關于水利水電工程中水庫水閘設計的思考

黃銀穎

深圳市廣匯源水利勘測設計有限公司 廣東深圳 518020

摘要：水閘是水利水電工程建設中非常普遍的一種水利設備，它承擔著引水和排澇的功能，它的正常工作直接關系到水利工程能否正常運行，它的施工直接影響到水利工程的整體建設，在對其進行設計時要充分考慮好實際情況，對周圍的環境有一個詳細的調查和研究，對其設計的各個方面都要嚴格按照要求來執行，以保證水利工程的質量。

關鍵詞：水利水電；水庫；水閘；設計

1.水閘的作用及組成特點

1.1水閘的作用

作為當前水利項目中使用率最高的水利建筑項目，水閘在很多區域都有使用，比如在河道以及湖泊等處。它存在的意義是為了擋水和放水。且還能夠起到泄洪排澇的作用，除此之外，還調節著河道的水量平衡。它的主要構成是閘室，而閘室設有底板、閘門、啟閉機、閘墩、胸墻、工作橋、交通橋等。

1.2水閘的組成特點

1.2.1上游連接段

上游連接段的主要作用是引導水流平順地進入閘室，保護上游河床及河岸免遭沖刷并有防滲作用。上游連接段一般包括鋪蓋、上游防沖槽及兩岸的翼墻及護坡等部分。鋪蓋主要起防滲作用，上游防沖槽主要是保護鋪蓋頭部不被損壞，兩岸翼墻的作用是使水流平順地進入閘孔，并起側向防滲的作用。

1.2.2閘室是水閘的主體部分

閘室是水閘擋水和泄水的主體部分。通常包括底板、閘墩、閘門、胸墻、工作橋及交通橋等。底板是閘室的基礎，承受閘室的全部荷載，并較均勻地傳給地基。閘墩的作用是分隔閘孔、支承閘門、工作橋及交通橋等上部結構。閘門的作用是擋水和控制下泄水流。底板、閘墩、閘門是閘室段的三個主要部分，閘室段一般為混凝土或鋼筋混凝土結構，小型水閘也可用漿砌料石結構。

1.2.3下游連接段

下游連接段具有消能和擴散水流的功能。使出閘水流在消力池中形成水躍消能，再使水流平順地擴散，防止閘后水流的有害沖刷。下游連接段通常包括下游翼墻護坦、消力池、海漫、下游防沖槽以及護坡、護底等。下游防沖槽（齒墻）是海漫末端的防沖保護設施。

2.水庫水閘設計分析

2.1設計進水閘類型和尺寸

從天然河道取水，按取水方式一般可分為無壩取水和有壩（閘）取水兩種方式。當天然河道水量豐富，水位也能滿足引水要求時，可采取無壩取水方式，即直接在渠首修建進水閘引水；當天然河道水位不能滿足引水要求或引水流最較大時，由于引水有困難，常需采取有壩取水方式，即除了在渠首修建進水閘引水外，還需在河道中修建攔河壩（閘），攔斷河流，壅高水位，迫水入渠，以滿足進水閘引水要求。

進水閘是修建在渠首按需要引水的建筑物，當不需要引水時，則關閘擋水，以免河水進入渠道。顯然，進水閘不但要有足夠的閘孔尺寸，以滿足引水要求；還要有一定的高度，以阻擋河中水流和洪水漫頂，否則就不能完成按需要引水的任務。以下是水閘基本尺寸確定內容：

2.2.1閘頂高程

例如，某工程為Ⅲ等中型工程，主要建筑級別為3級，根據《水閘設計規范》（SL265-2001）第4.2.4條規定，水閘閘頂高程應根據擋水和泄水兩種運用情況確定。

2.2.2擋水時，閘頂高程不應低于水閘正常蓄水位（或最高擋水位）加波浪計算高度與相應安全超高值之和。安全超高下限值，正常蓄水位時為0.4m，最高擋水位時為0.3m。

2.2.3泄水時，閘頂高程不應低于設計洪水位（或校核洪水位）與相應安全超高值之和。安全超高下限值，設計洪水位時為0.7m，校核洪水位時為0.5m。且閘頂橋梁底高程應高出最高洪水位不小于0.5m。閘頂高程確定，主要是根據擋水和泄水兩種運用情況并結合閘前水深、吹程以及設計風速計算波浪爬高進行確定的。

2.2堰型確定

堰型選擇的主要考慮因素：①運用靈活安全可靠、泄流能力穩定；②有利于排砂防淤積，盡量降低泄洪時閘前水位的壅高程；③施工方便、結構安全可靠。

2.3閘門梁系設計

為減小閘門運行過程中的振動，結構設計時考慮了適當提高閘門的整體剛度。閘門主梁布置除底主梁外，上部主梁盡量等荷載布置，采用相同主梁截面，方便制造。底主梁采用雙腹板箱型梁，由于閘門底檻下游側有向下5°的偏角，為減少門底底主梁以下懸伸長度以減小底主梁荷載，同時又能滿足底主梁到底止水的距離符合底緣布置的要求，下游傾角設計為26.2°，底主梁與底檻的夾角則為31.2°>30°。為改善水流流態，底主梁后翼緣與底次梁間采用鋼板進行密封。水平次梁采用槽鋼，近似按等跨連續梁設計，槽鋼肢尖向下，以防積水和積塵。

3.水閘設計工作注意的問題點

3.1水利工程中水閘設計選址的要求

節制閘或泄洪閘閘址宜選擇在河道順直、河勢相對穩定的河段，經技術經濟比較后可以選擇在彎曲河段裁彎取直的新開河道上。進水閘、分水閘或分洪閘閘址宜選擇在河岸基本穩定的順直河段或彎道凹岸頂點稍偏下游處，但分洪閘閘址不宜選擇在險工堤段和被保護的重要城鎮下游堤段。排水閘或泄洪閘閘址宜選擇在地勢低洼、出水暢通處，排水閘閘址宜選擇在靠近重要澇區和容泄區的老堤堤線上。擋潮閘閘址宜選擇在岸線和岸坡穩定的潮汐河口附近，且閘址泓灘中淤變化較小、上游河道有足夠的蓄水容積地點。

3.2滲流問題

水閘在進行擋水時，就會造成上下游水位出現差值，在這種作用下，就會在水閘、閘基與兩岸的連接處出現滲流的現象。如果出現滲流，就會在水閘的底部產生向上的揚壓力，這就會縮小水閘的重力作用，從而使水閘的抗滑穩定性大大降低。如果兩岸和閘基都是采用土基，再出現滲流時也會帶走一些細顆粒，這就會在閘后出現翻砂鼓水的現象。如果嚴重的話還會掏空兩岸和閘基。另外，如果出現側向滲透，會產生水平的壓力，對兩岸的連接建筑物都會有很大影響，使其穩定性大大下降。還有可能導致岸坡上出現滲透現象，從而加大閘底的滲透壓力。如果滲流水量過大，還會對水閘的擋水功能產生影響，妨礙蓄水。

3.3沉陷問題

軟土具有很大的壓縮性，如果將水閘建設在軟土地基上，就會在水閘自身以及外部的荷載作用下出現沉陷現象。特別是在底板傳到地基上的荷載分布不均勻時，或者是分布在地基土層的荷載不均勻時，更容易出現沉陷現象。這種地基沉陷還會導致水閘出現下沉，或者是閘室傾斜。如果嚴重有可能造成水閘斷裂，這對水閘的正常運行會產生很大影響。

3.4穩定問題

在正常使用水閘時，攔截上游的水位一般比較高，這樣就導致水閘上游和下游之間產生很大的水位差，會出現水平壓力過大的現象，從而使水閘向下游方向移動。要想穩定自身，水閘必須擁有一定的重量。另外，水閘在建成以后，如果還沒有擋水或者是在正常使用的情況下遇到無水期，就會產生很大的垂直荷載，這樣基底的實際壓力就會大大超過地基能夠承受的承載力，從而出現地基變形或者是出現閘基土被擠出的現象，這很容易造成水閘與地基出現滑動的危險。所以，在修建水閘時必須保證基礎的面積，這樣才能有效的降低基底的壓應力。

3.5沖刷問題

水閘消能防沖工程設計包括計算工況和消能防沖設施形式的選擇，消力池（深度、長度、底板厚度）、海漫長度，河床沖刷深度計算和跌坎計算消力池（深度、長度、底板厚度）、海漫長度、河床沖刷深度計算和跌坎計算在很多專著中均有較為明確實用的計算方法。但如何準確選擇計算工況，如何選取消能防沖設施等方面論述得不多，同時很多水閘因計算工況的不準確導致工程設計標準偏低，消能防沖設施形式選擇不當導致消能防沖設施經常沖壞。

4.結語

總言而之，在進行水庫水閘設計工作時，必須以充足的現場資料及建設資料為基礎，因此必須加強對水閘的設計、施工質量控制，確保閘門運行的安全性及可靠性，真正發揮水利水電工程抗洪、排澇等作用。

參考文獻：

[1]劉偉峰，張瑞.農田水利工程中水閘設計的探索[J].工程技術，2013（04）：133.

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