第四章水 閘

1、 水水 閘閘 黑龍江農(nóng)墾林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院一、概述二、閘孔尺寸的確定三、水閘的消能防沖四、水閘防滲設(shè)計五、閘室的布置和構(gòu)造六、閘室的穩(wěn)定計算第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 水閘是一種利用閘門的啟閉來調(diào)節(jié)水位、控制流量的低水頭水工建筑物，具有擋水和泄水的雙重功能。 一、水閘的作用和類型 二、水閘的工作特點及設(shè)計要求 三、水閘的組成 四、水閘的設(shè)計步驟第二節(jié)第二節(jié) 閘孔尺寸的確定閘孔尺寸的確定 水閘圖 概述 閘孔及底板型式選擇 上、下游水位確定 閘底板高程確定 過閘單寬流量確定 閘尺寸的計算第二節(jié)第二節(jié) 閘孔尺寸的確定閘孔尺寸的確定第三節(jié)第三節(jié) 水閘的消能防沖水閘的消能防沖 閘下游發(fā)生沖刷原因 消能防沖條件

2、及措施 波狀水躍及折沖水流的防止措施 防沖加固措施 目的、任務(wù)、內(nèi)容 閘基防滲長度及地下輪廓線布置（地下輪廓線設(shè)計） 閘基滲流計算 防滲排水設(shè)備 側(cè)向滲流第四節(jié)第四節(jié) 水閘防滲設(shè)計水閘防滲設(shè)計第五節(jié)第五節(jié) 閘室的布置和構(gòu)造閘室的布置和構(gòu)造 概述 閘墩與胸墻 工作橋與交通橋 縫與止水 穩(wěn)定計算應(yīng)滿足的要求 荷載計算 荷載組合 閘室穩(wěn)定計算 基底壓力計算 閘基沉降 地基處理第六節(jié)第六節(jié) 閘室的穩(wěn)定計算閘室的穩(wěn)定計算第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 控制水位、調(diào)節(jié)流量的低水頭水工建筑物，是農(nóng)田水利中龍頭工程，常與堤壩、船閘、魚道、水站、抽水站等建筑物組成水利樞紐，以滿足防洪、排洪、航運、灌溉以及發(fā)電水利工程

3、的需要。第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 （一）按所承擔(dān)任務(wù)分： 節(jié)制閘進水閘是用來從河道、湖泊、水庫引取水流，一般建于引水渠道的首部。 進水閘 用以控制水位、流量 排水閘一般修在江河沿岸排水溝或河道末端 分洪閘： 常建于泄洪能力不足的河段上游適當(dāng)?shù)攸c建造，形成滯洪區(qū)、湖泊。 擋潮閘 擋潮、排水和蓄淡的目 沖沙閘:是用來排除進水閘或攔河（節(jié)制）閘前淤積的泥沙，減少泥沙入渠 第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 1、開敞式水閘上面設(shè)有填土，開敞，露天。 2、涵洞式水閘水閘修建在河堤之下。定義：閘室上面不填土封閉的水閘。適用范圍：一般有泄洪、排水、過木等要求時，多采用不帶胸墻的開敞式水閘，多用于攔河閘、排冰閘等；當(dāng)上

4、游水位變幅大，而下泄流量又有限制時，為避免閘門過高，常采用帶胸墻的開敞式水閘，常用類型：進水閘、排水閘、擋潮閘多用這種形式。 第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述定義：閘（洞）身上面填土封閉的水閘，又稱封閉式水閘。位置：涵洞式水閘常用于穿堤取水或排水的水閘。特點：洞內(nèi)水流可以是有壓的或者是無壓的。第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 調(diào)節(jié)水位，控制流量。 枯水期借以抬高水位，以利取水和上游航運，洪水期用以控制流量。 渠系建筑物中節(jié)制閘一般建于支渠分水口的下游，用以抬高水位，滿足支渠引水需要。第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述淮河蚌埠節(jié)制閘節(jié)制閘節(jié)制閘葛州壩泄水閘張 洼 蓄 水 閘塔里木河攔河閘工程山東王

5、營盤攔河閘 建在河道、湖泊的岸邊或渠道，用來引水灌溉、發(fā)電或其他用水需要。 灌溉渠系中建于干渠以下渠道首的進水閘，作用上報把上一級渠道的水分下一級渠道，分水閘、斗門、農(nóng)門。第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 是長沼水庫的灌溉配套工程，由樞紐、總干渠兩部分組成，樞紐工程位于曹娥江下游的上浦鎮(zhèn)境內(nèi)分叉江上，距長詔水庫73公里，控制曹娥江流域面積4460平方公里。 工程主要作用是御咸蓄淡，引水灌溉，又能攔截上游長沼水庫分配給上虞市的3825萬立方米灌溉水量，同時引曹娥江天然徑流灌溉余上慈灌區(qū)。 建在江河沿岸排水渠出口處，外河上漲時，關(guān)閘門防止洪水倒港灌，避免洪災(zāi)。當(dāng)外河水位退落時，開閘

6、排水防止?jié)澈Α＞哂须p面擋水的作用。嘉興南排工程第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 1-建在河流入流的河口地段，以防止海水倒灌。 2-抬高內(nèi)河水位，滿足蓄淡灌溉。 3-退潮排澇。 4-有通航孔，還可平潮時通潮。 5-具有雙向擋水作用排水閘、擋潮閘。海寧鹽官排澇擋潮閘模型第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 地基條件差和水頭低且變幅大，流態(tài)復(fù) 雜，是小型水閘主要 工作特點設(shè)計要求1.1.穩(wěn)定方面穩(wěn)定方面2.2.防滲方面防滲方面3.3.消能防沖方面消能防沖方面4.4.沉降方面沉降方面第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 關(guān)門擋水時，水閘上、下游較大的水頭差造成較大的水平推力，使水閘有可能沿基面產(chǎn)生向下游的滑動，為此，水閘必須具有足夠

7、的重力，以維持自身的穩(wěn)定。第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 由于上下游水位差的作用，水將通過地基和兩岸向下游滲流。滲流會引起水量損失，同時地基土在滲流作用下，容易產(chǎn)生滲透變形。嚴重時閘基和兩岸的土壤會被淘空，危及水閘安全。滲流對閘室和兩岸連接建筑物的穩(wěn)定不利。因此，應(yīng)妥善進行防滲設(shè)計。第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 水閘開閘泄水時，在上、下游水位差的作用下，過閘水流往往具有較大的動能，流態(tài)也較復(fù)雜，而土質(zhì)河床的抗沖能力較低，可能引起沖刷。此外，水閘下游常出現(xiàn)波狀水躍和折沖水流，會進一步加劇對河床和兩岸的淘刷。因此，設(shè)計水閘除應(yīng)保證閘室具有足夠的過水能力外，還必須采取有效的消能防沖措施

8、，以防止河道產(chǎn)生有害的沖刷。第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 土基上建閘，由于土基的壓縮性大，抗剪強度低，在閘室的重力和外部荷載作用下，可能產(chǎn)生較大的沉降影響正常使用，尤其是不均勻沉降會導(dǎo)致水閘傾斜，甚至斷裂。在水閘設(shè)計時，必須合理地選擇閘型、構(gòu)造，安排好施工程序，采取必要的地基處理等措施，以減少過大的地基沉降和不均勻沉降。1閘室底板 2閘墩 3胸墻 4閘門 5工作橋 6交通橋 7堤頂8上游翼墻9下游翼墻10護坦11排水孔 12消力坎 13海漫14下游防沖槽 15上游防沖槽16上游護底 17上、下游護坡一 、上游連接段 二、閘室段 三、下游連接段第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 作用: 將上游來水平順地引進閘

9、室,防止沖刷。 組成及作用 上游翼墻：引導(dǎo)水流平順進閘。 鋪蓋：起防滲作用,并要胡防沖作用。 護坡、護底：保護河岸及河床不受沖刷 。 上游防沖槽：保護護岸頭部,防止河床沖刷而護底方向發(fā)展。下游連接段包括消力池、海漫、下游防沖槽、下游翼墻及護坡等（使水流經(jīng)有效消能后平順流出閘室，與下游河床段連接）。 消力池：緊接閘室布置，具有形成水躍和保護水躍范圍 內(nèi)河床允許受沖刷作用，是消能的主要措施。 海漫：布置在消力池后面，繼續(xù)消除余能，調(diào)整流速分 布用塊石砌成。 防沖槽：海漫的末端防沖措施，防止海漫后河床沖刷面 上游發(fā)展。 下游翼墻：水流均勻護散，并保護兩岸免受沖刷。 護坡： 布海漫和防沖槽范圍內(nèi)，一般

10、用塊石。 是水閘主體，包括底板、閘墩、閘門、胸墻、岸墻、工作橋、交通橋。底板： 閘室基礎(chǔ)，承受閘室全部荷載，較均勻地將荷載傳給地基并利用底板與地基土磨擦來維持閘室穩(wěn)定，還有防沖防滲作用。閘墩：分隔閘孔、支取閘門和橋梁。工作橋：供布置啟閉和工作人員操作機器之用。岸墻：閘室與河岸的連接結(jié)構(gòu)，主要以擋土，并且有側(cè)向防滲作用。 根據(jù)水閘的上下游水頭差大小和地基質(zhì)條件選擇地下輪廓線的形狀和尺寸。 選用適當(dāng)?shù)姆椒▽δM的布置方案進行滲流計算，求出閘基承受的滲透壓力以及滲透坡降。 驗算閘基及地基穩(wěn)定性，包括地基土的抗?jié)B穩(wěn)定性。1、水閘是一種（ ）和（ ）的低水頭水工建筑物。2、水閘按承擔(dān)任務(wù)分為（ ）（ ）

11、、分洪閘、排水閘、擋潮閘等類型閘。3、水閘按閘室結(jié)構(gòu)形式分為（ ）（ ）兩種閘。4、閘室有（ ）（ ）（ ）（ ）胸墻及交通橋等組成。 1、擋水、泄水 2、節(jié)制閘、進水閘 3、開敞式水閘、涵洞式水閘 4、底板 、閘墩、閘門、工作橋 一、本節(jié)重點：水閘按水閘所承擔(dān)的任務(wù)分類 水閘的工作特點水閘組成 二 本節(jié)難點水閘的工作特點 1、什么叫水閘？按照其作用可分為哪幾類？ 2、水閘由哪幾段構(gòu)成？ 3、水閘有哪些工作特點？ 一、閘孔型式： 二、底板型式： 三、各型式特點：第二節(jié)第二節(jié) 閘孔尺寸的確定閘孔尺寸的確定 開敞式： 涵洞式： 胸墻底部高程應(yīng)高于泄水位0.10.2,并滿足所需要流量要求,胸墻頂部和

12、岸墻頂高程應(yīng)滿足上游水位加一定安全超高。第二節(jié)第二節(jié) 閘孔尺寸的確定閘孔尺寸的確定 平底板寬頂堰： 實用堰： 駱峰堰： 梯形堰：圖圖75（a）寬頂堰；（）寬頂堰；（b）低實用堰）低實用堰第二節(jié)第二節(jié) 閘孔尺寸的確定閘孔尺寸的確定 平底寬頂堰: 雖然流量系數(shù)小，但構(gòu)造簡單，施工方便應(yīng)用廣泛。 實用堰: a.上、下游渠底高差較大。 b.地面表層地質(zhì)松軟，需將閘底高程降低，使底板置于較深的密實地層中。 c. 有拉沙要求 。 低堰: D 1 ( 1.01.33 ) H d 第二節(jié)第二節(jié) 閘孔尺寸的確定閘孔尺寸的確定 渠首進水閘 有壩取水 無壩取水 下游水位 節(jié)制閘: 上游水位與有壩取水時進水閘上游水位

13、同,下游水位可從原河道水位流量過程中查得。第二節(jié)第二節(jié) 閘孔尺寸的確定閘孔尺寸的確定 上游水位由攔河壩（閘）控制，閘的上游設(shè)計水位，即攔河壩應(yīng)該雍高的水位，其泄洪時期的水位決定于相應(yīng)時期內(nèi)攔河壩泄流時的壩頂溢流水位，也可以閘后水位0.10.3m水頭損失后得出副復(fù)核。第二節(jié)第二節(jié) 閘孔尺寸的確定閘孔尺寸的確定 可取閘前外河歷年平均枯水位為設(shè)計水位，或選用相當(dāng)于灌溉設(shè)計保證率的灌溉臨界期外河平均水位，作為上游設(shè)計水位。 若引用流量技術(shù)，主要考慮進水口河水位的降落影響。第二節(jié)第二節(jié) 閘孔尺寸的確定閘孔尺寸的確定 由面高程到渠前進行渠系水位推算而決定的，計算所得的渠首水位加上述閘水位降落值（一般為0.

14、10.3m)，即為面前上游上游水位，若取水口處水位與之相等或按近相等，則滿足引水灌溉要求，若高于閘前水位，則不行。 若低于閘前水位，則有高度。第二節(jié)第二節(jié) 閘孔尺寸的確定閘孔尺寸的確定堰頂高程應(yīng)綜合考慮水流、地形、施工及運用等條件，結(jié)合堰型弧門型的選擇，經(jīng)過技術(shù)比較后確定。 閘底板頂面（閘檻）高程的確定，關(guān)系閘孔型式和尺寸的決定，也直接影響整 個水閘的工程量和造價。如將檻高定得低些，閘前水深和過閘單寬流量要大些，從而使閘孔總寬度縮短，減少閘室段工程投資。但同時將增大兩岸連接建筑物的高度，并增加基坑開挖和閘下消能防沖布置上的難度，增加兩岸連接建筑物工程投資。 攔河閘與河底齊平，進水閘底板高程常等

15、于或略高于閘后渠底，排水閘，略低于或齊平閘前排水漿的底高程，分洪閘可比閘前河底高一些。 選擇閘底板頂面高程以前，首先要確定合適的最大過閘單寬流量，它取決于閘下游河渠的允許最大單寬流量，即下游河渠的最大水深與河床土體的抗沖流速的乘積。第二節(jié)第二節(jié) 閘孔尺寸的確定閘孔尺寸的確定 根據(jù)閘后河床：地質(zhì)條件及考慮上、下游水位差，下游水位和河道寬度與閘室寬度的比值等因素。 大、中型水閘： 粘性土河床: q = 15 25m3/ s.m 砂土河床: q = 10 15m3/ s.m 細砂、粉砂河床: q = 5 10m3/ s.m q 的數(shù)值決定于上、下游水位差堰頂高程。 第二節(jié)第二節(jié) 閘孔尺寸的確定閘孔尺

16、寸的確定 水閘閘孔型式 底板型式 門型 門頂胸墻 水閘閘孔尺寸 底板的頂面高程（堰頂高程） 岸墻頂部和胸墻底面高程 閘孔凈寬以及閘孔孔數(shù)第二節(jié)第二節(jié) 閘孔尺寸的確定閘孔尺寸的確定 弧形閘門 平板閘門 人字門第二節(jié)第二節(jié) 閘孔尺寸的確定閘孔尺寸的確定第二節(jié)第二節(jié) 閘孔尺寸的確定閘孔尺寸的確定 堰流： 閘門全開泄水時，過閘水流，具有自由水面，保持堰流特性，閘孔總凈寬B 孔流不同堰型水閘，當(dāng)閘門開度he和堰上水頭比值he/H 0.65時，即為閘孔出流。 23002 HgmQB002gHhQBe第二節(jié)第二節(jié) 閘孔尺寸的確定閘孔尺寸的確定采用的閘孔總凈寬要略大于計算值，以留有余地(以超過計算值35)為宜

17、。要求閘室總覽度大體上與上、下游河道寬度(即通過設(shè)計流量的平均過水寬度)相適應(yīng)。根據(jù)江蘇省幾座大中型水閘工程的實踐經(jīng)驗閘室總寬度與河道的比值一般為0.60.85；參考值： 河北省水利水電勘測設(shè)計研究院根據(jù)根治海河工程的實踐經(jīng)驗提出大中型水閘閘室總寬度與河道寬度的比值一般不宜小于表39所列的數(shù)值，否則會加大連接段的工程量，從而增加工程總造價、同時對水閘安全泄水不利。第二節(jié)第二節(jié) 閘孔尺寸的確定閘孔尺寸的確定 在閘孔總凈寬確定后，還必須進行分孔，閘孔孔徑的大小，主要應(yīng)根據(jù)閘的地基條件、運用要求、選用的閘門結(jié)構(gòu)型式、啟閉機容量等因素綜合分析確定，并應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)SL7495所規(guī)定的閘門孔口尺寸系

18、列標(biāo)液?；⌒武撻l門為 8-12m；鋼絲網(wǎng)水泥閘門為 6-8 m；小型水閘每孔為2-4m。 選定孔寬b后，則閘孔數(shù)目nB0b，n值應(yīng)取整數(shù)，當(dāng)孔數(shù)較少（例如少于68孔）時，宜采用單孔數(shù)以便對稱開啟，有利于消能防沖。當(dāng)孔數(shù)超過68孔時、雙孔數(shù)均可 回回節(jié)第二節(jié)第二節(jié) 閘孔尺寸的確定閘孔尺寸的確定過閘水流特點: 出閘流速較大，紊動強烈。 上游水位差較小。 出流型式隨閘門開啟程序而變化。沖刷原因: 淹沒水躍沒有發(fā)生或水躍淹沒過大。 出流擴散下均勻，產(chǎn)生折沖水流。 上、下游水位差較小，形成波狀水躍，消能效率低第三節(jié)第三節(jié) 水閘的消能防沖水閘的消能防沖 消能方式 基本消能方式： 底流消能為主，由消力池、海

19、漫、防沖槽等部分組成。其型式可根據(jù)水流情況、地形條件、施工能力消能效果等選用。 消能設(shè)計條件選擇 消力池第三節(jié)第三節(jié) 水閘的消能防沖水閘的消能防沖 上游水位高、閘門部分開啟、單寬流量大控制條件。 上游水位： 開閘泄流時的最高擋水位 下游水位： 考慮水位上升滯后于泄量增大的情況，計算時可選用相應(yīng)于前一開度的下游水位 。 下游水位： 選擇在可能出現(xiàn)的最低水位。第三節(jié)第三節(jié) 水閘的消能防沖水閘的消能防沖 消力池型式： 深挖消力池 消力檻式消力池 線控低檻的綜合消力池 作用： 壅高和增加池內(nèi)水深，使閘下急流參通過淹沒式水躍轉(zhuǎn)化為緩流，可消殺水流全部動能的 46 47 %。 消力池設(shè)計： 消力池構(gòu)造：第

20、三節(jié)第三節(jié) 水閘的消能防沖水閘的消能防沖 步驟： 池深設(shè)計： 池長確定： 消力池設(shè)計流量的選擇： 對于池長時，相當(dāng)于水閘通過的最大流量。第三節(jié)第三節(jié) 水閘的消能防沖水閘的消能防沖 厚度： 配筋、材料： 分縫：1020m 設(shè)水流方向。 尾檻： 輔助消能：第三節(jié)第三節(jié) 水閘的消能防沖水閘的消能防沖 承受水流沖擊力，水流的水動壓力和底部揚壓力等作用，可以等厚或變厚。 抗沖要求： 揚壓力要求：第三節(jié)第三節(jié) 水閘的消能防沖水閘的消能防沖P233（8-15）H 泄水時與原流量的上、下游水位差mK 系數(shù) 0.175 0.2t未 (1/2) t始HqKt11始第三節(jié)第三節(jié) 水閘的消能防沖水閘的消能防沖122r

21、rhdPKtyPy 揚壓力強度hd 消力池內(nèi)水深r、 rb 水及護坦所用材料容重 KN/m3K2 安全系數(shù) 1.11.3取、或最大值 t = MAX ( t1 , t2 , 0.5 )若設(shè)排水孔 , 則 t = MAX ( t1 , 0.5 )忽略了脈動壓力影響，rb取飽和容重。bmPWUkt2第三節(jié)第三節(jié) 水閘的消能防沖水閘的消能防沖 材料應(yīng)選用C15或C20混凝土；1012 2530 底板按強度計算并進行配筋，如果不需要配置受力筋時，一般應(yīng)在底板的頂?shù)酌媾渲梅植间摻?0250或12250雙向配筋 。 小型水閘的底板材料也有采用M7.5水泥砂漿砌塊石的。 排水孔：消力池底板后半部水平段設(shè)置排

22、水孔，一般采用直徑812cm的PVC管或直徑15cm的無砂混凝土管，間距：1.02.0m， 梅花形布置第三節(jié)第三節(jié) 水閘的消能防沖水閘的消能防沖 作用： 穩(wěn)定水頭，調(diào)整鉛直斷面的流速公布，減少池后沖刷，促使水流均勻擴散。 高度： 0.5 1m，砼與鋼筋混凝土筑成，并與護坦連成整體。 型式： 連續(xù)式，齒型。第三節(jié)第三節(jié) 水閘的消能防沖水閘的消能防沖 作用： 水流受輔助消能的阻擋，抬高了原來小于躍后水深尾檻前水深。 輔助消能的作用改變了原來水流的流速分布，增加了對水躍阻力，降低了對躍后水深的要求。 型式： 消力墩：前半段上，多排呈梅花型。 D = ( 0.150.5 ) hy 消力齒：布置在消力陡

23、坡坡腳處。 第三節(jié)第三節(jié) 水閘的消能防沖水閘的消能防沖 波狀水躍的防止措施： 波狀水躍的產(chǎn)生 波狀水躍的防止 折沖水流防止： 總體布置時，盡量使上游渠道有一段較長的順直段，確保來水順均勻。 控制下游翼墻的擴散角，擴散角宜712，使水流均勻擴散。 制訂合理的閘的開啟程序，注意均勻齊步，間隔對稱等開啟原則，力避開啟、關(guān)閉時大起大落和多孔閘部分閘孔泄流的運用方式。第三節(jié)第三節(jié) 水閘的消能防沖水閘的消能防沖 當(dāng)共軛水深比即時，或閘的上、下游水頭差很小，尾水位變化較大時，閘下顯現(xiàn)一系列逐漸消失的波狀水流，叫波狀水躍。它沒有一般水躍的表面旋滾，消能擴散效果很差，在斜坡開始處，由于射流底部邊界條件改變，水深

24、迅速增加，極易產(chǎn)生波狀水躍。第三節(jié)第三節(jié) 水閘的消能防沖水閘的消能防沖 在出流平臺（0.51.0 m）末端設(shè)置一道小坎，將射流挑起轉(zhuǎn)而跌入池中，形成旋滾或淹沒水躍，以充分利用池深消能，小坎高度 c，一般為0.51.0 m。c第三節(jié)第三節(jié) 水閘的消能防沖水閘的消能防沖 海漫 ： 水流出消力池后，流速仍較大 （大于海漫河床不沖流速），因此，必須采用防沖加固措施。 作用：防止下游河床發(fā)生危及工程安全的嚴重沖刷，加束躍后段水流紊動的衰減過程 。 海漫長度:南科院法；毛昶照法。 海漫的布置與構(gòu)造 海漫高程 防沖槽 ： 作用：當(dāng)下游渠道河床形成最終沖刷狀態(tài)時，保護海漫不遭受破壞 。 形式：拋石防沖槽、齒墻

25、、板樁式防沖槽 。 防沖槽設(shè)計第三節(jié)第三節(jié) 水閘的消能防沖水閘的消能防沖HqKLp q 消力池出口處單寬流量（m3/s m ） 上、下游水位差（對應(yīng)的） 經(jīng)驗系數(shù) 粉砂、細砂河床： 13 15 中砂、粗砂、砂壤： 10 12 壤土： 8 9 粉質(zhì)粘土： 9 10 堅硬粉土： 6 7 適用范圍 1 9 計算時，試算各種水位流量組合下：q 和 取最大值。 Hq第三節(jié)第三節(jié) 水閘的消能防沖水閘的消能防沖)21(22nyqqkhLp K 經(jīng)驗系數(shù) h 海漫上的水深 q 出口處的最大單寬流量 q2 渠道允許的最大單寬流量第三節(jié)第三節(jié) 水閘的消能防沖水閘的消能防沖 材料：主要是塊石和混凝土。 在構(gòu)造上要求

26、材料具有粗糙、抗沖、透水和柔韌等性能。粗糙的目的是有效消耗水流的余能；抗沖為的是保護河床；透水為的是消除底面的滲透壓力；而柔韌的目的是使海漫能適應(yīng)河床的變形。第三節(jié)第三節(jié) 水閘的消能防沖水閘的消能防沖 布置： 水平海漫：下游河床局部沖刷大。 適用于下游河床抗沖能力較強的情況 傾斜海漫：傾斜段坡度以1：61：10為宜 前面段水平，后面段傾斜，傾斜底坡圖圖7-12 海漫布置示意圖海漫布置示意圖第三節(jié)第三節(jié) 水閘的消能防沖水閘的消能防沖第三節(jié)第三節(jié) 水閘的消能防沖水閘的消能防沖根據(jù)水流流速選擇：混凝土海漫 ； 干砌塊石 3 m /s 漿砌塊石 3 6 m /s圖圖 713 海漫構(gòu)造圖（單位：海漫構(gòu)造

27、圖（單位：cm）厚cm5030 通過水躍后的親動余能是逐漸向下游衰減的，海漫結(jié)構(gòu)強度也應(yīng)該相應(yīng)逐漸減弱。在前段約14左右，海漫通常采用漿砌塊石或混凝土板結(jié)構(gòu)，余下的后段常用于砌塊石結(jié)構(gòu)。 大、中型水閘的于砌塊石海漫，均用漿砌塊石或混凝土格埂分塊圍護起來，格埂的間距為1015m斷面尺寸約40cm60cm。第三節(jié)第三節(jié) 水閘的消能防沖水閘的消能防沖 端頂面高程與尾檻齊平或低于尾檻值，末端海漫頂面高程宜： 海漫下應(yīng)設(shè)砂礫、碎石等墊層，以防止?jié)B透水流帶走基土。墊層層厚為1015cm，下鋪200350g/m3的土工布12層；同時在海漫上設(shè)置排水通道。h 海漫末端水深 q 海漫末端單寬流量 v 渠道河床土

28、質(zhì)不沖流速vqh 第三節(jié)第三節(jié) 水閘的消能防沖水閘的消能防沖 采用線寬式梯形斷面，槽頂和槽底高程差一般取1.0 1.5。 面積 防沖槽頂面以下的沖刷深度 蓋護護面原度 m 堆石形成邊坡系數(shù) 海漫河床可能沖刷深度 粘性土河床 ： 砂性土河床 ： 01 . 1mpqh 21mdWmmd第三節(jié)第三節(jié) 水閘的消能防沖水閘的消能防沖第三節(jié)第三節(jié) 水閘的消能防沖水閘的消能防沖 對于沖刷深度較小的水閘，可采用12m深的防沖齒墻（渠系小型水閘可更小些，大于凍層深度即可），以代替防沖槽，見圖814（b）。 對于沖刷深度很大的水閘，建議采用板樁或地下連續(xù)墻，見圖815來阻止沖刷坑向消力池方向推進，板樁或地下連續(xù)墻

29、的深度不應(yīng)小于3倍的（dm）。圖圖7-15 地下連續(xù)墻示意圖地下連續(xù)墻示意圖 目的： 正確地選擇地下輪廊、設(shè)計防滲、排水設(shè)施的型式、布置、構(gòu)造尺寸。 計算滲透壓力，供閘室穩(wěn)定分析時使用；計算滲透坡降，用以驗算地基土抗?jié)B穩(wěn)定性。 任務(wù)： 經(jīng)濟合理地確定地下廊線的型 式和尺寸，尋求減小或消除滲透水流不利影響的必要和可靠的措施。第四節(jié)第四節(jié) 水閘防滲設(shè)計水閘防滲設(shè)計 定義 設(shè)計步驟 防滲長度確定 各種地基的地下輪廓布置第四節(jié)第四節(jié) 水閘防滲設(shè)計水閘防滲設(shè)計第四節(jié)第四節(jié) 水閘防滲設(shè)計水閘防滲設(shè)計 水閘閘底與地基上的接觸部分，由不透水部分和透水部分組成。 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11就

30、是地下輪廓線的不透水部分。 根據(jù)水閘的上下游水頭差大小和地基質(zhì)條件選擇地下輪廓線的形狀和尺寸。 選用適當(dāng)?shù)姆椒▽δM的布置方案進行滲流計算，求出閘岸揚受的滲透壓力以及滲透坡降。 驗算閘基及地基穩(wěn)定性，包括地基土的抗?jié)B穩(wěn)定性。第四節(jié)第四節(jié) 水閘防滲設(shè)計水閘防滲設(shè)計 采用滲流系數(shù)法，該法認為當(dāng)?shù)鼗刭|(zhì)條件確定時，必要的防滲長度L與閘的上、下游水位差H成正比關(guān)系，比例常數(shù)即為滲流系數(shù)C。 L = CHH與地基地質(zhì)及滲流出口處有無反濾層有關(guān)，見 表8-6。第四節(jié)第四節(jié) 水閘防滲設(shè)計水閘防滲設(shè)計 布置原則： 高防低排（上 、下排） 即在高水位一側(cè)布置防滲設(shè)施，延長滲徑，低水位一側(cè)設(shè)置面層排水，排滲管等設(shè)

31、施，使地基水盡快地滲出。 粘性土地基： 主要降低滲透壓力 平輔式布置： 上游設(shè)防滲輔蓋，下游滲流出口設(shè)反濾層。 砂性土地基：鋪蓋與板樁相結(jié)合布置型式。 粉砂地基： 封閉式布置，上、下游均用板樁。 多層土地基： 平面與垂直防滲相結(jié)合。第四節(jié)第四節(jié) 水閘防滲設(shè)計水閘防滲設(shè)計第四節(jié)第四節(jié) 水閘防滲設(shè)計水閘防滲設(shè)計圖7-17 閘基地下輪廓線地布置（a）粘性土閘基； （b）粘性土閘基下含有承壓透水層（c）砂層厚度較深時；（d）砂層厚度較淺時；（e）易液化粉細砂土地基 目的： 求解閘底板所受的滲透壓力、滲透坡降，驗算地基土在初步擬定的地下輪廓線下的抗?jié)B穩(wěn)定性。 計算方法： 1、巖基上采用全截面直線分布法

32、2、土基上的計算方法有理論計算法、電模擬試驗法和近似計算法。規(guī)范采用直線比例法和改進阻力系數(shù)法。第四節(jié)第四節(jié) 水閘防滲設(shè)計水閘防滲設(shè)計（一）全截面直線分布法1、當(dāng)巖基上水閘閘基未設(shè)水泥灌漿帷幕和排水孔時，閘底板底面上的滲透壓強的分布圖形為三角形。2、當(dāng)巖基上水閘閘基設(shè)有水泥灌漿帷幕和排水孔時，閘底板底面上的滲透壓強的分布圖形，滲透壓強不再呈直線分布，而是在排水孔中心線處有一個折點，此處的滲透壓強為（H-hs), 為滲透壓力強度系數(shù)，可取用0.25第四節(jié)第四節(jié) 水閘防滲設(shè)計水閘防滲設(shè)計 方法： 直線比例法： 流網(wǎng)法 改進阻力系數(shù)法第四節(jié)第四節(jié) 水閘防滲設(shè)計水閘防滲設(shè)計 對于地下輪廓比較簡單，地基

33、又不復(fù)雜的中、小型工程，可考慮采用直線法。 直線比例法是假定滲流沿地下輪廓流動時，水頭損失沿程按直線變化，求地下輪廓各點的滲透壓力。直線比例法有勃萊法和萊因法兩種。第四節(jié)第四節(jié) 水閘防滲設(shè)計水閘防滲設(shè)計 如圖（a）所示，地下輪廓予以展開，按比例繪一直線，在滲流開始點1作一長度為H的垂線，并由垂線頂點用直線和滲流逸出點8相連，即得地下輪廓展開成直線后的滲透壓力分布圖。任一點的滲透壓力hx，如圖（c）所示，可按比例求得：xLHhx第四節(jié)第四節(jié) 水閘防滲設(shè)計水閘防滲設(shè)計 根據(jù)工程實現(xiàn)，萊因法認為水流在水平方向流動和垂直向流動，消能的效果是不一樣的，后著為前者的三倍。在防滲長度展開為一直線時，應(yīng)將水平

34、滲徑除以3，再與垂直滲徑相加，即得折算后的防滲長度，然后按直線比例法求得各點滲透壓力，如圖（d）所示。第四節(jié)第四節(jié) 水閘防滲設(shè)計水閘防滲設(shè)計 基本原理和繪制方法 對于邊界條件復(fù)雜的滲流場，很難求得精確的滲流理論解，工程上往往利用流網(wǎng)法解決任一點滲流要素。流網(wǎng)的繪制可以通過實驗或圖解來完成。前者運用大型水閘復(fù)雜的地下輪廓和土基，后者運用于均質(zhì)地基上的水閘，既簡便迅速，又有足夠的精度。第四節(jié)第四節(jié) 水閘防滲設(shè)計水閘防滲設(shè)計閘基滲流的邊界條件確定方法：地下輪廓線作為第一條流線；地基中埋深較淺的不透水層表面作為最后一條流線。如果透水層很深，可認為滲流區(qū)的下部邊界線為半圓弧線，該弧線的圓心位于地下輪廓線

35、水平投影的中心，半徑是地下輪廓線水平投影長度的1.5倍。第四節(jié)第四節(jié) 水閘防滲設(shè)計水閘防滲設(shè)計設(shè)置板樁時，則半徑應(yīng)為地下輪廓線垂直投影的3倍，與前者比較，取其中較大值。滲流入滲的上游河床是第一條等勢線；滲流出口處的反濾層或墊層是最后一條等勢線。計算滲流要素：滲透壓力：滲透坡降、滲透流速、滲透流量第四節(jié)第四節(jié) 水閘防滲設(shè)計水閘防滲設(shè)計 基本原理 計算步驟 分段 地基有效深度 計算分段水頭損失 進、出口段水頭損失值和滲透壓力分布圖的局部修正。 下游出處的平均坡降J0第四節(jié)第四節(jié) 水閘防滲設(shè)計水閘防滲設(shè)計改進阻力系數(shù)法是在阻力系數(shù)法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，這兩種方法的基本原理非常相似。主要區(qū)別是改進阻力

36、系數(shù)法的滲流區(qū)劃分比阻力系數(shù)法多，在進出口局部修正方面考慮得更詳細些。因此，改進阻力系數(shù)是一種精度較高的近似計算方法。 第四節(jié)第四節(jié) 水閘防滲設(shè)計水閘防滲設(shè)計 矩形滲流區(qū)： 設(shè) ， 則 把具有復(fù)雜地下輪廓的滲流區(qū)域分成若干簡單的段，對每個分段進行求解，求出各分段的阻力系數(shù)累加求得解答。KqTLhTLhkqLTTLkqh第四節(jié)第四節(jié) 水閘防滲設(shè)計水閘防滲設(shè)計 簡化： 把地下輪廓線簡化成只有垂直和水平防滲兩部分 分段： 把地下輪廓線分成三種區(qū)段 進出口段 內(nèi)部垂直段 內(nèi)部水平段第四節(jié)第四節(jié) 水閘防滲設(shè)計水閘防滲設(shè)計 水閘的地下輪廓常可歸納為三種基本流段，即進出口段、內(nèi)部鉛直段和水平段， 1）進、出

37、口段的阻力系數(shù)可按下式計算： （7-23） 式中 S板樁或齒墻的如土深度（m）； T地基透水層深度（m）。 2）內(nèi)部垂直段的阻力系數(shù)按下式計算： （7-24） 3）水平段的阻力系數(shù)x按下式計算： 441. 0)(5 . 15 . 10TS)1 (4ln2TSctgy0)(7 . 021TSSLx第四節(jié)第四節(jié) 水閘防滲設(shè)計水閘防滲設(shè)計 有效深度Te和實用深度 Tp相比較取大值。 Te計算： L0/ S05時 Te = 0.5 L0 L0/ S0 5時 L0地下輪廓線水平投影長度。 S0地下輪廓線垂直投影長度。第四節(jié)第四節(jié) 水閘防滲設(shè)計水閘防滲設(shè)計 出進口段水頭損失修正值： h0h0 h0 未修正

38、時計算值 h0修正后水頭損失值 修正系數(shù) = S底板埋深與板樁入土深度之和 T板樁另一側(cè)地基透水深度 當(dāng)1時，不需要修正 當(dāng) 1時,需要修正 修正值 修正長度THhanii1)059.0()(12121.12TSTT000)1 (hhhh第四節(jié)第四節(jié) 水閘防滲設(shè)計水閘防滲設(shè)計 砂礫石管破壞允許坡降 J Pf 小于 df 的土粒百分數(shù)含量。 d f 閘基最大粒徑。21(47nPKddJfff05shJ85153 . 1dddf第四節(jié)第四節(jié) 水閘防滲設(shè)計水閘防滲設(shè)計 類型： 水平防滲設(shè)備：鋪蓋 垂直防滲設(shè)備：齒墻、板樁和防滲墻等 鋪蓋 板樁 齒墻 排水體與反濾層 目的：改善排水為了繼續(xù)降壓，并將滲

39、流安全地導(dǎo)向下游。 型式：平鋪式。 材料：透水性強的粗砂、卵石。第四節(jié)第四節(jié) 水閘防滲設(shè)計水閘防滲設(shè)計 作用： 鋪蓋前端或室底板上游端時，降低滲透壓力，設(shè)在閘室底板下游側(cè)的矩板主要為減小出口處的滲透壓力。 布置： 入土角度為閘上水頭（0.6 1.0）倍。 材料： 木、竹、砼、鋼筋混凝土。第四節(jié)第四節(jié) 水閘防滲設(shè)計水閘防滲設(shè)計6.506.90第四節(jié)第四節(jié) 水閘防滲設(shè)計水閘防滲設(shè)計 內(nèi)容： 閘室結(jié)構(gòu)布置包括底板、閘墩、胸墻、閘門、工作橋和交通橋等部分，結(jié)構(gòu)和尺寸的初步確定。 原則： 安全、穩(wěn)定、適用、經(jīng)濟。 底板布置包括底板型式選擇，順?biāo)鏖L度及厚度，分縫確定 型式： 外形分： 閘墩與底板連接型式

40、分： 順?biāo)鞣较蜷L度：第五節(jié)第五節(jié) 閘室的布置和構(gòu)造閘室的布置和構(gòu)造 外形分：平底板、折線底板、反拱底板 平底板采用較多（優(yōu)先選用） 折線底板從結(jié)構(gòu)型式上看屬于平底板一類,只有當(dāng)閘室高度不大,上、下游河床。 高差大時采用。 反拱底板，利用拱受壓特點，較好地利用了材料的性能，但對地基不均勻沉降有溫度變化較為敏感，且構(gòu)造復(fù)雜，計算，施工較繁，故應(yīng)用較少。目前僅跨度小于6m閘中有采用。 第五節(jié)第五節(jié) 閘室的布置和構(gòu)造閘室的布置和構(gòu)造 閘室底板在閘墩附近設(shè)縫斷開，縫中應(yīng)設(shè)止水，閘孔部分底板小底板，另一部分叫閘墩底板。閘墩及其上部結(jié)構(gòu)的荷載通過閘墩底板傳給地基，基底壓力較大， 一般建于中等密實以上，承載

41、能力較大地基，原則要進行地基處理。小底板厚度按自重抗浮穩(wěn)定計算確定，通縫式小底板厚度較大，反式小底板則厚度可以減小。 閘墩與底板砌石筑成整體時即成為整體式底板，不過為適應(yīng)不均勻沉陷及地基溫度變化，多孔水閘沿軸線每隔一定距離用縫分開。第五節(jié)第五節(jié) 閘室的布置和構(gòu)造閘室的布置和構(gòu)造 縫距20m（巖基），30m（土巖），縫寬22.5m，并設(shè)止水將縫設(shè)在墩中間，地基條件差一些。 縫設(shè)在底板中間：地基條件好一些，底板厚度：閘孔凈寬1/51/8 12.0m. 小型水閘:0.4m第五節(jié)第五節(jié) 閘室的布置和構(gòu)造閘室的布置和構(gòu)造第五節(jié)第五節(jié) 閘室的布置和構(gòu)造閘室的布置和構(gòu)造 按照二種方法擬定: 滿足閘墩、胸墻、

42、閘門和交通橋等上部結(jié)構(gòu)布置的需要。 參考土建工程，選定底板寬度：水頭愈大，地質(zhì)條件愈差，底板孔愈長。 (1.52.5)H B = ( H + hc + a ) ( 1 + 0.1H) H上游最大水深 H 上游最大水深時上、下游水位差：hc波浪高； a安全超高； 地基土質(zhì)影響系數(shù)。第五節(jié)第五節(jié) 閘室的布置和構(gòu)造閘室的布置和構(gòu)造閘 墩作用：分隔閘孔，支承閘以及上部結(jié)構(gòu)。材料：砼或漿砌石。外形輪廊：過閘水流平順，側(cè)向收縮小，以加大過水能力。 分方形、三角形、半圓形、流線形。高程：上游高出最高水位并有一定超高。長度：與閘底板順?biāo)鏖L度相同。上、下游側(cè)：鉛直或10:1:1豎坡。閘墩厚度：滿足強度，穩(wěn)定要

43、求，決定于工作門槽深度和門 槽頸部厚度。 門槽頸部厚度最小值為0.5m 門槽深0.3m 槽寬0.51.0 縫墩：1.21.5檢修門槽與工作門槽之間須保持1.5 2.0m凈距。 胸墻與檢修門槽之間也應(yīng)留足1.0m以上的間距。第五節(jié)第五節(jié) 閘室的布置和構(gòu)造閘室的布置和構(gòu)造第五節(jié)第五節(jié) 閘室的布置和構(gòu)造閘室的布置和構(gòu)造 作用：減少閘的高度，減輕立門重和降低對啟閉機重量的要求。 位置：門前、門后、閘的緊靠胸墻，使止設(shè)備簡單，且止水效果好而簡單。 高程：頂與閘墩齊平。 底：堰頂高程堰頂下游水深 (0.2m)。 材料：砼。 結(jié)構(gòu)：板、板梁。 與閘墩連接：墩接、簡支。第五節(jié)第五節(jié) 閘室的布置和構(gòu)造閘室的布置和構(gòu)造 作用：設(shè)置啟閉機和管理人員操作啟閉設(shè)備之用。 橋高度：保證閘的開啟后不影響匯放最大流量，同時要有利于將閘門從閘孔中取出檢修。 橋高度約為門高的兩倍加上1.0 1.5m 或 h = h1+ h