水工概论水闸sluice全面设计讲义

水闸闸Sluice水工概论论５概述123水闸的类类型、组组成及构构造闸室安全全和地基基处理主要内内容容4水闸的孔孔口尺寸寸７闸下防渗渗4水闸室消消能防冲冲６8闸室结构构与两岸岸连接建建筑物其他闸坝坝建筑物物2009.09概述述水闸定义义水闸枢纽纽等级划划分与洪洪水标准准水闸特点点海河防潮潮闸天津2009.09概述述一、定义义水闸——是调节水水位、控控制流量量的低水头水水工建筑筑物，主要依依靠闸门门控制水水流，具具有挡水水和泄（（引）水水的双重重功能，，在防洪洪、治涝涝、灌溉溉、供水水、航运运、发电电等方面面应用十十分广泛泛。2009.09低水头水水工建筑筑物：一般指水水头不超超过30m的水工建建筑物，，主要有有水闸、、低坝、、橡胶坝坝、船闸闸等。概述述2009.09南通节制制闸建成于1960年7月25日，共23孔，每孔孔净宽4.00米，总宽宽115.60米，采用用平面钢钢闸门，，卧式液液压卷扬扬式启闭闭机。1999年加固时时，将工工作桥迁迁至公路路桥下，，并对公公路桥拓拓宽改造造。概述述2009.09概述述南水北调调中线工工程引水水渠首位位于河南南省淅川川县境内内，距坝址址30公里，有有引水渠渠闸两座座，进水水闸（5孔）设计计引水流流量500立方米/秒，后期期规模引引水流量量800立方米/秒。2009.09概述述高良涧闸闸：进水水闸在洪泽县县高良涧涧镇北，，是苏北北灌溉总总渠首，，设计流流量800m3/s，平面闸门门。2009.09概述述本着“蓄蓄泄兼筹筹，以泄泄为主””，“江江湖两利利”的原原则，1952年4月5日全面动动工兴建建，至6月20日以75天时间建建成荆江江分洪第第一期主主体工程程。荆江分洪洪工程进进洪闸(当地人称称北闸)，有54个进洪孔孔，长1054.375m；设计进进洪流量量为8000m3/s。2009.09概述述三河闸在洪泽湖湖东南蒋蒋坝，是是淮河洪洪泽湖出出口进入入江水道道的咽喉喉控制工工程，，淮河流流域中三三河上节节制闸，，设计流流量12000m3/s，设计水水头6m。弧形闸闸门。2009.09概述述南京秦淮淮河整治治三汊河河口闸(双孔弧形形护镜门门）集防防洪排涝涝、改善善城市河河道水质质和水环环境及人人文景观观等功能能于一身身。闸室室总宽97米，分两两孔，每每孔净宽宽40米，非汛汛期控制制水位最最高为7．00米。2009.09概述述射阳河闸闸，由苏联联专家设设计建造造于1953年，1956年建成并并投入使使用，为为建国初初期的江江苏省第第一座挡挡潮闸，，共35孔，总长长500米。2009.09概述述二、平原原区水闸闸枢纽等等级划分分及洪水水标准1、工程等等别及建建筑物级级别平原区水水闸枢纽纽工程是是以水闸闸为主的的水利枢枢纽工程程，一般般由水闸闸、泵站站、船闸闸、水电电站等水水工建筑筑物组成成，有的的还包括括涵洞、、渡槽等等其它泄泄（引））水建筑筑物。应根据水闸最大大过闸流流量及其其防护对对象的重要性性划分等等别。其中水工建筑筑物的级级别应根据其其所属枢纽工程程的等别别、作用用和重要要性划分分。2009.09概述述表1平原区水水闸枢纽纽工程分分等指标标工程等别IIIIIIIVV规模大（1）型大（2）型中型小（1）型小（2）型最大过闸流量（m3/s）≥50005000-10001000-100100-20<20防护对象的重要性特别重要重要中等一般

2009.09概述述表2水闸枢纽纽建筑物物级别划划分工程等别永久性建筑物级别临时性建筑物级别主要建筑物次要建筑物Ⅰ134Ⅱ234Ⅲ345Ⅳ455Ⅴ55\2009.09概述述2、洪水标标准平原区水水闸的洪洪水标准准应根据据所在河河流流域域的防洪洪规划规规定的防防洪任务务，以近近期防洪洪目标为为主，并并考虑远远景发展展要求，，按下表表所列标标准综合合分析确确定。水闸级别12345洪水重现期(年)设计100~5050~3030~2020~1010校核300~200200~100100~5050~3030~202009.09概述水闸（整体体式平底板板）的传力力过程：水荷载→闸闸门（（承受水水压力）→闸墩（承受受上部结构构重量）→底板（将将荷载较均均匀地传给给地基）→地基三、水闸的的工作特点点2009.091、地基：平原地区区水闸大部部分建在土土基上。抗剪强度低低→稳定性差；；压缩性较大大→容易产生不不均匀沉降降；易产生渗透透变形，抗抗冲刷能力力低。概述2009.09概述2、水流(1)静水（关闸闸）：水平水压力力、土基→滑动；水头差产生生渗透压力力→不利于稳定定；绕岸渗流→不利于翼墙墙稳定。2009.09概述(2)开闸泄水：水头差→流速大→对下游河床床、岸坡冲冲刷；水位变幅较较大→流态多（堰堰流、孔流流），淹没没出流、自自由出流；；闸门全开时时，水头差差小→易形成波状状水跃；闸门开启顺顺序不合理理时→产生折冲水水流。2009.09概述水闸相关规规范《水闸设计规规范》（SL265-2001）《水闸施工规规范》（SL27-91)《水闸工程管管理设计规规范》（SL170-96)《水闸技术管管理规程》（SL75-94)《水闸安全鉴鉴定规定》（SL214-98)2009.09５概述123水闸的类型型、组成及及构造闸室安全和和地基处理理主要内内容4水闸的孔口口尺寸７闸下防渗4水闸室消能能防冲６8闸室结构与与两岸连接接建筑物其他闸坝建建筑物2009.09一、分类1、按功能分水闸的类型型、组成及及构造2009.092、按闸室结结构分P123(1)开敞式：闸闸室露露天——有胸墙、无无胸墙(2)涵洞式：闸闸室后部有有洞身段，，洞顶有填填土覆盖。。3、按操作闸闸门的动力力分(1)机械操作闸闸门的水闸闸(2)水力操作闸闸门的水闸闸水闸的类型型、组成及及构造2009.094、水闸按照照规模分(1)大型水闸：：Q>1000m3/s；(2)中型水闸：：Q=100m3/s-1000m3/s；（3）小型水闸闸。3、按施工方方式(1)现浇(2)装配水闸的类型型、组成及及构造2009.09二、水闸的的组成土基上水闸闸立体示意意图水闸的类型型、组成及及构造2009.091.闸室（调节节水位和流流量）：底板、闸闸墩、闸门门、（胸墙墙）、工作作桥、交通通桥2.上游连接段段（引导水水流平顺进进入闸室））：翼墙、铺铺盖、护底底、上游防防冲槽、上上游护坡3.下游连接段段（消能、、防冲）：翼墙、护护坦、海漫漫、下游防防冲槽、下下游护坡、、下游排水水（反滤、、排水孔））水闸的类型型、组成及及构造2009.09５概述123水闸的类型型、组成及及构造闸室安全和和地基处理理主要内内容4水闸的孔口口尺寸７闸下防渗4水闸室消能能防冲６8闸室结构与与两岸连接接建筑物其他闸坝建建筑物2009.09单宽流量：：应避免复杂杂地基处理理；考虑抗抗冲刷能力力q。在水闸的可可行性研究究阶段，过过闸单宽流流量q可按下列数数据选用：：粉砂、细砂砂、粉土和和淤泥——5～10m2/s；砂壤土——10～15m2/s；壤土——15～20m2/s；粘土——15～25m2/s。水闸的孔口口尺寸2009.09计算孔口尺尺寸B及溢流前沿沿总宽L规范中介绍绍了平底闸闸闸孔自由由堰流、淹淹没式堰流流、孔流的的计算公式式：平底板堰流流：平底板堰流流淹没状态态：平底板孔流流：水闸的孔口口尺寸2009.09闸孔数n=B０/b，如果运用用上无特殊殊要求，一一般b=8～12m，n<8时n一般取奇数数；溢流前缘总总宽：L=nb+（n-1）d，d为闸墩厚度度。水闸的孔口口尺寸2009.09５概述123水闸的类型型、组成及及构造闸室安全和和地基处理理主要内内容4水闸的孔口口尺寸７闸下防渗4水闸室消能能防冲６8闸室结构与与两岸连接接建筑物其他闸坝建建筑物2009.091、土基上的的闸室稳定定计算应满满足以下要要求⑴在各种计计算情况下下，闸室的的平均基底压力不大于地基基允许承载载力，最大大基底压力力不大于地地基允许承承载力的1.2倍；⑵闸室基底底应力的最大值和最最小值之比比不大于规范范规定的允允许值,不均匀沉降降问题；⑶沿闸室基基底面的抗滑稳定安安全系数不小于规范范规定的允允许值。闸室安全和和地基处理理2009.092、岩基上的的闸室稳定定计算应满满足以下要要求⑴各种计算算情况下，，闸室的最大基底压压力不大于地基基允许承载载力；⑵在非地震震情况下，，闸室基底底不出现拉应应力；在地震情情况下，闸闸室基底拉拉应力不大大于100kPa；⑶沿闸室基基底面的抗滑稳定安安全系数不小于规范范规定的允允许值。闸室安全和和地基处理理2009.09当不能满足足要求，需需进行地基基处理，常常用：◎换土垫垫层◎◎强强夯法◎桩基础础◎◎预预压加固固◎沉井基基础◎振冲碎碎石桩◎高压旋旋喷灌浆闸室安全和和地基处理理2009.09５概述123水闸的类型型、组成及及构造闸室安全和和地基处理理主要内内容4水闸的孔口口尺寸７闸下防渗4水闸消能防防冲６8闸室结构与与两岸连接接建筑物其他闸坝建建筑物2009.09一、闸下下泄流的特特点和闸下下冲刷的原原因1、闸下泄流流的特点（泄量大、、水头低、、弗氏数小小、消能不不充分）（1）分洪闸：：开始泄流时时下游无水水或水位很很低；始流条件差差：Qmax→→⊿Zmax；水位升高，，Fr较小，易产生波状水水跃；进口流态不不对称时会会产生折冲水流。水闸消能防冲冲2009.09水闸消能防冲冲（2）节制闸闸门开启不对对称时会产生生折冲水流，，下游水流不不稳定；上下游水头差差大，能量大大。（3）排水闸上下游水头差差小，过闸水水流常处于缓缓流；2009.09水闸消能防冲冲2、闸下冲刷的的原因：q大而土壤的抗抗冲刷能力低低；河道收缩，水水流未充分扩扩散；运用不合理，，产生折冲水水流；消能工设计不不合理。2009.09水闸消能防冲冲二、消能工工设计消能防冲设施施必须在各种种可能出现的的水力条件下下，都能满足足消散动能与与均匀扩散水水流的要求，，且应与下游游河道有良好好的衔接。1、消能方式：：大多数采用底底流消能，水水闸承受的水水头不高，闸闸下跃前Fr较低，宜采用用底流式水跃跃消能。2009.09水闸消能防冲冲2、计算消力池池长度、深度度及消力池底底板的厚度①消力池深度：：按水跃动量量平衡方程试试算求解，需需经过试算确确定。②消力池的长度度：用经验公公式计算。③消力池护坦厚厚度：根据抗抗冲和抗浮要要求确定。2009.09水闸消能防冲冲①消力池深度计计算：2009.09水闸消能防冲冲设计2009.09水闸消能防冲冲实际工程设计计中，往往是是计算出各种种不同水位组组合、闸门开开度时要求的的消力池深度度，取其最大大值作为设计计值。消力池池深一一般为1～3m。2009.09水闸消能防冲冲②消力池的长度度：用经验公公式计算Lj为水跃长度，，规范（SL265-2001）中推荐采用欧欧勒佛托斯基基公式计算：：2009.09水闸消能防冲冲③消力池底板（（护坦）厚度度：要求满足抗浮浮和抗冲要求求，且不小于于0.5m。抗冲：抗浮：k1为消力池底板板计算系数，，可采用0.150.20；k2为消力池底板板安全系数，，可采用1.11.32009.09水闸消能防冲冲下挖式消力池池与闸室底板板之间直接用用斜坡段连接接即可，规范范规定消力池池斜坡段坡度度不应陡于1：4。倾斜段不宜设设排水孔，护护坦后部设铅铅直排水孔以以降低池底板板渗透压力，，并在该部位位底面铺设反反滤层。1:4~1:5⑶消力池布布置2009.09水闸消能防冲冲3、辅助消能工工(1)作用：①加大水流阻阻力；②加强水流紊紊动和撞击；；③稳定水跃；；④利于扩散水水流(2)类型：消力墩，池首首坎，消力梁梁，散流墩等等2009.09水闸消能防冲冲4、上下游防护护(1)闸下防护：①护坦、反滤层层②海漫③海漫末端设大大块石防冲槽：限制冲刷向向上游扩展，，保护海漫。。深度一般为1.0～2.0m，上下游坡度可可采用1：2～1：4；④下游两岸护坡长度应大于护护底长度。2009.09②海漫紧接护坦，进进一步消除余余能，调整流流速分布，达达到不冲流速速；要求：抗冲、、有一定柔性性、表面粗糙糙、透水；材料：浆砌石石、干砌石；；长度：按经验验公式计算水闸消能防冲冲2009.09土壤名称粉土细砂粗砂细砾石粗砾石小卵石中等紧密粘土粘土紧密允许平均流速（m/s）0.19~0.260.26~0.400.7~0.80.8~0.951.2~1.41.4~1.81.11.5水闸消能防冲冲2009.09水闸消能防冲冲(2)上游防护：齿墙/防冲槽→护底→铺盖为了防止水流流冲刷，必要要时上游护底底首端应设防防冲槽（或防防冲墙），其其深度一般采采用1.0m即可。2009.09５概述123水闸的类型、、组成及构造造闸室安全和地地基处理主要内容容4水闸的孔口尺尺寸７闸下防渗4水闸消能防冲冲６8闸室结构与两两岸连接建筑筑物其他闸坝建筑筑物2009.091、闸基渗流的的主要危害沿闸基的渗流流对建筑物产产生向上的压压力，减轻建建筑物有效重重量，降低闸身抗滑稳定定性，沿两岸的渗渗流对翼墙产产生水平推力力；由于渗透力的的作用，渗透透力可能造成成土的渗透变形；严重的渗漏将将造成大量的的水量损失；渗流可能使地地基内可溶解解的物质加速速溶解。闸下防渗2009.092、闸基防渗长长度的确定与与布置1）闸基的防渗渗长度L：地下轮廓线（（闸基渗流第第一根流线，，即铺盖和垂垂直防渗体等等防渗结构以以及闸室底板板与地基的接接触线）的长长度应满足：：C值粉砂细砂中砂粗砂中砾细砂粗砾夹卵石轻粉质砂壤土砂壤土壤土粘土有反滤时13~99~77~55~44~33~2.511~79~55~33~2无反滤时————————————————7~44~3闸下防渗2009.092）防渗地下轮轮廓布置(1)布置原则：先先阻后排，防防渗与导渗相相结合。(2)防渗排水设施施水平防渗→铺盖、水平平铺设土工膜膜垂直防渗→钢筋砼板桩、、砼防渗墙、、灌注式式水泥砂浆帷帷幕、土工膜膜垂直防渗结结构、高压压喷射灌浆、、定喷板墙导渗→排水反滤闸下防渗2009.09规范中对水平平防渗的要求求：铺盖长度采用用上、下游最最大水头差的的3～5倍；砼或钢筋砼铺铺盖的厚度，，一般根据构构造要求确定定，最小厚度度不宜小于0.4m，一般作成等厚厚；为了减小小地基不均匀匀沉降和温度度变化的影响响，通常设顺水流向的永永久缝，缝距可采用用8～20m。闸下防渗2009.09钢筋砼板桩最最小厚度不宜宜小于0.2m，宽度不宜小小于0.4m；水泥砂浆帷幕幕或高压喷射射灌浆帷幕的的最小厚度不不宜小于0.1m；砼防渗墙的最最小厚度不宜宜小于0.2m；规范中对垂直直防渗的要求求：闸室底板的上上、下游端均均宜设置齿墙墙，齿墙深度度可采用0.5～1.5m。闸下防渗2009.09（3）不同情况下下防渗布置①粘性土地基基→降低渗透压压力，增加闸闸身有效重量量②砂性土地基基：→防止渗透变变形→通过延延长渗径来降降低渗透流速速和坡降，对对降低渗透压压力的要求较较低。闸下防渗2009.09改进阻力系数法

流网法

直线比例法数值分析析法电拟试验验法闸下防渗——渗流分析方法法2009.09要求水平段及及出口段的渗渗透坡降必须须小于规范规规定的允许坡坡降；水平段的平均均渗透坡降根根据各水平段段的长度和水水头损失计算算；出口段的平均均出逸坡降：：TS′T′闸下防渗2009.09水平段的允许许渗透坡降及及出口段防止止流土破坏的的允许渗透坡坡降见规范；；验算砂砾石闸闸基出口段抗抗渗稳定性时时，应首先判判别可能发生生的渗流破坏坏型式，为管管涌破坏时，，其允许坡降降为：闸下防渗2009.09５概述123水闸的类型、、组成及构造造闸室安全和地地基处理主要内容容4水闸的孔口尺尺寸７闸下防渗4水闸消能防冲冲６8闸室结构与两两岸连接建筑筑物其他闸坝建筑筑物2009.09一、底板：：1、型式(1)按底板与闸墩墩的连接方式式分①整体式：闸墩墩和底板浇筑筑成整体，有有分段缝时缝缝设在闸墩上上。→底板是传力力结构，将荷荷载较均匀地地传给地基。。闸室整体性性较好，适用用于松软地基基。②分离式：底板板与闸墩用沉沉陷缝分开。。→闸墩传力，底底板仅防渗抗抗冲，一般适适用于岩基或或压缩性小的的土基。闸室结构与两两岸连接建筑筑物2009.09闸室结构与两两岸连接建筑筑物2009.092、布置(1)分离式底板材料：混凝土土或浆砌石厚度：满足自自身稳定要求求(2)整体式平底板板材料：（钢筋筋）混凝土高程：考虑运运用、经济和和地质条件确确定厚度：根据地地基条件、作作用荷载和闸闸孔净宽等因因素，满足强强度和刚度要要求。通常是是等厚度的，，也有变厚度度的。对于大大、中型水闸闸，平底板厚厚度可取闸孔孔净宽的1/6～1/8，约为1～2m，一般不小于1m。闸室结构与两两岸连接建筑筑物2009.09二、闸墩1、材料：混凝土（小型型工程常用浆浆砌块石）2、闸顶高程：：闸顶高程通常常指闸室胸墙墙或闸门挡水水线上游闸墩墩和闸墙的顶顶部高程。应应根据挡水和和泄水两种运运用情况确定定。挡水时闸顶高程不低低于水闸正常常蓄水位（或或最高挡水位位）加波浪计计算高度与相相应安全超高高值之和；泄水时闸顶高程不应应低于设计洪洪水位（或校校核洪水位））与相应安全全超高值之和和。闸室结构与两两岸连接建筑筑物2009.09水闸安全超高高下限值（m）水闸级别1234、5挡水时正常蓄水位0.70.50.40.3最高挡水位0.50.40.30.2泄水时设计洪水位1.51.00.70.5校核洪水位1.00.70.50.4位于防洪（挡挡潮）堤上的的水闸，其闸闸顶高程不得得低于防洪（（挡潮）堤堤堤顶高程。闸室结构与两两岸连接建筑筑物2009.093、长度：与底板长度相相同或比底板板长度稍短，，取决于上部部结构布置和和闸门型式。。4、厚度：根据闸孔孔径径、受力条件件、结构构造造要求和施工工方法等确定定，平面闸门门闸墩门槽处处不宜小于0.4m。闸室结构与两两岸连接建筑筑物2009.095、外形：应使水流平顺顺、侧向收缩缩小，过流能能力大。闸室结构与两两岸连接建筑筑物2009.09三、闸门1、宽度：与孔口一致2、高度：露顶式闸门顶顶部在可能出出现的最高挡挡水位以上应应有0.3～0.5m的超高。3、型式：最常用的有平平面闸门和弧弧形闸门。4、布置：要考虑对闸室室稳定、闸墩墩和地基的应应力以及对上上部结构布置置的影响闸室结构与两两岸连接建筑筑物2009.09四、分缝和止止水沉陷缝、伸缩缩缝：防止闸闸室因地基不不均匀沉陷或或温度变化而而产生裂缝。。土基上的分分段长度不宜宜超过35m。止水：防渗，，有水平止水水和垂直止水水。闸室结构与两两岸连接建筑筑物2009.09五、提高闸室室抗滑稳定性性的工程措施施1)增加闸室底板板的齿墙深度度；2)将闸门的位置置向低水头一一侧移动，或或将水闸底板板向高水位一一侧加长；3)适当增加闸室室结构的尺寸寸；4)增加防渗体的的长度（铺盖盖、板桩），，或在不影响响防渗安全的的前提下，将将排水设施向向闸室底板靠靠近，以减小小渗透压力。。闸室结构与两两岸连接建筑筑物2009.091、两岸连接结结构的种类上游翼墙下游翼墙岸墙刺墙六、连接结构构的作用及种种类闸室结构与两两岸连接建筑筑物2009.09闸室结构与两两岸连接建筑筑物2009.092、两岸连接结结构的作用挡土，保证岸岸坡稳定，保保护岸坡免受受冲刷；改善水闸进、、出水流条件件——上游翼墙引导导水流平顺进进入闸室；下下游翼墙使水水流均匀扩散散，提高消能能防冲效果；；满足侧向绕渗渗要求，防止止两岸土体的的渗透变形；；岸墙可减轻闸闸室底板边荷荷载的影响。。闸室结构与两两岸连接建筑筑物2009.09七、连接结构构的布置1、翼墙的平面面布置形式圆弧式（椭圆圆弧式）；扭曲面式——用于坚硬的粘粘土和岩石地地基上；反翼