水闸

L0 m
Q
2
g
H
1.5 0
❖出流为孔口出流时：
L0
a
Q 2gH0
❖L0的确定关系到单宽流量，从而关系到消能防冲工程，关 系到上游淹没程度，关系到底坎高程等，需综合考虑。
6.2 闸址选择和闸孔设计
4 闸室单孔宽度和总宽度
❖闸室单孔宽度l0：依据闸门形式、启闭条件、运用要求和工 程造价确定；
❖一般经验：大中型采用8～12m ❖闸孔孔数：n＝L0 /l0 ，取整，且常采用单孔数
6.4 水闸的消能、防冲设计
四、防冲槽与末端加固
❖防冲槽 海漫末端预留足够d>30cm的石块，发生冲刷后石块自动滚 下阻止冲刷继续发展
❖防冲墙：齿墙、板桩、沉井等
6.5 闸室的布置与构造
❖ 闸室的布置
底板、闸墩、边墩、胸墙、闸门、启闭机、工作桥、 交通桥
闸室分缝 闸室与边墩的连接与分缝
❖ 闸室的设计要求
6.6 闸室稳定分析、沉降校核和地基处理
（二）闸室的稳定性及安全指标 ❖ 闸室的稳定性
平均基底压力不大于地基容许承载力 不发生明显的倾斜，地基压力的最大值与最小值之比
不大于规定的容许值 不发生沿地基面或深层的滑动
6.6 闸室稳定分析、沉降校核和地基处理
1 闸室基底压力验算
❖结构布置和受力对称的闸段：
❖因土基的抗冲能力低，仍可能引起水闸下游的冲刷。出流 形成的波浪水跃、折冲水流，将进一步加剧河床、河岸的淘 刷。
❖土基在渗透水流作用下，容易产生渗流变形，引起沉降、 倾斜甚至倒坍.
6.1 概述
四、水闸设计的内容
❖闸址选择 ❖孔口形式和尺寸设计 ❖防渗、排水设计 ❖消能、防冲设计 ❖稳定性计算 ❖沉降校核和地基处理 ❖两岸连接建筑的型式和尺寸设计 ❖结构设计
❖ 上游连接段
➢含两岸翼墙、两岸护坡、河床部分的铺盖及防冲墙、护底 ➢目的：导流、防冲、防渗、护稳
Байду номын сангаас❖ 下游连接段
➢包括护坦、海漫、防冲槽、两岸翼墙、两岸护坡等 ➢目的：消能、导流、调流、减速、防冲
6.1 概述
三、水闸的工作特点（软土地基）
❖承载后沉降量或沉降差较大，易造成闸室倾斜、止水破坏、 闸底断裂、甚至失事。
设沉降缝。
6.4 水闸的消能、防冲设计
三、海漫设计 1 海漫的作用
❖防冲：防止水流出消力池后的剩余能量对下游的冲刷； ❖顺流：调整水流均匀扩散，使流速分布逐渐调整到天然状态
(Fig6-18)。
2 海漫的布置与构造
❖布置：水平段＋斜坡段(Fig6-18) ❖要求：①表面粗糙，以进一步消能
②具透水性，渗流可自由排除，降低扬压力 ③具柔性，以适应河床冲刷变形。
6.3 水闸的防渗、排水设计
2 地下轮廓线的布置
❖原则：防渗与排水相结合，即上游防渗、下游排水。 ❖上游水平防渗有铺盖，垂直防渗有齿墙、板桩、砼防渗墙、
灌浆帷幕等 ❖下游排水有面层排水、排水孔、减压井等 ❖粘土地基：不易发生管涌,底板与地基间摩擦系数小,以降压
提高抗滑稳定为主 ❖砂土地基：底板与地基摩擦大,抗渗透变形能力差,以防治渗
6.1 概述
二、水闸等别划分
工程等别
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
规模 大(1)型 大(2)型
最大过闸 流量
防护对象 的重要性
≥5000 特别重要
5000～ 1000
重要
中型
小(1)型 小(2)型
1000～ 100
中等
100～20 一般
<20
6.1 概述
三、水闸的组成部分(Fig6-3) ❖ 闸室
➢包括闸门、闸墩、边墩(岸墙)、底板、胸墙、工作桥、交通 桥、启闭机等
（三）齿槽
❖闸底板上下游均设1.0m左右的短齿槽，增强稳定和延长 渗径
6.3 水闸的防渗、排水设计
（四）其他防渗设施
❖混凝土防渗墙、灌注式水泥砂浆帷幕……
（五）排水与反滤
❖材料：1～2cm的卵石、砾石或碎石 ❖位置：平铺在护坦、浆砌石海漫的底部，或深入闸底板
底部下游段 ❖厚度：0.2～0.3m ❖反滤：与地基接触处设反滤层
透变形和减小渗漏为主 ①粗砂与沙砾；②细砂；③粉砂；④含承压水
6.3 水闸的防渗、排水设计
二、渗流计算
❖渗透压力、渗透比降、渗透流速、渗流量
(一）基本方程
❖闸基渗流为有压渗流 ❖假定：地基均匀、各向同性，渗水符合达西定律。 ❖拉普拉斯方程：
2h 2h 0
x2 y2
6.3 水闸的防渗、排水设计
（二）计算方法 ❖ 流网法：通过手绘和实验获得(Fig6-5) ❖ 改进的阻力系数法 ①基本原理：以流体力学为基础的近似方法 ②计算深度的确定： ③渗压计算： ④水力坡降曲线的修正 ⑤逸出坡降计算： ❖ 直线法
岸坡,影响枢纽的正常运行。
6.4 水闸的消能、防冲设计
❖ 闸下游消能、防冲设施
➢ 消能设施 底流消能——消力池 辅助消能工 尾坎
➢ 防冲设施 海漫 防冲槽 防冲墙
6.4 水闸的消能、防冲设计
二、底流消能工设计
❖适用于水头较小而下游水位变幅大的平原地区水闸
（一）底流消能工的布置
❖淹没度：1.05～1.10 ❖设置消力池的三种方法 ❖消力池与闸底板采用斜坡连接 ❖闸室尾设小槛防止波状水跃 ❖消力池前端设散流墩防止折冲水流 ❖消力池末端设尾槛调整流速分布，减小出流底部流速，形成
二、闸孔设计 1 堰型选择
❖宽顶堰 ❖低实用堰
2 底板高程的确定：影响运用和造价
❖底板较高时：单宽流量小，所需闸室宽度大，但两岸连接 建筑低
❖底板较低时：单宽流量大，虽闸室宽度窄，但消能防冲的 工程量增大，闸门高度增加，启闭机容量增加
❖一般要求
6.2 闸址选择和闸孔设计
3 闸孔总净宽的确定
❖出流为堰流时：
单向偏心受压公式：
max m in
W6M
A AB
❖结构布置和受力不对称的闸段：双向偏向受压公式 ❖要求：
3 底板长度
❖取决于上部结构，需满足强度和抗滑要求，参考经验取值
底板施工
6.5 闸室的布置与构造
二、闸墩
❖顶部高程 ❖预制构件 ❖框架式闸墩
6.5 闸室的布置与构造
三、闸门
❖ 闸门型式选择考虑的内容 ➢运用要求、闸孔跨度、启闭机容量、工程造价
❖ 闸门在闸室中的位置 ➢与闸室稳定、闸墩应力、地基应力、上部结构位置有关 ➢平板门通常设在上游侧，有时为了利于水重也可设在下游侧 ➢弧形闸门需靠上游侧设置，可缩短闸墩 ➢检修闸门设在上游侧，与工作闸门净距1～3m
（三）辅助消能工
❖主要是消力墩 ❖作用：加强消能，稳定水
跃，减小消力池长度和深 度. ❖布置：布置在消力池内， 可前可后，可单排可多排， 可交错排列。 ❖墩高：1/5-1/3跃后水深
6.4 水闸的消能、防冲设计
（四）消力池的构造
❖消力池底板、消力墩等配筋 ❖消力池末端设齿墙以增加稳定性 ❖水平段的后半部设排水孔以减少扬压力 ❖底部铺设反滤层 ❖分缝：垂直于水流方向不分缝；与底板、翼墙、海漫交界处
一、闸室稳定分析
❖验算工况:竣工期、运行期、检修、施工期 ❖验算单元:整个闸室或分缝之间的闸段
（一） 荷载及组合
❖主要荷载：自重/水重/水推力/扬压力/浪压力/泥沙压力/土 压力/地震力 8类
❖荷载组合 ➢基本组合： 正常蓄水位、设计洪水位、完建等工况 ➢特殊组合： 校核洪水位、地震、施工、检修等工况
6.4 水闸的消能、防冲设计
❖类型 ①干砌石海漫：常用于海漫后段(Fig6-18) ②浆砌石海漫：常用于海漫前段 ③混凝土板海漫：板中设排水孔，下设反滤或垫层 ④钢筋砼板海漫：流速较大时采用
⑤其它形式海漫：铅丝笼海漫(Fig6-19)
3 海漫的长度
❖影响因素：单宽流量、水位差、地质条件、尾水深度、海 漫粗糙度……
6.2 闸址选择和闸孔设计
一、闸址选择
❖地形开阔、岸坡稳定、岩土坚实、地下水位较低； ❖优先选择地质条件良好的天然地基，壤土、中砂、粗砂和
砂砾适于作闸基，尽量避开淤泥、粉砂、细砂地基； ❖过闸水流的形态是影响闸址选择的主要因素，需出流平顺、
均匀，不出现偏流和危害性冲刷和淤积。
6.2 闸址选择和闸孔设计
水工建筑物 第六章 水闸
6.1 概述
一、水闸的功能和分类 ❖水闸的概念
水闸是一种利用闸门挡水和泄水的低水头水工建筑物，多 建于河道、渠系及水库、湖泊岸坡。
❖水闸的功能
拦洪、挡潮、抬高水位；泄洪、排涝、冲沙、调节流量
❖水闸的分类
➢按承担任务分：节制、进水、分洪、排水、挡潮、冲沙闸 ➢按结构形式分：开敞式、胸墙式、涵洞式等 ➢按操作闸门的动力分：机械操作、水力操作闸门的水闸
6.5 闸室的布置与构造
五、交通桥、工作桥、检修便桥 1 交通桥
❖设在水闸下游一侧 ❖板式结构：跨度<3～6m常用 ❖T型梁结构：跨度=6～20m常用 ❖预应力钢筋砼结构：跨度>20m常用 ❖多用单跨简支
2 工作桥
❖板式结构：小型水闸常用 ❖装配式梁板结构：大中型水闸常用 ❖采用固定式启闭机和活动式启闭机的工作桥高度不同
6.5 闸室的布置与构造
六、分缝与止水
1 分缝方式与布置
❖缝间距：岩基<20m,土基<30m ❖缝宽：2.0～2.5cm ❖分缝方式
2 止水设备
❖铅直止水：闸墩中间、边墩与翼墙间、上游翼墙本身 ❖水平止水：铺盖、消力池、底板、闸墩等之间的沉降缝 ❖止水交叉：铅直交叉、水平交叉；柔性连接、刚性连接
6.6 闸室稳定分析、沉降校核和地基处理
横轴旋滚进一步消能
6.4 水闸的消能、防冲设计
（二）消力池的深度、长度、底板厚度的确定
❖深度：试算，选取最不利的流量对应的深度；要求水跃起点
位于消力池前端或斜坡坡脚
❖消力池长度
Lsj Lj
Ls L
6.9h
j
hc
0.7
~
0.8
❖消力池底板厚度：由抗冲、抗浮要求确定
6.4 水闸的消能、防冲设计
抗滑稳定 结构强度 沉陷
6.5 闸室的布置与构造
一、底板 1 底板类型
❖按过闸形式分：水平底板、低实用堰底板 ❖按与闸墩的连接形式分：整体式底板、分离式底板(图) ❖按结构形式分：实体底板、箱式底板
2 底板分缝
❖温度沉降缝：将闸室分成若干闸段,每个闸段可含单孔、双 孔或三孔(Fig6-21(a)
6.3 水闸的防渗、排水设计
二、水闸的防渗长度及地下轮廓的布置 1 防渗长度的确定
❖防渗设施：上游铺盖、板桩、底板为防渗设施，护坦不是。 ❖地下轮廓线：上游铺盖、板桩、底板等防渗设施与地基的
接触线，也是渗流的第一根流线。 ❖防渗长度：地下轮廓线的长度。 ❖防渗长度L的确定：
L≥CH (C是渗径系数，H为上下游水位差)
混凝土 ❖ 粘土和粘壤土铺盖：(Fig6-8) ❖ 沥青混凝土铺盖：厚度5～10cm；注意与闸底板连
接 ❖钢筋混凝土铺盖： (Fig6-9)
6.3 水闸的防渗、排水设计
（二）板桩
❖目的：截断透水层(埋深浅)或延长渗径(埋深深) ❖埋深要求：插入不透水层1m或插入深度0.6～1.0倍总水
头 ❖材料：木材、钢筋混凝土、钢材，钢筋砼最常用。 ❖与闸底板连接：紧贴前缘和嵌入凹槽两种形式(Fig6-10)
6.5 闸室的布置与构造
四、胸墙
1 胸墙形式(Fig6-23)
❖楔形板：适用于跨度<6m的水闸，墙板上薄下厚 ❖梁板式：跨度>6m的水闸适用,由墙板、底梁、顶梁组成
2 胸墙的支承型式(Fig6-24)
❖简支式支承：柔性连接，可避免闸墩附近出现裂缝，但截面 尺寸较大。多用于分离式底板。
❖固接式支承：刚性连接，截面尺寸小，闸室整体稳定好，但 受温度和变形影响大，易出现裂缝。多用于整体式底板。
❖闸室总宽度：L1 nl0 n（1不 d包括边墩）
❖总宽度与河宽的比值：河宽50～100m时，比值≥0.6～ 0.75；河宽大于200m时，比值≥0.85；
6.3 水闸的防渗、排水设计
一、渗流危害
❖ 发生渗流的位置（图） ➢闸基 ➢边墩背水一侧 ➢翼墙背水一侧
❖ 渗流的危害 ➢降低闸室的抗滑稳定及边墩和翼墙的侧向稳定性； ➢可能引起闸基的渗透变形，甚至破坏； ➢损失水量； ➢使闸基的可溶性物质加速溶解。
6.4 水闸的消能、防冲设计
一、过闸水流的特点
1 闸下易形成波状水跃
❖形成原因：1.0<Fr<1.7 ❖危害：
①消能效果差，出流冲刷 能力较强; ②不易扩散而两侧形成回 流，单宽流量增大，加剧 冲刷。
6.4 水闸的消能、防冲设计
2 闸下易出现折冲水流
❖形成原因:布置、操作不当 ❖危害:左冲右撞淘刷河床和
6.3 水闸的防渗、排水设计
三、防渗及排水设施
❖ 防渗设施 铺盖 板桩 齿墙
❖排水设施
铺设在护坦、浆砌石海漫及闸底板下面的起导渗作 用的砂砾石层
6.3 水闸的防渗、排水设计
（一）铺盖
❖ 目的：延长渗径 ❖ 要求：相对不透水以防渗，具柔性以适应地基变形 ❖ 材料：粘土、粘壤土、沥青混凝土，有时可用钢筋