水利水电工程中水闸的设计探讨

曹家兵

安徽光富建设工程有限公司 安徽合肥 233100

1 水利水电工程中的水闸的构成与选址

水闸的构成分为三部分，即下游连接段、闸室、上游连接段：①上游连接段主要是引水入闸室，避免发生外流现象。同时，可以有效保护河床、两岸，降低冲刷的程度。另外，还能够结合闸室发挥防渗作用；②闸室是水库水闸中重要部位，能够很好地控制流量、水位，并能够防冲防渗，主要包括工作桥、护栏、闸墩、闸门、底板等；③下游连接段可以将过闸水流的剩余予以消除，均匀地分散出闸水流，减缓水流的运行速度，避免对下流产生不良影响。在确定水闸规模时，需要分析实际的流量大小。基于水闸规模可以将其分为三类：①小型水闸，流量小于100m3/s；②中型水闸，流量在100-1000m3/s 之间；③大型水闸，流量大于1000m3/s。

2 水闸地址跟闸槛高度的合理设计

水闸选址是水利水电工程的基础工作，影响着后续的具体设计与建设。如果水闸位置不合理，很可能会在建设或者投运时发生事故，如冲刷破坏、失稳、渗透等。在选址过程中，应该确保水闸的安全性、稳定性，另外，选址还应该遵循管理便利、造价合理的原则。水闸选址必须重视当地的人文条件、地质条件。其中，地质条件包含天然地基、岩石材质以及土质等。基于调查，掌握地质条件的相关参数，选择具有承载力、不易渗水、不易透水、难以压缩的位置[1]。如果无法在工程区域中找到符合要求的天然地基，则应该对其进行处理。

我国地域辽阔，不同区域的水利工程在施工过程中其存水量和运行特点有很大差异。因此在水闸工程施工过程中，要对水闸地址跟闸栏的高度进行合理设计，保障整体施工效果。因此水利工程的存水量存在有一定差异性，所担负的任务也不尽相同，也就要根据水利工程当地的地形、地质、水流量、泥沙数量等多方面的因素进行合理设计，保障水闸工程施工技术的合理性。一般在进行水闸地址的选择过程中，需要选择一些水流平缓的区域，保障该区域的河床跟河坡都有较强的稳定性，对于地基的密实跟坚硬程度也要进行明确，保障整个水闸工程的牢固性。

3 水利水电工程中水闸的设计

3.1 合理选择水闸型式

为避免活水泵站在运行中发生回流问题，需要合理设计挡水闸，本工程共设置了2座水闸和泵站联合布置，常用的水闸形式有2种，一种是平板钢闸门，另一种水下卧倒钢闸门。其中，前者虽然前期投资比较少，但后期运行控制复，且需要设置检修平台及启闭机房。后者无需检修平台和启闭机房，上部结构承受的荷载也比较小，可降低基底处理的复杂性，且位于水下，经过效果比较好，因此，本工程选择了液压卧倒门水闸[2]。

3.2 确定水闸顶部高程

在夏季洪水期，要将水闸提前防水卧倒，并保证坝顶高程不会影响行洪效果，但要充分考虑活水泵站在运行中挡水对泵站出水池壅高的影响，因此，坝顶高程要高出水池壅高4.2m左右，以降低投资成本，初步设计坝顶高程为4.5m。

3.3 水闸过流能力设计

水下卧倒闸门过流能力通常按照宽顶堰进行计算，具体计算公式如下：

式中 Q—设计流量，m3/ s；δ—淹没系数；ε—侧收缩系数；n—流量系数；B—坝体总长度，m；g—重力加速度，m / s2；H0—计入流速水头的坝前水深，m。

3.4 水闸设计

水闸设计要和泵站相互结合，并靠近泵站布置，就案例工程水闸工程由闸室、护坦、上下游连接建筑物等共同组成，门顶高程为4.5m，共有8个单元门组成，每个单元门的静水压力都是460KPa，闸室通过液压系统起闭，由三级液压油缸为其提供动力，工作压力为16MPa，为保证便于管理，将液压泵站布置在泵站中，水闸闸门上游侧底板的高程为1.0m，下游侧底板高程为0.5m，顺着水流方向的宽度为12.5m，厚度为1.0m，总坝长50m，边墩和底板通过 C30钢筋混凝土施工。由于本水闸基层为淤泥质粘土，虽然土质抗冲流速比较，但水闸上下游的水位差比较小，只能作为构造效能设施，底板上下游分别设置长度为10m 的长护坦，顶面高程控制在0.5m 左右，并外接长度为5m 以上的抛石防冲槽。

3.5 节制闸设计

水闸规模为1×8m，沿着水流的方向长度为10m，底板则采0.8m 厚 C30钢筋混凝土制成，底板顶高程为0.5m，边墩厚度为1.0m，闸墩顶高程为4.5m，在水闸中设置一道液压水下卧倒闸门，通过液压设备进行控制，边墩选择悬臂式挡墙结构，上下游侧边墩顶高程为4.5m。单孔跨度比较大，为便于后期维修，在设计时，闸室上下游都不设置检修闸门。本水闸闸基虽为淤泥质粉质粘土，但由于本水闸上下游的水位差较小，因此上下游均只作构造消能设施，底板上下游分别设置5.0m 长护坦，顶面高程0.50m，护坦由20cm 厚 C30混凝土面层和30cm 厚 M10浆砌块石底层组成，底板顶高程0.50m。上下游护坦均外接5m 长抛石防冲槽。

总之，水闸工程作为水利工程的重要组成内容，其承担着至关重要的防洪减灾及给水灌溉等作用，同时创造相应的经济效益和社会效益。由于大部分水闸工程建设年代较早，其不可避免地会出现一定的病险问题，这对于水闸工程的安全性和稳定性带来严重的影响[3]。所以，相关部门必须要及时、深入地分析水闸工程的现状，针对存在的病险问题进行深入的剖析，保证水闸工程规划建设的科学性和合理性。