水利水电工程中水闸的设计

袁宝安 李国栋 张向阳 孙涛

【摘  要】水利水电是可再生能源，对水利水电进行科学合理的应用，符合环保及可持续发展要求。水闸工程是水利水电工程的重要组成部分，其设计水平不但对整个工程质量产生重要影响，同时还和转换水平存在一定联系。本文对水闸设计技术要点进行详细分析，对水利水电工程的建设和发展就有重要意义。

【关键词】水利水电工程;水闸;设计

1水利水电工程中水闸设计技术要点

1.1消能防冲

对水利水电工程进行整体设计时，水闸消能防冲十分重要，对于下游的水位而言，需要获得正确的下游水位值，对于水闸的蓄水位置而言，要求有最高蓄水位，通过这种方式能够保障上游具备足够的水量下泄，消能防冲的作用得到凸显，当前气候变化复杂，水文的基本规律会伴随着气候条件产生变化，对水闸进行具体设计过程中，需要进行全面考虑，尽量选择最低下游水位和最高蓄水位。

1.2水闸选址

水利水电工程建设中，水闸的选址十分重要，应选择地基基础较好的地点。一般而言，应优先选择岩石地基，同时充分考虑到地质和水文分析情况，若无法满足岩石地基的要求，可使用抗剪性强、渗水性较弱，压缩性较低且承载力较强的土质地基来代替岩石地基。另外施工人员可在原土上加载，以此排除多余的水分，提高土的固结程度，并对工程后续的沉降进行有效控制，提高结构承载力是预压的主要目的。预压能够在保证荷载的前提下减小体积，且闸基会有所增强，如淤泥质土和粘性土地基的应用效果比较理想。但其也存在着明显的不足，其通常无法在规定时间内完成工程建设，给企业带来较大损失。

1.3选择闸型

水利水电工程水闸设计过程中，技术人员对水闸的选择，应做到因地制宜，科学确定水闸形状。首先应考虑水闸的实用性、流线型，然后再研究水闸的美观程度。对水闸进行具体设计过程中，相关设计人员应结合工程场址进行统筹设计构思，充分、全面了解现场实际情况后，再对水闸型进行科学选择。

1.4水闸地基处理

1桩基方式，在多种施工方法当中，可将桩基概括成灌注桩和预制桩两种。桩基在一定程度上，能够承受上拔力和水平荷载，现场施工中得到充分应用，在发生沉降的过程中，对建筑物具备较高的要求，而竖向荷载结构比较集中，荷载也较大，在相应结构中，会因为大面积地面荷载而受到影响。2预压方式，预压主要是进行预先加载，对于场地的排水固结进行适当加速，最后适当的提高地基承载力，从而使其得到完善。预压方式主要存在以下优点：在持续保持荷载的情况下，体积可能会产生较大的压缩，而对于水闸强度而言，具备较为明显的提高，对粘性土地基或者淤泥质地基，可能会产生良好的效果。預压方式存在的缺点在于，施工期间难以将全部基坑有效完成。通常情况下，闸基地下水与河水间是相互联系的，难以得到有效降水，使施工时间较长，若施工工期较紧，最好不使用这种方式。3换土垫层的方法，换土垫层的方式相对传统，因此在操作过程中较简单，在具体实践过程中，换土垫层方式始终是施工方的首选方式。对软弱地基土层而言，厚度在3m以下，为浅层地基，如在3m以上，则是深层地基。

1.5水闸排水问题

1防冲槽，水利水电工程中，防冲槽是在水闸护坦末端实施的加固措施，当水流经过护坦之后，因为护坦的作用导致水流速度和能量有所减少，当经过护坦的末端部位时，可能会恢复原来的冲击能力，而水流所带来的强力冲击，会导致河床遭到一定冲刷危害。对护坦的末端进行加固，一般使用的是抛石防冲槽，设置的具体流程是将护坦末端进行适当的挖槽抛石，当水流对河床带来冲击时，河床末端位置存在较多的石块，促使其在形成冲坑的过程中，所留下的石块顺着水流冲击的方向，并沿着陡坡方向顺势滚动。因此，需在冲击坑的上游斜坡位置设置相应的海曼，主要是为能有效遏制冲刷坑向上游扩展的流程，促使水利工程足够安全。2消力池底板排水孔设计，消力池底板设计需要承载不同因素所带来的力量，主要有水流脉动压力、水流冲击力、水力上浮等。其必须具备充分的耐磨抗压，对于重物所带来的冲击，要做到合理抗击要求，同时具备较高的强度和足够的重量。可以将垂直的排水孔设置在水平护板的后半部分，需要将反滤层铺设在排水孔的下部分。在形态布置上，需将排水孔布置为梅花形，使排水足够畅通，适当减轻护板底端位置所带来的渗透压力。3闸基防渗层排水，对水闸而言，其上游和下游均存在较明显的水位差，必须保证闸基能够有效进行排水。其具体流程为：当上游水渗透进入河床后，经过闸底板、防渗铺盖及板桩，最后经过消力池之后，能够经过排水孔流入到下游河道中，从而形成有效排水。对地基渗水方面进行分析，最为优质的方案是以最快的速度向外排泄，要想加快速度，则要在水位较高的一侧设置防渗止水设施，设置的防渗是设施可以是板桩、浅齿墙或者铺盖。通过这种方式，可适当延长底板上游的渗透路径，促使渗透压力能够在消力池底板上被有效缩小。4底板高程，水闸设计过程中，底板高程十分重要，因其对有效泄水、施工质量和工程造价等产生影响。如果出现问题，会导致闸门闭合困难，甚至增加地基开挖难度，对整个水闸流态带来影响。因此，对水闸底板高程进行选择十分重要。

2水闸设计管理

2.1水闸设计准备工作

在水闸设计之前，要做好充分准备，确保施工过程中能够顺利进行，针对施工过程中的不同工作，制订具体方案，对水闸设计进行进一步完善，针对能够遇到的问题提前预防，防止在建设施工过程中水闸出现问题。在水闸设计过程中，准备工作是重要组成部分，为水闸的设计奠定基础。准备阶段，相应管理人员需制订科学的管理方案，构建相应质量保障体系，对水闸设计的各个方面加强审查力度，针对设计人员制订相应标准，选择高素质设计团队，预先评估可能会出现的问题，并做好应急预案，在具体施工过程中，对设计方案进行及时优化调整，以防止对工程带来不利影响。因此，应做出全面的准备工作，设计出高质量水闸，从而确保水利工程质量达到规定标准。

2.2设计中注重水闸质量

水闸设计人员，注重水闸使用过程中可能遇到的问题，对人员进行思想教育，通过水闸安全使用知识，对人员进行安全教育，进一步提升人员对安全方面问题的重视力度。设计人员对水闸相关知识进行充分掌握，进一步了解水闸设计过程中存在的具体情况，充分掌握水闸设计要点。设计人员不但要提升自身安全素质，同时提升水闸使用安全。结合水闸建设施工现场，对实际问题进行科学观察，并且及时处理。具体操作过程中，对设计理论知识进行充分掌握，让设计人员在潜移默化当中，能够掌握要点和诀窍，保障水闸设计能够顺利完成，确保工程施工和水闸的具体设计相一致，促使工程质量得到有效提升。

3结论

水利水电工程建设中，水闸设计的质量对水闸运行的效果以及水利水电工程建设的质量有着较大影响，因此必须重视该项工作，且要从每一个细节入手加强对设计的管控，进而达到提高设计合理性的目的。

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（作者单位：潍坊市水利建筑设计研究）