平原区水闸设计研究

姜鹏

（德州市水利勘察设计研究院，山东 德州 253000）

在经济快速发展的推动下，我国基础设施取得了进一步发展，水利工程的建设规模得到不断扩大，而在社会发展中，水利工程项目设计的重要性日益突显出来。在水利工程中，水闸是一种非常重要的建筑物，其设计具有复杂性特征，同时其设计质量对于水利工程而言，有着直接影响。在进行水闸设计时，需要对受力条件、施工条件以及地质条件进行充分分析，确保能够实现水闸的合理设计。

1 工程概述

某河流全长25.38km，其汇水面积达到296.16km2，该河流水闸建于1978 年。双孔，孔净宽为3.3m。其底板高程为-0.5m，另外底板尺寸为10m×15.4m×0.8m。在长期使用中，不断被风雨所侵蚀，对其造成了严重的损害。同时其地基较差，闸基桩数量较少，并且沉降量较大。其闸顶高程与标准高程相比较低，并且排洪能力严重下降，防潮标准较低，因此，需要对其进行改建。

2 改造方案

基于施工条件以及环境的分析，对该项目进行了充分分析以及综合处理。

（1）采用3 孔闸室形式，其闸室是开敞式砼结构，分为3 孔，各个孔的净宽度为5.5m，顺流方向的长度为16m，其垂直方向为19.9m。另外，闸门采用平面钢结构，其尺寸为5.2m×6.06m（高×宽），其起动机为QP-2×125kN 起动机，在岸强上设置桥头堡。

（2）5 孔闸室方案，闸室是开敞式钢筋砼结构，分为5孔，其单孔宽度为3.3m，其顺流方向长度为16.0m，垂直方向为21.9m，并在小有进行了预制公路桥设置。闸门为平面钢结构，其尺寸为5.2m×3.86m（高×宽），其起动机为QP-2×125kN 起动机。

3 水闸作用

水闸就是指在海口、渠道以及河道等区域所修建的水利工程建筑物，其主要是借助闸门实现对水流流量的有效控制，以及调节水流的建筑物，对于水利工程而言，进行水闸修建能够对水位以及水流量进行有效的控制以及调节，进而实现引水、挡水以及等水利功能要求。若是对闸门进行关闭，能够对洪水起到拦截作用，对水位起到抬高作用。在开启闸门时，能够发挥其取水、泄洪以及排洪等作用。一般情况下，会在平原地区修建水闸，其应该具备发电、排洪、泄洪等功能，是一项综合性水利工程。

4 要点研究

在该项目中，水闸设计人员，需要充分分析实际问题，并开展统筹管理工作，保证水闸设计的有效性以及合理性。从水闸上游起，依次是砌石护底以及混凝土预制块护坡等，最后为两岸翼墙。在实际运行中，为了能够保证进口水流得到改善，翼墙平面应该进行圆弧型设计，将其半径设计为16.455m，同时在平面中将其分为两段。在上游翼墙接近于闸室处挡土墙其高度设计为5.5m，并采用钢筋砼悬臂式翼墙结构。对于伸入岸强度严翼墙而言，由于其高度较低，因此，墙身应该采用更加经济、简便的C20 混凝土重力式翼墙结构。

（1）水闸选址。对于水闸设计而言，水闸选址是一项非常重要的工作，在开展水闸选址工作时，需要以水闸水问题条件、地质条件等为基础，尽量选择地质条件突出的地基，最好是能够选择岩石地基或是透水性良好、低压缩性良好、承载能力强以及抗剪能力强的土质地基，如果没有在规划范围内发现地质条件突出的地基，就需要进行科学处理，闸址选择在冲淤变化小以及河势稳定等河段。

（2）闸室结构。在统筹分析、综合处理闸室过程中，需要对其局部模型以及整体结构开展统筹处理以及数据整合工作，该水闸设计项目的闸室结构在设计方案中已经提到，并分为3 孔，其底板顶高程设计为30.00m，其厚度设计为0.8m，边墩与中墩都是钢筋砼实体墩，并且将其厚度分别设计为0.7m 与1.0m，其波浪高度+最高挡水位为+0.3m。同时，整体结构超高为35.56m，在处理闸室时，一处位于闸室下游方向，宽度设计为1.5m，另一处位于闸室中部位置，宽度设计为1.2m，其顶高程均设计为36.20m，并且在两侧合理设置钢管栏杆。其工作闸门为定轮平面钢结构，共有3 扇，其检修门槽的尺寸设计为0.35×0.25m。

（3）泄洪闸底板高程的设计。在确定闸底板高程时，需要对实际情况进行综合分析，然后进行确定，在高程设计中，有很多因素均会有所涉及，其主要涵盖洪水、水流、水文地质以及地质情况等因素。在开展高程设计工作时，主要借助建模方式对其进行分析、论证，另外，需要对国内外前沿技术、先进经验以及研究成果进行充分借鉴，进而保证高程设计具有良好的准确性以及合理性。在高程设计中，需要避免其出现过低现象，在高程过低时，会导致水流被水闸过多分走，就会对下流水流冲刷能造成影响，使其急剧下降，进而引发沙泥淤积问题，因此，在确定闸底板高程时，应该尽量保证河道原有的排沙泄洪能力不被破坏。

（4）消能防冲。对于水闸而言，其主要消能方式有挑流消能以及底流消能等。挑流消能主要在岩基水头较大的中型水利工程以及大型水利工程中应用较为广泛；底流消能主要地地基地低水头以及上中水头中的泄水建筑物中应用较为广泛。在开展水闸设计工作时，需要按照工程规合理选择防冲措施，其主要是由建于闸室下游中的下游翼墙、防冲槽、海鳗、消力池以及辅助消能工等组成。另外，还需要对水闸表面进行合理布置，进一步提升水流扩散能力，进而避免或是降低回流所造成的影响以及危害。

在该项目中，其结构主要为钢筋砼结构，其高程设计为29.20m，其平面布置在闸室出口处的宽度设计为18.5m，并且需要确保其结构中直线，能够直接扩散21.7m，其平面扩散实际角度应该为7 度，其池底板厚度应该由首部0.7m 逐渐变为0.5m。在消力池两侧设置挡土翼墙，墙体最高高度为6.3m，并采用钢筋砼悬臂式结构，其末端需要拐弯，并插入河坡中5.3m，在其外侧接入长度为5.9m 的砼翼墙。对于消力池下游而言，属于海漫段，其总长度为28.0m，并在海漫下游进行抛石防冲槽设置。根据相关数据显示，下游的冲刷深度已经达到2.4m，因此，应该将防冲槽的截面面积设置为5.7m2，防冲槽部位的实际长度应该为6.0m，其槽深应该为1.7m，其截面面积应该为8.1m2。

（5）防渗排水。在对防渗排水环节开展统筹处理工作时，应该综合控制、集中处理闸基防渗的长度，将高压旋喷柱渗透墙以及钢筋砼作为重点对象进行研究，对系统化处理机制进行积极落实，保证其效果能够符合预期要求，为防渗路线设置提供保障。在防渗范围内，闸室段的竖直缝以及水平缝需要设置两道水橡皮，其余部位设置1 道水橡皮。在下游的渗流出口位置应该进行冒水孔以及反滤层设置，同时，需要充分分析其尺寸，对于冒水孔直径应该设计为0.1m，孔距应该设置为1.0m，根据梅花形状进行布置，在孔内进行碎石填塞。对于反滤层而言，在其中间设置4 眼直径为0.5m，深度为2.5m 的排水砂井。根据实际结构中基本参数，进行有效数据测量机制以及处理机制，保证实现处理效果最优化的目标。只有在保证防渗效果最优化的前提下，才能够对水闸工程施工中存在的隐患进行有效的分析，进而对其进行规避，对其设计要素进行有效补偿，进而提升整体水闸工程的综合水平以及实际质量。在设计中，除了需要有效分析设计结构，还需要统一计算渗流量，根据《水闸设计规范》中的计算公式，集中计算各水头损失值、阻力系数以及地基的有效深度等。

5 结语

综上所述，对于水闸设计而言，需要统筹处理实际问题，保证运行维度以及控制结构的有效性，需要综合极端、细化分析设计结构以及设计要点。不论是统筹分析测量技术，还是建立水电测量系统时，均需要将水闸设计的处理效果以及技术模型进行有机结合，促使理论与实践能够得到有效结合，进而提升水闸设计质量，保证其能够稳定运行，为河流两岸居民生产生活提供保障。