探析水閘工程存在的問題及其設計

【摘要】水利水電工程中的水閘工程設計直接關系到整個水利水電工程的質量，關系到下游居民的健康用水以及生命安全，必須對其進行合理設計及控制其施工質量。本文概述了水閘工程，對水閘工程存在的問題、水閘工程地基的處理方法及其設計進行了探討分析。

【關鍵詞】水閘工程；問題；地基處理；設計

1、水閘工程的概述

水閘主要由上游連接段、閘室和下游連接段三部分。其中上游連接段的作用主要是將水流引入閘室，避免其外流，對兩岸及河床也起到了保護作用，防止其被沖刷，同時還與閘室一起起到了防滲作用；閘室在水閘中處于主要地位，它的主要作用是對水位和流量起到了一定的控制作用，并且防滲防沖，它的設計包括底板、閘門、閘墩、護欄和工作橋等；下游連接段主要用來消除過閘水流的剩余能量，將出閘的水流進行均勻地分散，從而起到對流速的減緩作用，避免對下游的沖刷。水閘規模的大小主要取決于過閘流量的大小，主要可以分為大型水閘、中型水閘和小型水閘三種。大型水閘的過閘流量為1000m3/s以上，中型水閘的過閘流量在100m3/s到1000m3/s之間，而小型水閘的過閘流量在100m3/s以下。

2、水閘工程存在的問題

2.1 沉陷問題。如果將水閘建設在軟土地基上，就會在水閘自身以及外部的荷載作用下出現沉陷現象。特別是在底板傳到地基上的荷載分布不均勻時，或者是分布在地基土層的荷載不均勻時，更容易出現沉陷現象。這種地基沉陷還會導致水閘出現下沉，或者是閘室傾斜。如果嚴重有可能造成水閘斷裂，這對水閘的正常運行會產生很大影響。

2.2 沖刷滲流問題。在開閘泄水時，如果水閘下游水位很淺或者是沒有水，在水位差的作用下，就會加大水流的流速，這種巨大的能量會對下游有嚴重的沖刷。一旦沖刷的范圍過大，就會掏空閘基，造成水閘失事。另外，一般在水閘的兩岸都是軟弱的巖層或者是土層，如果修建水閘時開設過多的閘孔，一旦開啟某一個閘孔就會形成折沖水流，這就會嚴重沖刷下游河岸，對水閘的安全和穩定性都會產生影響。滲流現象就是水閘在進行擋水時造成上下游水位出現差值，在這種作用下，就會在水閘、閘基與兩岸的連接處出現滲流的現象。如果出現滲流，就會在水閘的底部產生向上的揚壓力，這就會縮小水閘的重力作用，從而使水閘的抗滑穩定性大大降低。如果兩岸和閘基都是采用土基，再出現滲流時也會帶走一些細顆粒，這就會在閘后出現翻砂鼓水的現象。如果嚴重的話還會掏空兩岸和閘基。

2.3 穩定問題。在正常使用水閘時，攔截上游的水位一般比較高，這樣就導致水閘上游和下游之間產生很大的水位差，會出現水平壓力過大的現象。要想穩定自身，水閘必須擁有一定的重量。另外，水閘在建成以后，如果還沒有擋水或者是在正常使用的情況下遇到無水期，就會產生很大的垂直荷載，這樣基底的實際壓力就會大大超過地基能夠承受的承載力，從而出現地基變形或者是出現閘基土被擠出的現象，這很容易造成水閘與地基出現滑動的危險。所以，在修建水閘時必須保證基礎的面積，這樣才能有效的降低基底的壓應力。

3、水閘工程地基的處理方法

對水閘的地基進行處理很有必要，可以使其承載能力有很大提高，避免出現坍塌。目前水閘地基的處理方法有很多，下面就水閘地基主要的處理方法進行分析：（1）開挖法是地基處理中使用比較多的一種方法，其主要的處理方法是將那些與設計要求不相符的覆蓋層以及由于受到風化而被破壞的巖層挖掉。該方法原理比較簡單，操作起來也不是很復雜。（2）灌漿法的實施需要借助灌漿泵，借助灌漿泵的壓力，再通過鉆孔、對管路預埋等方式將具有膠凝性質的材料（比如水泥）和摻合料（比如黏土）與水一起進行混合。待將其攪拌均勻，然后灌注到巖石、土層所產生的裂隙中或者混凝土的裂縫、接縫內，這樣可以起到加固和防滲的作用。

4、水閘工程的設計分析

4.1 科學對水閘工程的選址。水閘工程的節制閘或泄洪閘閘址宜選擇在河道順直、河勢相對穩定的河段。進水閘、分水閘或分洪閘閘址宜選擇在河岸基本穩定的順直河段或彎道凹岸頂點稍偏下游處，但分洪閘閘址不宜選擇在險工堤段和被保護的重要城鎮下游堤段。排水閘或泄洪閘閘址宜選擇在地勢低洼、出水暢通處，排水閘閘址宜選擇在靠近重要澇區和容泄區的老堤堤線上。擋潮閘閘址宜選擇在岸線和岸坡穩定的潮汐河口附近，并且閘址宜選擇在上游河道有足夠的蓄水容積地點。

4.2 加強水閘設計中的消能防沖設計。水閘工程的水閘消能設計和控制，往往是以閘高水位為基準，將比基準高的水位進行排除，并且對于下游的水位要取最低的下限值，這樣做可以保障水閘的建設順利開展。這種工況下的閘門初始開啟度往往也是消力池深度計算的控制因素。對于水閘的防沖設計，還有很多方面的計算不是很明確，很多因素還不能確定，因此還需要我們對其進行進一步的研究和探討。消能防沖是水閘的主要作用和內容，在設計時主要包括對工程的工況和設施的計算、控制，對消力池面積、深度的計算和控制，以及對河床沖刷要求能力的計算等。對于工況所需要的設計目標和要求的計算，在水閘設計中往往不是能做到完全準確，因此如何達到這一要求，是水閘消能防沖設計所追求的目標。

4.3 嚴格對水閘設計中的閘室安全計算。水閘工程的閘室安全與穩定對于水閘功能的發揮具有重要的作用，因此對于水閘的閘室需要進行一些計算，確保其安全。需要計算的主要包括荷載組合、基底應力計算、抗滑穩定計算等。其中荷載組合又可以為基本組合和特殊組合兩種，不同的組合方式又有所差別。而基底應力的計算包括力矩計算、正常運用情況下的基底應力以及竣工檢修情況的計算等。抗滑穩定計算需要計算閘室在正常運用情況下的總彎矩以及總重，以此來得出抗滑穩定系數。

5、結束語

水閘工程設計是水利水電工程設計施工中的重要組成部分，在對水閘工程進行設計時要充分考慮好實際情況，對周圍的環境有一個詳細的調查和研究，對其設計的各個方面都要嚴格按照要求來執行，從而保證水利水電工程的質量與安全。

參考文獻：

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