4水闸设计

项目四水闸设计

【教学目标】

1、掌握水闸的工作特点及分类；熟悉水闸的设计标准、水闸设计规范；

2、掌握闸孔口设计方法（1）了解闸孔类型的选择方法，（2）掌握水闸总净宽的计算方法及公式应用，（3）理解闸孔的分孔方法、单孔净宽、闸墩厚度拟定、分缝方法及有关构造规定等概念，（4）熟悉水闸的构造要求；

3、培养学生绘制水闸横剖面的动手能力及空间想象能力。

【教学要求】

图4-1 广东省东莞石龙水闸实景

引例

某排水闸建筑物等级为2级，水闸设计排水流量s，相应闸上设计水位（内河涌），浪高，闸下设计水位（外江）。防洪水位（外江），浪高，相应闸上水位（内河涌）。排水渠为梯形断面，渠底宽为12m，底高程，，渠顶高程，两岸边坡均为1:2。闸基持力层为粉质粘土，承载力为140kPa，渗透系数为×10-5 cm/s 。闸上无交通要求。，该地区地震烈度为Ⅵ度。

设计该水闸。

知识点

水闸设计应符合中华人民共和国行业标准SL265-2001 《水闸设计规范》和现行的有关标准的规定。

水闸设计的内容有：闸址选择，确定孔口形式和尺寸，防渗、排水设计，消能防冲设计，稳定计算，沉降校核和地基处理，选择两岸连接建筑物的形式和尺寸，结构设计等。

水闸设计应认真搜集和整理各项基本资料。选用的基本资料应准确可靠，满足设计要求。水闸设计所需要的各项基本资料主要包括闸址处的气象、水文、地形、地质、试验资料以及工程施工条件、运用要求，所在地区的生态环境、社会经济状况等。

【基本知识学习】

水闸的类型与工作特点

4.1.1 概述

水闸是一种低水头建筑物，兼有挡水和泄水的作用，用以调节水位、控制流量，以满足水利事业

的各种要求。关闭闸门，可以拦洪、挡潮、蓄水抬高上游水位，以满足上游取水或通航的需要。开启闸门，可以泄洪、排涝、冲沙、取水或根据下游用水的需要调节流量。水闸在水利工程中的应用十分广泛，多建于河道、渠系、水库、湖泊及滨海地区。

中国修建水闸的历史悠久。公元前598～前591年，楚令尹孙叔敖在今安徽省寿县建芍陂灌区时，即设五个闸门引水。新中国成立以来，为防洪、排涝、灌溉、挡潮以及供水、发电等各种目的，修建了上千座大中型水闸和难以数计的小型涵闸，促进了工农业生产的不断发展，给国民经济带来了很大的效益，并积累了丰富的工程经验。如长江葛洲坝枢纽的二江泄水闸，最大泄量为84000km3/s，位居中国首位，运行情况良好。国际上修建水闸的技术也在不断发展和创新，如荷兰兴建的东斯海尔德挡潮闸，闸高53m，闸身净长3km，被誉为海上长城。当前水闸的建设，正向形式多样化、结构轻型化、施工装配化、操作自动化和远动化方向发展。

4.1.2 水闸的类型

水闸的种类很多，通常按其所承担的任务和闸室的结构形式来进行分类。

（一）按水闸所承担的任务分类

1 节制闸（或拦河闸）

拦河或在渠道上建造。枯水期用以拦截河道，抬高水位，以利上游取水或航运要求；洪水期则开闸泄洪，控制下泄流量。位于河道上的节制闸称为拦河闸，见图4-1。

2 进水闸

建在河道、水库或湖泊的岸边，用来控制引水流量，以满足灌溉、发电或供水的需要。进水闸又称取水闸或渠首闸，见图4 -2。

3 分洪闸

常建于河道的一侧，用来将超过下游河道安全泄量的洪水泄入预定的湖泊、洼地，及时削减洪峰，保证下游河道的安全，见图4 -2。

4 排水闸

常建于江河沿岸，外河水位上涨时关闸以防外水倒灌，外河水位下降时开闸排水，排除两岸低洼地区的涝渍。该闸具有双向挡水，有时双向过流的特点，见图4 -2。

5挡潮闸

建在入海河口附近，涨潮时关闸不使海水沿河上溯,退潮时开闸泄水。挡潮闸具有双向挡水的特点，如图4-2所示。

此外,还有为排除泥沙、冰块、漂浮物等而设置的排沙闸、排冰闸、排污闸等。

图4-2 水闸的类型及位置示意图

（二）按闸室结构型式分类

1开敞式水闸

开敞式水闸[图4- 3 (a)]当闸门全开时过闸水流通畅，适用于有泄洪、排冰、过木或排漂浮物等任务要求的水闸，节制闸、分洪闸常用这种形式。

2 胸墙式水闸

胸墙式水闸[图4- 3 ( b)]和涵洞式水闸[图4 - 3 (c)]，适用于闸上水位变幅较大或挡水位高于闸孔设计水位，即闸的孔径按低水位通过设计流量进行设计的情况。

胸墙式的闸室结构与开敞式基本相同，为了减少闸门和工作桥的高度或为控制下泄单宽流量而设胸墙代替部分闸门挡水，挡潮闸、进水闸、泄水闸常用这种形式。如中国葛洲坝泄水闸采用12m×12m活动平板门胸墙，其下为12m×12m弧形工作门，以适应必要时宣泄大流量的需要。

3 涵洞式水闸

涵洞式水闸[图4 - 3 (c)]又称封闭式水闸。多用于穿堤引（排）水，闸室结构为封闭的涵洞，在进口或出口设闸门，洞顶填土与闸两侧堤顶平接即可作为路基而不需另设交通桥，排水闸多用这种形式。涵内水流可以是有压的或者是无压的。同胸墙式水闸一样，涵洞式水闸适用于闸上水位变幅较大或挡水位高于闸孔设计水位，即闸的孔径按低水位通过设计流量进行设计的情况。

图4-3 水闸的类型及位置示意图

（a）开敞式；（b）胸墙式；（c）封闭式

4.1.3 水闸的工作特点

水闸既能挡水，又能泄水，且多修建在软土地基上，因而它在稳定、防渗、消能防冲及沉降等方面都有其自自身的特点。

1 稳定方面

水闸关门挡水时，闸室将承受上下游水位差所产生的水平推力，使闸室有可能向下游滑动。闸室的设计，须保证有足够的抗滑稳定性。

2 防渗方面

在上下游水位差的作用下，水将从上游沿闸基和绕过两岸连接建筑物向下游渗透，产生渗透压力，对闸基和两岸连接建筑物的稳定不利，尤其是对建于土基上的水闸，由于土的抗渗稳定性差，有可能产生渗透变形，危及工程安全，故需综合考虑闸址地质条件、上下游水位差、闸室和两岸连接建筑物布置等因素，分别在闸室上下游设置完整的防渗和排水系统，确保闸基和两岸的抗渗稳定性。

3 消能防冲方面

水闸开闸泄水时，在上、下游水位差的作用下，过闸水流往往具有较大的动能，流态也较复杂，而土质河床的抗冲能力较低，可能引起冲刷。此外，水闸下游常出现波状水跃（图4-4）和折冲水流（图4-5），会进一步加剧对河床和两岸的淘刷。因此，设计水闸除应保证闸室具有足够的过水能力外，还必须采取有效的消能防冲措施，以防止河道产生有害的冲刷。

图4-4 波状水跃图4-5 折冲水流

4 沉降方面

建于平原地区的水闸地基多为较松软的土基，承载力小，压缩性大，在水闸自重与外荷载作用下将会产生沉陷或不均匀沉陷，导致闸室或翼墙等下沉、倾斜，甚至引起结构断裂而不能正常工作。为此，对闸室和翼墙等的结构形式、布置和基础尺寸的设计，需与地基条件相适应，尽量使地基受力均匀，并控制地基承载力在允许范围以内，必要时应对地基进行妥善处理。对结构的强度和刚度需考虑地基不均匀沉陷的影响，并尽量减少相邻建筑物的不均匀沉陷。

4.1.4水闸等级划分及洪水标准

（一）工程等别及建筑物级别

平原区水闸枢纽工程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，其等别应按表4-1确定。规模巨大或在国民经济中占有特殊重要地位的水闸枢纽工程，其等别应经论证后报主管部门批准确定。

表4-1 平原区水闸枢纽工程分等指标

工程等别ⅠⅡⅢⅣⅤ

规模大（1）型大（3）型中型小（1）型小（2）型