基于水利工程中水闸的探讨与研究

来源：职称驿站所属分类：水力论文
发布时间：2012-11-19浏览：35次

　　摘要：水闸是依靠可以升降的闸门来控制水位，调节流量，它是一种既能泄水又能防洪的水工建筑物，在灌溉、排水、防洪、航运、发电等方面应用十分广泛。水闸的设计是非常复杂的系统工程，它不仅受主观因素还受到客观因素影响。本文从水闸选址、闸型、闸底板高程、水闸地基处理等几个方面进行简述，并通过工程实例简要的对水利工程中水闸设计对了探讨。

　　关键词：水利工程,水闸,设计

　　0 引言

　　水闸是一种利用闸门挡水和泄水的低水头建筑物，多建于河道、渠系及水库、湖泊岸边。其主要作用是控制流量和调节水位，还可担负防止潮水倒灌以及汛期排泄洪(涝)水的功能。在工程实践中，水闸除单独使用外，还经常与其他水工建筑物组成水利枢纽，共同发挥作用。由于水闸的应用十分广泛，我国已建成各类水闸5万多座，其中大型水闸480余座，中型水闸3280余座，小型水闸4.6万余座，数量为世界之最。水闸在防洪除涝、农业灌溉、拦潮蓄淡、火力发电、城乡供水、景观旅游、生态环境等方面发挥了巨大的作用，取得了显著的经济效益、社会效益和生态环境效益。

　　1 水闸设计中关键性的几点

　　1.1水闸的选址在水闸建设过程中是非常关键的环节。水闸能够较好地满足水闸的使用要求、水流流态稳定、造价经济、稳定安全、水闸便于管理等是水闸选址的原则。

　　1.2闸型的选择

　　水闸型式的选择是由多方面因素决定的，一定要结合当地地质地形、施工管理、河道特性等因素因地制宜地进行综合方面考虑，不可一味盲目地追求新颖闸型。

　　1.3水闸地基处理

　　水闸地基处理的方法很多，使用较多的主要有以下几种：置换法、排水固结法、加筋法、灌入固化物法、振密或挤密法和桩基法等。国内在增加水闸地基承载能力和减少地基有害沉降的处理方法最常用的是垫层法、灌浆法、砂井预压法和桩基法。

　　2　水闸设计中存在问题的分析与探讨

　　2.1消力池底板排水孔

　　消力池底板具有承受水流的冲击力、水流脉动压力和底都扬压力的多重作用，具备相当的重量和强度，能够抗击重物冲击、经压耐磨。为了有效减少护板底端的渗透压力，可以在水平护板的后半部分设置部分垂直的排水孔，排水孔的下面可以铺一层反滤层，同时，排水孔呈梅花形布置，能够最大限度的进行排水。

　　有一部分的水闸工程，其中的消力池底板排水孔是从水平护板的首端一直延伸到尾部，其中护板全部布设有排水孔。目前关于此种布置，工程专家尚未有定论，因为，水流在出闸以后，经过平稳的整流排水后，经过陡坡段流向消力池的水平底板处，在陡坡段的末端和水平底板的水平段相交处附近形成有效的收缩水深，所以此处动能的最大，即流速水头也是最大的，产生水中压强则是最小的。

　　2.2闸基防渗面层排水

　　水闸在上游与下游巨大的水位差的强力作用下，上游水从河床慢慢渗透，绕经上游防渗铺盖、板桩以及闸底板，再经过消力池的反滤层由排水孔流至下游，起到有效排水的作用。

　　高防低排是这条地下轮廓线的布置原则，布置手法就是在高水位的一侧大不量布置铺盖、板桩、浅齿墙等多个防渗止水的设施，滞渗延长底板上游的渗透路径，使作用在消力池底板上的渗透压力缓缓减小压缩。在低水位一侧设置滤水层进行排水，同时使用排渗管等设施排渗，使地基的渗水得到尽快地排出。

　　2.3翼墙排水孔的设计

　　在水闸建成以后，除了闸基会出现渗流以外，渗水从河水的上游绕过翼墙、岸墙和刺墙后向下游流去，成为侧向渗流。这种渗流很有可能会造成水闸底板渗透压力的增大，并使得渗流出口处发生严重危害性的渗透压力的变形，所以在水利工程建设中应当做好侧方向防渗排水设施。

　　为了排出积蓄的渗水，设置为单向水龙头的水闸可以在下游翼墙和保护坡处设置多个排水孔，并且在挡土墙的另一侧孔口处设置反滤层。但是，有些水利工程建设中的布置与设计，却是在进口翼墙处设置了多个排水孔，这种无效且浪费资源的设计，使得翼墙失去了大部分防渗、抗冲、增加渗透路径的能力，使得上游的水流并不是从垂直方向流向插入河岸的墙后绕渗，而是直接从排水孔渗入翼墙的后面，这将有效减少渗透路径，增加了渗流的作用，同时也将减小翼墙插入河岸的作用。

　　2.4防冲槽的设置

　　水流经过关卡之后，水流的能量和速度已经得到进一步的消除与减缓，但末端水流仍然具有一定的冲击与洗刷能力，所以河床仍然难免受到冲刷。在末端采取加固稳定措施，就是设置防冲槽。

　　在水利工程建设中，常见的防冲槽有抛石防冲槽和齿墙或板桩式防冲槽两种。在末端处挖槽抛石，留下足够的石块，当水流冲刷河床形成冲坑的时候，预留在槽内的石块沿冲刷的斜坡陡段滚下，铺盖在冲坑的上游斜坡的上面。防止冲刷坑向上游扩展，保护工程的安全。

　　3 水闸止水伸缩缝渗漏问题分析及解决

　　水闸渗漏的问题在水利工程的建设中经常出现，并且基本都集中在止水伸缩缝上的问题。下面从渗漏的原因入手探讨分析，并提出了一些有效的预防措施和准备。

　　3.1渗漏原因

　　在水闸工程建设中，止水伸缩缝发生渗漏的原因有很多，其中有设计、施工以及材料本身的原因等等，但是其中的大部分都是由施工不慎所引起的，所以，水利工程建设规定止水伸缩缝施工都必须有严格的施工措施、工艺和施工方法。

　　在水利工程建设施工过程中，会引起水闸渗漏的原因通常有以下几条：止水片上的水泥渣、油渍等污物没有对其进行彻底的清除，在浇筑混凝土的过程中混有杂物，使得止水片与混凝土无法很好的结合而导致渗漏;止水片上有砂眼、钉孔或者接缝不可靠而导致渗漏;止水片处混凝土浇筑出现问题，在凝结过程中可能有气孔而造成的渗漏;

　　3.2止水伸缩缝渗漏的预防措施和准备

　　(1)止水片上污渍杂物问题。

　　在水利工程的施工过程中，使用脱模剂对模板进行处理的时候容易使止水片沾上脱模剂的污渍，从而导致在浇筑混凝土时可能出现渗漏，所以模板上使有脱模剂的这道工序，必须要安排在模板安装之前并在仓面外脱模完成。在浇筑过程中不断会有杂物掉到止水片上，故在初次清除的基础上还要强调在混凝土淹埋止水片时再次清除这道工序。

　　(2)止水片砂眼、钉孔和接缝问题。

　　在止水片材料的采购中，应当对材料的审核严格把关。不但止水片材料的品种、规格和性能要满足水利工程建设的规范和设计的要求，对他的外观也要进行仔细的检查，对不合格的材料应当及时的更换和清仓。止水片在安装的时候，也必须有施工人员在一旁协助，在以往的施工中，技术人员会将止水片用铁钉钉在模板上，这样就会会在止水片上留下钉孔，影响止水的效果。这种方法是可以避免的，方法就是采取模板嵌固来固定止水片。

　　(3)沉降差对止水结构的影响问题

　　沉降差很难得到避免，究其原因，其中有设计方面的因素，当然也有施工方面的因素。在施工中因为结构荷载的不同，沉降量通常也不尽相同，大的沉降差通常都会出现在荷载悬殊的结构之间。施工方面可以采取预沉和设置二次浇筑带的施工措施来降低沉降差。

　　在水利工程建设中水闸工程的设计，消力池的底板应在后面的部分设置垂直的排水孔，以有效排除上游来的渗流。水闸的平铺式排水体应当从水闸底板的出口的后半部分的水平整流段进行铺设与维护，并坚持连续到消力池的排水孔的下端。

　　在进口翼墙处，最好不要设置排水孔，避免渗水不能绕过翼墙而直接进入墙后的现象发生。同时防冲槽中应当置放抛块石，而不是干砌石，更不能使用浆砌石，以便冲坑出现之后，块石可以自动迅速的滚落到冲坑面上，起到有效的保护作用与止水作用。

　　止水伸缩缝的渗漏应当以预防为主，采取防治结合的综合措施。止水伸缩缝渗漏防治工作涉及的都是一些非常具体的工艺手法，需要的是精工细活。这就要求止水缝设计和施工人员要有高度的责任感和非常良好的职业道德。尤其要求施工人员要有非常熟练的设计与施工技能，注重施工中的每一道工序、每一项环节、每个细节的质量，细心谨慎，一丝不苟，来不得半点马虎，严格细心的执行规章制度，杜绝粗心大意和马虎麻痹的惰工思想。

　　4 结语

　　综上所述，水闸设计当中所涉及到的诸多因素是极其重要的，千里之堤毁于蚁穴，一个微小的因素没有考虑到，必然带来整体结构的稳定与安全性受到威胁。对水闸设计进行多方面因素考虑，不仅能防范于未然，更能给设计过程中带来方便。

《基于水利工程中水闸的探讨与研究》

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