水闸构造与设计的毕业论文

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。 1水利水电工程中水闸的设计分析 加强对当地地质环境、自然环境等资料收集 由于水闸、大坝自身荷载较大，地基基础必须要坚实牢固。在设计前要做好相关地质条件勘测并出具正式报告，包括当地地质、水质报告、河流水文特征、自然环境以及以往自然灾害等具体情况，以便在设计中针对性采取预防措施。 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。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。 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。 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。 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。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。 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10－30cm，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。 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。 水闸泄流能力的设计 水闸泄流能力是指将所有闸门打开，同时除去船闸和电站影响，这时水流通过拦河大坝下泄的堰流，可以根据堰流计算公式计算得出，以便满足最大洪峰泄流要求。 防水槽设计 在进行实际应用当中，防水槽作用是使水闸末端性能更加稳固，水流在流过关卡时会使水流速度有所减小，但在经过关卡末端时冲击能力较大，会严重冲击河床。防冲槽就是使用大小不一的石块来减弱水流冲击力，达到保护河床延长使用寿命的目的。 排水孔设计 水利水电工程投入运行后，消力池底板部位承受巨大压力，最主要影响因素是水流冲击力。设计时应充分留有底板静压压力余量，要有充足的耐磨静压，这样才能保证底板能够承受巨大水压。在排水孔设计时可以布置成梅花形，将排水孔位置放置在水平护板后半部分，排水孔加装了反滤层，这样既保证了排水通畅，又减轻了渗透压力。 水闸基础防渗面排水设计 在河流上下游之间存在巨大水位差，水位差的作用是使水流积聚了大量势能，这就对水闸及其周边产生很大冲击力，基础防渗对水闸起到了重要保护作用，所以必须做好排水工程。结合上下游地基条件和实际应用具体步骤为:首先将上游水引进河床中，然后流经底板、消力池、反滤层逐级将上游水流引入到下游，这样确保了排水系统的有效运行。另外，为了增加排水效率可以延伸上游水渗透途径，同时也减小了消力池底板压力，滤水层也起到了有效排水作用。 2水闸设计中的注意事项 水闸的稳定因素 由于水闸拦截上游水流会使上下游产生较大水位差，会使上下游之间水闸承受巨大压力，因此水闸自身必须坚固，保持其稳定性。另外在枯水期时上游水位较低，整个水闸的自重将会直接作用在水闸基础上，在垂直载荷作用下使水闸基础变形甚至会使土层被挤出，等到下次泄洪时将会冲刷基础，长此以往将会出现较大缺口，甚至被冲毁。因此，在设计时一定要保证水闸的基础面积，减小水闸对基础压应力的危害。 水闸渗流问题 关闭水闸后，在上下游巨大水位差作用下，将会引起在水闸与地基、水闸与两侧基础出现渗流现象，这种渗流作用降低了水闸的抗滑稳定性，同时在渗流不断冲刷下将会造成两侧基础混凝土层出现沟洞、翻砂鼓水，甚至会被掏空土基基层，十分危险。另外也降低了水闸挡水、蓄水的效果，因此在水闸闸体与轨道设计时做好对应防范措施。 水闸以及地基沉陷问题 软土层自身具有较强的可压缩性，水闸、基础、蓄水的重力全部作用在软土层上，对于建设在软土层基础上的水闸会产生不同程度的下陷，或是承受荷载不均匀也会导致局部下陷。当地基以及闸体下陷较严重时，可以造成闸室变形、水闸开裂的严重后果，将会失去水闸的基本作用。 水闸开闭时的冲刷问题 在开、闭水闸时在上、下游水流巨大的水位差作用下，将会加大水流速度。特别是刚刚开启时和即将关闭时都会对水闸产生较大的水流冲击，下泄的水流对下游也会有较大冲刷作用和折冲水流，这些都会对水闸和水闸基础产生较大的负面影响，对整个工程质量构成威胁。 水闸裂缝问题 在水闸实际投入运行后会发现，很多的水闸以及基础等处会出现裂缝，为水利工程埋下了隐患，在设计时应加以考虑。第一，应明确施工作业的温度要求，基本原则应避开夏季炎热天气，或是使用地下水进行搅拌混凝土来降低温度，采取这些措施是为了减少混凝土内外温度梯度，降低内外应力影响。第二，设计时应对混凝土添加剂加以明确要求，以便施工时可以按照配比执行，特别注意某些地区的水pH超标或是砂石料含杂质过多，不但会降低混凝土强度而且会导致混凝土干燥后产生裂纹，因此对砂石含杂质率进行明确标注，进行有效控制。第三，设计时应科学使用配筋，在一些施工中会发现各方面都在按标准实施，也会出现裂缝问题。因此，设计时要从结构方面入手，合理释放应力，降低裂纹发生率。 设计人员方案与实践应用相结合 设计人员是构建水闸结构的主要能动因素，也是企业的宝贵财富，但有很多设计人员理论知识丰富，但工作经验与实践经验不足，所以对设计人员进行定期培训是行之有效的方法。培训包括以往水利水电工程案例分析、设计工程实际勘测、水闸应用中出现的问题分析等，使其思想上要密切联系应用，以便更好的指导设计工作。在设计中业会引进一些新设备、新技术，特别是在环保领域，应做好新技术的探索工作，推动水闸设计工作的与时俱进。 3总结 总的来说，在水利水电工程当中水闸作用十分重要，必须从设计之初就要加以重视，结合当地地质条件、河流水文条件等多方面综合考虑，严格按照有关设计规范做好各方面设计工作，特别是设计者应多加考虑实际的应用情况，与实践应用进行紧密联系，使设计出的水闸安全牢固，又可以发挥其最大调节作用，确保使用时的优质效果，为水资源的合理利用做出贡献。 更多关于工程/服务/采购类的标书代写制作，提升中标率，您可以点击底部官网客服免费咨询：

【摘 要】本文以韩江东山（禾埕岗）水利枢纽工程为例，就水闸的选址，水闸的地基设计，水闸的消能放冲，闸下游水流衔接等要点进行了探讨。【关键词】水闸；地基；消能防冲 水闸一般由闸室、防渗排水设施、消能防冲设施及两岸连接建筑物四个部分组成，闸室是水闸挡水和控制过闸水流的主体部分，它包括底板、闸墩、闸门、胸墙和工作桥。防渗排水设施是为了使闸基渗流处于安全工况而设置的，防渗设施通常多在水闸的高水位一侧，用透水性小的材料如粘土、钢筋混凝土等筑成水平防渗铺盖，或用板桩形成垂直防渗幕，借以增长闸基的渗流途径，减小作用于闸底的渗透压力，消除闸基产生渗透变形的可能性；在靠近闸室低水位一侧，设置排水设备，使进入闸基的渗水迅速排走，减小闸基的渗透压力，防止渗水逸出处地基发生渗透变形。 水闸的地质条件、施工条件、受力条件及其重要性等与其它建筑物相比有其特殊性。首先平原地区的水闸一般建于河道、堤防或江河入海口处，其所处位置决定了水闸地基多为松散或软弱的冲积覆盖层，特别是珠三角洲地区，因受到河流的冲积，水闸基本是建造在第四纪松散的覆盖层上，覆盖层多为松散的砂层或软弱的粘性土层，松散的砂层孔隙比大、压缩性大、透水性强及易液化，软弱的粘土层抗剪强度较低、含水量较高、压缩性较大、地基承载力较低且土层常常分布不均匀。其次是水闸前后存在较大的水头差，闸室及地基长期承受巨大的水平推力，闸室边墩又承受强大的侧向土压力作用，导致闸基底应力分布比较复杂，易产生不均匀沉降和渗透变形，同时闸门又经常启闭，如水闸变形过大，将影响闸门的启闭及闸门的止水。 1、水闸的选址原则 在水闸建设过程中，水闸的选址是非常关键的环节。分析已建水闸工程的失事，其主要原因往往是闸址地质条件不好，或虽然经过人工处理但仍未处理好，属于不良人工地基，导致水闸失稳、渗透破坏或者冲刷破坏。水闸选址的原则是水闸稳定安全、能够较好地满足水闸的使用要求、水流流态稳定、水闸便于管理、造价经济。针对上述情况，在满足水闸使用要求和管理的情况下，水闸在选址时应根据水闸的地质条件和水文条件选择地质条件良好的天然地基，最好是选用新鲜完整的岩石地基，或者是承载能力大、抗剪强度高、压缩性低、透水性小、抗渗稳定好的土质地基，如果在规划选址的范围内实在找不到地质良好的天然地基，只能对天然地基进行技术处理。对地基进行技术处理的造价是较高的，一般占总造价的20％～40％。经过技术处理的水闸地基如在施工或管理等方面不规范，容易导致地基破坏，最后致使水闸失事，所以在水闸选址的时候应综合考虑各种情况，选择良好的天然地基。 2、水闸地基处理方法概述 水闸地基处理的方法很多，它们主要用于以下三个方面：①增加地基的承载能力，保证建筑物的稳定；②消除或减少地基的有害沉降；③防止地基渗透变形。 木桩加固法。木桩加固法属于桩基法中的一种，此方法是一种十分古老的地基加固方法。由于木桩加固设计简单，施工方便，不受环境限制，取材方便，直至20世纪60年代初，受技术和经济条件限制，国内水利行业对较深厚的软土闸基处理仍缺乏足够的手段和办法，采用木桩加固地基几乎成为唯一的选择。木桩的设置一般有两种方法，一是将木桩桩头与闸底板浇注在一起，形成类似桩顶铰接的深基础，另一种则在木桩桩顶设碎石垫层，实际上属于复合地基的一种。近年来广东省在水闸安全鉴定中发现，无论采用哪种设桩方法，相当数量采用木桩基础的水闸都出现了险情，破坏主要表现在桩体腐朽导致水平和竖向承载力不足、闸基桩土变形不协调等。 换土垫层法。换土垫层法属于置换法，也是一种古老的、相当成熟的地基处理方法。该方法加固原理比较清楚，施工简便，施工质量易于保证，是浅层地基处理的首选。为避免工程造价过高以及增加基坑支护费用，一般换填深度小于3m。如软弱土层小于3m，下卧层地基承载力较高时，将软弱土层完全挖除换填后，一般均可满足水闸对承载力和变形的要求。如果软弱土层比较厚(层厚远大于3m)，仅能换上层软弱土时，应尽量避免采用换土垫层法处理闸基，因为换填后虽然可提高基底持力层的承载力，但水闸地基的受力层深度相当大，下卧软弱土层在荷载下的长期变形可能依然很大。实践表明采用换土垫层法处理的地基出现问题的相对比较少，故至今仍是水闸地基处理的主要方法之一。 3、水闸消能防冲方法设计研究 结合韩江东山（禾埕岗）水利枢纽拦河水闸泄洪时上下游水位差小，下游呈高淹没流，但闸下出流泄洪形成的水跃将对河床和两岸堤围形成较严重的冲刷，需要选择稳定可靠的消能方式，以保证拦河水闸的安全。又因通航要求水面稳定，以采用消力池底流消能方式为宜。按50年一遇（P=2%）洪水设计计算，并经闸门部分开启等工况复核，通过计算，选定的消力池尺寸为：池长35m，池深。池底高程；海漫段长度为57m，其中30m为浆砌石平段，27m为干砌石斜坡段，坡度为1:10；为防止水流对海漫末端的冲刷，本工程考虑到河床下切的不定因素，在海漫末端设置长15m，深的防冲槽。经水工模型试验论证成果分析，本工程拦河水闸消能建筑物，能满足工程运行要求。 水文条件的变迁。①河网区联围筑闸改变了原来河网分流条件，使主河道水位雍高。②河道滩地的码头、工厂、道路以及众多的占用河道断面的桥墩，这些设施除了束窄了行洪断面外，还改变了河道原来的天然状况，改变了水流的边界条件，加大了糙率，因而雍高水位。 河道地形的变迁。天然河道随季节的变化其来水量在变化，其含砂量也在变化，河床总是时冲时淤，处于动态平衡状态。若河道上游筑水库，则拦截了洪水，削平了洪峰，亦拦截了泥砂。洪峰值少，夹带泥砂少，改变了天然的动态平衡状态，河道筑闸后，加剧了这种不平衡状态。由于水闸消能设计的控制工况是：保持闸上最高蓄水位，宣泄上游多余来水量，下游水位取下限值，水闸防冲设计的控制工况是：水闸泄放最大设计洪水量，相应下游水位最低，所以由于下游河床不断降低，下游水位低值也随之降低，随河道变迁出现的新低水位低于原设计工况的下限低值，原控制条件就不能适应变化了的河床，消能防冲效果必然差，很多水闸经常发生护坦或海漫被冲坏的情况。 4、闸下游水流衔接 本工程水闸属于节制闸，在渲泄设计洪水时，闸门全部提出水面，上下游落差上，过闸水流呈缓流状态，只要保证下游水流均匀扩散，不致产生危害，该情况不是消能设计的控制条件。本工程的消能设计控制条件是在保持闸上游为正常蓄水位的情况下，由水闸来渲泄除发电流量以外上游多余的来水量，利用闸门控制泄水量。为保证水闸在泄水过程中的消能防冲安全和提高消能效果，保证下游出池水流与下游尾水缓流衔接，在水闸管理运用中，闸门开启时，应由中间孔向两侧隔孔对称均匀开启，关闭时与上述顺序相反。水闸局部开启应遵循按均匀开启听方式运行，即在同一开度各孔连续开启或间隔开启，应避免闸孔大开度不均匀的集中开启方式泄流，在集中数孔大开度运行情况下，消力池的泄水消能效果降低，消力池内产生远驱式水跃，出池水流对海漫会产生破坏性的急流冲刷。