水利水电工程中水闸的设计解析

发表时间:2019/10/17   来源:《基层建设》2019年第21期   作者:解豪 杨砾
[导读] 摘要:水闸工程是水利水电工程建设之中较为重要的组成部分,能够为水能源利用效率的全面提升提供有效的保障,因此说,水闸工程设计及施工和合理性是确保水利工程的预期效益得到实现的关键。
        陕西省水利电力勘测设计研究院  陕西西安  710001
        摘要:水闸工程是水利水电工程建设之中较为重要的组成部分,能够为水能源利用效率的全面提升提供有效的保障,因此说,水闸工程设计及施工和合理性是确保水利工程的预期效益得到实现的关键。但从实际情况来看,水闸的设计往往会受到受力条件、水文条件以及地质条件的影响,使相应的设计和施工无法达到预期目标。这也就要求了设计人员要能以合理性和安全性为主要目标,通过多个角度切入,提升水利水电工程水闸设计的有效性,减少多种不利因素和条件带来的不良影响。本文对于水利水电工程中水闸设计的重点与要点进行了深入且全面的探究,同时讨论了当前水闸设计之中应该注意的问题,希望能对相应的设计人员起到一定的启发作用。
        关键词:水利水电工程;水闸;设计
        一、水利水电工程水闸选址
        对于水利水电工程建设而言,水闸选址阶段是较为重要的阶段之一。对于水闸选址而言,应该尽可能有限选择地址条件较好的天然地基作为优先选址条件,同时在选址的过程之中还要加以全方面的考虑,一般来说,管理与使用的要求必须能够与水闸的建设标准相符,并对当地的水文地质条件加以全面的分析,对岩石地基进行优化选取。这里要注意的是,岩石地基要有着一定的完整性,如果在选址过程之中没有找到相符的岩石地基,那么可以选择透水性较小、抗剪强度高、抗渗稳定性与压缩性能良好的土质地基作为水闸的建设地址。
        二、水闸的消能防冲设计
        在当前条件下来看,工况设计方案是水闸消能设计之中较为关键的组成部分,
        水闸消能防冲设计的基本原则是,使水跃发生在闸一定范围内,最大限度地通过表面水滚消能,避免造成下游河床冲刷。主要要点在于,选取正确的最大不利工况,及上、下游水头差最大工况。由此确定消能池的结构形式和尺寸应充分满足底流水跃消能的要求,进一步确定消力池的结构型式。消力池是形成水跃、消能最集中的地方。但在做好消力池的同时,应根据消能规模,进一步布置好护坦,护岸、海漫及防冲槽等后续结构设计,进一步消除水流余能确保闸室安全及保护河道及两岸安全。护坦是保护消力池不被冲毁的第一道防线,一般是不能缺少的。海漫是进一步消除余能,调整流速分布,是水流扩散均匀并接近天然河道水流状态,避免河床冲刷。但要完全消除河床冲刷,则需很长的海漫,因此常在海漫末端布设防冲槽。由此可见,水闸消能防冲设计应根据地质条件,选择合理的消能设施,同时应综合考虑各个消能设施的尺寸规模,应在设计合理性、结构安全性和经济性之间达到一定平衡[1]。
        三、导流与截流方案设计
        在水利水电工程导流方案设计时,往往以束窄滩地修建围堰的导流方案为主。而从实际情况来看,水闸施工往往会受到地形条件的影响和限制,而这也就导致围堰只能够布置在主河道岸边的位置,而在施工之中岸坡的地质条件往往较差,容易导致岸坡出现坍塌的现象,这也就需要在施工之中通过相应的技术措施来解决这些问题。在围堰选择时,应该能够选择结构简单抗冲刷能力较强的浆砌石围堰,其基础应该以松木材质的桩体进行加固,围堰的外侧应该通过红粘土夯措施进行合理的加固[2]。
        在水利水电工程施工过程之中,我国有着较为成熟和完善的堵坝经验。在进行节流方案设计时,应该根据以往总结和积累下的经验,周密的设计具体的节流方案。设计人员可以通过模型建立的方式进行实验和论证,也可以选择平堵立堵相结合的方式进行合龙。土质河床的截留工程其堤坝往往会因为压缩和冲蚀导致过大沉降或者滑移的产生,最终导致工程建设用料与预期不符的情况,这也就要求了施工准备工作开展之中能够提升这方面的被嘹亮,从而确保施工能够顺利的进行。另外,土质河床尤其是松软土质上建立截流方案时,必须做好底部的保护,这也是工程水闸施工质量提升的关键所在,而从过去的经验来看,应该对底部工程范围的宽广性进行保障,全面提升护底工程的密实程度,并在护堤工程开始之前,计算出抛投物料在不同流速与水深度状态下的移动规律,从而确保截流方案设计的科学性与合理性。同时,在设计过程之中,也要对准备抛投物料的水稳定性加以全面保障。


        四、闸型的正确选择
        水利水电工程之中包括多种闸型,而这些闸型往往有着不同的优点与缺点和相应的功能,在闸型选择时,设计人员不应该仅仅考量闸型的先进性,同时也要结合实际情况进行闸型的选择。设计人员要能够从施工管理要求,河道特性,当地的实际情况对水闸的选择进行充分考虑,并对于闸型进行科学合理的调研论证,从而确保水闸选型能够符合水利水电工程建设的根本要求[3]。
        五、水闸的排水设计
        (一)防冲槽设计
        水利水电工程的防冲槽主要是针对于水闸的关卡末端设计的加固手段。水流在通过关卡时,往往会因为关卡的总用降低水流的能量与速度,然而在流经关卡末端时,会具有原本的冲击能力,这种冲击能力往往会给河床带来一定的危害。一般来说,可以在关卡末端设置抛石防冲槽,其设置流程是在关卡末端挖槽抛石,并在水流冲击河床的过程之中,由于其末端存在着较多的石块,导致其在冲坑之时,留下的石块会根据水流的冲击方向沿着陡坡方向顺势而下,因此在上游斜坡的冲坑之处应该设计相应的铺盖,从而避免冲坑的能量向着上游扩散,全面提升水利水电工程建设的安全性。
        (二)消力池底板排水孔设计
        在水利水电工程建设之中,消力池底板的作用在于承载多种原因带来的能量,因此其必须具备良好的耐压性能和耐磨性能,能够阻挡重物的冲击。垂直的排水孔应该设置在水平弧板的后半部分,其反滤层应该铺设在排水孔之上。在布置形态上,应该将排水孔设置成为梅花形,从而提升排水的通畅性,降低水流对底端造成的渗透压力[4]。
        (三)闸基防渗面层的排水设计
        水利水电工程建设过程之中,其下游和上游往往存在着较为明显的水位差,往往会导致较为强力水流作用力的产生,因此必须在水闸基层之中加入防渗面层的排水设计,从而提升水利水电工程建设的安全系数。在设计过程之中,考虑到上游水会渗透到河床之中,然后通过闸底板、防渗铺盖和板桩到达消力池,通过反滤层的排水孔流入到下流,而在进行地基渗水设计时,应该能够以排水效率提升为设计核心,将防渗止水设施布置在水位较高的位置,从而使底板上有的渗透路径得到延长,使相应的渗透压力能够在到达消力池底板处得到缩减。另外,滤水层设计也要考虑到其排水能力,从而使排渗管能够得到更加高效的运用。
        六、水闸底板高程的确定
        在进行水利水电工程水闸设计时,水闸底板高程的确定有着一定的重要性,要求设计人员能够以严谨认真的工作态度开展相应的设计工作。水闸的质量、造价以及施工工艺流程往往与水闸底板高程确定有着较为紧密的联系,而在设计过程之中,必须通过多种角度和方面来考虑水闸运行是否能够满足经济性和安全性等切实的要求。水闸底板高程选择会对设计方案施工的流畅性以及水利水电工程系统运行的安全性造成直接的影响,因此必须能够选择更加合理的方案,通过综合的考虑来对水闸底板高程进行确定。
        七、结束语
        综上所述,在水利水电工程的水闸设计过程之中,设计人员往往会受到多种问题和因素的影响导致设计进程受到一定的阻碍,这也就要求相应的设计人员能够明确水利水电工程水闸设计的重点与要点,认真对待排水和止水等水闸工程之中的主要问题,提升思维的全面性和完善性,使多种问题能够得到更加合理的解决,从而为水利水电工程建设的安全性与科学性奠定更加坚实的基础,推动我国水利水电工程建设事业的深入发展。
        参考文献:
        [1]杜威. 水利水电工程中的水闸施工技术探讨[J]. 中国标准化,2017,0(6X).
        [2]温涛. 探析水利工程建设中的水闸设计要点及其注意事项[J]. 名城绘,2018,000(009):P.553-553.
        [3]易强. 简析水利水电工程建设中的水闸设计要点与注意事项[J]. 房地产导刊,2017,(6):159.
        [4]李慧. 水利工程中水闸设计的要点及注意事项[J]. 科学与财富,2019,(16):153.
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