1、第四章 水閘,第一節(jié) 概述 第二節(jié) 水閘的孔口尺寸確定 第三節(jié) 水閘的消能防沖設(shè)計 第四節(jié) 水閘的防滲排水設(shè)計 第五節(jié) 閘室的布置與構(gòu)造 第六節(jié) 閘室穩(wěn)定驗算及地基處理 第七節(jié) 閘室結(jié)構(gòu)計算 第八節(jié) 兩岸連接建筑物 第九節(jié) 閘門與啟閉機,第一節(jié) 概述,一、水閘的類型 （一）按水閘所承擔(dān)的任務(wù)分類 （1）進(jìn)水閘。建在河道、水庫、湖泊的岸邊及渠道的首部，用于引水并控制引水流量，以滿足灌溉、發(fā)電或供水需求。 （2）節(jié)制閘。在河道上或渠道上建造，枯水期用以抬高水位滿足上游取水或航運的需要；洪水期控制下泄流量，保證下游河道安全。 （3）沖沙閘。主要建在多泥沙河道上，用于排除進(jìn)水閘、節(jié)制閘前或渠道淤積的泥

2、沙，減少引水水流的含沙量。 （4）分洪閘。建于天然河道的一側(cè)。用來將超過下游河道安全泄量的洪水泄入湖泊、洼地等滯洪區(qū)，以削減洪峰保證下游河道安全。 （5）排水閘。常建于江、河沿岸或排水渠道末端，用以排除兩岸低洼地區(qū)的澇漬水及防止江河洪水倒灌。具有雙向擋水的特點。 （6）擋潮閘。建在入海河口附近，漲潮時關(guān)閘防止海水倒灌，退潮時開閘泄水。具有雙向擋水的特點。,（二）按閘室結(jié)構(gòu)型式分類 （1）開敞式水閘。 開敞式水閘閘室是露天的，可分為無胸墻和有胸墻兩種型式。 （2）涵洞式水閘。 水閘修建在河、渠堤之下時，便成為涵洞式水閘。根據(jù)水力條件的不同，可分為有壓式和無壓式兩類。 （三）按過閘流量大小分類 大

3、（1）型水閘。過閘流量大于5000m/s。 大（2）型水閘。過閘流量10005000m/s。 中型水閘。過閘流量為1000100m/s。 小（1）型水閘。過閘流量為20100m/s。 ?。?）型水閘。過閘流量小于20m/s。,二、水閘的工作特點和設(shè)計要求 水閘的地基可以是巖基或土基，且多修建在土質(zhì)地基上。因而它在抗滑穩(wěn)定、防滲、消能防沖及沉陷等方面具有以下工作特點和設(shè)計要求。 （1）土基的沉陷問題。 （2）過閘水流具有較大動能。 （3）土基的抗滑穩(wěn)定性差。 （4）滲流易使閘下產(chǎn)生滲透變形。,三、水閘的組成 水閘一般由上游連接段、閘室段和下游連接段三部分組成。 （1）閘室段。閘室段是水閘的主體，

4、有控制水流和連接兩岸的作用。包括底板、閘墩、閘門、胸墻、工作橋及交通橋和啟閉機房等。 （2）上游連接段。主要作用是引導(dǎo)水流平順、均勻地進(jìn)入閘室，保護(hù)上游河床及兩岸免于沖刷，并有防滲作用。一般包括上游翼墻、鋪蓋、護(hù)底、兩岸護(hù)坡及上游防沖槽等。 （3）下游連接段。主要作用是將下泄水流平順引入下游河道，有消能防沖及防止發(fā)生滲透破壞的功能。一般包括護(hù)坦、海漫、下游防沖槽、下游翼墻及護(hù)坡等。 四、水閘的等級劃分和洪水標(biāo)準(zhǔn) 見書中表格。,第二節(jié) 水閘的孔口尺寸確定,一、底板型式選擇 閘底板型式有寬頂堰和低實用堰兩種。 （1）平底板寬頂堰具有結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、有利于排沙沖淤、泄流能力比較穩(wěn)定等優(yōu)點；其缺點

5、是自由泄流時流量系數(shù)小，閘后比較容易產(chǎn)生波狀水躍。 （2）低實用堰有WES低堰、梯形堰和駝峰堰等型式，其優(yōu)點是自由泄流時流量系數(shù)較大，可縮短閘孔寬度和減小閘門高度，并能攔截泥沙入渠；缺點是泄流能力受下游水位變化的影響顯著，當(dāng)淹沒度增加時，泄流能力急劇下降。,二、閘底板高程的選定 一般情況下，節(jié)制閘、泄洪閘、進(jìn)水閘或沖沙閘的閘底板高程宜與河（渠）底齊平，以便多泄（引）水，多沖沙；多泥沙河流上的進(jìn)水閘、分水閘及分洪閘，在滿足引水、分水或泄水的條件下，閘底板高程可比河（渠）底略高些；排水閘（排澇閘）、泄水閘或擋潮閘，閘底板高程應(yīng)盡量定得低些。 三、過閘單寬流量的確定 應(yīng)綜合考慮下游河床或渠道的地質(zhì)條

6、件、水閘上下游水位差、下游尾水深度、閘室總寬度與河道寬度的比值、閘的結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點和下游消能防沖設(shè)施等因素來確定。,四、閘孔寬度的確定 根據(jù)已確定的過閘流量、上下游水位、底板高程、閘孔型式和堰型，即可用水力學(xué)公式計算水閘的閘孔尺寸。 （一）閘孔總凈寬度的確定 （二）單孔凈寬與閘孔數(shù)目的確定 （三）閘室總寬度的確定,第三節(jié) 水閘的消能防沖設(shè)計,一、過閘水流的特點 （1）水閘初始泄流時，閘下水深較淺，隨著閘門開度的增加水深逐漸加深，出閘水流從孔流到堰流，從自由出流到淹沒出流都會發(fā)生。 （2）當(dāng)水閘的上下游水位差較小時，閘下易產(chǎn)生波狀水躍。 （3）過閘水流都是先收縮后擴散，若設(shè)計不當(dāng)或管理不善，下泄水

7、流不能均勻擴散，主流集中，形成折沖水流。,二、消能防沖設(shè)計的水力條件 （一）閘下水流的消能方式 平原地區(qū)的水閘，水頭低，下游河床抗沖能力差，且承受水頭不高，宜采用底流式消能。當(dāng)水閘承受較高水頭，且閘下河床及岸坡為堅硬巖體時，可采用挑流消能。當(dāng)水閘閘下尾水深度較大，且變化較小，河床及岸坡抗沖能力較強時，可采用面流消能。在挾有較大礫石的多泥沙河流上，不宜設(shè)消力池，可采用抗沖耐磨的斜坡護(hù)坦與下游河道連接，末端應(yīng)設(shè)防沖墻。,（二）消能防沖的水力條件選擇 不同類型的水閘，其泄流特點各不相同，因而控制消能設(shè)計的水力條件也不盡相同。 攔河節(jié)制閘宜以在保持閘上最高蓄水位的情況下，以排泄上游多余來水量為控制消能

8、設(shè)計的水力條件；當(dāng)閘的下游河道已渠化時，應(yīng)考慮下一級的蓄水位對閘下水位的影響。分洪閘宜以閘門全開，以通過最大分洪流量為控制消能設(shè)計的水力條件。排水閘（排澇閘）宜以冬、春蓄水期排澇流量為控制消能設(shè)計的水力條件。,三、底流式消能設(shè)計 在我國，水閘多修建在平原地區(qū)的土基上，因此底流式消能是主要消能型式。底流式消能的作用是增加下游水深，以保證產(chǎn)生淹沒式水躍，防止土基沖刷破壞，保證閘室安全。底流式消能防沖設(shè)施由消力池、海漫、防沖槽等部分組成。 （一）消力池 1、消力池型式的選用 2、消力池的尺寸確定 3、消力池的構(gòu)造,（二）輔助消能工 消力池內(nèi)除設(shè)置尾檻外，也常設(shè)置消力墩、消力齒等輔助消能工，其目的是使

9、水流受阻，促使水流撞擊，形成渦流，加強紊動擴散，穩(wěn)定水躍，減小消力池尺寸，提高消能效果，節(jié)省工程量。 （三）海漫 1、海漫長度計算 2、海漫的布置及構(gòu)造 海漫在構(gòu)造上要求有：一定的粗糙度，以利進(jìn)一步消除余能；有一定的透水性，以降低揚壓力；有一定的柔性，以適應(yīng)河床的變形。,（四）防沖槽 水流經(jīng)過海漫后，多余能量得到進(jìn)一步消除，但海漫末端處仍有沖刷現(xiàn)象。為保護(hù)海漫，常在海漫末端設(shè)置防沖槽。 四、波狀水躍及折沖水流的防止措施 （一）波狀水躍的防止措施 （二）折沖水流的防止措施 五、上游河床和上下游岸坡的防護(hù),第四節(jié) 水閘的防滲排水設(shè)計,水閘防滲排水設(shè)計的一般步驟：根據(jù)水閘作用水頭的大小、地基地質(zhì)條件

10、和下游排水情況，初步擬定地下輪廓線；進(jìn)行滲流分析，計算閘底板滲透壓力，并驗算地基土的滲透穩(wěn)定性；若抗滑穩(wěn)定和滲透穩(wěn)定均滿足要求，即可采用初擬的地下輪廓線，否則，應(yīng)重新修改地下輪廓線。,一、閘基防滲長度及地下輪廓線布置 （一）閘基防滲長度的確定 在上下游水位差的作用下，上游水從河床入滲，繞過上游鋪蓋、板樁、閘底板經(jīng)過反濾層由排水孔排至下游。其中鋪蓋、板樁和閘底板等不透水部分與地基的接觸線，即閘基滲流的第一根流線，稱為地下輪廓線。其長度即為閘基防滲長度（又稱為滲徑長度）。,（二）閘基防滲排水布置 閘基防滲排水布置，即進(jìn)行地下輪廓線布置，主要是進(jìn)行閘基防滲排水輪廓線形狀及尺寸的確定。 （1）布置原則

11、，“高防低排”。 （2）布置方式 1）黏性土地基。 2）砂性土地基。 3）地震區(qū)的均勻粉砂、細(xì)砂地基。,二、閘基滲流計算 （一）全截面直線分布法 （二）改進(jìn)阻力系數(shù)法 （三）直線比例法（滲徑系數(shù)法） 三、防滲排水設(shè)施 （一）鋪蓋 （二）板樁 （三）齒墻及混凝土防滲墻 （四）水泥砂漿帷幕、高壓噴射灌漿帷幕及垂直防滲土工膜 （五）排水設(shè)施 四、水閘的側(cè)向繞滲,第五節(jié) 閘室的布置與構(gòu)造,一、底板 （一）整體式底板 當(dāng)閘墩與底板澆筑或砌筑成整體時，稱為整體式底板。整個底板是閘室的基礎(chǔ)，起著承受荷載、傳遞荷載、防沖和防滲的作用。 （二）分離式底板 在閘墩附近設(shè)縫，將閘室底板與閘墩斷開的，稱為分離式底板。

12、縫中設(shè)止水。其閘室上部結(jié)構(gòu)的重量將直接由閘墩或連同部分底板傳給地基。 （三）底板尺寸及要求,二、閘墩與胸墻 （一）閘墩 閘墩的作用是分隔閘孔，并支撐閘門、工作橋等上部結(jié)構(gòu)。閘墩的外形輪廓應(yīng)滿足過閘水流平順、側(cè)向收縮小、過流能力大的要求。上游墩頭可采用半圓形或尖角形，下游墩尾宜采用流線形。,（二）胸墻 胸墻常用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)做成板式或梁板式。它與閘墩的連接方式有簡支和固接兩種。 胸墻相對于閘門的位置取決于閘門的型式。若采用弧形閘門，胸墻設(shè)在閘門上游側(cè)；若采用平面閘門，胸墻可設(shè)在閘門上游側(cè)，也可設(shè)在閘門下游側(cè)。,三、工作橋、交通橋 為了安裝啟閉設(shè)備和便于工作人員操作的需要，通常在閘墩上設(shè)置工作橋。

13、工作橋的高程與閘門和啟閉設(shè)備的型式、閘門高度有關(guān)，一般應(yīng)使閘門開啟后，門底高于上游最高水位，以免阻礙過閘水流。 建閘后，為便于行人或車馬通行，通常也在閘墩上設(shè)置交通橋。交通橋的位置應(yīng)根據(jù)閘室穩(wěn)定及兩岸交通連接的需要而定，一般布置在閘墩的下游側(cè)。,四、分縫與止水 （一）分縫方式與布置 除閘室本身分縫以外，凡是相鄰結(jié)構(gòu)荷重相差懸殊或結(jié)構(gòu)較長、面積較大的地方也要設(shè)縫分開。 （二）止水設(shè)備 凡是具有防滲要求的縫中都應(yīng)設(shè)置止水設(shè)備。對止水設(shè)備的要求是：應(yīng)防滲可靠；應(yīng)能適應(yīng)混凝土收縮及地基不均勻沉降的變形；應(yīng)結(jié)構(gòu)簡單，施工方便。 按止水所設(shè)置的位置不同可分為水平止水和鉛直止水兩種。,第六節(jié) 閘室穩(wěn)定驗算及

14、地基處理,水閘的閘室，要求在施工、運行、檢修等各個時期，都不產(chǎn)生過大沉降或沉降差，不致沿地基面發(fā)生水平滑動，不致因基底壓力的作用使地基發(fā)生剪切破壞而失穩(wěn)。因此，必須驗算閘室在剛建成、運行、施工以及檢修不同工作情況下的穩(wěn)定性。,一、荷載計算及其組合 （一）荷載計算 （1）自重。指水閘結(jié)構(gòu)及其上部填料和永久設(shè)備的重量。 （2）水重。指閘室范圍內(nèi)作用在底板頂面以上的水體重量。 （3）水平水壓力。指作用在胸墻、閘門及閘墩上的水平水壓力。 （4）揚壓力。指作用在底板底面的滲透壓力及浮托力之和。 （5）浪壓力。計算出波浪要素后，判別深水波、淺水波或破碎波，分別用相應(yīng)公式進(jìn)行計算。,（6）土壓力。根據(jù)填土性

15、質(zhì)、擋土高度、填土內(nèi)的地下水位、填土頂面坡角及超載等計算確定。 （7）淤沙壓力。根據(jù)水閘上、下游可能淤積的厚度及泥沙重度計算確定。 （二）荷載組合 設(shè)計水閘時，應(yīng)將可能同時作用的各種荷載進(jìn)行組合。荷載組合分為基本組合與特殊組合兩類?；窘M合由基本荷載組成；特殊荷載由基本荷載和一種或幾種特殊荷載組成。,二、閘室抗滑穩(wěn)定計算 （一）計算公式 （1）土基上的水閘閘室沿地基面的抗滑穩(wěn)定計算。 （2）巖基上沿閘室基底面的抗滑穩(wěn)定公式 計算。,（二）提高閘室抗滑穩(wěn)定性的措施 當(dāng)沿閘室基底面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算值小于允許值時，可采用下列一種或幾種抗滑措施。 將閘門位置移向低水位一側(cè)，或?qū)⑺l底板向高水位一側(cè)

16、加長，以增加水重；適當(dāng)增大閘室結(jié)構(gòu)尺寸；增加閘室底板的齒墻深度；增加鋪蓋長度或帷幕灌漿深度，或在不影響防滲安全的條件下將排水設(shè)施向水閘底板靠近；利用鋼筋混凝土鋪蓋作為阻滑板，但閘室自身的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不應(yīng)小于1.0，阻滑板應(yīng)滿足抗裂要求；增設(shè)鋼筋混凝土抗滑樁或預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)。,三、閘室基底應(yīng)力計算 （一）計算公式 （1）對于結(jié)構(gòu)布置及受力情況對稱的閘孔，如多孔水閘的中間孔或左右對稱的單閘孔，按下式計算 （2）對于結(jié)構(gòu)布置及受力情況不對稱的閘孔，如多孔閘的邊閘孔或左右不對稱的單閘孔，按雙向偏心受壓公式計算 （二）安全指標(biāo) 見書中表格。,四、地基沉降校核 由于土基壓縮變形大，容易引起較大的地基沉

17、降。較大的均勻沉降可能會使閘頂部高程不足；過大的不均勻沉降，將導(dǎo)致閘室傾斜、產(chǎn)生裂縫、止水破壞，甚至斷裂等。因此在研究地基穩(wěn)定時，應(yīng)進(jìn)行地基的沉降校核，以保證水閘的安全和正常運用。 五、地基處理 水閘地基處理的目的是：提高地基的承載能力和穩(wěn)定性；減小或消除地基的有害沉陷，防止地基滲透變形。,第七節(jié) 閘室結(jié)構(gòu)計算,一、底板 閘底板一般采用“截板成梁”的方法進(jìn)行計算，即沿垂直水流方向截取單位寬度的板條作為梁來進(jìn)行計算。由于閘門前后水重相差懸殊，底板所受荷載不同，常以閘門為界，分別在閘門上下游段的中間處截取單寬板條及墩條。 （一）倒置梁法 （二）彈性地基梁法,二、閘墩 閘墩結(jié)構(gòu)計算主要包括閘墩水平截

18、面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力、平面閘門門槽或弧形閘門支座的應(yīng)力計算。閘墩計算情況有運用期和檢修期兩種。 三、胸墻、工作橋、檢修便橋及交通橋 可根據(jù)各自的支承情況、結(jié)構(gòu)布置型式按板或板梁系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算。,第八節(jié) 兩岸連接建筑物,一、連接建筑物的作用 水閘兩端與河岸或堤、壩等建筑物的連接處，需設(shè)置連接建筑，它們包括上、下游翼墻，邊墩或岸墻、刺墻和導(dǎo)流墻等。其作用是： 擋住兩側(cè)填土，維持土壩及兩岸的穩(wěn)定，防止過閘水流的沖刷； 引導(dǎo)水流平順進(jìn)閘，并使出閘水流均勻擴散； 阻止側(cè)向繞滲，防止與其相連的岸坡或土壩產(chǎn)生滲透變形； 保護(hù)兩岸或土壩邊坡不受過閘水流的沖刷； 在軟弱地基上設(shè)有獨立岸墻時，可減少地基沉降對閘身應(yīng)力的影響，改善閘室受力狀況。,二、連接建筑物的布置型式 （一）上、下游翼墻 （1）圓弧或橢圓弧形翼墻。 （2）反翼墻。 （3）扭曲面翼墻。 （4）斜降式翼墻。 （二）邊墩和岸墻 （1）邊墩和岸墻結(jié)合。 （2）邊墩和岸墻分開。 （3）護(hù)坡連接型式。,三、連接建筑物的結(jié)構(gòu)型式和構(gòu)造 （一）重力式擋土墻 （二）懸臂式擋土墻 （三）扶臂式擋土墻 （四）空箱式擋土墻 （五）連拱空箱式擋土墻,第九節(jié) 閘門與啟閉機,一、閘門 （一）閘門的組成 閘門結(jié)構(gòu)一般由活動部分、埋固部分