水利水电工程的水闸设计方法分析

2016-05-30占方晶

水能经济 2016年12期

【摘要】水利水电工程是维持国民生产和经济发展的重要基础设施之一。我国在经济发展的过程中，对于水闸设计的创新性研究从未停止，而在此期间，我国一直都重视可持续发展理念。水闸的设计要点包括消能防冲设计、选址、地基处理、排水设计、底板高程等方面，其中地基处理包括桩基、预压和换土垫层，排水包括防冲槽、消力池底板排水孔以及闸基防渗面层等方面。

【关键词】水利水电；水闸；设计

随着我国水利工程的发展，水闸施工技术也逐渐越来越广泛地应用到水利工程设计当中。水闸施工是一项具有复杂性的综合施工技术，不仅要求水闸具备调节功能，还应能够随时将势能转化为电能。因此，在新能源概念逐渐普及的今天，对水闸施工技术的要求也就逐渐提高。当前，我国正如火如荼地大规模建设水电工程，要保障水利工程建设项目能够顺利实施，就必须加强水闸施工技术，对水利水电工程的水闸提出合理的设计理念。

一、消能防冲设计

一般来说，水闸消能设计的重要部分是控制工况，具体为：对下游的相应水位取下限值，闸的蓄水位必须保证在最高点，确保上游始终具有多余水量。因此消力池的控制因素在经过系统计算后，就作为闸门初始开启深度。另外，水闸的防冲设计原则为：保证下游水位相对上游较低，水闸要保证其最大泄水量能够达到洪峰时的水流量。

二、选址

水利水电工程中，水闸的选址是最关键的环节。关于合适的水闸位置，地质条件是基础，应以地基结构稳定的河床为基础。选址过程必须全面综合考虑，通常对于管理的情况及使用的要求一定要符合水闸设置标准，然后分析水闸的水文条件及地质条件，优先选择岩石结构的，如果没有符合条件的岩石地基，那么可以采用抗剪强度高并且透水性小的稳定地基替代。

三、地基处理

（一）桩基

大多数施工方法中，桩基的施工方法基本为灌注桩和预制桩两种模式。对于上拔力和水平荷载时桩基在一定程度上课承受的压力，能够有效利用的情况分为以下三种：沉降过程中，对建筑物本身的结构坚固要求较高；竖向荷载结构集中，并且较大；相应的结构，受到大面积地面荷载影响。

（二）预压

也就是实现加载压力，加速场地土排水固结，提高地基承载力，减少沉降。预压的优点在于：如果持续荷载，就会产生很大的压缩量，能够明显增强水闸的强度。比如在黏土地基上，采用预压的方式就可以收获更好的效果。

（三）换土垫层

传统的地基处理方法，操作容易，并且可靠性高。據以往的经验，换土垫层方法处理地基从未出现过意外，所以这也是首选方案。

四、排水设计

（一）防冲槽

防冲槽是水利工程水闸关卡末端的加固措施。当水流经过关卡时，因关卡的作用，水流的速度及能量得到削弱，但当水流经过关卡末端时，其冲击力会大幅度提升，从而破坏河床。通常在关卡的末端设置抛石防冲槽，具体步骤是在末端挖掘槽抛石，当水流冲击河床时，因末端石块众多，水流在形成冲坑时，石块会沿着水流冲击的方向滚下，因此要在冲坑的上游斜坡处设置铺盖。

（二）消力池底板排水孔

消力池一定要具备承载由于不同因素所产生作用力的能力，包括含水流的脉动压力及冲击力等。垂直排水孔应安置在水平护板的后半部，反滤层则一定要铺设于排水孔之下。

（三）闸基防渗面层排水

水利水电工程的上下游都形成了明显的水位差，因此在一系列的过程中可以有效开展排水活动。具体流程如下：上游的水渗入河床，再经闸底板和板桩，最后经消力池通过反滤层排水孔流入下游。为避免地基渗水，最好是高效地将水流排出，而加速排水的方式就是在高水位侧设置防渗止水设施。

五、底板高程

水利工程中，确定的水闸底板高程非常重要，而闸的质量、制作工艺都与底板高程选择具有直接关联。闸底板高程的选定要进行多方面多角度的综合考虑，必须使其满足正常运行的需求，并且完全符合地质、经济标准。

六、案例分析

（一）概况

某水利工程是一座以发电和水库反调节为主的工程项目，此工程也有助于改善水资源环境并进行航运。主要组成部分包括水闸、水坝和水电系统。该河流的洪峰量及对应水位如下表：

（二）闸孔及过闸水位差

本次水闸闸室有敞开式和胸墙式两种，此次工程对泄洪的要求较高，要求在水闸泄洪过程中水体能够基本恢复至自然状态，避免水闸前水位过高。在借鉴已建成的水利工程水闸工程后，本次工程所采用的水闸类型能够满足运行要求。为确保安全并缩减闸孔净高度，以降低工程造价，本次工程的校核水位在0.3米的范围内。

七、结语