水利水電工程的水庫(kù)水閘設(shè)計(jì)

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摘要：水庫(kù)水閘設(shè)計(jì)是水利水電工程中重要的環(huán)節(jié)，影響著工程的整體性能。對(duì)此，筆者結(jié)合自身的工作經(jīng)驗(yàn)，簡(jiǎn)單闡述水庫(kù)水閘的構(gòu)成、選址方式。在此基礎(chǔ)上，分析水庫(kù)水閘地基施工、消能防沖、安全性的設(shè)計(jì)方式，以期為相關(guān)人員提供借鑒，提高水閘設(shè)計(jì)的合理性。

關(guān)鍵詞：水利水電工程；水庫(kù)；水閘設(shè)計(jì)

1水利水電工程中的水庫(kù)水閘的構(gòu)成

水閘的構(gòu)成分為三部分，即下游連接段、閘室、上游連接段：①上游連接段主要是引水入閘室，避免發(fā)生外流現(xiàn)象。同時(shí)，可以有效保護(hù)河床、兩岸，降低沖刷的程度。另外，還能夠結(jié)合閘室發(fā)揮防滲作用；②閘室是水庫(kù)水閘中重要部位，能夠很好地控制流量、水位，并能夠防沖防滲，主要包括工作橋、護(hù)欄、閘墩、閘門(mén)、底板等；③下游連接段可以將過(guò)閘水流的剩余予以消除，均勻地分散出閘水流，減緩水流的運(yùn)行速度，避免對(duì)下流產(chǎn)生不良影響。在確定水閘規(guī)模時(shí)，需要分析實(shí)際的流量大小。基于水閘規(guī)?？梢詫⑵浞譃槿悾孩傩⌒退l，流量小于100m3/s；②中型水閘，流量在100-1000m3/s之間；③大型水閘，流量大于1000m3/s。

2水利水電工程中的水庫(kù)水閘的選址

水閘選址是水利水電工程的基礎(chǔ)工作，影響著后續(xù)的具體設(shè)計(jì)與建設(shè)。如果水閘位置不合理，很可能會(huì)在建設(shè)或者投運(yùn)時(shí)發(fā)生事故，如沖刷破壞、失穩(wěn)、滲透等。在選址過(guò)程中，應(yīng)該確保水閘的安全性、穩(wěn)定性，使水閘能夠在投運(yùn)以后達(dá)到既定目標(biāo)，即水流呈現(xiàn)穩(wěn)定流態(tài)。另外，選址還應(yīng)該遵循管理便利、造價(jià)合理的原則。不僅如此，在實(shí)際工程項(xiàng)目中，水閘選址必須重視當(dāng)?shù)氐娜宋臈l件、地質(zhì)條件。其中，地質(zhì)條件包含天然地基、巖石材質(zhì)以及土質(zhì)等?；谡{(diào)查，掌握地質(zhì)條件的相關(guān)參數(shù)，選擇具有承載力、不易滲水、不易透水、難以壓縮的位置。如果無(wú)法在工程區(qū)域中找到符合要求的天然地基，則應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行處理。雖然可以滿足工程施工，但是會(huì)增加整體造價(jià)，并且很容易受到影響。簡(jiǎn)言之，水閘選址必須綜合考慮多方面因素，確保選址的合理性[1]。

3水利水電工程中的水庫(kù)水閘的地基施工

選定建設(shè)地點(diǎn)以后，需要做好地基處理工作，提高地基的承載力，避免在施工中發(fā)生塌陷問(wèn)題。同時(shí)，通過(guò)對(duì)地基的處理還能夠減少甚至消除地基沉降問(wèn)題，增強(qiáng)水利水電工程的穩(wěn)定性。對(duì)此，可以從以下幾方面完成地基處理工作：

3.1地基開(kāi)挖

處理地基過(guò)程中，開(kāi)挖是常見(jiàn)的方式之一。具體而言，通過(guò)地基開(kāi)挖可以將不符合施工設(shè)計(jì)要求的覆蓋層處理掉，包括軟弱土層、風(fēng)化土層與巖層等。實(shí)際上，地基開(kāi)挖方式的原理相對(duì)簡(jiǎn)單，整體的操作難度較低，因此被廣泛應(yīng)用在水閘設(shè)計(jì)中。需要注意的是，由于開(kāi)挖會(huì)產(chǎn)生大量的土方或者巖石塊等，必須在施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置合理的堆放區(qū)域，并及時(shí)將其運(yùn)出。其中，堆放位置應(yīng)該遠(yuǎn)離地基的邊坡位置，否則很容易導(dǎo)致邊坡變形、傾斜，影響地基處理的效果[2]。

3.2灌漿施工

處理地基過(guò)程中，如果運(yùn)用灌漿法可以有效提高地基的穩(wěn)定性。在灌漿過(guò)程中，應(yīng)該將灌漿泵作為施工主要設(shè)備，基于灌漿泵的壓力，再利用管路預(yù)埋、鉆孔等方式，將水泥、黏土等具有膠凝性質(zhì)或者摻合料等，按照比例與水進(jìn)行配置、攪拌。當(dāng)攪拌均勻以后，將漿液灌注至土層縫隙、巖石縫隙之中，或者是混凝土的接縫與裂縫中。采用此種方式能夠?qū)崿F(xiàn)防滲、加固的目的，增強(qiáng)地基的整體性能。按照灌漿施工的方式，可以將其分為純壓式灌漿法、循環(huán)式灌漿法。

3.3防滲墻施工

處理地基過(guò)程中，防滲墻施工必須使用專門(mén)的設(shè)備工具。其中，需要挖設(shè)槽孔或者鉆鑿出圓孔，然后使用泥漿對(duì)墻壁進(jìn)行加固處理。另外，也可以將混凝土直接灌注到圓孔之中，或者使用其他類型的防滲材料加固圓孔。不僅如此，還能夠在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中安裝預(yù)制混凝土構(gòu)件，這樣的方式可以在地下構(gòu)成連續(xù)墻，增強(qiáng)地基的穩(wěn)定性。實(shí)際上，對(duì)于防滲墻的施工，還能夠采用灌注樁、板樁、噴柱、施噴柱等方式進(jìn)行施工。因此，在實(shí)際施工中，應(yīng)該根據(jù)工程的具體需求選擇最恰當(dāng)?shù)氖┕し桨?，在保證地基穩(wěn)定性的同時(shí)控制施工成本。

3.4樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

如果工程中水閘設(shè)計(jì)期間，發(fā)現(xiàn)地基豎向受力相對(duì)較大，同時(shí)受力較為集中，則應(yīng)該采用樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方式進(jìn)行處理?；诖朔N方式，可以在很大程度上滿足工程沉降的要求，避免在工程投運(yùn)以后產(chǎn)生不良影響。采用樁基礎(chǔ)的方式處理，能夠?qū)⒔ㄖこ痰恼w受力分解至地基的深處，所以地基能夠承受比平時(shí)更多的上拔力、水平受力。因此，能夠有效調(diào)整工程參數(shù)、減少沉降幅度等。由此發(fā)現(xiàn)，樁基礎(chǔ)的應(yīng)用具有較強(qiáng)的針對(duì)性，即解決工程豎向受力問(wèn)題，從而有效增強(qiáng)工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定程度，推動(dòng)水閘設(shè)計(jì)施工順利推進(jìn)。

3.5強(qiáng)度提升

除了以上提及的地基處理方式，還存在置換法、排水法、擠實(shí)法等處理技術(shù)，均能夠有效提高地基的強(qiáng)度。其中，置換法是在施工中對(duì)一定深度的軟弱土層挖除，然后使用具有壓縮性質(zhì)、不易被侵蝕的散料進(jìn)行回填。采用置換法能夠使地基中的軟土實(shí)現(xiàn)快速固結(jié)。排水法則是在工程施工中，通過(guò)恰當(dāng)?shù)姆绞教幚淼鼗?，包括設(shè)置排水井、砂墊層、塑料多孔排水管等。通過(guò)上述設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)對(duì)表層的控制，或者形成垂直的排水道、水平的排水道。在此基礎(chǔ)上，能夠借助外力或者土壤的重力將水分排出，提高地基中土壤的堅(jiān)固程度。擠實(shí)法主要是在施工中運(yùn)用細(xì)小石子、砂等填料，采用振動(dòng)、沖擊或者相互結(jié)合的方式，將填料加入土層中，并形成柱體狀。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)土層的壓實(shí)，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)地基自身的強(qiáng)度[3]。

4水利水電工程中的水庫(kù)水閘的消能防沖

在水閘設(shè)計(jì)中，消能防沖是其中重要的內(nèi)容、環(huán)節(jié)。具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要對(duì)工程工況、施工等進(jìn)行合理計(jì)算、控制，進(jìn)而確定水利水電工程中消力池的面積。同時(shí)，還能夠?qū)哟矝_刷的要求能力進(jìn)行合理控制。其中，計(jì)算工況的目標(biāo)與要求等，通常無(wú)法保證最終結(jié)果的準(zhǔn)確性，所以對(duì)相關(guān)人員應(yīng)該加大重視力度，盡可能合理計(jì)劃相關(guān)參數(shù)。目前，對(duì)于消能的控制、設(shè)計(jì)基本上將閘高水位作為依據(jù)，排除其高的水位，以此來(lái)推動(dòng)工程設(shè)計(jì)的順利性。在這一前提下，閘門(mén)初始開(kāi)啟度的設(shè)計(jì)也是消力池設(shè)計(jì)中所需要考慮的因素。另外，在放沖設(shè)計(jì)的過(guò)程中同樣存在諸多無(wú)法明確的因素，要求工作人員在設(shè)計(jì)期間加大重視，最大程度提高放沖設(shè)計(jì)的合理性。在改造大自然日益加劇的背景下，自然環(huán)境有了明顯的變化，導(dǎo)致水文規(guī)律發(fā)生改變。這一現(xiàn)象的出現(xiàn)增加了水閘設(shè)計(jì)的難度。對(duì)此，在確定最低水位、最高水位過(guò)程中，應(yīng)該重視河道變形、水文條件改變等因素，提高合理消能防沖設(shè)計(jì)的科學(xué)性。

5水利水電工程中的水庫(kù)水閘的安全性

閘室在水利水電工程中具有重要作用，其自身的穩(wěn)定性、安全性，直接影響水利水電工程的效果。因此，在設(shè)計(jì)閘室時(shí)應(yīng)該進(jìn)行多方面的計(jì)算，保證其日后能夠安全運(yùn)行。其中，需要計(jì)算的內(nèi)容包括基地應(yīng)力、負(fù)載組合、抗滑穩(wěn)定性等。就負(fù)載組合來(lái)說(shuō)，包含特殊組合物、基本組合兩種，每一種組合方式中所采用的計(jì)算方式存在明顯差異。另外，基底應(yīng)力計(jì)算主要涉及力矩計(jì)算、基底應(yīng)力（正常狀態(tài)下）、竣工檢查等?？够€(wěn)定性計(jì)算即在閘室處于正常工況條件下，所形成的總重、總彎矩等重要參數(shù)，最終計(jì)算出閘室的抗滑穩(wěn)定系數(shù)?；诖?，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)閘室的合理設(shè)計(jì)，增強(qiáng)水利水電工程水庫(kù)水閘運(yùn)行的安全程度。

6結(jié)語(yǔ)

綜上所述，水閘設(shè)計(jì)工作中位置的選擇、規(guī)模的確定是基礎(chǔ)性工作內(nèi)容，同時(shí)影響工程的質(zhì)量、成本等。為了能夠保證水利水電工程施工的穩(wěn)定性，應(yīng)該重視對(duì)周邊環(huán)境的勘察，分析施工區(qū)域的地質(zhì)條件，進(jìn)而對(duì)地基進(jìn)行有效的加固處理。另外，在工程設(shè)計(jì)期間還應(yīng)該重視消能防沖的控制、水閘的安全性等，盡可能使水利水電工程的效益最大化。

參考文獻(xiàn)

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[2]沈春來(lái).關(guān)于水庫(kù)除險(xiǎn)加固水閘設(shè)計(jì)步驟應(yīng)用環(huán)節(jié)的分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（12）：174.

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作者：張宇 黃蕓菲 單位：江蘇鴻濟(jì)水利規(guī)劃設(shè)計(jì)咨詢有限公司