04.第四章-水闸.

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,*,第四章 水闸,第一节 概述,其次节 水闸的孔口尺寸确定,第三节 水闸的消能防冲设计,第四节 水闸的防渗排水设计,第五节 闸室的布置与构造,第六节 闸室稳定验算及地基处理,第七节 闸室构造计算,第八节 两岸连接建筑物,第九节 闸门与启闭机,第一节 概述,一、水闸的类型,一按水闸所担当的任务分类,1进水闸。建在河道、水库、湖泊的岸边及渠道的首部，用于引水并把握引水流量，以满足浇灌、发电或供水需求。,2抑制闸。在河道上或渠道上建筑，枯水期用以抬高水位满足上游取水或航运的需要；洪水期把握下泄流量，保证下游河道安全。,3冲沙闸。主要建在多泥沙河道上，用于排解进水闸、抑制闸前或渠道淤积的泥沙，削减引水水流的含沙量。,4分洪闸。建于自然河道的一侧。用来将超过下游河道安全泄量的洪水泄入湖泊、凹地等滞洪区，以削减洪峰保证下游河道安全。,5排水闸。常建于江、河沿岸或排水渠道末端，用以排解两岸低凹地区的涝渍水及防止江河洪水倒灌。具有双向挡水的特点。,6挡潮闸。建在入海河口四周，涨潮时关闸防止海水倒灌，退潮时开闸泄水。具有双向挡水的特点。,二按闸室构造型式分类,1开敞式水闸。,开敞式水闸闸室是露天的，可分为无胸墙和有胸墙两种型式。,2涵洞式水闸。,水闸修建在河、渠堤之下时，便成为涵洞式水闸。依据水力条件的不同，可分为有压式和无压式两类。,三按过闸流量大小分类,大1型水闸。过闸流量大于5000m/s。,大2型水闸。过闸流量10005000m/s。,中型水闸。过闸流量为1000100m/s。,小1型水闸。过闸流量为20100m/s。,小2型水闸。过闸流量小于20m/s。,二、水闸的工作特点和设计要求,水闸的地基可以是岩基或土基，且多修建在土质地基上。因而它在抗滑稳定、防渗、消能防冲及沉陷等方面具有以下工作特点和设计要求。,1土基的沉陷问题。,2过闸水流具有较大动能。,3土基的抗滑稳定性差。,4渗流易使闸下产生渗透变形。,三、水闸的组成,水闸一般由上游连接段、闸室段和下游连接段三局部组成。,1闸室段。闸室段是水闸的主体，有把握水流和连接两岸的作用。包括底板、闸墩、闸门、胸墙、工作桥及交通桥和启闭机房等。,2上游连接段。主要作用是引导水流平顺、均匀地进入闸室，疼惜上游河床及两岸免于冲刷，并有防渗作用。一般包括上游翼墙、铺盖、护底、两岸护坡及上游防冲槽等。,3下游连接段。主要作用是将下泄水流平顺引入下游河道，有消能防冲及防止发生渗透破坏的功能。一般包括护坦、海漫、下游防冲槽、下游翼墙及护坡等。,四、水闸的等级划分和洪水标准,见书中表格。,其次节 水闸的孔口尺寸确定,一、底板型式选择,闸底板型式有宽顶堰和低有用堰两种。,1平底板宽顶堰具有构造简洁、施工便利、有利于排沙冲淤、泄流力气比较稳定等优点；其缺点是自由泄流时流量系数小，闸后比较简洁产生波状水跃。,2低有用堰有WES低堰、梯形堰和驼峰堰等型式，其优点是自由泄流时流量系数较大，可缩短闸孔宽度和减小闸门高度，并能拦截泥沙入渠；缺点是泄流力气受下游水位变化的影响显著，当漂移度增加时，泄流力气急剧下降。,二、闸底板高程的选定,一般状况下，抑制闸、泄洪闸、进水闸或冲沙闸的闸底板高程宜与河渠底齐平，以便多泄引水，多冲沙；多泥沙河流上的进水闸、分水闸及分洪闸，在满足引水、分水或泄水的条件下，闸底板高程可比河渠底略高些；排水闸排涝闸、泄水闸或挡潮闸，闸底板高程应尽量定得低些。,三、过闸单宽流量确实定,应综合考虑下游河床或渠道的地质条件、水闸上下游水位差、下游尾水深度、闸室总宽度与河道宽度的比值、闸的构造构造特点和下游消能防冲设施等因素来确定。,四、闸孔宽度确实定,依据已确定的过闸流量、上下游水位、底板高程、闸孔型式和堰型，即可用水力学公式计算水闸的闸孔尺寸。,一闸孔总净宽度确实定,二单孔净宽与闸孔数目确实定,三闸室总宽度确实定,第三节 水闸的消能防冲设计,一、过闸水流的特点,1水闸初始泄流时，闸下水深较浅，随着闸门开度的增加水深渐渐加深，出闸水流从孔流到堰流，从自由出流到漂移出流都会发生。,2当水闸的上下游水位差较小时，闸下易产生波状水跃。,3过闸水流都是先收缩后集中，假设设计不当或治理不善，下泄水流不能均匀集中，主流集中，形成折冲水流。,二、消能防冲设计的水力条件,一闸下水流的消能方式,平原地区的水闸，水头低，下游河床抗冲力气差，且承受水头不高，宜承受底流式消能。当水闸承受较高水头，且闸下河床及岸坡为坚硬岩体时，可承受挑流消能。当水闸闸下尾水深度较大，且变化较小，河床及岸坡抗冲力气较强时，可承受面流消能。在挟有较大砾石的多泥沙河流上，不宜设消力池，可承受抗冲耐磨的斜坡护坦与下游河道连接，末端应设防冲墙。,二消能防冲的水力条件选择,不同类型的水闸，其泄流特点各不一样，因而把握消能设计的水力条件也不尽一样。,拦河抑制闸宜以在保持闸上最高蓄水位的状况下，以排泄上游多余来水量为把握消能设计的水力条件；当闸的下游河道已渠化时，应考虑下一级的蓄水位对闸下水位的影响。分洪闸宜以闸门全开，以通过最大分洪流量为把握消能设计的水力条件。排水闸排涝闸宜以冬、春蓄水期排涝流量为把握消能设计的水力条件。,三、底流式消能设计,在我国，水闸多修建在平原地区的土基上，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，以保证产生漂移式水跃，防止土基冲刷破坏，保证闸室安全。底流式消能防冲设施由消力池、海漫、防冲槽等局部组成。,一消力池,1、消力池型式的选用,2、消力池的尺寸确定,3、消力池的构造,二帮助消能工,消力池内除设置尾槛外，也常设置消力墩、消力齿等帮助消能工，其目的是使水流受阻，促使水流撞击，形成涡流，加强紊动集中，稳定水跃，减小消力池尺寸，提高消能效果，节省工程量。,三海漫,1、海漫长度计算,2、海漫的布置及构造,海漫在构造上要求有：确定的粗糙度，以利进一步消退余能；有确定的透水性，以降低扬压力；有确定的柔性，以适应河床的变形。,四防冲槽,水流经过海漫后，多余能量得到进一步消退，但海漫末端处仍有冲刷现象。为疼惜海漫，常在海漫末端设置防冲槽。,四、波状水跃及折冲水流的防止措施,一波状水跃的防止措施,二折冲水流的防止措施,五、上游河床和上下游岸坡的防护,第四节 水闸的防渗排水设计,水闸防渗排水设计的一般步骤：依据水闸作用水头的大小、地基地质条件和下游排水状况，初步拟定地下轮廓线；进展渗流分析，计算闸底板渗透压力，并验算地基土的渗透稳定性；假设抗滑稳定和渗透稳定均满足要求，即可承受初拟的地下轮廓线，否则，应重新修改地下轮廓线。,一、闸基防渗长度及地下轮廓线布置,一闸基防渗长度确实定,在上下游水位差的作用下，上游水从河床入渗，绕过上游铺盖、板桩、闸底板经过反滤层由排水孔排至下游。其中铺盖、板桩和闸底板等不透水局部与地基的接触线，即闸基渗流的第一根流线，称为地下轮廓线。其长度即为闸基防渗长度又称为渗径长度。,二闸基防渗排水布置,闸基防渗排水布置，即进展地下轮廓线布置，主要是进展闸基防渗排水轮廓线外形及尺寸确实定。,1布置原则，“高防低排”。,2布置方式,1黏性土地基。,2砂性土地基。,3地震区的均匀粉砂、细砂地基。,二、闸基渗流计算,一全截面直线分布法,二改进阻力系数法,三直线比例法渗径系数法,三、防渗排水设施,一铺盖,二板桩,三齿墙及混凝土防渗墙,四水泥砂浆帷幕、高压喷射灌浆帷幕及垂直防渗土工膜,五排水设施,四、水闸的侧向绕渗,第五节 闸室的布置与构造,一、底板,一整体式底板,当闸墩与底板浇筑或砌筑成整体时，称为整体式底板。整个底板是闸室的根底，起着承受荷载、传递荷载、防冲和防渗的作用。,二分别式底板,在闸墩四周设缝，将闸室底板与闸墩断开的，称为分别式底板。缝中设止水。其闸室上部构造的重量将直接由闸墩或连同局部底板传给地基。,三底板尺寸及要求,二、闸墩与胸墙,一闸墩,闸墩的作用是分隔闸孔，并支撑闸门、工作桥等上部构造。闸墩的外形轮廓应满足过闸水流平顺、侧向收缩小、过流力气大的要求。上游墩头可承受半圆形或尖角形，下游墩尾宜承受流线形。,二胸墙,胸墙常用钢筋混凝土构造做成板式或梁板式。它与闸墩的连接方式有简支和固接两种。,胸墙相对于闸门的位置取决于闸门的型式。假设承受弧形闸门，胸墙设在闸门上游侧；假设承受平面闸门，胸墙可设在闸门上游侧，也可设在闸门下游侧。,三、工作桥、交通桥,为了安装启闭设备和便于工作人员操作的需要，通常在闸墩上设置工作桥。工作桥的高程与闸门和启闭设备的型式、闸门高度有关，一般应使闸门开启后，门底高于上游最高水位，以免阻碍过闸水流。,建闸后，为便于行人或车马通行，通常也在闸墩上设置交通桥。交通桥的位置应依据闸室稳定及两岸交通连接的需要而定，一般布置在闸墩的下游侧。,四、分缝与止水,一分缝方式与布置,除闸室本身分缝以外，但凡相邻构造荷重相差悬殊或构造较长、面积较大的地方也要设缝分开。,二止水设备,但凡具有防渗要求的缝中都应设置止水设备。对止水设备的要求是：应防渗牢靠；应能适应混凝土收缩及地基不均匀沉降的变形；应构造简洁，施工便利。,按止水所设置的位置不同可分为水平止水和铅直止水两种。,第六节 闸室稳定验算及地基处理,水闸的闸室，要求在施工、运行、检修等各个时期，都不产生过大沉降或沉降差，不致沿地基面发生水平滑动，不致因基底压力的作用使地基发生剪切破坏而失稳。因此，必需验算闸室在刚建成、运行、施工以及检修不同工作状况下的稳定性。,一、荷载计算及其组合,一荷载计算,1自重。指水闸构造及其上部填料和永久设备的重量。,2水重。指闸室范围内作用在底板顶面以上的水体重量。,3水平水压力。指作用在胸墙、闸门及闸墩上的水平水压力。,4扬压力。指作用在底板底面的渗透压力及浮托力之和。,5浪压力。计算出波浪要素后，判别深水波、浅水波或裂开波，分别用相应公式进展计算。,6土压力。依据填土性质、挡土高度、填土内的地下水位、填土顶面坡角及超载等计算确定。,7淤沙压力。依据水闸上、下游可能淤积的厚度及泥沙重度计算确定。,二荷载组合,设计水闸时，应将可能同时作用的各种荷载进展组合。荷载组合分为根本组合与特殊组合两类。根本组合由根本荷载组成；特殊荷载由根本荷载和一种或几种特殊荷载组成。,二、闸室抗滑稳定计算,一计算公式,1土基上的水闸闸室沿地基面的抗滑稳定计算。,2岩基上沿闸室基底面的抗滑稳定公式 计算。,二提高闸室抗滑稳定性的措施,当沿闸室基底面抗滑稳定安全系数计算值小于允许值时，可承受以下一种或几种抗滑措施。,将闸门位置移向低水位一侧，或将水闸底板向高水位一侧加长，以增加水重；适当增大闸室构造尺寸；增加闸室底板的齿墙深度；增加铺盖长度或帷幕灌浆深度，或在不影响防渗安全的条件下将排水设施向水闸底板靠近；利用钢筋混凝土铺盖作为阻滑板，但闸室自身的抗滑稳定安全系数不应小于1.0，阻滑板应满足抗裂要求；增设钢筋混凝土抗滑桩或预应力锚固构造。,三、闸室基底应力计算,一计算公式,1对于构造布置及受力状况对称的闸孔，如多孔水闸的中间孔或左右对称的单闸孔，按下式计算,2对于构造布置及受力状况不对称的闸孔，如多孔闸的边闸孔或左右不对称的单闸孔，按双向偏心受压公式计算,二安全指标,见书中表格。,四、地基沉降校核,由于土基压缩变形大，简洁引起较大的地基沉降。较大的均匀沉降可能会使闸顶部高程缺乏；过大的不均匀沉降，将导致闸室倾斜、产生裂缝、止水破坏，甚至断裂等。因此在争论地基稳定时，应进展地基的沉降校核，以保证水闸的安全和正常运用。,五、地基处理,水闸地基处理的目的是：提高地基的承载力气和稳定性；减小或消退地基的有害沉陷，防止地基渗透变形。,第七节 闸室构造计算,一、底板,闸底板一般承受“截板成梁”的方法进展计算，即沿垂直水流方向截取单位宽度的板条作为梁来进展计算。由于闸门前后水重相差悬殊，底板所受荷载不同，常以闸门为界，分别在闸门上下游段的中间处截取单宽板条及墩条。,一倒置梁法,二弹性地基梁法,二、闸墩,闸墩构造计算主要包括闸墩水平截面上的正应力和剪应力、平面闸门门槽或弧形闸