水利水電工程中水閘的設(shè)計探討

曹家兵

安徽光富建設(shè)工程有限公司 安徽合肥 233100

1 水利水電工程中的水閘的構(gòu)成與選址

水閘的構(gòu)成分為三部分，即下游連接段、閘室、上游連接段：①上游連接段主要是引水入閘室，避免發(fā)生外流現(xiàn)象。同時，可以有效保護(hù)河床、兩岸，降低沖刷的程度。另外，還能夠結(jié)合閘室發(fā)揮防滲作用；②閘室是水庫水閘中重要部位，能夠很好地控制流量、水位，并能夠防沖防滲，主要包括工作橋、護(hù)欄、閘墩、閘門、底板等；③下游連接段可以將過閘水流的剩余予以消除，均勻地分散出閘水流，減緩水流的運(yùn)行速度，避免對下流產(chǎn)生不良影響。在確定水閘規(guī)模時，需要分析實際的流量大小。基于水閘規(guī)模可以將其分為三類：①小型水閘，流量小于100m3/s；②中型水閘，流量在100-1000m3/s 之間；③大型水閘，流量大于1000m3/s。

2 水閘地址跟閘檻高度的合理設(shè)計

水閘選址是水利水電工程的基礎(chǔ)工作，影響著后續(xù)的具體設(shè)計與建設(shè)。如果水閘位置不合理，很可能會在建設(shè)或者投運(yùn)時發(fā)生事故，如沖刷破壞、失穩(wěn)、滲透等。在選址過程中，應(yīng)該確保水閘的安全性、穩(wěn)定性，另外，選址還應(yīng)該遵循管理便利、造價合理的原則。水閘選址必須重視當(dāng)?shù)氐娜宋臈l件、地質(zhì)條件。其中，地質(zhì)條件包含天然地基、巖石材質(zhì)以及土質(zhì)等。基于調(diào)查，掌握地質(zhì)條件的相關(guān)參數(shù)，選擇具有承載力、不易滲水、不易透水、難以壓縮的位置[1]。如果無法在工程區(qū)域中找到符合要求的天然地基，則應(yīng)該對其進(jìn)行處理。

我國地域遼闊，不同區(qū)域的水利工程在施工過程中其存水量和運(yùn)行特點(diǎn)有很大差異。因此在水閘工程施工過程中，要對水閘地址跟閘欄的高度進(jìn)行合理設(shè)計，保障整體施工效果。因此水利工程的存水量存在有一定差異性，所擔(dān)負(fù)的任務(wù)也不盡相同，也就要根據(jù)水利工程當(dāng)?shù)氐牡匦巍⒌刭|(zhì)、水流量、泥沙數(shù)量等多方面的因素進(jìn)行合理設(shè)計，保障水閘工程施工技術(shù)的合理性。一般在進(jìn)行水閘地址的選擇過程中，需要選擇一些水流平緩的區(qū)域，保障該區(qū)域的河床跟河坡都有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，對于地基的密實跟堅硬程度也要進(jìn)行明確，保障整個水閘工程的牢固性。

3 水利水電工程中水閘的設(shè)計

3.1 合理選擇水閘型式

為避免活水泵站在運(yùn)行中發(fā)生回流問題，需要合理設(shè)計擋水閘，本工程共設(shè)置了2座水閘和泵站聯(lián)合布置，常用的水閘形式有2種，一種是平板鋼閘門，另一種水下臥倒鋼閘門。其中，前者雖然前期投資比較少，但后期運(yùn)行控制復(fù)，且需要設(shè)置檢修平臺及啟閉機(jī)房。后者無需檢修平臺和啟閉機(jī)房，上部結(jié)構(gòu)承受的荷載也比較小，可降低基底處理的復(fù)雜性，且位于水下，經(jīng)過效果比較好，因此，本工程選擇了液壓臥倒門水閘[2]。

3.2 確定水閘頂部高程

在夏季洪水期，要將水閘提前防水臥倒，并保證壩頂高程不會影響行洪效果，但要充分考慮活水泵站在運(yùn)行中擋水對泵站出水池壅高的影響，因此，壩頂高程要高出水池壅高4.2m左右，以降低投資成本，初步設(shè)計壩頂高程為4.5m。

3.3 水閘過流能力設(shè)計

水下臥倒閘門過流能力通常按照寬頂堰進(jìn)行計算，具體計算公式如下：

式中 Q—設(shè)計流量，m3/ s；δ—淹沒系數(shù)；ε—側(cè)收縮系數(shù)；n—流量系數(shù)；B—壩體總長度，m；g—重力加速度，m / s2；H0—計入流速水頭的壩前水深，m。

3.4 水閘設(shè)計

水閘設(shè)計要和泵站相互結(jié)合，并靠近泵站布置，就案例工程水閘工程由閘室、護(hù)坦、上下游連接建筑物等共同組成，門頂高程為4.5m，共有8個單元門組成，每個單元門的靜水壓力都是460KPa，閘室通過液壓系統(tǒng)起閉，由三級液壓油缸為其提供動力，工作壓力為16MPa，為保證便于管理，將液壓泵站布置在泵站中，水閘閘門上游側(cè)底板的高程為1.0m，下游側(cè)底板高程為0.5m，順著水流方向的寬度為12.5m，厚度為1.0m，總壩長50m，邊墩和底板通過 C30鋼筋混凝土施工。由于本水閘基層為淤泥質(zhì)粘土，雖然土質(zhì)抗沖流速比較，但水閘上下游的水位差比較小，只能作為構(gòu)造效能設(shè)施，底板上下游分別設(shè)置長度為10m 的長護(hù)坦，頂面高程控制在0.5m 左右，并外接長度為5m 以上的拋石防沖槽。

3.5 節(jié)制閘設(shè)計

水閘規(guī)模為1×8m，沿著水流的方向長度為10m，底板則采0.8m 厚 C30鋼筋混凝土制成，底板頂高程為0.5m，邊墩厚度為1.0m，閘墩頂高程為4.5m，在水閘中設(shè)置一道液壓水下臥倒閘門，通過液壓設(shè)備進(jìn)行控制，邊墩選擇懸臂式擋墻結(jié)構(gòu)，上下游側(cè)邊墩頂高程為4.5m。單孔跨度比較大，為便于后期維修，在設(shè)計時，閘室上下游都不設(shè)置檢修閘門。本水閘閘基雖為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，但由于本水閘上下游的水位差較小，因此上下游均只作構(gòu)造消能設(shè)施，底板上下游分別設(shè)置5.0m 長護(hù)坦，頂面高程0.50m，護(hù)坦由20cm 厚 C30混凝土面層和30cm 厚 M10漿砌塊石底層組成，底板頂高程0.50m。上下游護(hù)坦均外接5m 長拋石防沖槽。

總之，水閘工程作為水利工程的重要組成內(nèi)容，其承擔(dān)著至關(guān)重要的防洪減災(zāi)及給水灌溉等作用，同時創(chuàng)造相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。由于大部分水閘工程建設(shè)年代較早，其不可避免地會出現(xiàn)一定的病險問題，這對于水閘工程的安全性和穩(wěn)定性帶來嚴(yán)重的影響[3]。所以，相關(guān)部門必須要及時、深入地分析水閘工程的現(xiàn)狀，針對存在的病險問題進(jìn)行深入的剖析，保證水閘工程規(guī)劃建設(shè)的科學(xué)性和合理性。