河北省水利水电勘测设计研究院 天津 300250
摘要：在水利水电工程当中水库水闸设计较为关键，其作为水库抗洪、排涝、给水、灌溉等工作的重要基础设施，在设计过程中，需要结合具体的工程实际设计好水闸底板、闸墩、止水设施等。水利工程中的水闸工程结构复杂，在具体设计过程中仍旧存在一系列问题，只有了解并注意这些问题才能设计出合理、优质的水库水闸结构。基于此，本文主要对水利水电工程中水闸的设计及方法进行了简要探讨，以供参考。
关键词：水利水电工程；水闸设计；简析方法
引言
水利水电是可再生能源，对水利水电进行科学合理的应用，满足环保及可持续发展相关要求。水闸作为水利水电工程当中极为重要的构成环节，其设计水平的高低不但对工程整体质量具有直接影响，同时还和转换效率存在一定联系。因此，需加强水闸设计与方法研究。
1水利水电工程水闸主要类型
1.1进水闸
进水闸称为渠首闸，主要为农田提供灌溉水，或者为其他用户提供必要的供水，一般可以设置在水库、河道、湖岸、渠首等位置控制线路供水总量。
1.2节制闸
节制闸又可以称作拦河闸，一般用于水位、流量的调整，可以在枯水期通过开闭闸门抬升河道水位，以便为上游区域提供航运条件和取水条件，在丰水期通过开闭闸门控制河道总体流量，洪水期能够有效控制河道下泄总流量。
1.3排水闸
排水闸底板高程低、闸身高，能挡住较高的外河水位，将洼地积水排除，可以作为双向水头。在外河水位高度上升的时候，通过关闭排水闸可以避免外部河道的水倒灌进来；当河水退去后，可以将闸门打开排出渍水，多设置在江河沿岸。
1.4挡潮闸
挡潮闸具有较为丰富的功能，可以实现挡潮、蓄淡、排涝、泄洪的目的，并且能够向水系提供双向水头作用，当受到外部潮水影响的时候，挡潮闸可避免海水倒灌，还能抬高内河水位，实现蓄淡灌溉；在退潮时可进行排涝，在内河受涝期间具有重要作用，对于建有通航孔的挡潮闸，可以在平潮时期实现通航。
1.5分洪闸
分洪闸泄水能力高、分洪能力强，多建于江河适当地段一侧，若洪水较大，并到达相应的闸口位置时，可以通过开闸分泄，确保河道内的洪水不发生外泄，直接进入闸后蓄洪区、滞洪区、其他支流等分流区域，能够大大降低洪水对下游区域生产生活的影响。
2水利水电工程中水闸的设计及简析方法
2.1水闸选址
作为水利水电工程的重要环节的水闸的选址，它也是水利工程施工中非常重要的基础工程。对于水闸选址来说，其最佳的选址地点和方向，应该以地质相对较好的天然地基为基础的选址标准，充分的考虑水闸施工中和建成后运营的安全性。一般情况下，设计单位需要结合选址地点的气候条件等其他自然条件，对水闸的地质条件和水文条件等进行系统、细致的分析，一定要按照水闸的规范标准来确定水闸的位置。
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2.2选择闸型
水利水电工程水闸设计过程中，技术人员对水闸的选择，应做到因地制宜，科学确定水闸形状。首先应考虑水闸的实用性、流线型，然后再研究水闸的美观程度。对水闸进行具体设计过程中，相关设计人员应结合工程场址进行统筹设计构思，充分、全面了解现场实际情况后，再对水闸型进行科学选择。
2.3水闸设计中闸室安全计算
闸室的安全稳定，有助于闸门的功能最大化，其作用十分重要。这需要对闸室进行相应计算。主要包括荷载组合、基础应力计算、抗滑稳定计算等。在计算荷载组合时，还应考虑不同组合的差异。基础应力的计算主要基于扭矩计算、正常运行下地基的应力等。抗滑稳定性的计算是在正常条件下计算总弯矩和总重量，以获得滑动阻力的稳定系数。
2.4闸门梁系的设计
水闸闸门的设计和合理运用是确保工程安全运行的重要因素。如果闸门设计和运用不当，那么就会产生集中水流或折冲水流等不良流态的现象，从而对水闸或者水坝的造成冲刷性的破坏。基于减小闸门运行过程中的振动的目的，设计单位在闸门的梁系设计时就充分考虑适当合理的改善水闸的闸门硬度和质量。在闸门主梁系上施工单位除了布置基础的底主梁外，也需要在上部主梁系的结构中采用等荷载设施的布置方式，因为其便于施工建筑。对于双腹板箱型的底主梁来说，由于闸门底部和流水闸的下游两侧会形成向下8°的偏角度，这样做的目的是使门底底主梁以下悬伸长度来减小底主梁荷载，也为了又可以完全满足底主梁到底止水的距离符合底缘施工和建设的标准，下游侧的水闸闸门梁系倾角设计为27.2°。基于改善水流流态的目的，在底主梁后翼缘与底次梁之间间会采用钢板进行密封作业。水平次梁采用槽钢，近似按等跨连续梁设计，槽钢肢尖向下，以防积水和积尘。
2.5防渗和排水设计
2.5.1防冲槽
水利水电工程中，防冲槽是在水闸护坦末端实施的加固措施，当水流经过护坦之后，因为护坦的作用导致水流速度和能量有所减少，当经过护坦的末端部位时，可能会恢复原来的冲击能力，而水流所带来的强力冲击，会导致河床遭到一定冲刷危害。对护坦的末端进行加固，一般使用的是抛石防冲槽，设置的具体流程是将护坦末端进行适当的挖槽抛石，当水流对河床带来冲击时，河床末端位置存在较多的石块，促使其在形成冲坑的过程中，所留下的石块顺着水流冲击的方向，并沿着陡坡方向顺势滚动。因此，需在冲击坑的上游斜坡位置设置相应的海曼，主要是为能有效遏制冲刷坑向上游扩展的流程，促使水利工程足够安全。
2.5.2消力池底板排水孔设计
消力池底板设计需要承载不同因素所带来的力量，主要有水流脉动压力、水流冲击力、水力上浮等。其必须具备充分的耐磨抗压，对于重物所带来的冲击，要做到合理抗击要求，同时具备较高的强度和足够的重量。可以将垂直的排水孔设置在水平护板的后半部分，需要将反滤层铺设在排水孔的下部分。在形态布置上，需将排水孔布置为梅花形，使排水足够畅通，适当减轻护板底端位置所带来的渗透压力。
2.5.3闸基防渗层排水
对水闸而言，其上游和下游均存在较明显的水位差，必须保证闸基能够有效进行排水。其具体流程为：当上游水渗透进入河床后，经过闸底板、防渗铺盖及板桩，最后经过消力池之后，能够经过排水孔流入到下游河道中，从而形成有效排水。对地基渗水方面进行分析，最为优质的方案是以最快的速度向外排泄，要想加快速度，则要在水位较高的一侧设置防渗止水设施，设置的防渗设施可以是板桩、浅齿墙或者铺盖。通过这种方式，可适当延长底板上游的渗透路径，促使渗透压力能够在消力池底板上被有效缩小。
结束语
由以上的阐述可以得知，水闸正常运行在水利水电工程中发挥着举足轻重作用，因此，在对其进行设计时，设计单位应该根据水闸地址实际情况来设计以保证水闸设计精准度，保证项目的整体质量的同时，确保后期施工的正常开展。促进工程项目的顺利开展与施工，加强对水闸的设计、施工质量控制，确保闸门运行的安全性及可靠性。保证水利水电工程能够安全、有效、稳定的运行，从而发挥水利水电工程抗洪、蓄水等功能，保障国家财产的安全和人民生命财产安全。
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论文作者:卢松
论文发表刊物:《防护工程》2018年第26期
论文发表时间:2018/12/13
标签：水闸论文; 闸门论文; 水利水电工程论文; 水流论文; 底板论文; 河道论文; 排水闸论文; 《防护工程》2018年第26期论文;