第七章水闸钢结构

闸基渗流
第三节 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 沿闸基的渗流对建筑物产生向上的压力， 轻建筑物有效重量，降低闸身抗滑稳定性， 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； 的渗流对翼墙产生水平推力； 由于渗透力的作用， ⒉由于渗透力的作用，渗透力可能造成土的渗透 变形； 变形； 严重的渗漏将造成大量的水量损失； ⒊严重的渗漏将造成大量的水量损失； 渗流可能使地基内可溶解的物质加速溶解。 ⒋渗流可能使地基内可溶解的物质加速溶解。
三、 底板高程 除考虑运用条件外，还要考虑地质条件和经济 除考虑运用条件外， 要求。 要求。 运用条件： ⒈运用条件： 底板高程低→q↑，底板上水深↑→ ↑→闸室总宽度 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、 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。 略高（防泥沙），排涝闸低。 ），排涝闸低 经济要求： ⒉经济要求： 底板高程低→q↑，底板上水深↑→ ↑→闸室总宽度 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↑ ↓，但增大闸身和两岸结构高度，消能防冲费用↑， 泥沙淤积。 泥沙淤积。 地质条件： ⒊地质条件： 避免复杂地基处理；抗冲刷能力q 避免复杂地基处理；抗冲刷能力q
二、水闸的类型 ⒈按担负的任务（作用）分： 按担负的任务（作用） 节制闸（拦河闸）：拦河兴建，调节水位，控制流量。 ）：拦河兴建 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、 ）：在河 水库的岸边兴建， 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。 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 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。 兴建，作用是排水、防止洪水倒灌。 分洪闸：在河道的一侧兴建，分泄洪水、削减洪峰洪、 分洪闸：在河道的一侧兴建，分泄洪水、削减洪峰洪、 滞洪。 滞洪。 挡潮闸：建于河流入海河口上游地段，防止海潮倒灌。 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， 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。 排冰闸：在堤岸上建闸防止冬季冰凌堵塞。
工程等别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 永久性建筑物级别 临时性建筑物级别 主要建筑物 次要建筑物 1 3 4 2 3 4 5 3 4 5 5 5 4 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 定的防洪任务，以近期防洪目标为主， 定的防洪任务，以近期防洪目标为主，并考虑远景发展要 按下表所列标准综合分析确定。 求，按下表所列标准综合分析确定。
3．水流 （1）.静水（关闸）： 静水（关闸）： 水平水压力、土基→ 水平水压力、土基→滑动 水位差产生渗透压力→ 水位差产生渗透压力→不利于稳定 绕岸渗流→ 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、 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 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→ 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→ 闸门开启顺序不合理时→产生折冲水流
水闸级别
1 设计 100～50 100～
2 50～30 50～
3 30～ 30～20 100～ 100～50
4
5
20～10 10 20～ 50～30 30～20 50～ 30～
洪水重现期 校核 300～200 200～100 300～ 200～
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 （引导水流平顺进入闸室）（调节水位和流量） 引导水流平顺进入闸室）（调节水位和流量） ）（调节水位和流量 （消能、防冲） 消能、防冲） ⒈闸室： 底板、 闸墩、闸门、（胸墙）、工作桥、交通 、（胸墙）、工作桥 闸室： 底板、 闸墩、闸门、（胸墙）、工作桥、 桥。 上游连接段：翼墙、铺盖、护底、上游防冲槽、 ⒉上游连接段：翼墙、铺盖、护底、上游防冲槽、上游护 坡。 下游连接段：翼墙、护坦、海漫、下游防冲槽、 ⒊下游连接段：翼墙、护坦、海漫、下游防冲槽、下游护 下游排水（反滤、排水孔）。 坡、 下游排水（反滤、排水孔）。
平原区水闸枢纽工程分等指标表
工程 级别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 中型 Ⅳ Ⅴ 规模 大（1） 大（2） 最大 过闸 流量 防护 对象 的重 要性 5000 500～ 500～ 1000 重要 小 （ 1 ） 小 （2 ） <20
1000～ 100～ 1000～ 100～20 100 中等 一般
特别 重要
水闸枢纽建筑物级别划分表
二 闸基防渗措施 1.闸基的防渗长度 1.闸基的防渗长度L： 闸基的防渗长度L 地下轮廓线（闸基渗流第一根流线， 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 的长度。应满足: 线）的长度。应满足: 渗径系数C 渗径系数C值表
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。 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→ 水平防渗→ 铺盖：粘土、粘壤土铺盖， 钢筋砼、 铺盖：粘土、粘壤土铺盖，砼、钢筋砼、沥青砼 铺盖。 铺盖。 水平铺设土工膜 . 垂直防渗→ 垂直防渗→ 钢筋砼板桩, 砼防渗墙, 灌注式水泥砂浆帷幕, 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. 工膜垂直防渗结构. 高压喷射灌浆： 高压喷射灌浆：定喷板墙 导渗→ 导渗→排水反滤
4．结构：防渗排水，消能防冲，闸室结构 结构：防渗排水，消能防冲，
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： 水闸设计内容： 1.闸址选择 1.闸址选择 2.总体布置 2.总体布置 3.水力设计 闸孔型式和尺寸确定√ 水力设计： 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√ 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 防渗和排水设计√ 4.防渗和排水设计√⊿ 5.水闸结构设计 闸室稳定计算√ 水闸结构设计： 5.水闸结构设计：闸室稳定计算√ 岸、翼墙稳定计算 结构应力分析√ 结构应力分析√ 6.地基处理及处理设计 6.地基处理及处理设计 7.观测设计 7.观测设计
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⒉按闸室结构分 （1）开敞式：闸室露天，又分为有胸墙；无胸 开敞式：闸室露天，又分为有胸墙； 墙两种形式 涵洞式：闸室后部有洞身段， （2）涵洞式：闸室后部有洞身段，洞顶有填土 覆盖。（有压、无压） 覆盖。（有压、无压） 。（有压 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
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： 粘性土地基： 降低渗透压力，增加闸身有效重量。 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， 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， 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。 排水可延伸到闸底板下。
二 、水闸的闸孔型式（开敞式） 水闸的闸孔型式（开敞式） 堰流式, 1 根据水流流态分 : 堰流式,孔流式
图9-5 堰流式闸孔
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 宽顶堰：2.5H<堰顶厚度δ<4H或无坎， 堰顶厚度δ<4H或无坎 用于平原地区，自由泄流范围大且稳定；施工简单； 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。 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 堰顶厚度δ<2.5H 实用堰：0.67H<堰顶厚度δ<2.5H， 于上游水位允许有较大雍高的山区， 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。 量系数m较大，流量Q受下游水位影响较大。 （3）胸墙式：用于上游水位变幅较大时；可减小 胸墙式：用于上游水位变幅较大时； 闸门及工作桥高度，增加闸室刚度； 闸门及工作桥高度，增加闸室刚度；不利于排冰排 污和通航。 污和通航。
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 确定设计流量Q和上、 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） 计算闸孔净宽B及闸室总宽L 开敞式） 规范中介绍了平底闸闸孔自由堰流、 规范中介绍了平底闸闸孔自由堰流、淹没式堰 孔流的计算公式。 流、孔流的计算公式。 闸孔数n=B/b 如果运用上无特殊要求， n=B/b， 闸孔数n=B/b，如果运用上无特殊要求，一般 b=8～12m，n<8时 一般取奇数。 b=8～12m，n<8时n一般取奇数。 溢流前缘总宽L=nb+ L=nb+（ 为闸墩厚度。 溢流前缘总宽L=nb+（n-1）d，d为闸墩厚度。 验算泄流能力。 ⒌验算泄流能力。
三、水闸等级划分及洪水标准（以平原区水闸枢纽 水闸等级划分及洪水标准（ 为例） 为例） 1、工程等别及建筑物级别 平原区水闸枢纽工程是以水闸为主的水利枢纽 工程，一般由水闸、泵站、船闸、 工程，一般由水闸、泵站、船闸、水电站等水工建 筑物组成，有的还包括涵洞、渡槽等其它泄（ 筑物组成，有的还包括涵洞、渡槽等其它泄（引） 水建筑物， 水建筑物，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。 的重要性划分等别。 其中水工建筑物的级别应根据其所属枢纽工程 的等别、作用和重要性划分。 的等别、作用和重要性划分。
*防渗设计的主要任务： 防渗设计的主要任务： 寻求合理经济的防渗措施， 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。 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： 防渗设计的内容包括： 渗透压力计算； (1) 渗透压力计算； 抗渗稳定性验算； (2) 抗渗稳定性验算； 滤层设计； (3) 滤层设计； 防渗帷幕及排水设计； (4) 防渗帷幕及排水设计； (5) 永久缝止水设计。
图9-2 土基上水闸立体示意图
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） ）（承受上部结构重量 （承受水压力）（承受上部结构重量） (较均匀 地传给) 地传给) 2．地基：平原地区水闸大部分建在土基上。 地基：平原地区水闸大部分建在土基上。 土基的特点 特点: 土基的特点: 抗剪强度低→ （1）抗剪强度低→稳定性差 压缩性较大→ （2）压缩性较大→容易产生不均匀沉降 易产生渗透变形， （3）易产生渗透变形，抗冲刷能力低
水 闸
第一节
一、概念
概述
1.水闸： 1.水闸： 水闸 是调节水位、控制流量的低水头水工建筑物， 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（ 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、 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。 电等方面应用十分广泛。 2.低水头水工建筑物： 2.低水头水工建筑物： 低水头水工建筑物 一般指水头不超过30m的水工建筑物， 30m的水工建筑物 一般指水头不超过30m的水工建筑物，主要有 水闸、低坝、橡胶坝、船闸等，多数建在软基上， 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。 也有建在岩基上的。
*基本资料： 基本资料：
(1)过闸 (1)过闸Q设、Q校 过闸Q (2)上下游河道水力要素及水位 (2)上下游河道水力要素及水位-流量曲线 上下游河道水力要素及水位(3)引水角度及分流比率 (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 (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、 (5)特殊运用要求（过船、过木、过鱼、排冰、排 特殊运用要求 防淤等） 砂、防淤等）