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水利水電工程的水庫水閘設(shè)計

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水利水電工程的水庫水閘設(shè)計

摘要:水庫水閘設(shè)計是水利水電工程中重要的環(huán)節(jié),影響著工程的整體性能。對此,筆者結(jié)合自身的工作經(jīng)驗,簡單闡述水庫水閘的構(gòu)成、選址方式。在此基礎(chǔ)上,分析水庫水閘地基施工、消能防沖、安全性的設(shè)計方式,以期為相關(guān)人員提供借鑒,提高水閘設(shè)計的合理性。

關(guān)鍵詞:水利水電工程;水庫;水閘設(shè)計

1水利水電工程中的水庫水閘的構(gòu)成

水閘的構(gòu)成分為三部分,即下游連接段、閘室、上游連接段:①上游連接段主要是引水入閘室,避免發(fā)生外流現(xiàn)象。同時,可以有效保護河床、兩岸,降低沖刷的程度。另外,還能夠結(jié)合閘室發(fā)揮防滲作用;②閘室是水庫水閘中重要部位,能夠很好地控制流量、水位,并能夠防沖防滲,主要包括工作橋、護欄、閘墩、閘門、底板等;③下游連接段可以將過閘水流的剩余予以消除,均勻地分散出閘水流,減緩水流的運行速度,避免對下流產(chǎn)生不良影響。在確定水閘規(guī)模時,需要分析實際的流量大小?;谒l規(guī)模可以將其分為三類:①小型水閘,流量小于100m3/s;②中型水閘,流量在100-1000m3/s之間;③大型水閘,流量大于1000m3/s。

2水利水電工程中的水庫水閘的選址

水閘選址是水利水電工程的基礎(chǔ)工作,影響著后續(xù)的具體設(shè)計與建設(shè)。如果水閘位置不合理,很可能會在建設(shè)或者投運時發(fā)生事故,如沖刷破壞、失穩(wěn)、滲透等。在選址過程中,應(yīng)該確保水閘的安全性、穩(wěn)定性,使水閘能夠在投運以后達到既定目標,即水流呈現(xiàn)穩(wěn)定流態(tài)。另外,選址還應(yīng)該遵循管理便利、造價合理的原則。不僅如此,在實際工程項目中,水閘選址必須重視當?shù)氐娜宋臈l件、地質(zhì)條件。其中,地質(zhì)條件包含天然地基、巖石材質(zhì)以及土質(zhì)等?;谡{(diào)查,掌握地質(zhì)條件的相關(guān)參數(shù),選擇具有承載力、不易滲水、不易透水、難以壓縮的位置。如果無法在工程區(qū)域中找到符合要求的天然地基,則應(yīng)該對其進行處理。雖然可以滿足工程施工,但是會增加整體造價,并且很容易受到影響。簡言之,水閘選址必須綜合考慮多方面因素,確保選址的合理性[1]。

3水利水電工程中的水庫水閘的地基施工

選定建設(shè)地點以后,需要做好地基處理工作,提高地基的承載力,避免在施工中發(fā)生塌陷問題。同時,通過對地基的處理還能夠減少甚至消除地基沉降問題,增強水利水電工程的穩(wěn)定性。對此,可以從以下幾方面完成地基處理工作:

3.1地基開挖

處理地基過程中,開挖是常見的方式之一。具體而言,通過地基開挖可以將不符合施工設(shè)計要求的覆蓋層處理掉,包括軟弱土層、風化土層與巖層等。實際上,地基開挖方式的原理相對簡單,整體的操作難度較低,因此被廣泛應(yīng)用在水閘設(shè)計中。需要注意的是,由于開挖會產(chǎn)生大量的土方或者巖石塊等,必須在施工現(xiàn)場設(shè)置合理的堆放區(qū)域,并及時將其運出。其中,堆放位置應(yīng)該遠離地基的邊坡位置,否則很容易導(dǎo)致邊坡變形、傾斜,影響地基處理的效果[2]。

3.2灌漿施工

處理地基過程中,如果運用灌漿法可以有效提高地基的穩(wěn)定性。在灌漿過程中,應(yīng)該將灌漿泵作為施工主要設(shè)備,基于灌漿泵的壓力,再利用管路預(yù)埋、鉆孔等方式,將水泥、黏土等具有膠凝性質(zhì)或者摻合料等,按照比例與水進行配置、攪拌。當攪拌均勻以后,將漿液灌注至土層縫隙、巖石縫隙之中,或者是混凝土的接縫與裂縫中。采用此種方式能夠?qū)崿F(xiàn)防滲、加固的目的,增強地基的整體性能。按照灌漿施工的方式,可以將其分為純壓式灌漿法、循環(huán)式灌漿法。

3.3防滲墻施工

處理地基過程中,防滲墻施工必須使用專門的設(shè)備工具。其中,需要挖設(shè)槽孔或者鉆鑿出圓孔,然后使用泥漿對墻壁進行加固處理。另外,也可以將混凝土直接灌注到圓孔之中,或者使用其他類型的防滲材料加固圓孔。不僅如此,還能夠在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中安裝預(yù)制混凝土構(gòu)件,這樣的方式可以在地下構(gòu)成連續(xù)墻,增強地基的穩(wěn)定性。實際上,對于防滲墻的施工,還能夠采用灌注樁、板樁、噴柱、施噴柱等方式進行施工。因此,在實際施工中,應(yīng)該根據(jù)工程的具體需求選擇最恰當?shù)氖┕し桨?,在保證地基穩(wěn)定性的同時控制施工成本。

3.4樁基礎(chǔ)設(shè)計

如果工程中水閘設(shè)計期間,發(fā)現(xiàn)地基豎向受力相對較大,同時受力較為集中,則應(yīng)該采用樁基礎(chǔ)的設(shè)計方式進行處理?;诖朔N方式,可以在很大程度上滿足工程沉降的要求,避免在工程投運以后產(chǎn)生不良影響。采用樁基礎(chǔ)的方式處理,能夠?qū)⒔ㄖこ痰恼w受力分解至地基的深處,所以地基能夠承受比平時更多的上拔力、水平受力。因此,能夠有效調(diào)整工程參數(shù)、減少沉降幅度等。由此發(fā)現(xiàn),樁基礎(chǔ)的應(yīng)用具有較強的針對性,即解決工程豎向受力問題,從而有效增強工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定程度,推動水閘設(shè)計施工順利推進。

3.5強度提升

除了以上提及的地基處理方式,還存在置換法、排水法、擠實法等處理技術(shù),均能夠有效提高地基的強度。其中,置換法是在施工中對一定深度的軟弱土層挖除,然后使用具有壓縮性質(zhì)、不易被侵蝕的散料進行回填。采用置換法能夠使地基中的軟土實現(xiàn)快速固結(jié)。排水法則是在工程施工中,通過恰當?shù)姆绞教幚淼鼗?,包括設(shè)置排水井、砂墊層、塑料多孔排水管等。通過上述設(shè)備可以實現(xiàn)對表層的控制,或者形成垂直的排水道、水平的排水道。在此基礎(chǔ)上,能夠借助外力或者土壤的重力將水分排出,提高地基中土壤的堅固程度。擠實法主要是在施工中運用細小石子、砂等填料,采用振動、沖擊或者相互結(jié)合的方式,將填料加入土層中,并形成柱體狀。從而實現(xiàn)對土層的壓實,實現(xiàn)增強地基自身的強度[3]。

4水利水電工程中的水庫水閘的消能防沖

在水閘設(shè)計中,消能防沖是其中重要的內(nèi)容、環(huán)節(jié)。具體設(shè)計過程中,需要對工程工況、施工等進行合理計算、控制,進而確定水利水電工程中消力池的面積。同時,還能夠?qū)哟矝_刷的要求能力進行合理控制。其中,計算工況的目標與要求等,通常無法保證最終結(jié)果的準確性,所以對相關(guān)人員應(yīng)該加大重視力度,盡可能合理計劃相關(guān)參數(shù)。目前,對于消能的控制、設(shè)計基本上將閘高水位作為依據(jù),排除其高的水位,以此來推動工程設(shè)計的順利性。在這一前提下,閘門初始開啟度的設(shè)計也是消力池設(shè)計中所需要考慮的因素。另外,在放沖設(shè)計的過程中同樣存在諸多無法明確的因素,要求工作人員在設(shè)計期間加大重視,最大程度提高放沖設(shè)計的合理性。在改造大自然日益加劇的背景下,自然環(huán)境有了明顯的變化,導(dǎo)致水文規(guī)律發(fā)生改變。這一現(xiàn)象的出現(xiàn)增加了水閘設(shè)計的難度。對此,在確定最低水位、最高水位過程中,應(yīng)該重視河道變形、水文條件改變等因素,提高合理消能防沖設(shè)計的科學性。

5水利水電工程中的水庫水閘的安全性

閘室在水利水電工程中具有重要作用,其自身的穩(wěn)定性、安全性,直接影響水利水電工程的效果。因此,在設(shè)計閘室時應(yīng)該進行多方面的計算,保證其日后能夠安全運行。其中,需要計算的內(nèi)容包括基地應(yīng)力、負載組合、抗滑穩(wěn)定性等。就負載組合來說,包含特殊組合物、基本組合兩種,每一種組合方式中所采用的計算方式存在明顯差異。另外,基底應(yīng)力計算主要涉及力矩計算、基底應(yīng)力(正常狀態(tài)下)、竣工檢查等??够€(wěn)定性計算即在閘室處于正常工況條件下,所形成的總重、總彎矩等重要參數(shù),最終計算出閘室的抗滑穩(wěn)定系數(shù)?;诖?,可以實現(xiàn)對閘室的合理設(shè)計,增強水利水電工程水庫水閘運行的安全程度。

6結(jié)語

綜上所述,水閘設(shè)計工作中位置的選擇、規(guī)模的確定是基礎(chǔ)性工作內(nèi)容,同時影響工程的質(zhì)量、成本等。為了能夠保證水利水電工程施工的穩(wěn)定性,應(yīng)該重視對周邊環(huán)境的勘察,分析施工區(qū)域的地質(zhì)條件,進而對地基進行有效的加固處理。另外,在工程設(shè)計期間還應(yīng)該重視消能防沖的控制、水閘的安全性等,盡可能使水利水電工程的效益最大化。

參考文獻

[1]廖志偉.探討新疆某水庫放水閘的自動化供水聯(lián)動系統(tǒng)設(shè)計分析[A].《智能城市》雜志社、美中期刊學術(shù)交流協(xié)會,2018:2.

[2]沈春來.關(guān)于水庫除險加固水閘設(shè)計步驟應(yīng)用環(huán)節(jié)的分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2017(12):174.

[3]鐘秋喜,李文雙,張瑩,等.老哈河紅山水庫下游重點水閘工程設(shè)計洪水分析計算[J].內(nèi)蒙古水利,2017(2):31-32.

作者:張宇 黃蕓菲 單位:江蘇鴻濟水利規(guī)劃設(shè)計咨詢有限公司