小型灌区改造水闸设计要点解析

下面是鲁班乐标给大家带来关小型灌区改造水闸设计要点的相关内容，以供参考。

引言

随着我国基础设施建设力度的不断增强，灌区的改造在全国各地日显重要。控制灌区工作状况的水闸在整个灌区改造中占据着举足轻重的地位，对灌区的潜在的水利险情起到总控制的作用。设计人员需要以灌区实际的承载能力和沉降要求为基础，对水闸的位置，地基结构以及防冲能力进行合理设计。

1.、水闸的基本结构和作用

1.1、水闸的基本结构

水闸是灌区设计的关键部位，其结构具有一定的复杂性。从上游到下游依次由上游连接段、闸室、下游连接段三个主要组成部分，其中闸室是水闸的核心部件。闸室中利用底板承载闸室整体的重量并将闸室的全部载荷向地基传递，同时底板在一定程度上还兼具这防渗和防冲的功能。闸室中通过闸门来挡住上游的来水，并通过控制闸门的位置来决定来水流量的大小。闸墩也是闸室中关键的部位，它的主要作用是将闸孔和闸门、工作桥等其他部分相分离。水闸两侧的翼墙和护坡构成水闸上游连接段，为保证水流能够顺畅地流入闸室，按照有关规范在上游连接段建立防冲槽、护底和铺盖。同时，这些装置的存在可以保护岸堤与河床，使其避免遭到灌区水流的冲刷。水闸上游连接段与水闸构成较长的渗流直径，加强闸基和两岸土壤的稳定性。水闸的下游连接段主要组成部分包括消力池、护坦、海漫、防冲槽、两岸翼墙、护坡等，下游连接段的存在可以引导流向下游的水流扩单更加均匀，降低水流流速，通过水闸的水流的动能随着流速的减小而减小，这样在一定程度上减轻了水流对河床及两岸的冲刷作用，起到保护河床和两岸的作用。

1.2、水闸的主要作用

水闸在小型灌区中既能挡住水流起到储存水的作用，又能够在水量较大时泄除一定量的水量，主要的工作原理是通过改变闸门的垂直位置来控制水位的高低，是灌区的核心建筑物。在现阶段水利工程中被广泛的应用目前。在防洪、灌溉、排水等农业领域、航运交通领域和发电能源领域等多项行业中均广泛运用到了水闸的主要功能。按照实际运作的功能，水闸的种类主要有节制闸、进水闸、分水闸、排水闸、冲砂闸等，不同种类的水闸应用的范围与作用大相径庭，应根据实际工程情况决定具体使用种类。另外，在部分水利工程中，水闸需要发挥多功能的作用，在这种情况下，需要根据实际的水利工程作用和需求运用不同种类的水闸进行组合设计与建设，实现经济效益最大化。

2、水闸设计的主要内容

2.1、水闸选址设计

水闸的选址是水闸设计的基础，是水闸能够进行有效运行的关键性环节之一。水闸选址不当，会导致水闸所在位置地质条件较差，较差的地质条件即使经过人工改造依然无法达到良好的地基水准，水闸运行过程中极易出现水闸失稳、冲刷破坏等问题，造成水闸工程失事，威胁财产生命安全。因此，水闸选址必须遵循一定的原则，包括：水闸工程稳定安全并能满足灌区对水闸供水量的要求、通过水闸的水流平稳均匀、水闸造价经济有效并易于后期管理等。根据上述原则，水闸的选址必须基于良好的天然地基，并便于后期运行管理满足灌区使用要求，这就需要工作人员在水闸选址时要充分考虑分析灌区内的地质条件和水文条件，选用的地基岩石完整可靠，能够承载较大的载荷，具有较高抗剪强度防止发生侧滑等事故，地基具有较高抗渗稳定性，不易发生透水情况。如果在灌区内不存在满足上诉良好地质要求的天然地基，就需要工程设计人员选取相对较好的地基，增加工程造价预算，利用可靠的技术对地基进行技术性处理以达到上述要求。从相关经验来看，对天然地基改造一般需要增加总造价的30%左右，并且在改造施工中必须遵循相关管理规范，否则极易造成地基的破坏，人造地基无法满足要求，最终导致水闸运行的不安全性。因此，水闸选址在水闸建设过程中是一项非常讲究的工作，也是最为关键的一项工程。

2.2、水闸地基设计

地基是影响水闸稳定性的关键基础因素，水闸地基的质量直接决定水闸的质量。总结水闸建设的相关经验，水闸地基必须在以下三个方面达到较高的要求：①提高水闸地基的承载能力，为地基之上的建筑奠定基础，保证水闸建筑物的安全稳定；②消除影响地基下沉的相关因素；③改造地质条件，减少地基的渗透情况。目前水闸地基的处理方法主要有：桩基法、木桩加固法、复合地基法、预压法、换土垫层法。

（1）桩基法

当水闸垂直载荷过大时，由于大面积垂向载荷的影响，建筑物很容易发生沉降。桩基法在承载载荷方面具有较好的基础，是解决在建筑物沉降具有较高要求的工程项目的重要方法。目前，按施工方法的不同，常用的桩基罚分可分为预制桩和灌注桩两大类。

（2）木桩加固法

木桩加固法是一种历史久远并且成熟的地基处理方法。上世纪建国初期，受到当时技术水平和物质资源的限制，木桩加固法在水利工程领域运用相当广泛，几乎是唯一的方法。这主要是因为木桩加固法具有巨大的优势：首先是木桩加固法的设计简单易行，设计人员掌握起来较为容易；其次，在建筑施工时，木桩加固法施工更为方便，受环境因素的限制较小；最后，木桩加固法所用材料的取材更加广泛，适用于那个物质资料匮乏的年代。但是，近年来广东省水闸工程的检验当中发现，木桩加固法处理的地基桩体腐朽较为严重，造成地基承载力变差，造成一定的安全隐患。

（3）复合地基法

当天然地基不满相关要求时，需要对天然地基进行处理，形成由天然基体和人造基体两部分组成的人工地基，这就是所谓的复合地基。复合地基可分为三类：散粒体材料桩复合地基、柔性桩复合地基和刚性桩复合地基。复合地基在地基处理过程中使用的桩体材料不尽相同，桩体的加固方法与原理也有所不同，施工工艺也因地制宜，因此复合地基的适用范围存在着很大的差异。

（4）预压法

为减轻地基沉降速度并提高地基承载能力，可以通过提前架在，加快地基的排水固结，这种方法叫做预压法。预压法在改善淤泥质土、撇泥和粘性土地基等的强度方面具有独特的优势，但也存在降水难度大，施工周期长等缺点。因此必须在仔细分析灌区地质条件，了解土壤性质等情况的基础上适当选择该种方法，以免出现工程质量不合格和工期未达要求的情况。

（5）换土垫层法

换土垫层法与桩基法一样，也是一种比较原始和成熟的处理方法。换土垫层法具有较为清楚的加固原理，建筑施工工艺简单易行，施工质量更为可靠，在浅层地基处理方面具有独特的优势。经过多项水闸建设项目实践证明，换土垫层法处理的地基在后期运行过程问题较少，因此，至今仍是一种广泛应用的地基处理方法。

2.3、水闸防冲设计

在水闸的后期运行过程中水文条件和河道的地形条件均会出现较大的变迁。因此需要进行防冲设计，消除水文和地质条件造成的潜在隐患。防冲设计的一般步骤有：①控制好工程的工况；②计算并控制好设施；③计算消力池的面积以及深度的控制要求；④计算河床冲刷的能力要求。

3.、结语

小型灌区的设计建设中水闸是关键的一个部分，水闸对灌区的水流起到根本的控制作用。在水闸设计中需要对水闸的选址、水闸的地基建设和水闸的防冲设计进行详细考虑。