浅谈水闸设计时问题分析及应用

陈 贝

广东省潮州市水利水电勘测设计院，广东 潮州 521000

0 引言

水闸是依靠可以升降的闸门来控制水位，调节流量，它是一种既能泄水又能防洪的水工建筑物，在灌溉、排水、防洪、航运、发电等方面应用十分广泛。水闸的设计是非常复杂的系统工程，它不仅受主观因素还受到客观因素影响。本文将试图对水闸设计当中所涉及到的关于水闸选址、闸型、闸底板高程、水闸地基处理等几个方面进行讨论，期许水闸设计中能引起相关关注。

1 水闸设计几点注意问题

1.1 水闸的选址

水闸的选址在水闸建设过程中是非常关键的环节。水闸能够较好地满足水闸的使用要求、水流流态稳定、造价经济、稳定安全、水闸便于管理等是水闸选址的原则。

1.2 闸型的选择

水闸型式的选择是由多方面因素决定的，一定要结合当地地质地形、施工管理、河道特性等因素因地制宜地进行综合方面考虑，不可一味盲目地追求新颖闸型。

1.3 水闸底板高程

水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、经济合理等要求考虑。

1.4 水闸地基处理

水闸地基处理的方法很多，使用较多的主要有以下几种：置换法、排水固结法、加筋法、灌入固化物法、振密或挤密法和桩基法等。国内在增加水闸地基承载能力和减少地基有害沉降的处理方法最常用的是垫层法、灌浆法、砂井预压法和桩基法。

2 工程实例

2.1 工程概况

某排水闸采用胸墙式结构，为平底闸。经计算，B0=8.86m，考虑综合因素，取B0=10m。排水闸孔口尺寸有两方案：1）设2孔，单孔净宽5m，闸孔净高3m；2）设3孔，单孔净宽3.5m，闸孔净高3m。经方案比较，可确定排水闸设2孔，单孔净宽5m，净过水宽10m，闸孔净高3m。

2.2 闸室布置

该排水闸垂直内河堤布置，为胸墙式排水闸，闸底板高程64.9m；闸底板顺水流方向长8.0m，2孔，单孔净宽5m，闸孔高3m；中墩厚1.2m，边墩厚1.0m，闸底板宽13.2m。底板厚1.0m；闸墩顶高程与该处堤顶齐平70.36m。

2.3 水闸整体稳定及地基应力计算

2.3.1 计算工况

1）完建期，上下游无水；

2）下游常年蓄水位67.0m，上游无水,关闸清淤；

3）下游P=2%洪水位69.07m，上游水位至孔洞顶67.90m。

2.3.2 计算结果

根据《水闸设计规范SL265-2001》，利用闸室基底应力和闸室抗滑稳定安全系数计算公式可分别计算各工况下排水闸的整体稳定及基底应力。

ΣG为作用在闸室上的全部竖向荷载（包括闸室基础底面上的扬压力在内，kN）；

ΣM为作用在闸室上的全部竖向和水平荷载对于基础地面垂直水流方向的形心轴的力矩（kN·m）；

A为闸室基底面的面积（m2）；

W为闸室基底面对于该底面垂直水流方向的形心轴的截面矩（m3）；

Kc为沿闸室基底面的抗滑稳定安全系数；

f为闸室基底面与地基之间的摩擦系数；

ΣH为作用在闸室上的全部水平向荷载（kN）。

根据上式可分别计算各工况下水闸的整体稳定及基底应力。经计算排水闸的整体稳定及基底应力均满足规范要求。

2.4 消能防冲计算

计算工况。消能防冲计算工况为：上游十年一遇的过闸流量97m3/s，上游设计水位68.6m，下游五年一遇的洪水位67.98m。

消力池的计算。根据以上公式，先判断是否需要设置消力池:先求出收缩水深hc=1.54m，再代入其它公式求出，可不需设置消力池。按构造处理，设8m长0.5m厚的钢筋砼护底。

2.5 渗径长度计算

水闸渗径长度必须满足闸基防渗长度要求，因此按下式计算：

式中：L为闸基防渗长度（m）；

H为上、下游水位差（m）；

C为渗经系数。

2.5.1 工况

1）建设期,上游无水，下游施工洪水65.35m，△H=65.35-64.9=0.45m；

2）下游常年蓄水位67.0m，上游无水，关闸清淤，△H=67-64.9=2.1m；

3）下游P=2%洪水位69.07m，上游水位至孔洞顶67.90m，△H=69.07-67.9=1.17m。

2.5.2 渗径长度L计算

根据《水闸设计规范SL265-2001》，砂砾层容许渗径系数C=3～2.5，故L=3×2.1=6.3 m，小于水闸渗径长度28.94 m，满足规范要求。

2.6 闸基抗渗稳定计算

根据水闸的实际情况，水闸简单分成9段计算其渗透压力，经计算的各段阻力系数、水头损失值、修正后各段水头损失值及水头坡降值，满足闸基稳定渗流规范要求。

3 结论

水利工程中水闸的应用越来越广泛，本文对水闸设计当中所涉及到的关于水闸选址、闸型、闸底板高程、水闸地基处理等几个方面进行讨论，这些因素对水闸设计是极其重要的，千里之堤毁于蚁穴，一个微小的因素没有考虑到，必然带来整体结构的稳定与安全性受到威胁。对水闸设计进行多方面因素考虑，不仅能防范于未然，更能给设计过程中带来方便。

[1]张永富.对水闸设计的几点体会[J].黑龙江水利科技，1998，1.

[2]中华人民共和国水利部.水闸设计规范SL265-2001.中国水利水电出版社，2001.