朱家浜水闸设计方案

1 朱家浜水闸设计 方案 一、工程资料 程概况 虹桥临空经济园区位于长宁区的东北部，苏州河从园区东北部蜿蜒而过，朱家浜、纵泾港及通协河三条内河均从该园区穿过流向苏州河，属于上海市水利分片综合治理中的淀北片。 朱家浜位于临空经济园区北块范围内，是一条东西走向的河道，东与苏州河相连，向西穿越联通河、联泾港后与即将新建的外环西河连接，河道全线长约为 距苏州河河口约 600m 的河道处现有简易泵闸一座，系净宽 4m 的节制闸和 s 的排水泵站组成的整体结构。在泵闸内河侧约 90m 处，北港路以东约 25m 有一老闸，闸门净宽 4m。根据长宁区西部地区防洪除涝规划、上海虹桥临空经济园区水系调整修编方案（送审稿）及区域防汛除涝和水资源调度方案的计算结果，在苏州河河口处建泵闸。设计流量 3m3/s；新建节制闸一座，净孔宽 4m。 2007 年初，随着地块开发的不断推进，朱家浜北岸（苏州河西岸 规划福泉路） 11地块拟兴建一座五星级城市度假酒店，即上海凯莱酒店。根据凯莱酒店的设计方案，将利用朱家浜内河兴建一座游艇会所，游艇可沿苏州河直航苏州凯莱酒店。长宁区政府从临空发展的前瞻性 考虑，也希望利用朱家浜内河原上粮十库朱家浜码头、港池作为今后公共水上设施停靠点。由于目前纵泾河、通协河上的枢纽工程已基本建成，均未考虑码头及通航的功能，因此从临空发展的前瞻性考虑，目前仅有朱家浜尚具备考虑游艇通行的条件，且根据规划已批复的闸址位置、用地范围、以及临区景观带设置的规划要求来看，现状朱家浜闸外段河口较宽，且处于中心位置，具有较优越的地理位置和通航条件，对朱家浜考虑游艇的通航要求是可行的。 计过程 2 鉴于已知的朱家浜工程概况，在本次设计中，既要考虑各个部门的要求，也要符合水闸设计的各项规 范，鉴于此种情况，部分水闸的设计方法与常规有所不同，但都符合规范要求同时也满足了政府部门和相关单位的需求，在水闸闸孔的设计就是直接根据通航情况来确定，同时也满足水力计算的要求，在设计消能防冲的时候，采用水闸设计规范要求的方法，防渗排水用改进阻力系数法进行计算，对于闸室的稳定和底板的配筋计算，是作为设计的重点和难点，借鉴了很多资料，选取了一种情况作为计算的成果，可能达不到工程实际初步设计的要求，但在做毕业设计的过程当中，学会了设计的思路和相应的计算方法，明白了一定的原理，自己也有很大的收获。 施计划 鉴于原朱家浜泵闸已不能满足临空可持续发展需要，为了确保完成长宁区的防汛安全，考虑到区域的可持续发展、景观问题、资金筹措以及工程用地等问题，并同时考虑设置游艇码头的可行性，提出了将水闸口门宽度由 4m 调整为 9m。从节省工程投资方面，在满足水力要求的条件下，泵闸应尽量布置在苏州河口，以缩短外河防汛墙长度。但凯莱酒店游艇会所将建在苏州河河口，原有泵闸位置与游艇会所布置有冲突，同时河口建泵闸影响了整个酒店的景观效果。因此泵闸位置内移至靠福泉路东侧规划新开联通河河口。 根据结构布置要求，泵闸轴线距联通河口 最小距离约为 50m，此位置处于河道的转弯处，且转弯角度较大，约为 20，不利于泵闸的布置，因此泵闸布置在距福泉路 120m，苏州河口 180m 处，泵闸段相对较顺直。 工程规模，泵站规模为双向泵闸一座，设计流量为 3m3/s；节制闸口宽，水务部门根据引排水能力的要求，朱家浜闸孔净宽不小于 6m。根据前面论述，朱家浜口门须满足游艇的通航要求，游艇尺寸为宽 5m，长 20 m，吃水深度 虑适当的富余，节制闸口门宽调整为 9m。 制依据及设计规范 制依据 (1) 中华人民共和国 防洪法 (2) 上海市城市防洪排水规划汇编 3 (3) 1994 年版防汛手册 (4)上海市城市防洪排水规划 (5)上海虹桥临空经济园区水系调整修编方案 (送审稿 ) (6)长宁区西部地区防洪除涝规划 (7)水利水电工程初步设计报告编制规程（ 021 (8)长宁区朱家浜泵闸工程初步设计报告（上海勘测设计研究院 2006 年 9 月） (9)长宁区朱家浜泵闸、通协河水闸工程评估意见（技术部分）（上海市水 务局科学技术委员会， 2006年 6月 6日） (10)长宁区朱家浜泵闸、通协河水闸工程工程地质勘察报告（详细勘察阶 段）（ 2006上海勘测设计研究院勘测公司 2006 年 8 月） (11)长宁区朱家浜泵闸工程 1:500 地形图（上海勘测设计研究院勘测公司， 2006 年 8 月） 计规范 (1)水利水电工程等级划分及洪水标准 (2)防洪标准 (3)城市防洪工程设计规范 (4)堤防工程设计规范 (5)水闸设计规范 (6)泵站设计规范 50265(7)水工建筑物抗震设计规范 (8) 上海市标准建筑抗震设计规范 9) 上海市工程建设规范地基基础设计规范 10)建筑桩基技术规范（ (11)建筑地基基础设计规范 (12)建筑地基处理技术规范 (13)水工混凝土结构设计规范 191(14)水利水电工程初步设计报告编制规程 4 (15)供配电系统设计规范 (16) 3110压配电装置设计规范 (17)水利水电工程钢闸门设计规范 5013 95 (18)水利水电工程钢闸门制造、安装及验收规范 5018 2004 (19)水利水电工程启闭机设计规范 93 (20)水利水电工程启闭机制造、安装及验收规范 5019 94 文、气象 上海市地处北亚热带南缘季风盛行的滨海地带，属海洋性气候，气候温和湿 润。四季分明，降水充沛，光照充足，温度适中。多年平均气温 极端最高气温 极端最低气温 年平均风速 s。本次朱家浜泵闸临近的潮位站是位于苏州河的新泾港，故外河潮位采用新泾港站的潮位分析成果。 本工程的防洪标准根据“关于颁发市区部分内河除涝防御水位标准的通知沪汛办（ 95）第 32 号文”，内河设计防御水位为 外河侧根据新泾港站百年一遇潮位 承受两岸河道排涝及上游来水的情况下，外河最高防御水位 该地区属亚热带海洋性气候，气候温和湿润，四季分明。年平均气温 极端最高气温 极端最低气温 光照充足，年平均日照时间为 18002000 小时，平均日照率为 4050%，无霜期长。全年多东南风，年平均风速为 s。雨水丰沛，上海龙华站多年平均年降水量 雨日 132 天，其中暴雨天数为 29 天。降雨年际年内分配不匀，历史上有气象资料记录以来降水最多的年份是 1985 年，出常 年 46%；年内降雨集中于汛期， 59 月降雨总量约占全年 60%以上，其中每年 67 月是一 年一度的梅雨季节，阴雨连绵，雨量充沛； 79 月又多受热带风暴或台风的影响，据统计，自 1949 年至 1999 年的 51 年期间，受热带风暴或台风影响约 59次，最多的一年出现 7次，影响的时间最长可达 8 天，此时，常伴有雨量大、历时长、范围广的暴雨或大暴雨，并引起增水，显著抬高潮位，如适逢天文大潮，便形成风暴潮，极易引发洪涝灾害，如 1977 年 8月 21日的 “ 大暴雨，中最大 1小时降雨量 成市区大范围严重内涝。 河水位 5 高水位 影响苏州河设计高水位的主要因素是洪、涝、潮、控的不同组合作用，即苏州河两翼地区的排涝 (含城市雨水泵站的强排水 )、上游的洪水下泄、下游高潮的顶托、洪涝水的不同调度方案。 在苏州河吴淞路闸桥建成以后，苏州河水位属于可控状态。根据市水务局最新的论证成果（该成果已上报市发改委审批），苏州河最高水位受行洪排涝工况控制，如果遇到流域 50年一遇洪水、区域 20年一遇涝水、组合相应不到一年一遇的近期设计标准水情，东太湖分洪工程暂未实施，则苏州河 在承受两岸河道排涝及流域上游来水的情况下，最高行洪排涝设计高水位为 常控制水位 低控制水位为 以 2005 年 8 月 “ 麦沙 ” 台风实际发生的雨情、水情、潮情作为苏州河校核高水位的分析工况，朱家浜周边地区校核高水位为 年平均年最高潮位 根据水文总站对新泾港自建站至 2005 年的年最高潮位统计，新泾港站的多年平均年最高潮位为 年平均年最低潮位 同样，根据水文总站对新泾港站自建站至 2005 年的年最低潮位统计，新泾港站的多年平均年最低潮位为 史最低潮位 根据水文总站对新泾港站自建站至 2005 年的年最低潮位统计，新泾港站的历史最低潮位为 生在 1959年 2月 12日 。 常水位 虽然苏州河在河口建造了吴淞路闸桥，但由于其关闸时间很少，所以在一般情况下，苏州河仍似一条自然的中等感潮河流，其潮流界在黄渡附近，潮区界在赵屯以上，属浅海非正规半日潮型，潮位每天两高两低，对新泾港站高、低潮位进行统计，平均高潮位为 均低潮位为 均潮差 着苏州河环境综合整治的深入开展，水资源调度频次的加大，苏州河的高、低水位会有所变化，但正常水位基本上在 河水位 6 根据长宁区西部地区防洪除涝规划，除涝方案分为首先整治新泾港方案和全线开通外环西河方案，通过河网水力计算，两方案相应的最高水位分别为 个方案都是可行的，但排水效果还是全线开挖外环西河较为明显，但外环西河开挖尚 表 外河特征水位表单位： m 历年最高潮位平均值 年最低潮位平均值 史最高水位 历史最低水位 校核高水位 计高水位 水位 计低水位 征地，且近期的动拆迁难度较大，如在近期采用首先整治新泾港方案时，整治临空经济园区北部的河道，并将纵泾港与朱家浜沟通，就可控制内河水位 考虑到本区域河网尚未全面整治，水面率不足 3%，现状区域排水能力远低于规划标准，规划工程的实施需要一定的时间。区域防洪标准根据 “ 关于颁发市区部分内河除涝防御水位标准的通知沪汛办（ 95）第 32号文 ” ，内河设计防御水位为 因此，内河控制最高水位按设计防御水位为 击预降的最低水位为 网正常水位 站排涝起用水位 为 内、外河特征水位详见表 表 内河特征水位表单位： m 设计防御水位 划设计高水位 水位 计低水位 7 程地质 形地貌 拟建场地位于长宁区苏州河支流通协河河口与朱家浜河口，通协河与朱家浜两河相隔约 280米，均在通协路以北。朱家浜北岸紧邻居民区，通协河南岸紧临通协路，通协河与朱家浜之间为原粮库旧址，上部建筑已拆除，现为平地。两河河口均有小桥，两河现有直立式浆砌石护岸，通协河断头浜处正在往北开挖。场地内地势较为平坦，水泥地坪为主，地面标高一般 建场地属滨海平原地貌类型。 经钻孔揭露，自地表以下深度 围内共分布有 5 个土层，其中、层分各为 2 个亚层。工程区 1 层填土分布于河道两岸 ，上部为水泥地坪，下部以粘性土夹碎石为主； 2 层灰色淤泥，呈流动状，分布于河床底部，淤泥厚度一般约 2 层褐黄灰黄色粉质粘土厚约 可塑软塑状态；层灰色淤泥质粉质粘土夹粉土，呈流塑状，局部夹粉土薄层较多，土质不均匀，厚度约 布稳定；层灰色淤泥质粘土，流塑状，厚约 度大，分布稳定； 1 层灰色粉质粘土，软塑，高压缩性，土质均匀，厚度约 布稳定； 2 层粉质粘土夹砂，软塑， 为砂质粉土，稍密中密，土质不均匀，未揭穿。泵闸基础底面高程 闸底板座落在层灰色淤泥质粉质粘土夹粉土之上，其下为层淤泥质土 ,、层淤泥质土，压缩性高，抗剪强度低，对泵闸地基稳定和变形具有不利影响。因此泵闸不宜采用天然地基，应采取地基加固处理措施，可采用水泥土搅拌桩或采用桩基进行地基加固，采用桩基时，以第层作为桩基。 土层的主要指标参数 各土层的物理力学性质参数地基土承载力设计值 基设计参数 示。 表 基土抗剪强度指标建议值及承载力设计值 征值 号 土层名称 平均 直剪固快（峰值）建议值 地基土承载力设计值 基土承载力特征值 （ 8 C（ （ ） 粉质粘土 0 19 110 90 淤泥质粉质粘土夹粉土 4 0 65 淤泥质粘土 2 11 65 50 表 层序 土层名称 (预制桩 灌注桩 fs fp fs ( 2 粉质粘土 5 15 淤泥质粉质粘 土夹粉土 5 15 淤泥质粘土 0 200 15 1 粉质粘土 5 650 25 250 2 粉质粘土夹砂 5 1200 35 600 注：单桩承载力宜通过静载荷试验确定。 程任务和规模 朱家浜泵闸工程近期主要任务是防汛、除涝和水资源调度、改善生态环境，工程建成后可解决长宁西部临空经济园区的排水出路，通过泵闸的引排水调度，可改善上述内河河道的水质。远期主要任务是引清冲污以及作为地区防汛除涝工程的补充。根据区域防汛除涝和水资源调度方案的计算结果，根据水利水电工程钢闸门设计规范（ 闸孔尺寸和水头系列标准，朱家浜泵闸工程规模为双向泵站一座，设计流量 3m3/s；节制闸一座，净孔宽 9m。 二、消能设计 能防冲设计控制情况 由于本闸位于平原地区，河床的抗冲刷能力比较低，所以采用底流式效能。 消能计算水位及组合 9 排涝工况：当内河水位在常水位 上排涝时，只考虑平落潮开门。但在内外河出现水位差时开闸门，则应控制内外河水位差在 内，并控制闸门开度。 引水工况：内河在控制水位为 水时，外河水位应在 下（内外河水位差控制在 内）。 节制闸消能计算水位组合见表 表 位： m） 工况 水位 备注 外河 内河 消能计算 排涝 4 制闸门 开启角度 引水 3 阶段根据水闸规模和河道运行水位，对不同引、排水工况下的过闸流量进行了计算，计算时用淹没堰流基本公式，计算最大的过闸流量见表 根据朱家浜泵闸地勘资料， 河床土质为淤泥质粉质粘土夹粉土，参照水力计算手册粘性土的取值，河床不冲流速取为 s，因此，内河河道允许的最大流量详见表 表 工况 内河水位 (m) 外河水位 (m) 过闸流量 (m3/s) 排涝 (一 ) 涝 (二 ) 涝 (三 ) 水 河河道允许最大流量 河道名称 工况 内河水位 (m) 允许流量 (s) 10 朱家浜 最高水位 水位上限 水位下限 据以上计算结果，受内河河床不冲流速的限制，考虑水闸消能防冲设计的富余，因此本工程取水闸排涝允许流量 25m3/s，引水允许流量 11m3/s。 力池设计 为了降低工程成本，保证水闸安全运行，应制定合理的闸门开启程序。根据水闸设计规范 (主要计算公式如下 ： 孔口流量 Q 为 00 2e (2消力池的深度 d 应满足 t 2 （ 2 跃后水深为 )181(2 2112 111 / r (2出池落差为 )11(2 2222222（ 2 式中： d 池深， m s 水跃淹没度取 s= 池中发生临界水跃时的跃后水深， m 消力池出口下游水深， m Z 消力池尾部出口水面跃落， m 11 Q 流量， m3/s b 消力池宽度， m 消力池出口段流速系数，取 自由水跃的长度， m。 算过程 第一种排涝情况，内核水位 河水位 宽流量 s。易得临界水深 时取 =水力计算手册 203页的 hc/算得 =算第二种排涝情况及第三种排涝情况，的如下计算表格。 工况 内河水位 外河水位 总水头 单宽流量 h1 h2 m m m m3/s m m m 排涝（一） 排涝（二） 排涝（三） 有上表可以清楚地看出 故可以不修正。 同样对出口段修正如下 19 2 = 5 )(1212 T= S=则 2 =亦不需修正。 (c）作出渗透压力分布图：根据以上算得渗压水头值，从上游进口段开始，逐次从作用水头值减去个分段水头损失值，即可求得各角隅点的渗压水头值。 2=3=4=5=6=7=8=9=位宽度底板所受渗透压力： 21( 16 1=N 单位宽铺盖所受的渗透压力： 21( 20 1=N 单位宽度底板所受渗透压力： P1=21( 16 1=21 ( 16 1=N 单位宽铺盖所受的渗透压力： P2 =21( 20 1=21 ( 20 1=N 渗稳定验算 20 闸底板水平段的平均渗透坡降和出口处的平均逸出坡降闸底板水平段的平均渗透坡降为 =流出口处的平均逸出坡降 7=基的防渗满足抗渗稳定的要求。 渗排水设施和细部构造防渗排水设施和细部构造 水设备的作用 采用排水设备，可降低渗透压力，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，做到既减少渗透压力又避免渗透变形。 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。排水反滤层一般由 23层粒径的砂和砂砾石组成。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；各层次的颗粒不得发生移动；相临两层间，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。 本设计的反滤层由碎石、中砂和细砂组成，其中上部为 20间为 10部为 10的细 砂。见下图 3 3： 21 图 3 3 反滤层构造图（单位： （ 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 3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），并应根据上、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 23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。 水设计 凡具有防渗要求的缝，都应设止水设备。止水分铅直止水和水平止水两种，前者设在闸墩中间，边墩与翼墙间以及上游翼墙铅直缝中；后者设在黏土铺盖保护层上的温度沉陷缝、消力池与底板温度沉陷缝、翼墙和消力池本身的温度沉陷缝内。在黏土铺盖与闸底板沉降缝中设置沥青麻袋止水。 础处理设计 针对本工程地基特点，本阶段主要考虑桩基础、深层搅拌法和高压喷射注浆加固三种方法并进行了比较，各处理方法主要优缺点见表 表 加固方法 适用范围 优点 缺点 22 桩基础 较深厚的松软地基，尤其适用于上部为松软土层、下部为硬土层的地基。 作用显著，地基稳定性好、实践经验多，可靠性好。 桩尖未嵌入硬土层的摩擦桩仍有一定沉降量。工艺相对较复杂，价格较贵。 水泥搅拌法 适用于淤泥、淤泥质土等软 粘土地基 . 施工快速安全、振动小，基本 无污染；工程量小，投资省。 对施工质量要求较高，水泥用量大，加固深度受到限制。 高压喷射注浆法 适用于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、砂土等地基 . 适应各种地层、可靠性好。 水泥用量大，工艺复杂，价格较贵。 四、闸室布置 主体部分。开敞式水闸闸室由底板、闸墩、闸门、工作桥和交通桥等组成，有的还设有胸墙。 闸室的结构形式、布置和构造，应在保证稳定的前提下，尽量做到轻型化、整体性好、刚性大、布置匀称，并进行合理的分缝、分块，使作用在底基单位面积上的荷载较小，较匀称，并能适应地基可能的沉降变形。 底板、闸墩 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形式 常用的底板有平底板和钻孔灌注桩底板。在特定的条件下，也可采用低堰底板、箱式底板、斜底板、反拱底板等。平底板按底板与闸墩的联结方式，有整体式和分离式两种。 （ 1）整体式底板 闸墩与底板浇筑成整体即为整体式底板。其顺流向长度可根据闸身稳定和地基应力分布较均匀等条件来确定，同时应满足上层结构布置的需要。水头愈大，地基愈差，底板应愈长。初拟底板长度时，对于砂砾石、砂壤土地基可取（ H，对于粘壤土地基可取（ H，对于粘土地基可取（ H， H 为上下游最大水头差。底板厚度必须满足 强度和刚度的要求。大中型水闸可取闸孔净宽的 1/51/8，一般为12m，最薄不小于 板内配置钢筋。底板混凝土强度等级应满足强度，抗渗及 23 防冲要求，一般选用 用的底板有平底板和钻孔灌注桩底板。在特定的条件下，也可采用低堰底板、箱式底板、斜底板、反拱底板等。平底板按底板与闸墩的联结方式，有整体式和分离式两种。 （ 1）整体式底板 闸墩与底板浇筑成整体即为整体式底板。其顺流向长度可根据闸身稳定和地基应力分布较均匀等条件来确定，同时应满足上层结构布置的需要。水头愈大，地基愈差，底板应愈长。初 拟底板长度时，对于砂砾石、砂壤土地基可取（ H，对于粘壤土地基可取（ H，对于粘土地基可取（ H， H 为上下游最大水头差。底板厚度必须满足强度和刚度的要求。大中型水闸可取闸孔净宽的 1/51/8，一般为12m，最薄不小于 板内配置钢筋。底板混凝土强度等级应满足强度，抗渗及防冲要求，一般选用 20。 根据本工程的地质资料，采用整体式平底板。 3底板长度 根据前面设计已知闸底板长度为 24m。 4垂直水流方向布置 为了满足闸门的顺利提升及满足地基不均匀沉陷的要求，垂直水流方向一般要进行分段。 5 底板厚度 考虑强度、刚度的要求，一般厚度为 另外设置齿墙，取厚度为 墩的设计 1作用 分离闸孔并支撑闸门，工作桥等上部结构，使水流顺利地通过闸室。 2长度的确定 应能满足过闸水流平顺，侧向收缩小，过流能力大的要求。上游墩头采用半圆形，下游墩头采用流线型。其长度为 24m。 3厚度的确定 24 应根据闸孔孔径、受力条件、结构构造要求和施工方法确定。中墩 墩 面闸门的门槽尺寸应根据闸门的尺寸确定，检修门槽深 宽 修门槽与工作桥之间留 便于工作人员检修。 4闸墩高度的确定 闸墩上游部分的顶面高程应满足以下两个要求：水闸挡水时，不应低于水闸的正常蓄水位（或遭遇地震）加波浪计算高度与相应安全超高之和。泄洪时，不应低于设计（或校核）洪水位加相应的安全超高。各种运用情况下水闸的安全超高下限值水闸设计规范规定如下： 采用以下三种方法计算，取较大值。 闸墩 =校核水位 +安全超高 =m） 闸墩 =设计水位 +安全超高 =m） 闸墩 =正常水位 + h m） 表 4 1 水闸安全超高下限值（ m） 运用情况水闸级别 1 2 3 4、 5 挡水时 正常蓄水位 遇地震 洪时 设计洪水位 核洪水位 1 中， 计算查水闸设计规范。 h=hl+hz+hc 波浪爬高， m； 波浪中心线超过静水位的高度， m； 安全超高， m。 采用三种方法取最大值，即闸墩 =拟定闸墩 = 作桥、检修便桥、公路桥 作桥和检修桥 25 工作桥是供设置启闭机和管理人员操作时使用。其高度应保证闸门开启后不影响泄放最大流量，并考虑闸门的安装及检修吊出需要。工作桥应尽量靠近上游侧，为了安装、启闭和检修方便，应设置在工作闸门的正上方。其机座尺寸可根据启闭机型号来确定。检修桥的作用为放置检修闸门，观测上游水流情况，设置在闸墩的上游端。工作桥与检修桥的尺寸总宽度 为 6m。 通桥 交通桥的作用是连接两岸交通，供车辆和人通行。位置应根据闸室稳定及两岸连接等条件确定，本工程布置在闸室下游侧。仅供人畜通行用的桥，其宽度为 3m。 门和启闭机 闸门按其工作性质的不同，可分为工作闸门，事故闸门和检修闸门等。工作闸门又称主闸门，是水工建筑物正常运行情况下使用的闸门。事故闸门是在水工建筑物或机械设备出现事故时，在动水中快速关闭孔口的闸门，又称快速闸门。事故排除后充水平压，在静水中开启。检修闸门用以临时挡水，一般在静水中启闭。一般水闸多采用工作闸门和检修闸门。 作闸门 1作用 又称主闸门，是水工建筑物正常运行情况下使用的闸门。用以抬高水位，泄洪时开启，控制流量 。 型 （ 1）按构造形式分类可分为平面闸门、弧形闸门等。弧形闸门与平面闸门比较，其主要优点是启闭力小，可以封闭大面积的孔口；无影响水流态的门槽，闸墩厚度较薄，机架桥的高度较低，埋件少。它的缺点是需要的闸墩较长；不能提出孔口以外进行检修维护，也不能在孔口之间互换；总水压力集中于支铰处，闸墩受力复杂。 （ 2）按制作材料分可分为钢闸门，混凝土闸门或钢丝网水泥闸门，木闸门及铸铁闸门等。钢闸 门门体轻，一般用于大、中型水闸，混凝土或钢丝网水泥闸门可以节省钢材，不需要除锈。铸铁闸门抗锈蚀、耐磨性较好，止水效果也好，但由于材料抗弯强度低，性能又脆，仅在低水头小孔径水闸中使用。木闸门耐久性差，已日趋不用。 26 根据设计要求，本设计采用钢筋混凝土平板闸门。 门的基本尺寸 1、工作闸门尺寸 由于闸门作用是在枯水期壅高水位供进水闸取水，所以 顶 了防止水流漫过闸顶，锈蚀闸门结构，门顶高程应该高于 所以： 门顶 =正常挡水位 +安全超高 =门 高度 = 门顶 - 底顶 =4m. 闸门形式：因闸孔宽 9m，尺寸较小，采用平面闸门。 工作闸门基本尺寸取为高 4m，宽度取 9m。采用平面铸铁闸门。 2、检修闸门 作用用以临时挡水，检修工作闸门时用。多采用叠梁式。平时不用时放置一旁。闸门槽深为 20为 20门形式如图 4 2。 图 4 2 叠梁式检修闸门 3、启闭机类型选择 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，操作灵活，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较大的启闭力，但造价高。在有防洪要求的水闸重，一般要求启闭了迅速可靠，能够多孔同步开启，这里采用卷扬式启闭机，一门一机。 室的分缝和止水设备 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，如铺盖与闸室底板、翼墙的连接处以及消力池与闸室底板、翼墙的连接处 27 要分别设缝。另外，翼墙本身较长，混凝土铺盖、消力池护坦在面积较大时也需要设缝，以防产生不均匀沉降。水闸一般多建在软土地基上，为了能适应地基的不均匀沉降，在闸轴线方向，闸身均设置了沉降缝。沉降缝的间距，视地基土质的变化、地基反力的改变以及温度应力而定。闸底板在垂直水流方向的分块，在地基较好的情况下，一般不超过 30m，否则有发生断裂的危险，在临近两岸与岸墙连接处， 由于边荷载影响，底板分块长度可适当缩短。 本工程采用整体式底板，且设有独立的岸墙，因此闸室分缝均采用两孔为一单元，分缝设置在中墩，缝宽 2下游翼墙由于长度较小，本工程不予分缝；上游铺盖和下游消力池在垂直水流方向长度较大，均超过 50m，故在垂直水流方向将铺盖和消力池进行分缝，铺盖材料为浆砌石，适应变形能力较强，故只在铺盖设置 3 道分缝，对于下游消力池设置 3 道沉降缝，分缝位置分别对应未分缝的 3 个中墩中心处，铺盖及消力池缝宽为 2力池、铺盖与两岸翼墙及底板、翼墙与岸墙连接处，均设置连通 的分缝，分缝宽 2于浆砌石海曼，在垂直水流方向设置两道分缝将海曼分为 3 块，缝宽 2 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：应防渗可靠；应能适应混凝土收缩及地基不均匀沉降的变形应结构简单，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，两种止水交叉处的构造必须妥善处理，以便形成一个完整的止水体系。 下游翼墙设计 翼墙在水闸工程中属于两岸连接建筑物，是由边墩或岸墙向上、下游延伸而形成，翼墙的作用是挡土、导流和防止侧向绕流。 上游翼墙除挡土外，最主要的作用是将上游涞水平顺地导入闸室，其次是配合铺盖起到防渗作用，因此，其平面布置要与上游进水条件和防渗设施向协调。顺水流流向的长度应满足水流条件的要求，上游段插入岸坡，墙顶要超出最高水位至少 泄洪过闸落差很小时，为了减小翼墙工作量，墙顶也可淹没在水下。如果铺盖前端设有板桩，还应将板桩顺翼墙延伸到翼墙的上游端。 下游翼墙除挡土外，其主要作用是导引出闸水流沿翼墙均匀扩散，避免在墙前出现回流 28 漩涡等不利流态。翼墙的平均扩散角每侧宜采用 7 12 ，其顺水流方向的投影长度应大于或等于消力池的长度，下游端插入岸坡。墙顶一般要高出下游最高泄洪水位。当泄洪落差较小，且闸室总宽度与下游水面相差不大时，也可低于泄洪水位。为降低作用于边墩和岸墙上的渗流压力，可在墙上设排水孔，或在墙后底部设排水暗沟，将渗水导向下游。 常用的翼墙布置有以下集中型式： 1、曲线式：翼墙从边墩开始，向上、下游用圆弧或 1/4 椭圆弧的铅直面与岸边连接，或从边墩开始，向上、下游延伸一定距离后，转弯 90 ，插入岸坡，墙面铅直。这种型式水流条件和防渗效果好，但工程量大。适用于上、下游水位差及单宽流量较大的大、中型水闸； 2、扭曲面式：翼墙的迎水面，从边墩端部的铅直面向上、下游延伸渐变为与其相连的河岸坡度为止，成为扭曲面。这种型式进、出闸水流平顺，工程量较省，但施工复杂，是工程中使用最广泛的一种； 3、斜降式：翼墙在平面上呈八字形，高度随其向上、下游延伸而逐渐降 低，至末端与河底齐平。这种型式翼墙工程量省，施工方便，但水流在闸孔附近容易产生立轴漩滚、冲刷安排，而且岸墙后渗径较短，有时需要另设刺墙，只适用于小 型水闸。 本工程上下游水位差及单宽流量均较小，为使进、出闸水流平顺，节省工程量，本工程上下游均采用扭曲面式翼墙。 五、闸室稳定计算 载及其组合 计情况选择 根据水闸运用过程中可能出现的所有情况进行分析，寻找最不利的情况进行闸室稳定及地基承载力验算。 （ 1）完建无水期 完建无水期是水闸建好尚未投入使用之前，竖向荷载最大，容易发生沉陷或不均匀沉陷，这是验算地基承载力的设计情况。 29 （ 2）校核期 正常挡水期时下游无水，上游为正常挡水位，上下游水头差最大，闸室承受较大的水平推力，且闸底板下扬压力最大，最容易发生闸室滑动失稳破坏，是验算闸室抗滑稳定性设计情况。 校核期工作闸门全开，水位差较小，对水闸无大的伤害。本设计不考虑地震情况。 载组合 完建无水期和正常挡水期均为基本荷载组合，校核洪水位情况为特殊荷载组合。需计算的荷载见下表 表 1 荷载组合 荷载组合 计算情况 荷 载 自 重 水 重 静水压力 扬压力 土压力 淤沙压 力 风压力 浪压力 基本组合 完建无水情况 一 一 一 一 一 一 正常蓄水位 情况 特殊组合 校核洪水位 情况 根据本工程实际情况得到如下组合表： 表 家浜泵闸整体稳定计算水位组合表（单位： m） 工况 水位 备注 外河 内河 基本组合 反向挡水 正向挡水 1 正向挡水 2 完建期 无水 无水 特殊组合（ I） 正向挡水 正向检修 反向检修 特殊组合（ 正向地震校核 反向地震校核 30 内外河翼墙稳定计算及组合 表 内外河翼墙稳定计算水位组合表（单位： m） 荷载组合 地面高程 外河翼墙 内河翼墙 类别 工况 墙前水位 墙后水位 墙前水位 墙后水位 正常运行条件 低水位运行期 水位运行期 常运行条件 地震期 工期 整体稳定采用瑞典圆弧法计算。 表 内外河翼墙整体稳定水位组合表 荷载组合 外河翼墙 内河翼墙 墙前水位 墙后水位 墙前水位 墙后水位 运行期 工期 地震期 安全系数和地基应力要求 （ 1）根据水闸设计规范第 室基底面抗滑稳定安全系数的允许值为： 基本组合 殊组合 殊组合 2）根据水闸设计规范第 室的抗浮稳定安全系数的允许值为： 基本组合 特殊组合 31 （ 3）根据水闸设计规范第 规定，各种荷载组合情况下的闸首平均基底应力不大于地基允许承载力，最大基底应力不大于地基允许承载力的 ，闸室基底应力最大值与最小值之比的允许值见表 表 基础底面应力最大值与最小值之比的允许值 地基土质 荷载组合 基本组合 特殊组合 松软 4）翼墙抗滑稳定安全系数 和地基应力要求 翼墙抗滑稳定安全系数 和地基应力要求同闸室。 （ 5）整体稳定 翼墙地基及内外河岸坡的边坡稳定采用瑞典圆弧滑动法计算。根据水闸设计规范第 安全系数允许值见表 32 表 内外河翼墙整体稳定安全系数表 荷载组合 安全系数 内河翼