淺析水利水電工程中的水庫水閘設計

姚崇武

廣東宏茂建設管理有限公司 廣東 廣州 510507

水利水電工程水閘的建設，通常采用是利用閥門的啟閉系統進行水位的調節，從而實現引水灌溉、排澇防洪等目標。為了提高水閘工程的建設具有很強的專業性，涉及水輪機發電機組安裝、水泵安裝、電氣安裝等各個專業。在進行項目初步設計時，應充分結合我國水利水電的相關設計標準，科學有效的選擇滿足我國水利水電工程水閘設計施工標準規范，運用創新的施工工藝及先進智能設備，對水閘的設計類型與要點開展分析、優化，有效提高水閘結構的科學合理性、適用性，為社會人民的生命財產提供最安全的保障。

1 工程介紹

韓江粵東灌區續建配套與節水改造工程半洋隧洞引水工程(楓江-半洋段）金屬結構及機電設備安裝工程橫跨潮州市、揭陽市?；洊|灌區續建配套與節水改造工程半洋隧洞引水工程(楓江～半洋段)，工程范圍從西山溪分水點至半洋，全長8899.631m，引水設計流量16.52m3/s，主要建設內容包括西山溪～古巷進洞口段（盾構法隧洞）、古巷～半洋段(鉆爆法隧洞)及半洋隧洞出口～八支渠埋管段。工程主要建筑物級別為2級；次要建筑物包括管道沿線附屬建筑物等級別為3級。工作內容主要包括施工圖紙所示分水井DN1600 蝶閥1套、箱涵DN3400 蝶閥2套、DN400排氣閥5套、出口 DN600 排泥閥1套，出口DN2400 蝶閥1套；配電房1座，柴油發電機(500KW)1套，低壓配電柜4面、軟啟動柜4面、抽水泵6臺等。

2 水利水電工程水庫水閘的重要類型

2.1 進水閘

進水閘還被稱為渠首閘，通常是為農田提供水資源的灌溉，或是為其他的用戶提供重要的供水，通常需設置在水庫、河道、湖岸、渠首等部分控制線路供水總量。

2.2 節制閘

節制閘又被稱之為攔河閘，通常用作調整水位與流量，若是處于枯水期，利用閘門的開啟與閉合提高河道的水位，有助于為上游區域提供航運條件與取水條件，若是處于豐水期，利用閘門的開啟與閉合對河道總體流量進行控制，供水期有助于高效控制河道下泄的總流量。

2.3 排水閘

排水閘的地板具有較低的高程、閘深較高，可以擋住很高的外河水位，有效排除洼地的積水，可將其當做雙向水頭。若是外河水位的高度不斷上升，利用閉合排水閘可防止外部河道的水出現倒灌。若是河水退出去以后，可打開閘門排出去漬水，而排水閘大多數設置于江河的沿岸。

2.4 擋潮閘

擋潮閘具備非常豐富的功能，能夠發揮擋潮水、蓄淡、泄洪排澇的目標，并且可以為水系發揮雙向水頭的作用，若是受外部潮水帶來的影響，擋潮閘能夠防止海水出現倒灌，還可有效提高內河水位，進而展現蓄水灌溉。若是處于退潮期可實現排澇，在內河受澇過程中發揮著有為重要的作用，針對建有通航孔的擋潮閘，可在平潮時段充分實現通航目標。

2.5 分洪閘

分洪閘具備很高的泄水能力以及較強的分洪能力，通常建設在江河適宜地段的一側，如果洪水很大，就可以到達相關的閘口位置，可利用開閘分泄，為河道中洪水不出現外泄提供保障，直接流入閘后蓄洪區、滯洪區以及其他直流等風流區域，有效規避洪水對于下游區域生產生活造成的影響[1]。

3 水利水電工程中水庫水閘的施工要點

3.1 地基開挖的施工要點

在進行水利水電工程地基的處理過程中，開挖屬于較為常見的模式之一。一般情況下，利用地基開挖可將有效處理無法滿足標準的施工設計標準要求的覆蓋層，其中更包含軟弱土層、風化土層和巖層等。實際而言，地基開挖方式的原理較為簡單，整體操作難度很低，所以，在水閘設計中獲得廣泛運用。應特別重視，因為開挖會出現大量的土方或者巖石塊等，一定要在施工現場科學合理的設置堆放區域，才能及時將其運送出去。堆放的位置需距離邊坡位置較遠，不然就讓邊坡出現變形和傾斜，為地基處理效果造成嚴重影響。

3.2 灌漿施工的要點

在地基的處理中，若是采用灌漿法有助于提升地基的穩定性。在灌漿工作中，應將灌漿泵當做施工的重要設備，充分結合灌漿泵的壓力，運用管路預埋、鉆孔等各種模式，將水泥與黏土等具備膠凝性質或者摻合料等，根據比例和水實施配置攪拌。確保攪拌均勻以后，使漿液灌注到土層縫隙、巖石縫隙內部，或是灌注到混凝土的接縫和裂縫中。采用灌漿施工的模式，可將其分成純壓式灌漿法和循環式灌漿法。循環式灌漿法詳情見圖1所示。

圖1 循環式灌漿法

3.3 施工導流的要點

施工導流技術作為水閘整體施工與建設的重中之重，此技術通常包含基坑排水與圍堰施工技術等。在水閘工程項目的施工建設中，需充分結合水利水電工程的整體建設目標與運輸總量，明確水閘的整體寬度。而且，還要嚴格考察工程項目建設用地的地地質條件，科學設置高空裝置，為水閘和周邊河道與道路保持通暢與順直提供保障，有助于提高水閘工程項目的整體建設質量。

3.4 防滲墻施工的要點

在地基的處理過程中，防滲墻施工一定要采用專業的設備工具。還要挖設槽孔或是鉆鑿出圓孔，之后采用泥漿針對墻壁實施加固處理。不僅如此，還可將混凝土直接灌注于圓孔中，或是選用其他類型的防滲材料進行圓孔的加固。除此之外，還可在系統結構中進行預制混凝土構件的安裝，如此模式可在地下構成連續墻，提高地基的穩定性。通俗而言，針對防滲墻開展施工，還可運用板樁、灌注樁、旋噴柱、噴柱等模式開展施工。所以，在具體的施工建設中，應充分結合工程的實際需求專用最適宜的施工方案，在確保地基穩定性的基礎上加強施工成本的嚴格控制[2]。

4 水利水電工程中水庫水閘的設計

4.1 重視閘室的安全計算

為了保障水閘功能的高效發揮，在具體的設計工作中，應盡量提升閘室的穩定性與安全性，進而需要設計人員嚴格遵照設計規范標準和現場勘察資料，詳細計算閘室的安全性。在此背景下，不但要實施負載組合，而且要加強基底的應力和抗滑穩定性的嚴格計算。從負載組合的角度來講，應該對不同組合方式之間存有的差異性進行充分考慮。在詳細計算基底應力中，應增強力矩計算和竣工檢修中的計算，還需要針對工程正常應用條件下的基底應力開展詳細的計算和負荷。從水閘抗滑穩定性的詳細計算而言，應科學明確抗滑穩定系數，并針對總彎矩、總重等各個方面開展詳細計算。

4.2 進水閘類型與尺寸的設計

進水閘屬于修建于渠首，用作按照需求引水的設施，若是不需要引水，關閉閘門以便阻擋住水流，防止河水流進渠道。根據從天然河道取水的模式，可分成無壩取水與有壩（閘）取水兩類；在具體的設計過程中，應充分結合天然河道水量的狀況科學選擇相關的取水模式。若是天然河道具有豐富水量及水位可以滿足引水需要，可選用無壩取水的模式，將引水閘直接建設于渠首位置；若是天然河道水位無法滿足引水需要，或者是具有很大的引流量（在河道來水中占比超過30%），為了滿足引水需要，應采取有壩取水模式，即將進水閘修建于渠首的位置，在河道中還要重視創建攔河閘，其目的在于阻斷河流，提升水位，確保水流可以進入渠道，進而實現進水閘的引水標準。在進水閘中閘孔尺寸的設計過程中，若想保證尺寸，應具備較強的高度，才可以充分阻擋河流水流和洪水漫頂，實現按需引水的目標[3]。

4.3 節制閘基本形式與尺寸的確定

在節制閘閘門的設計過程中，閘檻的高程應充分考慮各個方面，例如：河道的地質條件、地形條件、水文條件、相關泥沙淤積報告等。設置于平原地區的節制閘，應確保節制閘和閘檻高程和閘址位置天然河底的平均高程互相保持一致，若是設計的閘檻高度過高，很容易導致水閘上游發生嚴重的淤積，致使水位不斷提高，上游水閘的堤防具有很大的負擔。若是天然河床作為復式斷面，節水閘的閘門應采用不同深度的閘檻高程，有助于滿足其和水閘上游與下游河床斷面保持一致。為了確保維護河道的自然流態，在深淺閘孔之間還應該設置閘墩或者導墻，有助于分割。若是將節水閘建設于山區河道中，河床坡度很大，即便水閘閘檻前被泥沙淤積，并不會為上游造成不良影響，所以，在進行水閘的設計過程中，應保障節水閘的閘檻高層高于河床面，在具體的施工建設中，有效降低工程量。明確閘門高程作為節制閘孔設計的重要組成部分，應從不同方面實施全面的深入分析驗證，有助于保障閘檻高程設計的科學合理性。在明確節制閘開孔數量和尺寸大小時，應更好的滿足上游水位和下游泄水量不超出各種規范標準要求限制水位、安全泄量，還應該通過精準的設計和校核洪水水利各種計算后獲得相關數據。閘孔模式通常是以開敞式為主，有助于洪水和漂浮物的宣泄。若是閘室具有很高的高度，可選用雙層式；在頂部位置，開啟以后即為堰流，可有效開展洪水量與漂浮物的宣泄；若是開啟底部，即為孔留，可實現清淤排沙。雙層式的閘孔設計還可以實現閘室受力條件的完善，在閘門開啟過程中，有效減少所需力量。

4.4 閘門梁系的設計

在進行閘門的設計中，為了降低閘門在運行過程中的振動，在結構的設計方面，可利用適當提升閘門的整體剛度，有助于降低振動效果。在閘門主梁的設計過程中，不僅要進行底主梁的設計，而且要在其上部主梁的布置方面應采取等荷負載模式，利用相同的主梁截面，有助于開展制造。在底主梁型式的設計過程中，應確保雙腹板箱型梁的設計中，利用閘門底檻的下游側存有向下的5°偏角，所以，在具體的設計過程中，為了減少門底底主梁一下的懸伸長度，以便降低其負載量，此外，還滿足底緣布置對于底主梁至底止水距離的標準要求，并確保下游的傾斜角度設計為26.2°，底檻和底主梁之前的夾角設計為31.2°，應超出30°。為了確保水流的流態，還要利用鋼板對底主梁的后翼緣和底次梁之間的密封。而其他水平的次梁應選用槽鋼，利用等跨連續梁的設計模式，將槽鋼的肢間向下，避免出現積水或者積塵問題[4]。

5 水利水電工程水庫水閘的設計時導入綜合平臺管理系統

隨著我國科技水平的不斷創新發展，工程項目的數據采集、現場控制綜合平臺管理系統的開發主要以水利行業閘門自動控制技術為突破口，在項目設計過程中將綜合平臺系統也考慮到項目設計中，這樣在設備采購及安裝過程中能更好的起到一體化聯動作用。避免了后期軟件設備運行不穩定，不兼容等問題。綜合管理平臺主要實現對水文信息、閘門工況參數的采集和現場實時圖像監視及閘門啟閉控制系統進行自動控制。閘門自動化監控綜合管理系統主要是通過計算機監控系統檢測所到達閘門的上/下游水位、上游流域的來水流量、庫區的庫容、閘門荷重、閘門啟閉狀態與開度、圖像信息自動化采集與傳輸，達到能夠在監控中心遠程控制閘門啟閉以及閘門手自動控制；并通過實時圖像監測可直觀了閘門的運行工況以及周邊環境。通過閘門開度儀實時采集閘門的開度，通過閘門何重儀實時采集閘門荷重。操作員通過該軟件系統直接控制閘門，提高了自動化控制程度，將閘門現場的圖像信息和數據信息在同一操作界面上直接的顯示出來，互為印證。完成了在操作界面上的所見即所得，所得即所見的雙重保證，通過設置上限水位或下限水位，通過數據采集進行分析，當系統發現收集到的水位接近汛限水位或庫容水位時進行提示預警，可選擇多種方式有效的提示操作員，操作員可在此時進行自主操作。該綜合平臺系統管理可以各個功能整合在一個管理平臺上，具有先進性、新穎性和實用性，大大提高經濟效益。

6 水利水電工程水庫水閘施工過程中環境保護措施

施工過程中要嚴格按照《建設項目環境保護管理辦法》、設計文件等有關規定制定的，執行時必須同國家和地方政府有關環境保護的法律、法規和規章。施工過程中應該保持施工現場道路暢通，排水系統處于良好狀態；隨時清除建筑垃圾，保持場容場貌的整潔。在車輛、行人通行的區域施工，應當設置溝井坎穴覆蓋物和施工標志。施工現場應當設置各類必要的職工生活設施，并符合衛生、通風、照明等要求。職工的膳食、飲用水供應等應符合衛生要求。應做好施工現場安全保衛工作，采取必要的防盜措施，施工場地按有關規定設置圍蔽，建立門衛制度，進入現場實行登記，非施工人員不得進入施工現場。施工過程中應做好環境保護和噪音控制，包括：施工范圍界限之外的植物、樹木，必須盡力加以保護和維護原狀；采取各種有效的保護措施，防止在場區土地上發生土壤沖蝕，防止由施工而造成的開挖料對河流、溝渠的淤積；對未做地面硬化部位要定期壓實和灑水；將卸有粉塵的材料時，應灑水濕潤或在倉庫內進行，工地汽車出入口均應設置沖洗槽，對外出的汽車用水槍將汽車沖洗干凈，方可讓車輛出門，以減少對周圍環境的污染[5]。

7 結束語

概而言之，水閘的設計問題直接影響著水利水電工程項目的順利開展。所以，一定要增強水閘的設計質量。在水庫水閘的設計中，應將合理有效且精準的現場資料當做依托，在具體的設計中，應重視其中較為常見的滲流問題、沖刷問題、沉陷問題，為水庫水閘的設計質量提供保障，推動水利水電工程作用的高效發揮，推動我國社會經濟的持續發展。