1、水利工程水闸设计初探摘要：在水利工程建设中，水闸的应用十分广泛，因此在工程设计的过程中，水闸工程的排水问题与止水问题往往就成了决定建筑物使用寿命的决定因素。文章介绍了水闸的具体工作特点及水闸的具体分类，提出了水闸设计要点。 关键词：水利工程；水闸；排水问题；止水问题 中图分类号：TV 文献标识码：A 一、水闸的具体工作特点 1 稳定问题 在正常使用水闸时，拦截上游的水位一般比较高，这样就导致水闸上游和下游之间产生很大的水位差，会出现水平压力过大的现象，从而使水闸向下游方向移动。要想稳定自身，水闸必须拥有一定的重量。另外，水闸在建成以后，如果还没有挡水或者是在正常使用的情况下遇到无水期，就会产生
2、很大的垂直荷载，这样基底的实际压力就会大大超过地基能够承受的承载力，从而出现地基变形或者是出现闸基土被挤出的现象，这很容易造成水闸与地基出现滑动的危险。所以，在修建水闸时必须保证基础的面积，这样才能有效的降低基底的压应力。 2 渗流问题 水闸在进行挡水时，就会造成上下游水位出现差值，在这种作用下，就会在水闸、闸基与两岸的连接处出现渗流的现象。如果出现渗流，就会在水闸的底部产生向上的扬压力，这就会缩小水闸的重力作用，从而使水闸的抗滑稳定性大大降低。如果两岸和闸基都是采用土基，再出现渗流时也会带走一些细颗粒，这就会在闸后出现翻砂鼓水的现象。如果严重的话还会掏空两岸和闸基。另外，如果出现侧向渗透，会
3、产生水平的压力，对两岸的连接建筑物都会有很大影响，使其稳定性大大下降。还有可能导致岸坡上出现渗透现象，从而加大闸底的渗透压力。如果渗流水量过大，还会对水闸的挡水功能产生影响，妨碍蓄水。 3 冲刷问题 在开闸泄水时，如果水闸下游水位很浅或者是没有水，在水位差的作用下，就会加大水流的流速，这种巨大的能量会对下游有严重的冲刷。一旦冲刷的范围过大，就会掏空闸基，造成水闸失事。另外，一般在水闸的两岸都是软弱的岩层或者是土层，如果修建水闸时开设过多的闸孔，一旦开启某一个闸孔就会形成折冲水流，这就会严重冲刷下游河岸，对水闸的安全和稳定性都会产生影响。 4 沉陷问题 软土具有很大的压缩性，如果将水闸建设在软土
4、地基上，就会在水闸自身以及外部的荷载作用下出现沉陷现象。特别是在底板传到地基上的荷载分布不均匀时，或者是分布在地基土层的荷载不均匀时，更容易出现沉陷现象。这种地基沉陷还会导致水闸出现下沉，或者是闸室倾斜。如果严重有可能造成水闸断裂，这对水闸的正常运行会产生很大影响。 二、水闸排水 水闸排水问题主要集中在消力池的底板排水、闸基防渗排水、翼墙的排水等部位，下面就以下几个方面进行详细的探讨与分析： 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
5、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 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
6、，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。 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
7、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。 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，
8、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。 三、水闸止水伸缩缝渗漏问题 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。 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
9、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： (1)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； (2)止水片上有砂眼、钉孔或者接缝不可靠而导致渗漏； (3)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； 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
10、。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，
11、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。 四，结语 设计水闸要有正确的和足够的资料,以方便作出符合实际的设计。在以往的水利建设中,有不少工程,由于资料搜集不完善或者不准确,导致有的工程重新设计,有的工程不得不临时停工,并且带来很大的困难,甚至造成失事等等;这样的教训很多,应予以重视。 参考文献： 1 梁晓芸. 石少华. 南阳渠灌溉工程总干渠泄水闸设计. 甘肃水利水电技J.2007(2). 2 郭中琼. 水闸设计问题的分析. 中国水运J. 2009(11).
