水利工程设计中水闸设计方法分析

水利工程设计中水闸设计方法分析

段成云

深圳市水务规划设计院有限公司重庆分公司

摘要：水利发电在我国非常普遍，属于我国电能的主要产出方式，我国许多地区的电力资源都依靠着水利发电。水利工程中的水闸工程结构复杂，在具体设计过程中仍旧存在一系列问题，只有了解并注意这些问题才能设计出合理、优质的水库水闸结构。

关键词：水利工程；设计；水闸设计

引言

在水利水电工程当中水库水闸设计较为关键，其作为水库抗洪、排涝、给水、灌溉等工作的重要基础设施，在设计过程中，需要结合具体的工程实际设计好水闸底板、闸墩、止水设施等。进行水利发电的时候，水闸承担着非常重要的责任，工作人员在对水闸进行设计时，务必要把安全性当作最重要的任务来完成，尽可能地提高我国的水利水电工程的质量，使其能够稳定安全。

1水利工程设计中水闸的特点

水闸既可以挡水，也可以排水，水闸常常修建在平原地区，但是平原地区的土质一般比较湿软，多是淤泥黏土。淤泥质土的特性是土的承载能力弱，容易压缩压缩性大，在这种土上修建的建筑物如果不采取防范措施，很容易发生不均匀沉降。因此，水闸的稳定性是水闸设计中的重要考虑问题。上游下游水位差产生的渗流作用对水闸的影响重大，对水闸有极大的渗流压力，破坏建筑物的稳定性，危及水利工程安全，需要布置完整的防渗排水系统，保证水闸的稳定，确保水利工程的安全运行。

水闸的主体是闸室，闸室连接的上部分设施为上游连接段，闸室连接的下部分设施为下游连接段。闸室、上游连接段、下游连接段三部分共同组成了水闸。（1）水闸的主体闸室。闸室是水闸的组成部分的主体。闸室的基础是底板，底板具有防渗和防护的作用，承受闸室的上部荷载。闸墩的作用是支承闸门、工作桥及交通桥等上部结构。（2）上游连接段。上游连接段组成部分是翼墙、护坡、河床防冲槽等等。上游连接段能在一定程度上提高两岸和闸基的抗渗稳定性。（3）下游连接段。下游连接段组成部分是消力池、防冲槽、翼墙等等。作用是引导水流顺利向下游扩散。

2水利工程设计中水闸设计方法

2.1水闸选址设计

水利水电工程一般建在水资源丰富的河流、湖泊等处，在我国不同地域其地质条件、周围自然环境、水文条件等都有很大差别，而水闸具有重量大、体积大特点.在水闸的设计中水闸的选址是很关键的一部分。优质的选址能节约水闸建设成本、提高水闸的工作性能。水闸的选址需要考虑这个选址是否符合水闸的使用要求，这个选址处水闸造价是否经济最优、安全稳定，这个选址处建设水闸是否便于管理。此外，选址时应充分考虑水闸基础承载问题。选址时应对当地地层进行钻孔取样勘测，并结合水文条件、自然环境进行综合考虑，最好选择承载力符合要求的岩石层，其次选择承载力符合要求、抗剪强度高的土质地基。特别是在土质地基建设的水闸，需要在原状土上进行预压处理或是换土垫层。预压处理是为了压出土中水分使土层固结成为一个整体，减小水闸基础沉降量，进而增加土层承载力，一般预压需要较长时间方可达到规定要求。对于施工工期较为紧迫的项目，可以采用换土垫层方法，此方法具有施工快捷，操作简单，施工效果好的特点，可以推广使用。

2.2水闸选型设计

在水利水电工程当中，所使用的水闸类型较多，各类闸型具有不同的作用和优缺点，因此在选择闸型时应根据实际河流的水文特点以及当地地质条件等综合条件来考虑，不能一味追求新式闸型而忽略了实际应用问题。水闸闸室主要有敞开式、胸墙式、涵洞式三种，在水利水电工程泄洪时尽可能使水流恢复至自然状态，避免水闸前水位过高导致水冲击现象。上述三种水闸具有不同特点，敞开式水闸平底宽，更有利于排涝泄洪，水流宽阔稳定，结构简单，操作方便。胸墙式水闸一般用于水位波动较大，下游水量有限制要求的河流。涵洞式水闸一般用于水位高，孔口尺寸受限制的位置，例如穿堤取水水闸。因此，应结合实际情况选择恰当的闸室类型。

2.3水闸结构设计

（1）进水闸设计。渠首存在按需引水需求时，就会修建进水闸，不引水的时候关闭闸门即可避免河水流入渠道。根据实际河道取水方式的不同，可以将其分为有坝、无坝取水两种方式。若天然河道水量丰富、水位满足取水条件，就能采用无坝取水方式；若天然河道水量不足、水位不能满足取水条件，就能采用有坝取水方式，通过在渠首设计进水闸进行引水、河道适当位置建立拦河坝阻断河流，抬高水位，将水迫入水渠当中，以便满足水闸引水需求，进水闸需要充足的闸孔尺寸和相应的高度，以便获得良好的挡水效果，减少洪水漫顶的情况，实现按需引水的目标。水闸的种类繁多，不同水闸具有不同的优势和功能，在进行水闸设计选型时要充分参照外部限制因素，不可一味的求新，必须能够综合建设区域地理环境、河流条件、道路特征、工程控制管理条件等因素，确保选定适合的水闸类型，充分满足建设区域的使用要求。

（2）拦河闸设计。拦河闸的存在主要是为了达到阻断河流、抬升水位，确保满足渠道引水使用要求。在拦河闸应用过程中，可以将水位抬升到正常挡水位，利用灌溉取水，具体水位数值需要根据建设区域周边的灌区规划进行合理确定；在汛期，拦河闸需要及时开闸泄水，这就需要拦河闸具备足够尺寸的闸孔满足相应的洪水外泄需求，在整个汛期泄洪期间，水位都会高于闸前抬升的水位，所以，拦河闸的闸前最高水位受到闸前洪水位高低的影响。为满足日常的灌溉引水需求，必须确定相应的闸前抬升水位和拦河闸挡水高程数值，并且汛期洪水外泄总量与闸前洪水位的高低都会对拦河闸高度、闸孔型式、闸孔尺寸造成影响[3]。

2.4水闸排水布置设计

水位差在水利水电工程中是十分普遍的，尤其是在河水的上游与下游之间。水位差的存在使水流具有很大的能量，这就在一定程度上对水闸造成了很大的安全隐患，所以做好排水是一项十分必要的工作。

（1）下游连接段消力池底板排水孔设计。下游连接段的组成部分之一消力池有多种作用。消力池底板具有一定的重量和强度性能，可以承受水流脉动压力和水流冲刷力，也可以抵抗重物冲击作用。但消力池底板端部的渗透压力较大，采取在水平护板后半部分铺设垂直排水孔的设置可以有效地减少消力池底板端部的渗透压力。排水孔的设置有一定的要求，排水孔需要呈梅花状形态布置，同时紧贴排水孔下面需要铺设一层反滤层，这样布置能加快排水速率，有效排水。目前，我国有少部分水闸工程的排水布置方式很不一样，其消力池底板的排水布置是直接从水平护板首端一直延伸至尾端的，整个护板铺满排水孔。现今，这种布置方式是否能更加有效的排水还有待验证。

（2）两岸翼墙排水孔的设计。水闸建设完工后，多个部分均需要设置排水装置。重点需要设置的就是闸基的渗流以及两岸翼墙的侧向渗流。这种侧向渗流的渗水从上游经过翼墙、岸墙向下游渗入，增大了水闸底板的渗透压力，容易导致渗流出口处发生变形造成危害，需要提前设置防渗系统。

（3）闸基防渗面层排水设计。由于水闸上游与下游高水位差带来的渗透作用，上游水首先从河床逐步渗入，缓慢进入上游防渗铺盖、板桩部位，然后进入闸底板、消力池反滤层排水孔。在这整个渗透过程中，以高防低排为原则，高水位防渗止水、低水位排渗排水，使整个排水能有效进行。

结束语

综上所述，水库水闸设计工作要在现场资料、建设要求的基础上实施，因此必须确保前期资料搜集准确、完整，才能保障水库水闸设计科学合理，并保障水利水电工程项目的顺利开展，提高对水库水闸设计重视力度，确保水闸运行安全、可靠，真正发挥水利水电工程作用。

参考文献

[1]汤金跃，闭文德.水利水电工程中的水库水闸设计[J].城市建设理论研究（电子版），2017（11）：170.

[2]覃杰.中小型水库除险加固技术的应用分析[J].建材与装饰，2017（20）：276.

[3]谭志军，姜军，傅迪.通化抽水蓄能电站下水库设计[J].东北水利水电，2017（11）：6.