淺談水工閘門設計的研究

廣東省潮州市北關引韓灌溉工程管理處 521000

摘要：自畢業后本人一直從事單位工管股的工作，對單位工管股工作有著較深的認識。本文對水工閘門的設計進行了探討，旨在與同行探究學習共同進步。

關鍵詞：技術；設計；作用

在水工建筑中，閘門主要掌管水位的調節以及過水流量的控制兩項工作，是水工建筑順暢運作所必不可少的設備。閘門的工作性能較高，但初始設計、加工制造與安裝等工作均較為繁瑣復雜，任何一項指標的控制失力，均有可能造成其質量缺陷，進而影響到各方面使用性能的發揮。

一、水閘的作用

水閘是一種既能擋水又能夠在工程中泄除多余的水量，是一種依靠升降閘門來控制水位的水工建筑物。在現階段水利水電工程中被廣泛的應用在灌溉、排水、航運、防洪和發電等多個行業之中。水閘在目前水利水電工程中主要可以分為節制閘、分水閘、排水閘、進水閘、沖砂閘等。不同的水閘在水利水電工程中所發揮的作用和功能不盡相同。在很多的情況下，由于水利水電工程需要發揮多種不同的功能，因此在處理的時候，可以按照水利水電工程作用和效益的需求來進行不同種類的設計和控制，也可以將多種類型的水閘一起應用于同一水利樞紐中。

二、水閘設計原則

水閘作為水利水電工程的重要組成部分，其在設計之中容易受到地質條件、施工條件以及受力條件的影響。這主要是由于其同其他建筑結構相比較有著特殊性。選址原則：在水閘建設之中，水閘選址是影響水利水電工程作用和效益的關鍵。在一般情況下，水閘在選址的過程中，首先要考慮到周圍的地水文條件和地質條件，要選擇具有較高抗剪能力以及承載能力的天然地基，最好是在處理的過程中能夠選擇新鮮完整的巖石作為水閘的地基，這樣不但能夠避免施工中對地基加固的施工要求，還能夠提高工程效益，增加水閘的抗剪力以及承載力。如果在工程施工的過程中，地質要求無法得到良好的控制，則容易造成在施工中地基不受控制，出現地基完整性不夠和承載能力弱的現象，從而造成了水閘失事。所以在現階段工程項目中，選址問題一直都是值得關注和探索的問題，要綜合各種因素進行綜合的分析和處理，以此提高水閘的施工要求。

三、閘門設計的主要工作程序

1.閘門的選型布置原則。在取水輸水建筑物中，閘門的種類繁多，閘門的選型布置直接關系到相關建筑物的布置和工程量，也就影響了工程的投資和施工進度，有時甚至是控制性的。閘門的選型布置合理，不僅會節約大量資金，而且還會取得安全可靠、操作靈活、維修方便等效果。閘門的選型與布置，應從全局出發、統籌兼顧，正確處理閘門設計與取水輸水建筑物的關系，以滿足工程的各種使用要求。大中型工程常需要做多種形式和布置的方案，與建筑物一起作技術經濟比較，從而選定最優方案。

2.收集和分析資料。要進行一項閘門的設計工作，首先要收集和研究分析閘門設計的基本資料，包括樞紐的任務和水工建筑物的形式等級與布置。分析資料就是要分清閘門的各種工況及運行條件，確定閘門的荷載及具體的操作方式。

四、水工閘門的設計

1.地基處理及設計

當水閘發生不均勻沉降或者地基總體沉降量較大時，需根據地質情況重新復核地基承載力。閘室加固防滲措施改變時都需要重新驗算地基承載力。由于閘基處于混凝土底板之下，且閘底板鋼筋混凝土厚度一般均在0.8m以上，鋼筋間距較小，因此，直接對地基加固有一定困難。當地基已發生較大不均勻沉降時，需根據已有地質資料認真復核地基承載力，確定合理的加固措施。必要時增加地質勘探工作，取得更為合理的地基土的物理力學指標，確保采取的措施合理、經濟且施工可行。

2.水閘門防滲排水設計

水閘的防滲排水設計主要是根據閘基地質情況及上下游水位條件等進行設計計算，其內容包括：進行水閘的地下輪廓布置，設計防滲排水設施的布置、型式、構造和尺寸等。除險加固的水閘應根據水閘存在的問題，按水閘實際的防滲、排水設施布置、型式、構造和尺寸進行防滲排水設計驗算。

3.水力設計

水力設計一般包括：過流能力驗算、擬定閘門控制運行方式和消能防沖設計計算。病險水閘除險加固設計時，影響水閘過流能力的主要因素包括設計水位的變化、孔口斷面尺寸和型式的變化、過水涵洞斷面尺寸以及涵洞長度的變化、消能防沖設施變化等。設計時應根據復核后的特征水位和規模，對水閘的過流能力進行復核。當采取加厚底板尺寸、加固閘墩以及增加底坎等措施時，過流面積水流流態以及下游的出流狀態都可能發生變化，需要重新復核水閘的過流能力。特別要注意流態的變化，需要根據實際情況而采取和原設計以及安全鑒定時不同的過流能力計算公式來進行驗算。如果水閘為穿堤涵閘，閘室后緊鄰的涵洞斷面長度、尺寸變化都可能引起過流能力的變化。特別是涵洞延長時，還需重新判斷涵洞的流態，即涵洞為無壓、有壓、半有壓和長洞短洞以及淹沒出流和非淹沒出流等不同的水流型式，據此選擇合適的計算公式驗算其過流能力。

4.閘室結構布置及穩定性分析

三類閘除險加固時，首先需根據新的設計條件對原結構進行分析計算，然后結合安全鑒定中結構存在的問題，采取必要的工程措施進行加固。同時按加固后的結構尺寸重新進行結構分析和穩定驗算。驗算時應盡可能考慮工程措施中新老材料之間的差異性，以及這些差異將對工程安全運行帶來的影響。

水閘結構分析及穩定計算時，其荷載的計算也應考慮設計參數的改變。同時荷載組合中應對檢修工況荷載組合進行充分的考慮。有抗震要求時，應根據《水工建筑物抗震設計規范》的規定，對抗震設防烈度超過6度的水工建筑物進行結構抗震設計校核。

五、閘門的普通功能

1.對船閘閘室進行有序和可控的開啟和關閉。2.能夠隔離任何一段水力系統。3.能控制底孔和溢洪道泄洪。4.在水輪機甩負荷的情況下，能夠切斷水流。5.能夠對水位與流量進行控制。為了完成以上的任何一項功能，基本上每扇閘門都只是在需要時才關閉或開啟，并且必須保持在規定的位置。上面所有這些功能必須無有害的振動，在關閉時，必須保證止水。結語：

在水工設計中，閘門的設計是其中重要的一項，它關系到在實施后使閘門結構牢固，啟閉靈活，擋水嚴密，運用可靠等作用。在需要時可快速關閉閘門，阻斷水流，因而是一個重要而關鍵的問題，它直接影響著水工建筑物效益的正常發揮。因此對閘門的設計質量嚴格把關，求精求細，是設計人員責無旁貸的義務。

參考文獻：

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