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摘要：我国幅源辽阔，水资源丰富，修筑水利水电工程，提升了水资源利用率，为人类更好地开展生产、生活活动提供保障。同时，通过水力发电，还可在汛期起到防洪功能，是预防水患的有效措施。水闸在水利工程中占据重要位置，设计优劣直接关系整个工程的施工质量。在水闸设计阶段应充分地考虑各方面因素。本文对水利水电工程中的水闸设计展开探讨。
关键词：水利水电工程；水闸设计
我国正处于社会经济发展的新时代，水利水电事业得到较快的发展，而工程的重要分支——水闸也越来越引起界内人士的关注。近年来，水闸设计及施工技术均提升很快。水闸不但可阻挡水流，而且是可泄水的建筑。通常有进水闸、节制闸、挡潮闸、排水闸等类型。主要采用可升降的闸门对水位予以控制，调节水流量，在排水灌溉、储水防洪、发电航运等领域中发挥至关重要的作用。
1 收集资料
水闸、大坝均具有荷载大的特点。因此，地基务要十分牢固。在设计前，应积极地进行地质条件的勘测，并形成报告，注明地区实际的自然环境、地质条件、水文特点、水质报告及历史性灾害等，便于制定有针对性的措施。
2 水闸选址
通常状况下，水利水电工程修建于江河、湖泊一带地域，由于我国各地的自然地理、水文条件存在较大的区别。且水闸本身体积、自重大，在选址的时候，应以地质条件相对良好的天然地基为标准，并对水闸施工、投入使用的安全性能展开合理地分析。通常设计师需根据选址合适的自然、气候条件等，对水闸的水文、地质等条件，做出系统、全面地分析，必须依据国家相关的规范，对水闸的运营状况予以管理。
3 闸型、闸室的设计
水闸闸室一般分为三种，即胸墙型、敞开型、涵洞型。在我国的水利水电工程中，当排泄洪水作业时，需尽量使水流达到自然的状态，以免水闸的前水位太高，进而形成水的强烈冲击。以上水闸种类各具特色，胸墙型水闸常用于水位波动严重，且下游水量受到较大限制的河流。敞开型水闸一般平底较宽，有利于洪涝灾害的疏导、控制，且水流平稳、开阔，构造简易，便于操作。涵洞型水闸通常修建于高水位，且孔口大小受限的区域，例如：穿堤取水的水闸。所以，具体还要根据实际情况择优选择。现阶段，在水闸结构的设计中，需充分地结水闸用途、地势、水文特点等情况。具体包含两点：一是对水闸负载进行精确地计算，以增强闸室、翼墙的抗滑性。二是应对坝体总体结构与分支结构做出合理的规划，综合分析各方面因素，确定水闸结构。
4 地基处理
4.1桩基
桩基大体上分为两种，即灌注桩、预制桩。对于水平荷载与上拔力，桩基往往能够承受，在以下三种情况下能更好地发挥作用，一是沉降过程，建筑要求较高；二是竖向荷载结构集中；三是结构承受较大的地面荷载，产生严重影响。
4.2预压
预压是指预先加载，对于现场的土排水固结予以加速，增强地基的承载能力，控制沉降。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆采用预压法的优势：在持续加大荷载的条件下，体积会出现很大的压缩，水闸强度也会加大。例如：黏性土地基，或淤泥土质效果会很明显。缺点：在对工期提出较为严格的要求，施工效率低，若工程工期较紧，则不宜采用。由于闸基的地下水与河水连在一起，降水效果差，解决问题也需很长时间。
4.3 换土垫层
换土垫层的方法较为传统，易于操作，且在使用的时候，几乎不会存在问题。所以，换土垫层是水闸地基处理的有效手段。浅层地基，是指小于3米的软弱土层，相反，下卧层地基，为承载力极高的土层。
5 消能防冲设计
控制水流工况是水闸项目消能设计的一个关键分支，控制工况如下：下游水位务要在国家相关规定标准下设置下限值，而水闸的蓄水位应确保在最高点位置，这样，才会使上游储水量丰富。在这样的工况下，控制消力池时需对系统加以深度计算，作为水闸起初的启动深度。同时，关于水闸的防冲设计，控制工况如下：相对而言，为了让下游的水位处于较低的位置，水闸的放泄应尽量扩大设置洪水流量。目前，我国很多河流、湖泊的水文运行规律产生了很大的变化，主要由于外界自然环境、气候特点均产生了巨大的改变，人类活动越来越多。所以，相关设计人员在选取最高蓄水位、最低水位的时候，应对当地的河道、地形、水文变化情况予以充分地考虑。
6 水闸排水设计
6.1防冲槽
在水利水电工程中，防冲槽是指对水闸的关卡尾部运用的加固措施。当水流经过关卡的时候，受到关卡自身的阻挡，使得水流速度、能量均有所减小，然而，当水流经过关卡的尾端时，则往往会使原本较大的冲击力加以重现，在水流的猛烈冲击作用下，河床必然受到严重的影响。所以，一般在关卡末尾部位，设置防冲槽，具体的设置流程如下：对关卡的末尾处施予挖槽抛石，当水流流经河床，并形成强大冲击力过程中，由于末端有很多石块，使形成冲坑中残留的石块顺着水流的方向、陡坡向下滚动。所以，往往需要在冲坑上游的斜坡位置，设有铺盖。目的是规避冲刷坑向上游水方向扩展，增强了水利工程的安全性。
6.2 排水孔
在水利水电工程中，消力池的底板必须要承担来自不同因素的力量，例如：水流的冲击力及脉动力等。必须具有较强的耐磨性、静压作用，这样，在遭受重物的冲击力下，可以自如地与之抗衡，同时，还要达到相应的重量、强度标准。通常情况下，垂直方向的排水孔，可设于水平护板的后侧，且反滤层应铺设于排水孔以下。关于形态的布置，可对排水孔设为梅花状，促进排水顺畅，使护板底侧的渗透压力有所降低。
6.3 闸基排水
在水利水电工程中，上下游水位往往具有较大的水位差，有利于发挥强力功能，便于相关工作人员更好地进行一系列的排水活动。加强闸基排水的设计非常关键，闸基排水的流程如下：上游的水渗透到河床中，先后流过闸底板、防渗铺盖、板桩，最终到消力池的时候，会经由反滤层的排水孔流入下游地段，达到了自然排水的效果。关于地基渗水的问题，最佳思路是：应以最快的速度将渗水排出，为了使速度变快，有必要在高水位侧，大量布置具有“防渗、止水”功能的防护设施，布置这种设施的时候，可以使用铺盖、板桩、浅齿墙，有利于更好地延长底板上游的渗透通道，使得渗透压力在消力池的底板处可适当的变小。而且，在闸基处设置相应的滤水层，还能够有效地起到排水作用，排渗管能够正常地将渗水排出。
结束语
总之，水闸在我国的水利水电工程中占据重要地位，水闸设计的合理性、科学性有利于维护下游居民的安全用水，甚至生命安全。同时，也间接地影响水利工程的使用效果。相关的设计人员应对此保持高度的重视，在设计前，充分地了解当地自然环境、地质、水文特点等，有效地选择水闸位置，根据实际需求，确定水闸结构，加强消能防冲、地基处理及排水设计，力求最大化地发挥水闸功能。
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论文作者:宋颖
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年7期
论文发表时间:2019/7/11
标签：水闸论文; 水利水电工程论文; 水流论文; 水位论文; 地基论文; 水文论文; 荷载论文; 《建筑学研究前沿》2019年7期论文;