水利水电工程的水库水闸设计

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摘要：水库水闸设计是水利水电工程中重要的环节，影响着工程的整体性能。对此，笔者结合自身的工作经验，简单阐述水库水闸的构成、选址方式。在此基础上，分析水库水闸地基施工、消能防冲、安全性的设计方式，以期为相关人员提供借鉴，提高水闸设计的合理性。

关键词：水利水电工程；水库；水闸设计

1水利水电工程中的水库水闸的构成

水闸的构成分为三部分，即下游连接段、闸室、上游连接段：①上游连接段主要是引水入闸室，避免发生外流现象。同时，可以有效保护河床、两岸，降低冲刷的程度。另外，还能够结合闸室发挥防渗作用；②闸室是水库水闸中重要部位，能够很好地控制流量、水位，并能够防冲防渗，主要包括工作桥、护栏、闸墩、闸门、底板等；③下游连接段可以将过闸水流的剩余予以消除，均匀地分散出闸水流，减缓水流的运行速度，避免对下流产生不良影响。在确定水闸规模时，需要分析实际的流量大小。基于水闸规模可以将其分为三类：①小型水闸，流量小于100m3/s；②中型水闸，流量在100-1000m3/s之间；③大型水闸，流量大于1000m3/s。

2水利水电工程中的水库水闸的选址

水闸选址是水利水电工程的基础工作，影响着后续的具体设计与建设。如果水闸位置不合理，很可能会在建设或者投运时发生事故，如冲刷破坏、失稳、渗透等。在选址过程中，应该确保水闸的安全性、稳定性，使水闸能够在投运以后达到既定目标，即水流呈现稳定流态。另外，选址还应该遵循管理便利、造价合理的原则。不仅如此，在实际工程项目中，水闸选址必须重视当地的人文条件、地质条件。其中，地质条件包含天然地基、岩石材质以及土质等。基于调查，掌握地质条件的相关参数，选择具有承载力、不易渗水、不易透水、难以压缩的位置。如果无法在工程区域中找到符合要求的天然地基，则应该对其进行处理。虽然可以满足工程施工，但是会增加整体造价，并且很容易受到影响。简言之，水闸选址必须综合考虑多方面因素，确保选址的合理性[1]。

3水利水电工程中的水库水闸的地基施工

选定建设地点以后，需要做好地基处理工作，提高地基的承载力，避免在施工中发生塌陷问题。同时，通过对地基的处理还能够减少甚至消除地基沉降问题，增强水利水电工程的稳定性。对此，可以从以下几方面完成地基处理工作：

3.1地基开挖

处理地基过程中，开挖是常见的方式之一。具体而言，通过地基开挖可以将不符合施工设计要求的覆盖层处理掉，包括软弱土层、风化土层与岩层等。实际上，地基开挖方式的原理相对简单，整体的操作难度较低，因此被广泛应用在水闸设计中。需要注意的是，由于开挖会产生大量的土方或者岩石块等，必须在施工现场设置合理的堆放区域，并及时将其运出。其中，堆放位置应该远离地基的边坡位置，否则很容易导致边坡变形、倾斜，影响地基处理的效果[2]。

3.2灌浆施工

处理地基过程中，如果运用灌浆法可以有效提高地基的稳定性。在灌浆过程中，应该将灌浆泵作为施工主要设备，基于灌浆泵的压力，再利用管路预埋、钻孔等方式，将水泥、黏土等具有胶凝性质或者掺合料等，按照比例与水进行配置、搅拌。当搅拌均匀以后，将浆液灌注至土层缝隙、岩石缝隙之中，或者是混凝土的接缝与裂缝中。采用此种方式能够实现防渗、加固的目的，增强地基的整体性能。按照灌浆施工的方式，可以将其分为纯压式灌浆法、循环式灌浆法。

3.3防渗墙施工

处理地基过程中，防渗墙施工必须使用专门的设备工具。其中，需要挖设槽孔或者钻凿出圆孔，然后使用泥浆对墙壁进行加固处理。另外，也可以将混凝土直接灌注到圆孔之中，或者使用其他类型的防渗材料加固圆孔。不仅如此，还能够在系统结构中安装预制混凝土构件，这样的方式可以在地下构成连续墙，增强地基的稳定性。实际上，对于防渗墙的施工，还能够采用灌注桩、板桩、喷柱、施喷柱等方式进行施工。因此，在实际施工中，应该根据工程的具体需求选择最恰当的施工方案，在保证地基稳定性的同时控制施工成本。

3.4桩基础设计

如果工程中水闸设计期间，发现地基竖向受力相对较大，同时受力较为集中，则应该采用桩基础的设计方式进行处理。基于此种方式，可以在很大程度上满足工程沉降的要求，避免在工程投运以后产生不良影响。采用桩基础的方式处理，能够将建筑工程的整体受力分解至地基的深处，所以地基能够承受比平时更多的上拔力、水平受力。因此，能够有效调整工程参数、减少沉降幅度等。由此发现，桩基础的应用具有较强的针对性，即解决工程竖向受力问题，从而有效增强工程结构的稳定程度，推动水闸设计施工顺利推进。

3.5强度提升

除了以上提及的地基处理方式，还存在置换法、排水法、挤实法等处理技术，均能够有效提高地基的强度。其中，置换法是在施工中对一定深度的软弱土层挖除，然后使用具有压缩性质、不易被侵蚀的散料进行回填。采用置换法能够使地基中的软土实现快速固结。排水法则是在工程施工中，通过恰当的方式处理地基，包括设置排水井、砂垫层、塑料多孔排水管等。通过上述设备可以实现对表层的控制，或者形成垂直的排水道、水平的排水道。在此基础上，能够借助外力或者土壤的重力将水分排出，提高地基中土壤的坚固程度。挤实法主要是在施工中运用细小石子、砂等填料，采用振动、冲击或者相互结合的方式，将填料加入土层中，并形成柱体状。从而实现对土层的压实，实现增强地基自身的强度[3]。

4水利水电工程中的水库水闸的消能防冲

在水闸设计中，消能防冲是其中重要的内容、环节。具体设计过程中，需要对工程工况、施工等进行合理计算、控制，进而确定水利水电工程中消力池的面积。同时，还能够对河床冲刷的要求能力进行合理控制。其中，计算工况的目标与要求等，通常无法保证最终结果的准确性，所以对相关人员应该加大重视力度，尽可能合理计划相关参数。目前，对于消能的控制、设计基本上将闸高水位作为依据，排除其高的水位，以此来推动工程设计的顺利性。在这一前提下，闸门初始开启度的设计也是消力池设计中所需要考虑的因素。另外，在放冲设计的过程中同样存在诸多无法明确的因素，要求工作人员在设计期间加大重视，最大程度提高放冲设计的合理性。在改造大自然日益加剧的背景下，自然环境有了明显的变化，导致水文规律发生改变。这一现象的出现增加了水闸设计的难度。对此，在确定最低水位、最高水位过程中，应该重视河道变形、水文条件改变等因素，提高合理消能防冲设计的科学性。

5水利水电工程中的水库水闸的安全性

闸室在水利水电工程中具有重要作用，其自身的稳定性、安全性，直接影响水利水电工程的效果。因此，在设计闸室时应该进行多方面的计算，保证其日后能够安全运行。其中，需要计算的内容包括基地应力、负载组合、抗滑稳定性等。就负载组合来说，包含特殊组合物、基本组合两种，每一种组合方式中所采用的计算方式存在明显差异。另外，基底应力计算主要涉及力矩计算、基底应力（正常状态下）、竣工检查等。抗滑稳定性计算即在闸室处于正常工况条件下，所形成的总重、总弯矩等重要参数，最终计算出闸室的抗滑稳定系数。基于此，可以实现对闸室的合理设计，增强水利水电工程水库水闸运行的安全程度。

6结语

综上所述，水闸设计工作中位置的选择、规模的确定是基础性工作内容，同时影响工程的质量、成本等。为了能够保证水利水电工程施工的稳定性，应该重视对周边环境的勘察，分析施工区域的地质条件，进而对地基进行有效的加固处理。另外，在工程设计期间还应该重视消能防冲的控制、水闸的安全性等，尽可能使水利水电工程的效益最大化。

参考文献

[1]廖志伟.探讨新疆某水库放水闸的自动化供水联动系统设计分析[A].《智能城市》杂志社、美中期刊学术交流协会，2018：2.

[2]沈春来.关于水库除险加固水闸设计步骤应用环节的分析[J].科技创新与应用，2017（12）：174.

[3]钟秋喜，李文双，张莹，等.老哈河红山水库下游重点水闸工程设计洪水分析计算[J].内蒙古水利，2017（2）：31-32.

作者：张宇 黄芸菲 单位：江苏鸿济水利规划设计咨询有限公司