水閘

關閉閘門，可以攔洪、擋潮、蓄水抬高上游水位，以滿足上游取水或通航的需要。開啓閘門，可以泄洪、排澇、衝沙、取水或根據下游用水的需要調節流量。水閘在水利工程中的應用十分廣泛，多建於河道、 渠系、水庫、湖泊及濱海地區。

中國修建水閘的歷史悠久。公元前598～前591年,楚令尹孫叔敖在今安徽省壽縣建芍陂灌區時,即設五個閘門引水。以後隨建閘技術的提高和建築材料新品種的出現，水閘建設也日益增多。1949年後大規模現代化水閘的建設,在中國普遍興起,並積累了豐富的經驗。如長江葛洲壩樞紐的二江泄水閘，最大泄量為84000km3/s，位居中國首位，運行情況良好。國際上修建水閘的技術也在不斷髮展和創新，如荷蘭興建的東斯海爾德擋潮閘，閘高53m，閘身淨長3km，被譽為海上長城（見彩圖）。當前水閘的建設，正向形式多樣化、 結構輕型化、 施工裝配化、操作自動化和遠動化方向發展。

水閘，按其所承擔的主要任務，可分為：節制閘、進水閘、衝沙閘、分洪閘、擋潮閘、排水閘等。按閘室的結構形式，可分為：開敞式、胸牆式和涵洞式（圖1）。開敞式水閘當閘門全開時過閘水流通暢，適用於有泄洪、排冰、過木或排漂浮物等任務要求的水閘，節制閘、分洪閘常用這種形式。胸牆式水閘和涵洞式水閘，適用於閘上水位變幅較大或擋水位高於閘孔設計水位，即閘的孔徑按低水位通過設計流量進行設計的情況。胸牆式的閘室結構與開敞式基本相同，為了減少閘門和工作橋的高度或為控制下泄單寬流量而設胸牆代替部分閘門擋水，擋潮閘、進水閘、泄水閘常用這種形式。如中國葛洲壩泄水閘採用12m×12m活動平板門胸牆，其下為12m×12m弧形工作門，以適應必要時宣泄大流量的需要。涵洞式水閘多用於穿堤引(排)水，閘室結構為封閉的涵洞，在進口或出口設閘門，洞頂填土與閘兩側堤頂平接即可作為路基而不需另設交通橋，排水閘多用這種形式。

水閘由閘室、上游連接段和下游連接段組成（圖2）。閘室是水閘的主體,設有底板、 閘門、 啓閉機、閘墩、胸牆、工作橋、交通橋等。閘門用來擋水和控制過閘流量，閘墩用以分隔閘孔和支承閘門、胸牆、工作橋、交通橋等。底板是閘室的基礎，將閘室上部結構的重量及荷載向地基傳遞，兼有防滲和防衝的作用。閘室分別與上下游連接段和兩岸或其他建築物連接。上游連接段包括：在兩岸設置的翼牆和護坡，在河牀設置的防衝槽、護底及鋪蓋，用以引導水流平順地進入閘室，保護兩岸及河牀免遭水流沖刷，並與閘室共同組成足夠長度的滲徑，確保滲透水流沿兩岸和閘基的抗滲穩定性。下游連接段，由消力池、護坦、 海漫、 防衝槽、兩岸翼牆、護坡等組成，用以引導出閘水流向下游均勻擴散，減緩流速，消除過閘水流剩餘動能，防止水流對河牀及兩岸的沖刷。

水閘關門擋水時，閘室將承受上下游水位差所產生的水平推力，使閘室有可能向下遊滑動。閘室的設計，須保證有足夠的抗滑穩定性。同時在上下游水位差的作用下，水將從上游沿閘基和繞過兩岸連接建築物向下遊滲透，產生滲透壓力，對閘基和兩岸連接建築物的穩定不利，尤其是對建於土基上的水閘，由於土的抗滲穩定性差，有可能產生滲透變形，危及工程安全，故需綜合考慮閘址地質條件、上下游水位差、閘室和兩岸連接建築物佈置等因素，分別在閘室上下游設置完整的防滲和排水系統，確保閘基和兩岸的抗滲穩定性。開門泄水時，閘室的總淨寬度須保證能通過設計流量。閘的孔徑，需按使用要求、閘門形式及考慮工程投資等因素選定。由於過閘水流形態複雜，流速較大，兩岸及河牀易遭水流沖刷，需採取有效的消能防衝措施。對兩岸連接建築物的佈置需使水流進出閘孔有良好的收縮與擴散條件。建於平原地區的水閘地基多為較鬆軟的土基，承載力小，壓縮性大，在水閘自重與外荷載作用下將會產生沉陷或不均勻沉陷，導致閘室或翼牆等下沉、傾斜，甚至引起結構斷裂而不能正常工作。為此，對閘室和翼牆等的結構形式、佈置和基礎尺寸的設計，需與地基條件相適應，儘量使地基受力均勻，並控制地基承載力在允許範圍以內，必要時應對地基進行妥善處理。對結構的強度和剛度需考慮地基不均勻沉陷的影響，並儘量減少相鄰建築物的不均勻沉陷。此外，對水閘的設計還要求做到結構簡單、經濟合理、造形美觀、便於施工、管理，以及有利於環境綠化等。

水閘設計的主要內容如下。

閘址和閘檻高程的選擇 　根據水閘所負擔的任務和運用要求，綜合考慮地形、 地質、 水流、泥沙、施工、管理和其他方面等因素，經過技術經濟比較選定。閘址一般設於水流平順、 河牀及岸坡穩定、 地基堅硬密實、抗滲穩定性好、場地開闊的河段。閘檻高程的選定，應與過閘單寬流量相適應。在水利樞紐中，應根據樞紐工程的性質及綜合利用要求，統一考慮水閘與樞紐其他建築物的合理佈置，確定閘址和閘檻高程。

水力設計 　根據水閘運用方式和過閘水流形態，按水力學公式計算過流能力，確定閘孔總淨寬度。結合閘下水位及河牀地質條件，選定消能方式。水閘多用水躍消能，通過水力計算，確定消能防衝設施的尺度和佈置。估算判斷水閘投入運用後，由於閘上下游河牀可能發生衝淤變化，引起上下游水位變動，從而對過水能力和消能防衝設施產生的不利影響。大型水閘的水力設計，應做水力模型試驗驗證。

防滲排水設計 　根據閘上下游最大水位差和地基條件,並參考工程實踐經驗,確定地下輪廓線（即由防滲設施與不透水底板共同組成滲流區域的上部不透水邊界）佈置，須滿足沿地下輪廓線的滲流平均坡降和出逸坡降在允許範圍以內，並進行滲透水壓力和抗滲穩定性計算。在滲流出逸面上應鋪設反濾層和設置排水溝槽（或減壓井），儘快地、安全地將滲水排至下游。兩岸的防滲排水設計與閘基的基本相同。

結構設計 　根據運用要求和地質條件，選定閘室結構和閘門形式，妥善佈置閘室上部結構。分析作用於水閘上的荷載及其組合，進行閘室和翼牆等的抗滑穩定計算、地基應力和沉陷計算，必要時，應結合地質條件和結構特點研究確定地基處理方案。對組成水閘的各部建築物（包括閘門），根據其工作特點，進行結構計算。