你知道水閘設計要計算哪些數(shù)據(jù)嗎？

0237水利工程2021-07-15 10:51:52

1.水力設計

水力設計一般包括：過流能力驗算、擬定閘門制約運轉方式和消能防沖設計計算。病險水閘除險加固設計時，影響水閘過流能力的主要因素包括設計水位的變化、孔口斷面尺寸和型式的變化、過水涵洞斷面尺寸以及涵洞長度的變化、消能防沖設施變化等。設計時應根據(jù)復核后的特征水位和規(guī)模，對水閘的過流能力進行復核。當采取加厚底板尺寸、加固閘墩以及增加底坎等措施時，過流面積、水流流態(tài)以及下游的出流狀態(tài)都可能發(fā)生變化，需要重新復核水閘的過流能力。
尤其要注意流態(tài)的變化，需要根據(jù)實際情況而采取和原設計以及安全鑒定時不同的過流能力計算公式來進行驗算。如果水閘為穿堤涵閘，閘室后緊鄰的涵洞斷面尺寸、長度變化都可能引起過流能力的變化。尤其是涵洞延長時，尚需重新判斷涵洞的流態(tài)，即涵洞為有壓、無壓、半有壓和長洞、短洞以及淹沒出流和非淹沒出流等不同的水流型式，據(jù)此選擇合適的計算公式驗算其過流能力。
水力設計中閘門制約運轉方式主要為今后水閘的管理提供技術支持。因此，對閘門的開啟程度以及相應的過流能力也應進行必要的復核計算，以方便水閘的運轉管理。消能防沖設計計算時，需要特別注意特征水位變化引起的計算條件的變化，以此復核消能防沖工程能否滿足設計要求。

2.防滲排水設計

水閘的防滲排水設計主要是根據(jù)閘基地質情況及上下游水位條件等進行設計計算，其內容包括：進行水閘的地下輪廓布置，設計防滲、排水設施的型式、布置、構造和尺寸；滲流壓力計算；滲流坡降計算，驗算地基抗?jié)B穩(wěn)定性；濾層設計；防滲帷幕及排水孔設計；永久縫止水設計。除險加固的水閘應根據(jù)水閘存在的理由，按水閘實際的防滲、排水設施型式、布置、構造和尺寸進行防滲排水設計驗算。不同水閘存在理由不同，在除險加固設計時也應根據(jù)加固設計采取的措施，對改建后的排水設施進行復核計算。必須注意的是，一旦轉變了原防滲措施，須對滲流壓力進行計算，因為新增的防滲設施可能會轉變滲流壓力分布，影響到閘室穩(wěn)定。防滲設計時，一方面要注意特征水位變化引起的計算條件的變化，另一方面，也需盡可能根據(jù)已建水閘多年觀測的數(shù)據(jù)對地質參數(shù)進行必要的復核。

3.閘室結構布置及穩(wěn)定性分析

三類閘除險加固時，首先需根據(jù)新的設計條件對原結構進行分析計算，然后結合安全鑒定中結構存在的理由，采取必要的工程措施進行加固，同時按加固后的結構尺寸重新進行結構分析和穩(wěn)定驗算。驗算時應盡可能考慮工程措施中新老材料之間的差異性，以及這些差異將對工程安全運轉帶來的影響。
水閘結構分析及穩(wěn)定計算時，其荷載的計算也應考慮設計參數(shù)的轉變。同時，荷載組合中應對檢修工況荷載組合進行充分的考慮。有抗震要求時，應根據(jù)《水工建筑物抗震設計規(guī)范》的規(guī)定，對抗震設防烈度超過6 度的水工建筑物進行結構抗震設計校核。

4.地基處理及設計

當水閘發(fā)生不均勻沉降或者地基總體沉降量較大時，需根據(jù)地質情況重新復核地基承載力。閘室加固、防滲措施轉變時都需要重新驗算地基承載力。
由于閘基處于混凝土底板之下，且閘底板鋼筋混凝土厚度一般均在0.8m 以上，鋼筋間距較小，因此，直接對地基加固有一定困難。當?shù)鼗寻l(fā)生較大不均勻沉降時，需根據(jù)已有地質資料認真復核地基承載力，確定合理的加固措施。必要時增加地質勘探工作，取得更為合理的地基土的物理力學指標，確保采取的措施合理、經濟且施工可行。

5.慎重對待閘底板高程的調整

當因穩(wěn)定理由以及擋水等需要閘底板加固時，設計中一般會對加固后的閘室理由、底板結構進行必要的分析驗算。而在這種情況下，易于忽視因閘底板高程變化而對河流河床變形和水力參數(shù)變化的考慮。以攔河水閘閘底板高程抬高為例。首先，假設流量Q不變(恒定流)、沙粒徑D 沿程不變、河寬B 不變、糙率不變、河流處于沖淤平衡狀態(tài)，可以得到水流基本方程：
Q=B·C·h1/2·i1/2
式中，i 是水力坡降，C 是謝才系數(shù)。同時，河流基本輸沙方程為：
S=D-Pmun
S=BD-PmC（hi）n/2
式中，p 和n 均為指數(shù)，n 一般大于4，m 為系數(shù)，u 為流速。根據(jù)上述假定，對比降i 推導出方程：
SDPB（n-3)/3=mC2n/3Qn/3In/3
可以得出，當攔河閘閘底板高程抬高后，其上游河道河床比降i 變緩，而河流寬度沒有轉變，床沙粒徑D 沿程不變或轉變很小，在相同流量或來水過程下，水流的挾沙能力減弱，導致河流上游的淤積抬高。上游來沙將減少，將導致下游的沖刷。同時，上游河床比降變緩，同流量水位將會抬高，可能導致兩岸堤防加高。因此，當需要對閘底板高程進行轉變時，須對未來的河床演變和水面線影響作出合理的預測。

水閘底板涵洞