摘要：在我国水利工程当中，水闸的重要性是有目共睹的，而针对水闸进行科学设计能够提升水闸项目在区域水资源合理化调配中的作用，本文首先就水闸的主要组成与建设特点进行了分析，而后探讨了水闸设计的要点及质量控制方法。
关键词：水闸；设计要点；方法
引言
在我国水资源优化利用需求日益增大的今天，进行水利工程建设的工程需求量不断增多，水闸是很多水利工程当中的重要结构，必须根据水利工程的运行要求进行水闸设计才能够提升水闸项目在使用当中的运行效果，水闸结构设计工作中地基设计与选择设计都非常重要。
1水闸的结构组成分析和水闸工程建设的需求
1.1水闸结构组成
1.1.1上游连接段结构
这段结构的主要作用就是使水流能够稳定顺利地进入闸室内，对上游连接段进行科学设计与施工还能够对上游部分区域河床以及河岸进行保护，降低过大水量对河岸的冲刷影响，这段工程结构相对复杂，例如要有铺盖结构和防冲槽，铺盖结构的主要作用是防渗，而防冲槽的作用则是为铺盖头提供保护，而上游连接段的翼墙结构则是帮助引导水流平顺地流向水闸闸孔，翼墙同时还能防止侧向渗漏问题的发生。
1.1.2水闸扎实
闸室是水闸工程项目的重要组成，它能够为水闸实现挡水以及泄水功能提供结构基础，水闸结构的主要组成部分为底板、闸墩以及闸门、胸墙等，其中的底板是闸室工程建设的基础，底板必须承载闸室中所有结构的重量，并且将所承受的荷载分散开来传递给水闸地基，而闸墩就是将水闸中向闸孔、闸门等上部结构与底板结构分开的工程结构，闸门的作用就是对水流进行阻挡以及倾泻控制的工程结构，水闸闸室中较为重要的部分有三，也就是闸门以及底板与闸墩，通常为了提升闸室的坚固性会使用混凝土与钢筋材料进行闸室构建。
1.1.3下游连接段结构
这段结构的重要作用就是在水流经过闸室后，对其进行一定程度的扩散，并消减一些过剩水能，通常的做法就是通过消力池的作用时水流在其中形成水跃现象，降低水能，这样水流在经由下游连接段流向河道等水系时就会更加平顺，过闸后的水流也就不会对坝体造成太大的冲击力，实际设计中下游连接段的结构组成主要包括消力池、翼墙护坦以及海漫、齿墙等，齿墙可以为海漫末端结构提供保护，减少水流对这类结构的冲刷影响。
图1 某水闸工程平面设计图
1.2水闸设计营建的功能需求
水闸作为常见的水利工程建筑结构，其功能需求主要有两方面，首先就是能够对水流进行阻挡，其次就是能够倾泻过剩水流，水闸建筑在平原地区非常常见，不过平原地区的近水区域通常都有较厚的软土结构层，这样就会导致水闸建筑地基压缩性强、承载能力差，而且平原地区的近水区域淤泥较多，滑动性强，提升水闸稳定性的设计工作任务较重，闸门是水闸建筑中实现挡水与泄水功能的重要结构，闸门关闭后可以在上下游之间形成水头差，并且在其作用下，如果闸基结构及两岸区域的防渗设计不够科学就会导致这些结构上出现渗流，尤其是如果水闸底部存在渗流就会在渗流压力的作用下抵消水闸闸门的有效重量，多重复杂应力作用下会导致水闸闸室建筑的稳定性急速下降，甚至会导致水闸上出现渗透变形。而水闸工程在泄水时由于上下游段之间又较大水头差，泄水水流就会流速迅猛，其中所带有的水能自然非常强大，流出闸室后就会对下游段进行冲击，这样也会降低水闸建筑结构的稳定性，另外水闸上下游两边存在较大水位差时就会在泄水时形成波状水跃，水能效率会在此过程中降低，水跃现象一直延伸到水系下游就会对相应泄水路径上的河道结构造成冲击，水闸与河道稳定性都会受到影响。
2水闸设计工作的要点探讨
在水工设计工作中，水闸是非常重要的建筑设计内容，但是水闸结构在工作中所承受的应力变化同其他建筑又不尽相同，我们进行水闸设计时必须对能够影响水闸运行情况的多重因素进行考量，其中主要的考量内容就是：水闸建筑施工条件、水闸建筑地质情况以及水闸运行中的受力情况。针对水闸进行设计时必须强化如下设计要点的科学性。
2.1水闸选址要点
进行水闸建筑项目建设的过程中，设计的基础性工作与对水闸工程效益影响的关键步骤就是对水闸建设位置进行选择与设计，它会影响水闸营建好后的功能性发挥，一般来讲进行水闸工程选址设计时必须首先进行水闸工程营建区域的地质与水文情况进行细致地勘察分析，应尽量选择地基结构有较强承载能力，且地基土层抗剪性能较好的区域进行水闸结构建设，可以在水闸建筑设计时尽量选择完整的岩石地基结构，其施工中会减少地基加固的工作量，并且还能够为水闸结构在后期运行中表现更强的稳定性提供基础，水闸闸室的稳固性，地基结构的抗剪性能都会因此得到提升。假如在施工进行时，不能够很好地控制好地基，存在承载能力较弱的问题，最终容易导致水闸有事故发生。因此，在对水闸进行选址时，要对多方面的因素进行综合的考虑并分析，以便水闸的施工要求能够有所提高。
2.2强化水闸地基设计科学性
在如今的水利工程建设中，处理水闸的地基已成为一个重点施工环节了，通常来说在水利工程施工中，处理地基的方法有很多，而就现阶段的工程项目来说，对地基处理一般有以下几个主要目的：第一，能够进一步提高地基的承载能力，使得建筑工程更为稳定，且具有较强的承载力。第二，有利于处理好地基中不同的安全隐患问题，并将地基中的有害物质消除掉，防止地基发生沉降。第三，能够有效减少土壤中水分的含量，避免因为存在的渗漏隐患而使得地基发生变形，并最终导致地基出现滑移的隐患。现阶段，在我国水闸地基中常见的安全隐患有两方面，其一，承载力较低，其二，沉降严重。所以，在如今的一些工程项目中要想解决这两个问题，就要使用不同的技术手段：①垫层法；②替换法；③填充法；④灌浆法等。其中，由于垫层法和填充法在工程项目中不易受外界因素的影响，且对于地基处理有着较高的强度，所以这两种方法在处理水闸安全隐患方面最为常用且备受关注。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆水闸地基结构设计工作必须根据建设区域的实际地质与水文情况进行综合分析，选取最具经济性与实用性的地基处理技术，为水闸工程稳定性提升创造基础条件。
2.3做好水闸消能防冲设计工作
在水闸中，还有一项较为重要的施工就是对消能防冲进行设计，其一般涉及到较多的内容：①控制好工程的工况；②计算并控制好设施；③计算消力池的面积以及深度的控制要求；④计算河床冲刷的能力要求。通常在水闸设计时，水闸的消能防冲设计的主要依据来源于工况所需要的设计目标以及要求，这也是水闸选址时的一个重要参数和首要前提。如今的设计以及控制水闸的消能时，都是以工作中闸高的水位为基准，并及时的宣泄并排除多余的水量，且下游水位要求要选取最低值，该方法也是现阶段水闸施工中比较常见的一种方式，也是保证水闸工程能够正常工作的核心所在。在这样的一种工况下，闸门的初始开启度通常都是以消力池深度计算的主要控制因素，而在设计水闸泄水最大的洪水流置时，相应的下游水位要确保是最低的。对于闸上相关的最高蓄水位、闸下水位限值以及闸门初始的开启度等问题还需要进行更为深入的探讨，由于篇幅问题，本文就简要的对水闸的消能防冲的设计需要注意的两方面因素进行简要的探析。其一就是水闸施工建设区域的水文情况，这是因为进行水闸结构建设后河网相应区域的分流情况就会出现变化，这就会造成主河道上的水位发生不断升高的问题，并且在很多水系河道上都会减少码头、桥梁等建筑结构，这类就爱你在的部分结构会对河道断面进行占用，一旦发生洪灾，河道的行洪断面就会因此变窄，降低防洪效率，同时还会对原有河道的情况造成影响，部分河道区域的水位升高而导致水流控制难度加大。其二就是河道结构的变化情况。由于在河流流动中河道水量在不断变化，水流含沙量变化也较大，这样就会导致河流对于河床冲刷的应力以及河道砂石淤积的情况会随时间发生变化，我们在河道上游区域内进行水闸建设，可以阻碍河道泥沙的流动，消减洪峰，虽然有利于下游区域的安全与稳定，但是就会对河道自身的平衡造成破坏与影响，这样河道结构就会因此而发生变化。设计时必须对这些因素进行综合思考，否则在水闸使用中河道与水位情况发生变化后，水闸的功能性就会减弱。
3控制水闸设计质量的主要方法与措施
3.1提升设计团队的质量意识
水闸设计方案完成之后需要接受各建设相关方的审核与讨论，建筑单位通常会使用一些数字化软件对设计图纸进行建模验证，以确保水闸设计的质量，设计工作中必须保证水闸消能防冲结构设计的尺寸与应力结构符合国家标准与水闸使用需求，要针对混凝土浇筑结构做好强度设计，由于当前的建筑行业中，设计单位必须担负起保证图纸设计质量的全部责任，因此设计单位必须在全员中渗透设计质量控制意识。水闸建设的区域通常在地质条件、运行环境方面较为特殊，因此在设计前必须要求设计人员对水闸建设区域的地质环境进行现场勘察了解，必须结合水闸运行的地形变动情况与气候情况进行优化设计，并要确保图纸设计中各项指标符合国家标准要求，图纸标注规范，为施工阶段提供科学的设计方案指导。
3.2进行严格水闸工程建设材料选择
由于在水闸施工建设中，钢筋混凝土结构应用较为广泛，设计工作中应依据水闸工程运行需要做好相应材料的选择，要根据水闸运行需要进行应力计算，并选择能够承受相应应力的建筑材料，并且要求施工方严格依照设计要求进行材料采购。
3.3优化水闸设计人员的综合素质
由于水闸设计工作中，对于水闸各项结构设计的技术要求较高，并且水闸在水系中使用时，各时间段所需承受的应力也有所不同，设计人员必须综合考量水闸运行的影响因素才能进行水闸结构的优化设计，这不仅要求设计人员具有相应的设计经验和专业技能，同时还要求设计人员必须能够对水闸运行的综合影响因素考虑进去，要根据河流动态情况进行水闸规模以及功能结构的设计，设计公司应积极对设计人员进行专业技能培训，提升设计人员的综合技能水平，同时还应在设计团队中强化质量管控意识，要构建起严格的设计质管体系，为水闸设计提供质量保证。
3.4施工、建设单位要针对水闸设计进行把关
水闸设计的质量对于水闸工程建设的影响较大，因此设计图纸与方案出来后就应由相应专家组对设计资料进行论证，只有通过了技术验证，并且其设计方案造价能够与水闸工程建设资金投入方案相符，才能在水闸建筑施工中使用这一设计方案进行技术指导，水闸施工单位在施工开展前要对水闸设计方案进行严格会审，针对其中各项施工工序的操作情况与技术要求进行分析，并据此进行工程建设施工安排，图纸会审中着重对技术操作难度较大、存在设计问题的细节进行分析，强化设计科学性，这样才能尽量减少水闸施工中由于设计质量问题而造成的方案变更，有利于水闸建筑工程管控效果的提升。
结束语
总之，在我国水资源整合调配工作中，优化水闸设计能够提升水闸控制的安全性与稳定性，尤其是在区域水量急剧变化的时候通过水闸启停能够为防洪抗旱等工作提供助力，而在水闸设计工作中，提升设计人员的管控效果以及设计能力是非常必要的，只有这样才能保证水闸设计符合工程建设要求，可以为水闸高质量建设与安全运行提供强有力的设计方案指导，为我国各地水环境安全提供保障。
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论文作者:姚礼标
论文发表刊物:《防护工程》2019年第7期
论文发表时间:2019/7/5
标签：水闸论文; 结构论文; 地基论文; 河道论文; 水流论文; 就会论文; 区域论文; 《防护工程》2019年第7期论文;