关于水闸设计问题的思考与探讨

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关于水闸设计问题的思考与探讨[摘要]本文首先就水利工程中水闸的消能防冲方法的设计、水闸的地基处理、水闸的底板高程、闸型选择以及水闸的选址等问题进行了详细的分析，然后就水闸的排水问题进行探索研究，以下进行了详细的阐述。更多还原[关键词]水利水电；水闸；设计；文献标识码：G41文章编号：1009-914X（2014）42-0324-01前言水闸是一种特殊的建筑物在使用的时候既要能够阻挡来水又要能够将水泻出。水闸在运行的时候要依靠升降闸门来对水位进行控制这样可以对水量进行调节同时在很多的水利工程建设中都得到了应用。一、水闸消能防冲方法设计研究7 水闸消能防冲工程设计包括计算工况和消能防冲设施形式的选择，消力池（深度、长度、底板厚度）、海漫长度，河床冲刷深度计算和跌坎计算消力池（深度、长度、底板厚度）、海漫长度、河床冲刷深度计算和跌坎计算在很多专著中均有较为明确实用的计算方法。但如何准确选择计算工况，如何选取消能防冲设施等方面论述得不多，同时很多水闸因计算工况的不准确导致工程设计标准偏低，消能防冲设施形式选择不当导致消能防冲设施经常冲坏。1、水文条件的变迁（1）河网区联围筑闸改变了原来河网分流条件，使主河道水位雍高。（2）河道滩地的码头、工厂、道路以及众多的占用河道断面的桥墩，这些设施除了束窄了行洪断面外，还改变了河道原来的天然状况，改变了水流的边界条件，加大了糙率，因而雍高水位。由于上述原因，使得有些水闸经常出现高于设计洪水位的水位，这些不仅对水闸的安全运行提出新的要求，而且对当地的水利规划、设计和建设提出了新的要求。2、河道地形的变迁一般来说，天然河道随季节的变化其来水量在变化，其含砂量也在变化，河床总是时冲时淤，处于动态平衡状态。若河道上游筑水库，则拦截了洪水，削平了洪峰，亦拦截了泥砂。洪峰值少，夹带泥砂少，改变了天然的动态平衡状态，河道筑闸后，加剧了这种不平衡状态。由于水闸消能防冲设计的控制工况是：保持闸上最高蓄水位，宣泄上游多余来水量，下游水位取下限值，所以由于下游河床不断降低，下游水位低值也随之降低，随河道变迁出现的新低水位低于原设计工况的下限低值，原控制条件就不能适应变化了的河床，消能防冲效果必然差，很多水闸经常发生护坦或海漫被冲坏的情况。7 二、主要的水闸地基处理方法水闸地基处理是当前水利工程建设中的重点环节，在施工的过程中其处理方法很多，同时就目前的工程项目而言，其主要的施工目的在于：提高地基的承载能力，确保建筑工程具备超强的稳定性和承载能力；就地基中存在的各种隐患和问题进行严格处理，消除地基中存在的有害物质，避免地基出现沉降现象；降低土壤中含有的水分，防止由于渗漏隐患而造成地基变形，进而出现地基滑移隐患。当前我国最为常见的水闸地基隐患有承载能力低、沉降现象较为严重，因此在目前的工程项目中要通过各种技术手段和方法来对这一现象进行处理，在处理工作中主要的处理措施和方法有垫层法、替换法、填充法和灌浆法等。其中垫层法和填充法是目前我们最为常见的施工技术措施和手段之一，其在工程项目中由于受到的影响因素小，同时对于地基处理峰强度高，因此备受人们的关注与青睐。三、闸底板高程的确定应考虑的问题闸底板高程的确定是由多方面因素决定的，选定得是否恰当，对闸的稳定，闸室的宽度、高度、闸门的挡水高度，两岸建筑物的高度、运行管理、施工难易，工程造价均有很大影响，因此，必须从满足运行要求，7 并结合地质水文地质、经济合理等一并考虑。经过几个水闸设计进行闸底板高程选定，从不同的高程方案进行比较，我们找出了一些规律：对排水闸，闸底板高程低些，有利于迅速排水使农田不致受涝；对大型水闸降低底板高程可缩短闸身的总宽度，对减少工程投资往往是有利的；对小型水闸底板高程定高些是比较经济的，虽然闸室宽度增加了，但闸室、闸门和两岸建筑物高度却减少了。从运行管理方面考虑，底板高程过低对于拦河闸来说，给闸门的启闭力，防沙冲沙布置均带来困难，从地质和水文地质方面考虑，如果地质较差而底板高程过低，则增加地基开挖和处理的困难，水文地质地下水位高就增加施工排水的投资。所以确定闸底板高程必须综合全面考虑分析论证选择最优方案的闸底板高程。四、关于闸孔型式的确定闸孔型式有宽顶堰，实用堰及胸墙式三种。1、宽顶堰应用较广，结构简单，施工方便，自由泄流的范围大，当下游水位至堰顶距离h>0.8H时，才开始变成淹没出流，所以它的泄流能力比较稳定，有利于冲淤排砂，但流量系数小。2、实用堰7 与宽顶堰比较，流量系数比较大，可以缩短闸孔总宽，减小闸门高度，能阻止泥沙进人渠道。实用堰的泄流能力，受下游水位变化影响比较显著，当h≥0.35H时，开始受淹没的影响，泄流能力很快下降，对溢洪道采用较广。3、胸墙式孔口用于过闸流量受限制上游水位变化大弓或者下游挡水位高，而排水时，上游水位较低，这种情况下，用胸墙式代替一部分闸门，可以减少闸门的高度。五、水闸的选址原则7 在建筑水闸的时候，选址是十分重要的问题，特别是近些年由于选址不当造成问题的事故的增多，使得建筑师们有着自己的考虑。一般来说，选址不当是造成事故的重要原因，再加上工作人员没有很好的进行处理，使得地基不稳、水闸失灵，很多的水闸发生渗水现象，甚至被冲刷破坏。水闸选址有一定的原则可循，稳定性和安全性是选址的基本原则之一，为了更好的满足水闸的使用要求，水流的稳定以及造价是需要综合考虑的问题，成功的水闸一般都是安全的、稳定的、同时使便宜的。针对这种情况，我们在水闸选址的过程中，需要考虑当地的地质条件和环境，选择质量很好的地基，同时对于岩石地基也有要求，需要承载能力强，压缩性好，渗水能力强的土质地基，然后在选择的范围方面可以适当的扩大。如果选择的天然地基的话，需要对地基做二次技术处理，一般来说，这种处理的费用是非常高的，一般会达到总造价的五分之一到三分之一，因此如果能在当地找到优良地基，考虑各方面的因素，做好施工和技术管理工作，这是最好的方式，如果没有，只能选择天然地基进行改造，保证不会发生事故。六、防渗排水设施水闸的防渗设施主要包括地下轮廓所涉及的齿墙、板桩以及铺盖，水闸的排水设施主要包括排水层和反滤层，它们大多被设置在护坦和浆砌石海漫的底部。主要设施为：1、齿墙水闸底板的上游端与下游端是齿墙的主要设置位置，它的作用就是对渗径进行进一步延长，使闸室能拥有更强的抗滑稳定性，一般来说，齿墙的设置深度都在1m左右。2、板桩设计人员在对板桩长度进行选择时，应该根据透水层的实际埋藏深度进行针对性判断，此时要注意避免对以往工程经验的一味照搬。3、铺盖铺盖的作用与齿墙相似，都是对渗径进行进一步延长，但是铺盖的不透水性和柔性要求相对较高。一般来说，沥青混凝土、黏壤土、黏土是铺盖的主要材料，部分工程也采取钢筋混凝土作为建造材料。4、排水层和反滤层7 在进行排水层的设置时，工作人员可采取在护坦、浆砌石海漫的底部平铺碎石、砾石或卵石的做法，粒径的选择应以1～2cm为宜。反滤层的设置应集中在渗流出口的位置，以便在最大程度上消除渗透变形所带来的不利影响。结论工程建设的独特性，没有完全相同的两个水闸，提高水利工程建设的设计水平，始终是摆在设计人员面前的一项重要的任务。在这些水利工程建设中，有很多成功的工程设计、施工经验需要系统地进行总结和理论提高，同时还有很多工程问题和技术难点有待于去解决和攻关。参考文献[1]石浩志，苏建明.水闸设计要点及方法的研究[J].城市建设理念研究，2012，第3期，83-84页.[2]刘伟峰，张瑞.农田水利工程中水闸设计的探索[J].科技创新导报，2012，第1期，48-49页.7