水利水电工程中的水闸设计分析

水利水电工程中的水闸设计分析【摘要】在社会经济发展过程中，水利水电工程作为重要的国民基础建设，对国民经济发展具有重要相应作用。水闸则是水利水电工程建设的重要组成部分，能够防洪挡潮，确保人民生命和财产安全。本文则基于实例探讨水利水电工程的水闸设计。【关键词】水利水电工程；水闸；设计引言现代水利工程设计过程以科学发展观为指导，以生态学和水力学为基础理论，以先进科学技术为手段，以构筑“人水和谐”生态城市为目标，确保城镇水安全及建设自然生态工程，实现经济社会可持续发展[1]。水闸工程的总体布置方案，在满足防洪功能的前提下，尽量与已建工程衔接、周围环境协调统一等综合因素，最大程度保持河道的天然性。工程布置占地相对较少，投资较省，并尽可能兼顾考虑了绿化、美化景观效果，设计方案不仅符合跨河建筑物人水和谐的新思路，而且经济、合理，其操作性较强。一、工程概况中山市的主要河道岐江河将提高河道运行水位至1.60m，但第6页共6页 港口镇中心片区城市建设的现状不能满足河涌蓄水水位达到1.6m的要求，同时内河涌的水环境的恶化迫切要求最大限度提高中心片区河涌水体的流动性。因港口中心片区主干河涌港口沥、含珠蚝颓乘湖都和岐江河直接连通，其中心片区河涌水位不能蓄到1.6m将严重影响到石歧河蓄水1.6m，从而直接影响到中山城区整体水环境治理方案的实现。根据工程设计的前期成果，通过工程措施，将港口镇中心片区河网和岐江河隔离，从而保证岐江河蓄水1.60m时中心片区不受淹。工程措施就是沿着中心片区周围在内河涌与浅水湖、岐江河的交汇处新建7个水闸，整个工程完工后，7个水闸联合调控，可以保证岐江河蓄水1.60m而不造成港口镇中心片区河涌水位升高河水倒灌问题，同时也可以通过联合调控，改善内河涌水质。而含珠蚨闸便是7个水闸之一。含珠蚨闸位于中山市港口镇东南部，闸址处于含珠虺鲠江河出口处，担负着将含珠蛴脶江河隔离，控制内河涌水位。二、工程水闸综合设计含珠蚨闸工程有通航要求，船闸与水闸分开建设，将会成倍增加工程的投资。为节省投资，在设计过程中与业主、主管部门反复沟通，经过技术论证，将水闸与船闸合为一体，中间布置单孔16.0m宽通航孔，采用平底板；两侧各布置两个单孔宽10.0m非通航孔，采用顺着现状河床斜底板。单孔大跨度、采用斜底板的水闸在笔者设计工作中是首例，在中山市也是首例。1、水闸平面布置：根据区域规划成果和前期设计成果，含珠蚨闸闸址选择在含珠蚝佑砍隹谟脶江河交汇处。将含珠蚰扇胫行钠区控制范围，和岐江河隔离。该位置的确定是区域整体规划的要求，经过复核后确定总体闸址位置[2]。第6页共6页 2、水闸闸宽选择：根据闸址处现状河道的宽度（约74m）和闸址处河道过流量的计算成果（10年一遇的洪峰流量为80.69m3/s），考虑现状河道较宽，水闸是拦河式水闸的实际特点，水闸总净宽按照水闸设计规范提供的经验参数进行确定，该参数要求水闸闸室总宽度和河道宽度的比值一般为0.6～0.85之间，考虑最大程度保持河道的原生态，水闸河宽在满足规范要求的前提下，尽量不缩窄河道断面。同时，含珠蚨ㄎ晃7级航道，在确定水闸的单孔净宽时还要考虑通航的要求，经过论证，闸孔数布置成单数，考虑水闸基础和规范的有关要求，结合水闸通航功能的要求，水闸选择5孔布置，中部为通航孔，净宽16.0m；两侧分别布置成两孔一联形式，单孔宽度10.0m，每一联总净宽20.0m。水闸总净宽56.0m。三、工程水闸的组成结构及设计1、水闸的组成结构水闸整体结构由上游护坦、闸室、下游海曼三大部分组成。其中上游护坦总长15.0m，分段采用抛石和浆砌石结构，从上游往闸址方向，先是14.2m长，0.50m厚的抛石护底，靠近水闸段是8.0m长，0.50m厚的浆砌石护坦，浆砌石底铺设反滤层。闸室段长度14.5m，以C25钢筋砼结构为主，闸底板的厚度以及闸墩厚度根据通航孔和非通航孔的具体结构由水闸设计规范分别确定，闸室上游侧布置7.0m的交通桥，下游侧布置启闭室，启闭室各控制高程亦是根据通航孔和非通航孔分别确定水闸下游侧护坦结构与上游侧护坦结构以水闸为轴线对称布置。第6页共6页 2、水闸效能防冲根据水闸的运行工况，含珠蛩闸主要功能是挡水，水闸开启时基本是平水位启门，即使出现最高水头差的泄水情况，水闸下游也有一定水深的水垫，再采用逐步开启闸门小流量泄流的方式进行。因此，本次水闸两侧的消能问题较少，水闸上下游侧铺设的护坦足够效能防冲。3、水闸横断面特色结构根据现状河道断面中心较深，由中心向两岸逐渐抬高而且坡度比较缓这一情况，通航孔在满足通航水深的条件下，底板的面高程为-4.0m，如果通航孔和非通航孔的底板高程采用同一高程，非通航孔施工时开挖基坑很深，势必造成大量的开挖，同时沿岸民宅靠近河岸，深基坑开挖必定会影响周围民宅的安全，这就要求基坑支护将会很严格，将大大提高了工程的投资[3]。经过反复论证优化，通航孔采用平底板，底高程为-4.0m；非通航孔底板顺着河势，大胆设计成斜底板式，底板高程由岸边-2.00m高程向通航孔侧-4.0m变化，在闸门处局部设置平顶底坎，这样经济、有效的解决了施工基坑开挖带来的一系列问题。同是也最大程度保持河道断面的自然状态，减少因工程措施对河道现状的破坏。但斜底板方案的缺点就是两侧边孔是斜底板造成闸室在垂直水流轴线方向上产生两侧非通航孔孔向通航孔产生水平推力增加，闸室结构受力条件复杂。但是，结合闸室的地基处理采用，可以解决这个问题。第6页共6页 4、闸室的基底抗滑稳定计算依照SL265-2001《水闸设计规范》中的闸室抗滑稳定计算公式对闸室基底抗滑稳定进行计算，公式为：K=，其中公式中的：f代表闸室和地基之间的摩擦系数，代表的是作用在闸室上的全部竖向荷载，kN；代表的是作用在闸室上的全部水平荷载，kN。依照本次设计的不同运行状况选取最不利工况即为上游设计引水的时候，验算闸室抗滑稳定性。因此本次工程河床最为常见的是漂石、砾砂、碎石以及卵石等等，依照SL265-2001《水闸设计规范》将f取值为0.4.因为本次工程设计水闸为3级，依照SL265-2001《水闸设计规范》要求，基本荷载工况下抗滑稳定安全系数为[]=1.25.，因此确定其能够满足抗滑稳定要求。结语含珠蚨闸工程的设计成果大胆创新，工程的实施可操作性强、采用的先进技术符合目前水利工程建设的发展方向、应用范围广泛，社会反响良好。目前工程已经建成并投入使用，工程的建成后有效的改善可含珠虻乃环境。在本次研究中，重点结合工程实际情况探讨了水闸设计方法，同时，配合了中山市岐江河抬高运行水位至1.60m的要求，确定本次研究结果取得良好的社会效益和经济效益，给今后类似的水利工程建设积累了又一笔经验。参考文献[1]龙旭辉.关于水利水电工程中水闸的设计探讨[J].河南水利与南水北调，2013，14：60-61.第6页共6页 [2]文世民.水利水电工程中水闸施工技术探讨[J].北京农业，2015，06：165.[3]李响.浅谈水利水电工程中的水闸施工技术[J].黑龙江科技信息，2013，06：263.第6页共6页