水利工程中的水庫(kù)水閘設(shè)計(jì)分析

畢小俊

摘 ? ?要：水庫(kù)水閘設(shè)計(jì)是水利工程建設(shè)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，對(duì)水利工程的質(zhì)量有著直接的影響。基于此，本文簡(jiǎn)單闡述了水庫(kù)水閘設(shè)計(jì)的基本要素，分析了水閘設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題，并論述了水閘設(shè)計(jì)流程中的一些要點(diǎn)和優(yōu)化策略，以期為相關(guān)行業(yè)的工程技術(shù)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：水利工程;水庫(kù);水閘設(shè)計(jì)

1 ?引言

水閘具有通過(guò)擋水和排水來(lái)控制調(diào)節(jié)水位和流量的功能，在發(fā)電和防洪等方面都有著重要價(jià)值。水閘分為下游連接段、閘室、上游連接段三個(gè)部分，各部分有著不同的作用，同時(shí)，水閘從功能上也可以分為不同種類。在實(shí)際的水庫(kù)水閘設(shè)計(jì)當(dāng)中，需要根據(jù)流量來(lái)設(shè)計(jì)水閘規(guī)模，同時(shí)根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件，確定施工方案，來(lái)確保水閘的平穩(wěn)高效運(yùn)行。

2 ?水庫(kù)水閘的設(shè)計(jì)及常見(jiàn)問(wèn)題

2.1 ?水庫(kù)水閘設(shè)計(jì)的基本要素

在水庫(kù)水閘設(shè)計(jì)過(guò)程中，重點(diǎn)要考慮的是以下三個(gè)方面：（1）設(shè)計(jì)進(jìn)水閘類型及其尺寸，在這一設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，主要是根據(jù)河道水量和水位來(lái)選擇取水方式，以滿足水閘的引水需要。通常，當(dāng)河道水量充足時(shí)，采用無(wú)壩取水方式，水閘可直接建于渠首;否則就需要采取有壩取水方式，在河道中修建水閘。（2）設(shè)計(jì)攔河水閘的類型和尺寸，這是為實(shí)現(xiàn)飲水目標(biāo)所采取的一種方式，而在洪水來(lái)臨時(shí)，水閘則需要開(kāi)閘泄水，因此，這一設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)要做到科學(xué)合理，可根據(jù)當(dāng)?shù)囟嗄甑乃那闆r來(lái)進(jìn)行閘孔尺寸的設(shè)計(jì)。（3）閘門梁系設(shè)計(jì)，在這一環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)中，要考慮到閘門振動(dòng)的情況，對(duì)閘門的整體剛度進(jìn)行強(qiáng)化，并用鋼板密封主梁后翼緣和底次梁，避免產(chǎn)生積水積塵問(wèn)題[1]。

2.2 ?水庫(kù)水閘設(shè)計(jì)的問(wèn)題分析

（1）穩(wěn)定問(wèn)題。水閘運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常會(huì)由于水位差而受到?jīng)_擊力，沖擊力過(guò)大時(shí)水閘就會(huì)發(fā)生滑動(dòng)，為此在設(shè)計(jì)過(guò)程中要確保水閘有足夠的重量來(lái)維持穩(wěn)定。同時(shí)，水閘地基的基礎(chǔ)面積也要足夠大，防止在枯水期水閘沒(méi)有擋水導(dǎo)致垂直荷載過(guò)大而造成地基變形。

（2）滲流問(wèn)題。滲流問(wèn)題主要由于水閘受到上下游水位差作用所致，滲流問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致水閘受到向上的揚(yáng)壓力，這就會(huì)使水閘的抗滑穩(wěn)定性有所下降，甚至導(dǎo)致閘基被掏空而引發(fā)安全事故。同時(shí)，滲流問(wèn)題也會(huì)影響兩岸連接的建筑物穩(wěn)定性，并影響水閘的擋水效果。

（3）沖刷問(wèn)題。在水庫(kù)開(kāi)閘泄洪時(shí)，通過(guò)水閘的水流速度很快，往往會(huì)對(duì)水閘造成嚴(yán)重的沖刷。如圖1所示，水閘在長(zhǎng)期沖刷下很可能導(dǎo)致閘基被掏空從而引發(fā)安全事故。除此之外，由于一部分水閘建設(shè)在地質(zhì)條件較為薄弱的地區(qū)，如水閘的閘孔數(shù)量過(guò)多，也容易因?yàn)檎蹧_水流而引發(fā)沖刷問(wèn)題。

（4）沉陷問(wèn)題。沉陷問(wèn)題是很多水庫(kù)水閘出現(xiàn)的問(wèn)題，特別是地基為軟土的時(shí)候，由于受到水閘重力和外部荷載雙重影響，更容易發(fā)生沉陷問(wèn)題。除此之外，荷載分布不均也容易引發(fā)沉陷問(wèn)題。沉陷問(wèn)題很容易導(dǎo)致水閘下沉，甚至導(dǎo)致水閘遭到不可逆的破壞，為此，在設(shè)計(jì)水閘過(guò)程中要對(duì)地基的實(shí)際情況充分研究。

3 ?水庫(kù)水閘的選址和施工

3.1 ?水庫(kù)水閘的選址

水閘的選址應(yīng)當(dāng)以科學(xué)合理的思想為指引，將安全性和穩(wěn)定性放在首位，在此基礎(chǔ)上，遵循易于管理和成本低的原則。除此之外，水閘選址過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)充分了解當(dāng)?shù)氐娜宋臈l件和地質(zhì)條件，對(duì)地基的選擇要更為注意，如無(wú)法找到符合要求的天然地基，就必須進(jìn)行人工處理，提高地基承載力，使之符合要求[2]。

3.2 ?水庫(kù)水閘的地基施工流程

（1）地基開(kāi)挖。開(kāi)挖是常見(jiàn)的地基處理方式，通過(guò)開(kāi)挖這種方式可以處理掉不符合要求的覆蓋層，如軟弱土層、風(fēng)化土層等。開(kāi)挖的原理簡(jiǎn)單，操作難度較低，一直在水閘設(shè)計(jì)工作匯總廣泛應(yīng)用。但由于開(kāi)挖會(huì)產(chǎn)生大量的土方和巖石塊，這些土方和巖石塊的大量堆放有可能造成邊坡的變形傾斜，因此必須設(shè)置合理堆放區(qū)域，并盡快將其運(yùn)出施工區(qū)域。

（2）灌漿施工。灌漿法是提高地基穩(wěn)定性的有效手段，灌漿施工中的主要設(shè)備是灌漿泵，同時(shí)利用管路預(yù)埋和鉆孔的方式，將摻合料與水?dāng)嚢杌靹颉Ｔ跀嚢杈鶆蚝螅瑢⒐酀{液注入縫隙之中。這種方式對(duì)于提升地基的整體性能有著重要作用。通常，灌漿施工有純壓式灌漿法和循環(huán)式灌漿法兩種。

（3）防滲墻施工。防滲墻施工需要專門的設(shè)備工具才能完成，具體來(lái)看，主要的工作是挖設(shè)槽孔或鉆鑿圓孔，然后對(duì)墻壁加固處理，也可采用混凝土直接灌注的防范來(lái)加固圓孔。同時(shí)，還可采取在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中安裝混凝土構(gòu)件的方式，在地下構(gòu)成連續(xù)墻，來(lái)增強(qiáng)地基強(qiáng)度。在實(shí)際施工當(dāng)中要根據(jù)具體情況選擇最合適的方案，在保證施工質(zhì)量的前提下，做好成本控制。

（4）樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。水閘設(shè)計(jì)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)地基豎向受力較大的情況，這就需要樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)這種方式來(lái)處理，避免后期可能發(fā)生的問(wèn)題。樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方式可以有效地將水閘整體受力進(jìn)行分解，轉(zhuǎn)移到地基深處，使地基承受的沖擊力減小，防止地基沉降。顯然，樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是一種具有較強(qiáng)針對(duì)性的設(shè)計(jì)，主要目的是解決水閘的豎向受力問(wèn)題，增強(qiáng)水閘的穩(wěn)定性，確保工程進(jìn)度順利推進(jìn)。

（5）地基強(qiáng)度的提升。置換法、排水法和擠實(shí)法也都是提高地基強(qiáng)度的有效途徑。置換法主要通過(guò)挖除軟弱土層再使用其他散料進(jìn)行回填，來(lái)使地基固結(jié)，增加強(qiáng)度;排水法通過(guò)設(shè)置排水設(shè)施來(lái)排出水分，提高地基土壤的堅(jiān)固程度;擠實(shí)法則在施工中使用小石子和砂等填料加入土層，形成柱體狀結(jié)構(gòu)來(lái)增強(qiáng)地基強(qiáng)度。

3.3 ?水庫(kù)水閘的安全性及優(yōu)化

水庫(kù)水閘的安全性關(guān)系著整個(gè)水利工程的運(yùn)行效率和質(zhì)量，因此，為保證其安全性，在設(shè)計(jì)前需要進(jìn)行大量的論證和計(jì)算。主要的計(jì)算內(nèi)容是地基的應(yīng)力、負(fù)載組合及抗滑穩(wěn)定性。負(fù)載組合包括基本組合和特殊組合，兩種組合方式的計(jì)算方式有著明顯的不同，這一點(diǎn)需要格外注意。同時(shí)，基底應(yīng)力的計(jì)算涉及到力矩方面的有關(guān)內(nèi)容，而抗滑穩(wěn)定性計(jì)算則需要對(duì)總重和總彎矩等參數(shù)先行了解。這對(duì)技術(shù)人員的分析能力提出了極高的要求。

根據(jù)這些計(jì)算結(jié)果，可以對(duì)水閘地基進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化的重點(diǎn)內(nèi)容是解決閘室沉降問(wèn)題。為此，可以采用剛性樁進(jìn)行優(yōu)化，它兼具施工進(jìn)度快和質(zhì)量可控的優(yōu)點(diǎn)，并適用于各種土層和巖層，可滿足多種施工條件的需求。

4 ?結(jié)語(yǔ)

水庫(kù)水閘的設(shè)計(jì)和施工有著較大的復(fù)雜性，涉及到多個(gè)學(xué)科的交叉，為此，要提高水閘的設(shè)計(jì)施工質(zhì)量，就要從多個(gè)角度入手來(lái)解決問(wèn)題。要重視對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的勘察，尤其是對(duì)地質(zhì)條件的研究分析，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出地基加固的有效方法，防止水閘在運(yùn)行過(guò)程匯總發(fā)生問(wèn)題。同時(shí)，工程技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)重視如何提高安全性，并積極創(chuàng)新和實(shí)踐，尋找更多優(yōu)化方案，確保水利工程安全平穩(wěn)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1] 沈春來(lái).關(guān)于水庫(kù)除險(xiǎn)加固水閘設(shè)計(jì)步驟應(yīng)用環(huán)節(jié)的分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（12）：174.

[2] 張惠軍.金澤水庫(kù)取水閘基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及優(yōu)化[J].東北水利水電，2019（4）：70.