水闸的概念及计算

第八章 水 闸§8-5 闸室的布置和构造 教学内容底板、闸墩、工作桥、交通桥 一、底板按形状分：有水平底板、低实用堰底板（上游水位高，流量又受限制）。

河宽、孔多。

需用横缝将闸室分成若干闸段（每个闸段可分为一孔、两孔、三孔）按底板与闸墩的连接方式分：整体式、分离式● 整体式闸底板与闸墩浇筑成整体，墩中分缝。

（也有闸室底板中间分缝的）底板形式⎭⎬⎫⎩⎨⎧--kpa 4030较差，箱式底板：地基承载力实心底板适用于松散地基，地震烈度较高的地区 ● 分离式单孔底板上设双缝，将底板与闸墩分开适用：坚基，紧密的地基上，不会产生不均匀沉降。

底板顺水流方向的长度：满足上部结构布置，结构强度和抗滑稳定要求。

二、闸墩材料：常用混凝土、浆砌石、少筋混凝土。

作用：分隔闸孔，支承闸以及上部结构。

材料：砼或浆砌石。

外形轮廊：过闸水流平顺，侧向收缩小，以加大过水能力。

分方形、三角形、半圆形、流线形。

高程：上游高出最高水位并有一定超高。

长度：与闸底板顺水流长度相同。

上、下游侧：铅直或10:1～５:1竖坡。

闸墩厚度：满足强度，稳定要求，决定于工作门槽深度和门 槽颈部厚度。

门槽颈部厚度最小值为0.5m 门槽深0.3m 槽宽0.5～1.0缝墩：1.2～1.5检修门槽与工作门槽之间须保持1.5 ～2.0m 净距。

胸墙与检修门槽之间也应留足1.0m 以上的间距。

三、闸门检修门---平门----位置：上游侧工作门--弧门平门--位置：① 上游侧②下游侧（利用水重帮助闸室稳定） 闸门顶部高程：应高于可能最高蓄水位。

四、胸墙固定式、活动式作用：减少闸的高度，减轻立门重和降低对启闭机重量的要求。

布置位置：置于门后--闸门紧靠胸墙，且止水效果好而简单；门前---止水结构复杂，易于磨损，有利于启闭，钢丝绳不易磨损•顶高程：顶与闸墩齐平。

底梁梁底高程：满足堰流的要求，堰顶高程＋堰顶下游水深＋ (0.2m)。

厚度：不小于0.15～0.2m 结构形式：板式、梁板式。

支撑方式：固接、简支 五、交通桥及工作桥交通桥⎭⎬⎫⎩⎨⎧稳定（葛洲坝），利用水重，帮助闸室有时设在水闸上游一侧一般设在水闸下游一侧 工作桥：安装启闭设备初步确定桥高时，平面门可取门高的二倍再加1.0～1.5m 的超高值，并满足闸门能从闸门中取出检修的要求。

若用活动式启闭机，桥高可低些，但亦应大于1.7倍门高。

升卧闸门的桥高为平面直升门高的70％。

弧形门则视闸门吊点位置等情况而定，一般要比平面门的工作桥低得多。

六、分缝方式及止水设备1.分缝水闸沿垂直水流方向每隔一定距离，必须设置沉降缝予以分开，以免闸室因地基不均匀沉降及伸缩变形而产生裂缝。

缝的间距岩基上不宜超过20m ，土基上不宜超过35m ，缝宽2～3cm 。

除了闸室分缝外，凡相邻结构荷重相差悬殊或结构较长、面积较大的地方，都需设缝分开。

如在铺盖与水闸底板连接处、翼墙与边墩及铺盖连接处、消力池底板与闸底板、翼墙连交通桥胸墙启闭机不小于3.5m启闭机房启闭机大梁交通桥净宽I —I接处都要设沉降缝，当混凝土铺盖及消力池底板面积较大时，也要设沉降缝。

2.止水。

凡具有防渗要求的缝，都应设止水。

按照止水设备的方向，有铅直止水和水平止水两种。

前者设在缝墩中、边墩与翼墙之间以及各段翼墙之间等。

后者设在铺盖、消力池底板与闸底板、翼墙之间，闸底板与铺盖、消力池底板间的分缝处等1）止水形式垂直止水----闸墩（缝墩）中的边墩与岸墙之间的、岸墙与翼墙之间的接缝、以及翼墙的分段缝。

水平止水-----铺盖与底板之间；铺盖与两侧翼墙底板之间；底板分缝隙段；砼或混凝土铺盖的分坝缝；闸后护坦与闸底板之间的分缝；护坦与翼墙之间的接缝；护坦分坝缝。

2）止水设备垂直止水设备一般都设在靠近上游挡水面处（临水面0.2 ~ 0.5m）止水设备上游部分的缝应该是不透水的，下游宜保持通畅，此外，止水设备应防止两个相邻构件之间因发生相对垂直位移而被撕裂。

水平止水多布置在距上面0.2 ~ 0.3m处，在缝下面铺设2 ~ 3层油毛毡或沥青片。

材料：紫铜片、塑料止水带、橡皮止水带缝与止水平面位置示意图§8-6 闸室稳定分析、沉降校核及地基处理教学内容闸室稳定分析、沉降计算、地基处理 教学重点闸室稳定分析一、闸室稳定分析闸室应在任何情况下（施工、竣工、运用、检修）都是稳定的。

1、竣工期（地基受到的压力最大） （1）沉陷问题：a 、过大的（均匀）沉陷—堰顶高程降低，达不到设计要求；b 、不均匀沉陷：闸顶倾斜，甚至断裂（2）压力过大：地基受到压力过大，结构受到破坏，失去稳定性。

2、运用期（或检修期）同时受到重力和水平力的作用a 、表面滑动：当底板与地基之间垂直压应力б较小时，在水平推力作用下，闸室底板有可能沿地基表面发生滑动，称为表面滑动b 、深层滑动：当作用与地基上的铅直荷载较大时，可能连同一部分地基土体一起滑动，称为深层滑动计算取一个闸室单元为验算对象（以缝为界，单元可能是一孔、两孔、三孔）。

（一）荷载及其组合闸室所受的主要荷载：自重、水重、水平水压力、扬压力、波浪压力、地震力、泥沙压力。

地震力按拟静力法计算浪压力：波浪要素（波高、波长、周期）确定后，按重力坝部分所讲公式进行计算浪压力。

水平水压力：砼铺盖：b 、d 点的水平水压力强，分别等于该点的扬压力强度（浮托力+渗透压力）b点之间按直线变化 黏土铺盖：点的扬压力水头为b h h p H p b bb a γγ==1二、闸室的稳定性及其安全指标 闸室稳定性所包含的内容： 1、不致于沿地基面或深层滑动 2、不发生明显的倾斜3、平均基底压力不大于地基的容许承载力地基反力分布的不均匀程度（闸室上、下游端地基反力的比值）闸室的倾斜度也越大值越大，沉降差越大，ησσηminmax =三、计算方法 1、验算闸室基底压力对称闸孔：A w m ∑=maxln σ±AB W∑6受力不对称的闸孔：按双向偏心受压公式计算 2、验算闸室的抗滑稳定闸室产生平面滑动或深层滑动的判别σu =A γb Btg φ+2C （1+tg φ）（1）当闸底最大压应力σmax 小于σu ，可只做平面滑动验算 （2）当闸底最大压应力σmax 大于σu ，需作深层滑动核算 计算平面滑动的公式摩擦公式：p w f K c ∑∑=抗剪断公式：p Ac w tg K c ∑+∑=00ϕ抗滑稳定计算的关键，在于合理选用f 、φ0、c 0 提高表层抗滑稳定的措施（1）将高水位一侧的防渗铺盖适当延长，或将低水位一侧的排水设备适当向高水位一侧延伸，以减小作用在底板上的渗透压力。

（2）将闸室位置适当移向低水位一侧，利用水重。

（3）适当增加齿墙深度，以提高抗滑力。

（4）利用高水位一侧的混凝土铺盖作为阻滑板。

（用钢筋和闸室底板可靠的连接起来）计算公式：)(8.021U W W f S ++=式中：0.8—考虑土壤变形及连接钢筋拉伸变形等因素。

3、验算闸基的整体稳定（1）在竖向荷载作用下的地基承载力（2）在竖向荷载和水平荷载共同作用下，地基承载力核算。

四、沉降校核土基压缩变形大均匀沉降：建筑物顶部高程降低，影响正常运行。

不均匀沉降：闸室倾斜、裂缝、止水破坏。

计算沉降的方法：采用分层总和法。

（土力学）沉陷允许值：最大沉降允许值：10-15cm ；最大沉降差值：3-5cm 。

减少不均匀沉降的措施：（1先施工，使地基先行预压。

（2）布置要匀称，使min maxσσ（3匀沉陷的要求。

（4某一挡潮排涝闸，闸室分缝距离为36.40m 强闸室刚度后，最大沉降差仅为4.2cm （5（6）进行必要的地基处理，以提高地基承载力五、地基处理 根据工程实践： 粘性土贯入击数>5 砂性土贯入击数>8 可不做地基处理直接建闸. 常用的处理方法： （一）预压加固预压堆石高度，应使预压荷重约为1.5～2.0倍水闸荷载，但不能超过地基的承载能力，否则会造成天然地基的破坏。

为了缩短预压施工时间，可在地基中设置塑料排水板，以改善软土地基的排水条件，加快地基固结。

塑料排水板间距一般为1～3m ，深度应穿过预压层。

（二）换土垫层 适用情况:软弱粘性土 薄层、浅表----全部挖除 层厚-----采用换土垫层 通常采用砂垫层、壤土垫层垫层作用：（1）垫层使应力扩散，提高地基的稳定性。

（2）减小地基沉降量（3）具有良好的排水作用，有利于软土地基加速固结。

设计内容：换砂厚度、宽度、材料、级配等。

（三）桩基础（深基础）当水闸上部结构重量大，不宜采用上述方法的，可参考桩基。

从施工角度来分：预制桩、钻孔灌注桩 受力特点来分：支撑桩----软土、浅层 摩擦桩----土层很厚 优点：大大提高地基的承载力 缺点：底板与土层分离 （四）沉井基础（深基础）适用条件：闸下有较厚的软土层，要求闸的基础埋置较深。

不适用于闸基下有流沙、蛮石、树干或表面倾斜较大的岩层。

沉井是一种筒状结构物，可用浆砌石、砼或钢筋砼制成。

沉井平面尺寸视上部结构而定，一般只要略大于上部结构的尺寸即可。

沉井的接缝应置于闸的沉降缝之下，使上部结构能够适应下部基础的沉降。

（五）振冲砂石桩它是利用一个直径为0.3～0.8m，长约2m，下端设有喷水口的振冲器，先在土基内造孔，下管，然后，向上移动，边振动，边沿管向下填注砂石料形成砂石桩。

桩径一般为0.6～0.8m，间距1.5～2.5m，呈梅花形或正方形布置。

桩的深度根据设计要求和施工条件确定，一般为8～10m。

振冲桩的砂石料宜有良好的级配，碎石最大粒径不宜大于5cm。

振冲砂石桩适用于松砂或软弱的壤土地基。

（六）强夯法它是由重锤夯实法发展起来的。

用100～400kN重锤从6～25m高处自由落下，撞击土层，每分钟2或3次。

该法适用于细砂、中砂和砂壤土等强透水的土层。

在透水性差的粘性土地基上，如设置砂井（或排水板），也可收到较好的效果。

（七）爆炸法在松砂层厚度较大的地基上建闸，可采用爆炸振密法。

先在地基内钻孔，孔距约5～6m，沿孔深每隔一定距离放置适量的炸药，利用爆炸力使松砂密实。

该法对粗砂、中砂地基比较有效，而对细砂，尤其是粉砂地基，效果较差。

爆炸振密深度一般不超过10m。

（八）高速旋喷法旋喷法是用钻机以射水法钻进至设计高程，然后由安装在钻杆下端的特殊喷嘴把高压水、压缩空气和水泥浆或其他化学浆液高速喷出，搅动土体，同时钻杆边旋转边提升，使土体与浆液混合，形成桩柱，以达到加固地基的目的。

旋喷法可用来加固粘性土及砂性土地基，也可用作砂卵石层的防渗帷幕，适用范围较广。

§8-7 闸室的结构计算教学内容底板结构计算、闸墩结构计算 教学重点底板结构计算的弹性地基梁法 学时整体计算：用有限元法分解成若干部件：闸室为空间结构，受力复杂，为简化计算一般将它分解为若干部件（如闸墩、底板、胸墙、桥梁等）分别单独计算，在单独计算时，应考虑它们之间的相互作用。