涵洞式水閘設計探析

【摘要】在水利工程中，涵洞式水閘的主要作用是用于管理水流量，對于上下游的水流量控制有著至關重要的作用。涵洞式水閘的設計尤為重要，缺陷性設計極有可能導致水閘崩塌，造成巨大的安全危險、經濟損失。對此，本文具體分析涵洞式水閘中設計的重點內容。

【關鍵詞】涵洞式；水閘；水利工程

引言

水利工程中水閘的質量將直接決定上下游的水流量，對于農作物、生活取水等都有著一定的影響，為了加強對上下游水域的保護，提升水利工程的整體建設效率、質量，就必需提高涵洞式水閘的設計質量，如此才能保障水利工程的作用。涵洞式水閘在設計過程中往往會忽略許多問題，例如泄流計算的合理性、地基條件、防滲設計等。

1、無壓流涵洞式水閘的泄流計算

本文主要探討無壓流涵洞式水閘的泄流計算。無壓流涵洞需要保障在各種水位的情況下安全運行，洞頂應高出洞內水位一定距離，一般為50cm左右，洞頂凈空面積不小于涵洞斷面面積的20%，涵洞主要分為短洞與長洞，短洞是指洞長不會對過流能力造成影響，反之，形成影響的便是長洞。

當涵洞底坡較為平緩或者趨向平坡時，長洞、短洞的界限計算方式為：Lk=（64-163m）H。由該算式能夠發現，涵洞界限與水閘的水深、進口流量的參數有著密切的關系，也就是說與底坡的緩急有直接關系。如果洞長L小于Lk，則為短洞，反之為長洞。如果涵洞底坡為陡坡，則其泄流能力不會受洞長影響，可以按照短洞進行算計。

1.1 短洞計算方式

涵洞泄流如果不會因為涵洞長度而造成影響，那么該涵洞便是短洞，其進水口水流則為寬頂堰流。所以計算方式可按以下公式：Q=mσsb03/2。在該算式中：m表示流量參數；Q表示流量；H0表示從洞出口的斷面底板高程起算的上游總水頭（米）；σs表示淹沒系數；b表示矩形涵洞過水斷面寬度（米）；當過水斷面不是矩形時，b=wk/hk。在該算式中，hk表示臨界水深（米）；wk表示hk對應的斷面面積（米2）。

1.2 長洞計算方式

對于長洞的計算方式，不同點在于需要從下游往上游推算水面線，從而求得進口斷面位置的水深。計算公式主要為：

在該式中，△L表示所計算出的長度（米）；i表示渠底坡降；J表示計算地段的平均水力坡降。

2、地基條件的影響設計

地基條件是水利工程設計的重要因素之一，在涵洞式水閘當中地基條件更為重要。首先，堤防的地基條件普遍較差。在堤防建設過程中，斷面尺寸要重點考慮，即使上下游坡度較為平緩，堤壩地基仍然會存在較大的沉降，并且沉降會持續相當久的時間。同時，在建設完成后如果沒有其他不良因素的影響，堤壩的安全性能會逐漸提升，但是在堤壩上建造水閘之后，情況便完全不同。涵洞式水閘普遍使用漿砌石、混凝土建造，建成之后，底面的承載力會顯著大于天然地基的承載力，對此，需要對天然地基進行加固處理。但是，如果出現地基處理不均勻情況，水閘就極可能發生不均勻沉降，導致閘體傾斜斷裂，形成嚴重的安全事故，影響整個水閘的安全運行。

在設計過程中應考慮各種工況，保障設計工況內水閘結構不會遭到破壞，確保工程安全運行。在修建之前要全面分析地基條件，如果地基條件不足則需要加固處理，例如換土墊層法、重錘表層夯實、砂樁、擠密等，以提高地基承載力。在修建過程中需要注意對地基的保護，切勿出現挖空地基的情況。此外，在水閘竣工并工作一段時候之后，需要檢查水閘底板是否出現斷裂、變形及接縫止水是否出現破裂等現象。

3、水閘防滲設計

水利工程中，滲流破壞對水閘安全有著非常大的危害，許多水利工程事故都源于結構滲漏，造成基礎沉降，結構破壞，影響整個工程安全。

涵洞式水閘在筑堤后，在上下游水位差的影響下，水流將會向閘基及兩側滲流，這樣的滲流形式如果不加以控制，將對水閘造成嚴重的不利影響。在設計過程中，為了控制這一現象應采取相應的改善措施，如適當的增設止水設施，降低閘室自重，控制浸潤線等。雖然有相應的改善措施，但由于涵洞式水閘的建設位置、地基情況及施工條件等因素的影響，其抗滲能力可能仍然較低，仍會發生滲漏現象，需要設置反濾設施。水閘運行一段時間之后，因為基礎處理不均勻等現象，涵洞或者閘室會出現一定程度的不均勻沉降，導致涵洞水閘出現沉陷、裂縫，同時，如果閘室以及涵洞外部的土質結構不緊密，原本正常的滲透現象會引發更深層次的滲流破壞，會進一步加快工程的破壞。由此可見，涵洞式水閘在設計過程中如果以下兩個方面不夠完善，則必然會受到滲流的影響：1、施工程序及方式不合理，導致地基的原本結構受到影響，形成安全隱患；2、防滲設計以及總體結構設計方面存在不合理，埋下安全隱患。

預防水閘滲透破壞的措施需要從多個方面進行，首先要做好防滲設計，全面分析水閘附近的土質狀況，做好水閘上下游的布置及兩側邊墻設計，嚴格按照高質量標準進行施工，確保止水設施的正確安裝，保障其不會漏水。其次要做好排水設計，控制滲流溢出面位置，降低揚壓力，實現良好的排水性能；最后要做好反濾層設計，尤其是涵洞以及閘室的接縫止水部位，既要做好斷裂層的防護工作，保障涵洞內不會出現滲流，還要預防因紊流而形成的侵蝕，為了防止水流負壓力的形成，筆者建議可以從閘室、涵洞過流結構著手，優化結構設計，使水流及時平順外泄，確保整體工程的安全性。

4.結語

綜上所述，涵洞式水閘的設計是一項非常復雜并且十分重要的工作，需要做到全面調查、綜合分析。涵洞式水閘普遍修建在地基較弱或者挖方較深的渠道中，如果涵洞式水閘的設計不合理，則必然會形成安全隱患，對此，在設計過程中，必須詳細計算水閘的泄流水量、全面分析地基條件、做好防滲設計等工作，從而提高涵洞式水閘的安全系數。

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