平原區(qū)水閘設計研究

姜鵬

（德州市水利勘察設計研究院，山東 德州 253000）

在經(jīng)濟快速發(fā)展的推動下，我國基礎設施取得了進一步發(fā)展，水利工程的建設規(guī)模得到不斷擴大，而在社會發(fā)展中，水利工程項目設計的重要性日益突顯出來。在水利工程中，水閘是一種非常重要的建筑物，其設計具有復雜性特征，同時其設計質量對于水利工程而言，有著直接影響。在進行水閘設計時，需要對受力條件、施工條件以及地質條件進行充分分析，確保能夠實現(xiàn)水閘的合理設計。

1 工程概述

某河流全長25.38km，其匯水面積達到296.16km2，該河流水閘建于1978 年。雙孔，孔凈寬為3.3m。其底板高程為-0.5m，另外底板尺寸為10m×15.4m×0.8m。在長期使用中，不斷被風雨所侵蝕，對其造成了嚴重的損害。同時其地基較差，閘基樁數(shù)量較少，并且沉降量較大。其閘頂高程與標準高程相比較低，并且排洪能力嚴重下降，防潮標準較低，因此，需要對其進行改建。

2 改造方案

基于施工條件以及環(huán)境的分析，對該項目進行了充分分析以及綜合處理。

（1）采用3 孔閘室形式，其閘室是開敞式砼結構，分為3 孔，各個孔的凈寬度為5.5m，順流方向的長度為16m，其垂直方向為19.9m。另外，閘門采用平面鋼結構，其尺寸為5.2m×6.06m（高×寬），其起動機為QP-2×125kN 起動機，在岸強上設置橋頭堡。

（2）5 孔閘室方案，閘室是開敞式鋼筋砼結構，分為5孔，其單孔寬度為3.3m，其順流方向長度為16.0m，垂直方向為21.9m，并在小有進行了預制公路橋設置。閘門為平面鋼結構，其尺寸為5.2m×3.86m（高×寬），其起動機為QP-2×125kN 起動機。

3 水閘作用

水閘就是指在海口、渠道以及河道等區(qū)域所修建的水利工程建筑物，其主要是借助閘門實現(xiàn)對水流流量的有效控制，以及調節(jié)水流的建筑物，對于水利工程而言，進行水閘修建能夠對水位以及水流量進行有效的控制以及調節(jié)，進而實現(xiàn)引水、擋水以及等水利功能要求。若是對閘門進行關閉，能夠對洪水起到攔截作用，對水位起到抬高作用。在開啟閘門時，能夠發(fā)揮其取水、泄洪以及排洪等作用。一般情況下，會在平原地區(qū)修建水閘，其應該具備發(fā)電、排洪、泄洪等功能，是一項綜合性水利工程。

4 要點研究

在該項目中，水閘設計人員，需要充分分析實際問題，并開展統(tǒng)籌管理工作，保證水閘設計的有效性以及合理性。從水閘上游起，依次是砌石護底以及混凝土預制塊護坡等，最后為兩岸翼墻。在實際運行中，為了能夠保證進口水流得到改善，翼墻平面應該進行圓弧型設計，將其半徑設計為16.455m，同時在平面中將其分為兩段。在上游翼墻接近于閘室處擋土墻其高度設計為5.5m，并采用鋼筋砼懸臂式翼墻結構。對于伸入岸強度嚴翼墻而言，由于其高度較低，因此，墻身應該采用更加經(jīng)濟、簡便的C20 混凝土重力式翼墻結構。

（1）水閘選址。對于水閘設計而言，水閘選址是一項非常重要的工作，在開展水閘選址工作時，需要以水閘水問題條件、地質條件等為基礎，盡量選擇地質條件突出的地基，最好是能夠選擇巖石地基或是透水性良好、低壓縮性良好、承載能力強以及抗剪能力強的土質地基，如果沒有在規(guī)劃范圍內發(fā)現(xiàn)地質條件突出的地基，就需要進行科學處理，閘址選擇在沖淤變化小以及河勢穩(wěn)定等河段。

（2）閘室結構。在統(tǒng)籌分析、綜合處理閘室過程中，需要對其局部模型以及整體結構開展統(tǒng)籌處理以及數(shù)據(jù)整合工作，該水閘設計項目的閘室結構在設計方案中已經(jīng)提到，并分為3 孔，其底板頂高程設計為30.00m，其厚度設計為0.8m，邊墩與中墩都是鋼筋砼實體墩，并且將其厚度分別設計為0.7m 與1.0m，其波浪高度+最高擋水位為+0.3m。同時，整體結構超高為35.56m，在處理閘室時，一處位于閘室下游方向，寬度設計為1.5m，另一處位于閘室中部位置，寬度設計為1.2m，其頂高程均設計為36.20m，并且在兩側合理設置鋼管欄桿。其工作閘門為定輪平面鋼結構，共有3 扇，其檢修門槽的尺寸設計為0.35×0.25m。

（3）泄洪閘底板高程的設計。在確定閘底板高程時，需要對實際情況進行綜合分析，然后進行確定，在高程設計中，有很多因素均會有所涉及，其主要涵蓋洪水、水流、水文地質以及地質情況等因素。在開展高程設計工作時，主要借助建模方式對其進行分析、論證，另外，需要對國內外前沿技術、先進經(jīng)驗以及研究成果進行充分借鑒，進而保證高程設計具有良好的準確性以及合理性。在高程設計中，需要避免其出現(xiàn)過低現(xiàn)象，在高程過低時，會導致水流被水閘過多分走，就會對下流水流沖刷能造成影響，使其急劇下降，進而引發(fā)沙泥淤積問題，因此，在確定閘底板高程時，應該盡量保證河道原有的排沙泄洪能力不被破壞。

（4）消能防沖。對于水閘而言，其主要消能方式有挑流消能以及底流消能等。挑流消能主要在巖基水頭較大的中型水利工程以及大型水利工程中應用較為廣泛；底流消能主要地地基地低水頭以及上中水頭中的泄水建筑物中應用較為廣泛。在開展水閘設計工作時，需要按照工程規(guī)合理選擇防沖措施，其主要是由建于閘室下游中的下游翼墻、防沖槽、海鰻、消力池以及輔助消能工等組成。另外，還需要對水閘表面進行合理布置，進一步提升水流擴散能力，進而避免或是降低回流所造成的影響以及危害。

在該項目中，其結構主要為鋼筋砼結構，其高程設計為29.20m，其平面布置在閘室出口處的寬度設計為18.5m，并且需要確保其結構中直線，能夠直接擴散21.7m，其平面擴散實際角度應該為7 度，其池底板厚度應該由首部0.7m 逐漸變?yōu)?.5m。在消力池兩側設置擋土翼墻，墻體最高高度為6.3m，并采用鋼筋砼懸臂式結構，其末端需要拐彎，并插入河坡中5.3m，在其外側接入長度為5.9m 的砼翼墻。對于消力池下游而言，屬于海漫段，其總長度為28.0m，并在海漫下游進行拋石防沖槽設置。根據(jù)相關數(shù)據(jù)顯示，下游的沖刷深度已經(jīng)達到2.4m，因此，應該將防沖槽的截面面積設置為5.7m2，防沖槽部位的實際長度應該為6.0m，其槽深應該為1.7m，其截面面積應該為8.1m2。

（5）防滲排水。在對防滲排水環(huán)節(jié)開展統(tǒng)籌處理工作時，應該綜合控制、集中處理閘基防滲的長度，將高壓旋噴柱滲透墻以及鋼筋砼作為重點對象進行研究，對系統(tǒng)化處理機制進行積極落實，保證其效果能夠符合預期要求，為防滲路線設置提供保障。在防滲范圍內，閘室段的豎直縫以及水平縫需要設置兩道水橡皮，其余部位設置1 道水橡皮。在下游的滲流出口位置應該進行冒水孔以及反濾層設置，同時，需要充分分析其尺寸，對于冒水孔直徑應該設計為0.1m，孔距應該設置為1.0m，根據(jù)梅花形狀進行布置，在孔內進行碎石填塞。對于反濾層而言，在其中間設置4 眼直徑為0.5m，深度為2.5m 的排水砂井。根據(jù)實際結構中基本參數(shù)，進行有效數(shù)據(jù)測量機制以及處理機制，保證實現(xiàn)處理效果最優(yōu)化的目標。只有在保證防滲效果最優(yōu)化的前提下，才能夠對水閘工程施工中存在的隱患進行有效的分析，進而對其進行規(guī)避，對其設計要素進行有效補償，進而提升整體水閘工程的綜合水平以及實際質量。在設計中，除了需要有效分析設計結構，還需要統(tǒng)一計算滲流量，根據(jù)《水閘設計規(guī)范》中的計算公式，集中計算各水頭損失值、阻力系數(shù)以及地基的有效深度等。

5 結語

綜上所述，對于水閘設計而言，需要統(tǒng)籌處理實際問題，保證運行維度以及控制結構的有效性，需要綜合極端、細化分析設計結構以及設計要點。不論是統(tǒng)籌分析測量技術，還是建立水電測量系統(tǒng)時，均需要將水閘設計的處理效果以及技術模型進行有機結合，促使理論與實踐能夠得到有效結合，進而提升水閘設計質量，保證其能夠穩(wěn)定運行，為河流兩岸居民生產(chǎn)生活提供保障。