关于水利工程中水闸设计及其注意事项的探析

陈海

【摘要】本文首先对水利工程中水闸进行了概述，再对水闸设计及其注意事项进行了探讨分析，并针对水闸闸室计算做了例证说明。

【关键词】水闸设计分析；闸室计算；注意事项；

一、水闸的概述

水闸主要由三部分组成，分别是上游连接段、闸室和下游连接段。其中，上游连接段的作用是将水流引入闸室，避免其外流，保护河床和两岸，减少水流的冲刷，同时还与闸室一起起到防渗的作用；闸室在水闸中处于主要地位，它的主要作用是控制水位和调节流量，防渗防冲，它包括底板、闸门、闸墩、护栏和工作桥等；下游连接段主要用来消除过闸水流的剩余能量，将出闸的水流进行均匀地分散，从而减缓水流流速，避免水流对下游的冲刷。

二、水闸设计分析

1、水闸设计中消能防冲设计。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。对于水闸的防冲设计，还有很多方面的计算不是很明确，很多因素还不能确定，因此还需要我们对其进行进一步的研究和探讨。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。

2、水闸设计中闸室计算.闸室的安全与稳定是水闸功能发挥的前提，对闸室进行必要计算是水闸设计重要环节，为闸室的安全与稳定提供了理论依据。闸室计算主要包括荷载组合、基底应力计算、抗滑稳定计算等。其中，荷载组合分为基本组合和特殊组合两种，不同的组合方式有所差别；基底应力的计算包括力矩计算、正常运用情况下的基底应力以及竣工检修情况的计算等；抗滑稳定计算需要计算闸室在不同工况下的总弯矩以及总重，从而得出抗滑稳定系数。

以某河道整治工程拦河水闸闸室稳定计算为例，如下：

水闸闸室采用两孔一联的钢筋砼整体结构，地基为粉质粘土、淤泥、淤泥质土，不满足地基承载力要求，采用搅拌桩复合地基处理。

①.闸室基底应力根据《水闸设计规范》公式（7.3.4-1）进行计算；

②.因本闸坝地基为复合地基，闸室整体稳定按《水闸设计规范》公式（7.3.6-1）进行计算

取混凝土底板与碎石垫层的摩擦系数为f=0.3。

作用在闸体上的荷载主要有：自重、静水压力、扬压力、土压力、波浪压力等；荷载组合见表1-1。

闸室在各种运用条件下的抗滑稳定安全系数及基底应力值计算成果见表1-2。

从表1-2中可看出，闸室抗滑稳定满足《水闸设计规范》要求，基底应力值较小且分布比较均匀，闸基上下游应力均小于地基允许承载力，无拉应力，闸室抗滑稳定计算满足规范要求，说明闸室布置是合理的。

三、水利工程中水闸设计的注意事项

1、渗流问题。渗流现象就是水闸在进行挡水时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。

2、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、冲刷问题。在开闸泄水时，如果水闸下游水位很浅或者是没有水，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。

四、结束语

水闸是一种既能擋水，又能泄水的水工建筑物，在防洪、灌溉、排水、航运、发电等水利工程中得到十分广泛的运用。堤防之险在于闸，说明了水闸的重要性。水闸的地质条件、施工条件、受力条件及其重要性等与其他建筑物相比有其特殊性。其设计是非常复杂的，它不仅有主观的因素，还有客观的因素。虽然随着科学的进步，水闸的设计施工虽然越来越趋于成熟，但是千里之堤溃于蚁穴，一个微小的因素都足以给整个结构的稳定与安全造成威胁。所以，我们在做水闸设计时，认真分析，注意相关事项，从多方面考虑，科学谨慎，细致入微，是防患于未然的首要态度。

参考文献

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