水利工程项目的水闸设计探讨

尤小强

(南昌市水利规划设计院， 江西 南昌 330009)

水利工程项目的水闸设计探讨

尤小强

(南昌市水利规划设计院， 江西 南昌 330009)

在水利工程项目建设中，水闸工程项目占据着极其重要的作用。换言之，水闸工程质量的好坏，在很大程度上将直接关乎到整个水利工程项目的整体效果，包括使用寿命、功能发挥等。在工程建设过程中，水闸这一环节一旦出现了问题，对于整个工程及其下游地区，都会造成安全隐患，极大危害着当地居民的财产与生命安全。本文重点针对水利工程项目中的水闸设计环节，选取了春风河水利工程项目实例探讨，着重以该工程的水闸设计为研究对象，加以论述。

水利工程； 水闸设计； 地基

1 引 言

随着经济的发展、社会的进步，我国在一些社会公用惠民事业建设领域取得了突出成就。在新时期，工农产业不断发展与融合，对于水利事业建设提出了新要求。在水利工程建设过程中，水闸的应用越来越广泛，重要性更是不言而喻，水闸工程的排水问题和止水问题往往是决定建筑物使用寿命的决定性因素。

2 工程概况

2.1 项目简介

春风河节制水闸位于江西省南昌市新建县流湖乡新塘村，距离城区40km，主要功能是农田灌溉，同时兼顾防洪排涝等基础功能，属于一座综合利用性的中型水闸。随着春风河水系的改造，对于水闸工程的性能要求有了新标准。该工程项目最早建设于20世纪70年代，在20世纪末期(1998年)，该水闸工程过流能力严重不足，根据实际情况当地有关部门又在左侧扩建了4孔，加上右岸的7孔，现在是11孔。其中，右岸7孔闸墩使用浆砌石结构，而新建的左岸4孔闸墩为红条石结构。虽然在当时起到了很大的作用，为中下游乡镇提供农田灌溉便利，以及防洪排涝等。但在新时期，其中原有的问题又逐步显现出来，主要是由于当时受到经济、技术层面的限制，在工程设计上存在许多不完备的地方，造成现在工程存在一些质量隐患，包括在进水、出水方面。

根据后期的调查，发现当前这种局面与水闸工程的选址、地形条件、施工策略等存在关联。其中，在水闸的右岸，附近农田高程大约在19.50m，而水闸下游区域农田的高程为17.00～19.00m；水闸左岸附近农田高程19.50m，而下游区域高程为16.50～19.00m。原水闸所在位置在春风河的上游附近，周边地势高程为20.00～21.00m，其中，左岸21m，右岸20.5m，但底部的挡水坎高程是18.4m，根本无法满足现阶段当地农田的灌溉要求。工程水系及水闸工程位置见图1。

图1 工程水系及水闸工程位置

2.2 发现问题

春风河节制水闸主要存在的问题包括：ⓐ水闸并没有设立防渗措施；ⓑ水闸工程项目建设时间过长，混凝土出现老化和剥蚀的现象，部分区域存在明显裂缝；ⓒ水闸之前使用的木质叠梁闸门破损比较严重，并且无任何启闭设备，启闭相当困难；ⓓ改造前水闸相关配套设施严重缺乏，(包括电气、安全监测、水情预警等设备)；ⓔ水闸附近没有设立管理房，缺少对水闸的安全监测与通信，管理与防汛工作如同虚设，人行便桥过于狭窄。基于该水闸工程实际情况，结合着江西省水利厅关于《春风河节制闸工程水闸安全鉴定报告书》提供的鉴定结论，最后按照《水闸安全鉴定规定》中的相关管理办法与评定标准来操作实施，决定予以改造、翻修，除险加固设计，重点更新金属结构与电气设备。

3 水闸除险加固设计

3.1 水文地质条件

春风河节制水闸项目工程原址位于江西赣江水系锦江支流白露港的下游地区，春风河是下游湖区段人工改造的一条河流。该区域总体地势比较平坦、开阔，属于冲积平原地貌。春风河河道两岸的边坡高度在1～2.5m，而阶面高程在18.50～20.00m，两侧均设有堤护岸，堤的高度在1～3m。堤顶高程则在20.00～22.40m。最近几年，由于区域内降水量增多，河流河道受到冲刷力的影响，造成河岸两侧冲蚀比较严重(勘查未发现不良物理地质现象发育)。表1呈现的是该河流主要控制断面流域参数，表2呈现的是该河流按照规划标准运行后水闸的设计(模拟)洪水成果。(资料来源当地水利部门)。

表1 流湖水系主要控制断面流域参数成果

表2 流湖河按规划标准运行后春风河闸的设计洪水成果

3.2 拆除新建水闸总体设计

如表1、表2所示，该水闸的设计标准按照20年一遇设计，校核洪水标准为50年一遇。通过对其进行勘测探查后发现，该水闸的拦河闸、灌溉闸以及实用堰的设计，并不在相同的轴线上，这是在20世纪设计的，势必存在技术缺陷，它给整个水闸工程日常工作、运行造成了较大的干扰，特别是对水闸泄洪功能的影响。除此之外，在该水闸工程的总体设计及各关键点的分布，也存在诸多不合理的地方。基于该情况，重点以提升水闸的泄洪能力为主，并进一步确保其农田灌溉不受影响。建议该水闸工程应当拆除改建，重新规划建造节制闸。设计平面布置见图2。

如图2所示，节制闸采用开敞式无坎宽顶堰水闸布置，分成3联，左右两个边联中每联2孔，中联3孔，共7孔，左右两个边联每孔净宽5m，中联每孔净宽5m，总净宽36m。闸室垂直方向长45.80m，顺水流方向长12.00m，闸室底板顶高程17.60m，闸顶高程22.80m。水闸设工作闸门和检修闸门各一道，靠上游侧布置，检修闸门设于工作闸门上游。工作闸门采用平板钢闸门垂直启闭，闸门顶高程20.60m，启闭平台高程27.80m，启闭机房建筑面积285m2。检修闸门槽距工作闸门槽上游2.8m，采用电动葫芦启闭方式。在水闸上游采用混凝土铺盖，铺盖高程为17.60m。顺水流方向长15.0m，底板厚0.4m。闸室下游连接段主要布置有消力池、海漫。消力池首端长1.2m，斜坡段边坡为1∶5，水平投影长6m，水平段长12.80m。消力池底板高程16.40m，底板厚度0.8m，设置梅花形排水孔，池深1.20m，坎顶高程为17.60m。消力池后采用干砌块石海漫护底，长50.0m。海漫后设置深为2m、长7.0m的干砌石防冲槽。

图2 春风河节制水闸设计平面布置

根据《水闸设计规范》(SL 265—2001)，平底堰的流量公式为：

式中Q——过闸流量，m3/s；

H0——计入行近流速水头的堰上水深，m；

g——重力加速度，采用9.81m/s2；

m——堰流流量系数，可采用0.385；

ε——堰流侧收缩系数，可按《水闸设计规范》(SL 265—2001)公式A.0.1-3～A.0.1-5进行计算。

式中b——闸孔净宽，m；

n——闸孔数；

σ——闸孔总净宽，B=bn，m；

σ——堰流淹没系数，可按《水闸设计规范》(SL 265—2001)确定。

4 水闸改建设计中注意要点

首先是选址，选址非常关键，在进行拦河闸、灌溉闸以及实用堰设计时，一定要结合着水闸使用要求来选址。选址要保证水闸处于一个相对稳定安全，并且能够较好满足水闸使用功能的地方，河流水流流态要稳定，运行工作要方便人员管理，最主要的是经济性和功能性。结合当地的水文条件、地质条件，在区段内选择良好的天然地基，尽量选择新鲜完整的岩石地基，也可以选择承载能力较大、抗剪强度强的土质地基。其次就是对地基的处理，结合着当地的地质条件，建议采用换土垫层的方法处理水闸地基，更好地增加地基的承载能力，保证整个水闸工程建筑物的稳定性，同时也可最大限度地消除地基的有害沉降。第三就是要进一步加强水闸消能防冲的相关设计。如图2所示，增设消力池等。此外还要充分考虑到相关可变因素的影响，比如水文条件变迁、河道地形变迁等。

5 结 语

综上所述，本文基于水利项目水闸工程的设计，重点以其泄洪、灌溉功能的发挥为主，强调水闸的整体运行工作效果。针对春风河节制水闸的改建工程，重点对其予以除险加固设计，考虑到多方面的影响因素，在进行水闸整体性设计时，严格按照业内工程施工规范来进行。

[1] 蓝文远.水利工程水闸设计的注意事项及设计的研究分析[J].建筑工程技术与设计,2015(9):1849-1849.

[2] 李连成.水利工程水闸设计初探[J].建筑工程技术与设计,2015(21):1171.

[3] 宋建波.农田水利工程水闸设计模块的优化[J].中国科技信息,2013(19):55-56.

Discussion on water gate design in water conservancy project

YOU Xiaoqiang

(Nanchang Hydropower Planning and Design Institute, Nanchang 330009, China)

In the construction of water conservancy project, water gate project plays a very important role. In other words, water gate engineering quality is directly related to the overall effect of the whole water conservancy project to a larger degree, including service life, function exertion, etc. In the process of engineering construction, once the link of water gate is failed, security risk can be produced on the whole project and downstream area, thereby producing great harm to residents’ property and life safety. In the paper, Chunfeng River water conservancy project example is selected for discussion mainly aiming at water gate design link in the water conservancy projects. Water gate in the project is regarded as study object for discussion.

water conservancy project; water gate design; foundation

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2016.06.022

TV66

A

2096- 0131(2016)06- 0074- 04