《闸门》PPT幻灯片PPT

于1：10的斜坡。
❖
(b)防冲槽: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。
2.下游两岸护坡长度应大于护底长度
图9-7 海漫布置及其流速分布示意图
图9-8 防冲槽示意图
❖ 3.上游防护：
❖ （1）齿墙/防冲槽→护底→铺盖
❖ （2）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。因此，修订后的新规范增列了上游护底首端河 床冲刷深度的计算公式。
砂性土地基的地下轮廓线布置
❖ ③粉细砂地基（或粉土、轻砂壤土、轻粉质砂壤 土）：
❖ 闸室上游宜采用铺盖和垂直防渗体相结合的布 置形式。
❖ 在地震区的粉细砂地基上，有震动液化问题， 宜采用封闭式布置（闸室底板下布置的垂直防渗体 宜构成四周封闭的形式），垂直防渗体的长度应超 过粉砂地基液化深度。
❖ ④特殊地基：弱透水地基下有透水层，地基为不同 性质冲积层，KH>>KV。
❖ 3．水流
❖ （1）.静水（关闸）： ❖ 水平水压力、土基→滑动 ❖ 水位差产生渗透压力→不利于稳定 ❖ 绕岸渗流→不利于翼墙稳定
❖ （2）.开闸泄水 ： ❖ 水位差→流速大→对下游河床、岸坡冲刷 ❖ 水位变幅较大→流态多（堰流、孔流），淹没出
流、自由出流 ❖ 闸门全开时，水位差小→易形成波状水跃 ❖ 闸门开启顺序不合理时→产生折冲水流
4．结构：防渗排水，消能防冲，闸室结构
图9-3 波状水跃冲刷示意图
图9-4 闸下冲折水流
❖ *水闸设计内容：
❖ 1.闸址选择
❖ 2.总体布置
❖ 3.水力设计：闸孔型式和尺寸确定√
❖
消能防冲设施的设计计算√
❖
闸门控制运用方式的拟定
❖ 4.防渗和排水设计√⊿
❖ 5.水闸结构设计：闸室稳定计算√
❖
岸、翼墙稳定计算
闸基渗流
❖ *防渗设计的主要任务： ❖ 寻求合理经济的防渗措施，合理拟定地下轮廓
尺寸，消除渗流不利影响，保证水闸安全。
❖ *防渗设计的内容包括： ❖ (1) 渗透压力计算； ❖ (2) 抗渗稳定性验算； ❖ (3) 滤层设计； ❖ (4) 防渗帷幕及排水设计； ❖ (5) 永久缝止水设计。
❖ 二 闸基防渗措施
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
按直线法计算的闸基渗透压力图
❖ ⑶不同情况下防渗布置
❖ ①粘性土地基：
❖ 降低渗透压力，增加闸身有效重量。
❖ 闸室上游宜设置水平钢筋砼或粘土铺盖，或土 工膜防渗铺盖，闸室下游护坦底部应设滤层，下游 排水可延伸到闸底板下。
❖ ⒊按操作闸门的动力分
❖ （1）机械操作闸门的水闸 ❖ （2）水力操作闸门的水闸
水闸枢纽建筑物级别划分表
❖ 工程等别 别
永久性建筑物级别 临时性建筑物级
❖
主要建筑物
次要建筑物
❖Ⅰ
1
3
4
❖Ⅱ
2
3
4
❖Ⅲ
3
4
5
❖Ⅳ
4
5
5
❖Ⅴ
5
5
❖ 2. 洪水标准 ❖ 平原区水闸的洪水标准应根据所在河流流域的防洪规划规
❖
材料：浆砌石、干砌石；
❖
长度：按南科院提出的经验公式计算。
❖
布置：浆砌石布置在海漫前部，厚度为30～50cm，
其抗冲能力较高，抗冲流速一般为3～6m/s，浆砌块石内应
设排水孔，底部设反滤层或垫层；
❖
干砌块石布置在海漫的后部，其下部一般铺设10cm的
碎石垫层设反滤层，规范规定干砌块石海漫应做成等于或缓
图9-6 孔流式闸孔
❖ 2、根据结构型式分
❖ （1）宽顶堰：2.5H<堰顶厚度δ<4H或无坎，常用 于平原地区，自由泄流范围大且稳定；施工简单； 流量系数m较小，易产生波状水跃。
❖ （2）实用堰：0.67H<堰顶厚度δ<2.5H，常用于 上游水位允许有较大雍高的山区，自由泄流时流量 系数m较大，流量Q受下游水位影响较大。
水闸、低坝、橡胶坝、船闸等，多数建在软基上， 也有建在岩基上的。
❖ 二、水闸的类型
❖ ⒈按担负的任务（作用）分：
❖
节制闸（拦河闸）：拦河兴建，调节水位，控制流量。
❖
进水闸（渠首闸）：在河、湖、水库的岸边兴建，常
位于引水渠道首部，引取水流。
❖
排水闸（排涝闸、泄水闸、退水闸）：在江河沿岸
兴建，作用是排水、防止洪水倒灌。
❖ 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，“ 我国已建的大、中型 水闸，多数建在平原、滨海地区，一般在软基上建 闸，且承受的水头不高，闸下跃前Fr 较低，宜采用 底流式水跃消能。”
❖ ⒉消力池布置与设计：
❖ (3)引水角度及分流比率
❖ (4)河床及两岸地质条件和土壤抗冲刷能力
❖
(5)特殊运用要求（过船、过木、过鱼、排冰、排 砂、防淤等）
第三节 水闸的消能防冲设计
❖ 一 闸下泄流的特点和闸下冲刷的原因
❖ 1.闸下泄流的特点
❖ (1)分洪闸 ❖ 开始泄流时下游无水或水位很低 ❖ 始流条件差：Qmax→⊿Zmax ❖ 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。
❖ 五．水闸的工作特点
❖ 1．水闸的传力过程
❖
闸门 → 闸墩 → 底板 → 地基
❖ （承受水压力）（承受上部结构重量） (较均匀 地传给)
❖ 2．地基：平原地区水闸大部分建在土基上。
❖ 土基的特点:
❖
（1）抗剪强度低→稳定性差
❖
（2）压缩性较大→容易产生不均匀沉降
❖
（3）易产生渗透变形，抗冲刷能力低
❖
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。
❖ 闸孔数n=B/b，如果运用上无特殊要求，一般 b=8～12m，n<8时n一般取奇数。
❖ 溢流前缘总宽L=nb+（n-1）d，d为闸墩厚度。 ❖ ⒌验算泄流能力。
❖ *基本资料：
❖ (1)过闸Q设、Q校
❖ (2)上下游河道水力要素及水位-流量曲线
定的防洪任务，以近期防洪目标为主，并考虑远景发展要 求，按下表所列标准综合分析确定。
水闸级别
1
2
3
设计 100～50 50～30 30～20 洪水重现期
校核 300～200 200～100 100～50
4
5
20～10 10
50～30 30～20
❖ 四．水闸的组成及各部分的功用
❖ 上游连接段 → 闸室段 → 下游连接段
❖
分洪闸宜以闸门全开，通过最大分洪流量为控制消能设
计的水力条件；
❖
排水闸宜以冬、春季蓄水期通过排涝流量为控制消能设
计的水力条件；
❖
挡潮闸宜以蓄水期排泄上游多余来水量时，有时需用闸
门控制泄水，上、下游可能出现较大的水位差作为控制消能
设计的控制条件。
❖ ⑵计算消力池长度、深度及消力池底板的厚 度
❖ （a）消力池深度：按水跃动量平衡方程求解 ❖ （b）消力池的长度：用经验公式计算： ❖ （c）消力池护坦厚度可根据抗冲和抗浮要求，
❖ (2)节制闸
❖
闸门开启不对称时会产生折冲水流；
❖
水头最大时流量并非最大，流量最大时水头最小。
❖ 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。
❖ 二 消能工设计
❖ 消能工的主要作用是改善水流与固体边界的接 触条件，防护加固下游河床。
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第一节 概述
❖ 一、概念
❖ 1.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。
❖ 2.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
❖ 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:
❖ 渗径系数C值表
水闸地下轮廓及流网
❖ ⒉防渗地下轮廓布置
❖ ⑴布置原则：先阻后排，防渗与导渗相结合。
❖ ⑵防渗排水设施 ❖ 水平防渗→ ❖ 铺盖：粘土、粘壤土铺盖，砼、钢筋砼、沥青砼
分别按规范中以下公式计算，取其最大值，且不小 于0.5m：
❖ 3.布置
❖ (1)下挖式消力池、突槛式消力池和综合式消力 池是底流式消能的三种主要形式 。
❖ (2)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。
❖ (3)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。
底板高程低→q↑，底板上水深↑→闸室总宽度↓， 但增大闸身和两岸结构高度，消能防冲费用↑，泥 沙淤积。 ❖ ⒊地质条件： ❖ 避免复杂地基处理；抗冲刷能力q
❖ 四、 孔口设计的具体步骤
❖ ⒈确定设计流量Q和上、下游设计水位
❖ ⒉确定孔口型式
❖ ⒊确定底板高程
❖ ⒋计算闸孔净宽B及闸室总宽L（开敞式）
粘性土地基的地下轮廓线布置
❖ ②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。
❖ 砂层很厚→闸室上游可采用铺盖和悬挂式防渗 墙相结合的形式，闸室下游渗流出口处应设置滤层， 排水布置在护坦之下。
❖ 砂层较浅→闸室底板上游端设置截水槽或防渗 墙（嵌入相对不透水层深度不应小于1.0m），闸室 下游渗流出口处应设置滤层，排水布置在护坦之下。
第四节 闸基渗流分析与防渗设施
❖ 一．闸基渗流的主要危害
❖ ⒈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；
❖ ⒉由于渗透力的作用，渗透力可能造成土的渗透 变形；
❖ ⒊严重的渗漏将造成大量的水量损失； ❖ ⒋渗流可能使地基内可溶解的物质加速溶解。
❖ （引导水流平顺进入闸室）（调节水位和流量） （消能、防冲）
❖ ⒈闸室： 底板、 闸墩、闸门、（胸墙）、工作 桥、交通桥。
❖ ⒉上游连接段：翼墙、铺盖、护底、上游防冲槽、 上游护坡。
❖
⒊下游连接段：翼墙、护坦、海漫、下游防冲槽、 下游护坡、 下游排水（反滤、排水孔）。
图9-2 土基上水闸立体示意图
❖ 三.辅助消能工
❖ 1.作用： (1)加大水流阻力；
❖
(2)加强水流紊动和撞击；
❖
(3)稳定水跃；
❖
(4)利于扩散水流
❖ 2.类型:
❖
消力墩，池首坎，消力梁，散流墩等
❖ 四.上下游防护
❖ 1.闸下防冲设施：
❖
（a）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：抗尾水深度，保护水跃内河床 免受冲刷。
❖ ⑴设计情况：
❖
不同类型的水闸，其泄流特点各不相同，因此控制消能
设计的水力条件也不尽相同，并不一定是Qmax的情况，应
选取可能的q、⊿H的组合，取不利情况。
❖
拦河节制闸宜以在保持闸上最高蓄水位的情况下，排泄
上游多余来水量为控制消能设计的水力条件；
❖ 分洪闸：在河道的一侧兴建，分泄洪水、削减洪峰洪、 滞洪。
❖
挡潮闸：建于河流入海河口上游地段，防止海潮倒灌。
❖ 冲沙闸：静水通航，动水冲沙，减少含沙量，防止淤 积。
❖ 排冰闸：在堤岸上建闸防止冬季冰凌堵塞。
❖ ⒉按闸室结构分
❖ （1）开敞式：闸室露天，又分为有胸墙；无胸 墙两种形式
❖ （2）涵洞式：闸室后部有洞身段，洞顶有填土 覆盖。（有压、无压）
❖
结构应力分析√
❖ 6.地基处理及处理设计
❖ 7.观测设计
第二节 水闸的孔口设计
❖ 一、 水闸孔口设计的主要内容
❖
1.确定闸孔型式
❖ 2.拟定闸底板高程（即堰顶高程）
❖ 3.计算孔口尺寸及溢流前沿总宽
❖ 4.泄流能力验算
❖ 二 、水闸的闸孔型式（开敞式）
❖
1 根据水流流态分 : 堰流式,孔流式
图9-5 堰流式闸孔
❖ →闸室下游设置铅直排水，并防止淤堵。
❖ ⑤双向水头作用
❖
→合理地进行双向布置形式，并以水位差较大的一 向为主。
❖ *规范规定：
❖ 1.铺盖长度采用上、下游最大水头差的3~5倍； ❖ 2.砼或钢筋砼铺盖的厚度，一般根据构造要求确定，
❖ （3）胸墙式：用于上游水位变幅较大时；可减小 闸门及工作桥高度，增加闸室刚度；不利于排冰排 污和通航。
❖ 三、 底板高程
❖ 除考虑运用条件外，还要考虑地质条件和经济 要求。
❖ ⒈运用条件： ❖ 底板高程低→q↑，底板上水深↑→闸室总宽度↓ ❖ 节制闸与河底齐平或略高；进水、分洪闸比河底
略高（防泥沙），排涝闸低。 ❖ ⒉经济要求：