水閘設計相關技術要點的探析

莫寒

摘要：水利工程是農業發展的重要組成部分，也是國民經濟可持續發展的命脈所在。近幾年，我國對于水利工程建設投入越來越多，關注度也越來越大，因而對于水閘設計方面的要求也就相應的提高了。本文筆者對水閘設計的原則、水閘形式及尺寸、底部高度設計、進水閘閘孔計算和消能防沖設計進行簡單的敘述，可供參考！

關鍵詞：水閘設計；選址；設計計算

0 引言

水閘是水利工程中最為重要的一個組成部分之一，常言道，堤防之險在于水閘，而水閘的危險主要來源于閘壩的基礎，這是水閘設計時的重點，也是難點。因此，為了確保水閘結構的剛度和穩定性，必須做好其設計工作。

1 水閘設計的原則

在水利工程中最為重要的一個組成部分就是水閘，且其跟其他的建筑相比，較為特殊，所以對其進行設計時常常會受到多方而因素的影響，主要有三方而，第一受施工條件的影響；第二受地質條件的影響；第三，受力條件的影響。所以要想做好水閘的設計工作，就要做好以下幾方面的工作。

1.1 選址原則

在建設水閘時，對工程的效益來說最為關鍵的一步就是水閘位置的選擇，其對于水利工程所起的作用以及效益有著十分重要的影響。通常情況下，對水閘進行選址時，最先要對預建水閘周邊的地質和水文條件進行仔細的考察，那些承載能力較高且抗剪能力較強的天然地基作為建閘首選，尤其要注意的是在進行處理時能夠選擇到新鮮且完整的巖石，并將其視為水利工程的地基，這樣一來既避免在施工過程中出現加固地基的問題，也能更好地提高工程的效益，使得水閘的承載力、抗剪能力以及壓縮性能有了很大的提高。假如在施工進行時，不能夠很好地控制好地基，存在承載能力較弱的問題，最終容易導致水閘有事故發生。因此，在對水閘進行選址時，要對多方面的因素進行綜合的考慮并分析，以便水閘的施工要求能夠有所提高。

1.2 做好地基處理工作

在如今的水利工程建設中，處理水閘的地基已成為一個重點施工環節了，通常來說在水利工程施工中，處理地基的方法有很多，而就現階段的工程項目來說，對地基處理一般有以下幾個主要目的：第一，能夠進一步提高地基的承載能力，使得建筑工程更為穩定，且具有較強的承載力。第二，有利于處理好地基中不同的安全隱患問題，并將地基中的有害物質消除掉，防比地基發生沉降。第三，能夠有效減少土壤中水分的含量，避兔因為存在的滲漏隱患而使得地基發生變形，并最終導致地基出現滑移的隱患。現階段，在我國水閘地基中常見的安全隱患有兩方而，其一，承載力較低，其二，沉降嚴重。所以，在如今的一些工程項目中要想解決這兩個問題，就要使用不同的技術手段：①墊層法；②替換法；③填充法；④灌漿法等。其中，由于墊層法和填充法在工程項目中不易受外界因素的影響，且對于地基處理有著較高的強度，所以這兩種方法在處理水閘安全隱患方而最為常用且備受關注。

2 水閘基本形式和尺寸的確定

水閘閘閘檻高程選擇涉及因素較多，包括河道的地形、地質、水文、泥沙等自然條件。在平原地區，閘檻高程宜取與閘址處天然河底平均高程齊平。閘檻高程過高易引上游河床淤積，導致洪水位抬高而增加上游堤防的負擔。當天然河床為復式斷而時，水閘在深淺槽部位用不同閘檻高程，以便與上下游河床斷而相適應。但深淺閘孔間應設置閘墩或導墻分隔，保持原河道流態。對于山區河道的水閘，閘檻高程可高于河床面，以減少工程量，因為山區河道河床坡降大，閘檻前即使被沙淤平，對上游影響范圍不大。閘檻高程的確定是水閘孔口設計的關鍵環節，應充分分析論證，合理選定。水閘的孔口數量和尺寸，是根據設計和校核洪水時，上游水位和下泄流量不超過限制水位和安全泄量的要求，經水力計算確定。閘孔形式常為有利于宣泄洪水及漂浮物的開敞式，如果閘室高度很大，可采用雙層式，頂層開啟時為堰流，以適應洪水期泄放大流量及漂浮物；底層開啟時為孔流，以適應排沙。這種形式還可減小啟門力和改善閘室結構的受力條件。

3 水閘底部高度的設計

水閘底部高度選定的恰當與否，對水閘的生產、實施、定價以及效率產生了較大作用，所以水閘底部高度的確立也是一個不容小覷的環節。與水閘類別的選定相同，水閘底部高度的確立也必須考慮到地理條件、水利條件、效益以及達到運作標準等原因。比如：假如水閘底部高度較小的話，即使有助于放水，使田地免受洪澇災害，但是在土地質量不高的前提之下，會給基底挖掘和解決帶來很多難題，并且就抵擋河道水閘而言，若底部高度太小，會給水閘的開啟或關閉、抵制沙塵帶來許多難題。所以，應當全方位思考水閘底部高度的確立，選定最佳方案。

4 進水閘閘孔計算

進水閘的閘孔數口和尺寸，通過水力計算確定。計算的基本依據是當河道出現設計保證率的低水位和流量時，能引進設計的入渠流量。閘頂高程需高出閘前的最高洪水位，并留有規范要求的安全超高。閘檻高程的選擇應充分考慮建壩后上游河勢變化給進水閘帶來不利于引水的影響，一般宜高出沖沙閘底檻（或河床創面）1.01.5 m。當引水流量大需建多孔閘時，為了便于管理運用以及在個別閘門或啟閉設備出現故障時不致中斷供水，同時在引取小流量時能對稱開啟閘門而不致引起偏流，進水閘閘孔宜取3孔或3孔以上的單孔數。閘孔的寬度應結合門型及啟閉機型號統一考慮選用。進水閘的組成及設計要點等與一般水閘相同。

5 做好水閘消能防沖設計工作

在水閘中，還有一項較為重要的施工就是對消能防沖進行設計，其一般涉及到較多的內容：①控制好工程的工況；②計算并控制好設施；③計算消力池的而積以及深度的控制要求；④計算河床沖刷的能力要求。通常在水閘設計時，水閘的消能防沖設計的主要依據來源于工況所需要的設計目標以及要求，這也是水閘選址時的一個重要參數和首要前提。如今的設計以及控制水閘的消能時，都是以工作中閘高的水位為基準，并及時的宣泄并排除多余的水量，且下游水位要求要選取最低值，該方法也是現階段水閘施工中比較常見的一種方式，也是保證水閘工程能夠正常工作的核心所在。在這樣的一種工況下，閘門的初始開啟度通常都是以消力池深度計算的主要控制因素，而在設計水閘泄水最大的洪水流置時，相應的下游水位要確保是最低的。對于閘上相關的最高蓄水位、閘下水位限值以及閘門初始的開啟度等問題還需要進行更為深入的探討，由于篇幅問題，本文就簡要的對水閘的消能防沖的設計需要注意的兩方面因素進行簡要的探析。

5.1 水文條件的變遷

由于在河網區建筑并聯圍，使得原來河網的分流條件發生了變化，從而導致主河道的水位逐漸雍高。此外，河道灘地上的碼頭、工廠、道路等對河道斷面的橋墩造成了一定的占用，不但束窄了行洪斷而，還使得河道原先的天然狀況發生了改變，導致水流的邊界條件發生了改變，糙率大大提高的同時，水位也就提高了。

5.2 河道地形的變遷

通常而言，天然河道的水量會隨季節的變化而變化，且含沙量也在不斷的變化，而河床遭到沖刷的同時也會有一定的淤積，因而其始終處于動態平衡狀態。如果在河道的上游建筑水庫，不但對洪水形成了阻攔，還能夠對洪峰進行削平，攔截泥砂。洪峰值處于最低時，則夾帶的泥砂量較小，就會使得天然的動態平衡遭到破壞，而河道筑閘后，則更會加劇這種不平衡的問題的產生。

6 結語

總之，在水利工程施工中，水閘施工較為特殊，且其與其他的建筑結構不具有共性，所以要結合相關實際控制好水閘的設計工作，提高工程建設的設計水平，并確保其足夠安全、經濟且合理。而在實際的水利工程建設時，要不斷的對成功的設計案例以及施工經驗進行總結和分析，從而提高水閘設計的水平，保障水閘的質量。