中小型水闸设计概述

【摘要】随着国民经济的快速发展，水利在我国现代化建设中发挥着重要的作用。近来，掀起了水利工程建设高潮。本文笔者结合自己多年来的研究和实际工作经验，对于北方中小型水闸的设计进行分析和探讨，希望对于该领域的研究和实践具有一定的作用。

【关键字】中小型水闸，设计概述

中图分类号：TV66 文献标识码： A 文章编号：

一．前言

我国中小型水闸面广量大，中小型水闸是水利枢纽工程中重要的组成部分。它是一种具有挡水和泄水的低水头水工建筑物。它通过升降启闭闸门来控制水位和调节流量，在防洪、排水、灌溉、航运以及发电等水利工程中应用非常广泛。闸室是中小型水闸挡水和泄水的主体部分。主要由底板、胸墙、闸墩、闸门、交通桥和工作桥等。底板作为闸室的基础它承受着闸室的全部荷载，并较均匀地传给地基。闸墩的作用是支承闸门和分隔闸孔、支撑工作桥及交通桥等上部的结构。闸门的作用是挡水和控制下泄水流。胸墙是用来挡水以减小闸门高度。工作桥供安置启闭机和工作人员操作之用。交通桥是为连接两岸交通设置的。在中小型水闸的设计中，应该特别注意这些方面的问题，保证设计符合要求。

二．中小型水闸的工作特点

中小型水闸是一种“挡水、泄水”的水工建筑物，它在稳定、沉降、防渗及消能防冲等方面都有着自己的特点：关闸挡水时，中小型水闸上、下游的水头差造成较大的水平推力，使中小型水闸有可能向下游一侧滑动。为此，中小型水闸必须具有足够抗滑力，以维持自身的稳定。由于水位差的存在，水将通过地基和两岸向下游渗流。渗流对中小型水闸和两岸建筑物稳定不利，同时，地基在渗流作用下，容易产生渗透变形，特别是粉细砂地基，如防渗措施不力，发生管涌，严重时闸基和两岸的土壤会被掏空，危及中小型水闸安全。因此，应妥善设计防渗设施，并在渗流逸出处设反滤层等设施以确保不发生渗透变形。开闸泄水时，在上、下游水位差的作用下，过闸水流具有很大的流速，流态复杂，而河床土壤抗冲能力通常较低，水流冲刷严重时会扩大到闸室地基，致使中小型水闸失事。因此，中小型水闸设计除应保证足够的过水能力外，还必须采取有效的消能防冲措施，以防止河道产生有害的冲刷。土基上建闸，由于土基的抗剪强度低，压缩性大，在中小型水闸的自重和外部荷载作用下，可能产生较大的沉降，影响正常使用，尤其是不均匀沉降会导致中小型水闸倾斜，甚至断裂。在中小型水闸设计时，必须合理选择中小型水闸结构型式、合理安排施工程序以及采取必要的地基处理等措施，以减少地基沉降和不均匀沉降。

三．中小型水闸设计前应确定的问题

1.闸底板高程的确定应考虑的问题

闸底板高程的确定是由多方面因素决定的，选定得是否恰当，对闸的稳定，闸室的宽度、高度、闸门的挡水高度，两岸建筑物的高度、运行管理、施工难易，工程造价均有很大影响，因此，必须从满足运行要求，并结合地质水文地质、经济合理等一并考虑。经过几个中小型水闸设计进行闸底板高程选定，从不同的高程方案进行比较，我们找出了一些规律:对排中小型水闸，闸底板高程低些，有利于迅速排水使农田不致受涝;对大型中小型水闸降低底板高程可缩短闸身的总宽度，对减少工程投资往往是有利的;对小型中小型水闸底板高程定高些是比较经济的，虽然闸室宽度增加了，但闸室、闸门和两岸建筑物高度却减少了。从运行管理方面考虑，底板高程过低对于拦河闸来说，给闸门的启闭力，防沙冲沙布置均带来困难，从地质和水文地质方面考虑，如果地质较差而底板高程过低，则增加地基开挖和处理的困难，水文地质地下水位高就增加施工排水的投资。所以确定闸底板高程必须综合全面考虑分析论证选择最优方案的闸底板高程。

2.关于闸孔型式的确定

（一）宽顶堰:应用较广，结构简单，施工方便，自由泄流的范围大，当下游水位至堰顶距离hr>0.8H。时，才开始变成淹没出流，所以它的泄流能力比较稳定，有利于冲淤排砂，但流量系数小。

（二）实用堰:与宽顶堰比较，流量系数比较大，可以缩短闸孔总宽，减小闸门高度，能阻止泥沙进人渠道。实用堰的泄流能力，受下游水位变化影响比较显著，当hr0.35H0开始受淹没的影响，泄流能力很快下降，对溢洪道采用较广。

（三）胸墙式孔口:用于过闸流量受限制上游水位变化大弓或者下游挡水位高，而排水时，上游水位较低，这种情况下，用胸墙式代替一部分闸门，可以减少闸门的高度。

3.关于闸孔孔数和每孔净宽的确定

闸孔孔数和每孔净宽的确定，直接影响闸身结构形态闸门的型式与运行管理.在浑河漠家堡、双台河拦河闸设计时，对闸孔孔数和每孔净宽进行了多方案比较，确定采用弧形闸门，平板闸门的结构形式每孔净宽8一10米，在技术可靠、运行管理方便，经济上合理(采用的是10米)每孔净宽超过此值，就会使闸门，启闭机造价，底板厚度、配筋明显增加。每孔净宽缩小，闸墩数增加，总宽增加，对泄流不利，尤其东北地区有泄冰的要求，闸孔净宽更不能

过小。为了便于调节闸孔开启数目，使出闸水流均匀，在闸孔数比较少时，闸孔总数采

用奇数为宜，如浑沙、浑蒲、绕阳河进中小型水闸均为奇数(5孔)当闸孔数目较多时，选奇数偶数则影响不大。

四．中小型水闸的设计

1.运用设计与管理

在中小型水闸设计中考虑闸门操作方便，运行安全很重要，实际工程中，往往由于运行管理不当，造成闸下很大的冲刷，严重的致使破坏.如浑河漠家堡拦河坝，1960年大水通过3500m3/s，闸下没有发生冲刷;1962年由于大伙房水库放水500m3/s，因未通知管理人员，直到发现闸门顶滋流，而立即将12孔打到全开，其余10孔没打开，造成闸下铁丝笼护坦、海漫和防冲槽全部冲垮，最大冲深达4.5m，而不得不重新修复设计并慎重的做了运用设计，改建竣工后，根据运用设计进行了原型观测试验。各种控制情况均附合设计要求，但发现闸下游水位流量关系曲线是单一的，要达到对应下游水位放流需要有一定时间，达到下游水位后才能加大放流.为了安全运行按照运用设计和原型观测试验;制定了滇家堡拦河闸运用规程，要求管理部门严格执行经过多年的运用管理工程完好。

2.地下轮廊的设计

地下轮廊是指水工建筑物与地基接触面的不透水边界，设计时，首先做好两个方面资料的收集。一是建筑物基下的地质材料，土壤类别，颗粒组成，透水性能，地层的分布，有无承压水，与水文地质等，二是水工建筑物的特点和有关当地建筑材料的资料。而后，才能进行地下轮廊的设计。

（一）地下轮廊的设计任务

确定合适的地下轮廊布置形态，确定安全经济的地下轮廊长度以满足闸身的稳定对降低渗透压力的要求，保证地基内不发生骨架土粒浮动和被渗透水流带走的现象。在渗透逸出处绝不允许发生管涌或流土。渗流量不应过大。为了防止地基的渗流破坏，必须限制水流的平均渗透坡降在中小型水闸设计中都用地下轮廊线长度作为控制设计标准，中小型水闸的铺盖，板桩，和闸底板均是不透水的，而地基是相对透水的。当闸上下游存在水头差时，水流自地基内流向下游不透水的铺盖，板桩，闸底板，静水池与地基接触线即是渗流的第一根流线，要满足地基防渗设计要求，地下轮廊线乙与水头H应有一定的比值C，C值与地基土壤类别有关。这是根据很多闸的运转经验得出的结果，如果L

（二）对闸基防渗布置采用了滞渗和导渗相结合的方法进行的。在闸的上游布置防渗设备(铺盖板桩齿墙等)用来延长渗流途径，以保证渗流坡降不超过土壤的允许值，而在闸的下游布置排水和反滤层设备，用以降低闸底板下的渗透压力，增加了闸身的抗滑稳定性，并使渗流逸出处不致发生渗透变形，布置后进行了渗流计算，考虑计算的方法很多，有流体力学解，近似的水力学方法还有流网方法进行求解，双台河闸漠家堡闸采用水力学方法中的阻力系数法阻力系数法的基本原理，就是取渗流段的长度透水层厚度为T，假定两个断面间水流渗透的压力损失为h按达西定律的计算。

五．结束语

工程建设的独特性，没有完全相同的两个中小型水闸，如何使中小中小型水闸设计做到安全、经济和合理，提高水利工程建设的设计水平，始终是摆在设计人员面前的一项重要的任务。在这些水利工程建设中，有很多成功的工程设计、施工经验需要系统地进行总结和理论提高，同时还有很多工程问题和技术难点有待于去解决和攻关。

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