04.第四章 水闸

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。 按止水所设置的位置不同可分为水平止水和 铅直止水两种。
（二）闸基防渗排水布置 闸基防渗排水布置，即进行地下轮廓线布置， 主要是进行闸基防渗排水轮廓线形状及尺寸的确 定。 （1）布置原则，“高防低排”。 （2）布置方式 1）黏性土地基。 2）砂性土地基。 3）地震区的均匀粉砂、细砂地基。
二、闸基渗流计算
（一）全截面直线分布法 （二）改进阻力系数法 （三）直线比例法（渗径系数法）
第六节 闸室稳定验算及地基处理
水闸的闸室，要求在施工、运行、检 修等各个时期，都不产生过大沉降或沉降差， 不致沿地基面发生水平滑动，不致因基底压 力的作用使地基发生剪切破坏而失稳。因此， 必须验算闸室在刚建成、运行、施工以及检 修不同工作情况下的稳定性。
一、荷载计算及其组合
（一）荷载计算
（1）自重。指水闸结构及其上部填料和永久设备的重量。 （2）水重。指闸室范围内作用在底板顶面以上的水体重量。 （3）水平水压力。指作用在胸墙、闸门及闸墩上的水平水 压力。 （4）扬压力。指作用在底板底面的渗透压力及浮托力之和。 （5）浪压力。计算出波浪要素后，判别深水波、浅水波或 破碎波，分别用相应公式进行计算。
第三节 水闸的消能防冲设计
一、过闸水流的特点
（1）水闸初始泄流时，闸下水深较浅，随着闸 门开度的增加水深逐渐加深，出闸水流从孔流到 堰流，从自由出流到淹没出流都会发生。 （2）当水闸的上下游水位差较小时，闸下易产 生波状水跃。 （3）过闸水流都是先收缩后扩散，若设计不当 或管理不善，下泄水流不能均匀扩散，主流集中， 形成折冲水流。
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
第一节 概述
一、水闸的类型
（一）按水闸所承担的任务分类
（1）进水闸。建在河道、水库、湖泊的岸边及渠道的首部，用于引水 并控制引水流量，以满足灌溉、发电或供水需求。 （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。 （5）排水闸。常建于江、河沿岸或排水渠道末端，用以排除两岸低洼 地区的涝渍水及防止江河洪水倒灌。具有双向挡水的特点。 （6）挡潮闸。建在入海河口附近，涨潮时关闸防止海水倒灌，退潮时 开闸泄水。具有双向挡水的特点。
（二）消能防冲的水力条件选择 不同类型的水闸，其泄流特点各不相同，因 而控制消能设计的水力条件也不尽相同。 拦河节制闸宜以在保持闸上最高蓄水位的情 况下，以排泄上游多余来水量为控制消能设计的 水力条件；当闸的下游河道已渠化时，应考虑下 一级的蓄水位对闸下水位的影响。分洪闸宜以闸 门全开，以通过最大分洪流量为控制消能设计的 水力条件。排水闸（排涝闸）宜以冬、春蓄水期 排涝流量为控制消能设计的水力条件。
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

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G M A 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

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G M x M y A Wx Wy
二、消能防冲设计的水力条件
（一）闸下水流的消能方式 平原地区的水闸，水头低，下游河床抗冲能 力差，且承受水头不高，宜采用底流式消能。当 水闸承受较高水头，且闸下河床及岸坡为坚硬岩 体时，可采用挑流消能。当水闸闸下尾水深度较 大，且变化较小，河床及岸坡抗冲能力较强时， 可采用面流消能。在挟有较大砾石的多泥沙河流 上，不宜设消力池，可采用抗冲耐磨的斜坡护坦 与下游河道连接，末端应设防冲墙。
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
三、防渗排水设施
（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。 （二）分离式底板 在闸墩附近设缝，将闸室底板与闸墩断开的，称为分 离式底板。缝中设止水。其闸室上部结构的重量将直接由 闸墩或连同部分底板传给地基。
二、水闸的工作特点和设计要求
水闸的地基可以是岩基或土基，且多修建在 土质地基上。因而它在抗滑稳定、防渗、消能防 冲及沉陷等方面具有以下工作特点和设计要求。 （1）土基的沉陷问题。 （2）过闸水流具有较大动能。 （3）土基的抗滑稳定性差。 （4）渗流易使闸下产生渗透变形。
三、水闸的组成
水闸一般由上游连接段、闸室段和下游连接段三部分 组成。 （1）闸室段。闸室段是水闸的主体，有控制水流和连接 两岸的作用。包括底板、闸墩、闸门、胸墙、工作桥及交 通桥和启闭机房等。 （2）上游连接段。主要作用是引导水流平顺、均匀地进 入闸室，保护上游河床及两岸免于冲刷，并有防渗作用。 一般包括上游翼墙、铺盖、护底、两岸护坡及上游防冲槽 等。 （3）下游连接段。主要作用是将下泄水流平顺引入下游 河道，有消能防冲及防止发生渗透破坏的功能。一般包括 护坦、海漫、下游防冲槽、下游翼墙及护坡等。
二、闸室抗滑稳定计算
（一）计算公式 （1）土基上的水闸闸室沿地基面的抗滑稳定计算。
f G KC H tan 0 G C0 A KC H
（2）岩基上沿闸室基底面的抗滑稳定公式 计算。
f G KC H f G C A KC H
（二）提高闸室抗滑稳定性的措施 当沿闸室基底面抗滑稳定安全系数计算值小 于允许值时，可采用下列一种或几种抗滑措施。 ①将闸门位置移向低水位一侧，或将水闸底 板向高水位一侧加长，以增加水重；②适当增大 闸室结构尺寸；③增加闸室底板的齿墙深度；④ 增加铺盖长度或帷幕灌浆深度，或在不影响防渗 安全的条件下将排水设施向水闸底板靠近；⑤利 用钢筋混凝土铺盖作为阻滑板，但闸室自身的抗 滑稳定安全系数不应小于1.0，阻滑板应满足抗裂 要求；⑥增设钢筋混凝土抗滑桩或预应力锚固结 构。
（二）辅助消能工 消力池内除设置尾槛外，也常设置消力墩、消 力齿等辅助消能工，其目的是使水流受阻，促使水 流撞击，形成涡流，加强紊动扩散，稳定水跃，减 小消力池尺寸，提高消能效果，节省工程量。 （三）海漫 1、海漫长度计算 2、海漫的布置及构造 海漫在构造上要求有：①一定的粗糙度，以 利进一步消除余能；②有一定的透水性，以降低扬 压力；③有一定的柔性，以适应河床的变形。
三、底流式消能设计
在我国，水闸多修建在平原地区的土基上， 因此底流式消能是主要消能型式。底流式消能的 作用是增加下游水深，以保证产生淹没式水跃， 防止土基冲刷破坏，保证闸室安全。底流式消能 防冲设施由消力池、海漫、防冲槽等部分组成。 （一）消力池 1、消力池型式的选用 2、消力池的尺寸确定 3、消力池的构造
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。
（二）安全指标
二、闸底板高程的选定
一般情况下，节制闸、泄洪闸、进水闸或冲沙闸的闸 底板高程宜与河（渠）底齐平，以便多泄（引）水，多冲 沙；多泥沙河流上的进水闸、分水闸及分洪闸，在满足引 水、分水或泄水的条件下，闸底板高程可比河（渠）底略 高些；排水闸（排涝闸）、泄水闸或挡潮闸，闸底板高程 应尽量定得低些。
三、过闸单宽流量的确定
三、工作Hale Waihona Puke Baidu、交通桥
为了安装启闭设备和便于工作人员操作的需 要，通常在闸墩上设置工作桥。工作桥的高程与 闸门和启闭设备的型式、闸门高度有关，一般应 使闸门开启后，门底高于上游最高水位，以免阻 碍过闸水流。 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。
一、闸基防渗长度及地下轮廓线布置
（一）闸基防渗长度的确定 在上下游水位差的作用下，上游水从河床入渗， 绕过上游铺盖、板桩、闸底板经过反滤层由排水孔排 至下游。其中铺盖、板桩和闸底板等不透水部分与地 基的接触线，即闸基渗流的第一根流线，称为地下轮 廓线。其长度即为闸基防渗长度（又称为渗径长度）。
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（四）防冲槽 水流经过海漫后，多余能量得到进一步消除， 但海漫末端处仍有冲刷现象。为保护海漫，常在 海漫末端设置防冲槽。
四、波状水跃及折冲水流的防止措施 （一）波状水跃的防止措施 （二）折冲水流的防止措施 五、上游河床和上下游岸坡的防护
第四节 水闸的防渗排水设计
水闸防渗排水设计的一般步骤：①根 据水闸作用水头的大小、地基地质条件和 下游排水情况，初步拟定地下轮廓线；② 进行渗流分析，计算闸底板渗透压力，并 验算地基土的渗透稳定性；③若抗滑稳定 和渗透稳定均满足要求，即可采用初拟的 地下轮廓线，否则，应重新修改地下轮廓 线。
（三）底板尺寸及要求
二、闸墩与胸墙
（一）闸墩
闸墩的作用是分隔闸孔，并支撑闸门、工作桥等上部 结构。闸墩的外形轮廓应满足过闸水流平顺、侧向收缩小、 过流能力大的要求。上游墩头可采用半圆形或尖角形，下 游墩尾宜采用流线形。
（二）胸墙 胸墙常用钢筋混凝土结构做成板式或梁板式。 它与闸墩的连接方式有简支和固接两种。 胸墙相对于闸门的位置取决于闸门的型式。 若采用弧形闸门，胸墙设在闸门上游侧；若采用 平面闸门，胸墙可设在闸门上游侧，也可设在闸 门下游侧。
（二）按闸室结构型式分类
（1）开敞式水闸。 开敞式水闸闸室是露天的，可分为无胸墙和有胸墙两 种型式。 （2）涵洞式水闸。 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。
（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。