蟠龍口水閘工程設(shè)計的關(guān)鍵問題分析

王緯一 廣東省水利電力勘測設(shè)計研究院有限公司

在水利工程水閘設(shè)計中，要充分考慮實際情況，對周圍環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查研究，嚴(yán)格按照要求實施其各方面的設(shè)計，確保水利工程的質(zhì)量和安全。盤龍口水閘位于封開縣平豐鎮(zhèn)盤龍河出口，西江右岸。閘址距盤龍河口約300m。是一座集防洪、排水、發(fā)電于一體的中型跨壩涵洞。與盤龍底共同承擔(dān)防洪任務(wù)。水閘始建于1965年，后于1973年、1975年、1998年、2005年四次加固，形成現(xiàn)有規(guī)模。閘涵總長75.58m（竣工時45.5m，1998年入口16.18m，2005年出口13.8m）。共3個孔，凈寬3.5m，進(jìn)口底高程7.8m，出口底高程6.8m。

1.水閘的選址要求

在河流順直、河勢相對穩(wěn)定的河段設(shè)置控制閘或泄洪閘。為節(jié)約成本，可將其放置于新河段彎道處進(jìn)行切割和矯直。引水閘門、引水閘門或引水閘門應(yīng)設(shè)在河岸基本穩(wěn)定或稍下游的直河段，但不能設(shè)在險堤地段和重點保護(hù)城鎮(zhèn)的下游堤段。排水閘或泄洪閘應(yīng)設(shè)在出水口通暢的低洼處，排水閘應(yīng)設(shè)在靠近重要內(nèi)澇區(qū)和泄洪區(qū)的老堤線上。擋潮閘位置應(yīng)靠近河口，岸線和岸坡穩(wěn)定，灘地泥沙變化小，上游河道有足夠的蓄水量。

2.水閘總體布置

2.1 樞紐布置

本工程重建水閘于在西江干堤蟠龍口段(樁號0+113.28)，水閘中心線與所在堤防軸線垂直，上游連接段河道與西江支流蟠龍河平順連接，下游出口與西江相接。水閘由引水渠、進(jìn)水口、箱涵段(穿堤箱涵)、閘室段(包括閘室、檢修平臺和閘門啟閉機房)、消能防沖(消力池、海漫)等建筑物組成。

2.2 引水渠

蟠龍口水閘新閘址向右側(cè)移了56m，需將蟠龍口河水引入水閘新閘址進(jìn)口，蟠龍口堤上側(cè)為大片灘地，有條件開挖引水河道將上游來水引入新閘址處，引水渠底寬30.5m，底高程8.00m，長117.3m。

2.3 進(jìn)水口

水閘進(jìn)水口C25砼護(hù)坦長25m。水閘進(jìn)口采用喇叭口，兩岸采用扶壁式砼擋墻連接。

2.4 箱涵段

考慮水閘穿堤箱涵填土較高，墻頂荷載較大，單跨跨度不能太大，跨度過小又不夠經(jīng)濟(jì)，參照相關(guān)工程經(jīng)驗取單跨寬度6.0m，考慮閘門的尺寸及結(jié)構(gòu)問題，閘孔不宜做得過高，若閘孔太低箱涵內(nèi)水流會變?yōu)橛袎毫鳎?jīng)綜合分析箱涵單孔凈空尺寸取6.0×8.0m，共3孔。水閘箱涵分為6段，均為連體C25鋼筋混凝土箱涵，箱涵總長63.12m，進(jìn)口底高程8.00m，出口底高程7.00m。箱涵底板厚0.8m，過水凈寬18m，邊墻厚度0.8m，隔墩厚度0.8m。箱涵段設(shè)1道截水環(huán)，厚1.5m，寬0.5m。

2.5 閘室段

閘室段長13.7m，總寬度23.6m，為平底閘，共有3孔，單孔凈寬6.0m，邊墩厚1.20m，中墩厚1.6m，為使水流平順，將中墩進(jìn)出口設(shè)置成半圓形。水閘采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，底板頂面高程7.0m，底板厚1.5m，上、下游兩端設(shè)齒槽，閘基面高程5.50m，齒槽底高程為4.80m。閘室在16.50m高程設(shè)檢修平臺，在27.50m高程設(shè)啟閉機房。閘室下部結(jié)構(gòu)采用C25砼，上部結(jié)構(gòu)采用C 30 砼。左側(cè)下游有一水電站，從舊閘左側(cè)閘孔邊墻開孔(3.0m×3.6m)引水發(fā)電，閘址右移后，保持原有的邊孔引水發(fā)電方式，在左側(cè)邊孔左側(cè)邊墻開孔(3.0m×3.6m)與引水發(fā)電箱涵連接，緊挨開孔側(cè)設(shè)置閘室，引水發(fā)電涵閘室寬6m，在16.50m高程設(shè)檢修平臺，在26.00m高程設(shè)啟閉機房；引水箱涵長36.88m。

2.6 出口段

閘室下游設(shè)消力池，消力池段總長54.50m，池深1.8m，緊接閘室出口為1:4斜坡段，長18m，池身長36m，寬29m，消力池底板頂面高程2.50m，池底板厚度2.0m。消力池為鋼筋砼分離式型式，底板與側(cè)墻為獨立結(jié)構(gòu)。消力池兩側(cè)墻頂高程為11.50m～7.00m。

消力池下游設(shè)C 25 砼海漫，長84.2m，底板厚0.8m.尾部設(shè)C25砼齒槽底寬0.5m，深2.0m。湖灘及海漫段河道左右兩岸采用扶壁式擋墻與兩岸堤防連接。

3.水利工程中水閘設(shè)計的注意事項

3.1 穩(wěn)定問題

在正常使用水閘時，受水期前水位普遍偏高，導(dǎo)致水閘前水位與流量相差較大，導(dǎo)致水平壓力過大。另外，當(dāng)閘門完成時，如果正常使用時沒有蓄水或沒有水相，則會產(chǎn)生較大的豎向荷載，使得基礎(chǔ)的實際壓力會大大超過地基的承載力，從而導(dǎo)致地基變形或地下室的擠壓，這很容易在閘和基礎(chǔ)之間滑動，這就是為什么在閘的建造過程中必須保證地基的面積，以便有效地減小基座上的壓力荷載。

3.2 滲流問題

如果水閘用于水管理，則前水位和下游水位之間會有差異。另外，側(cè)向封閉會造成壓力的平衡，這對道路兩側(cè)的連接建筑物及其穩(wěn)定性有很大的影響，也會導(dǎo)致邊坡處的現(xiàn)象，從而增加閘門底部壓力。如果滲水量的數(shù)量過大，會影響水閘的蓄水功能。

3.3 沉陷問題

軟地基很容易壓縮，如果建設(shè)在軟土地基上，它是在水閘自身和外部荷載的作用下建立的，特別是當(dāng)從平底盤到地基的荷載分布不均勻或底層樓層荷載分布不均勻時，沉降現(xiàn)象更為可能。降低地板的類型也會導(dǎo)致水閘掉落或閘室傾斜。如果嚴(yán)重的話，可能會把水閘弄壞，這對水閘的正常工作會有很大的影響。

3.4 沖刷問題

當(dāng)水閘開啟時，當(dāng)下游水位非常平坦或沒有水時，在水位差的影響下，流速增大，一旦剪切面過大，水閘底部被掏空，這巨大的能量就會嚴(yán)重擾亂下游。此外，水閘兩側(cè)通常存在軟弱巖土層，如果在建造水閘時打開過多的漏洞，一旦打開一個漏洞，就會發(fā)生折疊流，嚴(yán)重干擾流量通告，影響水閘的安全性和穩(wěn)定性。

4.水利工程中水閘設(shè)計的研究分析

4.1 水閘的組成及規(guī)模確定

上接段的作用是將水流引導(dǎo)至閘室，使其不受排泄，同時對河岸和河床起到保護(hù)作用，防止其排水。與此同時，它和水閘一起具有抗洪水作用。閘室位于水閘的主體位置，其主要任務(wù)是控制水位、控制流量、防裂、防剪。包括底部設(shè)計，下部連接部分主要用來消除流經(jīng)閘門的剩余能量，使水流在閘門內(nèi)均勻分布，減緩流速，避免堵塞。閘的大小主要取決于流經(jīng)閘的流量大小，可分為大閘、中閘和小閘三種。大水閘流量速度大于1000m3/s，中水閘流量速度在100m3/s～1000m3/s之間，小水閘流量速度小于100m3/s。

4.2 水利工程中水閘設(shè)計選址的要求

控制閘門或出流口應(yīng)位于河勢相對穩(wěn)定的直河段，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，可選擇在新開河段，彎道為直線，進(jìn)口門、分流器或防淹門應(yīng)選擇在河床基本穩(wěn)定或彎道凹岸上側(cè)略位于下游的直線段，但排洪塔不應(yīng)設(shè)在重點保護(hù)城市的危險坡和下游坡上，排水口或出流口應(yīng)設(shè)在：低洼處，出水口通暢，排洪塔應(yīng)設(shè)在重要集水區(qū)和出口區(qū)附近的老堤線上位于。泄洪閘位置應(yīng)靠近河口，岸坡穩(wěn)定，漫灘泥沙變化小，上游河道有足夠的蓄水能力。

4.3 水利工程中水閘設(shè)計地基的處理方法

對水閘基礎(chǔ)進(jìn)行處理是十分必要的，它能顯著提高水閘的承載力，避免水閘基礎(chǔ)的倒塌。閘基處理有多種方法，下面介紹了水閘基礎(chǔ)的處理方法：（1）開挖法是基礎(chǔ)處理中較為常用的方法，其最重要的處理方法是對不符合設(shè)計要求的超載和巖體結(jié)構(gòu)進(jìn)行提取，這種方法基本上是簡單的，操作起來也不是很復(fù)雜。（2）灌漿法的應(yīng)用需要借助燃油泵的壓力，然后通過鉆孔、插管等各種可能的方法，將含有水混合物的材料(如水泥)和混合物(如粘土)的水泥混合起來。均勻攪拌后，可灌入巖土層產(chǎn)生的裂縫或混凝土的裂縫和接縫中，（3）防滲墻法需要專用機具，鉆孔或挖洞，并用泥漿加固墻。（4）樁基礎(chǔ)法在垂直荷載較大和集中荷載的情況下，進(jìn)行找桿過程。（5）置換法主要是在建筑物下面的某一深度開挖軟土層，以加速固結(jié)。

4.4 水閘設(shè)計中消能防沖設(shè)計

用于閘的分離有很多方面的計算不太清楚，很多因素?zé)o法確定，所以我們必須進(jìn)行進(jìn)一步的研究和探討。它特別包括技術(shù)條件和設(shè)施的計算和控制，封閉面積和深度的計算和控制，以及河流流量的計算床。給定設(shè)計目標(biāo)和要求的計算，閘的設(shè)計往往不是很精確，因此，實現(xiàn)這一要求的目的是消能防沖。

5.結(jié)束語

水閘的施工在水電站的設(shè)計和施工中起著非常重要的作用。設(shè)計要充分考慮實際情況，對環(huán)境中的環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)的研究和研究，嚴(yán)格按照要求實施各方面的設(shè)計，確保水管理工程的質(zhì)量和安全。