基于水利水電工程中水閘設計的分析探究

【摘要】水利水電工程是關系我國國計民生的基礎建設項目，水閘的設計在水利工程的設計與施工中有著非常重要的位置。所以，在對其進行設計時要充分考慮好實際情況，對周圍的環(huán)境有一個詳細的調(diào)查和研究，對其設計的各個方面都要嚴格按照要求來執(zhí)行。

【關鍵詞】水利水電；水閘；設計；要點

引言

當前我國的水利水電工程中的水庫水閘設計十分關鍵，它主要用于蓄水灌溉、發(fā)電、排水等。但是，由于水利工程中的水閘工程結構構造復雜，設計師在進行水閘設計時尤其應當注意結合現(xiàn)場環(huán)境，設計出合理、優(yōu)質(zhì)的水閘布局構造。基于此，文章就水利水電工程中水閘設計要點進行分析探究。

1、水閘的工作特點

水閘既是擋水建筑物，也是泄水建筑物，一般修建在平原地區(qū)，平原地區(qū)的覆蓋層很厚，地基的壓

縮性很大，抗滑能力差，承載能力低，所以閘的穩(wěn)定是設計中的一個重要問題。

水閘靠閘門擋水，在閘上下游形成的水頭差作用下會產(chǎn)生通過閘基及兩岸的滲流，對水閘底部產(chǎn)生滲透壓力，抵消水閘的有效重量，對閘室及兩岸連接建筑物的穩(wěn)定不利，并可能產(chǎn)生有害的滲透變形危及水閘的安全。

2、水閘對于水利水電工程的重要意義

在我們國家的水利項目中，使用幾率最大的就是水閘。該項施工工作是一項對綜合性要求非常高的工作，只有做好水閘設計工作才可以確保整個項目的品質(zhì)優(yōu)良。我們國家的水資源充沛，不過由于地形等要素的影響，水利事業(yè)在開展的時候面對很多的難題。當前時期工作的重點是充分發(fā)揮水閘的功能，為我國水利水電事業(yè)做出更大的貢獻，更好滿足我國可持續(xù)發(fā)展要求。因此，要切實做好水閘的設計工作，才能確保項目的品質(zhì)優(yōu)良。

3、水利水電工程中水閘設計要點分析

3.1 水閘的選址

節(jié)制閘或泄洪閘閘址宜選擇在河道順直、河勢相對穩(wěn)定的河段。進水閘、分水閘或分洪閘閘址宜選擇在河岸基本穩(wěn)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(zhèn)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(qū)和容泄區(qū)的老堤堤線上。

3.2 閘門梁系的設計

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，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(tài)，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(xù)梁設計，槽鋼肢尖向下，以防積水和積塵。

3.3 水閘排水設計

3.3.1 排水孔設計

為減少護坦位置滲透壓，要在水平護坦出設計一些垂直的排水孔，并在排水孔下方鋪設反濾層。在水平護坦附近，部分水閘消力池下方排水孔一直設置到尾部，這種方法存有一定缺陷。因為水閘里出來的水流，在經(jīng)過平穩(wěn)的整流以后要從陡坡流至消力池底板，并在相交位置產(chǎn)生收縮水深急流。若在該位置布置排水孔，基部壓力就會作用于排水孔的細粒結構，一些細粒結構會被孔吸住，那么，底板處極有可能被掏空，因此，設計消力池后部時要設計一些垂直型的排水孔，這樣能夠使池底板滲壓降低。

3.3.2 翼墻排水孔的設計

在水閘的使用過程中，會發(fā)生側向滲流，這種側向滲流可能造成水閘底板滲透壓力的增大，從而使得滲流出口處發(fā)生嚴重危害性的壓力變形。一般單向水龍頭的水閘可以在下游翼墻和保護坡處設置多個排水孔，并且在擋土墻的另一側孔口處設置反濾層。然而由于一些設計人員的不專業(yè)，有一些工程中的排水孔設置在了進口翼墻處，這種設計不僅浪費資源，還會起到一些發(fā)面效果。比如，這樣的設置使得翼墻失去了大部分防滲、抗沖、增加滲透路徑的能力，使得上游的水流直接從排水孔滲入翼墻的后面，同時也減小了翼墻的作用。所以，設計者要明確各個環(huán)節(jié)的作用，做好側方向防滲排水設施。

3.3.3 防沖槽的設置

水利工程建設中，在水閘關卡的末端通常設有加固穩(wěn)定措施―防沖槽。因為水流的能量和速度在經(jīng)過關卡的作用雖然已經(jīng)得到一定的減緩，但末端水流仍具有一定的沖洗能力，這就足以對河床造成一定程度上的損害。常用的拋石防沖槽就是在末端水流處挖槽拋石，留下足夠多的石塊，當水流沖刷河床形成沖坑的時候，預留在槽內(nèi)的石塊沿沖刷的斜坡陡段滾下，鋪蓋在沖坑的上游斜坡的上面。防止沖刷坑向上游擴展，保護工程的安全。

3.4 消能防沖的設計

消能防沖是水閘的主要作用和內(nèi)容，在設計時主要包括對工程的工況和設施的計算、控制，對消力池面積、深度的計算和控制，以及對河床沖刷要求能力的計算等。對于工況所需要的設計目標和要求的計算，在水閘設計中往往不是很能做到完全準確，因此如何達到這一要求，是水閘消能防沖設計所追求的目標。

目前的水閘消能設計和控制，往往是以閘高水位為基準，將比基準高的水位進行排除，并且對于下游的水位要取最低的下限值，這樣做可以保障水閘的建設順利開展。這種工況下的閘門初始開啟度往往也是消力池深度計算的控制因素。

4、水利水電工程中水閘設計應注意得事項

4.1 滲流問題

水閘在進行擋水中，如果出現(xiàn)滲流現(xiàn)象，就會在水閘的底部產(chǎn)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(wěn)定性大大降低。如果兩岸和閘基都是采用土基，再出現(xiàn)滲流時也會帶走一些細顆粒，這就會在閘后出現(xiàn)翻砂鼓水的現(xiàn)象。如果嚴重的話還會掏空兩岸和閘基。另外，如果出現(xiàn)側向滲透，會產(chǎn)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(wěn)定性下降。

4.2 穩(wěn)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(chǎn)生很大的水位差，會出現(xiàn)水平壓力過大的現(xiàn)象，從而使水閘向下游方向移動。要想穩(wěn)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(chǎn)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(xiàn)地基變形或者是出現(xiàn)閘基土被擠出的現(xiàn)象。所以，在修建水閘時必須保證基礎的面積，這樣可以降低基底的壓應力。

4.3 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(xiàn)沉陷現(xiàn)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(xiàn)沉陷現(xiàn)象。這種地基沉陷還會導致水閘出現(xiàn)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(chǎn)生很大影響。

4.4 沖刷問題

在開閘泄水時，如果水閘下游水位很淺或，在水位差的作用下，就會加大水流的流速，這種巨大的能量會對下游有嚴重的沖刷。一旦沖刷的范圍過大，就會掏空閘基，造成水閘失事。另外，一般在水閘的兩岸都是軟弱的巖層或者是土層，如果修建水閘時開設過多的閘孔，一旦開啟某一個閘孔就會形成折沖水流，這就會嚴重沖刷下游河岸，對水閘的安全和穩(wěn)定性都會產(chǎn)生影響。

5、結束語

因此，在進行水庫水閘設計時，要充分考慮好實際情況，對其設計的各個方面都要嚴格按照要求來執(zhí)行，從而保證水利工程的質(zhì)量與安全，提高水利水電工程的經(jīng)濟效益和社會效益。

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