水闸的详细知识点

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关闭闸门，可以拦洪、挡潮、蓄水抬高上游水位，以满足上游取水或通航的需要。开启闸门，可以泄洪、排涝、冲沙、取水或根据下游用水的需要调理流量。水闸在水利工程中的应用十分广泛，多建于河道、渠系、水库、湖泊及滨海地区

水闸，按其所承受的主要任务，可分为：节制闸、进水闸、冲沙闸、分洪闸、挡潮闸、排水闸等。按闸室的结构形式，可分为：开敞式、胸墙式和涵洞式（图1）。开敞式水闸当闸门全开时过闸水流通畅，适用于有泄洪、排冰、过木或排漂泊物等任务要求的水闸，节制闸、分洪闸常用这种形式。胸墙式水闸和涵洞式水闸，适用于闸上水位变幅较大或挡水位高于闸孔设计水位，即闸的孔径按低水位通过设计流量进行设计的状况。胸墙式的闸室结构与开敞式基本一致，为了减少闸门和工作桥的高度或为控制下泄单宽流量而设胸墙代替部分闸门挡水，挡潮闸、进水闸、泄水闸常用这种形式。如中国葛洲坝泄水闸采用12m×12m活动平板门胸墙，其下为12m×12m弧形工作门，以适应必要时宣泄大流量的需要。涵洞式水闸多用于穿堤引(排)水，闸室结构为封闭的涵洞，在进口或出口设闸门，洞顶填土与闸两侧堤顶平接即可作为路基而不需另设交通桥，排水闸多用这种形式（1）节制闸：

调理上游水位，控制下泄流量的闸。（自然河道的节制闸称为拦河闸。渠道的节制闸利用闸门启闭，调理上游水位和下泄流量，以满足向下一级渠道分水或控制、截断水流的需要。节制闸常建在分水闸、泄水闸的稍下游，以利分水和泄水；或建在渡槽、倒虹吸管等的稍上游，以利控制输水流量和事故检修；并尽量与桥梁、跌水、陡坡等结合，以取得经济效益。渠系节制闸的过水宽度要与上、下游渠道宽度相适应，以利于连接。当采用轮灌时，节制闸上、下游渠道的设计流量一致，下游水位即为与设计流量相应的渠水位；当采用续灌时，节制闸上下游设计流量不同，水位需取相应流量的渠水位，但下游水位需计及下一级节制闸壅水的影响。渠道节制闸多用开敞式，闸槛高程宜与渠底相平，采用平底宽顶堰，闸下消能防冲工程都比较简单，始流状态可依靠护坦上置的消力墩扩散水流，撞击消能。上下游翼墙力求平顺，常采用扭曲面过渡，以减少水头损失。在平原圩区的河渠上，在短距离内设置两个节制闸，俗称套闸，分级挡水，可起简易船闸的作用，既可解决好内外的交通运输，又可起到防洪排涝和控制水位的作用。）（2）进水闸：

建在渠首，从河道、水库、湖泊引水并控制进水流量的水闸。（3）冲沙闸：

利用河道或渠道水流冲排上游河段、渠系或上、下引航道内沉积的泥沙的水闸。又称“冲刷闸〞、“排沙闸〞。利用河(渠)道水流冲排上游河段或渠系沉积的泥沙的水闸。又称排沙闸。建于多沙河流上的水利枢纽，为排除进水闸或节制闸前淤积的泥沙，常设冲沙闸，以利引水冲沙。冲沙闸一般布置于紧靠进水闸一侧的河道上，其轴线与进水闸的轴线成正交或斜交，斜夹角有时不大，与拦河闸（坝）并排横跨河道布置（见图）。在冲沙闸与节制闸（坝）接头处的上游设置导墙,导墙与冲沙闸上游一段河槽,形成沉沙槽。开启闸门，可将沉积在闸前的泥沙排至下游河道。洪水期，可利用冲沙闸兼泄部分洪水。也有将冲沙闸布置于进水闸的下方，用以正面冲沙。为减少泥沙进入引水渠，冲沙闸底槛高程要比进水闸底槛高程低一些。建于渠系上的冲沙闸，一般设于引水渠末端靠河侧，以便冲走引水渠中沉积的泥沙。对兼有泄洪任务的冲沙闸，一般采用开敞式。当闸上水位变幅较大，闸室较高时，为减少闸门高度，也可采用胸墙式。冲沙闸的运用，有连续冲沙和定期冲沙两种方式。当河道来水充足时，可同时开启进水闸和冲沙闸，将含沙量少的表层水引入渠道，含沙量多的底层水可经冲沙闸排至下游河道；当来水量不足时，可只开启进水闸引水，中止引水时再开冲沙闸

排沙。为保证能冲走沉积的泥沙，过闸流速应大于泥沙的起动流速。（4）分洪闸：

建于河道一侧蓄洪区或分洪道的首部，分泄河道洪水的水闸。（5）挡潮闸：

建于河口地段，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。位于防洪（挡潮）堤上的水闸，其重要性与防洪（挡潮）堤是一样的，有的防洪（挡潮）堤上的水闸即使规模不大，但一旦失事，其严重后果与防洪（挡潮）堤失事一样，且较难修复因此防洪（挡潮）堤上的水闸级别只能高于或至少等于防洪（挡潮）堤的级别，而绝不能低于防洪（挡潮）堤的级别。

闸室一般采用胸墙式。当兼有泄水和通航任务时，宜采用开敞式。由于潮汐影

响，闸门上承受猛烈的涌潮冲击力，故宜采用平面闸门。为尽量减少河道的进潮量和淤积量，挡潮闸宜建于海岸稳定的河口附近。因滨海一带地基多为粉、细沙或淤泥质粘性土，地基承载力小、压缩性大、抗冲能力低、抗滑性能差、遇到地震简单液化等，为保证闸室和闸基的稳定，防止地基产生较大沉陷或不均匀沉陷而影响闸室结构安全，挡潮闸一般采用轻型结构，并适当延长底板及铺盖的长度。对松软地基，需进行加固处理。由于挡潮闸的闸下水位受潮汐影响，闸的孔径需按过闸水流为非恒定流计算确定。大型挡潮闸的水力设计，应做水力模型试验验证。挡潮闸下游比较普遍存在淤积问题，由于沿海各地的潮汐类型及其挟沙能力，与河道的来水量及含沙量等各不一致，造成河口及海岸的淤积变化也不一样,状况较为繁杂,应充分考虑采取合理措施解决闸下淤积问题。例如可将挡潮闸建于紧靠海口处，或在水源比较充裕的地区，利用清水定期冲淤，以及必要时采用机械清淤等方法。（6）排水闸：

排水闸是用以排泄洪涝渍等多余水量的水闸。常建于排水渠末端的江河沿岸堤防上。当江河水位上涨时，关闭闸门，可防外水倒灌；退落时，开启闸门，排除内涝渍水。当凹地内农田有蓄水浇灌要求时，也可关门蓄水或从江河引水。排水闸具有双向挡水和双向过流的特点，且堤内外水位差和变幅都较大，故多采用涵洞式或胸墙式。为及时将渍水降至最低水位,充分发挥排水效益,排水闸宜设在地势低洼、排水通畅处。排水闸的工作闸门和消能防冲设施，一般布置在靠江河一侧。具有双向过流时，闸上下游均应考虑消能防冲。为使过闸水流通畅，减少出闸水流冲刷，闸上下游渠道应力求顺直，闸下排水渠道需有足够长度，使在排水期，江河水位很低或江河水位下降很快等闸下消能条件最坏的状况下，排水渠内仍有足够水深，以避免闸下严重冲刷。排水渠出口，应设在江河弯道的凹岸，以免出口发生淤积。排水渠轴线应向江河下游方向倾斜，并与江河深泓成锐角相交。交角一般不宜大于60°。排水渠出口处，需沿江河做好护岸和护底工程，以免出口水位跌落，形成冲刷。

水闸由闸室、上游连接段和下游连接段组成（图2）。

闸室是水闸的主体,设有底板、闸门、启闭机、闸墩、胸墙、工作桥、交通桥等。闸门用来挡水和控制过闸流量，闸墩用以分隔闸孔和支承闸门、胸墙、工作桥、交通桥等。底板是闸室的基础，将闸室上部结构的重量及荷载向地基传递，兼有防渗和防冲的作用。闸室分别与上下游连接段和两岸或其他建筑物连接。上游连接段包括：在两岸设置的翼墙和护坡，在河床设置的防冲槽、护底及铺盖，用以引导水流平顺地进入闸室，保护两岸及河床免遭水流冲刷，并与闸室共同组成足够长度的渗径，确保渗透水流沿两岸和闸基的抗渗稳定性。下游连接段，由护坦、海漫、防冲槽、两岸翼墙、护坡等组成，用以引导出闸水流向下游均匀扩散，减缓流速，消除过闸水流剩余动能，防止水流对河床及两岸的冲刷。水闸工作特点和设计要求

水闸关门挡水时，闸室将承受上下游水位差所产生的水平推力，使闸室有可能向下游滑动。闸室的设计，须保证有足够的抗滑稳定性。同时在上下游水位差的作用下，水将从上游沿闸基和绕过两岸连接建筑物向下游渗透，产生渗透压力，对闸基和两岸连接建筑物的稳定不利，特别是对建于土基上的水闸，由于土的抗渗稳定性差，有可能产生渗透变形，危及工程安全，故需综合考虑闸址地质条件、上下游水位差、闸室和两岸连接建筑物布置等因素，分别在闸室上下游设置完整的防渗和排水系统，确保闸基和两岸的抗渗稳定性。开门泄水时，闸室的总净宽度须保证能通过设计流量。闸的孔径，需按使用要求、闸门形式及考虑工程投资等因素选定。由于过闸水流形态繁杂，流速较大，两岸及河床易遭水流冲刷，需采取有效的消能防冲措施。对两岸连接建筑物的布置需使水流进出闸孔有良好的收缩与扩散条件。建于平原地区的水闸地基多为较松软的土基，承载力小，压缩性大，在水闸自重与外荷载作用下将会产

水闸

生沉陷或不均匀沉陷，导致闸室或翼墙等下沉、倾斜，甚至引起结构断裂而不能正常工作。为此，对闸室和翼墙等的结构形式、布置和基础尺寸的设计，需与地基条件相适应，尽量使地基受力均匀，并控制地基承载力在允许范围以内，必要时应对地基进行合理处理。对结构的强度和刚度需考虑地基不均匀沉陷的影响，并尽量减少相邻建筑物的不均匀沉陷。此外，对水闸的设计还要求做到结构简单、经济合理、造形美观、便于施工、管理，以及有利于环境绿化等。水闸设计

水闸设计的主要内容如下。

闸址和闸槛高程的选择根据水闸所负担的任务和运用要求，综合考虑地形、地质、水流、泥沙、施工、管理和其他方面等因素，经过技术经济比较选定。闸址一般设于水流平顺、河床及岸坡稳定、地基坚硬密实、抗渗稳定性好、场地开阔的河段。闸槛高程的选定，应与过闸单宽流量相适应。在水利枢纽中，应根据枢纽工程的性质及综合利用要求，统一考虑水闸与枢纽其他建筑物的合理布置，确定闸址和闸槛高程。

水力设计根据水闸运用方式和过闸水流形态，按水力学公式计算过流能力，确定闸孔总净宽度。结合闸下水位及河床地质条件，选定消能方式。水闸多用水跃消能，通过水力计算，确定消能防冲设施的尺度和布置。估算判断水闸投入运用后，由于闸上下游河床可能发生冲淤变化，引起上下游水位变动，从而对过水能力和消能防冲设施产生的不利影响。大型水闸的水力设计，应做水力模型试验验证。

防渗排水设计根据闸上下游最大水位差和地基条件,并参考工程实践经验,确定地下轮廓线（即由防渗设施与不透水底板共同组成渗流区域的上部不透水边界）布置，须满足沿地下轮廓线的渗流平均坡降和出逸坡降在允许范围以内，并进行渗透水压力和抗渗稳定性计算。在渗流出逸面上应铺设反滤层和设置排水沟槽（或减压井），尽快地、安全地将渗水排至下游。两岸的防渗排水设计与闸基的基本一致。

结构设计根据运用要求和地质条件，选定闸室结构和闸门形式，合理布置闸室上部结构。分析作用于水闸上的荷载及其组合，进行闸室和翼墙

等的抗滑稳定计算、地基应力和沉陷计算，必要时，应结合地质条件和结构特点研究确定地基处理方案。对组成水闸的各部建筑物（包括闸门），根据其工作特点，进行结构计算。

1.什么叫水闸？按水闸作用分有几类？按闸室结构形式如何分类？水闸：即能挡水，又能泄水的水工建筑物。

按水闸作用分有：拦河闸、进水闸、泄水闸、排水闸、挡潮闸、分洪闸、冲沙闸、其他（分水闸、排冰闸、排污闸等）。

按闸室结构形式分有：开敞式水闸、胸墙式水闸、封闭式水闸。2.土基上的水闸由哪几部分组成？各起什么作用？水闸的组成

上游连接段（铺盖及两岸翼墙）：用于平顺引导水流；闸室（闸门、闸墩、底板、工作桥、马路桥）：用于控制过闸流量，控制上游水位；下游连接段（护坦、海曼等消能设施）：用于消除过闸水流的能量。3.闸孔型式有哪几种？各自优缺点及适用条件是什么？（1）开敞式不带胸墙闸孔

①可泄洪、排冰、过木或其他漂泊物等，用于分洪闸、拦河闸；②过闸水流为堰流；

③位于河道、渠道的过水断面上。（2）开敞式带胸墙闸孔

?适于挡水位高于引水水位、排水水位，如进水闸、排水闸。?减少活动闸门的高度。

（3）涵洞式闸孔：适合于位于河渠、堤防之下的取水、排水水闸。4.为什么水闸寻常采用底流水跃消能？怎样选择消力池的形式？

水闸在水流方面，泄流量多变，下游消能状况繁杂，下游地基抗冲能力差，简单引起河床及两岸的淘刷。

底流水跃消能工程，主要通过在闸下游产生一定吞噬度的水跃，保护水跃范围内的河床免受水流的冲刷。

当尾水深度略小于或等于跃后水深，可采用消力坎式消力池。当尾水深度小于跃后水深1.0～1.5m，可采用深挖式消力池。当尾水深度小于跃后水深1.5m以上，可采用综合式消力池。

5.水闸有哪些辅助消能工？它们各自的形式和作用是什么？辅助消能工的作用为，加强扰动，增加消能效果，以减少池深、池长。辅助消能工的形式有：①在闸室下游接一水平段，并在其后设一道小坎，以防止波状水跃。②在消力池的前部或后部设消力墩，形成对水流的反力作用。③尾坎在消力池末端设尾坎，调整出池流速分布。

6.什么叫波状水跃？产生波状水跃的原因是什么？怎样防止波状水跃带来的危害？在大流量泄流，而上下游水位落差小的状况下，由于水流佛氏数低，此时往往是形成不完全水跃，即为波状水跃。若发生波状水跃，则消能极不充分，应在闸底板平台末端，斜坡连接段的上游处设置小坎，小坎的断面形状一般为梯形，出闸水流遭遇小坎时，水流向上挑起后，跌落入消力池潜入水中，小坎能够有效的完成水面衔接，加大消能效果。

7.海漫的作用是什么？对它有什么要求？如何选择材料和确定其尺寸？海曼的作用为消除余能、调整流速、保护下游河床免受冲刷。海曼的构造要求是，海曼应具有柔性，适应河床的变形；粗糙性，消除余能；透水性，渗水能自由排除。海曼的材料常采用干砌石、浆砌石、混凝土板块、铅丝石笼。海曼的长度L：式中，：河床土质系数，粉砂、细砂土质，=13～15；中砂、粗砂及砂壤土土质，=10～12；壤土土质，=8～9，粘土土质，=6～7。：消力池出口单宽流量。H：上下游水位差。

8.闸基渗流有哪些危害性？渗流对水闸的危害①闸基下的渗透压力，降低了闸室的稳定性，两岸的绕渗，对两岸翼墙产生侧推力。②渗流会加速地基内可溶性物质的溶解，引起闸基和两岸土体的渗透破坏。③渗流会引起水量的损失。

9.什么叫地下轮廓线和闸基防渗长度？如何确定闸基防渗长度？地下轮廓线即为水闸上游铺盖和闸底板等不透水部分和地基的接触线，也称为防渗边界限、渗径长度。地下轮廓线布置原则是上防下排。地下轮廓线长度：L=CHC：渗径系数H：上下游水位差。10.闸基渗流的计算目的是什么？有哪些计算方法？各自精度和适用条件如何？闸基下的渗透压力计算的目的是验算闸室的稳定性。直线比例法认为闸基下渗透流沿地下轮廓线长度各点的渗透坡降一致，即各点的渗透水头的损失是均匀的。改进阻力系数法由地下轮廓线上的角点、板桩的尖点的等水头线，将渗流区分为若干段，如进口段、水平段、垂直段、出口段，分别计算各段的水头损失为，各段中间的水头损失按直线变化，即可绘出闸基下的渗透压力分布图。改进阻力系数法较直线比例法精度高。

11.改进阻力系数法认为任一流段的水头损失为，此式怎样推导来的？①由地下轮廓线上的角点、板桩的尖点的等水头线，将渗流区分为若干：进口段、水平段、垂直段、出口段。②求解每个典型段的渗流阻力系数。根据达西定律：任一段的单宽流量为：：通过该渗流段的渗透水头损失；：该渗流段的平均流线长度；：透水层深度；：该渗流段的阻力系数，只与该渗流段的几何形状有关。③由水流的连续条件，流经各渗流段的单宽流量相等，则任一流段的水头损失为：④总水头差应为各段水头损失的总和：⑤各段水头损失：12.闸室是水闸的主体，它由哪几部分组成？各部分的主要作用是什么？闸室由底板、闸墩、闸门、启闭机和工作桥、马路桥、胸墙组成。底板作用：?作为闸室的基础，将闸室及上部结构重量传到地基上。?作为地下轮廓线的组成部分，降低通过地基的渗透水流的渗透压力水头。闸墩作用为分隔闸孔，承受传递水压力，支承闸墩上部结构重量。闸门的作用是控制过闸水流。胸墙的作用是减小活动闸门的高度。

13.试根据不同分类方法说明闸底板有哪些类型？按水流条件分类：闸底板有有宽顶堰型、

实用堰型。按结构受力条件分类：有分开式闸底板、整体式闸底板和反拱式闸底板。14.胸墙有哪些形式？如何选择？胸墙的结构形式有：当胸墙的跨度小于5.0m，宜采用实心板式；当胸墙的跨度大于5.0m，宜采用肋形结构，即板梁式结构。

15.对水闸闸室必需进行哪些状况下的稳定验算？各计算状况应包括哪些荷载？水闸闸室必需进行沿基础面或深层结构面的抗滑稳定验算和基底压力验算。计算荷载有：①自重；②静水压力；③扬压力=浮托力+渗透压力；④浪压力；⑤泥砂压力；⑥地震荷载16.抗滑稳定安全系数若不满足《规范》的要求，有哪些改善稳定的措施？提高闸室稳定性的措施①当基底压力不均匀系数过大，可适当调整闸门、马路桥等上部结构的位置。②当抗滑稳定系数偏小，可以将闸门下移，增加上游水重；加深底板上的齿墙；增加上游铺盖的长度；将铺盖作为阻滑板：满足式中，：作用在铺盖上的垂直力。

17.整体式平底板应力计算有倒置梁和弹性地基梁法，试述其适用状况。弹性地基梁在计算闸底板内力时，考虑了地基变形与底板基础变形的协调一致，底板下的地基反力呈曲线分布。弹性地基梁是水闸设计规范推荐的计算公式。倒置梁将闸室底板作为固支在闸墩上的梁来计算闸底板内力，没有考虑地基变形与底板基础变形的协调一致，假定底板下的地基反力呈直线分布。适用于底板上分缝的双悬臂梁式结构。

18.整体式底板不平衡剪力是怎样产生的？闸底板在顺水流方向，底板上部结构有突变，底板下地基反力分布呈连续分布，单宽板条上下的荷载不平衡，则板条两侧有不平衡剪力存在，以维持板条的平衡。

19.水闸连接建筑物的作用是什么？上游翼墙的功能是挡土、平顺引导水流，与铺盖共同承受防渗的作用。下游翼墙的功能是挡土、引导出闸水流沿翼墙均匀扩散。

20.水闸两岸连接建筑物有哪些布置形式？各自特点是什么？①反翼墙：水流条件和防渗效果好，工程量大。②扭曲面翼墙：水流平顺，工程量小，但施工繁杂。③斜翼墙：工程量小，施工简单，水流条件差。

21.上下游翼墙有哪些结构形式？上下游翼墙结构形式有：重力式：用于挡土高度为5m～6m的状况；悬臂式:用于挡土高度为6m～8m的状况；扶壁式：用于挡土高度为8m～9m的状况；空箱式：用于挡土高度为6m～10m的状况

第四节闸基渗流分析与防渗设施

一．闸基渗流的主要危害

⒈沿闸基的渗流对建筑物产生向上的压力，减轻建筑物有效重量，降低闸身抗滑稳定性。沿两岸的渗流对翼墙产生水平推力；

⒉由于渗透力的作用，渗透力可能造成土的渗透变形；⒊严重的渗漏将造成大量的水量损失；⒋渗流可能使地基内可溶解的物质加速溶解。

图9-9闸基渗流

防渗设计的主要任务：

寻求合理经济的防渗措施，合理拟定地下轮廓尺寸，消除渗流不利影响，保证水闸安全。

防渗设计的内容包括：

(1)渗透压力计算；(2)抗渗稳定性验算；(3)滤层设计；(4)防渗帷幕及排水设计；(5)永久缝止水设计。二闸基防渗措施1.闸基的防渗长度L：

地下轮廓线（闸基渗流第一根流线，即铺盖和垂直防渗体等防渗结构以及闸室底板与地基的接触线）的长度。应满足:渗径系数C值表

粗砾夹卵轻粉质砂粉砂细砂中砂粗砂中砾细砂石有反滤层9～13无反滤层7～95～74～53～42.5～3壤土7～115～93～54～72～33～4砂壤土壤土粘土