水利水电工程中水闸的设计分析 李小龙

水利水电工程中水闸的设计分析李小龙

摘要：水闸作为水利工程项目中的核心设施，通常位于河道与渠道的上部，利

用开关闸，对水流量进行有效的控制。为了保证水利工程的水位更加稳定，合理

选用水闸施工技术特别重要。本文笔者根据工作实践经验对水利水电工程中水闸

的设计进行了分析和探讨。

关键词：水利水电工程；水闸；设计；分析

前言

水闸在水利工程建设中具有重要作用，为了提高水闸应用效率，要提高设计

认识，要加强设计管理，通过科学分析与有效实践，确保水闸设计方案更加科学，进而不断提高水闸实际应用价值，具体实践总结如下。

1水利水电工程中水闸的设计分析

1.1加强对当地地质环境，自然环境等资料收集

由于水闸，大坝自身的特点，其荷载比较大，这就要求其必须要有一个夯实

的地基。因此，在开始工程设计之前，要对施工地周围的地质条件进行全面的检测，信息数据包括水质报告，河流情况，环境特征，往年灾害问题等等，在此基

础之上探讨相应的问题防治措施。

1.2水闸选址的设计

水利水电工程一般都建设在水资源充足的位置，除此之外，我国大多数地区

的地质条件，自然环境等条件都是不尽相同的，而水闸自身对于建设区的承载能

力具有很高的要求，这就需要根据当地实际情况选取最为合适的位置。选址时对

周围进行勘测的过程中，主要可以从以下几个方面入手：承载力强的岩石层，抗

剪强度达标的土质地基。土质地基之上进行建设的水闸，在原状土上是需要预处

理的，可以采取预压处理或者换土垫层的方式。预压处理的目的是将土中所含水

分排出来，促使土层固结能够形成一个土层，促使水闸基础沉降量得到极大的减少，土层承载力也就实现了很大的提升，预压工作需要的时间比较长。因此，如

果是施工期比较短的情况，换土垫层也具有同样的效果，所需投入的时间也比较少。

1.3水闸的结构设计

水闸结构的具体形式是需要在建设区的详细信息基础之上考虑的，其中包括

地势情况，水闸要求，水文条件等。首先，对于保闸室，翼墙等具有的抗滑功能

需要在明确水闸负载的情况来明确。其次对于坝体整体结构以及各个层级结构要

进行良好的调整，结合水闸的实际情况，对其进行良好的设计。

1.4水闸消能防冲设计

我国已建的大、中型水闸工程，多数建在平原、滨海区，而且基本上都是采

用底流式水跃消能。一般是在软土地基上建闸，河床及岸坡抗冲能力较低，且承

受水头不高，闸下跃前水流佛劳德数较低，因此宜采用底流式水跃消能。当消力

池池底扬压力很大时，消力池的稳点性问题需慎重对待，处理不好甚至会影响闸

室和边墙地基的稳定：如采用二级或多级消力池消能，消力池的受力条件显著改善，上述稳定性问题就可以解决。

1.5水闸闸型，闸室的设计选型

水利水电工程在选择水闸种类时，需要根据水闸的型号和客观需求来考虑，

二者缺一不可，只考虑闸型而没有明确实际问题，很有可能出现重大的事故。水

闸闸室一般分为三种类型：敞开式，胸腔式，涵洞式。水闸闸室的主要作用是当

水利水电工程出现泄洪问题时，将水流调整到正常情况下的状态，从而降低水闸

水位过高的问题出现。每一种水闸类型都具有自己的特征，敞开式水闸的结构特

点是平底宽，对于水涝泄洪，维持水流稳定具有很重要的作用，其优势是结构单一，操作便捷。胸腔式水闸对于水位极不稳定，下游水量有限定的河流情况具有

很重要的作用。

1.6过闸水位差的设计计算

在明确过闸水位差时，需要以实际的地形作为基础考量，平原地区较小一些，而山区过闸水位差一般大一些，能够将小闸孔净宽度进行一定的缩小，工程成本

也有效降低，但弱点就在于上游水位会升高，给水闸的承载力造成压力，水闸和

水坝面临更大的风险。

1.7闸孔尺寸的设计

较小的水闸运用程度会更好，这是在成本，流量，速度等方面进行考虑之后

得到的答案。这是因为在最大泄洪量相同的情况下水闸和墩数之间是呈正比的。

而如果闸孔太大的话，所占据的面积也就随之变大，而关闭闸门所需要的设备设

施的规模也随之增大，工程成本支出也在增加。因此，闸孔宽度已经制定了明确

的标准，在10~14m之间，当弹孔水闸孔宽在10m时，对应的水闸闸孔为33个，而弹孔水闸孔宽为14m，所对应的水闸闸孔则为20个。

1.8水闸泄流能力的设计

水闸泄洪能力指的是在所有闸门都打开的情况下，排除掉船闸和电站的因素

影响，水流在越过拦河大坝下泄的堰流，通过堰流公式能够准确的算出来，确保

其在大洪峰泄流中也适用。

1.9防水槽、排水孔设计

防水槽在水利工程运用过程中，其主要作用体现在促使水闸尾部性能具有更

好的体现，水流受到关卡的限制，流动的速度会逐渐降低，但是冲击力会同步增强，对河床具有很大的冲击。防水槽的作用就是用堆积起的石块减轻水流的冲击力，从而来保护河床。水利水电工程在正常使用过程中，水流冲击力经常会对消

力池底板部位施加很大的压力。因此，在设计的过程中，应该在底板部位留出一

定的静压压力余地，从而增强其磨损静压的性能。排水孔在进行形状设计时，可

以采取梅花形的形式，所处的位置在水平护板后半部分，同时排水孔要多加一层

反滤层，从而促使其实现排水顺畅的目的，同时也避免压力过大造成的问题。

1.10水闸基础防渗面排水设计

河流上下游之间具有明显的高度差异，水位差会促使水资源聚集到一处对水

闸以及周边产生极大的冲击力量，而基础防渗能够很好的减轻水闸遭受的伤害，

因此，排水工程是十分必要的工程。基于上下游地基情况和实际使用，明确具体

开展环节为：第一，从上游引出的水引到河床，经过底板，消力池，反滤层，直

到下游，从而促使排水系统得以顺利的运行。除此之外，为了有效增强排水功能，可以将上游水渗透的路径进行进一步延伸，从而在一定程度上减轻了消力池底板

压力的同时，滤水层也有效发挥了自身的排水功效。

2水闸设计中的注意事项

2.1水闸的稳定因素

水闸会将一部分上游水拦截住，这就导致上下游具有十分明显的水位差，水

闸所承担的压力也就越大，这对于水闸的稳固性提出了更高的要求。除此之外，

枯水期间，上游水比较少，水闸的自重就会反作用于水闸基础，水闸基础就会出

现变形的问题，长此以往缺口的面积越来越大，就会被彻底损坏。因此，对于水