1、1水闸水利计算和防渗设计技术探讨摘要：水利工程中，水闸的应用较为广泛，在设计过程中，水闸工程的排水问题与止水问题往往成为决定建筑物使用寿命的关键，如果设计不当，就会造成水闸出现裂痕或者坍塌。因此，对水闸的排水与止水进行深入研究和探讨就显得尤为重要了，而且还应当精确的计算出水闸各个结构所受的力。本文就水闸工程中的水闸水利计算、防水设计现状进行了分析，并通过发现的问题，对这些方面进行了总结，对以后水力工程的发展起到了推进作用。 关键词：水闸水利；计算；防渗设计；探讨 中图分类号： TV66 文献标识码： A 文章编号： 水闸水利计算和防渗设计技术概述 1.1 水闸水利计算内容 1.1.1 水闸水利
2、计算的定义 水闸水利计算是在水利工程规划、开发设计及使用中，为了详尽悉知水资源是否利用合理，工程是否受外界因素(河川径流或水利等变化)的影响，以及评价工程是否经济适用等，对整个工程项目所做的有关分析计算。水利成果是工程建设的一种依据，其主要经过是选取样本整治和开发确定工程任务、规模程序设计运行使用等等。 1.1.2 水闸水利计算的具体内容 水力设计根据水闸运用方式和过闸水流形态，按水力学公式计算过2流能力，确定闸孔总净宽度。结合闸下水位及河床地质条件，选定消能方式。水闸多用水跃消能，通过水力计算，确定消能防冲设施的尺度和布置。估算判断水闸投入运用后，由于闸上下游河床可能发生冲淤变化，引起上下游
3、水位变动，从而对过水能力和消能防冲设施产生的不利影响。大型水闸的水力设计，应做水力模型试验验证。 防渗排水设计 根据闸上下游最大水位差和地基条件,并参考工程实践经验,确定地下轮廓线（即由防渗设施与不透水底板共同组成渗流区域的上部不透水边界）布置，须满足沿地下轮廓线的渗流平均坡降和出逸坡降在允许范围以内，并进行渗透水压力和抗渗稳定性计算。在渗流出逸面上应铺设反滤层和设置排水沟槽（或减压井） ，尽快地、安全地将渗水排至下游。两岸的防渗排水设计与闸基的基本相同。 结构设计 根据运用要求和地质条件，选定闸室结构和闸门形式，妥善布置闸室上部结构。分析作用于水闸上的荷载及其组合，进行闸室和翼墙等的抗滑稳定
4、计算、地基应力和沉陷计算，必要时，应结合地质条件和结构特点研究确定地基处理方案。对组成水闸的各部建筑物（包括闸门） ，根据其工作特点，进行结构计算1。 1.2 水闸水利防渗内容 1.2.1 水闸水利防渗简介 水闸是建筑在水库之中，利用闸门来阻挡蓄水和泄水的一种建筑物。水闸建成后会分离水库上下游，使水库形成水位差，并会在水闸边界产生渗流，由此造成积水大量流失，不能够很好的被利用。因此，我们要根据水闸水流特性找到造成渗水的原因所在，并寻求方法解决这一问题。3在建筑水闸时，可将水闸建在岩基或土基上，可以有效地防止渗流。 1.2.2 水闸水利防渗设计的作用 水闸水利防渗技术应用于平原地区大坝除险加固工
5、程，可有效解决坝体，坝基渗漏问题，且具有施工速度快，工程造价低，防渗效果好，可靠性高等特点，是水库大坝防渗加固较好的措 施。随着混凝土防渗墙技术的迅速发展，施工机具的不断创新和完善，经济效益的不断提高，其用途将日益广泛。 但是现今水闸防渗设计中仍存在很多问题，需要我们去发现并改善。 水闸水利计算和防渗设计技术创新 2.1 水闸水利防渗设计技术创新研究 传统水闸的结构形式是采用两块底板相互支撑并通过水闸边沿的水土压力相互制约从而达到平衡状态。在施工时在水闸室墙外填充泥土，细沙和岩石，并结合实际工程要求，选定细砂层为支撑层，参照有关工程系数，设计出最新防渗技术。水闸防渗技术设计时组基本的要求是要减
6、少闸基及两岸渗流破坏，降低水闸底层的压力。一般水闸都是采用上游防止渗水，下游排水。其中防渗水大多数是采用防渗墙和防渗板桩；而排水是采用水平排水和排水井等措施。防水和排水在蓄水和泄洪时起到了关键的作用。 采用粘土筑成的地基虽然自身不容易发生破坏，但是受洪水冲击后，易造成水土流失，从而对墙体造成破坏。粘土地基最好防渗方式是采用水平防渗。因为水平防渗可以有效地防止地基结构的破坏，起到一定的稳固作用。而在粘土地基中建设齿墙也可防渗。相反的，非粘土地基更4容易发生墙体坍塌和流土破坏，因此要想起到很好的防渗作用，必须要采用水平和垂直相结合。水平防渗可以解决地基不透水层埋藏较深时使用，垂直防渗可解决不透水层
7、埋藏不深时使用，两者起到了互补的作用，从而的达到防渗水的功能2。 2.2 水闸水利计算技术创新 2.2.1 系统开发目标 水闸工程设计包括多项计算内容，其计算工作量很大。其中水闸设计主要涉及地形、水文、地质、水力条件、结构、绘图等各方面。要想在较短的时期设计出来一款能够计算水闸水利一系列计算的系统是不可能的，但是根据水闸设计规范标准设计一款软件系统似乎就可以将解决了这样问题。其主要是解决那些计算量大且工作繁琐的工程，专门设计工程建设中最为常见的结构。而且本软件系统具备了多个软件计算程序，稳定性高，计算精确。但是考虑到这样的软件系统主要应用于建筑设计和计算之中，我们必须将所开发的系统设计成比较人
8、性化的，实用性高的一种计算工具，使人们更容易掌握其功能，这样才能应用于实践之中，促进水闸水利技术的发展。 2.2.2 软件系统各功能模块的主要功能 闸室稳定分析模块 闸室稳定分析模块主要是指分别在土基和岩基闸室上进行稳定分析的两个程序，其适用于整体性较好的水平底板水闸。不同的工程项目有不同的工程条件和要求，而常见的铺在水闸上的泥土可以是混凝土或者粘土。当水闸用来抵挡渗流时，可分别在上下流铺设不同的板桩 。同时5分别取闸室的不同结构布置单元进行分析，计算闸室的载荷能力，其中包括闸室内各个构建的自重，压力和渗透力等等。这些繁琐计算不需要人工完成，只需在开发的软件系统中输入相关数据即可。再根据闸室的
9、何在计算结果，对闸室的内部稳定进行分析。各程序可根据相关要求连续的对闸室进行稳定分析计算，以达到工程要求。 二、水闸底板结构计算模块 水闸底板结构计算模块内容主要是针对底板的内力、载荷和抗裂等多方面进行分析的程序。对整个底板结构做相应受力分析，主要包括应力分析和内力分析。做相应的应力分析时应该采用弹性地基梁计算系统，当然不同的底板其受力分析也是不同的。为了解决底板受力分析问题，更多的满足研发人员需求，需要开发设计一种专门计算的系统。对于不同的地基所配置的不同底板，都可以利用这个系统计算出其底板内力。在计算底板内力的同时，也要考虑到地板外的一些尺寸影响。不同的底板所受的载荷也是不同的，其中梁上载
10、荷和边和最为常见。梁上载荷主要包括均布载荷、集中力、集中力偶；边载荷主要是以均布载荷形式存在，且其不受长度的限制，应用较为广泛。在计算底板内力时，难免会计算出来不是整数，但是也没必要取整或者保留几位小数，应根据实际情况需要进行取留。但是若是受条件限制，则需要做相应的取舍。用程序所计算出来的结果与相关表中数据相比，较为相近，精度高，计算量小，而且可以一次性做多种底板结构计算3。 三、水闸闸墩结构计算模块 水闸闸墩结构计算模块，主要是针对墩的结构进行分析计算，主要6包括中墩结构计算、缝墩结构计算和闸墩基本参数计算三个程序。这个模块主要适用于上下游墩块和中墩和缝墩计算。而中墩和缝墩与其他墩不同的是，
11、它们可以直接采用材料力学中的应力分析进行分析计算。而其他墩则需要利用程序软件分别对墩表面受力以及截面所受应力进行计算。比如说匣墩计算，利用软件计算时，要分别利用中墩和缝墩的主要参数来计算自身的截面面积、形心位置、重力以及力矩等。所以匣墩可以运用计算程序进行多种结构计算。 四、水闸胸墙结构计算模块 水闸胸墙结构计算模块，主要是针对板梁式和板式胸墙结构进行计算的两个程序。胸墙的两侧简支分别分布在匣墩上，与匣墩相连接。一般对胸强结构进行计算时，需要计算墙体各个结构的内力，并对胸墙的各构件的尺寸进行校验。 水匣设计计算软件系统具有多种运算功能，精确的运算结果和缜密的运算过程，是一个面向广大企业单位必不
12、可缺的一个软件系统。在常规的计算中，它简单实用，学习起来很容易掌握，适合大多数设计开发人员使用。水匣计算软件系统可以完全按照所指定的数据进行计算，可靠性高，满足水闸工程设计的规范要求，具有十分重要的意义4。 结语 总而言之，水闸设计计算软件系统对提高水闸设计水平和效率有着关键的作用，而且对现代化水利工程将起到积极推动的作用，为以后发展水利工程奠定了基础。但是由于水闸设计所设计的构件较多，较为繁琐，很多内容还无法实现，所以在以后的研发中，还需要进一步开发和7发展，使它真正成为一个多功能的软件系统，从而更好的利用到生活中去。 参考文献： 1孙文萍.浅谈水闸水利工程开发及应用J.社会科技，2010(5). 2宋胜武.四川省水力资源开发潜力及发展前景J.四川水力发电，2011(2). 3王儒述.西部水资源开发与环境保护J.水利开发，2010(9). 4陈静.峡江水利枢纽的应用与实现J.江西水利科技，2009(2).
