水利工程水闸培训讲义

第四章水水闸第一节概概述第二节水水闸的的孔口尺尺寸确定定第三节水水闸的的消能防防冲设计计第四节水水闸的的防渗排排水设计计第五节闸闸室的的布置与与构造第六节闸闸室稳稳定验算算及地基基处理第七节闸闸室结结构计算算第八节两两岸连连接建筑筑物第九节闸闸门与与启闭机机第一节概概述一、水闸闸的类型型（一）按按水闸所所承担的的任务分分类（1）进水闸。建在河河道、水水库、湖湖泊的岸岸边及渠渠道的首首部，用用于引水水并控制制引水流流量，以以满足灌灌溉、发发电或供供水需求求。（2）节制闸。在河道道上或渠渠道上建建造，枯枯水期用用以抬高高水位满满足上游游取水或或航运的的需要；；洪水期期控制下下泄流量量，保证证下游河河道安全全。（3）冲沙闸。主要建建在多泥泥沙河道道上，用用于排除除进水闸闸、节制制闸前或或渠道淤淤积的泥泥沙，减减少引水水水流的的含沙量量。（4）分洪闸。建于天天然河道道的一侧侧。用来来将超过过下游河河道安全全泄量的的洪水泄泄入湖泊泊、洼地地等滞洪洪区，以以削减洪洪峰保证证下游河河道安全全。（5）排水闸。常建于于江、河河沿岸或或排水渠渠道末端端，用以以排除两两岸低洼洼地区的的涝渍水水及防止止江河洪洪水倒灌灌。具有有双向挡挡水的特特点。（6）挡潮闸。建在入入海河口口附近，，涨潮时时关闸防防止海水水倒灌，，退潮时时开闸泄泄水。具具有双向向挡水的的特点。。（二））按闸闸室结结构型型式分分类（1）开敞敞式水水闸。。开敞式式水闸闸闸室室是露露天的的，可可分为为无胸胸墙和和有胸胸墙两两种型型式。。（2）涵洞洞式水水闸。。水闸修修建在在河、、渠堤堤之下下时，，便成成为涵涵洞式式水闸闸。根根据水水力条条件的的不同同，可可分为为有压压式和和无压压式两两类。。（三））按过过闸流流量大大小分分类大（1）型水水闸。。过闸闸流量量大于于5000m³/s。大（2）型水水闸。。过闸闸流量量1000~5000m³³/s。中型水水闸。。过闸闸流量量为1000~100m³/s。小（1）型水水闸。。过闸闸流量量为20~100m³/s。小（2）型水水闸。。过闸闸流量量小于于20m³/s。二、水水闸的的工作作特点点和设设计要要求水闸的的地基基可以以是岩岩基或或土基基，且且多修修建在在土质质地基基上。。因而而它在在抗滑滑稳定定、防防渗、、消能能防冲冲及沉沉陷等等方面面具有有以下下工作作特点点和设设计要要求。。（1）土基基的沉沉陷问问题。。（2）过闸闸水流流具有有较大大动能能。（3）土基基的抗抗滑稳稳定性性差。。（4）渗流流易使使闸下下产生生渗透透变形形。三、水水闸的的组成成水闸一一般由由上游连连接段段、闸室段段和下游连连接段段三部分分组成成。（1）闸室室段。。闸室室段是是水闸闸的主主体，，有控控制水水流和和连接接两岸岸的作作用。。包括括底板板、闸闸墩、、闸门门、胸胸墙、、工作作桥及及交通通桥和和启闭闭机房房等。。（2）上游游连接接段。。主要要作用用是引引导水水流平平顺、、均匀匀地进进入闸闸室，，保护护上游游河床床及两两岸免免于冲冲刷，，并有有防渗渗作用用。一一般包包括上上游翼翼墙、、铺盖盖、护护底、、两岸岸护坡坡及上上游防防冲槽槽等。。（3）下游游连接接段。。主要要作用用是将将下泄泄水流流平顺顺引入入下游游河道道，有有消能能防冲冲及防防止发发生渗渗透破破坏的的功能能。一一般包包括护护坦、、海漫漫、下下游防防冲槽槽、下下游翼翼墙及及护坡坡等。。四、水水闸的的等级级划分分和洪洪水标标准见书中中表格格。第二节节水水闸的的孔口口尺寸寸确定定一、底底板型型式选选择闸底板板型式式有宽宽顶堰堰和低低实用用堰两两种。。（1）平底底板宽宽顶堰堰具有有结构构简单单、施施工方方便、、有利利于排排沙冲冲淤、、泄流流能力力比较较稳定定等优优点；；其缺缺点是是自由由泄流流时流流量系系数小小，闸闸后比比较容容易产产生波波状水水跃。。（2）低实实用堰堰有WES低堰、、梯形形堰和和驼峰峰堰等等型式式，其其优点点是自自由泄泄流时时流量量系数数较大大，可可缩短短闸孔孔宽度度和减减小闸闸门高高度，，并能能拦截截泥沙沙入渠渠；缺缺点是是泄流流能力力受下下游水水位变变化的的影响响显著著，当当淹没没度增增加时时，泄泄流能能力急急剧下下降。。二、闸闸底板板高程程的选选定一般情情况下下，节节制闸闸、泄泄洪闸闸、进进水闸闸或冲冲沙闸闸的闸闸底板板高程程宜与与河（（渠））底齐齐平，，以便便多泄泄（引引）水水，多多冲沙沙；多多泥沙沙河流流上的的进水水闸、、分水水闸及及分洪洪闸，，在满满足引引水、、分水水或泄泄水的的条件件下，，闸底底板高高程可可比河河（渠渠）底底略高高些；；排水水闸（（排涝涝闸））、泄泄水闸闸或挡挡潮闸闸，闸闸底板板高程程应尽尽量定定得低低些。。三、过过闸单单宽流流量的的确定定应综合合考虑虑下游游河床床或渠渠道的的地质质条件件、水水闸上上下游游水位位差、、下游游尾水水深度度、闸闸室总总宽度度与河河道宽宽度的的比值值、闸闸的结结构构构造特特点和和下游游消能能防冲冲设施施等因因素来来确定定。四、闸闸孔宽宽度的的确定定根据已已确定定的过过闸流流量、、上下下游水水位、、底板板高程程、闸闸孔型型式和和堰型型，即即可用用水力力学公公式计计算水水闸的的闸孔孔尺寸寸。（一））闸孔孔总净净宽度度的确确定（二））单孔孔净宽宽与闸闸孔数数目的的确定定（三））闸室室总宽宽度的的确定定第三节节水水闸的的消能能防冲冲设计计一、过过闸水水流的的特点点（1）水闸闸初始始泄流流时，，闸下下水深深较浅浅，随随着闸闸门开开度的的增加加水深深逐渐渐加深深，出出闸水水流从从孔流流到堰堰流，，从自自由出出流到到淹没没出流流都会会发生生。（2）当水水闸的的上下下游水水位差差较小小时，，闸下下易产产生波波状水水跃。。（3）过闸闸水流流都是是先收收缩后后扩散散，若若设计计不当当或管管理不不善，，下泄泄水流流不能能均匀匀扩散散，主主流集集中，，形成成折冲冲水流流。二、消消能防防冲设设计的的水力力条件件（一））闸下下水流流的消消能方方式平原地地区的的水闸闸，水水头低低，下下游河河床抗抗冲能能力差差，且且承受受水头头不高高，宜宜采用用底流流式消消能。。当水水闸承承受较较高水水头，，且闸闸下河河床及及岸坡坡为坚坚硬岩岩体时时，可可采用用挑流流消能能。当当水闸闸闸下下尾水水深度度较大大，且且变化化较小小，河河床及及岸坡坡抗冲冲能力力较强强时，，可采采用面面流消消能。。在挟挟有较较大砾砾石的的多泥泥沙河河流上上，不不宜设设消力力池，，可采采用抗抗冲耐耐磨的的斜坡坡护坦坦与下下游河河道连连接，，末端端应设设防冲冲墙。。（二））消能能防冲冲的水水力条条件选选择不同类类型的的水闸闸，其其泄流流特点点各不不相同同，因因而控控制消消能设设计的的水力力条件件也不不尽相相同。。拦河节节制闸闸宜以以在保保持闸闸上最最高蓄蓄水位位的情情况下下，以以排泄泄上游游多余余来水水量为为控制制消能能设计计的水水力条条件；；当闸闸的下下游河河道已已渠化化时，，应考考虑下下一级级的蓄蓄水位位对闸闸下水水位的的影响响。分分洪闸闸宜以以闸门门全开开，以以通过过最大大分洪洪流量量为控控制消消能设设计的的水力力条件件。排排水闸闸（排排涝闸闸）宜宜以冬冬、春春蓄水水期排排涝流流量为为控制制消能能设计计的水水力条条件。。三、底底流式式消能能设计计在我国国，水水闸多多修建建在平平原地地区的的土基基上，，因此此底流流式消消能是是主要要消能能型式式。底底流式式消能能的作作用是是增加加下游游水深深，以以保证证产生生淹没没式水水跃，，防止止土基基冲刷刷破坏坏，保保证闸闸室安安全。。底流流式消消能防防冲设设施由由消力池池、海漫、防冲槽槽等部分分组成成。（一））消力力池1、消力力池型型式的的选用用2、消力力池的的尺寸寸确定定3、消力力池的的构造造（二））辅助助消能能工消力池池内除除设置置尾槛槛外，，也常常设置置消力力墩、、消力力齿等等辅助助消能能工，，其目目的是是使水水流受受阻，，促使使水流流撞击击，形形成涡涡流，，加强强紊动动扩散散，稳稳定水水跃，，减小小消力力池尺尺寸，，提高高消能能效果果，节节省工工程量量。（三））海漫漫1、海漫漫长度度计算算2、海漫漫的布布置及及构造造海漫在在构造造上要要求有有：①①一定定的粗粗糙度度，以以利进进一步步消除除余能能；②②有一一定的的透水水性，，以降降低扬扬压力力；③③有一一定的的柔性性，以以适应应河床床的变变形。。（四））防冲冲槽水流经经过海海漫后后，多多余能能量得得到进进一步步消除除，但但海漫漫末端端处仍仍有冲冲刷现现象。。为保保护海海漫，，常在在海漫漫末端端设置置防冲冲槽。。四、波波状水水跃及及折冲冲水流流的防防止措措施（一））波状状水跃跃的防防止措措施（二））折冲冲水流流的防防止措措施五、上上游河河床和和上下下游岸岸坡的的防护护第四节节水水闸的的防渗渗排水水设计计水闸防防渗排排水设设计的的一般般步骤骤：①①根据据水闸闸作用用水头头的大大小、、地基基地质质条件件和下下游排排水情情况，，初步步拟定定地下下轮廓廓线；；②进进行渗渗流分分析，，计算算闸底底板渗渗透压压力，，并验验算地地基土土的渗渗透稳稳定性性；③③若抗抗滑稳稳定和和渗透透稳定定均满满足要要求，，即可可采用用初拟拟的地地下轮轮廓线线，否否则，，应重重新修修改地地下轮轮廓线线。一、闸闸基防防渗长长度及及地下下轮廓廓线布布置（一））闸基基防渗渗长度度的确确定在上下下游水水位差差的作作用下下，上上游水水从河河床入入渗，，绕过过上游游铺盖盖、板板桩、、闸底底板经经过反反滤层层由排排水孔孔排至至下游游。其其中铺铺盖、、板桩桩和闸闸底板板等不不透水水部分分与地地基的的接触触线，，即闸闸基渗渗流的的第一一根流流线，，称为为地下下轮廓廓线。。其长长度即即为闸闸基防防渗长长度（（又称称为渗渗径长长度））。（二））闸基基防渗渗排水水布置置闸基防防渗排排水布布置，，即进进行地地下轮轮廓线线布置置，主主要是是进行行闸基基防渗渗排水水轮廓廓线形形状及及尺寸寸的确确定。。（1）布置置原则则，““高防防低排排”。。（2）布置置方式式1）黏性性土地地基。。2）砂性性土地地基。。3）地震震区的的均匀匀粉砂砂、细细砂地地基。。二、闸闸基渗渗流计计算（一））全截截面直直线分分布法法（二））改进进阻力力系数数法（三））直线线比例例法（（渗径径系数数法））三、防防渗排排水设设施（一）铺盖盖（二）板桩桩（三）齿墙墙及混凝土土防渗墙（四）水泥泥砂浆帷幕幕、高压喷喷射灌浆帷帷幕及垂直直防渗土工工膜（五）排水水设施四、水闸的的侧向绕渗渗第五节闸闸室的布置置与构造一、底板（一）整体体式底板当闸墩与底底板浇筑或或砌筑成整整体时，称称为整体式式底板。整整个底板是是闸室的基基础，起着着承受荷载载、传递荷荷载、防冲冲和防渗的的作用。（二）分离离式底板在闸墩附近近设缝，将将闸室底板板与闸墩断断开的，称称为分离式式底板。缝缝中设止水水。其闸室室上部结构构的重量将将直接由闸闸墩或连同同部分底板板传给地基基。（三）底板板尺寸及要要求二、闸墩与与胸墙（一）闸墩墩闸墩的作用用是分隔闸闸孔，并支支撑闸门、、工作桥等等上部结构构。闸墩的的外形轮廓廓应满足过过闸水流平平顺、侧向向收缩小、、过流能力力大的要求求。上游墩墩头可采用用半圆形或或尖角形，，下游墩尾尾宜采用流流线形。（二）胸墙墙胸墙常用钢钢筋混凝土土结构做成成板式或梁梁板式。它它与闸墩的的连接方式式有简支和和固接两种种。胸墙相对于于闸门的位位置取决于于闸门的型型式。若采采用弧形闸闸门，胸墙墙设在闸门门上游侧；；若采用平平面闸门，，胸墙可设设在闸门上上游侧，也也可设在闸闸门下游侧侧。三、工作桥桥、交通桥桥为了安装启启闭设备和和便于工作作人员操作作的需要，，通常在闸闸墩上设置置工作桥。。工作桥的的高程与闸闸门和启闭闭设备的型型式、闸门门高度有关关，一般应应使闸门开开启后，门门底高于上上游最高水水位，以免免阻碍过闸闸水流。建闸后，为为便于行人人或车马通通行，通常常也在闸墩墩上设置交交通桥。交交通桥的位位置应根据据闸室稳定定及两岸交交通连接的的需要而定定，一般布布置在闸墩墩的下游侧侧。四、分缝与与止水（一）分缝缝方式与布布置除闸室本身身分缝以外外，凡是相相邻结构荷荷重相差悬悬殊或结构构较长、面面积较大的的地方也要要设缝分开开。（二）止水水设备凡是具有防防渗要求的的缝中都应应设置止水水设备。对对止水设备备的要求是是：①应防防渗可靠；；②应能适适应混凝土土收缩及地地基不均匀匀沉降的变变形；③应应结构简单单，施工方方便。按止水所设设置的位置置不同可分分为水平止止水和铅直直止水两种种。第六节闸闸室稳定验验算及地基基处理水闸的闸室室，要求在在施工、运运行、检修修等各个时时期，都不不产生过大大沉降或沉沉降差，不不致沿地基基面发生水水平滑动，，不致因基基底压力的的作用使地地基发生剪剪切破坏而而失稳。因因此，必须须验算闸室室在刚建成成、运行、、施工以及及检修不同同工作情况况下的稳定定性。一、荷载计计算及其组组合（一）荷载载计算（1）自重。指指水闸结构构及其上部部填料和永永久设备的的重量。（2）水重。指指闸室范围围内作用在在底板顶面面以上的水水体重量。。（3）水平水压压力。指作作用在胸墙墙、闸门及及闸墩上的的水平水压压力。（4）扬压力。。指作用在在底板底面面的渗透压压力及浮托托力之和。。（5）浪压力。。计算出波波浪要素后后，判别深深水波、浅浅水波或破破碎波，分分别用相应应公式进行行计算。（6）土压力。。根据填土土性质、挡挡土高度、、填土内的的地下水位位、填土顶顶面坡角及及超载等计计算确定。。（7）淤沙压力力。根据水水闸上、下下游可能淤淤积的厚度度及泥沙重重度计算确确定。（二）荷载载组合设计水闸时时，应将可可能同时作作用的各种种荷载进行行组合。荷荷载组合分分为基本组组合与特殊殊组合两类类。基本组组合由基本本荷载组成成；特殊荷荷载由基本本荷载和一一种或几种种特殊荷载载组成。二、闸室抗抗滑稳定计计算（一）计算算公式（1）土基上的的水闸闸室室沿地基面面的抗滑稳稳定计算。。（2）岩基上沿沿闸室基底底面的抗滑滑稳定公式式计算。。（二）提高高闸室抗滑滑稳定性的的措施当沿闸室基基底面抗滑滑稳定安全全系数计算算值小于允允许值时，，可采用下下列一种或或几种抗滑滑措施。①将闸门位位置移向低低水位一侧侧，或将水水闸底板向向高水位一一侧加长，，以增加水水重；②适当增大闸闸室结构尺尺寸；③增增加闸室底底板的齿墙墙深度；④④增加铺盖盖长度或帷帷幕灌浆深深度，或在在不影响防防渗安全的的条件下将将排水设施施向水闸底底板靠近；；⑤利用钢钢筋混凝土土铺盖作为为阻滑板，，但闸室自自身的抗滑滑稳定安全全系数不应应小于1.0，阻滑板应应满足抗裂裂要求；⑥⑥增设钢筋筋混凝土抗抗滑桩或预预应力锚固固结构。三、闸室基基底应力计计算（一）计算算公式（1）对于结构构布置及受受力情况对对称的闸孔孔，如多孔孔水闸的中中间孔或左左右对称的的单闸孔，，按下式计计算（2）对于结构构布置及受受力情况不不对称的闸闸孔，如多多孔闸的边边闸孔或左左右不对称称的单闸孔孔，按双向向偏心受压压公式计算算（二）安全全指标见书中表格格。四、地基沉沉降校核由于土基压压缩变形大大，容易引引起较大的的地基沉降降。较大的的均匀沉降降可能会使使闸顶部高高程不足；；过大的不不均匀沉降降，将导致致闸室倾斜斜、产生裂裂缝、止水水破坏，甚甚至断裂等等。因此在在研究地基基稳定时，，应进行地地基的沉降降校核，以以保证水闸闸的安全和和正常运用用。五、地基处处理水闸地基处处理的目的的是：提高高地基的承承载能力和和稳定性；；减小或消消除地基的的有害沉陷陷，防止地地基渗透变变形。第七节闸闸室结构计计算一、底板闸底板一般般采用“截截板成梁””的方法进进行计算，，即沿垂直直水流方向向截取单位位宽度的板板条作为梁梁来进行计计算。由于于闸门前后后水重相差差悬殊，底底板所受荷荷载不同，，常以闸门门为界，分分别在闸门门上下游段段的中间处处截取单宽宽板条及墩墩条。（一）倒置置梁法（二）弹性性地基梁法法二、闸墩闸墩结构计计算主要包包括闸墩水水平截面上上的正应力力和剪应力力、平面闸闸门门槽或或弧形闸门门支座的应应力计算。。闸墩计算算情况有运运用期和检检修期两种种。三、胸墙、工作