第七章水闸钢结构

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。
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。
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
*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。
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。
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。
*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）
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。
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
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。
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
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。
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
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
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