第六章--水闸课件.优秀PPT.ppt

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1、水工建筑物课件水工建筑物课件 西安理工高校水利水电学院西安理工高校水利水电学院水利水电工程系教研室水利水电工程系教研室20072007年年1 1月月第六章第六章 水闸水闸6.1 6.1 概述概述 水闸：是一种低水头水工建筑物，具有挡水和泄水双重作用。水闸：是一种低水头水工建筑物，具有挡水和泄水双重作用。与设有表孔闸门的溢流重力坝的区分与设有表孔闸门的溢流重力坝的区分:水闸水头较低，抬高水位水闸水头较低，抬高水位较少，主要是靠闸门挡水；而溢流坝主要靠闸门下坝体来挡水。较少，主要是靠闸门挡水；而溢流坝主要靠闸门下坝体来挡水。水闸可建于各种地基上。水闸可建于各种地基上。一、水闸的类型一、水闸的类型

2、1、按担负的任务来分、按担负的任务来分（1）节制闸（拦河闸）节制闸（拦河闸）一般拦河而建，枯水期截断河道，抬高水位，一般拦河而建，枯水期截断河道，抬高水位，以利于上游航运，或进水闸引水，洪水期用以以利于上游航运，或进水闸引水，洪水期用以限制下泄流量。浇灌渠系中此闸位于干、支渠限制下泄流量。浇灌渠系中此闸位于干、支渠分水口旁边。分水口旁边。（2）进水闸（取水闸）进水闸（取水闸）在河道、水库或湖泊的岸边，建闸引水，并在河道、水库或湖泊的岸边，建闸引水，并限制入渠流量。有开敞式及涵洞式两种，常建限制入渠流量。有开敞式及涵洞式两种，常建在渠首。在渠首。（3 3）分洪闸）分洪闸 利用河道旁预定的凹地或湖

3、泊分洪区，刚利用河道旁预定的凹地或湖泊分洪区，刚好削减洪峰，确保下游平安。如好削减洪峰，确保下游平安。如19521952年建成的年建成的荆江分洪闸。荆江分洪闸。（4 4）排水闸）排水闸 常建于江河沿岸，防江河洪水倒灌；河常建于江河沿岸，防江河洪水倒灌；河水退落时又可开闸排洪。水退落时又可开闸排洪。特点：受双向水头作用，闸底板高程极特点：受双向水头作用，闸底板高程极低，而闸身较高。低，而闸身较高。（5 5）挡潮闸）挡潮闸 作用：作用：阻挡海潮沿河流上溯，免使土地盐碱化；阻挡海潮沿河流上溯，免使土地盐碱化；汛期受潮水顶托，易造成内涝汛期受潮水顶托，易造成内涝 （可抽排）；（可抽排）；低潮时免使淡水

4、流失。低潮时免使淡水流失。特点：受双向水头作用。特点：受双向水头作用。（6 6）冲沙闸：以葛洲坝为例。）冲沙闸：以葛洲坝为例。（7 7）泄洪闸（同拦河坝）泄洪闸（同拦河坝）（8 8）船闸（特地建筑物）船闸（特地建筑物）2 2、按闸室结构形式来分、按闸室结构形式来分（1 1）开敞式和胸墙式水闸）开敞式和胸墙式水闸 开敞式（不设胸墙）：多用于泄洪、开敞式（不设胸墙）：多用于泄洪、排水、过船。排水、过船。胸墙式分为：固定胸墙和活动胸墙。胸墙式分为：固定胸墙和活动胸墙。葛洲坝泄洪闸为葛洲坝泄洪闸为“上平下弧上平下弧”，当上游水位变幅大，而泄量又有限制，为当上游水位变幅大，而泄量又有限制，为避开闸门过高

5、，常设胸墙。避开闸门过高，常设胸墙。（2 2）封闭式或涵洞式）封闭式或涵洞式 闸身上封闭的水闸（一般填土封闭、增加闸身上封闭的水闸（一般填土封闭、增加稳定性、代替交通桥）。流态有有压，无压。稳定性、代替交通桥）。流态有有压，无压。3、其它分类法、其它分类法 按施工方法分：装配式、浮运式等。按施工方法分：装配式、浮运式等。二、水闸等别划分二、水闸等别划分 水闸设计规范（水闸设计规范（SL265-2001SL265-2001）。）。平原地区水闸枢纽工程是以水闸为主平原地区水闸枢纽工程是以水闸为主的水利枢纽工程，一般由水闸、泵站、船的水利枢纽工程，一般由水闸、泵站、船闸、水电站等水工建筑物组成，有的

6、还包闸、水电站等水工建筑物组成，有的还包括涵洞、渡槽等其它泄（引）水建筑物，括涵洞、渡槽等其它泄（引）水建筑物，依据水闸最大过闸流量及其防护对象的重依据水闸最大过闸流量及其防护对象的重要性划分等别。要性划分等别。其中水工建筑物的级别应依据其所属其中水工建筑物的级别应依据其所属枢纽工程的等别、作用和重要性划分。枢纽工程的等别、作用和重要性划分。平原区水闸枢纽工程分等指标表平原区水闸枢纽工程分等指标表水闸枢纽建筑物级别划分表水闸枢纽建筑物级别划分表三、水闸的组成部份三、水闸的组成部份 水闸由闸室段，下游联接段、水闸由闸室段，下游联接段、上游联接段三大部分组成。上游联接段三大部分组成。1 1、闸室段

7、、闸室段 包括：闸门、闸墩、底板、工作桥、交通包括：闸门、闸墩、底板、工作桥、交通桥、启闭机等。桥、启闭机等。闸室段通常为混凝土或钢筋混凝土结构。闸室段通常为混凝土或钢筋混凝土结构。小型水闸有些部分可接受浆砌石。小型水闸有些部分可接受浆砌石。2、上游联接段、上游联接段 包括：上游翼墙、铺盖（护底）、上游防包括：上游翼墙、铺盖（护底）、上游防冲槽、两岸护坡冲槽、两岸护坡。3、下游联接段、下游联接段 包括：护坦（消力池）、海漫、下游防冲包括：护坦（消力池）、海漫、下游防冲槽、下游翼墙、两岸护坡。槽、下游翼墙、两岸护坡。三、水闸的工作特点（软土地基上的）三、水闸的工作特点（软土地基上的）（一）地基方

8、面（一）地基方面 1 1、抗滑实力差（稳定问题）、抗滑实力差（稳定问题）（混凝土与土基的（混凝土与土基的f f值小，值小，c=0c=0）；）；2 2、抗冲实力低；、抗冲实力低；3 3、沉陷量大，而且会发生不匀整沉陷；、沉陷量大，而且会发生不匀整沉陷；4 4、渗流（闸基）变形。、渗流（闸基）变形。（二）水流方面（二）水流方面 1、闸室下及两岸产生渗流，对建筑物的稳、闸室下及两岸产生渗流，对建筑物的稳定不利；定不利；2、初始消能困难（下游无水或水深浅）；、初始消能困难（下游无水或水深浅）；3、易产生波状水跃、易产生波状水跃 4、易产生折冲水流（扩散角太大，不匀整、易产生折冲水流（扩散角太大，不匀整

9、开启）开启）基于上述特点，水闸设计中基于上述特点，水闸设计中要解决的问题：要解决的问题：（1 1）选择适宜的闸址；）选择适宜的闸址；（2 2）选择与地基条件相适应的）选择与地基条件相适应的闸室结构形式；闸室结构形式；（3 3）做好防渗设计；）做好防渗设计；（4 4）做好消能防冲设计。）做好消能防冲设计。6.2 6.2 闸址选择和闸孔设计闸址选择和闸孔设计 一、闸址选择一、闸址选择 依据水闸担当的任务，综合考虑地形、地质、水文、依据水闸担当的任务，综合考虑地形、地质、水文、施工等因素，通过技术经济比较，选择最佳方案。施工等因素，通过技术经济比较，选择最佳方案。1 1、地形条件：、地形条件：拦河闸

10、：宜选在河床稳定、水流顺直的河段上；兼拦河闸：宜选在河床稳定、水流顺直的河段上；兼取水、通航的宜选在稳定的弯曲河段上，将进水闸设在取水、通航的宜选在稳定的弯曲河段上，将进水闸设在凹岸，船闸设在凸岸。凹岸，船闸设在凸岸。分洪闸：一般设在弯曲河段的凹岸或顺直河道的深分洪闸：一般设在弯曲河段的凹岸或顺直河道的深槽一侧槽一侧.排水闸：闸址设在江河老堤的堤线上。排水闸：闸址设在江河老堤的堤线上。冲沙闸：大多布置在拦河闸与进水闸之间。冲沙闸：大多布置在拦河闸与进水闸之间。如拦河闸兼作施工导流用，常将闸址选在弯曲如拦河闸兼作施工导流用，常将闸址选在弯曲河海的凸岸，利用原河道导流。河海的凸岸，利用原河道导流。

11、2、地质条件：、地质条件：壤土、中砂、粗砂、砂砾石适合做地基。壤土、中砂、粗砂、砂砾石适合做地基。二、闸孔设计二、闸孔设计 内容：选堰型，选底板高程，单孔尺寸，内容：选堰型，选底板高程，单孔尺寸，闸室总宽度。闸室总宽度。1.1.堰型选择堰型选择 宽顶堰：结构简洁，施工便利。有利于宽顶堰：结构简洁，施工便利。有利于泄洪、冲沙、排污、排水、通航，且泄流实力泄洪、冲沙、排污、排水、通航，且泄流实力比较稳定，但流量系数比较稳定，但流量系数m m较小，易产生波状水跃。较小，易产生波状水跃。低好用堰：流量系数低好用堰：流量系数m m较大，水流条较大，水流条件较好。但泄流实力受尾水位变更的影响较为件较好。但

12、泄流实力受尾水位变更的影响较为明显明显,当当hshs0.6H0.6H时，泄流实力急剧降低。施工时，泄流实力急剧降低。施工较困难。较困难。2.2.闸底板高程的选定闸底板高程的选定 相关因素：水闸的任务，泄流（引水）流量，上相关因素：水闸的任务，泄流（引水）流量，上下游水位，河床地质条件，工程总投资是否经济。下游水位，河床地质条件，工程总投资是否经济。底板高程高：闸室宽度大，两岸连接建筑物相底板高程高：闸室宽度大，两岸连接建筑物相对较低（小型）。对较低（小型）。底板高程低：闸室底板高程低：闸室q q加大，加大消能防冲工程加大，加大消能防冲工程量；闸门高度增加，启闭设备容量增加，基坑开挖增量；闸门高

13、度增加，启闭设备容量增加，基坑开挖增加（大、中型）。加（大、中型）。一般状况下：一般状况下：拦河闸和冲沙闸：底板顶面与河底平齐。拦河闸和冲沙闸：底板顶面与河底平齐。进水闸：底板顶面可以高一些，防推移质泥沙进入渠进水闸：底板顶面可以高一些，防推移质泥沙进入渠道。道。分洪闸：底板顶面较河床稍高。分洪闸：底板顶面较河床稍高。排水闸：底板顶面保证积水的快速排出。排水闸：底板顶面保证积水的快速排出。挡潮闸兼有排水闸：底板顶面也应尽量低一些。挡潮闸兼有排水闸：底板顶面也应尽量低一些。3.3.计算闸孔总净宽计算闸孔总净宽 已知：已知：Q Q设、设、上、上、下、初拟的下、初拟的底板、堰址。底板、堰址。、m m

14、见见SL2652001SL2652001附表。附表。当水流呈孔流时当水流呈孔流时、见见SL2652001SL2652001附表。附表。堰流时堰流时 闸孔总净宽闸孔总净宽L0L0，qq；闸孔总净宽；闸孔总净宽L0L0，qq。这将干脆。这将干脆影响消能防冲的工程量和工程造价。影响消能防冲的工程量和工程造价。q的选用：的选用：粉砂、细砂地基，粉砂、细砂地基，q=5l0m3/sm）；）；砂壤土地基，砂壤土地基，q=1015m3/（sm）；）；壤土地基，壤土地基，q=1520m3/（sm）；）；坚硬粘土地基，取坚硬粘土地基，取2025m3/（sm）。）。过闸水位差的选用过闸水位差的选用:关系到上游沉没和

15、工程造价关系到上游沉没和工程造价,平平原地区，一般设计过闸水位差原地区，一般设计过闸水位差H=0.10.3m。过水实力：与上下游水位、底板高程、闸孔净宽相过水实力：与上下游水位、底板高程、闸孔净宽相互关联，需对不同方案进行技术经济比较后确定。互关联，需对不同方案进行技术经济比较后确定。4.4.确定闸室单孔宽度和总长度确定闸室单孔宽度和总长度 我国大、中型水闸的单孔宽度一般：我国大、中型水闸的单孔宽度一般：L0=8L0=812m12m。闸室总宽度：闸室总宽度：L1=nL0+(n-1)dL1=nL0+(n-1)d，（，（d d为闸墩厚度）。为闸墩厚度）。闸室总宽度拟定后，尚须要考虑闸墩等的影响，进

16、一步验闸室总宽度拟定后，尚须要考虑闸墩等的影响，进一步验算水闸的过水实力。从过水实力和消能防冲两方面考虑，闸室算水闸的过水实力。从过水实力和消能防冲两方面考虑，闸室总宽度应与河道宽度相适应。总宽度应与河道宽度相适应。6.3 6.3 水闸的防渗排水设计水闸的防渗排水设计 水闸挡水后，在闸基和边墩、水闸挡水后，在闸基和边墩、翼墙的背水侧产生渗流。翼墙的背水侧产生渗流。渗流不利的影响：渗流不利的影响：对稳定不利对稳定不利:对对闸室地基的抗滑稳定不利；闸室地基的抗滑稳定不利；对对翼墙、边墩的侧向稳定不利。翼墙、边墩的侧向稳定不利。可造成管涌、流土渗透变形。可造成管涌、流土渗透变形。损失水量。损失水量。

17、使地基中可溶物质加速溶解。使地基中可溶物质加速溶解。一、水闸的防渗长度及地下轮廓的布置一、水闸的防渗长度及地下轮廓的布置 1.防渗长度的确定防渗长度的确定自铺盖前端起先，沿铺盖、自铺盖前端起先，沿铺盖、板桩两侧、底板、护坦等与地基的接触线，板桩两侧、底板、护坦等与地基的接触线，称地下轮廓线。即闸室渗流的第一根称地下轮廓线。即闸室渗流的第一根流线，其长度即为水闸的防渗长度。流线，其长度即为水闸的防渗长度。防渗长度：防渗长度：LCH C允许渗径系数（允许渗径系数（J的倒数）的倒数）H上下游水位差上下游水位差2.2.地下轮廓线的布置地下轮廓线的布置 原则：上防渗下排水原则：上防渗下排水 上防渗：水平

18、上防渗：水平-铺盖铺盖 垂直垂直-齿墙、板桩、防渗墙、灌浆帷齿墙、板桩、防渗墙、灌浆帷幕等。幕等。下排水：排水孔、减压井等下排水：排水孔、减压井等具体做法：具体做法：粘土地基；粘土地基；砂性土；砂性土；粉砂地基；粉砂地基；有承压水的地基。有承压水的地基。二、渗流计算二、渗流计算 目的：求解渗流区域内的渗透压力目的：求解渗流区域内的渗透压力P P、渗、渗透透J J、渗透、渗透v v、Q Q（通常不计）。（通常不计）。1.1.渗流的基本方程渗流的基本方程 闸基渗流属有压渗流闸基渗流属有压渗流(土坝渗流为无压渗土坝渗流为无压渗流流)一般作为平面的考虑一般作为平面的考虑 基本假定：地基是匀整的，各向同

19、性的；基本假定：地基是匀整的，各向同性的；渗水不行压缩，符合达西定律。渗水不行压缩，符合达西定律。渗流的计算方法：渗流的计算方法：流体力学法（精确）流体力学法（精确）laplacelaplace方程方程 式中式中hh为渗流水头在某点的压力水头，系坐标的函数。为渗流水头在某点的压力水头，系坐标的函数。理论上只要渗流区域的边界条件已知，理论上只要渗流区域的边界条件已知，即可依据拉氏方程求出随意一点的即可依据拉氏方程求出随意一点的h h值，值，亦可求出渗流场内随意点的渗流要素，亦可求出渗流场内随意点的渗流要素，但实际边界条件相当困难，难以求解。但实际边界条件相当困难，难以求解。水力学解法（近似解）水

20、力学解法（近似解）直线比例法：勃莱法直线比例法：勃莱法 莱茵法莱茵法 阻力系数法阻力系数法 或或 其中：其中：qq为单宽渗流量；为单宽渗流量；Hi Hi为两断面水头差；为两断面水头差；T T为土层厚度为土层厚度 k k为土壤渗透系数为土壤渗透系数 为阻力系数为阻力系数 流网法流网法 试验法（比较精确）试验法（比较精确）介绍直线比例法介绍直线比例法 勃莱法勃莱法 1910 1910年，勃莱依据很多修建在土基上的成功和失败的低水年，勃莱依据很多修建在土基上的成功和失败的低水头闸坝观测资料统计而得出。头闸坝观测资料统计而得出。勃莱法假定：沿闸基渗透轮廓线单位长度消耗的水头差相勃莱法假定：沿闸基渗透轮

21、廓线单位长度消耗的水头差相同，即渗透坡降是匀整的。同，即渗透坡降是匀整的。按直线比例求地下轮廓上各点的渗压水头按直线比例求地下轮廓上各点的渗压水头h h 式中：式中：HH上下游水位差上下游水位差 L L渗透长度渗透长度 x x由下游逸出点算起求由下游逸出点算起求 莱茵法莱茵法 莱茵于莱茵于19341934年根据更多的实际工程资料认为：沿闸基渗流年根据更多的实际工程资料认为：沿闸基渗流轮廓线单位长度消耗的水头并不相同，单位单位水平渗流消耗轮廓线单位长度消耗的水头并不相同，单位单位水平渗流消耗的水头只为单位铅直渗流的的水头只为单位铅直渗流的1/31/3。如全部折算为铅直渗流，则。如全部折算为铅直渗

22、流，则折算后渗流长度折算后渗流长度 为为 式中：式中：L1L1铅直渗流长度铅直渗流长度(含倾斜大于含倾斜大于4545的防渗体的防渗体)L2L2水平渗流长度水平渗流长度(含倾斜小于含倾斜小于4545的防渗体的防渗体)在折算渗径上在折算渗径上,距逸出点为距逸出点为 处的渗压水头为处的渗压水头为 勃莱还提出了安全渗流系数法勃莱还提出了安全渗流系数法.勃莱认为勃莱认为:为防止闸基渗流为防止闸基渗流破坏破坏,L,L和和H H至少保持一定的比值至少保持一定的比值,即即 ，C C为渗流系数为渗流系数,依依地基土壤性质而定。地基土壤性质而定。即可保即可保证证地基的抗渗地基的抗渗稳稳定。定。物理意物理意义义:只

23、要沿地下只要沿地下轮轮廓的平均渗透坡降廓的平均渗透坡降，直线比例法的优缺点直线比例法的优缺点优点：优点：(1)(1)计算简洁；计算简洁；(2)(2)从大量实际资料中总结得出，经过长期实践的检验；从大量实际资料中总结得出，经过长期实践的检验；(3)(3)理论上：地下轮廓线不是一般的流线，它可能形成集理论上：地下轮廓线不是一般的流线，它可能形成集中渗流的通道。中渗流的通道。南科院调查资料表明：渗流出口和沿地下轮廓线最简洁发生南科院调查资料表明：渗流出口和沿地下轮廓线最简洁发生渗透变形。渗透变形。缺点：缺点：(1)(1)沿地下轮廓的渗压水头并不是直线变更的沿地下轮廓的渗压水头并不是直线变更的 (2)

24、(2)出逸坡降与沿地下轮廓的平均（或加权平均）渗透坡出逸坡降与沿地下轮廓的平均（或加权平均）渗透坡降并不相同降并不相同,J,J出逸要大的多；出逸要大的多；渗透变形的审查渗透变形的审查-审查管涌、审查管涌、流土是否发生，出逸坡降流土是否发生，出逸坡降J J出出【J J】三、防渗及排水设施三、防渗及排水设施 防渗设施：铺盖、板桩、齿墙防渗设施：铺盖、板桩、齿墙 排水设施：下游铺设的砂砾石层排水设施：下游铺设的砂砾石层(一一)铺盖铺盖 作用作用:延长渗径，降低闸底的渗透压力，降延长渗径，降低闸底的渗透压力，降低低J J。要求要求:(1):(1)具有相对不透水性：具有相对不透水性：（2 2）有确定的柔

25、性）有确定的柔性-适应地基的变适应地基的变形形 （3 3）长度：多为闸上水头的）长度：多为闸上水头的3535倍。倍。1.1.粘土和粘壤土粘土和粘壤土铺铺盖盖 渗透系数：渗透系数：长长度：度：闸闸上水上水头头的的3-53-5倍。倍。厚度厚度：由：由确定，确定，【J】材料的容许坡降材料的容许坡降（粘土：（粘土：48；壤土：壤土：3 35 5）；）；min0.6mmin0.6m（施工条件）；（施工条件）；与底板的连接：加厚铺盖并加护面。与底板的连接：加厚铺盖并加护面。2.2.沥青砼铺盖（缺少粘土料地区）沥青砼铺盖（缺少粘土料地区）厚度：厚度：5-10cm5-10cm。与闸室底板的连接：连接处适当加厚

26、；接缝为搭接。与闸室底板的连接：连接处适当加厚；接缝为搭接。3.3.钢筋砼铺盖钢筋砼铺盖 缺少粘土料地区或兼作阻滑板缺少粘土料地区或兼作阻滑板 厚度：厚度：0.4m 0.4m 与底板连接处加厚与底板连接处加厚0.81.0m0.81.0m；并用沉；并用沉降缝分开分缝降缝分开分缝;顺水流、垂直水流均分缝，间距顺水流、垂直水流均分缝，间距8 820m20m，缝，缝中设止水中设止水 配筋：双向配构造筋配筋：双向配构造筋 （二）板桩（垂直防渗）（二）板桩（垂直防渗）板桩长度：透水层浅，用板桩截断，并板桩长度：透水层浅，用板桩截断，并深化不透水层至少深化不透水层至少1.0m1.0m；透水层深，板桩深；透水

27、层深，板桩深度一般为度一般为0.60.61.01.0倍水头。倍水头。板桩材料：木材、钢材、钢筋砼板桩材料：木材、钢材、钢筋砼 板桩与底板的连接形式：板桩与底板的连接形式：（1 1）板桩紧靠底板前缘，顶宽嵌入黏土）板桩紧靠底板前缘，顶宽嵌入黏土铺盖确定深度（适用闸室沉降量大）；铺盖确定深度（适用闸室沉降量大）；（2 2）板桩顶部嵌入底板底面特设的凹槽）板桩顶部嵌入底板底面特设的凹槽内。（适用闸室沉降量较小）内。（适用闸室沉降量较小）（三）齿槽（三）齿槽 上下游端设浅齿墙，上下游端设浅齿墙，1m1m左右：增加闸室稳左右：增加闸室稳定，延长渗径定，延长渗径（四）其他防渗设施（四）其他防渗设施 就地浇

28、筑砼防渗墙；就地浇筑砼防渗墙；灌注式水泥砂浆帷幕；灌注式水泥砂浆帷幕；高压旋喷法构筑防渗墙。高压旋喷法构筑防渗墙。（五）排水及反滤层（五）排水及反滤层 见土石坝。见土石坝。6.4 6.4 水闸的消能防冲设计水闸的消能防冲设计 水闸泄水，势能转为动能，水闸泄水，势能转为动能，而土质河床抗冲实力低，所以而土质河床抗冲实力低，所以闸下冲刷为一种普遍现象，有害的冲刷，必需防止；并不危及闸下冲刷为一种普遍现象，有害的冲刷，必需防止；并不危及建筑物平安的冲刷，一般说来是允许的。建筑物平安的冲刷，一般说来是允许的。发生冲刷的缘由：发生冲刷的缘由：设计不当；设计不当；运用管理不善。运用管理不善。保证水闸平安运

29、用，防止有害冲刷保证水闸平安运用，防止有害冲刷 选用适宜的最大过闸选用适宜的最大过闸q q；合理地进行平面布置；合理地进行平面布置；实行合理的消能，防冲设施实行合理的消能，防冲设施（消能为主，防冲为辅）；（消能为主，防冲为辅）；拟定合理的运行方式。拟定合理的运行方式。一、过闸水流的特点一、过闸水流的特点 初始泄流，闸下水深较浅，随着闸门开初始泄流，闸下水深较浅，随着闸门开度增大而渐渐加深，闸下出流由孔流到堰流，度增大而渐渐加深，闸下出流由孔流到堰流，由自由出流到沉没出流。由自由出流到沉没出流。1 1、闸下易形成波状水跃、闸下易形成波状水跃 形成缘由：上下游水位差小，弗氏数形成缘由：上下游水位差

30、小，弗氏数较低较低 （1 11.71.7）。）。危害：无猛烈的水跃旋滚，水面波动，消能效果差，危害：无猛烈的水跃旋滚，水面波动，消能效果差，冲刷力强；水流处于急流，不易扩散，致使两侧产生回流，冲刷力强；水流处于急流，不易扩散，致使两侧产生回流，缩小过流宽度缩小过流宽度,加大单宽流量，加剧冲刷。加大单宽流量，加剧冲刷。2 2、闸下易出现折冲水流、闸下易出现折冲水流产生缘由：平面布置，操作运行不当。产生缘由：平面布置，操作运行不当。危害：水流集中，左冲右突，蜿蜒蛇行，掏刷河床及岸危害：水流集中，左冲右突，蜿蜒蛇行，掏刷河床及岸坡，影响枢纽正常运行。坡，影响枢纽正常运行。二、底流消能工设计二、底流消

31、能工设计 平原地区水闸，平原地区水闸，H H低，下游水位变幅大，低，下游水位变幅大，一般都接受底流消能。一般都接受底流消能。1.底流消能工的布置底流消能工的布置作用：在闸下产生确定沉没度的水跃，作用：在闸下产生确定沉没度的水跃，来爱护水跃范围内的河床。来爱护水跃范围内的河床。沉没度沉没度1.051.1较为适宜，较为适宜，沉没度过小，水跃不稳定；沉没度过大：水沉没度过小，水跃不稳定；沉没度过大：水舌潜入底层，消能效果反而减小。舌潜入底层，消能效果反而减小。当尾水深度不能满足要求时，可以实行：当尾水深度不能满足要求时，可以实行：降低护坦高程形成消力池：尾水深小于降低护坦高程形成消力池：尾水深小于跃

32、后水深跃后水深1.01.5m时；时；消力坎（或协助消能工）尾水深约等于消力坎（或协助消能工）尾水深约等于跃后水深时；跃后水深时；综合式消力池：尾水深小于跃后水深综合式消力池：尾水深小于跃后水深1.53m时；时；多级消能：尾水深小于跃后水深多级消能：尾水深小于跃后水深3m 以以上时。上时。布置形式：布置形式：池底与闸室底板之间用池底与闸室底板之间用 1:3 1:31:41:4的斜坡相连接，的斜坡相连接，闸室平台小坎闸室平台小坎防止波状水跃消力池防止波状水跃消力池 前端设散流墩前端设散流墩防止产生折冲水流防止产生折冲水流 消力池末端一般布置尾消力池末端一般布置尾坎坎，作用：作用：调整流速分布；调整

33、流速分布；减小出池水流的底部流速，且在减小出池水流的底部流速，且在坎坎后后 产生小规模轴旋流；产生小规模轴旋流；利于平面扩散和削减下游边侧回流。利于平面扩散和削减下游边侧回流。2.2.消力池的深度、长度、底板厚度的确定消力池的深度、长度、底板厚度的确定 深度深度 设计时，选择几个设计时，选择几个Q Q分别计算跃后水深，并与实际尾水深分别计算跃后水深，并与实际尾水深比较，选取最不利状况（差值最大）对应的流量作为确定消比较，选取最不利状况（差值最大）对应的流量作为确定消力池深的设计流量。力池深的设计流量。水跃的起点：位于消力池的上游端斜坡段的坡脚旁边。水跃的起点：位于消力池的上游端斜坡段的坡脚旁边

34、。长度长度平底消力池平底消力池长长：（水（水跃长跃长）斜坡加平底斜坡加平底长长：斜坡段水平投影斜坡段水平投影长长。大型水闸应进行水工模型试验。大型水闸应进行水工模型试验。底板厚度底板厚度 见重力坝、底流消能部分见重力坝、底流消能部分3.3.协助消能工协助消能工 作用：使水流受阻，在墩后形成涡流，加强作用：使水流受阻，在墩后形成涡流，加强 水跃中的紊流扩散，从而达到，稳定水跃；减小消力池深，水跃中的紊流扩散，从而达到，稳定水跃；减小消力池深，缩短池长。缩短池长。位置：位置：位于池前部：消能作用较大，易发生空蚀，冲击力大；位于池前部：消能作用较大，易发生空蚀，冲击力大；位于池后部：消能作用较小，不

35、易发生空蚀，改善水流位于池后部：消能作用较小，不易发生空蚀，改善水流4.4.构造构造 砼，砼，C15C15或或C20C20；配钢筋配钢筋101012 12；齿墙：增加抗滑稳定性，深齿墙：增加抗滑稳定性，深0.80.81.5m1.5m，宽，宽0.60.60.8m0.8m；排水孔：水平段的后半部分排水孔：水平段的后半部分,5,525cm25cm，间距间距1 13m3m；反滤层；反滤层；沉降缝，缝距沉降缝，缝距8 815m15m；三、海漫三、海漫 作用：防冲加固，使水流匀整扩散，调整流速作用：防冲加固，使水流匀整扩散，调整流速分布。分布。1.1.布置与构造布置与构造 水平段：长度水平段：长度5 51

36、0m10m，顶部顶部护坦；护坦；缓坡段：缓坡段：1 1：1010的斜坡；的斜坡；2.2.海漫海漫长长度度适用：适用：的范的范围围。河床土河床土质质系数，取系数，取7 71414。四、防冲槽及末端加固四、防冲槽及末端加固 作用：爱护海漫末端。作用：爱护海漫末端。防冲槽：见防冲槽：见P327P327图图6-206-20 防冲墙：包括齿墙、板桩、沉井等形式防冲墙：包括齿墙、板桩、沉井等形式五、翼墙与护坡五、翼墙与护坡设计要求：设计要求：具有确定的粗糙度，消退余能；具有确定的粗糙度，消退余能；具有确定的透水性，降低扬压力；具有确定的透水性，降低扬压力；具有确定的柔性，以适应变形。具有确定的柔性，以适应

37、变形。常用的形式：（常用的形式：（1 1）干砌石、（）干砌石、（2 2）浆砌石、（）浆砌石、（3 3）砼板、）砼板、（4 4）钢筋砼板、（）钢筋砼板、（5 5）其他形式。）其他形式。6.5 6.5 闸室的布置和构造闸室的布置和构造 一、底板一、底板 1.1.按形态分：有水平底板、低好用堰底板（上游水按形态分：有水平底板、低好用堰底板（上游水位高，流量又受限制）。位高，流量又受限制）。河宽、孔多。需用横缝将闸室分成若干闸段（每个河宽、孔多。需用横缝将闸室分成若干闸段（每个闸段可分为一孔、两孔、三孔）。闸段可分为一孔、两孔、三孔）。2.2.按底板与闸墩的联接方式分按底板与闸墩的联接方式分:整体式、

38、分别式：整体式、分别式：整体式：闸底板与闸墩浇筑成整体，墩中分缝。整体式：闸底板与闸墩浇筑成整体，墩中分缝。（也有闸室底板中间分缝的）底板形式有：实心结构；（也有闸室底板中间分缝的）底板形式有：实心结构；厢式结构。厢式结构。分别式：单孔底板上设双缝，将底板与闸墩分开。分别式：单孔底板上设双缝，将底板与闸墩分开。适用：坚硬，紧密的地基上，不会产生不匀整沉降。适用：坚硬，紧密的地基上，不会产生不匀整沉降。底板顺水流方向的长度：满足上部结构布置，结构底板顺水流方向的长度：满足上部结构布置，结构强度和抗滑稳定要求。强度和抗滑稳定要求。二、闸墩（见重力坝）二、闸墩（见重力坝）三、闸门三、闸门 检修门检修

39、门平门，位置：上游侧平门，位置：上游侧 工作门工作门位置：位置：上游侧；上游侧；下游侧（利用水重帮助闸室下游侧（利用水重帮助闸室稳定）稳定）闸门顶闸门顶maxmax。四、胸墙四、胸墙 固定式、活动式。固定式、活动式。五、交通桥及工作桥五、交通桥及工作桥 交通桥：一般设在下游一侧；有时设在上游一侧。交通桥：一般设在下游一侧；有时设在上游一侧。工作桥：安装启闭设备。工作桥：安装启闭设备。六、分缝方式及止水设施六、分缝方式及止水设施6.6 6.6 闸室稳定分析、沉降校核及地基处理闸室稳定分析、沉降校核及地基处理 一、闸室稳定分析一、闸室稳定分析 竣工期（地基受到的压力最大）竣工期（地基受到的压力最大

40、）（1 1）沉陷问题）沉陷问题 过大的（匀整）沉陷使堰顶高程降低，达过大的（匀整）沉陷使堰顶高程降低，达不到设计要求；不到设计要求；不匀整沉陷，闸顶倾斜，甚至断裂；不匀整沉陷，闸顶倾斜，甚至断裂；（2 2）压力过大：地基受到压力过大，当超过允）压力过大：地基受到压力过大，当超过允许承载实力时，失去稳定性。许承载实力时，失去稳定性。运用期（或检修期）同时受到重力和水平力的运用期（或检修期）同时受到重力和水平力的作用作用 表面滑动表面滑动:当底板与地基之间垂直当底板与地基之间垂直压较小时，压较小时，在水平推力作用下在水平推力作用下,闸室底板有可能沿地基表面发生闸室底板有可能沿地基表面发生滑动。滑动

41、。深层滑动：当作用与地基上的铅直荷载较大时，可能连同深层滑动：当作用与地基上的铅直荷载较大时，可能连同一部分地基土体一起滑动。一部分地基土体一起滑动。计算取一个闸室单元为验算对象（以缝为界，单元可能计算取一个闸室单元为验算对象（以缝为界，单元可能是一孔、两孔、三孔）。是一孔、两孔、三孔）。1.荷载及其组合荷载及其组合 主要荷载有主要荷载有:自重自重,水重水重,水平水压力水平水压力,扬压力扬压力,波浪压力波浪压力,地震力地震力,泥沙压力。泥沙压力。地震力地震力:按拟静力法计算；按拟静力法计算；浪压力浪压力:波浪要素（波高、波长、周期）确定后波浪要素（波高、波长、周期）确定后,按重按重力坝部分所讲

42、公式进行；力坝部分所讲公式进行；水平水压力水平水压力。2.2.闸室稳定性所包含的内容：闸室稳定性所包含的内容：(1)(1)不致于沿地基面或深层滑动不致于沿地基面或深层滑动 (2)(2)不发生明显的倾斜不发生明显的倾斜 (3)(3)平均基底压力不大于地基的容许承载力，平均基底压力不大于地基的容许承载力，地基反力分布的不匀整程度（闸室上、下游端地地基反力分布的不匀整程度（闸室上、下游端地基反力的比值）基反力的比值）值值越大，沉降差越大，沉降差。越大，闸室的倾斜度也越大。所以，越大，闸室的倾斜度也越大。所以，3.3.稳稳定定计计算方法算方法 验验算算闸闸室基底室基底压压力力对对称的称的闸闸孔孔:A

43、A闸闸室基底面室基底面积积；B B闸闸室底板室底板长长。受力不受力不对对称的称的闸闸孔孔:按双向偏心受按双向偏心受压压公式公式计计算算 验验算算闸闸室的抗滑室的抗滑稳稳定定产产生平面滑生平面滑动动或深或深层层滑滑动动的的临临界法向界法向应应力力为为 AA系数，系数，A A3-43-4；地基土的浮容重；地基土的浮容重；当当闸闸底底maxmaxuu，只做平面滑，只做平面滑动验动验算；算；当当闸闸底底maxmaxuu，需作深，需作深层层滑滑动动核算。核算。BB底板顺河方向的长度。底板顺河方向的长度。计计算平面滑算平面滑动动的公式的公式 摩擦公式：摩擦公式：抗剪断公式：抗剪断公式：抗滑抗滑稳稳定定计计

44、算的关算的关键键,在于合理在于合理选选用用f,f,0 0,c,c0 0，【，【K Kc c】=1-1.35=1-1.35。当当K K【KcKc】时，提高抗滑稳定的措施：】时，提高抗滑稳定的措施：将高水位一侧的防渗铺盖适当延长，或将低水位一侧的排水设备将高水位一侧的防渗铺盖适当延长，或将低水位一侧的排水设备适当向高水位一侧延伸，以减小作用在底板上的渗透压力。适当向高水位一侧延伸，以减小作用在底板上的渗透压力。将闸室位置适当移向低水位一侧，利用水重。将闸室位置适当移向低水位一侧，利用水重。适当增加齿墙深度，以提高抗滑力。适当增加齿墙深度，以提高抗滑力。利用高水位一侧的混凝土铺盖作为阻滑板。（用钢筋

45、和闸室底板利用高水位一侧的混凝土铺盖作为阻滑板。（用钢筋和闸室底板连接起来）连接起来）计计算公式：算公式：式中：式中：0.80.8考虑土壤变形及连接钢筋拉伸变形等因素。考虑土壤变形及连接钢筋拉伸变形等因素。增设钢筋砼抗滑桩或预应力锚固结构。增设钢筋砼抗滑桩或预应力锚固结构。验算闸基的整体稳定验算闸基的整体稳定 在竖向荷载作用下的地基承载力按水闸设计规范（在竖向荷载作用下的地基承载力按水闸设计规范（SL265-SL265-20012001）给定的公式计算。）给定的公式计算。在竖向荷载和水平荷载共同作用下，地基承载力按（在竖向荷载和水平荷载共同作用下，地基承载力按（6 62525）式）式核算。核算

46、。四、沉降校核四、沉降校核 土基压缩变形大土基压缩变形大 匀整沉降匀整沉降:建筑物顶部高程降低建筑物顶部高程降低,影响正常运行影响正常运行 不匀整沉降：闸室倾斜、裂缝、止水破坏。不匀整沉降：闸室倾斜、裂缝、止水破坏。计算沉降的方法：接受分层总和法。计算沉降的方法：接受分层总和法。沉陷允许值：最大沉降允许值：沉陷允许值：最大沉降允许值：15cm15cm；最大沉降差值：最大沉降差值：5cm5cm。削减不匀整沉降的措施：削减不匀整沉降的措施：（1 1）尽量使相）尽量使相邻邻建筑物重量差不要建筑物重量差不要过过大；大；（2 2）重量大的建筑物先施工）重量大的建筑物先施工,使地基先行使地基先行预压预压。

47、（2 2）布置要匀整）布置要匀整,使使不超不超过规过规定的数定的数值值。五、地基处理五、地基处理 依据工程实践：粘性土贯入击数依据工程实践：粘性土贯入击数55、砂砂性土贯入击数性土贯入击数88时，可不做地基处理干脆建时，可不做地基处理干脆建闸。闸。常用的处理方法：常用的处理方法：1.1.预压加固预压加固 2.2.换土垫层换土垫层适用状况适用状况:懦弱粘性土懦弱粘性土薄层、浅表薄层、浅表-全部挖除全部挖除 通常接受砂垫层、壤土垫层通常接受砂垫层、壤土垫层 垫层作用垫层作用:(1):(1)垫层使应力扩散，提高地基的稳定性。垫层使应力扩散，提高地基的稳定性。(2)(2)减小地基沉降量减小地基沉降量

48、(3)(3)具有良好的排水作用，有利于软土地基加速固具有良好的排水作用，有利于软土地基加速固结。结。设计内容：换砂厚度、宽度、材料、级配等。设计内容：换砂厚度、宽度、材料、级配等。3.3.桩基础桩基础 当水闸上部结构重量大，不宜接受上述方法的，可参考桩基。当水闸上部结构重量大，不宜接受上述方法的，可参考桩基。从施工角度来分：预制桩、钻孔灌注桩从施工角度来分：预制桩、钻孔灌注桩 受力特点来分：支撑桩受力特点来分：支撑桩-软土、浅层软土、浅层 摩擦桩摩擦桩-土层很厚土层很厚 优点：大大提高地基的承载力优点：大大提高地基的承载力 缺点：底板与土层分别缺点：底板与土层分别4.沉井基础沉井基础 适用条件

49、：闸下有较厚的软土层，要求闸的基础埋置较深。适用条件：闸下有较厚的软土层，要求闸的基础埋置较深。不适用于闸基下有流沙、蛮石或表面倾斜较大的岩层。不适用于闸基下有流沙、蛮石或表面倾斜较大的岩层。沉井是一种筒状结构物，可用浆砌石、砼或钢筋砼制成。沉井平沉井是一种筒状结构物，可用浆砌石、砼或钢筋砼制成。沉井平面尺寸视上部结构而定，一般只要略大于上部结构的尺寸即可。面尺寸视上部结构而定，一般只要略大于上部结构的尺寸即可。沉井的接缝应置于闸的沉降缝之下，使上部结构能够适应下部基沉井的接缝应置于闸的沉降缝之下，使上部结构能够适应下部基础的沉降。础的沉降。5.振冲砂石桩振冲砂石桩6.强夯法强夯法7.爆炸法爆

50、炸法8.高速旋喷法。高速旋喷法。6.7 6.7 闸室的结构计算闸室的结构计算 整体计算：用有限元法整体计算：用有限元法 分解成若干部件：闸室为空间结构，受力困难，为简化计算一般将它分解成若干部件：闸室为空间结构，受力困难，为简化计算一般将它分解为若干部件分解为若干部件(如闸墩、底板、胸墙、桥梁等如闸墩、底板、胸墙、桥梁等)分别单独计算，在单独计算分别单独计算，在单独计算时，应考虑它们之间的相互作用。时，应考虑它们之间的相互作用。一、底板的结构计算一、底板的结构计算 整体式平底板整体式平底板 底板支撑在地基上，因其平面尺寸远较厚度为大，可视为地基上的一块底板支撑在地基上，因其平面尺寸远较厚度为大