水利工程中水閘設計的要點及注意事項分析

汪鵬

（河南省水利勘測設計研究有限公司，河南鄭州 450016）

1.水利工程中水閘的特點及作用

水閘結構設計根據應用要求和地質條件，選擇水閘形式，適當去除閘門上部結構。還要注意水閘的作用，結合荷載分析水閘和翼室中的抗滑穩定、基礎沉降等應力進行科學計算。必要時，節點應根據地質條件進行研究，并在水閘現場，結構性能決定基礎的形式和處理手段。最后，組成水閘建筑，各段性能進行結構計算，滿足水閘結構設計要求。

水閘不僅可以排水，而且還可以擋水。一般來說，它們都具有厚覆蓋層、大的地基可壓縮性、弱的防滑能力和較差的軸承容量的特性，主要建在平原地區。因此，在水閘的設計中，應首先保持水閘的穩定性。水閘因閘門而阻斷水流，閘門上下游之間形成的水頭差因閘門基礎和兩岸的滲流而在底部形成滲透壓，抵消水閘的有效重量。這時會威脅到兩岸的閘室和連接建筑物的穩定性，發生透明變形，水閘安全保障很有可能變得困難。

在水利工程項目中，水閘的上游連接部分主要用于將水流引入水閘室，以避免泄漏，防止河流和河床全部被沖走，并與水閘室一起起到防止滲漏作用。水閘室位于水閘的主要位置，主要功能是控制水位和流量，防止滲透和沖刷。其設計包括底板、閘門、碼頭、護欄及工作橋等。

2.水利工程中水閘設計的注意事項

2.1 滲流問題

在水閘擋水期內，如果發生泄漏，揚壓力將出現在水閘底部，水閘有效重度降低，從而大大減少水閘的抗滑穩定性，并使擋水的效果大打折扣。如果兩岸和閘基是土壤的基礎，在泄漏時會帶走一些微顆粒，從而發生滲透破壞。在極端情況下，兩岸和閘基都會被排出來。一旦溢出，就會產生橫向壓力，與這兩岸有關的建筑將受到嚴重破壞，從而降低水閘的穩定性。

2.2 穩定問題

在正常使用水閘時，水閘上下游水位差異很大，從而產生水平壓力過大的問題，導致水閘向下移動。因此，如果要實現水閘的穩定性，設計時必須考慮正常蓄水情況和設計洪水位情況。

2.3 沖刷問題

開閘泄水時，如果水閘下水位太淺，在水位差作用下，水流速度加快，水流沖擊能量大會導致下游嚴重侵蝕。如果沖刷范圍太大，必然會清空水閘基地，就會發生一系列安全事故。大壩兩側都是軟弱的巖石或軟弱的土層，假設大壩建設期間的堤壩設置得太過牢固，打開一個堤壩洞將不可避免地形成大量的水流，下游流域的侵蝕，嚴重威脅到水閘運營的安全與穩定，影響岸邊的農作物和生命安全[1]。

2.4 沉陷縫填縫

為保證水閘工程施工質量，防止水閘變形和不均勻運行，有必要進行相應的填縫工作。鑒于此必須采取適當措施，以減少停用的可能性；首先，水閘結構中使用的填充材料必須固定在鐵趾板的側面和背面，以確保材料的穩定性；其次，澆筑沉縫兩側混凝土時，設計人員應確認沉縫所用的填料是直立的。暴露在混凝土中，然后必須安裝后續的填充材料并彎曲鐵點；最后，如果閘墩中有沉降裂縫，施工人員應同時為沉降周的兩側澆水[2]。

2.5 止水施工的注意事項

實際水閘可能存在水位差，壓力過大會導致閘點和大壩漏水，影響水閘方案的使用時間。一般的防止漏水方法有：（1）水平擋水法；水平擋水法要求施工人員在澆筑層之間設置擋水帶；施工縫不能設置在防水縫的高度。（2）垂直止水，在使用垂直止水時，通常使用銅板作為一種止水材料。

3.水利工程中水閘設計的要點

3.1 水閘選址

水閘通常由4個部分組成。即閘室、排水設施、防沖設施和連接建筑物。水閘在使用時，水閘的主要功能是通過水閘控制水的主要部分。防滲排水設施旨在確保水閘基礎的安全，并防止水閘基礎在使用水閘溶油時泄漏。防滲設施通常高于水閘的水位，選擇材料時應選擇滲透性低的材料。建設中選擇水閘是非常重要的，也是水閘建設的關鍵因素。分析已構建并使用的水文體，然后將其用作參考是非常重要的。很多水文體的使用存在很多問題，與水文物的位置有著良好的關系。在選址時，工廠要確認水閘建設現場的地質條件是否良好。地質條件不好的話，要進行處理，以免水閘容易出現滲透或水閘的不穩定。選擇水閘位置時要滿足的第一個條件是保證水文閘的穩定性和安全性，同時在水閘使用時滿足要求。水閘使用時，水流模式可能穩定，施工后管理方便。

3.2 類型的選擇

水利工程中有許多類型的水閘，各個類型之間有明確的差異，其功能不同，強項和弱項明顯不同。因此，在選擇水閘類型的過程中，應考慮連接和地質條件，然后進行定型工作，防止對新水閘的追求，無視實際情況中問題的出現[3]。在進行水利工程的徑流和排水過程中，主要目標是保持水流狀態平衡，防止沖擊情況。

3.3 閘孔的設計

閘孔的設計包括閘孔類型和尺寸的設計，包括寬敞的堰類型、底板高程、單個孔尺寸和閘室的總寬度等。一般使用有兩種類型：寬頂堰和低實用堰。目前，大部分水閘由于結構簡單、結構方便、有利沙沖洗及穩定的泄流能力，設計成了寬頂堰。只有在上游水位高，需要提高堰頂高度以限制單位寬度流量的情況下，才會采用低實用堰。水閘底板的高度與上下游水位、水閘的地質條件及引水或泄露的因素有關。

3.4 水閘質量

設計師對水閘質量的認識關系到工程建設的安全。在此基礎上，水閘設計時不僅要保證水閘質量，而且要在建設工作中注意水閘的質量要求，敦促全體員工形成安全的施工概念。水閘建筑的設計者應注意水閘使用中需要注意的問題。設計師應根據水閘建設的細節處理相關問題，加強水閘設計知識的教育，掌握水閘設計技術，確保施工符合設計要求，全面提高整個水利工程項目的建設質量[4]。

3.5 閘室安全與穩定計算

閘室的安全穩定是水閘正常運行的基礎，安全穩定的計算也是最重要的計算工作。主要是關于荷載組合、基底應力計算、抗滑穩定性計算等。計算荷載組合時，還必須考慮不同組合模式之間的差異。基底應力的計算主要包括力矩計算、正常運行和完成維護中的基礎應力，平均基底應力應不大于地基允許承載力。最大基底應力應不大于地基允許承載力的1.2倍。滑動預防穩定性計算在正常條件下計算總彎曲瞬間和總重量，計算出的滑動預防穩定性系數必須滿足規范的要求。

4.結語

水閘項目的建筑質量直接決定了水利工程項目的總體質量，如果水利工程項目的質量不符合標準，就會危及水利工程的完整性和質量，從而危及周邊人員的生命。為此，應加強對建造技術的研究和分析，以提高建造的水平，并確保建造的安全。正常運行的鋁材在維修工作中發揮著重要作用。因此，在設計水閘時，設計師必須首先根據實際的工程需求確定合適的水閘類型，并通過全面比較確定最佳的水閘位置。一旦確定了水閘的尺寸，就必須計算穩定性和滲流。最后，還應考慮一系列問題，如預防最終影響。必須充分理解設計過程的所有細節，并與理想的建筑配合，以確保建筑修復工程的安全、有效和穩定運作，從而使防洪和水資源減少等職能，能夠在建筑修復中得到行使，從而確保國家財產和人民生命財產的安全。