关于水利水电工程中水库水闸设计的思考

黄银颖

深圳市广汇源水利勘测设计有限公司 广东深圳 518020

摘要：水闸是水利水电工程建设中非常普遍的一种水利设备，它承担着引水和排涝的功能，它的正常工作直接关系到水利工程能否正常运行，它的施工直接影响到水利工程的整体建设，在对其进行设计时要充分考虑好实际情况，对周围的环境有一个详细的调查和研究，对其设计的各个方面都要严格按照要求来执行，以保证水利工程的质量。

关键词：水利水电；水库；水闸；设计

1.水闸的作用及组成特点

1.1水闸的作用

作为当前水利项目中使用率最高的水利建筑项目，水闸在很多区域都有使用，比如在河道以及湖泊等处。它存在的意义是为了挡水和放水。且还能够起到泄洪排涝的作用，除此之外，还调节着河道的水量平衡。它的主要构成是闸室，而闸室设有底板、闸门、启闭机、闸墩、胸墙、工作桥、交通桥等。

1.2水闸的组成特点

1.2.1上游连接段

上游连接段的主要作用是引导水流平顺地进入闸室，保护上游河床及河岸免遭冲刷并有防渗作用。上游连接段一般包括铺盖、上游防冲槽及两岸的翼墙及护坡等部分。铺盖主要起防渗作用，上游防冲槽主要是保护铺盖头部不被损坏，两岸翼墙的作用是使水流平顺地进入闸孔，并起侧向防渗的作用。

1.2.2闸室是水闸的主体部分

闸室是水闸挡水和泄水的主体部分。通常包括底板、闸墩、闸门、胸墙、工作桥及交通桥等。底板是闸室的基础，承受闸室的全部荷载，并较均匀地传给地基。闸墩的作用是分隔闸孔、支承闸门、工作桥及交通桥等上部结构。闸门的作用是挡水和控制下泄水流。底板、闸墩、闸门是闸室段的三个主要部分，闸室段一般为混凝土或钢筋混凝土结构，小型水闸也可用浆砌料石结构。

1.2.3下游连接段

下游连接段具有消能和扩散水流的功能。使出闸水流在消力池中形成水跃消能，再使水流平顺地扩散，防止闸后水流的有害冲刷。下游连接段通常包括下游翼墙护坦、消力池、海漫、下游防冲槽以及护坡、护底等。下游防冲槽（齿墙）是海漫末端的防冲保护设施。

2.水库水闸设计分析

2.1设计进水闸类型和尺寸

从天然河道取水，按取水方式一般可分为无坝取水和有坝（闸）取水两种方式。当天然河道水量丰富，水位也能满足引水要求时，可采取无坝取水方式，即直接在渠首修建进水闸引水；当天然河道水位不能满足引水要求或引水流最较大时，由于引水有困难，常需采取有坝取水方式，即除了在渠首修建进水闸引水外，还需在河道中修建拦河坝（闸），拦断河流，壅高水位，迫水入渠，以满足进水闸引水要求。

进水闸是修建在渠首按需要引水的建筑物，当不需要引水时，则关闸挡水，以免河水进入渠道。显然，进水闸不但要有足够的闸孔尺寸，以满足引水要求；还要有一定的高度，以阻挡河中水流和洪水漫顶，否则就不能完成按需要引水的任务。以下是水闸基本尺寸确定内容：

2.2.1闸顶高程

例如，某工程为Ⅲ等中型工程，主要建筑级别为3级，根据《水闸设计规范》（SL265-2001）第4.2.4条规定，水闸闸顶高程应根据挡水和泄水两种运用情况确定。

2.2.2挡水时，闸顶高程不应低于水闸正常蓄水位（或最高挡水位）加波浪计算高度与相应安全超高值之和。安全超高下限值，正常蓄水位时为0.4m，最高挡水位时为0.3m。

2.2.3泄水时，闸顶高程不应低于设计洪水位（或校核洪水位）与相应安全超高值之和。安全超高下限值，设计洪水位时为0.7m，校核洪水位时为0.5m。且闸顶桥梁底高程应高出最高洪水位不小于0.5m。闸顶高程确定，主要是根据挡水和泄水两种运用情况并结合闸前水深、吹程以及设计风速计算波浪爬高进行确定的。

2.2堰型确定

堰型选择的主要考虑因素：①运用灵活安全可靠、泄流能力稳定；②有利于排砂防淤积，尽量降低泄洪时闸前水位的壅高程；③施工方便、结构安全可靠。

2.3闸门梁系设计

为减小闸门运行过程中的振动，结构设计时考虑了适当提高闸门的整体刚度。闸门主梁布置除底主梁外，上部主梁尽量等荷载布置，采用相同主梁截面，方便制造。底主梁采用双腹板箱型梁，由于闸门底槛下游侧有向下5°的偏角，为减少门底底主梁以下悬伸长度以减小底主梁荷载，同时又能满足底主梁到底止水的距离符合底缘布置的要求，下游倾角设计为26.2°，底主梁与底槛的夹角则为31.2°>30°。为改善水流流态，底主梁后翼缘与底次梁间采用钢板进行密封。水平次梁采用槽钢，近似按等跨连续梁设计，槽钢肢尖向下，以防积水和积尘。

3.水闸设计工作注意的问题点

3.1水利工程中水闸设计选址的要求

节制闸或泄洪闸闸址宜选择在河道顺直、河势相对稳定的河段，经技术经济比较后可以选择在弯曲河段裁弯取直的新开河道上。进水闸、分水闸或分洪闸闸址宜选择在河岸基本稳定的顺直河段或弯道凹岸顶点稍偏下游处，但分洪闸闸址不宜选择在险工堤段和被保护的重要城镇下游堤段。排水闸或泄洪闸闸址宜选择在地势低洼、出水畅通处，排水闸闸址宜选择在靠近重要涝区和容泄区的老堤堤线上。挡潮闸闸址宜选择在岸线和岸坡稳定的潮汐河口附近，且閘址泓滩中淤变化较小、上游河道有足够的蓄水容积地点。

3.2渗流问题

水闸在进行挡水时，就会造成上下游水位出现差值，在这种作用下，就会在水闸、闸基与两岸的连接处出现渗流的现象。如果出现渗流，就会在水闸的底部产生向上的扬压力，这就会缩小水闸的重力作用，从而使水闸的抗滑稳定性大大降低。如果两岸和闸基都是采用土基，再出现渗流时也会带走一些细颗粒，这就会在闸后出现翻砂鼓水的现象。如果严重的话还会掏空两岸和闸基。另外，如果出现侧向渗透，会产生水平的压力，对两岸的连接建筑物都会有很大影响，使其稳定性大大下降。还有可能导致岸坡上出现渗透现象，从而加大闸底的渗透压力。如果渗流水量过大，还会对水闸的挡水功能产生影响，妨碍蓄水。

3.3沉陷问题

软土具有很大的压缩性，如果将水闸建设在软土地基上，就会在水闸自身以及外部的荷载作用下出现沉陷现象。特别是在底板传到地基上的荷载分布不均匀时，或者是分布在地基土层的荷载不均匀时，更容易出现沉陷现象。这种地基沉陷还会导致水闸出现下沉，或者是闸室倾斜。如果严重有可能造成水闸断裂，这对水闸的正常运行会产生很大影响。

3.4稳定问题

在正常使用水闸时，拦截上游的水位一般比较高，这样就导致水闸上游和下游之间产生很大的水位差，会出现水平压力过大的现象，从而使水闸向下游方向移动。要想稳定自身，水闸必须拥有一定的重量。另外，水闸在建成以后，如果还没有挡水或者是在正常使用的情况下遇到无水期，就会产生很大的垂直荷载，这样基底的实际压力就会大大超过地基能够承受的承载力，从而出现地基变形或者是出现闸基土被挤出的现象，这很容易造成水闸与地基出现滑动的危险。所以，在修建水闸时必须保证基础的面积，这样才能有效的降低基底的压应力。

3.5冲刷问题

水闸消能防冲工程设计包括计算工况和消能防冲设施形式的选择，消力池（深度、长度、底板厚度）、海漫长度，河床冲刷深度计算和跌坎计算消力池（深度、长度、底板厚度）、海漫长度、河床冲刷深度计算和跌坎计算在很多专著中均有较为明确实用的计算方法。但如何准确选择计算工况，如何选取消能防冲设施等方面论述得不多，同时很多水闸因计算工况的不准确导致工程设计标准偏低，消能防冲设施形式选择不当导致消能防冲设施经常冲坏。

4.结语

总言而之，在进行水库水闸设计工作时，必须以充足的现场资料及建设资料为基础，因此必须加强对水闸的设计、施工质量控制，确保闸门运行的安全性及可靠性，真正发挥水利水电工程抗洪、排涝等作用。

参考文献：

[1]刘伟峰，张瑞.农田水利工程中水闸设计的探索[J].工程技术，2013（04）：133.

[2]胡关保.关于水利水电工程中水闸的设计探讨[J].商品与质量：建筑与发展，2012（05）：97-98.