水闸设计相关技术要点的探析

莫寒

摘要：水利工程是农业发展的重要组成部分，也是国民经济可持续发展的命脉所在。近几年，我国对于水利工程建设投入越来越多，关注度也越来越大，因而对于水闸设计方面的要求也就相应的提高了。本文笔者对水闸设计的原则、水闸形式及尺寸、底部高度设计、进水闸闸孔计算和消能防冲设计进行简单的叙述，可供参考！

关键词：水闸设计；选址；设计计算

0 引言

水闸是水利工程中最为重要的一个组成部分之一，常言道，堤防之险在于水闸，而水闸的危险主要来源于闸坝的基础，这是水闸设计时的重点，也是难点。因此，为了确保水闸结构的刚度和稳定性，必须做好其设计工作。

1 水闸设计的原则

在水利工程中最为重要的一个组成部分就是水闸，且其跟其他的建筑相比，较为特殊，所以对其进行设计时常常会受到多方而因素的影响，主要有三方而，第一受施工条件的影响；第二受地质条件的影响；第三，受力条件的影响。所以要想做好水闸的设计工作，就要做好以下几方面的工作。

1.1 选址原则

在建设水闸时，对工程的效益来说最为关键的一步就是水闸位置的选择，其对于水利工程所起的作用以及效益有着十分重要的影响。通常情况下，对水闸进行选址时，最先要对预建水闸周边的地质和水文条件进行仔细的考察，那些承载能力较高且抗剪能力较强的天然地基作为建闸首选，尤其要注意的是在进行处理时能够选择到新鲜且完整的岩石，并将其視为水利工程的地基，这样一来既避免在施工过程中出现加固地基的问题，也能更好地提高工程的效益，使得水闸的承载力、抗剪能力以及压缩性能有了很大的提高。假如在施工进行时，不能够很好地控制好地基，存在承载能力较弱的问题，最终容易导致水闸有事故发生。因此，在对水闸进行选址时，要对多方面的因素进行综合的考虑并分析，以便水闸的施工要求能够有所提高。

1.2 做好地基处理工作

在如今的水利工程建设中，处理水闸的地基已成为一个重点施工环节了，通常来说在水利工程施工中，处理地基的方法有很多，而就现阶段的工程项目来说，对地基处理一般有以下几个主要目的：第一，能够进一步提高地基的承载能力，使得建筑工程更为稳定，且具有较强的承载力。第二，有利于处理好地基中不同的安全隐患问题，并将地基中的有害物质消除掉，防比地基发生沉降。第三，能够有效减少土壤中水分的含量，避兔因为存在的渗漏隐患而使得地基发生变形，并最终导致地基出现滑移的隐患。现阶段，在我国水闸地基中常见的安全隐患有两方而，其一，承载力较低，其二，沉降严重。所以，在如今的一些工程项目中要想解决这两个问题，就要使用不同的技术手段：①垫层法；②替换法；③填充法；④灌浆法等。其中，由于垫层法和填充法在工程项目中不易受外界因素的影响，且对于地基处理有着较高的强度，所以这两种方法在处理水闸安全隐患方而最为常用且备受关注。

2 水闸基本形式和尺寸的确定

水闸闸闸槛高程选择涉及因素较多，包括河道的地形、地质、水文、泥沙等自然条件。在平原地区，闸槛高程宜取与闸址处天然河底平均高程齐平。闸槛高程过高易引上游河床淤积，导致洪水位抬高而增加上游堤防的负担。当天然河床为复式断而时，水闸在深浅槽部位用不同闸槛高程，以便与上下游河床断而相适应。但深浅闸孔间应设置闸墩或导墙分隔，保持原河道流态。对于山区河道的水闸，闸槛高程可高于河床面，以减少工程量，因为山区河道河床坡降大，闸槛前即使被沙淤平，对上游影响范围不大。闸槛高程的确定是水闸孔口设计的关键环节，应充分分析论证，合理选定。水闸的孔口数量和尺寸，是根据设计和校核洪水时，上游水位和下泄流量不超过限制水位和安全泄量的要求，经水力计算确定。闸孔形式常为有利于宣泄洪水及漂浮物的开敞式，如果闸室高度很大，可采用双层式，顶层开启时为堰流，以适应洪水期泄放大流量及漂浮物；底层开启时为孔流，以适应排沙。这种形式还可减小启门力和改善闸室结构的受力条件。

3 水闸底部高度的设计

水闸底部高度选定的恰当与否，对水闸的生产、实施、定价以及效率产生了较大作用，所以水闸底部高度的确立也是一个不容小觑的环节。与水闸类别的选定相同，水闸底部高度的确立也必须考虑到地理条件、水利条件、效益以及达到运作标准等原因。比如：假如水闸底部高度较小的话，即使有助于放水，使田地免受洪涝灾害，但是在土地质量不高的前提之下，会给基底挖掘和解决带来很多难题，并且就抵挡河道水闸而言，若底部高度太小，会给水闸的开启或关闭、抵制沙尘带来许多难题。所以，应当全方位思考水闸底部高度的确立，选定最佳方案。

4 进水闸闸孔计算

进水闸的闸孔数口和尺寸，通过水力计算确定。计算的基本依据是当河道出现设计保证率的低水位和流量时，能引进设计的入渠流量。闸顶高程需高出闸前的最高洪水位，并留有规范要求的安全超高。闸槛高程的选择应充分考虑建坝后上游河势变化给进水闸带来不利于引水的影响，一般宜高出冲沙闸底槛（或河床创面）1.01.5 m。当引水流量大需建多孔闸时，为了便于管理运用以及在个别闸门或启闭设备出现故障时不致中断供水，同时在引取小流量时能对称开启闸门而不致引起偏流，进水闸闸孔宜取3孔或3孔以上的单孔数。闸孔的宽度应结合门型及启闭机型号统一考虑选用。进水闸的组成及设计要点等与一般水闸相同。

5 做好水闸消能防冲设计工作

在水闸中，还有一项较为重要的施工就是对消能防冲进行设计，其一般涉及到较多的内容：①控制好工程的工况；②计算并控制好设施；③计算消力池的而积以及深度的控制要求；④计算河床冲刷的能力要求。通常在水闸设计时，水闸的消能防冲设计的主要依据来源于工况所需要的设计目标以及要求，这也是水闸选址时的一个重要参数和首要前提。如今的设计以及控制水闸的消能时，都是以工作中闸高的水位为基准，并及时的宣泄并排除多余的水量，且下游水位要求要选取最低值，该方法也是现阶段水闸施工中比较常见的一种方式，也是保证水闸工程能够正常工作的核心所在。在这样的一种工况下，闸门的初始开启度通常都是以消力池深度计算的主要控制因素，而在设计水闸泄水最大的洪水流置时，相应的下游水位要确保是最低的。对于闸上相关的最高蓄水位、闸下水位限值以及闸门初始的开启度等问题还需要进行更为深入的探讨，由于篇幅问题，本文就简要的对水闸的消能防冲的设计需要注意的两方面因素进行简要的探析。

5.1 水文条件的变迁

由于在河网区建筑并联围，使得原来河网的分流条件发生了变化，从而导致主河道的水位逐渐雍高。此外，河道滩地上的码头、工厂、道路等对河道断面的桥墩造成了一定的占用，不但束窄了行洪断而，还使得河道原先的天然状况发生了改变，导致水流的边界条件发生了改变，糙率大大提高的同时，水位也就提高了。

5.2 河道地形的变迁

通常而言，天然河道的水量会随季节的变化而变化，且含沙量也在不断的变化，而河床遭到冲刷的同时也会有一定的淤积，因而其始终处于动态平衡状态。如果在河道的上游建筑水库，不但对洪水形成了阻拦，还能够对洪峰进行削平，拦截泥砂。洪峰值处于最低时，则夹带的泥砂量较小，就会使得天然的动态平衡遭到破坏，而河道筑闸后，则更会加剧这种不平衡的问题的产生。

6 结语

总之，在水利工程施工中，水闸施工较为特殊，且其与其他的建筑结构不具有共性，所以要结合相关实际控制好水闸的设计工作，提高工程建设的设计水平，并确保其足够安全、经济且合理。而在实际的水利工程建设时，要不断的对成功的设计案例以及施工经验进行总结和分析，从而提高水闸设计的水平，保障水闸的质量。