水闸实例

图3
止水详图
(单位：cm)
（三）防渗计算
1、渗流计算的目的：计算闸底板各点渗透压力；验算地基土在初步拟定的地下轮廓线 下的渗透稳定性。 2、计算方法有直线比例法、流网法和改进阻力系数法，由于改进阻力系数法计算结果
精确，采用此种方法进行渗流计算。 3、计算渗透压力 （1）地基有效深度的计算。 根据公式判断
1 6
× 9 = 1.5 m。
3）齿墙具体尺寸见图 1。
图1
闸底板尺寸图 （单位：cm）
4）铺盖长度根据（3 ~5）倍的上、下游水位差，确定为 36m。铺盖厚度确定为：便于施工 上游端取为 0.6m，末端为 1.5m 以便和闸底板联接。为了防止水流冲刷及施工时破坏粘土铺 盖，在其上设置 30cm 厚的浆砌块石保护层，10cm 厚的砂垫层。 4、校核地下轮廓线的长度 根据以上设计数据，实际的地下轮廓线布置长度应大于理论的地下轮廓线长度，通过校核， 满足要求。 铺盖长度+闸底板长度+齿墙长度= 36 + 16 + 6.8=57.8m> L理 = 56.24 m
=
0.206 1.5
= 0.137 ， 小 于 壤 土 出 口 段 允 许 渗 流 坡 降 值
图5
闸底板下渗
透压力分布图
(单位：m)
五、闸室布置 （一）底板和闸墩
1、闸底板的设计 （1）作用 闸底板是闸室的基础，承受闸室及上部结构的全部荷载，并较均匀地传给 地基，还有防冲、防渗等作用。 （2）型式 常用的闸底板有平底板和钻孔灌注桩底板。由于在平原地区软基上修建水 闸，采用整体式平底板，沉陷缝设在闸墩中间。 （3）长度 根据前边设计已知闸底板长度为 16m。 （4）厚度 根据前边设计已知闸底板厚度为 1.5m。 2、闸墩设计 （1）作用 分隔闸孔并支承闸门、工作桥等上部结构，使水流顺利的通过闸室。 （2）外形轮廓 应能满足过闸水流平顺、侧向收缩小的，过流能力大的要求。上游墩 头采用半圆形，下游墩头采用流线型。其长度采用与底板同长，为 16m。 （3）厚度 为中墩 1.2m，缝墩 1.6m，边墩 1.0m。平面闸门的门槽尺寸应根据闸门的 尺寸确定，检修门槽深 0.20m,宽 0.20m,主门槽深 0.3m,宽 0.8m。检修门槽与工作门槽之间 留 2.4m 的净距，以便于工作人员检修。 （4） 高度 采用以下三种方法计算取较大值， 根据计算墩高最大值为 10m， 另根据 《水 闸设计规范》 中规定有防洪任务的拦河闸闸墩高程不应低于两岸堤顶高程， 两岸堤顶高程为 61.00m，经比较后取闸墩高度为 10.0m。 1） 2）
图4
渗流区域分段图
（单位：m）
表1 分段编号 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ 合计 分段名称 进口 水平 垂直 水平 垂直 水平 垂直 水平 出口 1.0 — 1.5
各段渗透压力水头损失
S
0.6 — 1.9 — 1.0
S1
— 0 — 0 — 1.0 — 0 —
S2
— 1.9 — 0 — 1.0 — 0 —
（二）排水设备的细部构造
1、排水设备的作用 采用排水设备，可降低渗透水压力，排除渗水，避免渗透变形，增加下游的稳定性。排 水的位置直接影响渗透压力的大小和分布， 应根据闸基土质情况和水闸的工作条件， 做到即
减少渗压又避免渗透变形。 2、排水设备的设计 （1）水平排水 水平排水为加厚反滤层中的大颗粒层，形成平铺式。反滤层一般是由 2~3 层不同粒径的砂和砂砾石组成的。层次排列应尽量与渗流的方向垂直，各层次的粒径则 按渗流方向逐层增大。 反滤层的材料应该是能抗风化的砂石料，并满足：被保护土壤的颗粒不得穿过反滤层； 各层的颗粒不得发生移动；相邻两层间，较小一层的颗粒不得穿过较粗一层的空隙；反滤层 不能被阻塞，应具有足够的透水性，以保证排水通畅；同时还应保证耐久、稳定，其工作性 能和效果应不随时间的推移和环境的改变而变差。 本次设计中的反滤层由碎石， 中砂和细砂组成， 其中上部为 20cm 厚的碎石， 中间为 10cm 厚的中砂，下部为 10cm 厚的细砂。
H 墩 =校核洪水位时水深+安全超高
=9.08+0.5=9.58m。
H 墩 =设计洪水位时水深+安全超高
=7.58+0.7=8.28m； 3）
H 墩 =正常挡水位时水深+ h
=7.03+0.59+0.4=8.02m。 （式中波浪高度的计算请查阅相关书籍）
图1
缝墩尺寸详图
（单位：cm）
（二） 闸门与启闭机
k材
FQ （0.10 ~ 0.12 ）P 1.2G
= 0.1 × 2224 + 1.2 × 160 = 414.4 KN
（2）
FW （0.10 ~ 0.12 ）P 1.2G
（3）
0.1 × 2224 + 1.2 × 160 = 30.4 KN 式中
P —平面闸门的总水压力，
P
1 2 h b 2 ，KN；
H1
H2
H3
H4
H5
4.11
h′ i s′
H6
2.41
H7
2.02
H8
0.31
H9
0.21
H10
0
7.03 6.94 5.86 4.14 （4）验算渗流逸出坡降。 出口段的逸出坡降为： J =
J 0.50 ~ 0.60（查表得） ，满足要求，不会发生渗透变形。绘制闸底板的渗透压力分布
图 5。
图2
叠梁式检修闸门示意图
3、启闭机可分为固定式和移动式两种 常用固定式启 闭机有卷扬式、 螺杆式和油压式。 卷扬式启闭机启闭能力较 大，操作灵便，启闭速度快，但造价高。螺杆式启闭机简便、廉价，适用于小型工程，水压 力较大，门重不足的情况等。油压式启闭机是利用油泵产生的液压传动，可用较小的动力获 得很大的启闭力，但造价较高。在有防洪要求的水闸中，一般要求启闭机迅速可靠，能够多 孔同步开启，这里采用卷扬式启闭机，一门一机。 4、启闭机的选型 （1）根据《水工设计手册》平面直升钢闸门结构活动部分重量公式 1，经过计算得 15.54 ｔ，考虑其它因素取闸门自重 160KN。
T
25.0 24.4 24.4 22.5 23.5 23.5 23.5 22.5 24
L
— 36 — 1.0 — 16 — 1.0 —
i
0.45 1.41 2.78 0.04 2.75 0.62 2.75 0.04 0.46
hi
0.280 0.883 1.728
hi
0.088 1.075 `1.728
Fra Baidu bibliotek
图2
反滤层构造图
(单位：cm)
（2）铅直排水设计 本工程在护坦的中后部设排水孔，孔距为 2m，孔径为 10cm，呈 梅花形布置，孔下设反滤层。 （3）侧向排水设计 侧向防渗排水布置（包括刺墙、板桩、排水井等）应根据上、下 游水位， 墙体材料和墙后土质以及地下水位变化等情况综合考虑， 并应与闸基的防渗排水布 置相适应，在空间上形成防渗整体。 在消力池两岸翼墙设 2~3 层排水孔，呈梅花形布置，孔后设反滤层，排出墙后的侧向绕 渗水流。 3、止水设计 凡具有防渗要求的缝，都应设止水设备。止水分铅直和水平止水两种。前者设在闸墩中 间，边墩与翼墙间以及上游翼墙铅直缝中；后者设在粘土铺盖保护层上的温度沉陷缝、消力 池与底板温度沉陷缝、翼墙、消力池本身的温度沉降缝内。在粘土铺盖与闸底板沉陷缝中设 置沥青麻袋止水。
G 0.012k支k材 H 1.65 B1.85
式中 G —闸门结构活动部分重量，t；
（1）
k 支 —闸门的支承结构特征系数，对于滑动式支承取 0.8；对于滚轮式支承取 1.0，对于台车
式支承取 1.3。 —闸门材料系数，普通碳素结构钢制成的闸门为 1.0；低合金结构钢制成的 闸门取 0.8。 H —孔口高度，取 9m； B —孔口宽度，取 8m。 （2）初估闸门启闭机的启门力和闭门力，根据《水工设计手册》中的近似公式：
闸门按工作性质可分为工作闸门、事故闸门和检修闸门；按材料分为钢闸门、混凝土闸 门和钢丝网水泥闸门；按结构分为平面闸门、弧形闸门等。 1、工作闸门基本尺寸为闸门高 7.5m，宽 9m，采用平 面钢闸门，双吊点，滚轮支承。 2、 检修闸门采用叠梁式， 闸门槽深为 20cm， 宽为 20cm， 闸门型式如图 2 所示。
hx

1.075
出口段
2.5
22.85
0.721
0.2062
0.0798
0.1047
（3）计算各角点的渗透压力值。 用表 1 计算的各段的水头损失进行计算，总的水头差为正常挡水期的上、下游水头差 8.5m。各段后角点渗压水头=该段前角点渗压水头—此段的水头损失值，结果列入表 3。 表3 闸基各角点渗透压力值
0.0249 0.0249 1.709 0.386 1.709 1.709 0.386 1.709
0.0249 0.1047 0.286 0.206
11.31 H= 7.03 H= 7.03
表2 段 别 进口段 S′ 0.6 T′ 24.4
进出口段的阻力系数修正表

0.313
ho′ 0.0876
Δh 0.1924
图 3 工作桥细部构造图 (单位：cm) 2、交通桥的作用是连接两岸交通，供车辆和人通行。交通桥的型式可采用板梁式。交 通桥的位置应根据闸室稳定及两岸连接等条件确定， 布置在下游。 仅供人畜通行用的交通桥， 其宽度不小于 3m；行驶汽车等的交通桥，应按交通部门制定的规范进行设计，一般公路单 车道净宽为 4.5m， 双车道为 7~9m。 本次设计采用双车道 8m 宽， 并设有人行道安全带为 75cm， 具体尺寸如图 4 所示。
四、防渗设计 （一）闸底地下轮廓线的布置
1、防渗设计的目的 防止闸基渗透变形；减小闸基渗透压力；减少水量损失；合理选用地下轮廓尺寸。 2、布置原则 防渗设计一般采用防渗和排水相结合的原则，即在高水位侧采用铺盖、板桩、齿墙等防 渗设施，用以延长渗径减小渗透坡降和闸底板下的渗透压力；在低水位侧设置排水设施，如 面层排水、排水孔排水或减压井与下游连通，使地下渗水尽快排出，以减小渗透压力，并防 止在渗流出口附近发生渗透变形。 3、地下轮廓线布置 （1）闸基防渗长度的确定。根据公式(2)计算闸基理论防渗长度为 56.24m。其中 C 为 渗径系数，因为地基土质为重粉质壤土，查表取 8。 L = 8 × 7.03 =56.24 m （2）防渗设备 由于闸基土质以粘性土为主，防渗设备采用粘土铺盖，闸底板上、下 游侧设置齿墙，为了避免破坏天然的粘土结构，不宜设置板桩。 （3）防渗设备尺寸和构造。 1）闸底板顺水流方向长度根据公式(1)计算，根据闸基土质为重粉质壤土 A 取 2.0。 L底 = A × H = 2 × 7.03 = 14.06 m 底板长度综合考虑上部结构布置及地基承载力等要求，确定为 16m。 2）闸底板厚度为t =
L S
=
52 2.5
= 20.4 > 5 ，地基有效深度 Te 为
Te = 0.5 × 52 = 26 m，大于实际的地基透水层深度 25m，所以取小值 Te = 25 m。 （2） 分段阻力系数的计算。 通过地下轮廓的各角点和尖端将渗流区域分成 9 个典型段， 如图 4 所示。其中 1、9 段为进出口段，用式(4)计算阻力系数；3、5、7 段为内部垂直段， 用式(5)计算相应的阻力系数；2、4、6、8 段为水平段，用式 6 计算相应的阻力系数。各典 型段的水头损失用式(7)计算。结果列入（表 1）中。 对于进出口段的阻力系数修正，按公 式（8） 、(9)、(10）计算，结果如表 2 所示。
FQ
—启门力，KN；
FW —闭门力，KN；
由于闸门关闭挡水时，水压力 P 值最大。此时闸门前水位为 7.03m，本次设计的水闸 为中型水闸，系数采用 0.10，经计算启闭力 Q 为 414.4KN，闭门力 工设计手册》选用电动卷扬式启闭机型号 QPQ-2 40。
F
FW 为 30.4KN。查《水
（三）上部结构
1、工作桥是为了安装启闭机和便于工作人员操作而设的桥。若工作桥较高可在闸墩上 部设排架支承。工作桥设置高程与闸门尺寸及形式有关。由于是平面钢闸门，采用固定式卷 扬启闭机，闸门提升后不能影响泄放最大流量，并留有一定的富裕度。根据工作需要和设计 规范，工作桥设在工作闸门的正上方，用排架支承工作桥，桥上设置启闭机房。由启闭机的 型号决定基座宽度为 2m， 启闭机旁的过道设为 1m， 启闭机房采用 24 砖砌墙， 墙外设 0.66m 的阳台（过人用） 。因此，工作桥的总宽度为 1+1+0.24+0.24+0.66+0.66=6m。由于工作桥在 排架上，确定排架的高度即可得到工作桥高程。 排架高度=闸门高+安全超高+吊耳高度 =7.5+0.5+0.5 =8.5m 工作桥高程=闸墩高程+排架高+T 型梁高 =61m+10m+1m=72m。