水闸的外观造型设计及加固设计
摘要：本文就水闸设计中的外观造型设计及加固设计中推广新材料、新技术、提高水闸运行安全,从而改善水闸运行功能等进行了阐述。以底板部位易出现的问题入手，对如何进一步控制混凝土质量进行分析探讨。
关键词：水闸；外观造型设计；底板；除险加固工程
1水闸外观造型设计
经济的发展和生活水平的提高，对建筑物的外观造型、环境景观的要求越来越高。水闸就坐落在水中，有着得天独厚的条件，一座工程应当成为一处人与自然结合的景观。但多数水闸的造型设计跟不上时代步伐，这也是水闸设计中应当着重研究和加强的问题。水闸型式的选择,一定要结合当地地形、地质、河道特性、施工管理等因素因地制宜地综合考虑,不可盲目地追求新颖闸型。在方案比较阶段应优先考虑常规闸型,其次是特殊闸型。
1.1整体式水闸
整体式水闸是一种传统的常规闸型,优点是闸底板和闸墩固接在一起,即使闸体或闸基产生微小的变形和位移,不影响闸门的启闭和运用,故有较强的适应能力;其次闸室两侧采用岸墙结构显得总体布置紧凑,两岸形成的裹头有利于阻滞和削减地下水侧向绕渗和接触渗流。缺点是体积、设计工作量和施工难度较大。
50年代修建的水闸均为整体式。这种闸型除在窄深式河道或有特殊要求的条件下采用外,一般情况采用较少。不过这个时期修建的整体式水闸同50年代相比,已有所不同。50年代修建的整体式水闸,其闸室两侧均设空箱岸墙做为闸室与回填土之间的过渡。后来修建的整体式水闸取消了空箱岸墙,使边墩兼做挡土墙用。为了减小边墩和上下游翼墙的土压力,一般都采取了适当的减载措施,如局部降低靠近边墙附近的回填土高度等。概括起来,整体式水闸是一种基本的闸型,适用于各种地形地质条件,在进行方案比较尤其是水闸孔数较少时应优先予以考虑。
1.2河床式闸型
河床式水闸与整体式水闸相比,是一种新式闸型。通过水工试验和近40年来的运用实践,这种闸型将闸室结构改为分离式,使通常采用弹性地基梁计算的整体式结构转化为简单的悬臂梁,从而大大减少了设计工作量。其次这种闸型取消了高大的岸墙和土压力计算,解决了由于边荷载过大而引起的地基承载力不足的问题。此外它还具有工程量小、施工方便和宣泄大流量时闸前水流流态较好等优点。但也发现少数闸孔开启时下游回流较大和两侧边坡因底部轮廓规则顺直易引起接触渗透变形等间题,尤其是后者应特别给予重视。为此,运用时一定要先将中孔全开后,再开启边孔。河床式水闸适用于宽浅式河道,尤其是对于滩地
行洪的复式河槽采用这种闸型更为有利。对于窄深式河道,若采用河床式布置则由于两侧边孔孔数过多,经济上不一定合算,再说蓄水位过高将使两岸的绕渗问题更为突出。
1.3粉细砂地基建闸
粉细砂地基的承载力较高,一般均能满足建筑物的要求。粉细砂地层的渗透性强,在水流作用下极易产生管涌、流砂等渗透变形破坏,因此对建筑物的危害极大。为了防止和消除粉细砂地基渗流变形对水工建筑物的危害,在修建建筑物时应将闸室上游防渗段范围,包括渠底和边坡下部的粉细砂层采用换土法修筑人工粘土铺盖,或者采用垂直防渗措施,并在闸下排水范围做好反滤,以防粉细砂粒被渗透水流带出。
2水闸底板混凝土的分析
水库除险加固设计中，水闸的加固设计应用很广，也是非常重要的，水闸的重点部位例如底板、闸墩等混凝土的控制分析也就变为尤为重要了。其中,底板部位易出现问题，长期以来困扰着工程界。该问题的出现，给水闸工程带来了多方面不同程度的危害，所以在进行水闸设计时，一定要根据闸址附近的地形、地质条件和水文、施工、管理等因素，认真研究，合理布置。
目前在对待混凝土底板结构问题上，一般是允许出现裂缝，而对其宽度进行一定的限制，不同国家和地区对不使用环境和要求下的混凝土建筑物的裂缝宽度有不同的控制标准。我国《混凝土结构设计规范》允许裂缝宽为0.2-0.3毫米，在对待裂缝问题上提出限制与允许的两种方法。变形变化引起的约束应力首先要求结构所处的环境能给结构以变形的机会，即变形得到满足，则不会产生约束应力。
在全自由状态下，结构可以有任意长度、任意温差不产生约束应力，因此给结构创造自由变形的条件就是允许原则。在实际工程中,全自由的理想状态不易做到，但是可减少约束，释放大部分变形，使之出现较低的约束应力；当结构处于全约束状态，要让任意长度不设伸缩缝亦不开裂，则只须所选用的结构材料具有足够的抗拉强度和极限拉伸即可。该设计原则称为限制原则。一般说来，对于限制原则，必须有足够的强度储备；采取允许原则，必须有充分的变形余地。现在一般认为，混凝土建筑物不出现裂缝是不可能的，或是很困难的。防止裂缝出现，在材料、设计、施工、运行和维护等方面均有一定的研究，但还不够完善或效果不是十分明显。在水工结构工程中，以限制原则为主，力求工程各部位都不裂缝。
水闸在水利工程中应用很广，底板部位易出现问题，除了混凝土本身特性，还有外部环境的影响等等。水闸底板混凝土产生问题是各种因素共同作用的结果,但是各种因素并不是互相独立的，所以我们对待水闸底板混凝土存在的问题一定要尤其注意。
3关于水闸除险加固工程初步建设设计中的几点体会
3.1勘察设计在水闸除险加固工程设计中,发现原工程设计资料不全。所以,在工程建设时,要坚持先勘察、后设计、再施工的原则。严禁凭经验提高工程设计,要全面加强对现场勘察,纲要编制,原始资料收集和成果资料审核等管理。
3.2土工布的应用①早在80年代初期我国就开始土工布成材料的应用和研究,由于土工布具有天然材料所不具备的优越性,工程施工方便、造价低、反滤、排水、隔离、加筋、防护等功能。故在各种工程建设中皆有广泛用途,引起了广大工程人员的高度重视,这次水闸除险加固工程中,利用土工布作反滤、防护等功能,起到了良好效果。②环氧乳液防腐涂料的应用,水闸所处的环境严劣,钢筋、砼构件腐蚀当严重,使工程建筑物的安全受到威胁。采用环氧乳汁厚浆涂料,是由低分子量双环氧树脂、固化剂、水泥、抗裂组成,具有良好的抗碳化,抗氯离子侵蚀能力,有较高的抗压强度。作为砼表面防护材料,改善了砼表面结构和性能,有效地阻止外界有害杂物质侵入,从而起到保护钢筋砼的作用。③钢闸门的设计施工防腐,采用DC—IC两大希酸橡胶防腐底(面)漆为基料加入改性树脂,化学助剂、防腐蚀颜料组成。既具有互穿网络涂料的特性,又保留了橡胶漆单组份常温高联固化,可制成厚膜型涂料的特点。对工程施工更加方便安全,有很好的耐侵性,装饰性和防腐性等优良性能,对钢闸门的防腐起到良好性能。
3.3控制好水闸施工质量水闸施工阶段质量控制是工程关键环节,保证工程设计意图最终实现。因此,应抓好施工质量,健全质量管理制度;质量监督制度;质量检测制度及质量保修制度;确保工程安全,提高工程的投资效益,环境效益和社会经济效益。
3.4健全管理水闸在运行管理与闸下的消能紧密相关,在水闸排洪应保证下游水跃发生在消力池内,保证水流平稳扩散,避免产生其他不许可水流偏流。所以在除险水闸按设计加固施工外,应提高水闸运行管理制度,充分发挥水闸及消能设施的安全。
4小结
水闸在排洪挡潮等方面起着重要的作用,水闸提高了自身抗御风暴潮袭击能力,促进区域经济发展取得了良好的社会效益,经济效益和环境效益,为水利建设创造作出更大的贡献。以上是本文笔者对水闸设计中存在的几个问题简单的分析阐述。
参考文献
1李志强霍正存杨继庚《从改造后的屈家店枢纽谈水闸建筑造型设计艺术》水利水电工程设计2004年01期
2林水珍冯伯强冯建中《软土地基轻型水工建筑物设计浅议》《浙江水利科技》1995年04期
3邱权震,水工建筑与造型《广东水利水电》2001年第02期
