水利水電工程的水閘設計方法分析

【摘要】水利水電工程是維持國民生產和經濟發展的重要基礎設施之一。我國在經濟發展的過程中，對于水閘設計的創新性研究從未停止，而在此期間，我國一直都重視可持續發展理念。水閘的設計要點包括消能防沖設計、選址、地基處理、排水設計、底板高程等方面，其中地基處理包括樁基、預壓和換土墊層，排水包括防沖槽、消力池底板排水孔以及閘基防滲面層等方面。

【關鍵詞】水利水電；水閘；設計

隨著我國水利工程的發展，水閘施工技術也逐漸越來越廣泛地應用到水利工程設計當中。水閘施工是一項具有復雜性的綜合施工技術，不僅要求水閘具備調節功能，還應能夠隨時將勢能轉化為電能。因此，在新能源概念逐漸普及的今天，對水閘施工技術的要求也就逐漸提高。當前，我國正如火如荼地大規模建設水電工程，要保障水利工程建設項目能夠順利實施，就必須加強水閘施工技術，對水利水電工程的水閘提出合理的設計理念。

一、消能防沖設計

一般來說，水閘消能設計的重要部分是控制工況，具體為：對下游的相應水位取下限值，閘的蓄水位必須保證在最高點，確保上游始終具有多余水量。因此消力池的控制因素在經過系統計算后，就作為閘門初始開啟深度。另外，水閘的防沖設計原則為：保證下游水位相對上游較低，水閘要保證其最大泄水量能夠達到洪峰時的水流量。

二、選址

水利水電工程中，水閘的選址是最關鍵的環節。關于合適的水閘位置，地質條件是基礎，應以地基結構穩定的河床為基礎。選址過程必須全面綜合考慮，通常對于管理的情況及使用的要求一定要符合水閘設置標準，然后分析水閘的水文條件及地質條件，優先選擇巖石結構的，如果沒有符合條件的巖石地基，那么可以采用抗剪強度高并且透水性小的穩定地基替代。

三、地基處理

（一）樁基

大多數施工方法中，樁基的施工方法基本為灌注樁和預制樁兩種模式。對于上拔力和水平荷載時樁基在一定程度上課承受的壓力，能夠有效利用的情況分為以下三種：沉降過程中，對建筑物本身的結構堅固要求較高；豎向荷載結構集中，并且較大；相應的結構，受到大面積地面荷載影響。

（二）預壓

也就是實現加載壓力，加速場地土排水固結，提高地基承載力，減少沉降。預壓的優點在于：如果持續荷載，就會產生很大的壓縮量，能夠明顯增強水閘的強度。比如在黏土地基上，采用預壓的方式就可以收獲更好的效果。

（三）換土墊層

傳統的地基處理方法，操作容易，并且可靠性高。據以往的經驗，換土墊層方法處理地基從未出現過意外，所以這也是首選方案。

四、排水設計

（一）防沖槽

防沖槽是水利工程水閘關卡末端的加固措施。當水流經過關卡時，因關卡的作用，水流的速度及能量得到削弱，但當水流經過關卡末端時，其沖擊力會大幅度提升，從而破壞河床。通常在關卡的末端設置拋石防沖槽，具體步驟是在末端挖掘槽拋石，當水流沖擊河床時，因末端石塊眾多，水流在形成沖坑時，石塊會沿著水流沖擊的方向滾下，因此要在沖坑的上游斜坡處設置鋪蓋。

（二）消力池底板排水孔

消力池一定要具備承載由于不同因素所產生作用力的能力，包括含水流的脈動壓力及沖擊力等。垂直排水孔應安置在水平護板的后半部，反濾層則一定要鋪設于排水孔之下。

（三）閘基防滲面層排水

水利水電工程的上下游都形成了明顯的水位差，因此在一系列的過程中可以有效開展排水活動。具體流程如下：上游的水滲入河床，再經閘底板和板樁，最后經消力池通過反濾層排水孔流入下游。為避免地基滲水，最好是高效地將水流排出，而加速排水的方式就是在高水位側設置防滲止水設施。

五、底板高程

水利工程中，確定的水閘底板高程非常重要，而閘的質量、制作工藝都與底板高程選擇具有直接關聯。閘底板高程的選定要進行多方面多角度的綜合考慮，必須使其滿足正常運行的需求，并且完全符合地質、經濟標準。

六、案例分析

（一）概況

某水利工程是一座以發電和水庫反調節為主的工程項目，此工程也有助于改善水資源環境并進行航運。主要組成部分包括水閘、水壩和水電系統。該河流的洪峰量及對應水位如下表：

（二）閘孔及過閘水位差

本次水閘閘室有敞開式和胸墻式兩種，此次工程對泄洪的要求較高，要求在水閘泄洪過程中水體能夠基本恢復至自然狀態，避免水閘前水位過高。在借鑒已建成的水利工程水閘工程后，本次工程所采用的水閘類型能夠滿足運行要求。為確保安全并縮減閘孔凈高度，以降低工程造價，本次工程的校核水位在0.3米的范圍內。

七、結語

水閘是水利水電工程最重要的組成部分，因此在設計過程中必須考慮多方面的因素，做好各方面的設計工作，保證水閘質量并充分發揮水閘的作用，確保水利工程能夠平穩、安全、高效運行。

參考文獻：

[1] 趙琪.關于水利水電工程中水閘的設計探討[J].城市建設理論研究（電子版），2014，（13）：6538-6542.

[2] 郭梅.淺談水利水電工程中的水閘施工技術[J].建筑工程技術與設計，2016，（22）：654-654.

作者簡介：占方晶，1983年6月，男，漢，江西省星子縣， 工程師 ，研究方向：水利工程設計