水工建筑物水閘設(shè)計

主講人陳誠專業(yè)帶頭人副教授監(jiān)理工程師造價工程師2014.09城西湖退水閘荊江分洪閘復(fù)新河節(jié)制閘姜唐湖分洪閘引灤入津進水閘哈靈水道擋潮閘本項目包括以下教學(xué)內(nèi)容閘址選擇和閘孔設(shè)計水閘的認知水閘的兩岸連接建筑物水閘的消能防沖設(shè)計水閘的穩(wěn)定分析與地基處理閘門與啟閉機閘室的布置和構(gòu)造水閘的防滲排水設(shè)計水閘水利水電建筑工程水閘閘室的布置和構(gòu)造（1）能合理布置水閘底板、閘墩等結(jié)構(gòu)；（2）會合理布置閘室的縫與止水。

（1）掌握水閘底板、閘墩等布置和構(gòu)造；（2）掌握閘室的分縫與止水的構(gòu)造要求。

（1）按時到課，遵守課堂紀(jì)律，回答問題；（2）認真練習(xí)布置任務(wù)，按時上交作業(yè)；（3）認真完成預(yù)習(xí)任務(wù)。教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)技能目標(biāo)態(tài)度目標(biāo)教學(xué)任務(wù)1.底板布置與構(gòu)造2.閘墩布置與構(gòu)造4.工作橋與交通橋布置與構(gòu)造9.作業(yè)布置3.胸墻布置與構(gòu)造8.課堂小結(jié)與訓(xùn)練點評7.案例訓(xùn)練5.閘室的分縫與止水布置與構(gòu)造6.閘室縱剖面布置圖繪制

姓名問題回答情況成績XXX(1)XXX(3)XXX(3)XXX(2)XXX(1)XXX(2)（1）（2）（3）閘基下滲流對水閘有何影響？閘室由哪些部分組成？閘基的防滲、排水設(shè)施有哪些？課前復(fù)習(xí)提問某3級平原攔河閘為不設(shè)胸墻的開敞式水閘。共7孔，單孔凈寬8m。采用寬頂堰，堰頂與河床同高。閘基為軟基河床，河床高程30.0m。正常擋水位為38.50m。設(shè)計洪水位39.15m，校核洪水位40.35m。

（一）擬定底板尺寸項目重現(xiàn)年洪水流量（m3/s）閘前水位（m）下游水位（m）設(shè)計洪水2093739.1539.00校核洪水50122040.3540.20工程案例任務(wù)（四）擬定閘室的分縫及止水設(shè)備（二）擬定閘墩尺寸、型式（三）擬定工作橋、交通橋的型式、尺寸單元5閘室的布置和構(gòu)造閘室的主要結(jié)構(gòu)組成閘室是水閘的主體部分，由底板、閘墩、閘門、工作橋及交通橋等組成，有時還設(shè)有胸墻。閘室的結(jié)構(gòu)形式、布置要求：（1）保證抗滑穩(wěn)定，有足夠的重量；（1）荷載分布情況及承荷要求；影響閘室布置的因素有（2）結(jié)構(gòu)強度，有足夠的剛性；（3）沉陷要求，布置勻稱、合理分縫分塊，使地基應(yīng)力分布較均勻，并能適應(yīng)地基可能的沉降變形。（2）穩(wěn)定性要求；（6）建筑材料的要求。（3）投資的限制；（4）運用管理的要求；（5）地基的要求；任務(wù)1、底板的布置與構(gòu)造（一）底板的分類作用：底板是閘室的基礎(chǔ)，主要有傳遞荷載作用，同時還具有防滲、抗沖功能，是水閘的關(guān)鍵部位。鉆孔灌注樁底板平底板其他整體式分離式低堰底板箱式底板斜底板反拱底板是常用的底板形式1.平底板（1）整體式閘墩與底板澆筑成整體作用起著傳遞荷載和防沖、防滲的作用特點閘墩與底板整體澆筑沉降縫的位置設(shè)在閘墩或底板內(nèi)，上下貫通，縫中設(shè)止水按閘墩與底板的連接方式分為整體式和分離式?？p距與縫寬中等巖石20m，土基35m；縫寬2-3cm底板長度初擬底板厚度砂礫石地基（1.5~2.5）H砂土、沙壤土（2.0~3.5）H粘壤土地基（2.0~4.0）H粘土地基可?。?.5~4.5）HH為上下游最大水位差大中型水閘?。?/6~1/8）閘孔凈寬，常用1~2.0m小水閘可薄些，常用0.3~0.7m構(gòu)造材料C15~C20混凝土，滿足強度、抗?jié)B、抗沖要求優(yōu)點抗震性能較好缺點厚度大，鋼材用量多，適用于承載力不好、地震區(qū)。（2）分離式底板特點底板與閘墩分別澆筑，底板與閘墩結(jié)構(gòu)上分離獨立，底板分為小底板和閘墩底板。閘墩底板：承擔(dān)傳遞荷載小底板：僅起防滲、防沖及穩(wěn)定的作用作用優(yōu)點底板可不配筋，或配少量的筋，也可用漿砌石材料，可節(jié)約三材，降低造價。缺點適用于承載能力較大的地基，如緊密或中等密集的砂土及砂壤土上。小底板厚度縫的位置在閘墩附近處底板內(nèi)，小底板與閘墩底板之間的縫應(yīng)設(shè)水平止水。在閘門處，還應(yīng)在水平止水的上面設(shè)垂直止水。按自身抗浮穩(wěn)定要求確定材料常用砼或漿砌石建造，但用漿砌石時，其表面仍宜澆一層15cm左右厚的砼，使其平整光滑，并有利于防滲防沖。止水要求高，施工進度慢。整體性、抗震性差。實用任務(wù)2

、閘墩的布置與構(gòu)造分隔閘孔，承受由閘門與胸墻傳來的水壓力，支承閘門及上部構(gòu)造。作用水流平順，側(cè)向收縮小，過水能力大。墩頭外形半圓形

大中型水閘常用，多用于中墩中留有沉降縫。流線型

墩中無縫常用此形，不宜用在上游端。三角形

小型水閘與閘底板同長或稍短閘墩長度通常指胸墻或岸墻上游部分的頂高程閘頂高程max根據(jù)布置具體確定，可與上游同高，也可降低。（如交通橋要與兩岸堤頂適應(yīng)）下游閘頂高程可能比閘頂?shù)秃芏嚅l門頂高程工作門槽和檢修門槽的布置工作門槽位置：閘墩中線前1~2m工作門槽寬0.5~1.0m；深0.3~0.5，門槽寬深比1.6~1.8檢修門槽寬0.15~0.3；深0.15~0.25兩門槽間距≥1.5m門槽處厚≥0.4m常為鉛直面，如在長度方向有富裕，兩端可做成10:1~5:1豎坡，布置不下閘墩可外挑。

閘墩上下游面弧形閘門不設(shè)閘門槽由牛腿支承，但仍設(shè)檢修閘門邊墩布置詳圖（0.3~0.5）+0.4=（0.7~0.9）m邊墩厚度中墩布置詳圖2×（0.3~0.5）+0.4=（1.0~1.4）m中墩厚度縫墩布置詳圖2×（0.3~0.5）+2×

0.4=（1.4~1.8）m縫墩厚度任務(wù)3

、胸墻的布置與構(gòu)造減小閘門高度，降低閘門啟閉力。作用高程

頂部高程與閘墩同底部高程根據(jù)流量決定，胸墻迎水面底緣應(yīng)做成圓弧形可設(shè)在閘門上游，也可設(shè)在閘門下游。位置弧形閘門，胸墻設(shè)在閘門上游側(cè)，以便弧形閘門長支臂平面閘門，胸墻可設(shè)在閘門上游，也可設(shè)在閘門下游（1）止水應(yīng)在閘門前面，止水結(jié)構(gòu)復(fù)雜且易磨損；（1）止水應(yīng)在閘門后面，可利用水壓力把閘門壓緊在胸墻上，止水簡單效果好；胸墻設(shè)在閘門上游優(yōu)缺點胸墻設(shè)在閘門下游優(yōu)缺點（3）工程上用的不多，小型水閘的胸墻一般設(shè)在閘門下游，便于止水，還可利用門頂上水重增加穩(wěn)定。（2）起吊鋼絲繩或螺桿易銹蝕；（3）大中型水閘可設(shè)在門前，因門頂上無水重，可減小啟門力。（2）起吊鋼絲繩或螺桿不易銹蝕，閘門運行條件好；胸墻結(jié)構(gòu)上薄下厚的楔形板；板式胸墻板梁式胸墻肋形胸墻適用于小跨度（1~6m）；最小板厚不小于0.2m。適用于大跨度水閘，孔徑≥6m，板厚不小于12cm；板式胸墻板梁式胸墻肋形胸墻胸墻結(jié)構(gòu)頂梁高度為閘孔跨度的1/12~1/15，梁寬常取40~80cm；梁底高度為閘孔跨度的1/8~1/9，梁寬常取60~120cm；保證有足夠的剛度，面板厚度不宜小于20cm?？稍鲈O(shè)（中）橫梁及豎梁，適用于當(dāng)胸墻的高度（大于5m，跨度均較大時。板式胸墻板梁式胸墻肋形胸墻胸墻結(jié)構(gòu)支承方式胸墻—胸墻與閘墩分開澆筑，縫間設(shè)止水。縫內(nèi)可設(shè)油毛氈并涂以瀝青止水，分離式底板采用。預(yù)制的簡支式現(xiàn)澆的固結(jié)式結(jié)構(gòu)特點優(yōu)點迎水面不易產(chǎn)生裂縫。缺點胸墻截面尺寸較大胸墻與閘墩同期澆筑，胸墻鋼筋伸入閘墩預(yù)制的簡支式現(xiàn)澆的固結(jié)式結(jié)構(gòu)特點優(yōu)點增強閘室的整天性和剛度，胸墻截面面積較小缺點迎水面靠閘墩附近容易產(chǎn)生裂縫，當(dāng)閘室采用底板分縫時，不宜采用固結(jié)式胸墻。支承方式任務(wù)4、工作橋與交通橋的布置與構(gòu)造為了安置閘門啟閉機械和操作管理的需要作用1.工作橋在閘墩或排架柱上架設(shè)工作橋，由啟閉設(shè)備、閘門類型、布置和啟閉方式定位置T型梁、形式型梁保證閘門開啟能泄放最大流量，能將閘門取出檢修

橋面高程

（2）閘墩低，不能滿足工作橋高程要求，在閘墩上設(shè)排架，將橋置于排架上；或橋面高程=底板高程+門高的兩倍+（1.0~1.5）超高工作橋面高=橫梁底緣高程+橫梁高橫梁底緣高程=▽水max+閘門高+吊鉤高+安全超高（3）有通航要求的水閘，橋高應(yīng)滿足通航要求。（1）閘墩高能滿足工作橋高程要求，工作橋可直接放在閘墩上；工作橋面高=橫梁底緣高程+橫梁高橫梁底緣高程=▽水max+閘門高+吊鉤高+安全超高取決于啟閉機的類型、容量和操作需要橋的寬度（1）應(yīng)滿足安置啟閉機所需寬度外，還應(yīng)在兩側(cè)各留0.6～1.2m以上富裕寬度，以供操作及設(shè)置欄桿之用；縱梁的構(gòu)造（1/8~1/10）跨度梁高

（1/2.5

~1/4）梁高，但不小于25cm

梁寬橫梁高=（2/3

~3/4）縱梁高，布置在啟閉機下面橫梁可直接置于梁上，也可用加寬縱梁翼緣形成，一般為厚8

~12cm面板工作橋面寬度=基座寬度+2×操作寬度+2×墻后+2×富余寬度+2×外陽臺寬度（2）小型水閘總寬度在2~2.5m之間；（3）大型水閘總寬度在2.5~4.5m之間。2.排架立柱中心位置：兩立柱中心分別在工作橋兩縱梁的中心，使立柱軸心受壓立柱斷面尺寸排架頂高程=工作橋縱梁底緣高程排架高=排架頂高程-閘墩高程長邊b1=（1/20~1/30）H，常用尺寸0.4~

0.7m橫梁斷面尺寸橫梁間距≤立柱間距，使排架近似正方形框架布置高h2

=（1/6~1/8）l，寬b2=（1/1.5~1/2）h2補角：10~15cm短邊h1=（1/1.5~1/2）b1

，常用尺寸0.3~0.5m懸臂長≥b1/2，高度≥b1=0.5m，挑角θ=30°～45°牛腿在閘墩上應(yīng)架交通橋，以溝通兩岸交通作用3.交通橋①閘室穩(wěn)定要求；位置與兩岸堤頂同高，同時要與閘墩下游布置相協(xié)調(diào)橋面高程（1）單車道凈寬4.5m，雙車道7~9m橋面寬②與兩岸連接的情況；③在閘室低水位一側(cè)（一般設(shè)在閘室下游）；④橋下凈空應(yīng)不影響泄流；⑤橋面高程保證不受風(fēng)浪侵襲。（2）最小橋?qū)挷粦?yīng)小于3.0m（3）人行道寬0.75~1.5m（單側(cè)），人流多設(shè)置（4）安全帶25×25cm，人流少設(shè)置（5）欄桿高1.1~1.3交通橋結(jié)構(gòu)形式板式交通橋梁板式交通橋拱式交通橋興隆泄洪閘交通橋板式交通橋梁板式交通橋拱式交通橋連云港磨山河橋閘交通橋交通橋結(jié)構(gòu)形式板式交通橋梁板式交通橋拱式交通橋某景觀水閘交通橋交通橋結(jié)構(gòu)形式任務(wù)5、閘室的分縫與止水布置與構(gòu)造水閘沿軸線隔一定距離須設(shè)沉降縫，兼作溫度縫，以免因地基不均勻沉降及溫度變化產(chǎn)生裂縫。原因1.閘室的分縫在相鄰結(jié)構(gòu)、荷重相差懸殊、面積較大、結(jié)構(gòu)較長的地方位置類型水平縫鉛直縫縱向縫橫向縫護坦與翼墻之間的結(jié)構(gòu)縫，護坦縱縫底板與消力池之間的結(jié)構(gòu)縫如閘墩縫、翼墻與邊墩之間的結(jié)構(gòu)縫巖基不宜超過20m，土基不宜超過35m?？p距

2~3cm縫寬整體式底板分離式底板設(shè)在底板中間設(shè)在閘墩中間在底板與閘墩之間設(shè)縫分開方式縫設(shè)在閘墩中間保證不均勻沉降時閘孔不變形，閘門仍可正常工作優(yōu)點閘墩厚度增加，工程量增大缺點縫設(shè)在底板中間可減小閘墩厚度和水閘總寬優(yōu)點地基不均勻沉降可能影響閘門工作缺點水閘分縫總體布置防止水從結(jié)構(gòu)縫中滲入或流出。作用2.止水布置與構(gòu)造凡具有防滲要求的縫必須設(shè)至水，其它縫鋪粘瀝青毛氈。位置要求

垂直止水與水平止水相交處必須連接成密封系統(tǒng)①滿足防滲要求；材料

一般采用一道塑料或橡膠止水，重要大型水閘設(shè)兩道止水，第一道采用紫銅片。②能適應(yīng)溫度及沉降引起的變形；③構(gòu)造簡單、施工方便。紫銅片止水橡膠止水設(shè)在鋪蓋、底板、護坦自身分縫內(nèi)類型水平止水鉛直止水交叉止水位置鋪蓋與底板之間結(jié)構(gòu)縫內(nèi)底板與護坦之間結(jié)構(gòu)縫內(nèi)鋪蓋與上游翼墻之間結(jié)構(gòu)縫內(nèi)護坦與下游翼墻之間結(jié)構(gòu)縫內(nèi)設(shè)在縫墩縫內(nèi)水平止水鉛直止水交叉止水位置類型邊墩與上下游翼墻的結(jié)構(gòu)縫內(nèi)上下游翼墻自身分縫的結(jié)構(gòu)縫內(nèi)水平縫叉處水平止水鉛直止水交叉止水位置類型鉛直縫與水平縫交叉處任務(wù)6

、閘室縱剖面布置圖繪制任務(wù)7、案例訓(xùn)練（一）設(shè)計閘底板（2）閘底板長度：粉質(zhì)壤土底板長為2H=2×8.5=17m，考慮布置上部結(jié)構(gòu)需要，取18m。由于在平原地區(qū)土基上修建水閘，（1）采用整體式平底板，本水閘閘室沉陷縫設(shè)在閘墩中間。（3）閘底板厚度：取1/5H=1.6m，取1.5m。（4）齒墻的尺寸。深度為1m，寬度為1.0m。

以便于工作人員檢修，兩門間凈距3.0m（二）閘墩設(shè)計墩頭形式采用半圓形墩頭長度與底板同長，為18m厚度中墩1.2m，縫墩1.6m，邊墩1.0m工作門槽槽深30cm，槽寬80cm檢修門槽槽深20cm，槽寬20cm兩槽凈距另根據(jù)《水閘設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定有防洪任務(wù)的攔河閘閘墩高程不應(yīng)低于兩岸堤頂高程，而兩岸堤頂高程為41.00m，經(jīng)比較后取閘墩高度為41.00-30.00m=11.00m。閘門頂高程=最高的擋水位+0.3-0.5m=38.5+0.5=39m閘墩高度：用下列計算值的大值1）=校核洪水位時水深+安全超高=10.35+0.5=10.85m。2）=設(shè)計洪水位時水深+安全超高=9.15+0.7=9.85m；3）=正常擋水位時水深+浪高+安全超高=8.5+0.59+0.4=9.49m根據(jù)計算墩高最大值為10.85m。（三）工作橋設(shè)計工作橋?qū)挾?基座寬度+2×操作寬+2×墻厚+2×陽臺寬=2+2×1+2×0.24+2×0.6=6m橋面高程=工作橋底緣高程+橫梁高=50.35+0.5=50.85m橫梁底緣高程=▽最高水位+閘門高+吊鉤高+安全超高=40.35m+9+0.5+0.5=50.35m橋高=1.0m橋梁形式：∏形梁，縱梁寬0.3m，翼板端部厚0.2m（四）排架設(shè)計立柱中心距離=1.8+2×0.3+0.8=3.2m立柱斷面尺寸排架頂高程=50.85-1=49.85m排架高=排架頂高程-閘墩高程=49.85-41=8.85m長邊b1=（1/20~1/30）H=（1/20~1/30）×8.85，取0.5m橫梁斷面尺寸橫梁間距≤立柱間距，取3.0m橫梁高h2

=（1/6~1/8）l，取0.5m橫梁寬b2=（1/1.5~1/2）h2，取0.4m短邊h1=（1/1.5~1/2）b1

，取0.4m補角：15×15cm牛腿：懸臂長≥b1/2=0.5/2=0.25m，取0.3m高度≥b1=0.5m，取0.5m挑角θ=30°~45°，取45°

（五）交通橋設(shè)計橋?qū)挾炔捎秒p車道，7~9m，取8.0m橋面高程=縱梁底緣高程+縱梁高