基于水利水电工程中水闸设计的分析探究

基于水利水电工程中水闸设计的分析探究

水利水电工程是关系我国国计民生的基础建设项目，水闸的设计在水利工程的设计与施工中有着非常重要的位置。所以，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。

【關键词】水利水电；水闸；设计；要点

引言

当前我国的水利水电工程中的水库水闸设计十分关键，它主要用于蓄水灌溉、发电、排水等。但是，由于水利工程中的水闸工程结构构造复杂，设计师在进行水闸设计时尤其应当注意结合现场环境，设计出合理、优质的水闸布局构造。基于此，文章就水利水电工程中水闸设计要点进行分析探究。

1、水闸的工作特点

水闸既是挡水建筑物，也是泄水建筑物，一般修建在平原地区，平原地区的覆盖层很厚，地基的压

缩性很大，抗滑能力差，承载能力低，所以闸的稳定是设计中的一个重要问题。

水闸靠闸门挡水，在闸上下游形成的水头差作用下会产生通过闸基及两岸的渗流，对水闸底部产生渗透压力，抵消水闸的有效重量，对闸室及两岸连接建筑物的稳定不利，并可能产生有害的渗透变形危及水闸的安全。

2、水闸对于水利水电工程的重要意义

在我们国家的水利项目中，使用几率最大的就是水闸。该项施工工作是一项对综合性要求非常高的工作，只有做好水闸设计工作才可以确保整个项目的品质优良。我们国家的水资源充沛，不过由于地形等要素的影响，水利事业在开展的时候面对很多的难题。当前时期工作的重点是充分发挥水闸的功能，为我国水利水电事业做出更大的贡献，更好满足我国可持续发展要求。因此，要切实做好水闸的设计工作，才能确保项目的品质优良。

3、水利水电工程中水闸设计要点分析

3.1 水闸的选址

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。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。

3.2 闸门梁系的设计

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，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。

3.3 水闸排水设计

3.3.1 排水孔设计

为减少护坦位置渗透压，要在水平护坦出设计一些垂直的排水孔，并在排水孔下方铺设反滤层。在水平护坦附近，部分水闸消力池下方排水孔一直设置到尾部，这种方法存有一定缺陷。因为水闸里出来的水流，在经过平稳的整流以后要从陡坡流至消力池底板，并在相交位置产生收缩水深急流。若在该位置布置排水孔，基部压力就会作用于排水孔的细粒结构，一些细粒结构会被孔吸住，那么，底板处极有可能被掏空，因此，设计消力池后部时要设计一些垂直型的排水孔，这样能够使池底板渗压降低。

3.3.2 翼墙排水孔的设计

在水闸的使用过程中，会发生侧向渗流，这种侧向渗流可能造成水闸底板渗透压力的增大，从而使得渗流出口处发生严重危害性的压力变形。一般单向水龙头的水闸可以在下游翼墙和保护坡处设置多个排水孔，并且在挡土墙的另一侧孔口处设置反滤层。然而由于一些设计人员的不专业，有一些工程中的排水孔设置在了进口翼墙处，这种设计不仅浪费资源，还会起到一些发面效果。比如，这样的设置使得翼墙失去了大部分防渗、抗冲、增加渗透路径的能力，使得上游的水流直接从排水孔渗入翼墙的后面，同时也减小了翼墙的作用。所以，设计者要明确各个环节的作用，做好侧方向防渗排水设施。

3.3.3 防冲槽的设置

水利工程建设中，在水闸关卡的末端通常设有加固稳定措施―防冲槽。因为水流的能量和速度在经过关卡的作用虽然已经得到一定的减缓，但末端水流仍具有一定的冲洗能力，这就足以对河床造成一定程度上的损害。常用的抛石防冲槽就是在末端水流处挖槽抛石，留下足够多的石块，当水流冲刷河床形成冲坑的时候，预留在槽内的石块沿冲刷的斜坡陡段滚下，铺盖在冲坑的上游斜坡的上面。

防止冲刷坑向上游扩展，保护工程的安全。

3.4 消能防冲的设计

消能防冲是水闸的主要作用和内容，在设计时主要包括对工程的工况和设施的计算、控制，对消力池面积、深度的计算和控制，以及对河床冲刷要求能力的计算等。对于工况所需要的设计目标和要求的计算，在水闸设计中往往不是很能做到完全准确，因此如何达到这一要求，是水闸消能防冲设计所追求的目标。

目前的水闸消能设计和控制，往往是以闸高水位为基准，将比基准高的水位进行排除，并且对于下游的水位要取最低的下限值，这样做可以保障水闸的建设顺利开展。这种工况下的闸门初始开启度往往也是消力池深度计算的控制因素。

4、水利水电工程中水闸设计应注意得事项

4.1 渗流问题

水闸在进行挡水中，如果出现渗流现象，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，使其稳定性下降。

4.2 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。所以，在修建水闸时必须保证基础的面积，这样可以降低基底的压应力。

4.3 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。

4.4 冲刷问题

在开闸泄水时，如果水闸下游水位很浅或，在水位差的作用下，就会加大水

流的流速，这种巨大的能量会对下游有严重的冲刷。一旦冲刷的范围过大，就会掏空闸基，造成水闸失事。另外，一般在水闸的两岸都是软弱的岩层或者是土层，如果修建水闸时开设过多的闸孔，一旦开启某一个闸孔就会形成折冲水流，这就会严重冲刷下游河岸，对水闸的安全和稳定性都会产生影响。

5、结束语

因此，在进行水库水闸设计时，要充分考虑好实际情况，对其设计的各个方面都要严格按照要求来执行，从而保证水利工程的质量与安全，提高水利水电工程的经济效益和社会效益。

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