浅析水利水电工程中的水库水闸设计

姚崇武

广东宏茂建设管理有限公司 广东 广州 510507

水利水电工程水闸的建设，通常采用是利用阀门的启闭系统进行水位的调节，从而实现引水灌溉、排涝防洪等目标。为了提高水闸工程的建设具有很强的专业性，涉及水轮机发电机组安装、水泵安装、电气安装等各个专业。在进行项目初步设计时，应充分结合我国水利水电的相关设计标准，科学有效的选择满足我国水利水电工程水闸设计施工标准规范，运用创新的施工工艺及先进智能设备，对水闸的设计类型与要点开展分析、优化，有效提高水闸结构的科学合理性、适用性，为社会人民的生命财产提供最安全的保障。

1 工程介绍

韩江粤东灌区续建配套与节水改造工程半洋隧洞引水工程(枫江-半洋段）金属结构及机电设备安装工程横跨潮州市、揭阳市。粤东灌区续建配套与节水改造工程半洋隧洞引水工程(枫江～半洋段)，工程范围从西山溪分水点至半洋，全长8899.631m，引水设计流量16.52m3/s，主要建设内容包括西山溪～古巷进洞口段（盾构法隧洞）、古巷～半洋段(钻爆法隧洞)及半洋隧洞出口～八支渠埋管段。工程主要建筑物级别为2级；次要建筑物包括管道沿线附属建筑物等级别为3级。工作内容主要包括施工图纸所示分水井DN1600 蝶阀1套、箱涵DN3400 蝶阀2套、DN400排气阀5套、出口 DN600 排泥阀1套，出口DN2400 蝶阀1套；配电房1座，柴油发电机(500KW)1套，低压配电柜4面、软启动柜4面、抽水泵6台等。

2 水利水电工程水库水闸的重要类型

2.1 进水闸

进水闸还被称为渠首闸，通常是为农田提供水资源的灌溉，或是为其他的用户提供重要的供水，通常需设置在水库、河道、湖岸、渠首等部分控制线路供水总量。

2.2 节制闸

节制闸又被称之为拦河闸，通常用作调整水位与流量，若是处于枯水期，利用闸门的开启与闭合提高河道的水位，有助于为上游区域提供航运条件与取水条件，若是处于丰水期，利用闸门的开启与闭合对河道总体流量进行控制，供水期有助于高效控制河道下泄的总流量。

2.3 排水闸

排水闸的地板具有较低的高程、闸深较高，可以挡住很高的外河水位，有效排除洼地的积水，可将其当做双向水头。若是外河水位的高度不断上升，利用闭合排水闸可防止外部河道的水出现倒灌。若是河水退出去以后，可打开闸门排出去渍水，而排水闸大多数设置于江河的沿岸。

2.4 挡潮闸

挡潮闸具备非常丰富的功能，能够发挥挡潮水、蓄淡、泄洪排涝的目标，并且可以为水系发挥双向水头的作用，若是受外部潮水带来的影响，挡潮闸能够防止海水出现倒灌，还可有效提高内河水位，进而展现蓄水灌溉。若是处于退潮期可实现排涝，在内河受涝过程中发挥着有为重要的作用，针对建有通航孔的挡潮闸，可在平潮时段充分实现通航目标。

2.5 分洪闸

分洪闸具备很高的泄水能力以及较强的分洪能力，通常建设在江河适宜地段的一侧，如果洪水很大，就可以到达相关的闸口位置，可利用开闸分泄，为河道中洪水不出现外泄提供保障，直接流入闸后蓄洪区、滞洪区以及其他直流等风流区域，有效规避洪水对于下游区域生产生活造成的影响[1]。

3 水利水电工程中水库水闸的施工要点

3.1 地基开挖的施工要点

在进行水利水电工程地基的处理过程中，开挖属于较为常见的模式之一。一般情况下，利用地基开挖可将有效处理无法满足标准的施工设计标准要求的覆盖层，其中更包含软弱土层、风化土层和岩层等。实际而言，地基开挖方式的原理较为简单，整体操作难度很低，所以，在水闸设计中获得广泛运用。应特别重视，因为开挖会出现大量的土方或者岩石块等，一定要在施工现场科学合理的设置堆放区域，才能及时将其运送出去。堆放的位置需距离边坡位置较远，不然就让边坡出现变形和倾斜，为地基处理效果造成严重影响。

3.2 灌浆施工的要点

在地基的处理中，若是采用灌浆法有助于提升地基的稳定性。在灌浆工作中，应将灌浆泵当做施工的重要设备，充分结合灌浆泵的压力，运用管路预埋、钻孔等各种模式，将水泥与黏土等具备胶凝性质或者掺合料等，根据比例和水实施配置搅拌。确保搅拌均匀以后，使浆液灌注到土层缝隙、岩石缝隙内部，或是灌注到混凝土的接缝和裂缝中。采用灌浆施工的模式，可将其分成纯压式灌浆法和循环式灌浆法。循环式灌浆法详情见图1所示。

图1 循环式灌浆法

3.3 施工导流的要点

施工导流技术作为水闸整体施工与建设的重中之重，此技术通常包含基坑排水与围堰施工技术等。在水闸工程项目的施工建设中，需充分结合水利水电工程的整体建设目标与运输总量，明确水闸的整体宽度。而且，还要严格考察工程项目建设用地的地地质条件，科学设置高空装置，为水闸和周边河道与道路保持通畅与顺直提供保障，有助于提高水闸工程项目的整体建设质量。

3.4 防渗墙施工的要点

在地基的处理过程中，防渗墙施工一定要采用专业的设备工具。还要挖设槽孔或是钻凿出圆孔，之后采用泥浆针对墙壁实施加固处理。不仅如此，还可将混凝土直接灌注于圆孔中，或是选用其他类型的防渗材料进行圆孔的加固。除此之外，还可在系统结构中进行预制混凝土构件的安装，如此模式可在地下构成连续墙，提高地基的稳定性。通俗而言，针对防渗墙开展施工，还可运用板桩、灌注桩、旋喷柱、喷柱等模式开展施工。所以，在具体的施工建设中，应充分结合工程的实际需求专用最适宜的施工方案，在确保地基稳定性的基础上加强施工成本的严格控制[2]。

4 水利水电工程中水库水闸的设计

4.1 重视闸室的安全计算

为了保障水闸功能的高效发挥，在具体的设计工作中，应尽量提升闸室的稳定性与安全性，进而需要设计人员严格遵照设计规范标准和现场勘察资料，详细计算闸室的安全性。在此背景下，不但要实施负载组合，而且要加强基底的应力和抗滑稳定性的严格计算。从负载组合的角度来讲，应该对不同组合方式之间存有的差异性进行充分考虑。在详细计算基底应力中，应增强力矩计算和竣工检修中的计算，还需要针对工程正常应用条件下的基底应力开展详细的计算和负荷。从水闸抗滑稳定性的详细计算而言，应科学明确抗滑稳定系数，并针对总弯矩、总重等各个方面开展详细计算。

4.2 进水闸类型与尺寸的设计

进水闸属于修建于渠首，用作按照需求引水的设施，若是不需要引水，关闭闸门以便阻挡住水流，防止河水流进渠道。根据从天然河道取水的模式，可分成无坝取水与有坝（闸）取水两类；在具体的设计过程中，应充分结合天然河道水量的状况科学选择相关的取水模式。若是天然河道具有丰富水量及水位可以满足引水需要，可选用无坝取水的模式，将引水闸直接建设于渠首位置；若是天然河道水位无法满足引水需要，或者是具有很大的引流量（在河道来水中占比超过30%），为了满足引水需要，应采取有坝取水模式，即将进水闸修建于渠首的位置，在河道中还要重视创建拦河闸，其目的在于阻断河流，提升水位，确保水流可以进入渠道，进而实现进水闸的引水标准。在进水闸中闸孔尺寸的设计过程中，若想保证尺寸，应具备较强的高度，才可以充分阻挡河流水流和洪水漫顶，实现按需引水的目标[3]。

4.3 节制闸基本形式与尺寸的确定

在节制闸闸门的设计过程中，闸槛的高程应充分考虑各个方面，例如：河道的地质条件、地形条件、水文条件、相关泥沙淤积报告等。设置于平原地区的节制闸，应确保节制闸和闸槛高程和闸址位置天然河底的平均高程互相保持一致，若是设计的闸槛高度过高，很容易导致水闸上游发生严重的淤积，致使水位不断提高，上游水闸的堤防具有很大的负担。若是天然河床作为复式断面，节水闸的闸门应采用不同深度的闸槛高程，有助于满足其和水闸上游与下游河床断面保持一致。为了确保维护河道的自然流态，在深浅闸孔之间还应该设置闸墩或者导墙，有助于分割。若是将节水闸建设于山区河道中，河床坡度很大，即便水闸闸槛前被泥沙淤积，并不会为上游造成不良影响，所以，在进行水闸的设计过程中，应保障节水闸的闸槛高层高于河床面，在具体的施工建设中，有效降低工程量。明确闸门高程作为节制闸孔设计的重要组成部分，应从不同方面实施全面的深入分析验证，有助于保障闸槛高程设计的科学合理性。在明确节制闸开孔数量和尺寸大小时，应更好的满足上游水位和下游泄水量不超出各种规范标准要求限制水位、安全泄量，还应该通过精准的设计和校核洪水水利各种计算后获得相关数据。闸孔模式通常是以开敞式为主，有助于洪水和漂浮物的宣泄。若是闸室具有很高的高度，可选用双层式；在顶部位置，开启以后即为堰流，可有效开展洪水量与漂浮物的宣泄；若是开启底部，即为孔留，可实现清淤排沙。双层式的闸孔设计还可以实现闸室受力条件的完善，在闸门开启过程中，有效减少所需力量。

4.4 闸门梁系的设计

在进行闸门的设计中，为了降低闸门在运行过程中的振动，在结构的设计方面，可利用适当提升闸门的整体刚度，有助于降低振动效果。在闸门主梁的设计过程中，不仅要进行底主梁的设计，而且要在其上部主梁的布置方面应采取等荷负载模式，利用相同的主梁截面，有助于开展制造。在底主梁型式的设计过程中，应确保双腹板箱型梁的设计中，利用闸门底槛的下游侧存有向下的5°偏角，所以，在具体的设计过程中，为了减少门底底主梁一下的悬伸长度，以便降低其负载量，此外，还满足底缘布置对于底主梁至底止水距离的标准要求，并确保下游的倾斜角度设计为26.2°，底槛和底主梁之前的夹角设计为31.2°，应超出30°。为了确保水流的流态，还要利用钢板对底主梁的后翼缘和底次梁之间的密封。而其他水平的次梁应选用槽钢，利用等跨连续梁的设计模式，将槽钢的肢间向下，避免出现积水或者积尘问题[4]。

5 水利水电工程水库水闸的设计时导入综合平台管理系统

随着我国科技水平的不断创新发展，工程项目的数据采集、现场控制综合平台管理系统的开发主要以水利行业闸门自动控制技术为突破口，在项目设计过程中将综合平台系统也考虑到项目设计中，这样在设备采购及安装过程中能更好的起到一体化联动作用。避免了后期软件设备运行不稳定，不兼容等问题。综合管理平台主要实现对水文信息、闸门工况参数的采集和现场实时图像监视及闸门启闭控制系统进行自动控制。闸门自动化监控综合管理系统主要是通过计算机监控系统检测所到达闸门的上/下游水位、上游流域的来水流量、库区的库容、闸门荷重、闸门启闭状态与开度、图像信息自动化采集与传输，达到能够在监控中心远程控制闸门启闭以及闸门手自动控制；并通过实时图像监测可直观了闸门的运行工况以及周边环境。通过闸门开度仪实时采集闸门的开度，通过闸门何重仪实时采集闸门荷重。操作员通过该软件系统直接控制闸门，提高了自动化控制程度，将闸门现场的图像信息和数据信息在同一操作界面上直接的显示出来，互为印证。完成了在操作界面上的所见即所得，所得即所见的双重保证，通过设置上限水位或下限水位，通过数据采集进行分析，当系统发现收集到的水位接近汛限水位或库容水位时进行提示预警，可选择多种方式有效的提示操作员，操作员可在此时进行自主操作。该综合平台系统管理可以各个功能整合在一个管理平台上，具有先进性、新颖性和实用性，大大提高经济效益。

6 水利水电工程水库水闸施工过程中环境保护措施

施工过程中要严格按照《建设项目环境保护管理办法》、设计文件等有关规定制定的，执行时必须同国家和地方政府有关环境保护的法律、法规和规章。施工过程中应该保持施工现场道路畅通，排水系统处于良好状态；随时清除建筑垃圾，保持场容场貌的整洁。在车辆、行人通行的区域施工，应当设置沟井坎穴覆盖物和施工标志。施工现场应当设置各类必要的职工生活设施，并符合卫生、通风、照明等要求。职工的膳食、饮用水供应等应符合卫生要求。应做好施工现场安全保卫工作，采取必要的防盗措施，施工场地按有关规定设置围蔽，建立门卫制度，进入现场实行登记，非施工人员不得进入施工现场。施工过程中应做好环境保护和噪音控制，包括：施工范围界限之外的植物、树木，必须尽力加以保护和维护原状；采取各种有效的保护措施，防止在场区土地上发生土壤冲蚀，防止由施工而造成的开挖料对河流、沟渠的淤积；对未做地面硬化部位要定期压实和洒水；将卸有粉尘的材料时，应洒水湿润或在仓库内进行，工地汽车出入口均应设置冲洗槽，对外出的汽车用水枪将汽车冲洗干净，方可让车辆出门，以减少对周围环境的污染[5]。

7 结束语

概而言之，水闸的设计问题直接影响着水利水电工程项目的顺利开展。所以，一定要增强水闸的设计质量。在水库水闸的设计中，应将合理有效且精准的现场资料当做依托，在具体的设计中，应重视其中较为常见的渗流问题、冲刷问题、沉陷问题，为水库水闸的设计质量提供保障，推动水利水电工程作用的高效发挥，推动我国社会经济的持续发展。