摘 要：在水利工程建设中，水闸是其中重要的关键部分。水闸的主要作用是便于对水位的调节，这样就可以很好地控制住水速。在发展经济的过程中，水利工程的建设的重要性越来越突出，国家也投入了大量的资金推来进水利工程的建设。其中，水闸是水利工程建设的重要组成部分。如何合理的对水闸进行设计具有非常重要的研究价值，因为其可以完善水利工程的建设。本文从水利水电工程中水闸的设计为关键点，探讨水利工程中水闸设计工作的注意事项。

关键词：水利工程；水闸设计；设计

1 前言

我国水资源较为丰富，利用好水资源可以为人类造福，相反控制不好将会给人类带来水患灾难。目前在长江、黄河流域建设了一些水利水电工程，既可以进行水力发电又可以在汛期起到防洪治沙的作用，这是一条既防治水患，又可以利用水资源的可持续发展道路。在水利水电工程中水闸的作用至关重要，水闸设计水平关系到整体工程的质量，也关系到工程建成后的使用效果，因此水闸设计时应根据实际工程要求、地质环境、自然环境等多方面因素综合考虑来进行设计。

2 水利水电工程中水闸的设计分析

2.1 水闸选址的设计

水利水电工程一般建在水资源丰富的河流、湖泊等处，在我国不同地域其地质条件、周围自然环境、水文条件等都有很大差别，而水闸具有重量大、体积大特点，因此选址时应充分考虑水闸基础承载问题。选址时应对当地地层进行钻孔取样勘测，并结合水文条件、自然环境进行综合考虑，最好选择承载力符合要求的岩石层，其次选择承载力符合要求、抗剪强度高的土质地基。特别是在土质地基建设的水闸，需要在原状土上进行预压处理或是换土垫层。预压处理是为了压出土中水分使土层固结成为一个整体，减小水闸基础沉降量，进而增加土层承载力，一般预压需要较长时间方可达到规定要求[1]。对于施工工期较为紧迫的项目，可以采用换土垫层方法，此方法具有施工快捷，操作简单，施工效果好的特点，可以推广使用。

2.2 水闸的结构设计

目前，水闸结构设计需要结合地势结构、水闸功能、水文条件等具体情况来着手。一方面，通过计算水闸负载，来确保闸室、翼墙等相对抗滑的稳定性能。另一方面，需要做好坝体整体结构与各局部结构的统筹规划，综合考虑来选用水闸结构，确保结构设计的科学严谨性。

2.3 水闸消能防冲设计

水闸消能防冲环节主要是控制水流工况，一般要求控制工况为下游水位在规定取水下限值时，水闸水位保证在高点处，目的是使上游尽可能存储更多水资源，在对应此种工况下来计算系统消力池深度，这个计算出的数据即为最初闸门开启深度。随着全球环境的改变，目前河流水文规律也发生了一些变化，因此在设计最高蓄水位、最低蓄水位时应加以考虑，结合实际工况与发展变化选择较大的富裕系数来满足未来需要。

2.4 水闸闸型、闸室的设计选型

在水利水电工程当中，所使用的水闸类型较多，各类闸型具有不同的作用和优缺点，因此在选择闸型时应根据实际河流的水文特点以及当地地质条件等综合条件来考虑，不能一味追求新式闸型而忽略了实际应用问题。水闸闸室主要有敞开式、胸墙式、涵洞式三种，在水利水电工程泄洪时尽可能使水流恢复至自然状态，避免水闸前水位过高导致水冲击现象[2]。上述三种水闸具有不同特点，敞开式水闸平底宽，更有利于排涝泄洪，水流宽阔稳定，结构简单，操作方便。胸墙式水闸一般用于水位波动较大，下游水量有限制要求的河流。涵洞式水闸一般用于水位高，孔口尺寸受限制的位置，例如穿堤取水水闸。因此，应结合实际情况选择恰当的闸室类型。

2.5 过闸水位差的设计计算

在设计过闸水位差时，根据不同地形选择不同的水位差，规范要求在10cm～30cm，一般在平原地区选用下限，在山区过闸水位差一般选择上限。较大的过闸水位差可以减小闸孔净宽度，也可以降低工程造价，但是会使上游水位抬高，也会使水闸承载更大压强，增加了水闸、水坝被冲毁的风险。

2.6 闸孔尺寸的设计

在综合考虑建造成本、流量、速度以及水位高度等因素前提下，尽可能选择较少的水闸。在保证最大泄洪量前提下，水闸越少，墩数也会相应减少。当闸孔过大时，将会导致占地空间大，随之带来开启关闭闸门的设备设施都会增大规模，相应工程造价也会增加。因此，根据相关设计要求将闸孔宽度设计在10-14m之间较为合适，一般弹孔水闸孔宽为10m时，水闸闸孔应为33个，弹孔水闸孔宽为14m时，水闸闸孔应为20个[3]。

3 水利工程中水闸设计工作的注意事项

3.1 稳定问题

在正常使用水闸时，拦截上游的水位一般比较高，这样就导致水闸上游和下游之间产生很大的水位差，会出现水平压力过大的现象，从而使水闸向下游方向移动。要想稳定自身，水闸必须拥有一定的重量。另外，水闸在建成以后，如果还没有挡水或者是在正常使用的情况下遇到无水期，就会产生很大的垂直荷载，这样基底的实际压力就会大大超过地基能够承受的承载力，从而出现地基变形或者是出现闸基土被挤出的现象，这很容易造成水闸与地基出现滑动的危险。所以，在修建水闸时必须保证基础的面积，这样才能有效的降低基底的压应力。

3.2 渗流问题

水闸在进行挡水时，就会造成上下游水位出现差值，在这种作用下，就会在水闸、闸基与两岸的连接处出现渗流的现象。如果出现渗流，就会在水闸的底部产生向上的扬压力，这就会缩小水闸的重力作用，从而使水闸的抗滑稳定性大大降低。如果两岸和闸基都是采用土基，再出现渗流时也会带走一些细颗粒，这就会在闸后出现翻砂鼓水的现象。如果严重的话还会掏空兩岸和闸基。另外，如果出现侧向渗透，会产生水平的压力，对两岸的连接建筑物都会有很大影响，使其稳定性大大下降。还有可能导致岸坡上出现渗透现象，从而加大闸底的渗透压力。如果渗流水量过大，还会对水闸的挡水功能产生影响，妨碍蓄水。 沉陷问题。软土具有很大的压缩性，如果将水闸建设在软土地基上，就会在水闸自身以及外部的荷载作用下出现沉陷现象。特别是在底板传到地基上的荷载分布不均匀时，或者是分布在地基土层的荷载不均匀时，更容易出现沉陷现象。这种地基沉陷还会导致水闸出现下沉，或者是闸室倾斜。

3.3 冲刷问题

在开闸泄水时，如果水闸下游水位很浅或者是没有水，在水位差的作用下，就会加大水流的流速，这种巨大的能量会对下游有严重的冲刷。一旦冲刷的范围过大，就会掏空闸基，造成水闸失事。另外，一般在水闸的两岸都是软弱的岩层或者是土层，如果修建水闸时开设过多的闸孔，一旦开启某一个闸孔就会形成折冲水流，这就会严重冲刷下游河岸，对水闸的安全和稳定性都会产生影响。

4 结语

综上所述，水闸工程在水利水电工程中至关重要，水闸工程施工质量与人们的生命财产安全息息相关，因此，必须加强水闸工程设计和施工研究。 在水闸工程设计和施工过程中，必须充分考虑实际施工环境以及设计施工规范， 这样才能够确保设计方案的合理性，保证施工质量，促进水利水电工程可持续发展。

参考文献：

[1] 李宏伟.水利水电工程中水闸的设计探讨[J].科技创新与应用，2017（22）：110+112.

[2] 李跃涛.刍议水利水电工程中水闸的设计[J].城市建设理论研究（电子版），2017（21）：205～206.

[3] 张征.简述水利水电工程中水闸的施工技术[J].甘肃农业，2016（20）：50～51.