有关水闸建筑结构问题研究

有关水闸建筑结构问题研究

摘要：水闸是一种低水头挡水兼泄水的水工建筑物，依靠可以升降启闭的闸门控制水位、调节流量，在防洪、灌溉、排水、航运、发电等水利工程中应用的十分广泛。

关键词：水利工程；水闸；建筑；结构

一、水闸的类型水闸既可依其所担负的任务划分类型，也可按闸室的结构型式分类。水闸按其担负的任务，可以分为节制闸、进水闸、排水闸、分洪闸和挡潮闸等。

节制闸(或称拦河闸)。一般拦河建造。

枯水期借以抬高水位，以利取水和上游航运；洪水期用以控制下泄流量。此外，在灌溉渠系上位于干、支渠分水口附近的水闸，也叫节制闸。

进水闸(或称取水闸)、建在河道、水库或湖泊的岸边，用来引水灌溉、发电或其它进水需要和控制流量。因其通常在渠道的首部，故又称渠首闸。

排水闸。常位于江河沿岸。当外河水位上涨时可以关闸，防止洪水倒灌；当水位退落时即行开闸排除渍水。由于它既要排除洼地积水，又要挡住较高的外河水位，所以，闸底板较低而闸身较高，并承受双向水头的作用。渠道上排水闸应设在有排水出路的地段，用以宣泄渠道中的多余水量。位于多泥沙渠道上的排水闸，还兼有冲沙闸的作用。

分洪闸。常建于河道的一侧，用以分泄天然河道所不能容纳的多余洪水进入湖泊、洼地，及时削减洪峰，保证下游河道安全。待河水位降落时，再由洼地或湖泊下游的排水闸泄出。这类水闸的特点是，泄洪能力强，分洪及时。如荆江分洪工程，就是防止长江水患保障江汉平原安全的分洪闸。

挡潮闸。建在河流人海的河口地段，以防止海水倒灌。由于挡潮闸在涨潮时关闸，阻挡海水倒灌，退潮时开闸放水，所以其工作特点是受双向水头作用，且操作频繁。

水闸按其闸室结构型式可分为开敞式、胸墙式、涵闸式及浮体式等四种，前三种的闸门都需要设有专门的启闭设备，而浮体闸则用水力操作，无需启闭设备。

对要求迅速排泄洪水、冰块或其它漂浮物的闸，大都采用开敞式。胸墙式一般用于上游水位变幅较大，水闸净宽又为低水位过流所控制，在高水位时尚需用闸门控制泄流量的闸，如灌溉取水闸、排水闸及挡潮闸等。涵洞式一般用于挡水位较高、引水流量工程建筑安全与地质灾害的机理与防治受低水位控制，或穿堤取水、排水等情况。浮体式一般只应用在泥沙少、水深较浅及不结冰的河流或渠道上。

二、水闸的组成部分及其作用水闸一般由三部分组成，即闸室、上游连接段和下游连接段。

闸室。闸室是水闸的主体，起着控制水流和连接两岸的作用，包括闸门、闸墩、底板、工作桥、交通桥等几个部分。底板是闸室的基础。闸室的稳定主要由底板与地基间的摩擦力来维持，同时还起着防冲和防渗的作用。闸门则用于控制水流。闸墩的作用主要是分隔闸孔，支承闸门。在闸墩上建有装置闸门启闭设备的工作桥和满足交通需要的交通桥。

上游连接段。上游连接段处于水流采用激励机制加强企业建筑工程管理行近区，其主要作用是引导水流平稳地进入闸室，保护上游河床及岸坡免干冲刷，并有防渗作用。一般包括有：上游防冲槽、铺盖、上游翼墙及两岸护坡等。

下游连接段。下游连接段的主要作用是消能、防冲和安全排出经闸室及两岸的渗流。通常包括护坦、海漫、下游防冲槽、下游翼墙及两岸护坡等。

三、闸室各部件的布置和构造底板的型式、布置与构造。按照闸墩与底板的连接方式，闸底板可分为整体式及分离式两种。就底板的结构型式可分为平底宽顶堰式、低实用堰式、折线式及拱式等，前两种型式采用较多。

整体式底板。当闸墩与底板砌筑或浇筑成整体时，即为整体式底板。底板是闸室的基础，起着传递荷载和防冲、防渗的作用。底板顺水流方向的长度根据闸身稳定和地基应力分布以及上部结构的布置要求而定，水头愈大、地基条件愈差，则底板愈长，对砂性土或砂壤土地基可取(2．．5)H(H为闸上下游水位差)，粘壤土可取(2．0-3．0)H，粘土可取(2．53．5)H。底板厚度必须满足强度和刚度的要求，大中型水闸可取(O．2-0．125)10(10为闸孔净宽)，一般为1．0-2．0m，最薄不小于0．7m。底板内一般布置钢筋较多，但最大含钢率不应超过0．3％，否则不经济。混凝土标号应满足强度、抗渗及防冲要求。

如地基承载力允许，整体式底板常用实心结构；当地基承载力较差，如只有左右时，则须考虑采用刚度大、重量轻的空心底板。分离式底板。闸墩与底板间设缝分开的，即为分离式底板。此时闸室上部结构的自重直接由闸墩传给地基，底板仅有防冲、防渗和稳定的要求。底板厚度可根据自身稳定的需要确定。一般用混凝土或浆砌块石建造。若采用浆砌块石，则应在块石表面再浇一层厚约15cm的150“混凝土或加筋混凝土，以便底板表面平整并具有良好的防冲性能。施工时通常先建闸墩及浆砌块石底板，待沉陷接近完成时，再浇表面层混凝土。

分离式底板一般适用于土质较好的砂土及砂壤土地基。它与整体式底板相比，能节约大量钢筋和水泥，但在软土地基上或地震区，则应先进行地基处理(如用灌注桩基础)后，才能采用分离式底板。

闸墩。闸墩的断面形状应使水流平衡，减小孔isi水流的侧收缩。闸墩上游端常采用半圆形、椭圆形或流线形，下游端一般应逐渐收缩成流线形。

闸墩厚度与闸门型式有关。采用平面闸门时需设闸门槽。工作闸门槽深o．5—2．，宽14m，门槽处的闸墩厚度不得小于．5m，以保证有足够的强度，应此平面闸门闸墩的厚度约为1．5—3．5m。弧形闸门闸墩的最小厚度为1．5—2．0m；如果是缝墩，墩厚要增加0．51．0m。由于闸墩较薄，有时不能避免产生拉应力，需要配置钢筋。

闸墩的长度和高度，应满足布置闸门、工作桥、交通桥和启闭机械的要求，平面闸门多用活动式启闭机，轨距一般在左右。当交通要求不高时，工作桥可兼做交通桥使用，否则应另设交通桥。门机高度应能将闸门吊出门槽。

当闸墩采用浆砌块石时，为保证墩头部分的外形轮廓正确，并加快施工进度，多采用预制构件。大中型水闸因沉陷缝常设在闸墩中间，故墩头多采用半圆形。这样不仅施工方便，而且也不易损坏，有时也采用流线形闸墩。近年，我国有些地区采用框架式闸墩，既节约了钢材，又降低了造价。

闸门。闸门型式的选择，主要应根据运用要求，闸孔跨度、启闭机容量、工程造价等条件比较确定。闸门在闸室中的布置，一般应考虑对闸室稳定、闸墩和地基应力，以及对上部结构布置的影响。平面闸门一般设在上游部位，有时为了充分利用水重，也可以设在靠下游部位。弧形闸门一般靠上游布置，否则将使闸墩过长。

闸门不承受冰压力。为此，可采用压缩空气泡、开凿冰沟或漂浮芦柴捆等方法，使闸门和冰层隔开。

平面闸门门槽深度根据闸门支承型式决定，一般为0．3m，门槽宽度为0．5—1．。修理门槽深约0．150．20m，宽约0．．30m。修理门槽与工作门槽间应留有1．5—2．0m净距，以便检修。

胸墙。胸墙按其结构型式可分为板式、梁板式和拱形等数种。板式胸墙适用于小跨度，可做成上薄下厚的楔形板。大跨度水闸可采用梁板式胸墙，由墙板、顶梁和底梁组成；当胸墙高度大于5．0米，且跨度较大时，可增设中横梁及竖梁形成肋形结构；也可采用拱形结构和钢丝网水泥波形结构。

板式胸墙顶部厚度一般不小于20cm。

梁板式胸墙的板厚一般不小于12Cm，板跨不大于sm，顶梁梁高约为胸墙跨度的／12—1／15，梁宽常取40-80cm，底梁由于与闸门顶接触，要求有较大的刚度，梁高约为胸墙跨度的1／8一l／9，梁宽为。为使过闸水流平顺，胸墙迎水面底缘应做成圆弧形。

胸墙的支承方式分为简支式与固结式两种。简支胸墙与闸墩分开浇筑，缝问设止水，并在缝面涂沥青；也可将预制墙体插入闸墩预留槽内，做成括动胸墙。简支胸墙可避免在闸墩附近迎水面出现裂缝，但截面尺寸较大。固结式胸墙与闸墩同期浇筑，胸墙钢筋伸入闸墩内，形成刚性连续，截面尺寸较小，可以增加闸室的整体性，但在胸墙支点附近的迎水面容易产生裂缝。

交通桥及工作桥汇。当公路通过水闸时，需设公路桥。即使无公路通过，闸上也应建有供行人及拖拉机等通行的交通桥。一般交通桥设在水闸下游的一侧，可采用板式、粱式或拱形结构。采用拱桥时应考虑荷载在拱脚处产生的水平推力对闸墩和底板的影响。一般小跨度(36m)水闸常采用板式结构；中等跨度(6—2012"1)常采用型梁结构，也可采用工字粱微弯板或空心板结构；大跨度(20m以上)则应采用预应力钢筋混凝土结构。交通桥多采用单跨简支，其设计应符合交通部门制定的规范要求。

为了安置闸门启闭机械和操作管理的需要，常在闸墩上架设工作桥。小型水闸的工作桥一般采用板式结构。大中型水闸多采用装配式板梁结构。将桥面板置于两根纵梁上，纵梁净距决定于启闭机的型号，约在1．22．0In之间。垂直干纵梁方向，在启闭机下面常设置两根横梁，以保证纵梁的可靠连续。大中型水闸的工作桥面板厚常为810Cm，纵梁翼板的厚度在端部为810cm，在粱肋处加厚至2025cm；纵梁高约为跨度的l／81／l0，