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水闸设计要点方法探究

发表时间：2021/7/1 来源：《建筑科技》2021年6月下作者：吴文青

[导读] 在我们的日常生活中，水闸随处可见，它也是人们生活中不可缺少的必需品，为人们的生活提供了便利。但是有很多人对水闸设计没有深入地了解，对于水闸的安装方法、组成结构、工作原理、选址原则等问题都不清楚。在水闸的设计过程中和实际情况中都会出现一些误差。

宁波市水利水电规划设计研究院有限公司吴文青 315000

摘要:在我们的日常生活中，水闸随处可见，它也是人们生活中不可缺少的必需品，为人们的生活提供了便利。但是有很多人对水闸设计没有深入地了解，对于水闸的安装方法、组成结构、工作原理、选址原则等问题都不清楚。在水闸的设计过程中和实际情况中都会出现一些误差。针对这些问题，笔者依托自己多年的工作经验，结合工程实例总结了闸门设计的一些要点，希望能为各位同行提供一些参考意见。
关键词：水闸设计；设计要点；方法
        为了充分利用水利资源，中国修建了一大批水利设施。随着资源利用率的提高和资源问题的日益突出，相关技术的发展也对水闸的设计提出了要求。水闸在发挥其传统功能的同时，也被赋予了新的使命。目前，我国的社会经济发展逐渐加快，同时水利工程对时代的进步发挥着非常重要的作用。然而，在水闸设计中，由于水闸特点复杂，又受诸多因素影响，设计者必须高度重视水闸设计的具体方法，以保证水利工程的顺利实施和运行。
        一、水闸的工程概况
        某排涝闸位于宁波市甬江干流右岸堤防上，大东江出口，位于高新区境内，是鄞东南重要排水闸之一，排泄鄞东南河网之水入甬江。本工程本工程由水闸、管理房、上游连接段河道和下游拆除恢复段堤防等组成。水闸总净宽25m（5孔×5m），位于老闸下游，与老闸间距15m布置新闸闸室，主要由闸室和上下游连接段组成，闸室及翼墙地基采用钻孔灌注桩处理；最大过流量为234.0m3/s。
        二、水闸选址应遵循的原则
       本工程作为老闸改造工程，且水闸功能没有发生改变，工程选址基本围绕现状老闸闸址进行。根据工程任务、规模及功能，综合考虑地形、地质、水流等自然条件因素，因沿江滨江绿化带即将施工，现状闸址周边建筑均将拆除，因此本工程闸址选择重建水闸位于老闸下游约15m处。由于施工难度小、工程投资低、且闸下不易淤积，闸址外移，淤积现象可以得到改善，水闸出流情况较好，所以选择了这个方案。
        三、水闸型式设计
        1闸孔方案设计
        本工程排涝闸总净宽24m，在闸孔选择方面本次对5孔×4.8m、4孔×6m、3孔×8m三种方案进行比选。结合闸门的控制运用，根据《水闸设计规范》（SL265-2016）：闸孔孔数少于8孔时，宜采用单数孔，同时，单孔8m的闸门对启闭设备要求较高，故本次推荐闸孔为5孔。根据《水利水电工程钢闸门设计规范》及所推荐的闸门孔口尺寸要求，从运行管理相对方便角度出发，本次水闸选定5孔×5m布置形式。
        2水闸结构型式选择
        根据水闸泄流特点和运行条件，闸室的结构型式最常见的可分为涵洞式、胸墙式、开敞式等，另对于水头低、有景观要求且具备运行条件的节制闸可采用翻板坝、钢坝、橡胶坝等轻型结构型式。考虑到本工程潮位变化幅度较大，为降低闸门及启闭房高度，减小闸门的启闭力，同时考虑美观及管理运行方便，本阶段选定采用综合性能较好的胸墙式水闸。
        四、闸顶高程设计
        根据《水闸设计规范》，水闸闸顶高程应根据挡水和泄水两种情况确定。挡水时，闸顶高程不应低于正常蓄水位（或最高挡水位）加波浪计算高度与相应安全超高值之和；泄水时，闸顶高程不应低于设计洪水位（或校核洪水位）与相应安全超高值之和；同时，位于防洪（挡潮）堤上的水闸，其闸顶高程不得低于防洪（挡潮）堤堤顶高程。
        1）平均波高和波长的确定
        采用莆田试验方法计算，公式如下：

根据计算，闸顶高程初步确定为4.63m
五、水闸基础处理设计
根据工程地质勘察成果，本工程地基土层为软土。根据工程地质情况，本工程地基采用Ф1000和Ф800C35钢筋砼钻孔灌注桩处理。按照《建筑桩基技术规范》对桩基竖向承载力及水平承载力进行计算。

        2水闸消能防冲的设计
        本工程水闸的消能防冲设计，主要是在下游河道可能发生冲刷的情况下，保证水闸不致产生危险的冲刷。其设施主要由消力池、海漫和防冲槽组成。结合现状条件下河网情况及水闸实际运行特点，拟定本工程在洪水期的调度方案如下：
        当平原水位高于河网水位1.25m时，且内河水位高于外江水位时，开闸排水；当平原水位低于河网水位1.25m，或内河水位低于外江水位时，关闭闸门。消能防冲复核工况：内河为高水位起排1.57m，下游为退潮时平均潮位0.39m，5孔全开放水，至下游水位稳定时。
        3水闸防渗排水设计
        渗流计算的目的是计算水闸闸基及两侧轮廓线各点的渗压水头、渗流坡降、渗透流速等，验算闸基及两侧渗透稳定，同时为闸室稳定计算提供基本资料。
        根据地勘报告，闸址地基为Ⅱ淤泥质粉质粘土，属“软粘土”，根据《水闸设计规范》，同时考虑渗流出口处设了滤层，渗流坡降允许值加大30%，得闸基水平段和出口段允许渗流坡降值：水平段：0.39～0.52；出口段：0.78～0.91；侧向绕渗水平段和出口段允许渗流坡降值：水平段：0.30～0.40；出口段：0.60～0.70。

水闸渗流稳定计算根据《水闸设计规范》中改进阻力系数法计算。计算结果如下表：

五、结论
在水利工程建设过程中,水闸的设计具有重要意义。因此，在闸门设计中，必须根据工程的具体情况对周围环境进行详细分析，严格按照设计要求进行设计。同时,在很大程度上必须采取有效的措施预防和应对建设项目中可能出现的问题,并结合理论与实践应采取提高水闸的设计质量和水平。
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