關于水利水電工程中水閘的設計探討

1、<p>　　關于水利水電工程中水閘的設計探討</p><p>　　摘要：水閘在水利水電工程中有著至關重要的作用。在我國水利行業(yè)不斷發(fā)展的進程中，水閘在設計方面也一直在創(chuàng)新，并以可持續(xù)發(fā)展的姿態(tài)讓水利水電工程提升經濟效益。文章就水利水電工程中水閘的設計為關鍵點，探討水閘的地基處理、水閘的底板高程、閘型選擇以及水閘的選址等問題，同時對于水閘的地基處理及排水問題進行了細致的分析。 </p>&l

2、t;p>　　關鍵詞：水利水電；水閘；設計 </p><p>　　中圖分類號：TV文獻標識碼： A </p><p>　　水利工程，是用于控制和調配自然界地表水和地下水，達到除害興利目的而修建的工程，亦稱為水工程。水是人類生產和生活必不可少的珍貴資源，但其自然存在的狀態(tài)并不完全符合人類的需求。只有通過修建水利工程才能控制水流，防止洪澇災害，進行水量的調節(jié)和分配，以滿足人民生活和生產對水

3、資源的需要。 </p><p>　　20世紀50年代中期，在水利水電工程設計與科研機構中開始設置水工金屬結構專業(yè)，迄今為止己有近60年歷史。隨著水工金屬結構專業(yè)的不斷發(fā)展，水閘研究也逐漸發(fā)展起來。50多年來，從水工閘門和啟閉機起步，到船閘、升船機設備以及水封、支承等部件的專業(yè)化的發(fā)展，逐步鍛煉、培養(yǎng)造就出一支門類齊全、朝氣蓬勃、銳意進取的設計、科研、制造、安裝、運行的專業(yè)隊伍，以及專業(yè)的監(jiān)理隊伍。通過大量不斷地實

4、踐逐步走向成熟。 </p><p><b>　　一、水閘的選址 </b></p><p>　　水利水電工程中，水閘的選址是極其重要的組成階段。對于水閘最為合適的選址方向，應該朝著地質相對較好的天然地基為優(yōu)先選擇的選址條件，在選址的過程中一定要全方面的考慮。在一般情況下，對于管理的情況以及使用的要求一定要符合水閘的設置標準，然后對于水閘的水文條件和地質條件要透徹的分析之

5、后，才能夠擇優(yōu)選取巖石地基，此處用的巖石地基一定是較為新鮮完整的，如果沒有找尋到符合程度的巖石地基的時候，對于透水性小、抗剪強度高、抗?jié)B穩(wěn)定好、壓縮性低以及承載能力大一些的土質地基也可以與之代替使用。 </p><p>　　二、水閘的地基處理 </p><p>　?。ㄒ唬㈩A壓的方法 </p><p>　　所謂預壓就是在原狀土上加載，使土中水排出，以實現(xiàn)土的預先固結

6、，減少建筑物地基后期沉降和提高地基承載力。預壓的方法具備的優(yōu)點之處為：荷載持續(xù)保持的情況下，體積相對來說會產生非常大的壓縮，對于閘基強度有明顯的增加長度。例如：黏性的土地基以及淤泥質土都會呈現(xiàn)較好的成效。預壓的方法存在的缺點在于：在規(guī)定的工期內不能夠將施工部分有效完成，一般情況下，在施工的工期相對很緊的時候，是不提倡采用此方式的。因為閘基地下水是與河水緊密相連的，自然就得不到有效的降水，那么在解決問題的過程中，就需要較長的時間。 <

7、;/p><p>　?。ǘ?、換土墊層的方法 </p><p>　　換土墊層的方法是比較傳統(tǒng)的方式，所以在操作上相對簡單些，并且在實踐的過程中，一般情況下使用換土墊層的方法時，基本上沒有出現(xiàn)過問題。因此，換土墊層的方法一直是首選的地基處理方法。軟弱的土層如果<3 m 的情況下，指的是淺層地基，相反，承載力特別高的土層就是下臥層地基 </p><p>　　三、雙扉鋼閘

8、門的結構設計和安全性計算分析 </p><p>　　（一）、雙扉閘門的現(xiàn)狀 </p><p>　　目前國內雙扉門設計特點為需要兩臺啟閉機，分別控制上、下扉閘門的升降。上、下扉閘門分別在各自獨立的門槽內運行，即需要兩套門槽結構，兩扉間的止水安裝在上扉下部的止水梁上。由于需兩套啟閉機，不僅增加了工作橋的荷載，使工作橋和排架斷面加大，同時也使設備費用增加。而且工作橋的布置繁雜、也給操作管理帶來不

9、便，見(圖1)。 </p><p>　　圖1普通雙扉閘門結構布置簡圖 </p><p>　　（二）、雙扉門結構設計 </p><p><b>　　1、閘門門槽設計 </b></p><p>　　確定閘門的門槽型式，是首先要解決的問題。我們考慮用階梯門槽取代原來的兩個門槽將上下扉閘門安裝在同一門槽內我們考慮用階梯門槽取代。

10、下扉閘門的工作主輪和上扉閘門的上工作主輪支撐在同一軌道上上扉閘門的下主輪支撐在安裝于下扉門上的軌道上。在閘門處于擋水位置時，上扉閘門座落在階梯門槽上，這樣上下扉閘門完全固定在同一門槽內，保證了閘門的整體穩(wěn)定。 </p><p><b>　　圖2門槽斷面圖 </b></p><p>　　采用階梯門槽的閘門布置閘門增加了一對支承部件，降低了每個支承所承受的荷載，可減少支承

11、滾輪的直徑和埋件主軌斷面尺寸，從而底部門槽的寬度和深度均可減小，有利于改善水流經過該門槽段的流態(tài)。去掉一個門槽，能節(jié)省埋件材料，并且減小閘墩長度。另外，由于去掉一個門槽，能節(jié)省埋件材料，并且減小閘墩長度。 </p><p>　　2、上、下扉閘門設計 </p><p>　　上扉閘門上端導輪支承于主軌上，下卞輪支承在下扉閘門的軌道上，面板設于下游側，主梁采用實腹工字梁。側止水采用P型橡塑復合止

12、水， 座在門槽埋件上的不銹鋼座板上。上扉閘門不設底水封，但在底部焊不銹鋼止水座板，供下扉閘門的上水封使用。在邊梁的兩端安裝反向滑塊，控制上、下扉閘門重疊后的反向位移，使閘門在重合時不發(fā)生傾斜，且控制閘門與門槽間的間隙，使止水嚴密。上扉閘門可視為一胸墻，其結構見(圖3)，計算時按露頂式平面閘門計算。 </p><p>　　圖3上扉閘門結構簡圖 </p><p>　　下扉閘門面板設在上游面，主

13、梁采用變截面工字實腹梁。側止水設在上游面，即前封水，側止水、頂止水均采用P型橡塑復合止水，側止水座在門槽埋件上的不銹鋼座板上，頂止水座在上扉閘門底部的不銹鋼止水座板上，形成連續(xù)密封。在下扉閘門的兩縱梁前部，鋪設鋼制軌道，以供上扉閘門下主輪行走。 </p><p>　　閘門上下扉均安裝懸臂側輪，以控制閘門的側向移動。為減小滾輪的摩擦阻力，各滾輪均使用自潤滑軸承。下扉閘門按平面深孔閘門計算，荷載考慮上扉閘門下主輪的壓

14、力對縱梁的影響，并對頂梁的變形進行控制，以使止水嚴密。結構簡圖見(圖4)。 </p><p>　　圖4下扉閘門結構簡圖 </p><p>　　3、上、下扉閘門的連接設計 </p><p>　　由于兩節(jié)閘門的跨度較大，上扉閘門重量為10噸，下扉為16噸，它們之間的連接串聯(lián)定位，是十分困難的問題。首先，我們解決的閘門的準確定位問題，只有兩節(jié)閘門能準確的定位才能有下一步的

15、共同啟閉過程。我們考慮使用定位銷裝置，來解決這個問題。定位銷采用錐形銷，安裝在下扉閘門邊梁的上端，定位板安裝在上扉閘門上主輪的底板上，當錐形銷穿入定位板時，就能調整上扉閘門的位置至設計位置并可靠定位。在計算定位銷強度時，要考慮上扉閘門可能下滑引起的剪力。啟閉機吊具連接在下扉閘門的吊耳上，啟閉力的傳遞依靠安裝在下扉門的頂座和上扉閘門的枕座完成。頂座設在下扉閘門的縱梁端部，為緩沖頂座與枕座接觸時的沖擊力，其上鋪設橡膠板。枕座則用螺栓固定在上

16、扉門上部的縱梁上，與下扉門頂座對齊。 </p><p>　?。ㄈ?、雙扉閘門的安全性荷載計算 </p><p>　　由于雙扉閘門的結構特別，安全性荷載計算只需要計算下扉閘門的荷載便可滿足上扉閘門的安全荷載要求。單孔閘總水壓力，分別計算正向和反向擋水情況下的總水壓力，用較大的水壓力數據作為設計依據。 </p><p>　　正向擋水:某河側擋水位60.25m(正常蓄水位

17、)，相應沂河側水位54.75m(平閘底板)，水頭按5.5米計算 </p><p>　　即最大水壓力合力作用于閘底板以上5.5-3.7=1.8m處。 </p><p>　　式中: γ-水的密度，10kN/m3;HS一上游水頭，m;Hc一總水合力P作用點至水面的高度，m;h一閘門高度，m;Bzs一兩側止水間距，m;P一總水壓力，kN </p><p>　?。ㄋ模?、閘基防

18、滲面層的排水 </p><p>　　水利水電工程的上游以及下游有非常明顯的水位差，從而起到了水壓的作用，在一系列的流程進行中可以有效的開展排水的活動。其具體的流程為：上游水滲透進河床中，然后經過閘底板、防滲鋪蓋和板樁，最后經過消力池的時候，通過反濾層的排水孔順暢的流進下游地段，有效的排水自然生成。對于地基的滲水方面，最優(yōu)質的效率是應該以最快的速度排出去，想要速度加快，就要對于防滲止水的設施大量布置在高水位的一側，

19、具體布置防滲止水的設施可以是板樁、淺齒墻或鋪蓋，這樣的方式可以將底板上游的相關滲透路徑有效延長，使得滲透壓力在消力池底板上能夠壓縮減小。同時，濾水層的設置可以有效排水，排滲管可以合理的進行排滲。 </p><p><b>　　結束語 </b></p><p>　　目前在水利工程中，水閘數量已經占到了全部工程數量的80%左右。水利工程中水閘比例較大這種特點主要取決于輸水

20、線路較長，沿線與道路交叉復雜，這就決定了水閘在水利工程中的應用比較普遍。水閘是水利水電樞紐水庫調節(jié)流量、通航、電站運行、供水以及其它控制功能的關鍵設施。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1] 周忠漠，易杰軍，周琪.GPS測量原理與應用[M].北京1999. </p><p>　　[2] 丁愛萍.水閘設計系