水工闸门结构设计问题研讨

 

二、概述水工闸门

1、组成

闸门包括活动部分、埋设部分和启闭设备。活动部分能封闭或开启孔口，通常称为门叶。埋设部分则固定在土建结构中，如孔口的门、底和支承轨道等，主要负责将门叶上的荷载传递给土建结构。

2、设计过程

闸门的设计过程包括资料收集与分析、选型布置、结构设计与计算以及施工图的绘制。

 

(一)、收集与分析资料

设计之前需收集和分析基本资料，例如水工建筑的任务、等级和布置；闸门的运用条件、尺寸；水文、泥沙、水质、漂浮物和气象等信息；材料、制造、运输和安装的条件；地质、地震等特殊要求。目的是明确各种工况、运行条件和荷载，以及操作方式。

 

(二)、选型与布置

选型和布置应全局考虑，平衡各项需求，确保设计方案的安全、可靠、灵活和便于维护。大中型项目需考虑多种方案，通过技术经济比较选定优解。

 

三、水工闸门的设计

1、水力设计

水力设计通常涉及多个关键步骤，包括过流能力的验算、闸门控制运行方式的规划以及消能防冲的设计计算。在对病险水闸进行除险加固设计时，多种因素如设计水位变化、孔口断面尺寸和形状变化、过水涵洞断面尺寸及涵洞长度变化、消能防冲设施的变化等，都会影响水闸的过流能力。因此，在设计时必须根据经过复核的特征水位和规模，重新评估水闸的过流能力。若采取如加厚底板、加强闸墩或增加底坎等措施，可能会改变过流面积、水流状态及下游出流情况，此时需重新核算水闸的过流能力。特别要注意的是，流态的任何变化都需要采用与原设计或安全鉴定不同的计算公式进行验算。如果是穿堤闸，闸室后紧邻的洞断面尺寸和长度的变化也可能影响其过流能力。

 

2、防渗排水设计

水闸的防渗排水设计主要基于地基地质条件及上下游水位情况进行计算。这包括地下轮廓布置、防渗排水设施的选型、布局、构造和尺寸设计；进行渗流压力计算、渗流坡降计算以评估地基抗渗稳定性；设计滤层、防渗帷幕及排水孔；以及永久缝止水设计。对于需要除险加固的水闸，应根据实际问题和现有的防、排水设施情况进行防渗排水设计计算。不同的水闸可能面临不同的问题，因此在加固设计中，需要针对所采取的措施对改建后的排水设施重新进行复核计算。重要的是，一旦改变了原有的防渗措施，就必须重新计算渗流压力，因为新增的防渗设施可能会改变渗流压力分布，从而影响水闸的稳定性。

 

3、闸室结构布置及稳定性分析

在三类闸除险加固时，首先需要根据新的设计条件对原有结构进行分析计算，并结合安全鉴定中发现的结构问题，选择合适的工程措施进行加固。在此过程中，还应根据加固后的结构尺寸再次进行结构分析和稳定性验算。验算时，应尽可能考虑到新老材料之间的差异性及其对工程安全运行的潜在影响。

 

4、地基处理及设计

当水闸出现不均匀沉降或地基总体沉降量较大时，必须根据地质情况重新评估地基承载力。在进行闸室加固或更改防渗措施时，也需要重新计算地基承载力。由于闸基通常位于混凝土底板以下，且闸底板钢筋混凝土厚度一般超过0.8米，钢筋间距较小，直接加固地基具有一定难度。因此，当地基发生显著不均匀沉降时，需要根据已有地质资料仔细重新评估地基承载力，并确定合理的加固措施。必要时，增加地质勘探工作以获取更准确的地基土物理力学指标，确保采取的措施在合理性、经济性和施工可行性方面都是恰当的。

 

5、慎重对待闸底板高程的调整

在需要加固闸底板时，常会因稳定性和挡水需求而进行相应的结构分析与验算。在这种情况下，对闸底板高程的调整可能会被忽视，尤其是这种调整对未来河床演变和水力参数变化的影响。例如，提高拦河水闸的闸底板高程就是一个相关的考虑因素。因此，在进行闸底板高程变更时，必须合理预测对河床演变和水面线的影响.