水闸工程防渗排水设计要点浅析

水闸工程防渗排水设计要点浅析
摘要：随着经济的发展和进步，水利工程得到了进一步的发展，其中水闸工程是确保水利工程正常运行的重要方面，是保证供水的关键，所以水闸工程防渗排水很关键。

本文主要就水闸工程防渗排水设计的要点进行了分析研究。

关键词：水闸工程；防渗排水；设计要点
引言
近年来，我国国民经济得到了快速发展，水利工程作为国民经济的重要组成部分，也得到了一定程度的发展和进步。

在水利工程中，水闸是关系着水量的关键，在排涝、泄洪以及水流量调节方面都有着重要影响。

水闸工程不仅能够在缺水时，打开闸门提供水流量，满足生活生产的需要，还能够在水流量过大时进行疏导，减少水流量，从而达到泄洪的目的，减少不安全事故的发生。

在水闸工程中防渗排水设计是关键，所以，在具体的工作中，一方面要不断加强水闸工程的控制和管理，另一方面还要加强水闸的防渗排水设计，促进水闸工程防渗排水功能水平的提高，这也是是关乎水闸工程发展和进步的关键。

本文就水闸工程防渗排水设计要点进行分析具有了重要的现实意义。

一、水闸的功能概述
水闸属于低水头水工建筑物,它使用闸门实现完全阻水和排水,在湖泊、水库和河流建造。

闸门打开,能够发挥冲沙,排涝,泄洪和调整水流量的作用;闸门关闭,可以扮演的挡潮、拦洪、提高水位的角色[1]。

在水利工程中,水闸有着非常广泛的用途,按照其使用功能,水闸大致可以分为6种类型:
1、进水闸
进水闸主要在湖泊、水库、河流的岸边修建，主要是控制引水流量，满足供水、发电和灌溉的实际需求。

在具体工作中，又可将进水闸称之为渠首闸或者取水闸。

2、排水闸
排水闸主要是在江河的沿岸进行修建的，它的主要功能是把低洼地区以及内河中的滞水排出，这些滞水对农作物的生长会产生巨大的危害。

而当洼地急需蓄水或者需要对农作物进行灌溉时，就可以开闸引水;而在外河水位远远超过内河水位时，就需要管壁闸门，防止倒灌现象发生。

3、节制闸
节制闸主要修建在河道或渠道上，主要功能是拦洪、调节水位以及控制水流量，从而确保上下游航运的需求和下游地区的生产生活用水需求。

4、分洪闸
分洪闸主要是修建在河道的一边，主要的功能是把洪水中超过下游河道安全泄量的部分引入到分洪道或分洪区。

5、冲沙闸
冲沙闸建于泥沙河流,效果是排除渠系、节制闸、进水闸中的沉积物，防止闸前河道和渠道淤积。

除了冲沙,还专门设置了排污排水闸排除漂浮物、冰块,也属于冲洗水闸的范畴。

6、拦潮闸
拦潮闸则主要修建在入海河口处，在退潮时，打开闸门泄水；在涨潮时，关闭闸门，防止倒灌，具有双向拦水的功能。

二、水闸的工作特点
一般来说，平原水闸往往建设在土基之上，同岸边、基岩上建设的溢洪道相比有着较大的区别，具体表现在以下几个方面：
由于土基承载力低,压缩性大的特点,出现地面沉降的现象经常发生,导致水闸室发生倾斜破坏,严重时甚至导致水闸地板的破裂,导致事故闸门。

通常在泄洪闸门的过程中,虽然流的速度并不快,但由于水仍保持着高生育率,而且土壤基本抗冲击能力不高,很容易导致表土侵蚀。

不仅如此,由于下游水位变化比较大,很容易导致临界水跃洪水流量过程中出现淹没现象【2】。

此外，土基在渗透水流作用下，出现渗透变形是比较容易的，特别是粉细砂地基，闸后方出现冒水翻砂的问题比较常见，严重情况下甚至会导致两岸与闸基掏空的问题。

三、水闸工程防渗排水设施
水闸的防渗排水设施对于水闸工程有着重要影响，水闸防渗设施主要有齿墙、板桩和铺盖，水闸的排水设施主要有排水层与反滤层，这些设施一般情况下主要设置在护坦、浆砌石海漫的底部。

具体表现在:
1、齿墙
齿墙的主要设置在水闸底板上游端和下游端,主要是进一步扩展渗流路径,使闸室抗滑稳定性得到进一步的增强,一般来说,齿墙周围设置墙深度约为1米。

2、板桩
设计人员在选择板桩长度的过程中，需要按照透水层的实际埋藏深度，做出具体的判断，此时要特别注意防止照抄照搬过去的工作经验来判断。

3、铺盖
铺盖的功能大概和齿墙功能相似，主要是进一步扩展渗漏路径，然而铺盖具有非常高的不透水性和柔性需求。

通常情况下，铺盖的主要材料是沥青混凝土、黏壤土、黏土，只有部分工程会采取钢筋混凝土作为主要的建造材料。

4、排水层和反滤层
在设置排水层的过程中，工作人员可以使用在护坦、浆砌石海漫的底部平铺碎石、砾石或卵石的方法，选择在 1 ～2 cm以上的粒径为最佳。

设置反滤层应集中在渗流出口的地方，从而使其能够在最大程度上消除渗透变形所带来的不利影响。

四、水闸工程防渗排水设计要点
1、防渗长度与地下轮廓设置
1.1 设计防渗长度
地下轮廓线具体是指地基、底板、板桩、铺盖的接触线，它的长度和水闸防渗长度相等。

按照《水闸设计规范》SL 265—2001 的要求，防渗长度的计算公式为:【3】
L≥CH(1)
式中:C 代表渗径系数(根据地基性质进行选择);H代表上下游的水位差。

1.2 布置地下轮廓
设计人员在布置水闸地下轮廓的过程中，不仅能够参考条件类似工程的做法，还可按照具体实际合理进行。

为了确保防渗和排水功能的有效结合，在上游地区需要采用垂直或水平防渗方案，在延长渗径的前提下，促使闸基渗流平均坡降与底板所承受的渗透压力的降低。

在下游区域需要设置过滤器排水设施,通过及时消除地下水渗流，减少变形的可能性。

如果是粘性土地基,基板周围的设计工作应该在降低低渗透压力内进行,从而进一步提高闸室抗滑稳定性;如果为沙质土壤,设计工作应重点关注削弱泄漏,防止渗透变形的问题,从而提高渗透变形的抵抗力。

2、渗流计算
渗流计算能够得出渗流区域的渗流速度,坡降,压力和渗流的实际值,并在此基础上,合理选择相应的设计方法。

研究闸基渗流的过程中,可以将它作为一个平面问题进行研究,即水闸地基是均匀的而且是各向同性,渗透无法压缩,完全满足达西定律的要求。

在这种情况下,闸基渗流规律是完全符合拉普拉斯方程要求的,计算公式为:
式中:h 为渗透水流在某点的计算水头，被称为水头函数。

对于简单的边界条件,相应的结论的得出主要是根据流体力学的方法实现的,但在实际操作过程中边界条件非常复杂,因此必须采取一些更实用的,比如改进阻力系数法,流网法。

如果地基的复杂性不高，地下轮廓相对比较简单，就可以采用直线展开法;如果地基条件的复杂性程度高，就采用数值计算法或电拟试验法。

下面，简单介绍直线展开法。

在计算渗透压力的过程中,直线展开法是一种简单的方法,应用此方法的过程中,设计师必须先把地下轮廓的垂直部分展开，使其变为具有相同效果的水平轮廓,然后基于线性关系,计算渗透水头。

该方法适用于T≥L0/2的情况,T为透水层深度;L0地下轮廓水平长度。

具体使用方法如下:
2.1 展开地下轮廓
图 1 是带有一道板桩的地下轮廓，计算公式为:
式中:可以把其转化成为水平轮廓，该水平轮廓的渗径长度为l。

每一个控制点距离开端点A’的横距计算公式为:
如图 1 中右侧水平轮廓线上的A’ ～E’5 个点就是图 1 左侧原轮廓线各点的渗透水头。

2.2 计算渗透压力
通过简化计算公式的方法和解答流体力学有关水平轮廓线问题的措施，设计人员能够得到线性变化的关系，计算公式为:
式中: xi为i 点与水平轮廓上游端点的距离; l 为地下轮廓展开长度; △φ 为势函数差值; △H 为上下游水头差。

3、水闸工程防渗排水设计需要注意的问题
水闸工程的防渗排水设计，首先要科学、合理的进行闸址的选择。

其次闸室结构形式应与地基条件相适应，以确保二者的稳定性。

再者防渗设计应高质量进行，以便形成空间上的防渗整体。

最后防冲、消能设计应高质量进行，减少危害性冲刷出现的可能性。

结束语
综上所述，随着水利工程的发展，水闸所发挥的作用是不容忽视的，水闸的防渗排水功能也是当前水利工程关注的焦点所在。

所以，在具体的工作中，必须不断加强水闸工程管理，促进水闸防渗排水设计水平的提高，从而促进整个水利工程的发展和进步。

参考文献：
[1]郑琼丹. 水闸的防渗排水设计分析[J]. 黑龙江水利科技,2013,04:56-58.
[2]俞军锋.浅析水闸工程防渗的特点与优化设计分析[J].城市建设理论研究（电子版）2013（24）.
[3]黄木顺. 浅谈水闸的防渗及排水设计[J]. 中国水运(下半月),2012,05:134-135.。