水闸第五节讲解

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
第五节 闸基防渗排水设计
概述
1、闸基渗流的主要危害
1)沿闸基的渗流对建筑 物产生向上的扬压力,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;
2)渗透力可能造成土的渗透变形; 3)严重的渗漏将造成大量的水量损失; 4)渗流可能使地基内可溶解的物质加速溶解。
2、防渗排水设计的内容 (1) 渗透压力计算; (2) 抗渗稳定性验算; (3) 渗透变形分析及反滤层设计; (4) 防渗帷幕及排水设计; (5) 永久缝止水设计。
i —渗流段的阻力系数,与渗流段几何形状有关。
区段名称典型流段型式阻力系数ζ的计算公式
区段名称
典型流段型式
阻力系数ζ的计算 公式
进口段 出口段
0
1.5( S )3 / 2 T

0.44
内部垂直段
y

2

ln
ctg

4
(1 S ) T
内部水平段
x

Lx

0.7(S1 T

S2 )
根据水流连续条件,各段的单宽渗流量 q 相同;
总水头 H 应为各段水头损失hi之和
H

n
hi
i 1

n
i
i 1
q k

q k
n
i
i 1
q
式中: n
——各渗流段阻力系数的总和;

kH
n
i i 1
i
n i1
——典型渗流段的段数。
将式q代入hi式,各分段的水头损失为: hi i
H
n
i
结论:
i 1
①粘性土地基: J [J ] [J ] 查表
②非粘性土地基 流土破坏判别:4 Pf (1-n) >1.0
[J] 查表 管涌破坏判别:4 Pf (1-n) <1.0
J
7d5 Kd f
[4Pf
(1 n)]2
d f 1.3 d15d85
d f 一一闸基土的粗细颗粒分界粒径,mm;
只要已知各个典型流段的阻力系数,即可算出任一 流段的水头损失。
将各段的水头损失由出口向上游依次叠加,即可求 得各段分界线处的渗透压力以及其他渗流要素 。
2、主要计算步骤
(1)确定地基计算深度Tc 土基不透水层埋藏较深时,需计算有效深度 Te :
当L0/S0≥5时: Te 0.5L0
当L0/S0<5时:
h h0 h0' (1 )h0
进、出口段水头损失修正图 进、出口齿墙水头损失修正图
(4)进、出口水头损失减小值△h的调整
△h调整到相邻的分段中去。
调整以后的各分段水头损失之和将与总水头损失值 相等。
1) 如果 hx h,则该段水头损失应修正为
hx hx h
S ——底板埋深与板桩入土深度之和,或为齿墙外
侧埋深,m;图
T ——板桩另一侧地基透水层深度,或为齿墙底部
至计算深度线的铅直距离,m;
阻力修正系数:当 ≥1.0时,取 =1.0,说明不 需要修正 ,当 < 1.0时,则应修正。
修正后进、出口段水头损失减小值△h计算:
壤土
粘土
13~ 9
9~7
7~5
5~4
4~3
3~ 2.5
11~ 7
9~5
5~3
3~2
— — — — — — — — 7~4 4~3
2、 地下轮廓布置 总的布置原则:防渗与导渗(即排水)相结合
防渗:上游侧采用水平防渗、垂直防渗--延长渗径 减小作用在底板上的渗透压力,降低闸基平均渗透坡 降 导渗:下游侧设置排水反滤设施--防止在渗流出口 附近发生渗透变形。
粗 砾 夹 卵 石
砂 壤 土
壤 土
软( 粘) 土
坚 硬 粘 土
极 坚 硬 粘 土

出 口
0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 ~~~~~~~~~~~
许 段 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90
例2
104.75
0.9 0.55 1.05 0.5
0.5
1
2
3
4 1:1
0.6
99.60 8.8
5 6 7 13 8 9 11 12
0.6 0.75 0.75
10
100.00
1:4
98.90 14 17
98.40
15 16
8.0
94.00 (a) 1.0 2.5
φ:渗透压力、渗透坡降、渗流量 闸基渗流--有压渗流,一般作为平面问题考虑。 假定地基均匀、各向同性,渗水不可压缩,并符合达 西定律。
《水闸设计规范》 编制说明中,提出近似而实用的方 法:
①推荐采用改进阻力系数法和流网法作为基本方法
②对于复杂土质地基上重要的水闸应采用数值计算法 求解;
Pf 一一小于 d f 的土粒百分数含量,% ;
n 一一闸基土的孔隙率,%;
d5、d15、d85一一闸基土颗粒级配曲线上小于含量
5%、15% 和 85%的粒径,mm;
K一一防止管涌破坏的安全系数,可采用 1.5~2.0。
水平段和出口段允许渗流坡降值
地基 类别
粉 砂
细中粗 砂砂砂
中 砾 细 砾
0.5
砂壤土
(一)阻力系数的计算 1.有效深度的确定
由于: L0 10 10.5 20.5(m)
S0 100 .00 94.00 6.0(m)
故: L0 20.5 3.42 5 S0 6.0
按下式计算
Te

5L0 1.6 L0
2

5 20.5 1.6 3.42
※短板桩:同时满足S/T<0.1 和 S/L<0.1 , ※否则 视为长板桩, ※齿墙则作为有厚度的板桩; 按加权直线法计算地下轮廓各点的渗透压强。
【例1】
某水闸地下轮廓布置及尺寸如图。 闸基土质在高程100.00~90.50m之间为砂壤土,渗透
系数K砂=2.4×10-4cm/s,可视为透水层,允许渗径系 数取5;高程90.50m以下为粘壤土不透水层。
其中:
h'0 h0
n
»h0—公式计算出的进出口段水头损失值 h0 hi
» —阻力修正系数 计算如下:
i 1
1.21
1
[12(T ')2 2][S ' 0.059]
T
T
h0 ——按公式计算的进、出口段水头损失值,m;
h0 ——修正后的水头损失值,m;
一、地下轮廓线的拟定
1. 防渗长度(渗径长度) 指地下轮廓线的长度,即闸基渗流第一根流线长度。 第一根流线长度:不透水的铺盖、板桩及底板与地基 的接触线。 起点:入土点;终点:出土点;中间:连续直线。
《水闸设计规范》(SL265-2001):闸基防渗长度拟定公式
规划和可研阶段,防渗长度初拟值:
【例2】某水闸地下轮廓布置及尺寸如下图所示。闸前 设计洪水位104.75m,闸底板堰顶高程100.00m。闸 基土质在高程100.00~90.50m之间为砂壤土,渗透
系数K砂=2.4×10-4cm/s,可视为透水层,90.50m以
下为粘壤土不透水层。试用渗径系数法验算其防渗长 度,并用阻力系数法计算闸底板底面所受的渗透压力。 (图中单位为m)
(5)逸出坡降的计算
1)逸出坡降J
出口处的渗流坡降 J 为:
J h'0 S'
S —地下轮廓不透水部分渗流出口段的垂直长度,m;
h0 —出口段水头损失,m;出口段不需作修正,h0 h0 2)逸出坡降允许值[J ]
为保证闸基的抗渗稳定性,要求水平段和出口段的渗 流坡降必须小于允许值:
③对于闸基防渗布置比较简单,地基不复杂的中、小 型工程,也可考虑采用直线展开法或加权直线法;
④直线比例法精度较差,不宜采用。
(一)加权直线法 对地下轮廓上下游两端的铅直渗径进行加权处理。 折算渗径长度
水平渗径:按1:1展开
铅直渗径:乘以加权系数n即得水平渗径 ①在地下轮廓两端,长板桩,n = 2;短板桩,n = 4; ②地下轮廓的其他部位,长短板桩,一律采用 n = 1;
式中:hx ——修正前水平段的水头损失值,m; hx ——修正后水平段的水头损失值,m。
2)如果 hx h ,可按下列两种情况分别进行修正[图] ① 当 hx hy h 时:
hx 2hx hy hy h hx
②当 hx hy h 时:
hy 2hy hx 2hx hCD hCD h (hx hy )
垂直防渗体宜布置在闸室底板的上游端。 地震区粉细砂地基上,底板下的垂直防渗体宜构成 四周封闭的形式。
闸基为较薄的砂性土层或砂砾石层,其下卧层为深厚 的相对不透水层时:闸室底板上游端宜设置截水槽或防 渗墙
闸基砂砾石层较厚时:闸室上游宜设置铺盖和悬挂式 防渗墙相结合 闸基为粒径较大的砂砾石层或粗砾夹卵石层时:闸室 底板上游端:宜设置深齿墙或深防渗墙
2
13.72m

T
100.00 90.5

9.5(m)
S0
故按实际透水层深度进行计算,T 9.5m 。
2.简化地下轮廓 将地下轮廓划分成10个段,如图。
3.计算阻力系数
(1)进口段:将齿墙简化为短板桩,板桩入土深度为 0.5m,铺盖厚度为0.4m,故 S 0.5 0.4 0.9(m)
绘出闸基渗透压力分布图:假设各分段的水头损失按 直线变化;由出口水头损失向上游依次叠加,以直线联 结各分段计算点的水头值,即得渗透压力分布图。
(3)进、出口水头损失和渗透压力图形修正
原因:进、出口水力坡降呈急变曲线形式,由公式算得 的进、出口水头损失与实际情况相比偏大,必须修正。
修正后的水头损失:
试用渗径系数法验算其防渗长度,并用加权直线法计算 闸底板底面所受的渗透压力。
(二) 改进阻力系数法
1、 基本原理。 以流体力学解为基础的近似方法。 (1)典型流段的划分 1)地下轮廓线概化: 进出口齿墙概化,内部齿墙忽略 板桩概化为无厚度的线状,置于底板、铺盖的前端。 2)用等势线将整个渗流区域分成几个典型流段 等势线的起点:底板、铺盖的折点、板桩与底板或铺盖 相交处、桩尖。图
L=C△H • L 一一闸基防渗长度 , 即闸基轮廓线水平段和垂直 段长度的总和,m; •△H 一一上下游水位差,m; • C 一一允许渗径系数值
初设或施工图设计阶段:采用改进阻力系数法校验初 拟值。
地基类别 排水条件
有反滤层 无反滤层
粉砂
细砂
中砂
粗砂
中砾 细砾
粗砾 夹 卵石
轻粉 质 砂壤 土
轻砂 壤土
Te

5L0
1.6L0 / S0 2
式中:
L0、S0——分别为地下轮廓的水平投影长度和垂直
投影长度 (m)。
地基计算深度Tc=min( Te,T),(T-- 实际深度) 注意: Tc 、Te、S0 指地下轮廓线最高处往下算起
(2)典型流段的划分 (图)
计算:各段阻力系数 i 、水头损失hi
(3)多层土质地基
当闸基为较薄的壤土层,其下卧层为深厚的相对透水 层时:
闸室上游---宜设置钢筋混凝土或粘土铺盖,或土工 膜防渗铺盖; 闸底板下游段或消力池底板下---应设反滤层、排水 井(深入相对透水层)
(4)岩石地基
闸基为岩石地基时,根据防渗需要: 在闸室底板上游端:设水泥灌浆帷幕 在闸室底板下游端:设排水孔
根据达西定律,任一流段的单宽渗流量 q 为
q k hi T li
hi

li T

q k
令 li T



i
式中
hi
i
q k
q —单宽渗流i 量 , m3/(s.m);
k —地基土的渗透系数,m/s;
T —透水层深度,m;
li —第i渗流段内流线的平均长度,m;
hi—第i渗流段的水头损失值,m;


坡 水 0.05 0.07 0.10 0.13 0.17 0.22 0.15 0.25 0.30 0.40 0.50 降平 ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 值 段 0.07 0.10 0.13 0.17 0.22 0.28 0.25 0.35 0.40 0.50 0.60
当渗流出口处有反滤层时,表列数值可加大30%。
(1)粘性土地基
闸基为中壤土、轻壤土或重砂壤土时: 闸室上游---宜设置钢筋混凝土或粘土铺盖,或土工 膜防渗铺盖; 闸底板下游段或消力池底板下---应设排水设施(反 滤层或排水孔)。
(2)砂性土地基 闸基为粉土、粉细砂、轻砂壤土或轻粉质砂壤土时
闸室上游:宜采用铺盖和垂直防渗体相结合的形式 垂直防渗:钢筋混凝土板桩、水泥砂浆帷幕、高压 喷射灌浆帷幕、混凝土防渗墙、土工膜垂直防渗结构
相关文档
最新文档