第5章7 水闸

●与设有表孔闸门的溢流重力坝的区别 : 水闸
水头较低，抬高水位较少，主要是靠闸门挡水；
而溢流坝主要靠闸门下坝体来挡水。 ●水闸多建于平原地区，以砂砾石、软黏土等 非岩基为多见。
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淮 河 蚌 埠 节 制 闸
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节制闸
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葛州坝泄水闸
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张洼蓄水闸
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塔里木河拦河闸工程
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山东王营盘拦河闸
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荷兰三角洲工程闸坝分布
• • • • 上、下游水位差较小，下游水位变化大。 受下游水深影响，水跃形成受到影响 (波状水跃)。 易掏冲河床、河岸(远驱水跃)。 闸下游河床抗冲刷能力差。
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六 水闸的消能防冲
• 水闸的上游水头不高，下游多为土质，根本无法采 用挑流消能。水闸的消能方式一般采用底流消能， 由消力池、海漫、防冲槽和防淘墙等部分组成。
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闸下渗流特点和计算
• 流网、流线、等势线 • 水力学方法
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防渗措施
• 地下轮廓线：从防渗铺盖前端开始，沿铺 盖、板桩、底板和护坦，到下游排水的前 端为止，是闸基流场的第一根流线。 • 地下轮廓线上存在渗透压力，因此与土石 坝不同，水闸闸下渗流没有浸润线。 • 在地下轮廓线上存在渗透压力，且渗透水 压力顺着渗流方向逐渐减小。因此，水闸 渗流又称有压渗流。
荷兰马斯兰特挡潮闸
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1 作用
• 控制水位、调节流量的低水头水工建 筑物，是农田水利中龙头工程，常与 堤坝、船闸、鱼道、水电站、抽水站 等建筑物组成水利枢纽，以满足防洪、 排洪、航运、灌溉以及发电水利工程 的需要。
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2 水闸的工作特点
• • • • • • • • 土基压缩性大，承载力低 闸室抗滑稳定性差 存在非均匀沉降 由于渗流可能产生渗透变形 扬压力，对闸室稳定不利 土基抗冲能力低，影响水闸和下游河岸安全 闸室空间结构复杂，施工基坑大 多为钢筋混凝土结构，易发有害裂缝
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闸室段
• 是水闸主体，控制水位和流量，包括底板、闸 墩、闸门、启闭机、工作桥、交通桥、胸墙 – 底板： 闸室基础，承受闸室全部荷载，较均匀地将 荷载传给地基并利用底板与地基土磨擦来维 持闸室稳定，还有防冲防渗作用 – 闸墩： 分隔闸孔、支撑闸门和桥梁 – 工作桥： 供布置启闭机和工作人员操作机器 之用
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防渗措施
• 2、垂直防渗
– 木板桩 – 钢筋混凝土板桩
– 混凝土防渗墙 – 高压旋喷灌浆帷幕
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防渗措施
• 3、排水措施（水平排水与排水井）
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防渗措施
• 4、两岸防渗
在上下游水压力的作用下，渗水可能从 两岸渗透。因此，水闸闸室两端与岸坡要 有可靠的连接，防止岸坡绕渗。具体防渗 设施有刺墙等形式。
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消能防冲措施——消力池
• 是水闸的主要消能区域。
• 护坦是消力池底板，保护河床不受冲刷。 护坦一般比下游河床较低，形成消力池， 可以适应下游水深变化。 • 尾坎：抬高消力池水深，促成水跃。 • 作用：
壅高和增加池内水深，使闸下急流能通过淹没式 水跃转化为缓流，消刹水流的能量。
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消能防冲措施——辅助消能工
• 作用： 减少消力池开挖深度 分散水流，造成漩涡，增加消能效果 稳定水跃，缩短消力池 • 形式：尾坎、消力墩和趾墩
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消能防冲措施——海漫
• 水流出消力池后，流速仍较大 （大于海漫河 床不冲流速），因此，必须采用防冲加固措施 • 作用：防止下游河床发生危及工程安全的严重 冲刷，加速跃后段水流紊动的衰减
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地下轮廓布置
• 布置原则：上防下排 即在高水位一侧布置防渗设施，延长渗 径，低水位一侧设置面层排水，排水管等 设施，使地基水尽快地渗出。 • 上防渗：水平---铺盖 垂直---齿墙、板桩、混凝土防渗 墙、帷幕等。 • 下排水：排水孔、减压井等
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地下轮廓线布置
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防渗措施
• 1、铺盖
– 黏土铺盖 – 混凝土铺盖 – 钢筋混凝土铺盖 – 沥青混凝土铺盖
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下游连接段
下游连接段包括消力池、海漫、下游防冲槽、下游翼墙 及护坡等（使水流经有效消能后平顺流出闸室，与下游 河床段连接）。 ①消力池：紧接闸室布置，具有形成水跃和保护水跃范围 内河床不许受冲刷作用，是消能的主要措施。 ②海漫：布置在消力池后面，继续消除余能，调整流速分 布，用块石砌成。 ③防冲槽：海漫的末端防冲措施，防止海漫后河床冲刷向 上游发展。 ④下游翼墙：水流均匀扩散，并保护两岸免受冲刷。 ⑤护坡： 布置在海漫和防冲槽范围内，一般用块石。
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内容
• • • • • • • • • • 概述 水闸的类型 水闸组成与构造 闸孔尺寸 地基处理 水闸的消能防冲 水闸防渗设计 闸室结构 两岸连接建筑物 其他闸坝建筑
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八 闸室结构
• 内容：
闸室结构布置包括底板、闸墩、 胸墙、闸门、工作桥和交通桥等 部分，结构和尺寸的初步确定原 则：安全、稳定、适用、经济。
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九 两岸连接建筑物
• 挡土墙
– 悬臂式 – 扶壁式 – 空箱式
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十 其他闸坝建筑
• • • • • 壅水坝 底栏栅坝 橡胶坝 自动翻板闸门 浮体闸
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本节要点
• 概念：水闸，地下轮廓布置 • 简答： 1.水闸的类型 2.水闸的组成及各部分作用 3.水闸的消能防冲措施 4.水闸的地基处理
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五 地基处理
• 为改善地基承载力不足，可以： 1.调整闸室布局，使应力均匀 2.减小闸室重量，降低闸底应力，但水闸可 能失稳 3.减少相邻建筑物重量差，减小沉降差 4.如果重量差不可避免，先建设重量大的建 筑物，使地基提前固结沉降 5.通过地基处理提高其承载力
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五 地基处理
• 地基处理的主要方法： 换土垫层 强夯法 沉井法 预压加固 振冲桩法 桩基础 高压旋喷灌浆
• 底板布置包括底板型式选择，顺水流长度及厚 度，分缝确定
– 型式：平底板使用最多，又可分为整体式和分 离式
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八 闸室结构
• 闸墩
①作用：分隔闸孔，支承闸以及上部结构，
承受水压力。 ②外形轮廊：过闸水流平顺，侧向收缩小， 以加大过水能力。 多采用：半圆形、流线形。 ③闸墩厚度：满足强度，稳定要求，1-4m。 ④闸墩上设有门槽或者牛腿支撑闸门
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消能防冲措施——防淘墙
• 作用：防止海漫下游可能发生的冲刷
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内容
• • • • • • • • • • 概述 水闸的类型 水闸组成与构造 闸孔尺寸 地基处理 水闸的消能防冲 水闸防渗设计 闸室结构 两岸连接建筑物 其他闸坝建筑
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七 水闸防渗设计
• 水闸挡水时，在闸基内及绕过翼墙在岸 坡内部都会产生渗流。闸基渗流和两岸 绕流产生的扬压力对闸室的抗滑稳定不 利。渗流还可能造成渗透变形和地基破 坏。因此需要做好防渗设计。
水利工程概论之
水 闸
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图：单孔闸和多孔闸
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内容
• • • • • • • • • • 概述 水闸的类型 水闸组成与构造 闸孔尺寸 地基处理 水闸的消能防冲 水闸防渗设计 闸室结构 两岸连接建筑物 其他闸坝建筑
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一 概述
●水闸：用闸门控制水位，调节流量，是一种
低水头水工建筑物，具有挡水和泄水双重作用。
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八 闸室结构
• 闸门
可分为工作闸门和检修闸门 工作闸门调节流量，宣泄洪水，动水启闭 检修闸门用于检修期短期挡水，静水启闭
• 启闭机
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八 闸室结构
• 工作桥
作用：设置启闭机和管理人员操作启闭设备 之用。 宽度：取决于启闭机形式、容量和操作需要 桥高程：取决于门型和门高
• 交通桥 • 胸墙
作用：减少闸的高度，减轻闸门承受荷载。
越小，闸孔数就越多，工程投资就大。反之投 资成本低。)
3.为减少工程量，在满足工程任务的前 提下，水闸总是尽可能减少垂直水流方 向的闸室宽度。
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内容
• • • • • • • • • • 概述 水闸的类型 水闸组成与构造 闸孔尺寸 地基处理 水闸的消能防冲 水闸防渗设计 闸室结构 两岸连接建筑物 其他闸坝建筑
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内容
• • • • • • • • • • 概述 水闸的类型 水闸组成与构造 闸孔尺寸 地基处理 水闸的消能防冲 水闸防渗设计 闸室结构 两岸连接建筑物 其他闸坝建筑
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九 两岸连接建筑物
• 翼墙
• 上游翼墙引导水流平顺地进入闸室， 挡住两侧回填土。
– 角墙式 – 八字墙 – 圆弧式 – 扭曲式 – 导水墙和导水堤
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三 水闸组成与构造
• 水闸的主体是闸室，此外还有上游连接 段和下游连接段。
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上 游 连 接 段
• 作用:
将上游来水平顺地引进闸室,防止冲刷,同时有防渗作用。
• 组成及作用
– 上游翼墙：引导水流平顺进闸;抵御两岸填土压 力;保护闸前河岸不受冲刷;侧向防渗。 – 铺盖：起防渗作用,其表面应进行保护，以满足 防冲要求。 – 护坡、护底：保护河岸及河床不受冲刷 。 – 上游防冲槽：保护护岸头部,防止河床冲刷而向 护底方向发展。
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内容
• • • • • • • • • • 概述 水闸的类型 水闸组成与构造 闸孔尺寸 地基处理 水闸的消能防冲 水闸防渗设计 闸室结构 两岸连接建筑物 其他闸坝建筑
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六 水闸的消能防冲
• 水闸消能防冲特点： 泄流量大 水头低 佛氏数低 消能不充分
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六 水闸的消能防冲
• 过闸水流特点:
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五 地基处理
• 闸室安全问题：闸底板抗滑稳定、地基承 载力和不均匀沉陷。 • 在水压力为主的水平荷载作用下，闸室可 能沿底板与地基基础面滑动。
• 闸室多为软土地基，闸室质量超过地基承 载力时，发生闸室下沉 • 不均匀沉降是地基承载力不够的一种形式
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五 地基处理
• 水闸基础分为： 1.砂性土：重点是解决闸下防渗 2.黏性土：包括淤泥和软黏土，重点是加 速固结，提高地基承载力和抗滑摩擦系数
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• • • • • • • • • • 概述 水闸的类型 水闸组成与构造 闸孔尺寸 地基处理 水闸的消能防冲 水闸防渗设计 闸室结构 两岸连接建筑物 其他闸坝建筑
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四 闸孔尺寸
• 水闸的孔口尺寸主要是指确定水闸在垂直 水流方向的孔口宽度，包括单孔净宽b，孔 口数量n和闸墩厚度b’。 则过流前缘总宽度： B’=nb+(n-1)b’ 孔口过流净宽度： B=nb
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内容
• • • • • • • • • • 概述 水闸的类型 水闸组成与构造 闸孔尺寸 地基处理 水闸的消能防冲 水闸防渗设计 闸室结构 两岸连接建筑物 其他闸坝建筑
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二 水ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的类型
进水闸
冲砂闸 拦河闸
泄水闸
排水闸 分洪闸
挡潮闸
退水闸
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二 水闸的类型
• 按规模分：流量大小不同，大型、中型、小型
• 按施工方法分：现浇式、装配式、浮运式
• 按闸室结构分：
–开敞式水闸
–胸墙式水闸 –涵洞式水闸
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开敞式水闸
• 平底板孔口（a，b） • 低堰孔口（c）
• 胸墙孔口（d）
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胸墙式水闸
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涵洞式水闸
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内容
• • • • • • • • • • 概述 水闸的类型 水闸组成与构造 闸孔尺寸 地基处理 水闸的消能防冲 水闸防渗设计 闸室结构 两岸连接建筑物 其他闸坝建筑
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四 闸孔尺寸
• 在计算水闸泄流量时应该注意： A. 水闸往往为淹没出流，下游水位能够影 响泄流能力，其淹没出流的σ<1 B.水闸流量系数较小，m=0.4-0.48 C.闸前水深较浅，行近流速较大，流速水 头不可忽略
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四 闸孔尺寸
• 确定闸孔尺寸时的注意事项： 1.孔口尺寸应能够满足其承担的任务 2.上游壅高(过流宽度B越大，上游水位壅高
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消能防冲措施——海漫
• 材料：主要是块石和混凝土。
• 在构造上要求材料具有粗糙、抗冲、透水
和柔韧等性能。粗糙的目的是有效消耗水
流的余能；抗冲为的是保护河床；透水为
的是消除底面的渗透压力；而柔韧的目的 是使海漫能适应河床的变形(不均匀沉降)。
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消能防冲措施——防冲槽
①作用：当下游渠道河床形成最终冲刷状 态时，保护海漫不遭受破坏。 ②形式：抛石防冲槽、齿墙、板桩式防冲 槽。