水利水電工程的水庫水閘設計

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摘要：水庫水閘設計是水利水電工程中重要的環節，影響著工程的整體性能。對此，筆者結合自身的工作經驗，簡單闡述水庫水閘的構成、選址方式。在此基礎上，分析水庫水閘地基施工、消能防沖、安全性的設計方式，以期為相關人員提供借鑒，提高水閘設計的合理性。

關鍵詞：水利水電工程；水庫；水閘設計

1水利水電工程中的水庫水閘的構成

水閘的構成分為三部分，即下游連接段、閘室、上游連接段：①上游連接段主要是引水入閘室，避免發生外流現象。同時，可以有效保護河床、兩岸，降低沖刷的程度。另外，還能夠結合閘室發揮防滲作用；②閘室是水庫水閘中重要部位，能夠很好地控制流量、水位，并能夠防沖防滲，主要包括工作橋、護欄、閘墩、閘門、底板等；③下游連接段可以將過閘水流的剩余予以消除，均勻地分散出閘水流，減緩水流的運行速度，避免對下流產生不良影響。在確定水閘規模時，需要分析實際的流量大小。基于水閘規模可以將其分為三類：①小型水閘，流量小于100m3/s；②中型水閘，流量在100-1000m3/s之間；③大型水閘，流量大于1000m3/s。

2水利水電工程中的水庫水閘的選址

水閘選址是水利水電工程的基礎工作，影響著后續的具體設計與建設。如果水閘位置不合理，很可能會在建設或者投運時發生事故，如沖刷破壞、失穩、滲透等。在選址過程中，應該確保水閘的安全性、穩定性，使水閘能夠在投運以后達到既定目標，即水流呈現穩定流態。另外，選址還應該遵循管理便利、造價合理的原則。不僅如此，在實際工程項目中，水閘選址必須重視當地的人文條件、地質條件。其中，地質條件包含天然地基、巖石材質以及土質等。基于調查，掌握地質條件的相關參數，選擇具有承載力、不易滲水、不易透水、難以壓縮的位置。如果無法在工程區域中找到符合要求的天然地基，則應該對其進行處理。雖然可以滿足工程施工，但是會增加整體造價，并且很容易受到影響。簡言之，水閘選址必須綜合考慮多方面因素，確保選址的合理性[1]。

3水利水電工程中的水庫水閘的地基施工

選定建設地點以后，需要做好地基處理工作，提高地基的承載力，避免在施工中發生塌陷問題。同時，通過對地基的處理還能夠減少甚至消除地基沉降問題，增強水利水電工程的穩定性。對此，可以從以下幾方面完成地基處理工作：

3.1地基開挖

處理地基過程中，開挖是常見的方式之一。具體而言，通過地基開挖可以將不符合施工設計要求的覆蓋層處理掉，包括軟弱土層、風化土層與巖層等。實際上，地基開挖方式的原理相對簡單，整體的操作難度較低，因此被廣泛應用在水閘設計中。需要注意的是，由于開挖會產生大量的土方或者巖石塊等，必須在施工現場設置合理的堆放區域，并及時將其運出。其中，堆放位置應該遠離地基的邊坡位置，否則很容易導致邊坡變形、傾斜，影響地基處理的效果[2]。

3.2灌漿施工

處理地基過程中，如果運用灌漿法可以有效提高地基的穩定性。在灌漿過程中，應該將灌漿泵作為施工主要設備，基于灌漿泵的壓力，再利用管路預埋、鉆孔等方式，將水泥、黏土等具有膠凝性質或者摻合料等，按照比例與水進行配置、攪拌。當攪拌均勻以后，將漿液灌注至土層縫隙、巖石縫隙之中，或者是混凝土的接縫與裂縫中。采用此種方式能夠實現防滲、加固的目的，增強地基的整體性能。按照灌漿施工的方式，可以將其分為純壓式灌漿法、循環式灌漿法。

3.3防滲墻施工

處理地基過程中，防滲墻施工必須使用專門的設備工具。其中，需要挖設槽孔或者鉆鑿出圓孔，然后使用泥漿對墻壁進行加固處理。另外，也可以將混凝土直接灌注到圓孔之中，或者使用其他類型的防滲材料加固圓孔。不僅如此，還能夠在系統結構中安裝預制混凝土構件，這樣的方式可以在地下構成連續墻，增強地基的穩定性。實際上，對于防滲墻的施工，還能夠采用灌注樁、板樁、噴柱、施噴柱等方式進行施工。因此，在實際施工中，應該根據工程的具體需求選擇最恰當的施工方案，在保證地基穩定性的同時控制施工成本。

3.4樁基礎設計

如果工程中水閘設計期間，發現地基豎向受力相對較大，同時受力較為集中，則應該采用樁基礎的設計方式進行處理。基于此種方式，可以在很大程度上滿足工程沉降的要求，避免在工程投運以后產生不良影響。采用樁基礎的方式處理，能夠將建筑工程的整體受力分解至地基的深處，所以地基能夠承受比平時更多的上拔力、水平受力。因此，能夠有效調整工程參數、減少沉降幅度等。由此發現，樁基礎的應用具有較強的針對性，即解決工程豎向受力問題，從而有效增強工程結構的穩定程度，推動水閘設計施工順利推進。

3.5強度提升

除了以上提及的地基處理方式，還存在置換法、排水法、擠實法等處理技術，均能夠有效提高地基的強度。其中，置換法是在施工中對一定深度的軟弱土層挖除，然后使用具有壓縮性質、不易被侵蝕的散料進行回填。采用置換法能夠使地基中的軟土實現快速固結。排水法則是在工程施工中，通過恰當的方式處理地基，包括設置排水井、砂墊層、塑料多孔排水管等。通過上述設備可以實現對表層的控制，或者形成垂直的排水道、水平的排水道。在此基礎上，能夠借助外力或者土壤的重力將水分排出，提高地基中土壤的堅固程度。擠實法主要是在施工中運用細小石子、砂等填料，采用振動、沖擊或者相互結合的方式，將填料加入土層中，并形成柱體狀。從而實現對土層的壓實，實現增強地基自身的強度[3]。

4水利水電工程中的水庫水閘的消能防沖

在水閘設計中，消能防沖是其中重要的內容、環節。具體設計過程中，需要對工程工況、施工等進行合理計算、控制，進而確定水利水電工程中消力池的面積。同時，還能夠對河床沖刷的要求能力進行合理控制。其中，計算工況的目標與要求等，通常無法保證最終結果的準確性，所以對相關人員應該加大重視力度，盡可能合理計劃相關參數。目前，對于消能的控制、設計基本上將閘高水位作為依據，排除其高的水位，以此來推動工程設計的順利性。在這一前提下，閘門初始開啟度的設計也是消力池設計中所需要考慮的因素。另外，在放沖設計的過程中同樣存在諸多無法明確的因素，要求工作人員在設計期間加大重視，最大程度提高放沖設計的合理性。在改造大自然日益加劇的背景下，自然環境有了明顯的變化，導致水文規律發生改變。這一現象的出現增加了水閘設計的難度。對此，在確定最低水位、最高水位過程中，應該重視河道變形、水文條件改變等因素，提高合理消能防沖設計的科學性。

5水利水電工程中的水庫水閘的安全性

閘室在水利水電工程中具有重要作用，其自身的穩定性、安全性，直接影響水利水電工程的效果。因此，在設計閘室時應該進行多方面的計算，保證其日后能夠安全運行。其中，需要計算的內容包括基地應力、負載組合、抗滑穩定性等。就負載組合來說，包含特殊組合物、基本組合兩種，每一種組合方式中所采用的計算方式存在明顯差異。另外，基底應力計算主要涉及力矩計算、基底應力（正常狀態下）、竣工檢查等。抗滑穩定性計算即在閘室處于正常工況條件下，所形成的總重、總彎矩等重要參數，最終計算出閘室的抗滑穩定系數。基于此，可以實現對閘室的合理設計，增強水利水電工程水庫水閘運行的安全程度。

6結語

綜上所述，水閘設計工作中位置的選擇、規模的確定是基礎性工作內容，同時影響工程的質量、成本等。為了能夠保證水利水電工程施工的穩定性，應該重視對周邊環境的勘察，分析施工區域的地質條件，進而對地基進行有效的加固處理。另外，在工程設計期間還應該重視消能防沖的控制、水閘的安全性等，盡可能使水利水電工程的效益最大化。

參考文獻

[1]廖志偉.探討新疆某水庫放水閘的自動化供水聯動系統設計分析[A].《智能城市》雜志社、美中期刊學術交流協會，2018：2.

[2]沈春來.關于水庫除險加固水閘設計步驟應用環節的分析[J].科技創新與應用，2017（12）：174.

[3]鐘秋喜，李文雙，張瑩，等.老哈河紅山水庫下游重點水閘工程設計洪水分析計算[J].內蒙古水利，2017（2）：31-32.

作者：張宇 黃蕓菲 單位：江蘇鴻濟水利規劃設計咨詢有限公司