第二节 水闸的孔口设计
水闸类型、组成、工作特点、孔口设计、闸室布置
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水闸
三．闸孔型式的选择
• 1.宽顶堰型： 1.宽顶堰型： 宽顶堰型
• 是水闸中最常用的底板结构型式。其主要优点是结 是水闸中最常用的底板结构型式。 构简单、施工方便，泄流能力比较稳定，有利于泄 构简单、施工方便，泄流能力比较稳定， 冲沙、排淤、通航等； 洪、冲沙、排淤、通航等；其缺点是自由泄流时流 量系数较小，容易产生波状水跃。 量系数较小，容易产生波状水跃。
• 3.胸墙孔口型： 3.胸墙孔口型： 胸墙孔口型
• 当上游水位变幅较大，过闸流量较小时，常采用胸 当上游水位变幅较大，过闸流量较小时， 墙孔口型。可以减小闸门高度和启门力， 墙孔口型。可以减小闸门高度和启门力，从而降低 工作桥高和工程造价。 工作桥高和工程造价。
四．闸底板高程的确定
• 底板高程与水闸承担的任务、泄流或引水流量、上下游 底板高程与水闸承担的任务、泄流或引水流量、 水位、泥沙及河床地质条件等因素有关。 水位、泥沙及河床地质条件等因素有关。 • 闸底板应置于较为坚实的土层上，并应尽量利用天然地 闸底板应置于较为坚实的土层பைடு நூலகம்， 在地基强度能够满足要求的条件下， 基。在地基强度能够满足要求的条件下，底板高程定得 高些，闸室宽度大，两岸连接建筑相对较低。 高些，闸室宽度大，两岸连接建筑相对较低。对于小型 水闸，由于两岸连接建筑在整个工程中所占比重较大， 水闸，由于两岸连接建筑在整个工程中所占比重较大， 因而总的工程造价可能是经济的。在大中型水闸中， 因而总的工程造价可能是经济的。在大中型水闸中，由 于闸室工程量所占比重较大，因而适当降低底板高程， 于闸室工程量所占比重较大，因而适当降低底板高程， 常常是有利的。 常常是有利的。
• 对失事后造成巨大损失或严重影响，或采用实践经验较 对失事后造成巨大损失或严重影响， 少的新型结构的2~5级主要建筑物， 2~5级主要建筑物 少的新型结构的2~5级主要建筑物，经论证并报主管部 门批准后可提高一级设计； 门批准后可提高一级设计；对失事后造成损失不大或影 响较小的1~4级主要建筑物， 1~4级主要建筑物 响较小的1~4级主要建筑物，经论证并报主管部门批准 后可降低一级设计。 后可降低一级设计。
第六章 水闸
1.流体力学方法（了解）
������2 ℎ ������������ 2 ������2 ℎ + 2 ������������
= 0（拉普拉斯方程）
渗透坡降 ������ =
������ ������
（2）莱茵法 莱茵于1934年根据更多的实际工程资料认为：沿闸基渗流轮廓线单位长 度消耗的水头并不相同，单位水平渗流消耗的水头只为单位铅直渗流的 1 3 。 如全部折算为铅直渗流，则折算后渗流长度 ������′ 为：
������′ = ������1 + ������2 3
������
∵ ������′ ≥ ������ ′ ������
∴
������ 3
+ 18 ≥ 4.0 × 10 − 3 = 28
������ ≥ 30 m 答：铺盖的长度至少为30米。
10.00
3.00 0.00
−1.00 −2.00
������ ������ 3
15
������
排水起点
四、地下轮廓线的布置
������ ������
→ 加大������ → 加铺盖 + 板桩 + 排水设备后移 】
3. 粉砂地基【地震时易流动 → 打封闭板桩】 4. 有承压水的地基【排水】
渗透压力图解（延长铺盖）
延长前
延长后
闸底板渗透压力减小，渗径延长
渗透压力图解（排水设备前移）
移动前
移动后
闸底板渗透压力减小，渗径缩短
④挡潮闸
作用：①阻止海潮沿河流上溯，免使土地盐碱化； ②汛期受潮水顶托，易造成内滞（可抽排）。 启闭运用条件：涨潮时（关闸挡水）、退潮时（开闸泄水）。 特点：受双向水头作用。
小型水闸—设计小型水闸闸孔
底板高程选择的一般原则
水闸类型
主要功能
底板高程
进水闸、分洪闸
引水或泄洪 ，防大量推移 质沙进入渠道或分洪区
∇底板 ∇闸前河床
拦河闸、冲沙闸
以利泄洪、排沙
∇底板 ∇闸前河床
排水闸、挡潮闸
低洼处排水 、排涝
∇底板 ∇闸前河床
03
小结
知识点小结：
1、水闸闸底板高程的确定需要综合考虑闸址条件、水闸的类型 与作用、过闸流量大小、水闸规模及工程投资等来确定。 2、对于不同规模的水闸，闸底板高程直接影响闸孔尺寸及工程 投资，因此闸底板高程的确定也需几种方案论证比较。
03
小结
知识点小结： 闸孔宽度设计步骤： 1.闸孔总净宽度； 2.单孔净宽和孔数； 3.考虑闸墩总厚度，拟定闸室总宽度； 4.过流能力校核，闸孔尺寸调整。
孔流式闸孔在上游水位较低时也会出现堰流状态。
孔流与堰流判断条件：
e 0.65为孔流 H
e 0.65为堰流 H
e为闸门开启高度，H为堰上水头
02
闸孔的特点
堰流式闸孔 堰流式闸孔依靠闸门挡水，闸门全开时，过闸水流具有自由水面。 适用条件：平原地区，开敞式水闸用的多 优 点：水闸的过水面积和泄流量都随着水位的抬高而增大，
宽顶堰 低实用堰 其他类型
梯形堰 驼峰堰 WES低堰
低实用堰
梯形堰
驼峰堰
WES低堰
宽顶堰型（采用较多）
优点：结构简单，施工方便， 泄流稳定，利于泄洪排沙，平原 区采用较多。 缺点：流量系数较小，易产生波 状水跃。出闸水跃无强烈旋滚， 水面呈波状 ，主流在底部。
草街航电枢纽减小闸门高度 •消除波状水跃
闸孔宽度设计
目 录
1 闸孔总净宽 2 闸室总宽度 3 小结
水闸孔口尺寸设计步骤
例：5.1 确定建筑物级别及洪水标准基本资料：本工程位于河南省某县城郊处，它是某河流梯级开发中最末一级工程。
该河属稳定性河流，河面宽约200m ，深约7~10m 。
由于河床下切较深又无适当控制工程，雨季地表径流自由流走，而雨过天晴经常干旱，加之打井提水灌溉，使地下水位愈来愈低，严重影响两岸的农业灌溉和人畜用水。
为解决当地40万亩农田的灌溉问题，坝址已经上级批准的规划确定，修建挡水枢纽工程。
拦河闸所担负的任务是：正常情况下拦河截水，抬高水位，以利灌溉，洪水时开闸泄水，以保安全。
闸址处系平原型河段、两岸地势平坦，闸址两岸高程均在41m 左右，河床坡降平缓，纵坡约为1/10000，河床平均标高约30.00m ，主河槽宽度约80-100m ，河滩宽平，呈复式河床横断面，河流比较顺直。
最大风速V=20m/s ，吹程0.6Km 。
非汛期（1～6月及10～12月）9个月份月平均最大流量9.1m3/s 。
汛期（7～9）三个月，月平均最大流量为149m3/s ，年平均最大流量 m3/s ，最大年径流总量为8.25亿m3。
灌溉用水季节，拦河闸正常挡水位为38.50m 。
例5-2拟定孔口尺寸项目重现年洪水流量（m 3/s ）上游水深H （m ） 下游水深hs （m ）设计洪水 20 1133 7.58 7.43校核洪水 50 1642.35 9.08 8.90堰流流量系数，m 取0.385例5-2 计算步骤1、计算堰上水头H0由于已知上、下游水位，可推算上游水头及下游水深，如表1所示：表1 上游水头计算流量Q（m3/s）下游水深hs（m）上游水深H（m）过水断面积（m2）行近流速（m3/s）gv22上游水头H0（m）设计流量11337.43 7.58校核流量1642.358.90 9.08注：考虑壅高15~20cm。
2、计算闸孔总净宽表2 闸孔总净宽计算表流量Q（m3/s）下游水深hs（m）上游水头H0（m）Hhs淹没系数σ0B（m）设计流量11337.43 7.70校核流量1642.358.90 9.243、孔口尺寸拟定根据《闸门设计规范》中闸孔尺寸和水头系列标准，选定单孔净宽b= m，同时为了保证闸门对称开启，防止不良水流形态，选用孔，闸孔总宽度为：L＝nb0+(n－1)d=由于闸基为软基河床，选用整体式底板，缝设在闸墩上，中墩厚m，边墩厚m。
水闸设计
水闸设计指导老师：刘班级：13水工一班学号：1303101学生：吴目录第一节设计基本资料 (1)一、规划数据 (1)二、地址资料 (2)三、闸的设计标准 (2)第二节水力计算 (3)一、孔口设计 (3)1.闸室的结构设计 (3)2.堰型的选择和堰顶高程的确定 (3)3.孔口尺寸的确定 (3)（1）初拟孔口尺寸 (3)1）计算上游堰顶总水头 (3)2）判断是否淹没出流 (3)3）闸孔总净宽的计算 (3)4）确定闸孔的总净宽 (4)5）校核过水能力 (4)二、消能防冲设计 (5)1.消力池设计 (5)（1）消能方式选择 (5)（2）消力池尺寸设计 (5)（3）消力池构造设计 (6)2.海幔设计 (7)3.防冲槽设计 (7)第三节消能防冲设计 (8)一、地下轮廓线设计 (8)1.底板 (8)2.铺盖 (8)3.板桩 (8)4.侧向防渗 (8)5.排水与止水 (8)6.防渗长度的验算 (9)二、渗流计算 (10)1.地下轮廓线的简化 (10)2.确定地基有效深度 (10)3.渗流区的分段和阻力系数的计算 (10)4.计算渗透压力 (11)第四节闸室布置和稳定计算 (13)一、闸室的结构布置 (13)1.底板 (13)2.闸墩 (13)3.工作桥 (13)4.检修便桥 (14)5.交通桥 (14)二、闸室稳定计算 (15)1.荷载 (15)（1）完建期荷载 (15)（2）设计洪水下的荷载 (16)2.稳定计算 (18)（1）完建期 (18)（2）设计洪水下情况 (19)（3）校核洪水情况 (19)第一节设计基本资料大坳拦河坝是广州市从化灌区渠首枢纽工程，工程位于流溪河中下游的从化神岗境内，坝址以上集雨面积1392km²。
以上工程以灌溉为主，并兼顾发电和供水。
设计灌溉面积41.4万亩，是广东省三大灌区之一。
拦河坝左、右岸分别是流溪河灌区的左、右干渠，左干渠引水灌溉为11m3/s,灌溉面积的80%为蔬菜、20%为水稻；右干渠引水灌溉约22m³/s，灌溉面积的80%为水稻，20%为蔬菜。
04.第四章-水闸
水闸修建在河、渠堤之下时，便成为涵洞式水闸。根 据水力条件的不同，可分为有压式和无压式两类。
（三）按过闸流量大小分类
大（1）型水闸。过闸流量大于5000m³/s。 大（2）型水闸。过闸流量1000~5000m³/s。 中型水闸。过闸流量为1000~100m³/s。 小（1）型水闸。过闸流量为20~100m³/s。 小（2）型水闸。过闸流量小于20m³/s。
建闸后，为便于行人或车马通行，通常也在 闸墩上设置交通桥。交通桥的位置应根据闸室稳 定及两岸交通连接的需要而定，一般布置在闸墩 的下游侧。
四、分缝与止水
（一）分缝方式与布置
除闸室本身分缝以外，凡是相邻结构荷重相 差悬殊或结构较长、面积较大的地方也要设缝分 开。
（二）止水设备
凡是具有防渗要求的缝中都应设置止水设备。 对止水设备的要求是：①应防渗可靠；②应能适 应混凝土收缩及地基不均匀沉降的变形；③应结 构简单，施工方便。
（2）节制闸。在河道上或渠道上建造，枯水期用以抬高水位满足上游 取水或航运的需要；洪水期控制下泄流量，保证下游河道安全。
（3）冲沙闸。主要建在多泥沙河道上，用于排除进水闸、节制闸前或 渠道淤积的泥沙，减少引水水流的含沙量。
（4）分洪闸。建于天然河道的一侧。用来将超过下游河道安全泄量的 洪水泄入湖泊、洼地等滞洪区，以削减洪峰保证下游河道安全。
四、水闸的等级划分和洪水标准
见书中表格。
第二节 水闸的孔口尺寸确定
一、底板型式选择
闸底板型式有宽顶堰和低实用堰两种。 （1）平底板宽顶堰具有结构简单、施工方便、有利于排 沙冲淤、泄流能力比较稳定等优点；其缺点是自由泄流时 流量系数小，闸后比较容易产生波状水跃。 （2）低实用堰有WES低堰、梯形堰和驼峰堰等型式，其 优点是自由泄流时流量系数较大，可缩短闸孔宽度和减小 闸门高度，并能拦截泥沙入渠；缺点是泄流能力受下游水 位变化的影响显著，当淹没度增加时，泄流能力急剧下降。
项目五 水闸第一节 水闸类型分析第二节 闸址选择和闸孔布置第三节 ...
灌排渠系上的水闸设计洪水标准
水闸级别 洪水重现 期 设计 校核 1 100～50 300～200 2 50～30 200～100 3 30～20 100～50 4 20～10 50～30 5 10 30～20
山区、丘陵区水闸闸下消能防冲设计洪水标准
水闸级别 闸下消能防冲设计洪水重现期（a） 1 100 2 50 3 30 4 20 5 10
第一节 概述
一、水闸的功能 二、水闸的类型 三、ห้องสมุดไป่ตู้闸等级划分及洪水标准 四、水闸的组成 五、水闸的工作特点 六、水闸的设计内容
一、功能
水闸是调节水位、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（引）水的双重功能，关闭闸门， 可以拦洪、挡潮、抬高水位，以满足上游 取水或通航的需要；开启闸门，可以泄洪、 排涝、冲沙、取水或根据下游用水需要调 节流量。
五、水闸的工作特点 水闸的工作特点
工作特点： 工作特点： 土基的抗滑稳定性差。 渗流易使闸下产生渗透变形。 过闸水流具有较大动能，易于冲刷破坏下游河床 及两岸。 土基的沉陷问题。
六、水闸的设计内容 水闸的设计内容
水闸设计的内容包括：闸址选择，确定孔口形式和 尺寸，防渗、排水设计，消能、防冲设计，稳定计算， 沉降校核和地基处理，选择两岸连接建筑的型式和尺 寸，结构设计等。
葛州坝泄水闸
淮 河 蚌 埠 节 制 闸
2、按结构型式分： 按结构型式分：
开敞式水闸：上面设有填土，开敞，露天 孔流式 ：涵洞式水闸、胸墙式 双层式 ： 3、按过闸流量大小分： 按过闸流量大小分： 大：过闸流量在1000m3/s以上 中： 1000～100m3/s 小：小于100m3/s 4、其类型的水闸 水力自控翻板闸、机械操作闸门的水闸、橡胶水闸、 灌注桩水闸、装配式水闸、浮运式水闸、浇筑式水 闸等。
水闸的孔口设计
§6-2 水闸的孔口设计
闸孔设计的任务： 根据已知的设计条件，确定闸孔的形式、孔
口尺寸、堰顶高程。
主要内容：
Ø 闸孔形式及其使用场合 Ø 堰顶高程的确定 Ø 闸孔总宽度及孔数的确定方法 Ø 闸孔设计条件的确定
闸孔形式
一、闸孔形式
u 宽顶堰孔口、低堰孔口、胸墙孔口
n宽顶堰：自由泄流范围大而且稳定；施工简单； 流量系数m较小；易产生波状水跃。
⒈ 运用要求： u 多泥沙河流上的进水闸、分洪闸比河底略高； u 其他情况，在满足过流量条件下宜与河底齐平。
⒉ 经济要求： u堰顶高程低→水深↑，q ↑→闸室总宽度↓,但增
大闸身和两岸结构高度，同时消能防冲费用↑。
三、闸孔总宽度及孔数
闸孔总宽度及孔数
（一）堰流公式B0= Nhomakorabease m
Q 2gH03 2
（二）孔流公式
u 试确定孔数和单孔净宽。
设计条件
四、水闸闸孔设计条件
孔口设计时，首先要分析水闸在进流期间可能 出现的最不利情况，并以此作为设计条件，该设计 条件因水闸类型不同而异。
Ø 设计流量Q Ø 闸上设计水位， (△H=0.1~0.3m) Ø 闸下设计水位
闸孔总宽度及孔数
开敞式水闸的过水能力（孔径）计算一般 有三种情况：
u已知设计流量，确定闸孔净宽及孔数； u已知闸孔净宽及孔数，计算过水流量； u已知设计流量及孔径，确定闸上游水深。
闸孔总宽度及孔数
作业一：（水闸孔口设计） √
u 已知： 平底开敞式节制闸，堰顶高程与河床底
同高，规划设计流量为128m3/s，相应的闸上 游水深3.5m，闸下游水深3.3m；上游河道底 宽30m，两岸边坡均为1:2.5。
(完整word版)水闸设计
第一章设计资料和枢纽设计1、设计资料1.1工程概况前进闸建在前进镇以北的团结渠上是一个节制闸。
本工程等别为Ⅲ等，水闸按3级建筑物设计。
该闸有如下的作用：（1）防洪。
当胜利河水位较高时，关闸挡水，以防止胜利河的高水入侵团结渠下游两岸的底田，保护下游的农田和村镇。
（2）灌溉。
灌溉期引胜利河水北调，以灌溉团结渠两岸的农田。
（3）引水冲淤。
在枯水季节。
引水北上至下游红星港，以冲淤保港。
1.2 规划数据（1）团结渠为人工渠，其断面尺寸如图1所示。
渠底高程为2194.5m，底宽50m，两岸边坡均为1：2 。
（比例1：100）图1 团结渠横断面图（单位：m）（2）灌溉期前进闸自流引胜利河水灌溉，引水流量为300sm/3。
此时相应水位为：闸上游水位2201.83m，闸下游水位2201.78m；冬春枯水季节，由前进闸自流引水至下游红星港，引水流量为100sm/3，此时相应水位为：闸上游水位2201.44m，闸下游水位2201.38m。
（3）闸室稳定计算水位组合：设计情况，上游水位2204.3m，下游水位2201.0m；校核情况，上游水位2204.7m,下游水位2201.0m。
消能防冲不利情况是：上游水m/3位2204.7m,下游水位2201.78m，引水流量是300s（4）下游水位流量关系：（5）地质资料：① 根据地质钻探报告，闸基土质分布情况见下表：②根据土工试验资料，闸基持力层坚硬粉质粘土的各项参数指标为：凝聚力C=60.0Kpa ；内摩擦角19=ϕ°；天然孔隙比e=0.69；天然容重3KN/m 3.20=γ 建闸所用回填土为砂壤土，其内摩擦角26o ϕ=，凝聚力0c kPa =，天然容重318kN m γ=。
本地区地震烈度在6度。
（6）本工程等别为III 等，水闸按3级建筑物设计。
（7）闸上有交通要求，闸上交通桥为单车道公路桥，桥面净宽4.5m,总宽5.5m ，采用板梁结构。
每米桥长约种80KN 。
第二节水闸的孔口设计
第二节水闸的孔口设计水闸是用于控制水流的一种水利工程设施，其孔口设计对于水闸的正常运行和水流控制起着至关重要的作用。
合理的孔口设计能够减小水力损失，提高水闸的效率。
本文将从孔口形状、数量、尺寸、布置等方面介绍水闸的孔口设计。
首先，孔口形状是水闸孔口设计的重要因素之一、常见的孔口形状有矩形、梯形、圆形等多种。
矩形孔口适用于较小的水闸，具有结构简单、施工方便的优点，但相比其他形状孔口，其水力损失较大。
圆形孔口的水力损失相对较小，适用于小型和中型水闸，但施工和维修较为困难。
梯形孔口则是综合了矩形和圆形孔口的优点，能够在一定程度上降低水力损失，并且施工较为方便。
因此，在进行孔口设计时，需要根据具体情况选择合适的孔口形状。
其次，孔口的数量也是影响水闸设计的重要因素。
孔口数量的确定需要考虑水闸的流量要求和运行要求等因素。
孔口数量过多会增加维护成本和施工难度，同时还会增加水闸的水力损失。
而孔口数量过少会导致流量压力较大，增加了孔口的防渗措施，增加了水闸的工程量。
因此，在进行孔口数量设计时，需要综合考虑水闸的实际情况，确保孔口数量的合理性。
此外，孔口的尺寸也是影响水闸设计的重要因素之一、孔口尺寸的设计需要根据水闸的流量要求、水位变化范围和孔口形状等因素进行综合考虑。
孔口尺寸过小会导致流量较小，降低水闸的出水能力；而孔口尺寸过大则会增加水流的速度和水力损失。
因此，在进行孔口尺寸设计时，需要合理确定孔口的宽度和高度，以满足水闸的实际运行需求。
最后，孔口的布置也是影响水闸设计的重要因素之一、合理的孔口布置能够控制水流，减小流速差，降低水力损失。
常用的孔口布置方式有竖列式孔口、横列式孔口和交错式孔口等。
竖列式孔口适用于流量相对较小的水闸，能够方便地进行维护和清淤工作；横列式孔口适用于流量较大的水闸，能够有效地减小水力损失；交错式孔口是竖列式和横列式孔口的结合，能够在一定程度上平衡水流分布，使水力损失更加均匀。
因此，在进行孔口布置时，要结合水闸的实际情况和需求进行合理布置。
闸门孔口尺寸
表1-2 闸门常规孔口尺寸表4.6.6闸前正常工作水位的确定闸前正常工作水位主要应当满足灌区引水对高程的要求，在此基础上尽量降低正常工作水位，以减少闸前壅水高度和泥沙淤积。
乌斯满枢纽担负着乌斯满河沿岸生态、塔里木水库灌区、米尔沙里灌区、琼库勒牧场灌区和霍尔加牧场灌区的灌溉引水任务，引水闸后通过引水连接渠引入乌斯满河，通过规模论证乌斯满河引水流量为55m3/s。
根据乌斯满河测量成果，推算出过55m3/s的流量时引水闸后水位为903.92m，为保证过闸水流满足自由出流的要求，闸前正常工作水位确定为904.22m。
同时根据水位～流量曲线查得水位904.22m时的流量为196m3/s，然后查保证率为50％设计径流日平均流量，可知196m3/s发生20天，也就是说在每两年不壅高水位的情况下，有足够的流量保证泄洪闸前有20天的冲砂时间。
由于本河段河道纵坡较小，泥沙输送量较大，河段整体上呈淤积态势，提高正常工作水位虽然能减少工程量，但是增加了上游回水范围，势必加速上游河道的泥沙淤积，加大淤积量，对工程运行不利，而且还增加回水面以上河道主槽的摆动速度。
根据以上分析，最终确定闸前正常工作水位为904.22m。
这是别的水闸空口尺寸确定的过程，可参考由于已知上、下游水位，可推算上游水头及下游水深表2—1上游水头计算注：考虑壅高10～15cm闸门全开泄洪时，为平底板宽顶堰堰流，判断其是否淹没出流。
表2—2淹没出流判别计算按照闸门总净宽计算公式232H g m QB s εσ=（2-1）根据设计洪水和校核洪水两种情况分别计算，其中堰流侧收缩系数ε=0.97，堰流流量系数m=0.385。
表2—3闸孔总净宽计算根据《闸门设计规范》中闸孔尺寸和水头系列标准，选单孔净宽B=7m ，同时为了保证闸门对称开启，为防止不良水流形态选n=7孔，由于闸基为软基河床，选用整体式底板，缝设在闸墩上，中墩1.0m ，缝墩1.2m ，边墩0.8m 。
水工建筑物之水闸设计全解[全面]
![水工建筑物之水闸设计全解[全面]](https://img.taocdn.com/s3/m/a72c4b6b7f1922791688e8ef.png)
（一）铺盖 （二）板桩 （三）齿墙及混凝土防渗墙 （四）水泥砂浆帷幕、高压喷射灌浆帷幕及垂直防渗土工膜 （五）排水设施
四、水闸的侧向绕渗
第五节 闸室的布置与构造
一、底板
（一）整体式底板 当闸墩与底板浇筑或砌筑成整体时，称为整体式底板。
整个底板是闸室的基础，起着承受荷载、传递荷载、防冲 和防渗的作用。
三、闸室基底应力计算
（一）计算公式
（1）对于结构布置及受力情况对称的闸孔，如多孔水闸 的中间孔或左右对称的单闸孔，按下式计算
max min
G ABiblioteka M W（2）对于结构布置及受力情况不对称的闸孔，如多孔闸
的边闸孔或左右不对称的单闸孔，按双向偏心受压公式计
算
max min
G A
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应综合考虑下游河床或渠道的地质条件、水闸上下游 水位差、下游尾水深度、闸室总宽度与河道宽度的比值、 闸的结构构造特点和下游消能防冲设施等因素来确定。
四、闸孔宽度的确定
根据已确定的过闸流量、上下游水位、底板 高程、闸孔型式和堰型，即可用水力学公式计算 水闸的闸孔尺寸。 （一）闸孔总净宽度的确定 （二）单孔净宽与闸孔数目的确定 （三）闸室总宽度的确定
（6）土压力。根据填土性质、挡土高度、填土内的地下 水位、填土顶面坡角及超载等计算确定。
（7）淤沙压力。根据水闸上、下游可能淤积的厚度及泥 沙重度计算确定。
（二）荷载组合 设计水闸时，应将可能同时作用的各种荷载
进行组合。荷载组合分为基本组合与特殊组合两 类。基本组合由基本荷载组成；特殊荷载由基本 荷载和一种或几种特殊荷载组成。
第四章 水闸
第一节 概述 第二节 水闸的孔口尺寸确定 第三节 水闸的消能防冲设计 第四节 水闸的防渗排水设计 第五节 闸室的布置与构造 第六节 闸室稳定验算及地基处理 第七节 闸室结构计算 第八节 两岸连接建筑物 第九节 闸门与启闭机
水闸设计说明书
第一节 设计基本资料前进闸建在前进以北的红旗渠上，闸址地理位置见图<一>所示。
该闸的主要作用是： （1）防洪。
当胜利河水位较高时，关闸挡水，以防止胜利河的高水入侵红旗渠下游两岸的低田保护下游的农田和村镇。
（2）灌溉。
灌溉期引胜利河水北调，以灌溉红旗渠两岸的农田。
（3）引水冲淤。
在枯水季节，引水北上至下游的红星港，以冲淤保港。
图<一> 闸址位置示意图一、 规划数据红旗渠为人工渠道，其断面尺寸如图<二>所示。
渠底高程为，底宽50 m ，两岸边坡均为1：2。
该闸的主要设计水位组合有以下几方面。
图<二> 红旗渠断面示意图（单位：）1、孔口设计水位、流量根据规划要求，在灌溉期前进闸自流引胜利河水灌灌，引水流量为300 m 3/s ，。
此时相应的水位为：闸上游水位为 m ；闸下游水位为 m 。
冬春枯水季节，由前进闸自流引水送至下游的红星港冲淤保港，引水流量为100 m 3/s 此时相应的水位为：闸上游水位为 m 2、闸身稳定计算水位组合（1）设计情况：上游水位 m ，浪高 m ；下游水位 m 。
（2）校核情况：上游水位 m ，浪高 m ；下游水位 m 。
3、消能防冲设计水位组合根据分析，消能防冲的不利水位组合是：引水流量为300 m 3/s ，相应的上游水位为 m ，下游水位为 m 。
4、下游水位流量关系 下游水位～流量关系见表(1)表（1） 下游水位流量关系二、 地质资料1、闸基分布情况1:21:2-5.55.8根据钻探报告，闸基土质分布情况见表（2）表（2）闸基土层分布2、闸基土工试验资料根据土工试验资料，闸基持力层坚硬粉质黏土的各项参数指标为：凝聚力c=;内摩擦角ϕ=19°；天然孔隙比е=；天然容重γ= m3 .建闸所用回填土为砂壤土，其内摩擦角ϕ=26°，凝聚力c=0,天然容重γ=18 kN/ m3 。
三、闸的设计标准根据《水闸设计规范》SD133—84（以下简称SD133—84），前进闸按Ⅲ能建筑物设计。
毕业设计水闸的水力计算
第二章水闸的水力计算2-1孔口设计计算因为该闸即要渲泄米湖洪水，又要排除龙河流域的内涝，所以拟规划为平底宽顶堰型式。
计算条件：以排涝流量设计孔径，以泄洪流量校核孔径。
一、闸孔净宽的确定（一）设计状况（排涝）设计龙河水位为2.85m，米湖水位为2.74m。
水深H为3.35m。
（1）流态的判别：h s=3.24 H=3.35 h s/H=3.24/3.35=0.0.97>0.85故出口水流为淹没流,查水闸设计规范（SD133-84）得淹没系数为0.50。
（2）侧收缩系数（ε）的确定边墩及中墩拟采用园弧型墩头，边墩计算厚度采用b b=13.60m，中墩厚度采用1.0m。
P/H=0.5/3.35=0.15中孔b0/b s=5/6=0.833查得εz=0.978边也b0/b s=5/13.60=0.368查得εb=0.933为了控制运用的方便，初步拟定闸孔数为3孔，因此侧收缩系数ε=(εz(N-1)+εb)/N=0.963（3）流量系数：由P/H=0.5/3.35=0.15查规范(SD133-84)得流量系数m=0.434 因此闸孔总净宽B0=Q/σεm(2g)1/2H03/2=84/(0.5×0.963×0.434×(19.6)1/2×3.353/2)=14.8m取净宽B0=15m，故采用3孔，每孔净宽5.0m。
（二）校核状况（泄洪）米湖水位为5.50m，龙河水位为3.80m，闸门全开时水流型式判断：3．5/6=0.58＜0.65故属于孔流。
过流量计算：根据规范（SD133-84）可知：Q=B0σ’μhe(2gH0)1/2B0=15mh e/H=0.58r/h e=0.3/3.5=0.09查表知流量系数：μ=0.555收缩断面水深hc可按下式试算:h c3-T0h c2+αq2/(2gψ2)=0h c——收缩断面水深（m）T0——总势能（m），等于7.1mαc—水流动能校正系数，取1.00q——单宽流量（m3/s.m），等于6 m3/s.mψ——流速系数，采用0.95经试算得h c=0.57m其共厄水深h c”=3.36m(h e- h c”)/(H- h c”)=(3.5-3.36)/(6-3.36)=0.05查表得孔流淹没系数σ’=0.99上游作用水头H0=6.0m因此校核过流能力Q=15×0.99×0.555×3×(19.6×6)1/2=268.1m3/s满足泄洪过流要求。
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第二节水闸的孔口设计一、水闸孔口设计的主要内容1.确定闸孔型式2.拟定闸底板高程（即堰顶高程）3.计算孔口尺寸及溢流前沿总宽4.泄流能力验算二、水闸的闸孔型式（开敞式）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。
（2）实用堰：0.67H<堰顶厚度δ<2.5H，常用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。
（3）胸墙式：用于上游水位变幅较大时；可减小闸门及工作桥高度，增加闸室刚度；不利于排冰排污和通航。
三、底板高程除考虑运用条件外，还要考虑地质条件和经济要求。
⒈运用条件：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、分洪闸比河底略高（防泥沙），排涝闸低。
⒉经济要求：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↑，泥沙淤积。
⒊地质条件：避免复杂地基处理；抗冲刷能力q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）规范中介绍了平底闸闸孔自由堰流、淹没式堰流、孔流的计算公式。
闸孔数n=B/b，如果运用上无特殊要求，一般b=8～12m，n<8时n一般取奇数。
溢流前缘总宽L=nb+（n-1）d，d为闸墩厚度。
⒌验算泄流能力。
*基本资料：(1)过闸Q设、Q校(2)上下游河道水力要素及水位-流量曲线(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(5)特殊运用要求（过船、过木、过鱼、排冰、排砂、防淤等）第三节水闸的消能防冲设计一闸下泄流的特点和闸下冲刷的原因1.闸下泄流的特点(1)分洪闸开始泄流时下游无水或水位很低始流条件差：Qmax→⊿Zmax水位升高，Fr较小，易产生波状水跃；进口流态不对称时会产生折冲水流。
(2)节制闸闸门开启不对称时会产生折冲水流；水头最大时流量并非最大，流量最大时水头最小。
2.闸下冲刷的原因q大而土壤的抗冲刷能力低；河道收缩，水流未充分扩散；运用不合理，产生折冲水流；消能工设计不合理。
二消能工设计消能工的主要作用是改善水流与固体边界的接触条件，防护加固下游河床。
消能防冲设施必须在各种可能出现的水力条件下，都能满足消散动能与均匀扩散水流的要求，且应与下游河道有良好的衔接。
1.消能方式：大多数采用底流消能，“ 我国已建的大、中型水闸，多数建在平原、滨海地区，一般在软基上建闸，且承受的水头不高，闸下跃前Fr 较低，宜采用底流式水跃消能。
”⒉消力池布置与设计：造成产生淹没式水跃必需的尾水深度，保护水跃内河床免受冲刷。
⑴设计情况：不同类型的水闸，其泄流特点各不相同，因此控制消能设计的水力条件也不尽相同，并不一定是Qmax的情况，应选取可能的q、⊿H的组合，取不利情况。
拦河节制闸宜以在保持闸上最高蓄水位的情况下，排泄上游多余来水量为控制消能设计的水力条件；分洪闸宜以闸门全开，通过最大分洪流量为控制消能设计的水力条件；排水闸宜以冬、春季蓄水期通过排涝流量为控制消能设计的水力条件；挡潮闸宜以蓄水期排泄上游多余来水量时，有时需用闸门控制泄水，上、下游可能出现较大的水位差作为控制消能设计的控制条件。
⑵计算消力池长度、深度及消力池底板的厚度（a）消力池深度：按水跃动量平衡方程求解（b）消力池的长度：用经验公式计算：式中L sj为消力池长度；L s为斜坡段的水平投影；β为水跃长度校正系数，一般取0.7～0.8；L j为水跃长度，新规范中推荐采用欧勒佛托斯基公式计算：（c）消力池护坦厚度可根据抗冲和抗浮要求，分别按规范中以下公式计算，取其最大值，且不小于0.5m：抗冲：抗浮：3.布置(1)下挖式消力池、突槛式消力池和综合式消力池是底流式消能的三种主要形式。
(2)下挖式消力池与闸室底板之间直接用斜坡段连接即可，规范规定消力池斜坡段坡度不应陡于1：4。
(3)倾斜段不宜设排水孔，护坦后部设铅直排水孔以降低池底板渗透压力，并在该部位底面铺设反滤层。
三.辅助消能工1.作用：(1)加大水流阻力；(2)加强水流紊动和撞击；(3)稳定水跃；(4)利于扩散水流2.类型:消力墩，池首坎，消力梁，散流墩等四.上下游防护1.闸下防冲设施：（a）海漫：紧接护坦，进一步消除余能，调整流速分布，达到不冲流速；要求：抗冲、有一定柔性、表面粗糙、透水；材料：浆砌石、干砌石；长度：按南科院提出的经验公式计算。
布置：浆砌石布置在海漫前部，厚度为30～50cm，其抗冲能力较高，抗冲流速一般为3～6m/s，浆砌块石内应设排水孔，底部设反滤层或垫层；干砌块石布置在海漫的后部，其下部一般铺设10cm的碎石垫层设反滤层，规范规定干砌块石海漫应做成等于或缓于1：10的斜坡。
(b)防冲槽:海漫末端设大块石防冲槽：限制冲刷向上游扩展，保护海漫。
深度一般为1.0～2.0m，上下游坡度可采用1：2～1：4。
2.下游两岸护坡长度应大于护底长度图9-7 海漫布置及其流速分布示意图图9-8 防冲槽示意图3.上游防护：（1）齿墙/防冲槽→护底→铺盖（2）为了防止水流冲刷，必要时上游护底首端应设防冲槽（或防冲墙），其深度一般采用1.0m即可。
因此，修订后的新规范增列了上游护底首端河床冲刷深度的计算公式（B.3.2）：第四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；⒉由于渗透力的作用，渗透力可能造成土的渗透变形；⒊严重的渗漏将造成大量的水量损失；⒋渗流可能使地基内可溶解的物质加速溶解。
图9-9 闸基渗流*防渗设计的主要任务：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。
*防渗设计的内容包括：(1) 渗透压力计算；(2) 抗渗稳定性验算；(3) 滤层设计；(4) 防渗帷幕及排水设计；(5) 永久缝止水设计。
二闸基防渗措施1.闸基的防渗长度L：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线）的长度。
应满足:渗径系数C值表图9-10 水闸地下轮廓及流网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。
⑵防渗排水设施水平防渗→铺盖：粘土、粘壤土铺盖，砼、钢筋砼、沥青砼铺盖。
水平铺设土工膜 .垂直防渗→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.高压喷射灌浆：定喷板墙导渗→排水反滤图9-11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：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，或土工膜防渗铺盖，闸室下游护坦底部应设滤层，下游排水可延伸到闸底板下。
图9-12 粘性土地基的地下轮廓线布置②砂性土地基：防止渗透变形→通过延长渗径来降低渗透流速和坡降，对降低渗透压力的要求较低。
砂层很厚→闸室上游可采用铺盖和悬挂式防渗墙相结合的形式，闸室下游渗流出口处应设置滤层，排水布置在护坦之下。
砂层较浅→闸室底板上游端设置截水槽或防渗墙（嵌入相对不透水层深度不应小于1.0m），闸室下游渗流出口处应设置滤层，排水布置在护坦之下。
图9-13 砂性土地基的地下轮廓线布置③粉细砂地基（或粉土、轻砂壤土、轻粉质砂壤土）：闸室上游宜采用铺盖和垂直防渗体相结合的布置形式。
在地震区的粉细砂地基上，有震动液化问题，宜采用封闭式布置（闸室底板下布置的垂直防渗体宜构成四周封闭的形式），垂直防渗体的长度应超过粉砂地基液化深度。
④特殊地基：弱透水地基下有透水层，地基为不同性质冲积层，K H>>K V。
→闸室下游设置铅直排水，并防止淤堵。
⑤双向水头作用→合理地进行双向布置形式，并以水位差较大的一向为主。
*规范规定：1.铺盖长度采用上、下游最大水头差的3~5倍；2.砼或钢筋砼铺盖的厚度，一般根据构造要求确定，最小厚度不宜小于0.4m，一般作成等厚；为了减小地基不均匀沉降和温度变化的影响，通常设顺水流向的永久缝，缝距可采用8~20m。
3.粘土或壤土铺盖的厚度应根据铺盖土料的允许水力坡降值计算确定，为了保证铺盖碾压施工质量，粘土或壤土铺盖前端最小厚度不宜小于0.6m，铺盖与底板之间应设油毛毡止水，铺盖上面应设保护层。
4.水平铺设土工膜厚度应根据作用水头、膜下土体可能产生裂缝宽度、膜的应变和强度等因素确定，但不宜小于0.5mm，上部应设保护层。
图9-14 粘土铺盖细部构造单位：m图9-15 混凝土及钢筋混凝土铺盖*规范规定：1.钢筋砼板桩最小厚度不宜小于0.2m，宽度不宜小于0.4m；2.水泥砂浆帷幕或高压喷射灌浆帷幕的最小厚度不宜小于0.1m；3.砼防渗墙的最小厚度不宜小于0.2m；4.地下垂直防渗土工膜厚度不宜小于0.25mm，重要工程可采用复合土工膜，其厚度不宜小于0.5mm。
5.闸室底板的上、下游端均宜设置齿墙，齿墙深度可采用0.5~1.5m。
三闸基的渗流分析渗流分析的目的：决定渗透压力，渗透坡降及渗流量图9-16 不同闸基型式的流网图1.假定渗流符合达西定理v=kJ运动符合拉普拉斯方程⒉分析方法⑴直线比例法：即勃莱系数法和莱因系数法。
计算精度较差，特别是对于进、出口部分，不宜采用。
⑵直线展开法和加权直线法适用于防渗布置简单、地基不复杂的中小型水闸。
加权直线法与勃莱法基本相同，不同点在于把地下轮廓上下游端的铅直渗径扩大一个倍数n，而其他部分仍保持不变。
假定端板桩（或齿墙）的长度为S，地下轮廓水平投影长度为L，计算用透水层深度为T，则同时满足S/T<0.1和S/L<0.1的为短板桩，取n=4；如果不能同时满足或都不满足，则视为长板桩，取n=2。
直线展开法把地下轮廓线垂直段展开为相同效应的水平轮廓，再按线性关系求各点的渗透水头。
⑶流网法：图解法，适用于均质和非均质地基，不同的地下轮廓布置。
⑷改进阻力系数法：较精确的近似计算方法，但不能解决非均质地基渗流问题。
⑸有限单元法和电拟试验法用于地基条件较复杂时。
规范中推荐采用改进阻力系数法和流网法作为求解土基上闸基渗透压力的基本方法。
复杂土基上重要水闸，应采用数值计算法求解。
岩基上水闸的渗透压力，采用全截面直线分布法计算。
⒊改进阻力系数法（1）计算原理把闸基的渗流区域按可能的等水头线划分为几个典型流段，根据渗流连续性原理，流经各流段的渗流量相等，各段水头损失与其阻力系数成正比，各段水头损失之和等于上下游水头差。
图9-17 改进阻力系数法计算图⑵计算步骤①确定地基有效深度Te若Te<地基的透水深度T，则按Te计算；若Te>地基的透水深度T，则取Te=T计算。