水利工程项目的水闸设计

水利工程项目的水闸设计

欧又铭

身份证号码：45092119901025XXXX

摘要：随着公共服务设施的逐渐完善，水利工程的项目数量不断增多，而水闸在水利工程项目中发挥着不可缺少的作用。在水利工程建设中，如果水闸出现异常情况，对整个工程及其下游地区会带来很大的安全隐患，甚至会威胁到人们的财产与生命安全。本文主要以阳江市江城区阮东芳园水闸水毁重建工程项目为例，着重以该工程的水闸设计为研究对象，加以阐述。

关键词：水利工程项目；水闸；设计

引言

随着我国社会经济的快速发展、社会的不断进步，部分社会公用惠民事业建设领域取得很大的成就，尤其是水利工程。本文结合阳江市江城区阮东芳园水闸水毁重建工程进行新建水闸设计，提高水利工程防洪排涝、防枯能力，控制水流走向、调节水量、调节水位，让各条河道可以流动起来，形成河网水体循环，达到全面配水，改善河道水质，满足各灌区的需求。

1工程概况

阳江市江城区阮东芳园水闸水毁重建工程项目位于阳江市江城区城西街道阮东村，属中心洲围西堤尾段。因受2015年强台风“彩虹”影响造成阳江市江城区部分水利设施损毁，阮东芳园水闸闸室、翼强开裂漏水，消力池淘空，需要原址重建。由于水闸工程项目建设时间过长，混凝土出现老化和剥蚀的现象，部分区域存在明显裂缝；无任何启闭设备，启闭相当困难，改造前水闸相关配套设施严重缺乏，（包括电气、安全监测、水情预警等设备）。根据强台风“彩虹”省级救灾复产重建补助资金安排计划，实施本项目。

2地质条件

河堤大部分堤段有长期沉降稳定的人工填土，但基础仍然是强透水性的无粘性土和软土地基，工程地质条件差，易产生河道岸坡稳定、砂土液化与软土触变、基坑渗透变形、堤基沉陷变形和承载力等工程地质问题，施工应采取必要的措施。

3工程布置

阮东芳园水闸由多个部分组成，主要包括进水护坦、闸室、消力池等。进口护坦通过钢筋混凝土U型槽构成，护坦顶面高程-0.5m，长7.5m，厚0.8m，下铺0.1m素混凝土垫层；护坦段前端设有长3.0m的抛石护底，宽7.72m；护坦段尾端设有长1.4m的检修闸室，检修平台高程为3.5m。

箱涵穿过中心洲围西堤，总长8.5m，底板高程为-0.50。孔口净尺寸为2.0m×3.0m（净宽×净高），底板厚0.8m，侧墙厚0.5m，顶板厚0.5m。箱涵两端设高0.5m、宽0.5m的截水环。箱涵中部两侧设0.5m厚长3.0m高4.0m的刺墙。

闸底板厚0.8m，水闸总宽度3.6m。闸室底板顺水流方向长2.20m，上、下均设置齿槽，槽底高程-1.8m。消力池总长度为8.0m，厚度为0.8m，池深0.5m。其中，斜坡段长2.0m，水平段长5.1m，斜坡段以1：4的坡度接至水平段，消力池高程为-1.0m。海浸采用浆砌石铺设，长5.0m，宽5.25m，厚0.5m。

4地基的处理

根据本工程地质条件，箱涵及闸室位于淤质中细砂层上，采用挖除淤泥换填河砂+松木桩复合地基处理方案处理水闸地基，确保整个水闸工程建筑物的稳定性，同时也可最大限度地消除地基的有害沉降。

5水闸设计

5.1闸顶高程计算

根据挡水时和泄水时的闸顶高程进行计算，在挡水水位4.5m时，安全超高取0.5m，闸顶高程计算值为5m；设计洪水位（P=5%）时，安全超高取0.7m，闸顶高程计算值为5.90m。考虑到南侧道路标高在6.00~7.00m，为与两侧地面衔接，闸顶高程取6.00m。

5.2水力计算

5.2.1最大过闸流量复核

对于平底闸，当堰流处于高淹没度（hs/H0≥0.9）时，计算公式如下：

（1）

（2）

式中：Q-过闸流量，m3/s；H0-包括行进流速在内的堰顶水头；B0-闸孔总净宽，m；hs-由堰顶算起的下游水深，m；μ0-淹没堰流的综合流量系数。

经计算，水闸的过流能力Q=117m3/s。

5.2.2消能防冲计算

经计算，水闸下游设置10m长消力池和10m长海漫。消力池池底表面高程1.1m，池长4.90m，池深0.50m，池首经过0.50m平段与闸室底板连接后以1：4坡度过渡至池底，池尾设尾坎，坎顶高程1.60m。

5.3防渗排水设计

5.3.1闸室底板

水闸闸室底板长12m，在闸室外河侧底部设高压旋喷桩防渗墙，高压旋喷桩间距0.45m，桩径0.6m，桩长6m。

5.3.2消力池底板

消力池底板设置排水孔，采用准10cm的PVC排水孔，排水孔间距2m，矩形布置。

5.3.3防渗计算

（1）闸基防渗长度

L=C×△H（3）

式中：L-闸基防渗长度（m）；△H-上、下游水位差（m）；C-允许渗径系数。在正向挡水工况（最不利情况）时，即内河水位4.5m，外河水位2.5m，上下游水位差2m，防渗长度=12×2m=24m；在反向挡水工况（最不利情况）时，即内河水位为2.5m，外河水位4.5m，上下游水位差2m，防渗长度=12×2=24m；实际防渗长度为34.80m，从计算结果可知：水闸防渗长度必须符合设计要求。

（2）闸基水平段、出口段渗流坡降

在正向挡水工况时，即内河水位4.5m，外河水位2.5m，上下游水位差2m，水平段渗流坡降计算最大值为0.01，出口段渗流坡降计算值0.15；在反向挡水工况时，即内河水位为2.5m，外河水位4.5m，上下游水位差2m，水平段渗流坡降计算最大值为0.01，出口段渗流坡降计算值0.15，水闸出口段渗流坡降均小于允许水力比降，故闸基础均可满足抗渗稳定要求。

5.4闸室整体稳定与应力计算

5.4.1荷载组合

通过分析，选出完建工况等工况作为稳定计算控制工况进行计算，作用在闸室上的荷载主要组合具体情况如下所示：

（1）完建工况（水闸上、下游均无水）：自重、土压力；

（2）正向挡水工况（H上=4.5m，H下=2.5m）：自重、水重、水压力、扬压力、土压力；

（3）反向挡水工况（H上=2.5m，H下=4.5m）：自重、水重、水压力、扬压力、土压力。

5.4.2稳定与应力计算

（1）工程等级及安全系数

闸室基底抗滑稳定安全系数Kc为1.25，闸室基底应力最大值与最小值之比的允许值η为1.5。水闸地基允许承载力Ra为90kPa，天然地基为②1粘质粉土。

（2）闸室稳定及应力计算

各种工况下的闸室稳定、基底应力计算成果见表1。

表1闸室整体稳定与应力计算成果表

结语

综上所述，在水利工程项目建设中，水闸发挥着尤为重要的作用，需要设计人员的全面分析、综合考虑多方面的影响因素，在水闸整体性设计过程中，需要严格按照水利工程施工规范来进行，这样才能够更好地确保整个水利工程项目的质量。本文主要对阳江市江城区阮东芳园水闸水毁重建工程项目的水力设计、防渗排水设计、闸室结构布置及稳定性分析、地基处理及设计进行探讨，以期为同行参考与借鉴。

参考文献：

[1]中华人民共和国水利部.《水闸设计规范》（SL265-2016）[S].北京：中国水利水电出版社，2016.

[2]蓝文远．水利工程水闸设计的注意事项及设计的研究分析[J]．建筑工程技术与设计，2015（9）：1849-1849．

[3]李连成．水利工程水闸设计初探[J]．建筑工程技术与设计，2015（21）：1171．

[4]宋建波．农田水利工程水闸设计模块的优化[J]．中国科技信息，2013（19）：55-56．