节制闸课程设计、

第一章基本资料
1.1工程概况
原前进二闸枢纽位于临河城北前进干渠上，该枢纽建于1966年，枢纽设计流量77.6m3/s，主要任务是引水灌溉，灌溉面积128万亩。

建筑物包括前进第二节制闸、西乐进水闸、新华进水闸、甜菜支渠进水闸及林场支渠进水闸五座建筑物，其中西乐进水闸、新华进水闸的分水角均为30ο，甜菜支渠进水闸及林场支渠进水闸的分水角均为16ο。

枢纽上游以扭曲面与两岸连接，各闸室之间采用圆形裹头连接方式；下游均以隔墙型式与两岸渠堤连接。

前进二闸枢纽中的节制闸、西乐及新华进水闸的设计流量分别为28m3/s、22m3/s 及23m3/s，闸室结构型式均为开敞式，闸下游设交通桥，桥面净宽4.5m，汽-8级标准。

闸门为钢筋混凝土平板门，起闭机为螺杆式起闭机。

该枢纽建成至今已有42年，在工程运用过程中发现了许多问题：一是建筑物长期受冻胀破坏，致使各闸的翼墙、闸前铺盖及闸下消力池护坦等部位存在破损问题，漏水现象十分严重，直接威胁建筑物自身的安全；二是工程管理设施落后，不能满足工程管理现代化的要求；三是组成枢纽的各建筑物均以超过经济使用年限，隐患严重。

根据该枢纽工程现状及上级的要求，决定将原前进二闸枢纽拆除后重建。

1.2水文气象
前进二闸枢纽工程处于干旱半干旱地带，大陆性气候特征明显，冬季严寒少雪，夏季高温干热。

年降水量139～222mm，且70%的降雨集中在7～9月份，年蒸发量2000～2300mm，4～7月份蒸发量最大，约占全年的40%以上，根据当地的气象站多年资料，多年平均气温6～8℃，最低气温在一月份为-33.1℃，最高气温在七月份达到37.4℃，每年11月下旬开始封冻，直到翌年5月中旬冻层全部消退，封冻期长达180天左右，冻土最大深度1.1～1.3m，无霜期为135～150天。

一般冬春两季为多风季节，风向多以西北风和西风为主，冬季风力强，春季持续时间长，多年最大月平均风速19.6m/s。

1.3工程地质
1.3.1地层岩性分布
闸址区属黄河冲积洪积平原，第四纪沉积较厚，根据钻孔揭露，地层主要以灰色粉质壤土、粉质粘土和浅灰色细砂层为主。

现分述如下：
粉质壤土呈饱和状态，可塑，沉积厚度0.5～4.0m，属中等压缩性土，内摩擦角31.2ο，渗透系数4.01×10-5cm/s；粉质粘土呈饱和状态，可塑，沉积厚度0.2～2.0m，属中等压缩性土，渗透系数1.09×10-6 cm/s；中砂、细砂层均呈饱和状态，主要成分石英、长石、云母、中密，渗透系数2.65×10-3～1.22×10-3 cm/s。

1.3.2工程地质
前进二闸枢纽地层较为复杂，主要为中粉质土、重粉质土、粉质粘土、中砂、细砂，呈饱和状态，粘性土多由可塑至软塑，属中等压缩性土；砂土由松散——密实，颗粒级配较为均匀，属中等压缩性土；比较适合建筑物的持力层。

1.3.3工程地质评价
（1）地基承载力的确定
根据土的孔隙比、塑性指数、液性指数等指标确定粉质壤土的允许地基承载力为140Kpa，粘土的允许地基承载力为150Kpa。

根据标准贯入锤击数和密实度，中细砂的允许承载力为180Kpa。

（2）砂土的液化评价
前进二闸枢纽位于临河地区，该区地震烈度为6°，根据标准贯入锤击数判别法和砂土相对密度判别法，确定在地震力作用下可能发生液化。

由于闸室上、下游存在一定的水力坡降，所以存在渗透破坏的可能，当水力坡降超过0.22时，饱和细砂将发生流土破坏。

1.3.4结论
（1）建议地基土的容许承载力采用150Kpa。

（2）闸基地层细砂属容易产生液化的地层，为避免动水压力造成的渗透液化，建议实际水力坡降最好控制在允许水力坡降范围之内。

闸基存在振动液化的可能，需采取防振动液化的措施。

（3）闸基地下水位埋深较浅，建筑物基础埋置地下水位以下，建议施工时应采取排水措施。

1.4设计依据
1.4.1工程等别
按照水利部水规总院的审查意见，前进干渠主要建筑物为3级建筑物，所以前进二闸枢纽按3级建筑物设计。

1.4.2设计指标
（1）枢纽各闸上下游断面
前进干渠：渠底宽50m，边坡m=2，纵坡i=1/12000，，糙率n=0.015，渠底高程1035.5m。

节制闸(新华闸)：下游渠底宽15m，边坡m=2，纵坡i=1/12000 (1/8500)，糙率n=0.015，吹程0.8km。

（2）枢纽各闸设计指标
前进二闸枢纽建筑物设计指标表
（3）闸基土物理性质
地基允许承载力：［σ］＝150Kpa
地基土内摩擦角31.2°、土层凝聚力15KN/m2 。

土壤湿容重18 KN/m3 、饱和容重20 KN/m3、土的浮容重10 KN/m3。

砼与地基土的摩擦系数：0 (0.3)
（4）边墩后回填土部分
内摩擦角14°、土层凝聚力5KN/m2 。

土壤湿容重18 KN/m3 、饱和容重20 KN/m3、土的浮容重10 KN/m3。

（5）其他指标
地震设计烈度：6°
第二章枢纽布置
2.1 枢纽任务及组成
前进二闸枢纽——节制闸的作用是调节水位，控制流量。

水闸由闸室、上游连接段和下游连接段三部分组成。

闸室是水闸的主体，包括闸门、闸墩、边墩（岸墙）、底板、胸墙、工作桥、检修便桥、交通桥、启闭机等。

上游连接段包括两岸的翼墙和护坡以及河床部分的铺盖，有时为保护河床免受冲刷，还加做防冲槽和护底。

用以引导水流平顺地进入闸室，保护两岸及河床免遭冲刷，并与闸室等共同构成防渗地下轮廓，确保在渗透水流作用下两岸和闸基的抗渗稳定性。

下游连接段包括护坦、海漫、防冲槽以及两岸的翼墙和护坡等。

用以消除过闸水流的剩余能量，引导出闸水流均匀扩散，调整流速分布和减缓流速，防止水流出闸后对下游的冲刷。

2.2 枢纽建筑物选型
节制闸常建在分水闸、泄水闸的稍下游，以利分水和泄水；或建在渡槽、倒虹吸管等的稍上游，以利控制输水流量和事故检修；并尽量与桥梁、跌水、陡坡等结合，以取得经济效益。

渠系节制闸的过水宽度要与上、下游渠道宽度相适应，以利于连接。

当采用轮灌时，节制闸上、下游渠道的设计流量相同，下游水位即为与设计流量相应的渠水位；当采用续灌时，节制闸上下游设计流量不同，水位需取相应流量的渠水位，但下游水位需计及下一级节制闸壅水的影响。

渠道节制闸多用开敞式，闸槛高程宜与渠底相平，采用平底宽顶堰，闸下消能防冲工程都比较简单，始流状态可依靠护坦上置的消力墩扩散水流，撞击消能。

上下游翼墙力求平顺，常采用扭曲面过渡，以减少水头损失。

节制闸的组成、结构及设计要点等与一般水闸相同。

第三章水力设计
3.1 闸孔设计
3.1.1 设计条件
节制闸下游渠底宽15m，边坡m=2，纵坡i=1/12000(1/8500)，糙率n=0.015，吹程0.8km。

设计流量28(23)m³/s，上游水位1037.5(1037.4)m，下游水位1035.8(1035.7)m。

加大情况下，流量30(25)m³/s，上游水位1037.6(1037.5)m，下游水位1035.7(1035.9)m。

3.1.2 闸室形式
闸室结构形式有开敞式、胸墙式和涵洞式等形式。

开敞式闸室的特点是闸门全开时过闸水流具有自由水面，一般闸底板顶面高程较高，挡水高度较小的水闸都采用这种型式；胸墙式和涵洞式闸室，其泄流特点是闸门全开时过闸水流只能通过固定孔洞下泄，自由水面受闸室顶面固定部件所阻挡，一般闸底板顶面高程较低，挡水高度较大的水闸采用这种闸室结构形式。

节制闸过闸流量较小，挡水高度较低，因此采用开敞式闸室。

3.1.3 闸孔形式
闸孔形式有宽顶堰和低实用堰两种。

宽顶堰有利于泄洪、冲沙、排污、排冰、且泄流能力比较稳定，结构简单，施工方便。

缺点是流量系数较小，闸后宜产生波状水跃。

低实用堰的优点是在自由泄流时的流量系数较大，水流条件较好。

但泄流能力受尾水位变化的影响较为明显，不如宽顶堰泄流时稳定，同时施工也较宽顶堰复杂。

根据节制闸的实际情况，比较两种堰型选用宽顶堰。

3.1.4 堰顶高程
一般情况下，拦河闸底板顶面与河底平齐，因此堰顶高程取上游渠底高程1035.5m。

3.1.5 闸孔总宽度及孔数
闸孔总净宽按SL265—2001《水闸设计规范》中公式计算： 总净宽2
30
02H g m Q
B σε=
（3-1）
多孔闸堰流侧收缩系数（闸墩墩头为圆弧形）：
()N
N b
z εεε+-=
1 （3-2）
中闸孔侧收缩系数：4
000
1171.01z z z d b b d
b b +⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=ε （3-3）
边闸孔侧收缩系数：
4
0000
221171.01b z b z b b d b b b d b b ++⎪⎪⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛
++-
-=ε （3-4）
堰流淹设系数：4
.000
131.2⎪
⎪⎭⎫
⎝
⎛-=H h H h
s s
σ （3-5）
式中 B 0——闸孔总净宽(m)；
Q ——过闸流量(m 3/s)；
H o ——计入行近流速水头的堰上水深(m)； m ——堰流流量系数，采用0.385；
ε——堰流侧收缩系数，多孔闸按公式（3-3）计算； b 0——单孔净宽(m)； N ——多孔闸闸孔数；
εz ——中闸孔侧收缩系数，按公式 (3-4)计算求得或由表3-1查得，但表
中b s 为b 0+d s ； d z ——中闸墩厚度(m)；
εb ——边闸孔侧收缩系数，按公式 (3-5)计算求得或由表3-1查得，但表
中b s 为b 0+d s /2+b b ；
b b ——边闸墩顺水流向边缘线至上游河道水边线之间的距离(m) б——堰流淹设系数，按公式 (3-6)计算求得或由表3-2查得； h s ——由堰顶算起的下游水深。

表3-1 ε值
表3-2 宽顶堰б值
计算如下： 流量Q =28m 3/s ；
上游堰上水深H =1037.5—1035.5=2.0m ； 上游干渠渠道水深h =1037.50—1035.50=2.0m ；
干渠流量为各闸流量总和：Q 0=28+23+22+4+0.6=77.6m 3/s ； 上游渠道断面面积A 0=(b +mh )h =(50+2×2)×2 =108m 2； 上游行进流速72.0108
6
.77000===
A Q v m/s ；
计入行进流速水头的堰上水深为03.281
.9272.01222
2
000=⨯⨯+=+=g V H H αm 下游水深由试算-图解法求得：
i m h b h mh b n h mh b Q •⎥⎦
⎤
⎢⎣⎡+++•+=3
2212)(1)( 具体计算见表3-3
表3-3 流量计算表
由计算表的h 与Q 数值绘制h-Q 关系曲线如图3-1
由h-Q 关系曲线可得，当Q=28m ³/s 时，下游水深h s =1.872m 由公式3-6得：
767.03
.02872.1-13.02872.131.2131.2.4
04
.000
=⨯⨯
=⎪
⎪⎭⎫ ⎝
⎛-=）（H h H h
s s
σ m=0.385, ε假设为0.95，则由公式3-1计算得：
49.703
.281.92385.095.0767.028
22
32
3
0=⨯⨯⨯⨯⨯=
=
H g m Q
B σεm
则设计为三孔，单孔净宽b 0=2.5m ，总净宽B 0=7.5m ；
单宽流量73.35.728
===B Q q m 3/s ；中墩厚度d z =1.0m ，边墩厚度d=0.8m ；
闸孔总宽度5.90.125.23230=⨯+⨯=+=z d b B m 。

闸门结构如图3-2所示
图3-2 闸门结构示意图
3.1.6 流量校核
（1）设计情况
由公式3-2至3-4得：
956
.01171.014
0000
=+⎪⎪⎭⎫ ⎝
⎛
+-
-=z z
z d b b d b b ε
948.0221171.014000
=++⎪⎪⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛++-
-=b
z b z b b d b b b d b b ε ()953.01=+-=
N
N b
z εεε与原假设值0.95接近，误差可忽略不计。

由公式3-1得：
03.2803.281.925.7385.095.0767.022
32
3
0=⨯⨯⨯⨯⨯⨯==H g mB Q σε＞设Q =28m 3
/s ，误差为
%07.128
03
.2828=-=
-设
设Q Q Q ，过流能力满足设计要求。

（2）加大情况
上游堰上水深H =1037.6-1035.5=2.1m ； 上游干渠渠道水深h =1037.60-1.35.50=2.1m ； 干渠流量为Q 0=77.6m 3/s ；
上游渠道断面面积A =(b +mh )h =(50+2×2.1)×2.1=113.82m 2；
则上游行进流速68.082
.1136
.77000===
A Q V m/s ； 计入行进流速水头的堰上水深：12.281
.9268.011.222
2000=⨯⨯+=+=g V H H αm 当流量为加大流量30 m 3/s 时，由图3-1可知，下游水深hs 为1.947m 。

由公式3-5得
779.012.2947.1-112.2947.131.2131.2.404
.000
=⨯⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝
⎛-=）（H h H h
s s
σ m 为0.385，ε假设为0.95，则由公式3-1可得校核情况下的流量为： 39.3012.281.925.7385.095.0779.022
32
30=⨯⨯⨯⨯⨯⨯==H g mB Q σε
故Q ＞加大Q =30m 3/s ，误差为%30.130
39
.3030=-=
-加大
加大Q Q Q ，过流能力满足加大流
量设计要求。

3.2消能防冲设计
水闸泄水时水流具有较大的动能，而土质河床的抗冲能力低，必将对下游河床产生不同程度的冲刷。

为了保证水闸的正常运行，防止河床冲刷，一方面尽可能消除水流的动能，消除波状水跃，并促使水流横向扩散，防止产生折冲水流；另一方面要保护河床及河岸，防止剩余动能引起的冲刷。

水闸消能有方式有底流式、面流式和挑流式等三种，底流式是应用比较广泛的基本消能方式。

根据节制闸实际情况，可采用底流式消能。

这种消能形式由消力池、海漫和防冲槽等三部分组成。

3.2.1 消力池
（1）判断下游水跃衔接形式
m H E 03.200==
查表确定ϕ=0.90。

5
.928
=
q =2.95m 3/（s·m） 当q =2.95m 3/（s·m）时，可求得：
961.081
.995.232
3
2===g q h k m 112.2961
.003.200===
k h E ξ 由《水力计算手册》中跃后水深求解曲线查得
52.1=''ξ，则46.1961.052.1=⨯=⨯''=''k c
h h ξm 。

同理，可算不同单宽流量下相应的c h ''，如下表3-4所示：
表3-4 不同单宽流量对应的下游共轭水深计算表
将表中的c h ''及q 的对应数值绘在图3-3中，得)(q h c
ϕ=''曲线与)(q f h t =曲线
从图3-3可以看出，在所讨论的流量范围内，c
h ''大部分都大于t h ，即下游会产生远驱式水跃衔接，为使下游产生淹没水跃衔接，需要修建消力池。

（2）消力池的结构形式
底流式消能布置一般有挖深式消力池、槛式消力池和综合式消力池，若下游水深不足，用降低护坦高程形成消力池，是水闸设计中常用的型式，当下游水深略小于或等于跃后水深时，可采用槛式消力池。

如果降低护坦高程挖方过大，施工困难较多，增加工程造价时，可采用浅挖方低槛式综合式消力池。

结合本工程特点，新华进水闸采用挖深式消力池。

（3）消力池的深度计算
根据图3-3的)(q h c
ϕ=''曲线和)(q f h t =曲线，可求出)(t c h h -''最大时q =0.8m 3/（s ·m ）。

故消力池的设计流量为8.0=d q m 3/（s ·m ）
相应于8.0=d q m 3/（s ·m ）时，40.0=k h m ，08.50=ξ， 27.2=''c ξ，，91.0=''c
h m ，76.0=t h m 。

首先按近似公式约估池深数值206.076.091.005.1=-⨯=-''=t c
j h h d σm
设d =0.20m ，于是
23.220.003.200=+=+='d E E m ，1.5'0
0==K
h E ξ；
查图得：1c ξ''=2.24，1c
h ''=1c ξ''×k h =0.90m ()()()()033.090.005.11
76.09.0181.928.01122222122
=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯-⨯⨯=⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎣⎡''-'=
∆c j t h h g
q z σϕm 则池深为16.0033.076.090.005.11=--⨯=∆--''=z h h d t c
j σm ，比原假设值0.20m 小。

又设d =0.21m ，求得相应各值为24.20
='E ，6.50=ξ，1c ξ''=2.30，1c h ''=0.92m ，则()()()
()035.092.005.11
76.09.0181.928.01122222122
=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯-⨯⨯=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡''-'=
∆c j t h h g
q z σϕm 21.0035.076.092.005.11=--⨯=∆--''=z h h d t c
j σm 与原假设符合，故所求池深为0.21m 。

（4）消力池的长度计算
池长的设计流量取单宽加大流量，即16.35
.930max ===q q d m 3
/（s ·m ） 此时，006.181
.916.332
3
2===g q h k 31.2100633.200=='=
k h E ξ 查图得：=1c ξ0.57，=''1c ξ 1.58
则90.0006.157.011=⨯=⨯=k c c h h ξm ，59.1006.158.111=⨯=''=''k c c
h h ξm 池长按公式j s sj L L L β+=和)(9.6c c
j h h L -''=计算 式中 L sj ——消力池长度(m)；
L s ——消力池斜坡段水平投影长度(m)；
Β——水跃长度校正系数，可采用0.7~0.8； L j ——水跃长度（m ）；
mp L s =
式中 m 为消力池斜坡比，取m =5，
p 为堰顶与消力池池底的高差，即0.21m 。

则 76.4)90.059.1(9.6)(9.611=-⨯=-''=c c
j h h L m 05.121.05=⨯==mp L s m
8.476.475.005.1=⨯+=+=j s sj L L L βm ，即消力池长度为5m 。

（5）消力池底板的厚度
水闸泄水时，消力池内水流紊乱，消力池底板承受水流冲击力，水流脉动压力和底部扬压力等作用，受力条件复杂，一旦破坏就会影响到水闸的安全.因此，护坦厚度的设计应考虑自身具有足够重量、强度和抗冲耐磨的能力。

根据抗冲和抗浮要求，根据SL265—2001《水闸设计规范》抗冲和抗浮两公式计算，并取其大值。

满足抗冲要求：H q k t '∆=1 （3-7） 满足抗浮要求：b
m
P W U k t γ±-=2
（3-8）
式中 t ——消力池底板始端厚度(m)；
ΔH ‘—— 闸孔泄水时的上下游水位差(m)； K 1——消力池底板计算系数，可采用0.15~0.20； K 1——消力池底板安全系数，可采用1.1~1.3； U ——作用在消力池底板底面的扬压力(kPa)； W ——作用在消力池底板顶面的水重(kPa)；
P m ——作用在消力池底板上的脉动压力(kPa)，其值可取跃前收缩断面流速水
头值50%，计算消力池底板前半部的脉动压力时取正，后半部的脉动压力时取负；
γd ——消力池底板的饱和重度(kN/m 3)；
按抗浮要求计算底板厚度时，因为消力池底部设反滤层，中后部设排水孔，渗透压力为零，即消力池上作用的扬压力与水重大小相等，相互抵消；而P m 的值很小，即消力池底板厚度不必考虑抗浮要求，只需计算抗冲要求下底板厚度。

355.07.116.3175.01=⨯='∆=H q k t m ，则底板厚度取为0.5m 。

为了降低护坦底部的渗透压力，在护坦中后部设铅直排水孔，孔径10cm ，间距2m ；设置反滤层以保护地基土，防止土粒被渗流带入排水，在护坦底部设3层粒径不同的反滤层，层次大体与渗流方向正交，各层厚度依次为10cm 、6cm 和4cm 。

3.2.2 海漫
（1）海漫长度计算
海漫长度取决于水流余能大小，消力池末端单宽流量、上下游水位差、水流扩散情况及河床土质等。

根据SL265—2001《水闸设计规范》公式H q K L s s p '∆=计算 。

式中 L p ——海漫长度（m ）；
q s ——消力池末端单宽流量m 3/s ； △H′——上下游水位差；
K s ——海漫长度计算系数，可由表3-5查得；
表3-5 K s 表
△H′=1.7m ，q s =28/9.5=2.95m 3/（s ·m ），
节制闸土质主要有粉质壤土、粉质粘土、中砂，因此取K s =11，则：
57.217.195.211=⨯='∆=H q K L s s p m
即取海漫长度为24 m 。

（2）海漫结构
一般在海漫起始段做5~10m 的浆砌石水平段；水平段后做成不陡于1：10的干砌石斜坡段，以使水流均匀扩散，调整流速分布，保护河床不受冲刷。

海漫水平段取9m ，斜坡段15m ，坡度为1:15，厚度为0.5m ，下面铺15cm 厚的砂垫层。

图3-4 海漫布置图
3.2.3 防冲槽
水流经过海漫后，能量虽能进一步消除，但海漫末端水流仍具有一定的冲刷能力，河床仍受冲刷，故需在海漫末端采取加固措施，即设计防冲槽。

常见的防冲槽有抛石防冲槽和齿墙或板桩式防冲槽，平原地区一般采用抛石防冲槽。

在海漫末端处挖槽抛石预留足够的石块，当水流冲刷河床冲至最深时，预留在槽内的石块沿斜坡会陆续滚下，铺盖在冲坑的上游斜坡段，防止冲刷破坏向上游扩展，保护海漫安全。

抛石体积可根据下游河床冲至最深时，石块坍塌在冲坑上游面所需的方量定。

根据SL265—2001《水闸设计规范》海漫末端河床冲刷深度为：
m m
m h V q d -=]
[1
.10 式中 d m ——海漫末端河床冲刷深度（m ）；
q m ——海漫末端单宽流量（m 3/s ·m ）
[v 0]——河床土质允许不冲流速（m/s ） h m ——海漫末端河床水深（m ）
q m =28/15=1.87 m 3/（s ·m ），[V 0]取0.8 m/s ，h m =1.95m ，则：
62.095.18
.087
.11.1][1
.10=-=-=m m m h V q d m<1.0m 海漫末端有冲刷存在，须将防冲槽开挖成倒梯形断面，取防冲槽深度为1.0m ，采用宽浅式，低宽取2.0m ，上游坡率为2，下游坡率为3，出槽后做成坡率为5的斜坡与下游河床相连。

图3-5 防冲槽布置图
第四章闸室布置
4.1 底板
闸室底板有整体式和分离式两种，对软弱地基上或地震区的水闸多采用整体式底板，而在坚硬、紧密或中等坚硬、紧密的地基上宜采用分离式底板。

节制闸地基土以粉质壤土、粉质粘土和中砂为主，承载力不大，故选用整体式结构。

底板沿顺水流方向的长度，取决于上部结构布置并满足结构强度和抗滑稳定要求。

底板长度可根据经验拟定，砂土和砂壤土地基，可取（2.0~4）H，（H为上下游最大水位差）即（2.0~4）×1.9=3.8~7.6m，因此取底板长为8m。

底板厚度必须满足刚度和强度要求，大中型水闸可取(1/6~1/8)b0(b0为闸孔净宽)，一般为1.0~2.0m，最薄不小于0.7m。

但小型水闸也有用到0.3m的因此闸底板厚度取0.5m。

在底板上下游设置齿墙，根据规范齿墙一般为梯形断面，深取0.5m，底宽取0.5m，坡比取1:1，底板下铺设0.1m厚的素混凝土垫层，齿墙内填充砂砾石垫层。

底板尺寸见下图4-1所示：
4-1 底板尺寸示意图
4.2 闸墩
4.2.1 闸墩尺寸及形状
闸墩的作用主要是分隔闸门，同时也支承闸门、胸墙、工作桥以及交通桥等上部结构。

闸墩长度应满足上部结构的布置要求，该值一般等于底板长度，也可小于底板长度，因此取闸墩长8m。

闸墩分中墩和边墩两种。

闸墩厚度必须满足稳定和强度的要求，混凝土和少筋混凝土闸墩厚0.9~1.4m，浆砌石闸墩厚0.8~1.5m。

浆砌石常用在小型水闸中，因此取中墩厚1.0m，边墩厚0.8m。

选择闸墩外部形状时主要考虑水流平顺的基本条件，以减小侧收缩的影响，提
高闸孔过水能力，但也要考虑到施工简便、不易损坏等因素。

闸墩头尾部均采用半圆形。

门槽深度取0.2m ，宽度取0.5m ；检修门槽深度取0.2m ，宽度取0.2m 。

具体尺寸如图4-2所示。

图4-2 闸墩尺寸示意图
4.2.2 闸顶高程
水闸闸顶高程应根据挡水和泄水两种运用情况确定。

挡水时，闸顶高程不应低于水闸正常蓄水位加波浪计算高度与相应安全超高值之和；泄水时，闸顶高程不应低于设计洪水位与相应安全超高值之和。

两种情况下的安全保证条件应同时满足，因此分别在设计水位和校核水位下计算墩顶高程，并取其较大值。

()ξ++∆=∆m h 校核设计墩顶
式中 m h ——平均波高（m ），根据SL265—2001《水闸设计规范》莆田试验站公
式计算；
ξ——安全超高（3级水闸安全超高下限值：正常蓄水位取0.4m ，校核洪水
位0.5m ）
（1） 设计情况下
平均波高计算公式（莆田试验站公式）：
⎪⎪⎪⎭
⎪⎪⎪
⎬⎫
⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=7.02045.0207.020207.013.00018.07.013.0v gH th v gD th v gH th g v h m m m 式中 m h ——平均波高（m ）
0v ——计算风速，可采用当地气象站提供的多年平均最大风速
D ——风区长度(m)
m H ——风区内的平均水深（m ）
V 0=19.6m/s ，D =0.8km ，H m =1.7m ，则
m th th th v gH th v gD th v gH th g v h m m m 0122.06.197.181.97.013.06.198.081.90018.06.197.181.97.013.081.96.197.013.00018.07.013.07.0245.027.0227.02045.0207.02020=⎪⎪
⎭⎪⎪⎬⎫
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨⎧⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=⎪⎪⎪⎭
⎪⎪⎪
⎬⎫⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=
()m h m 91.10374.00122.050.1037=++=++∆=∆ξ校核设计墩顶
（2）校核情况下
V 0=19.6m/s ，D =0.8km ，H m =1.9m ，则由莆田试验站公式得：=m h 0.0122m ， 则，()m h m 11.10385.00122.060.1037=++=++∆=∆ξ校核设计墩顶 故取墩顶高程为1038.21m ，闸墩高1038.2-1035.5=2.7m
4.3 闸门及启闭机
闸门形式的选择，应根据运用要求、闸孔跨度、启闭机容量、工作造价等条件比较确定。

工作闸门采用钢筋混凝土平板门，单孔闸门宽度为2.5m ，高为2.7m ，距闸墩上游边缘2.5m 。

检修闸门门槽深0.2m ，宽0.2m ，距闸墩上游边缘0.8m 。

启闭机设在工作桥上，采用螺杆式启闭机提升闸门。

4.4 工作桥、交通桥、检修桥
小型水闸的工作桥一般采用板式结构，高度视闸门和启闭设备的形式及闸门高度而定。

采用固定式启闭机的平面闸门闸墩，由于闸门开启后悬挂的需要，桥高应为门高的两倍再加1.0~1.5m 的富裕高度；取工作桥宽2m,厚度0.5m ，高度取6.5m 。

交通桥在闸室下游，净宽4.5m ，汽.8标准，高度3.5m 。

检修便桥设在闸室上游，
宽度1.5m ，两侧采用钢管栏杆，高度0.1m 。

第五章地下轮廓布置及防渗排水设计
5.1 地下轮廓线布置
5.1.1 防渗长度拟定
根据SL265—2001《水闸设计规范》，在工程规划和可行性研究阶段，闸基防渗长度初拟值可按下式确定：
=
L∆
H
C
式中L——闸基防渗长度，即闸基轮廓线水平段和垂直段的总和（m）；
∆——上下游水位差（m）；
H
C——允许渗径系数值，见表5-1，当闸基设板桩时，可采用表列规定值的小值
表5-1 允许渗径系数值
⨯
=
7=
=。

∆
m
H
C
L3.
13
9.1
5.1.2 地下轮廓布置
当水闸防渗长度初步拟定后，即可依据地基情况并参照条件相近的已建工程的实践经验进行水闸地下轮廓布置，总的布置原则是防渗与导渗相结合。

为提高闸室抗滑稳定，在闸底板上游设置水平铺盖，上下游设板桩。

铺盖长度取4m，铺盖前后端设齿墙，齿墙深0.25m，宽度0.25m，坡比1:1。

在闸底板前端设置板桩，深度为1m。

水闸防渗布置图如图5-1所示。

图5-1 水闸防渗布置示意图
5.2 渗透计算
验算防渗长度 L 实=0.5+(0.25+0.25/sin45°)×2+(4-0.25×4)+(0.5+0.5/ sin45°)×2+(8-0.5×4)+3×2+0.5=18.6＞13.3，满足防渗要求。

采用改进的阻力系数法计算地下轮廓线上各处的渗透压力。

（1）计算阻力系数 ①确定有效深度
L O =4+8=12m S O =0.5+0.5+1=2m 故
62
1200==S L 65.00==L T e m ＜ T =1035.5-1023=12.5m ，所以以T e 代替T 。

②简化地下轮廓（见图5-2）
图5-2 地下轮廓分段简化示意图
③计算阻力系数
（2）计算渗透压力
①求各分段的渗透水压损失值
H h i
i
i ∆∑=
ξξ，ΔH=1.9，Σξi =4.357
Ⅰ进口段 h 1=0.32 Ⅱ齿墙水平段h 2=0.02 Ⅲ齿墙垂直段h 3=0.02 Ⅳ铺盖水平段h 4=0.12 Ⅴ板桩垂直段h 5=0.38 Ⅵ板桩垂直段h 6=0.37 Ⅶ底板水平段h 7=0.35 Ⅷ齿墙垂直段h 8=0.04 Ⅸ齿墙水平段h 9=0.04 Ⅹ出口段h 10=0.32 ②进出口水头损失值的修正 进出口处修正系数：⎪
⎭⎫ ⎝⎛+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯-
=059.0'2'121
21.12
'1T S T T β
式中 0h ——按公式∑=i
i
i H
h ξ
ξ计算出的水头损失，m ；
β——阻力修正系数；
S '——底板埋深与地面以下板桩入土深度之和，m ；
T '——板状上游侧底板下的地基透水层深度，m ；
进口段：
='1β0.54＜1.0，应予修正。

进口段水头损失应修正为17.01'1'1==h h βm
进口段水头损失减小值Δh 1=0.15＞h 2+h 3=0.04m
故修正各段水头损失值：04.022'
2
==h h m 04.023'3==h h m
()23.03214'4=+-∆+=h h h h h m
出口段：
='2β0.53＜1.0。

出口段水头损失应修正为17.010'2'
10
==h h βm 出口段水头损失减小值Δh 10=0.15＞h 8+h 9=0.08m 故修正各段水头损失值：08.029'9==h h m 08.028'8==h h m
()34.089107'
7=+-∆+=h h h h h m
验算：9.1'=∑=∆h H m 计算无误 ③计算各角隅点的渗压水头
由上游进口段开始，逐次向下游从总水头H=1.7m 减去各分段水头损失值，即可求得各角点和尖点的渗透压力值：
H 1=1.90m ，H 2=1.73m ，H 3=1.69m ，H 4=1.65m ，H 5=1.42m ，H 6=1.04m ，H 7=0.67m ，H 8=0.33m ，H 9=0.25，H 10=0.17，H 11=0。

④绘制渗压水头分布图
根据以上算得的渗压水头值，并认为沿水平段的水头损失呈线性变化，即可绘出如图5-3所示的渗压水头分布图。

图5-3 渗压水头分布图
5.3 验算闸基抗渗稳定
节制闸所在位置地层以粉质壤土、粉质粘土和中砂层为主，根据SL265—2001《水闸设计规范》（表5-3）水平段和出口段的渗流坡降规定值分别为：0.10～0.13和0.35～0.40。

考虑到渗流出口处设置有反滤层，将上值加大30%为0.13～0.169和0.455～0.52。

表5-3 水平段和出口段允许渗透坡降值
地基类别
允许渗流坡降值
水平段渗流坡降为04.0834.0'7===L h J 小于规定值； 出口段渗流坡降为34.05
.017
.010==
'=S H J 小于规定值； 所以闸基符合渗流稳定性要求。

5.4 排水设施设计
为了减小渗透压力，增加闸室的抗滑稳定性，需要在闸室下游侧设置排水设施。

水闸的排水设施一般为平铺式，通常在地基表面铺设反滤层或垫层，设置反滤层是防止地基土产生渗透变形的关键性措施。

在排水与地基接触处，应做好反滤层，反滤层布置与消力池下的反滤层相同。

第六章 闸室稳定计算
6.1 荷载计算
节制闸所在地区地震烈度为6°，地震力相对较小，可不考虑地震荷载，且渠道波浪压力可忽略不计，所以作用在水闸结构上的主要荷载有：自重、水重、水平水压力和扬压力。

钢筋混凝土容重取25 kN/m 3，素混凝土容重取24 kN/m 3，沙砾石垫层容重取18 kN/m 3。

计算各种荷载大小并对闸底板中心取力矩，荷载按6-1至6-3公式计算，具体计算结果见表6-1。

自重=材料容重×体积 （6-1） 水压力=静水压强分布图面积×闸孔总净宽 （6-2） 扬压力=扬压力分布图面积×底板长 （6-3）
表6-1 荷载计算表
6.2 基底应力计算
基底应力 AB
M
A
W ∑∑+=
6max σ和AB
M A
W ∑∑-=
6min σ
式中 ∑W ——铅直荷载的总和，km ；
A ——闸室基地面的面积，m 2；
∑M ——作用在闸室的全部荷载对基地面垂直水流流向形心轴的力矩，
kN·m ；
B ——闸室底板的长度，m ；
93.638
5.9818
.166365.983748.446max =⨯⨯⨯+⨯=
+=∑∑AB
M
A
W σKpa<1.2[]=σ180Kpa ，满
足要求。

83.328
5.9818
.166365.983748.446in =⨯⨯⨯-⨯=
-=
∑∑AB
M
A
W m σKpa
二者比值95.183
.3293.63min max ===
σση<[]0.2=η，满足要求。

6.3 闸室抗滑稳定计算
首先要判别闸室滑动是深层滑动还是浅层滑动。

根据SL265—2001《水闸设计规范》：
()ϕϕγσtan 12tan ++=c B A b u
式中 A ——系数，一般在3～4之间，取3.5；
b γ——地基土的浮容重，kN/m 3； B ——底板顺河流方向的长度，m ； ϕ——地基土的内摩擦角，（°）；
c ——地基土的凝聚力，kPa ；
()35.1752.31tan 11522.31tan 6105.3=︒+⨯⨯+︒⨯⨯⨯=u σKpa ，即max σ<u σ，
只发生表层滑动。

表层滑动中闸室的滑动面取为底板与地基的接触面，按SL265—2001《水闸设计规范》：∑∑=
H
G
f K c
式中 c K ——沿闸室基底面抗滑稳定安全系数；
根据《水闸设计规范》 ，3级建筑物基本组合情况[K C ]=1.25；
f ——闸室基底与地基摩擦系数；对于粉质壤土f=0.25～0.4，取f=0.3； ∑H ——作用在闸室上的全部水平向荷载（kN ）；
∑G ——作用于闸室的全部竖向荷载之和（kN ）
； 可得：87.670
.16344
.37483.0=⨯=
=
∑∑H
G
f K c >[K C ]=1.25，满足抗滑稳定要求。