水利工程中的水库水闸设计分析

毕小俊

摘    要：水库水闸设计是水利工程建设中的一个重要环节，对水利工程的质量有着直接的影响。基于此，本文简单阐述了水库水闸设计的基本要素，分析了水闸设计中的常见问题，并论述了水闸设计流程中的一些要点和优化策略，以期为相关行业的工程技术人员提供参考。

关键词：水利工程;水库;水闸设计

1  引言

水闸具有通过挡水和排水来控制调节水位和流量的功能，在发电和防洪等方面都有着重要价值。水闸分为下游连接段、闸室、上游连接段三个部分，各部分有着不同的作用，同时，水闸从功能上也可以分为不同种类。在实际的水库水闸设计当中，需要根据流量来设计水闸规模，同时根据当地的地质条件，确定施工方案，来确保水闸的平稳高效运行。

2  水库水闸的设计及常见问题

2.1  水库水闸设计的基本要素

在水库水闸设计过程中，重点要考虑的是以下三个方面：（1）设计进水闸类型及其尺寸，在这一设计环节，主要是根据河道水量和水位来选择取水方式，以满足水闸的引水需要。通常，当河道水量充足时，采用无坝取水方式，水闸可直接建于渠首;否则就需要采取有坝取水方式，在河道中修建水闸。（2）设计拦河水闸的类型和尺寸，这是为实现饮水目标所采取的一种方式，而在洪水来临时，水闸则需要开闸泄水，因此，这一设计环节要做到科学合理，可根据当地多年的水文情况来进行闸孔尺寸的设计。（3）闸门梁系设计，在这一环节的设计中，要考虑到闸门振动的情况，对闸门的整体刚度进行强化，并用钢板密封主梁后翼缘和底次梁，避免产生积水积尘问题[1]。

2.2  水库水闸设计的问题分析

（1）稳定问题。水闸运行过程中经常会由于水位差而受到冲击力，冲击力过大时水闸就会发生滑动，为此在设计过程中要确保水闸有足够的重量来维持稳定。同时，水闸地基的基础面积也要足够大，防止在枯水期水闸没有挡水导致垂直荷载过大而造成地基变形。

（2）渗流问题。渗流问题主要由于水闸受到上下游水位差作用所致，渗流问题会导致水闸受到向上的扬压力，这就会使水闸的抗滑稳定性有所下降，甚至导致闸基被掏空而引发安全事故。同时，渗流问题也会影响两岸连接的建筑物稳定性，并影响水闸的挡水效果。

（3）冲刷问题。在水库开闸泄洪时，通过水闸的水流速度很快，往往会对水闸造成严重的冲刷。如图1所示，水闸在长期冲刷下很可能导致闸基被掏空从而引发安全事故。除此之外，由于一部分水闸建设在地质条件较为薄弱的地区，如水闸的闸孔数量过多，也容易因为折冲水流而引发冲刷问题。

（4）沉陷问题。沉陷问题是很多水库水闸出现的问题，特别是地基为软土的时候，由于受到水闸重力和外部荷载双重影响，更容易发生沉陷问题。除此之外，荷载分布不均也容易引发沉陷问题。沉陷问题很容易导致水闸下沉，甚至导致水闸遭到不可逆的破坏，为此，在设计水闸过程中要对地基的实际情况充分研究。

3  水库水闸的选址和施工

3.1  水库水闸的选址

水闸的选址应当以科学合理的思想为指引，将安全性和稳定性放在首位，在此基础上，遵循易于管理和成本低的原则。除此之外，水闸选址过程中，应当充分了解当地的人文条件和地质条件，对地基的选择要更为注意，如无法找到符合要求的天然地基，就必须进行人工处理，提高地基承载力，使之符合要求[2]。

3.2  水库水闸的地基施工流程

（1）地基开挖。开挖是常见的地基处理方式，通过开挖这种方式可以处理掉不符合要求的覆盖层，如软弱土层、风化土层等。开挖的原理简单，操作难度较低，一直在水闸设计工作汇总广泛应用。但由于开挖会产生大量的土方和岩石块，这些土方和岩石块的大量堆放有可能造成边坡的变形倾斜，因此必须设置合理堆放区域，并尽快将其运出施工区域。

（2）灌浆施工。灌浆法是提高地基稳定性的有效手段，灌浆施工中的主要设备是灌浆泵，同时利用管路预埋和钻孔的方式，将掺合料与水搅拌混匀。在搅拌均匀后，将灌浆液注入缝隙之中。这种方式对于提升地基的整体性能有着重要作用。通常，灌浆施工有纯压式灌浆法和循环式灌浆法两种。

（3）防渗墙施工。防渗墙施工需要专门的设备工具才能完成，具体来看，主要的工作是挖设槽孔或钻凿圆孔，然后对墙壁加固处理，也可采用混凝土直接灌注的防范来加固圆孔。同时，还可采取在系统结构中安装混凝土构件的方式，在地下构成连续墙，来增强地基强度。在实际施工当中要根据具体情况选择最合适的方案，在保证施工质量的前提下，做好成本控制。

（4）桩基础设计。水闸设计过程中经常会出现地基竖向受力较大的情况，这就需要桩基础设计这种方式来处理，避免后期可能发生的问题。桩基础设计方式可以有效地将水闸整体受力进行分解，转移到地基深处，使地基承受的冲击力减小，防止地基沉降。显然，桩基础设计是一种具有较强针对性的设计，主要目的是解决水闸的竖向受力问题，增强水闸的稳定性，确保工程进度顺利推进。

（5）地基强度的提升。置换法、排水法和挤实法也都是提高地基强度的有效途径。置换法主要通过挖除软弱土层再使用其他散料进行回填，来使地基固结，增加强度;排水法通过设置排水设施来排出水分，提高地基土壤的坚固程度;挤实法则在施工中使用小石子和砂等填料加入土层，形成柱体状结构来增强地基强度。

3.3  水库水闸的安全性及优化

水库水闸的安全性关系着整个水利工程的运行效率和质量，因此，为保证其安全性，在设计前需要进行大量的论证和计算。主要的计算内容是地基的应力、负载组合及抗滑稳定性。负载组合包括基本组合和特殊组合，两种组合方式的计算方式有着明显的不同，这一点需要格外注意。同时，基底应力的计算涉及到力矩方面的有关内容，而抗滑稳定性计算则需要对总重和总弯矩等参数先行了解。这对技术人员的分析能力提出了极高的要求。

根据这些计算结果，可以对水闸地基进行优化，优化的重点内容是解决闸室沉降问题。为此，可以采用刚性桩进行优化，它兼具施工进度快和质量可控的优点，并适用于各种土层和岩层，可满足多种施工条件的需求。

4  结语

水庫水闸的设计和施工有着较大的复杂性，涉及到多个学科的交叉，为此，要提高水闸的设计施工质量，就要从多个角度入手来解决问题。要重视对施工现场环境的勘察，尤其是对地质条件的研究分析，在此基础上，设计出地基加固的有效方法，防止水闸在运行过程汇总发生问题。同时，工程技术人员还应当重视如何提高安全性，并积极创新和实践，寻找更多优化方案，确保水利工程安全平稳运行。

参考文献：

[1] 沈春来.关于水库除险加固水闸设计步骤应用环节的分析[J].科技创新与应用，2017（12）：174.

[2] 张惠军.金泽水库取水闸基础设计及优化[J].东北水利水电，2019（4）：70.