水闸sluice设计简介

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,水工建筑物,水闸,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,2009.09,南京,水 闸,Sluice,水工概论,概 述,1,2,3,水闸的类型、组成及构造,闸室安全和地基处理,主 要 内 容,4,水闸的孔口尺寸,闸下防渗,4,水闸室消能防冲,8,闸室结构与两岸连接建筑物,其他闸坝建筑物,2009.09,概 述,水闸定义,水闸枢纽等级划分与洪水标准,水闸特点,海河防潮闸,天津,2009.09,概 述,一、定义,水闸,是调节水位、控制流量的,低水头水工建筑物,，主要依靠闸门控制水流，具有挡水和泄（引）水的双重功能，在防洪、治涝、灌溉、供水、航运、发电等方面应用十分广泛。,2009.09,低水头水工建筑物：,一般指水头不超过,30m,的水工建筑物，主要有水闸、低坝、橡胶坝、船闸等。,概 述,2009.09,南通节制闸,建成于,1960,年,7,月,25,日，共,23,孔，每孔净宽,4.00,米，总宽,115.60,米，采用平面钢闸门，卧式液压卷扬式启闭机。,1999,年加固时，将工作桥迁至公路桥下，并对公路桥拓宽改造。,概 述,2009.09,概 述,南水北调中线工程引水渠首位于河南省淅川县境内,，距坝址,30,公里，有引水渠闸两座，进水闸（,5,孔）设计引水流量,500,立方米,/,秒，后期规模引水流量,800,立方米,/,秒。,2009.09,概 述,高良涧闸：进水闸,在洪泽县高良涧镇北，是苏北灌溉总渠首，设计流量,800m,3,/s,，,平面闸门。,2009.09,概 述,本着“蓄泄兼筹，以泄为主”，“江湖两利”的原则，,1952,年,4,月,5,日全面动工兴建，至,6,月,20,日以,75,天时间建成荆江分洪第一期主体工程。,荆江分洪工程进洪闸,(,当地人称北闸,),，有,54,个进洪孔，长,1054.375m,；设计进洪流量为,8000m,3,/s,。,2009.09,概 述,三河闸,在洪泽湖东南蒋坝，是淮河洪泽湖出口进入江水道的咽喉控制工程 ，淮河流域中三河上节制闸，设计流量,12000m,3,/s,，设计水头,6m,。弧形闸门。,2009.09,概 述,南京秦淮河整治三汊河口闸,(,双孔弧形护镜门）集防洪排涝、改善城市河道水质和水环境及人文景观等功能于一身。闸室总宽,97,米，分两孔，每孔净宽,40,米，非汛期控制水位最高为,7,00,米。,2009.09,概 述,射阳河闸,，由苏联专家设计建造于,1953,年，,1956,年建成并投入使用，为建国初期的江苏省第一座挡潮闸，共,35,孔，总长,500,米。,2009.09,概 述,二、平原区水闸枢纽等级划分及洪水标准,1,、工程等别及建筑物级别,平原区水闸枢纽工程是以水闸为主的水利枢纽工程，一般由水闸、泵站、船闸、水电站等水工建筑物组成，有的还包括涵洞、渡槽等其它泄（引）水建筑物。,应根据,水闸最大过闸流量及其防护对象,的重要性划分等别。,其中,水工建筑物的级别,应根据其所属,枢纽工程的等别、作用和重要性划分,。,2009.09,概 述,表,1,平原区水闸枢纽工程分等指标,工程等别,I,II,III,IV,V,规模,大（,1,）型,大（,2,）型,中型,小（,1,）型,小（,2,）型,最大过闸流量（,m,3,/s,）,5000,5000,-1000,1000,-100,100-20,1000m,3,/s,；,(2),中型水闸：,Q=100m,3,/s-1000m,3,/s,；,（,3,）小型水闸。,3,、按施工方式,(1),现浇,(2),装配,水闸的类型、组成及构造,2009.09,二、水闸的组成,土基上水闸立体示意图,水闸的类型、组成及构造,2009.09,1.,闸室（调节水位和流量）,：底板、闸墩、闸门、（胸墙）、工作桥、交通桥,2.,上游连接段（引导水流平顺进入闸室）,：翼墙、铺盖、护底、上游防冲槽、上游护坡,3.,下游连接段（消能、防冲）,：翼墙、护坦、海漫、下游防冲槽、下游护坡、下游排水（反滤、排水孔）,水闸的类型、组成及构造,2009.09,概 述,1,2,3,水闸的类型、组成及构造,闸室安全和地基处理,主 要 内 容,4,水闸的孔口尺寸,闸下防渗,4,水闸室消能防冲,8,闸室结构与两岸连接建筑物,其他闸坝建筑物,2009.09,单宽流量：,应避免复杂地基处理；考虑抗冲刷能力,q,。,在水闸的可行性研究阶段，过闸单宽流量,q,可按下列数据选用：,粉砂、细砂、粉土和淤泥,5,10m,2,/s,；,砂壤土,10,15m,2,/s,；,壤土,15,20m,2,/s,；,粘土,15,25m,2,/s,。,水闸的孔口尺寸,2009.09,计算孔口尺寸,B,及溢流前沿总宽,L,规范中介绍了平底闸闸孔自由堰流、淹没式堰流、孔流的计算公式：,平底板堰流：,平底板堰流淹没状态：,平底板孔流：,水闸的孔口尺寸,2009.09,闸孔数,n=B,/b,，如果运用上无特殊要求，一般,b=8,12m,，,n8,时,n,一般取奇数；,溢流前缘总宽：,L=,nb,+,（,n-1,）,d,，,d,为闸墩厚度。,水闸的孔口尺寸,2009.09,概 述,1,2,3,水闸的类型、组成及构造,闸室安全和地基处理,主 要 内 容,4,水闸的孔口尺寸,闸下防渗,4,水闸室消能防冲,8,闸室结构与两岸连接建筑物,其他闸坝建筑物,2009.09,1,、土基上的闸室稳定计算应满足以下要求,在各种计算情况下，闸室的平均,基底压力,不大于地基允许承载力，最大基底压力不大于地基允许承载力的,1.2,倍；,闸室基底应力的,最大值和最小值之比,不大于规范规定的允许值,不均匀沉降问题；,沿闸室基底面的,抗滑稳定安全系数,不小于规范规定的允许值。,闸室安全和地基处理,2009.09,2,、岩基上的闸室稳定计算应满足以下要求,各种计算情况下，闸室的,最大基底压力,不大于地基允许承载力；,在非地震情况下，闸室基底,不出现拉应力,；在地震情况下，闸室基底拉应力不大于,100kPa,；,沿闸室基底面的,抗滑稳定安全系数,不小于规范规定的允许值。,闸室安全和地基处理,2009.09,当不能满足要求，需进行地基处理，常用：, 换土垫层 强夯法, 桩基础 预压加固, 沉井基础, 振冲碎石桩, 高压旋喷灌浆,闸室安全和地基处理,2009.09,概 述,1,2,3,水闸的类型、组成及构造,闸室安全和地基处理,主 要 内 容,4,水闸的孔口尺寸,闸下防渗,4,水闸消能防冲,8,闸室结构与两岸连接建筑物,其他闸坝建筑物,2009.09,一、 闸下泄流的特点和闸下冲刷的原因,1,、闸下泄流的特点,（泄量大、水头低、弗氏数小、消能不充分）,（,1,）分洪闸：,开始泄流时下游无水或水位很低；,始流条件差：,QmaxZmax,；,水位升高，,Fr,较小，易,产生波状水跃,；,进口流态不对称时会产生,折冲水流,。,水闸消能防冲,2009.09,水闸消能防冲,（,2,）节制闸,闸门开启不对称时会产生折冲水流，下游水流不稳定；,上下游水头差大，能量大。,（,3,）排水闸,上下游水头差小，过闸水流常处于缓流；,2009.09,水闸消能防冲,2,、闸下冲刷的原因：,q,大而土壤的抗冲刷能力低；,河道收缩，水流未充分扩散；,运用不合理，产生折冲水流；,消能工设计不合理。,2009.09,水闸消能防冲,二、 消能工设计,消能防冲设施必须在各种可能出现的水力条件下，都能满足消散动能与均匀扩散水流的要求，且应与下游河道有良好的衔接。,1,、消能方式：,大多数采用底流消能，水闸承受的水头不高，闸下跃前,Fr,较低，宜采用底流式水跃消能。,2009.09,水闸消能防冲,2,、计算消力池长度、深度及消力池底板的厚度,消力池深度：按水跃动量平衡方程试算求解，需经过试算确定。,消力池的长度：用经验公式计算。,消力池护坦厚度：根据抗冲和抗浮要求确定。,2009.09,水闸消能防冲,消力池深度计算：,2009.09,水闸消能防冲设计,2009.09,水闸消能防冲,实际工程设计中，往往是计算出各种不同水位组合、闸门开度时要求的消力池深度，取其最大值作为设计值。,消力池池深一般为,1,3m,。,2009.09,水闸消能防冲,消力池的长度：用经验公式计算,L,j,为水跃长度，规范（,SL265-2001,）,中推荐采用欧勒佛托斯基公式计算：,2009.09,水闸消能防冲,消力池底板（护坦）厚度：,要求满足抗浮和抗冲要求，且不小于,0.5m,。,抗冲：,抗浮：,k,1,为消力池底板计算系数，可采用,0.15,0.20,；,k,2,为消力池底板安全系数，可采用,1.1,1.3,2009.09,水闸消能防冲,下挖式消力池与闸室底板之间直接用斜坡段连接即可，规范规定消力池斜坡段坡度不应陡于,1,：,4,。,倾斜段不宜设排水孔，护坦后部设铅直排水孔以降低池底板渗透压力，并在该部位底面铺设反滤层。,1:41:5, 消力池布置,2009.09,水闸消能防冲,3,、辅助消能工,(1),作用：,加大水流阻力；,加强水流紊动和撞击；,稳定水跃；,利于扩散水流,(2),类型：,消力墩，池首坎，消力梁，散流墩等,2009.09,水闸消能防冲,4,、上下游防护,(1),闸下防护：,护坦、反滤层,海漫,海漫末端设大块石,防冲槽,：限制冲刷向上游扩展，保护海漫。,深度,一般为,1.0,2.0m,，,上下游坡度可采用,1,：,2,1,：,4,；,下游,两岸护坡,长度应大于护底长度。,2009.09,海漫,紧接护坦，进一步消除余能，调整流速分布，达到不冲流速；,要求：抗冲、有一定柔性、表面粗糙、透水；,材料：浆砌石、干砌石；,长度：按经验公式计算,水闸消能防冲,2009.09,土壤名称,粉土,细砂,粗砂,细砾石,粗,砾石,小卵石,中等紧密粘土,粘土,紧密,允许平均流速（,m/s,）,0.190.26,0.260.40,0.7,0.8,0.8,0.95,1.2,1.4,1.4,1.8,1.1,1.5,水闸消能防冲,2009.09,水闸消能防冲,(2),上游防护：,齿墙,/,防冲槽,护底,铺盖,为了防止水流冲刷，必要时上游护底首端应设防冲槽（或防冲墙），其深度一般采用,1.0m,即可。,2009.09,概 述,1,2,3,水闸的类型、组成及构造,闸室安全和地基处理,主 要 内 容,4,水闸的孔口尺寸,闸下防渗,4,水闸消能防冲,8,闸室结构与两岸连接建筑物,其他闸坝建筑物,2009.09,1,、闸基渗流的主要危害,沿闸基的渗流对建筑物产生向上的压力，减轻建筑物有效重量，降低,闸身抗滑稳定性,，沿两岸的渗流对翼墙产生水平推力；,由于渗透力的作用，渗透力可能造成土的,渗透变形,；,严重的渗漏将造成大量的,水量损失,；,渗流可能使地基内可溶解的物质加速溶解。,闸下防渗,2009.09,2,、闸基防渗长度的确定与布置,1,）闸基的防渗长度,L,：,地下轮廓线（闸基渗流第一根流线，即铺盖和垂直防渗体等防渗结构以及闸室底板与地基的接触线）的长度应满足：,C,值,粉砂,细砂,中砂,粗砂,中砾细砂,粗砾夹卵石,轻,粉质砂壤土,砂壤土,壤土,粘土,有,反滤时,139,97,75,54,43,32.5,117,95,53,32,无,反滤时,74,43,闸下防渗,2009.09,2,）防渗地下轮廓布置,(1),布置原则：先阻后排，防渗与导渗相结合。,(2),防渗排水设施,水平防渗,铺盖、 水平铺设土工膜,垂直防渗,钢筋砼板桩、砼防渗墙 、 灌注式水泥砂浆帷幕、土工膜垂直防渗结构 、高压喷射灌浆、定喷板墙,导渗,排水反滤,闸下防渗,2009.09,规范中对水平防渗的要求：,铺盖长度采用上、下游最大水头差的,3,5,倍；,砼或钢筋砼铺盖的厚度，一般根据构造要求确定，最小厚度不宜小于,0.4m,，,一般作成等厚；为了减小地基不均匀沉降和温度变化的影响，通常设,顺水流向的永久缝,，缝距可采用,8,20m,。,闸下防渗,2009.09,钢筋砼板桩最小厚度不宜小于,0.2m,，宽度不宜小于,0.4m,；,水泥砂浆帷幕或高压喷射灌浆帷幕的最小厚度不宜小于,0.1m,；,砼防渗墙的最小厚度不宜小于,0.2m,；,规范中对垂直防渗的要求：,闸室底板的上、下游端均宜设置齿墙，齿墙深度可采用,0.5,1.5m,。,闸下防渗,2009.09,（,3,）不同情况下防渗布置,粘性土地基,降低渗透压力，增加闸身有效重量,砂性土地基：,防止渗透变形通过延长渗径来降低渗透流速和坡降，对降低渗透压力的要求较低。,闸下防渗,2009.09,改进阻力系数法,流 网,法,直线比例法,数 值 分 析 法,电 拟 试 验 法,闸下防渗,渗流分析方法,2009.09,要求水平段及出口段的渗透坡降必须小于规范规定的允许坡降；,水平段的平均渗透坡降根据各水平段的长度和水头损失计算；,出口段的平均出逸坡降：,T,S,T,闸下防渗,2009.09,水平段的允许渗透坡降及出口段防止流土破坏的允许渗透坡降见规范；,验算砂砾石闸基出口段抗渗稳定性时，应首先判别可能发生的渗流破坏型式，为管涌破坏时，其允许坡降为：,闸下防渗,2009.09,概 述,1,2,3,水闸的类型、组成及构造,闸室安全和地基处理,主 要 内 容,4,水闸的孔口尺寸,闸下防渗,4,水闸消能防冲,8,闸室结构与两岸连接建筑物,其他闸坝建筑物,2009.09,一、 底板：,1,、型式,(1),按底板与闸墩的连接方式分,整体式：闸墩和底板浇筑成整体，有分段缝时缝设在闸墩上。,底板是传力结构，将荷载较均匀地传给地基。闸室整体性较好，适用于松软地基。,分离式：底板与闸墩用沉陷缝分开。,闸墩传力，底板仅防渗抗冲，一般适用于岩基或压缩性小的土基。,闸室结构与两岸连接建筑物,2009.09,闸室结构与两岸连接建筑物,2009.09,2,、布置,(1),分离式底板,材料：混凝土或浆砌石,厚度：满足自身稳定要求,(2),整体式平底板,材料：（钢筋）混凝土,高程：考虑运用、经济和地质条件确定,厚度：根据地基条件、作用荷载和闸孔净宽等因素，满足强度和刚度要求。通常是等厚度的，也有变厚度的。对于大、中型水闸，平底板厚度可取闸孔净宽的,1/6,1/8,，约为,1,2m,，,一般不小于,1m,。,闸室结构与两岸连接建筑物,2009.09,二、闸墩,1,、材料：,混凝土（小型工程常用浆砌块石）,2,、闸顶高程：,闸顶高程通常指闸室胸墙或闸门挡水线上游闸墩和闸墙的顶部高程。应根据挡水和泄水两种运用情况确定。,挡水时,闸顶高程不低于水闸正常蓄水位（或最高挡水位）加波浪计算高度与相应安全超高值之和；,泄水时,闸顶高程不应低于设计洪水位（或校核洪水位）与相应安全超高值之和。,闸室结构与两岸连接建筑物,2009.09,水闸安全超高下限值（,m,）,水闸级别,1,2,3,4,、,5,挡,水时,正常蓄水位,0.7,0.5,0.4,0.3,最高挡水位,0.5,0.4,0.3,0.2,泄水时,设计洪水位,1.5,1.0,0.7,0.5,校核洪水位,1.0,0.7,0.5,0.4,位于防洪（挡潮）堤上的水闸，其闸顶高程不得低于防洪（挡潮）堤堤顶高程。,闸室结构与两岸连接建筑物,2009.09,3,、长度：,与底板长度相同或比底板长度稍短，取决于上部结构布置和闸门型式。,4,、厚度：,根据闸孔孔径、受力条件、结构构造要求和施工方法等确定，平面闸门闸墩门槽处不宜小于,0.4m,。,闸室结构与两岸连接建筑物,2009.09,5,、外形：,应使水流平顺、侧向收缩小，过流能力大。,闸室结构与两岸连接建筑物,2009.09,三、闸门,1,、宽度：,与孔口一致,2,、高度：,露顶式闸门顶部在可能出现的最高挡水位以上应有,0.3,0.5m,的超高。,3,、型式：,最常用的有平面闸门和弧形闸门。,4,、布置：,要考虑对闸室稳定、闸墩和地基的应力以及对上部结构布置的影响,闸室结构与两岸连接建筑物,2009.09,四、分缝和止水,沉陷缝、伸缩缝：防止闸室因地基不均匀沉陷或温度变化而产生裂缝。土基上的分段长度不宜超过,35m,。,止水：防渗，有水平止水和垂直止水。,闸室结构与两岸连接建筑物,2009.09,五、提高闸室抗滑稳定性的工程措施,1),增加闸室底板的齿墙深度；,2),将闸门的位置向低水头一侧移动，或将水闸底板向高水位一侧加长；,3),适当增加闸室结构的尺寸；,4),增加防渗体的长度（铺盖、板桩），或在不影响防渗安全的前提下，将排水设施向闸室底板靠近，以减小渗透压力。,闸室结构与两岸连接建筑物,2009.09,1,、两岸连接结构的种类,上游翼墙,下游翼墙,岸墙,刺墙,六、连接结构的作用及种类,闸室结构与两岸连接建筑物,2009.09,闸室结构与两岸连接建筑物,2009.09,2,、两岸连接结构的作用,挡土，保证岸坡稳定，保护岸坡免受冲刷；,改善水闸进、出水流条件,上游翼墙引导水流平顺进入闸室；下游翼墙使水流均匀扩散，提高消能防冲效果；,满足侧向绕渗要求，防止两岸土体的渗透变形；,岸墙可减轻闸室底板边荷载的影响。,闸室结构与两岸连接建筑物,2009.09,七、连接结构的布置,1,、翼墙的平面布置形式,圆弧式（椭圆弧式）；,扭曲面式,用于坚硬的粘土和岩石地基上；,反翼墙及一字墙；,斜降翼墙（八字形翼墙）；,斜坡式翼墙。,闸室结构与两岸连接建筑物,2009.09,闸室结构与两岸连接建筑物,2009.09,建筑在坚实或中等坚实地基上的翼墙分段长度可采用,15-20m,；,建筑在松软地基或回填土上的翼墙分段长度可适当减短。,下游翼墙的平均扩散角每侧宜为,7-12,，其顺水流方向的投影应大于或等于消力池长度。,2,、翼墙长度,闸室结构与两岸连接建筑物,2009.09,3,、岸墙的布置,未设岸墙，闸墩挡土且作为两岸连接结构的一部分；,设岸墙挡土，且岸墙与边墩之间设置沉陷缝分开；,边墩不挡土，设刺墙挡水。,闸室结构与两岸连接建筑物,2009.09,4,、岸、翼墙的剖面型式,重力式,扶壁式,空箱式,悬臂式,闸室结构与两岸连接建筑物,2009.09,重力式,用于坚实或中等坚实地基上，高度,6m,以下的挡土墙。,结构简单，施工方便；,材料用量大，对地基承载力要求较高。,按重力式挡土墙设计，可采用浆砌石或混凝土建造。,闸室结构与两岸连接建筑物,2009.09,扶壁式,坚实或中等坚实地基上，高度,10m,以上的挡土墙多采用该型式。,是轻型结构，依靠底板以上的挡土重量维持其稳定；,直墙、底板和扶壁采用不同的计算模型。,闸室结构与两岸连接建筑物,2009.09,空箱式,适用于墙的高度很大且地基承载力较低，采用扶壁式仍不能满足设计要求的的情况（松软地基）。,闸室结构与两岸连接建筑物,2009.09,概 述,1,2,3,水闸的类型、组成及构造,闸室安全和地基处理,主 要 内 容,4,水闸的孔口尺寸,闸下防渗,4,水闸消能防冲,8,闸室结构与两岸连接建筑物,其他闸坝建筑物,2009.09,其闸坝型式,涵洞式水闸在农田水利工程中使用很广。一般建筑在河堤较高或开挖较深的地方。上游连接段、进口闸室段、洞身段及下游连接段等四部分组成。,1,、涵洞式水闸,2009.09,其他型式水闸,2,、装配式水闸,装配式水闸除闸底板现场浇筑外，其余结构均分成各种预制构件进行装配。其优点是工期短、节省材料和劳力，便于施工管理、能提高工程质量。,2009.09,