水利工程之水閘設(shè)計(jì)講義

水閘概述水閘的類型水閘的組成及構(gòu)造水閘的孔口尺寸閘室的安全和地基處理消能防沖閘下防滲與閘室結(jié)構(gòu)兩岸連接建筑物其他閘壩建筑物概述所謂水閘，就是修建在河道、渠道或湖、?？?，利用閘門控制流量和調(diào)節(jié)水位的水工建筑物。中國(guó)修建水閘的歷史悠久。公元前598～前591年,楚令尹孫叔敖在今安徽省壽縣建芍陂灌區(qū)時(shí),即設(shè)五個(gè)閘門引水。以后隨建閘技術(shù)的提高和建筑材料新品種的出現(xiàn)，水閘建設(shè)也日益增多。1949年后大規(guī)?，F(xiàn)代化水閘的建設(shè),在中國(guó)普遍興起,并積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。水閘是調(diào)節(jié)水位、控制流量的低水頭水工建筑物，主要依靠閘門控制水流，具有擋水和泄（引）水的雙重功能，關(guān)閉閘門，可以攔洪、擋潮、抬高水位，以滿足上游取水或通航的需要；開(kāi)啟閘門，可以泄洪、排澇、沖沙、取水或根據(jù)下游用水需要調(diào)節(jié)流量。水閘多建在平原地區(qū)，其功能是兼顧防洪、取水、排水、航運(yùn)和發(fā)電，是綜合水利工程。水閘的類型1.按水閘所承擔(dān)的任務(wù)分類:節(jié)制閘、進(jìn)水閘、分洪閘、排水閘、擋潮閘、排沙閘、排冰閘、排污閘等。如圖節(jié)制閘（或攔河閘）：攔河或在渠道上建造。枯水期用以攔截河道，抬高水位，以利上游取水或航運(yùn)要求；洪水期則開(kāi)閘泄洪，控制下泄流量。位于河道上的節(jié)制閘稱為攔河閘。進(jìn)水閘：建在河道、水庫(kù)或湖泊的岸邊，用來(lái)控制引水流量，以滿足灌溉、發(fā)電或供水的需要。進(jìn)水閘又稱取水閘或渠首閘。分洪閘：常建于河道的一側(cè)，用來(lái)將超過(guò)下游河道安全泄量的洪水泄入預(yù)定的湖泊、洼地，及時(shí)削減洪峰，保證下游河道的安全。排水閘：常建于江河沿岸，外河水位上漲時(shí)關(guān)閘以防外水倒灌，外河水位下降時(shí)開(kāi)閘排水，排除兩岸低洼地區(qū)的澇漬。該閘具有雙向擋水，有時(shí)雙向過(guò)流的特點(diǎn)。擋潮閘：建在入海河口附近，漲潮時(shí)關(guān)閘不使海水沿河上溯，退潮時(shí)開(kāi)閘泄水。擋潮閘具有雙向擋水的特點(diǎn)。排沙閘、排冰閘、排污閘：為排除泥沙、冰塊、漂浮物等而設(shè)置的。2.按閘室結(jié)構(gòu)形式分類開(kāi)敞式水閘：閘室上面不填土封閉的水閘。一般有泄洪、排水、過(guò)木等要求時(shí)，多采用不帶胸墻的開(kāi)敞式水閘，多用于攔河閘、排冰閘等；當(dāng)上游水位變幅大，而下泄流量又有限制時(shí)，為避免閘門過(guò)高，常采用帶胸墻的開(kāi)敞式水閘，如進(jìn)水閘、排水閘、擋潮閘多用這種形式。涵洞式水閘：閘（洞）身上面填土封閉的水閘，又稱封閉式水閘。涵洞式水閘常用于穿堤取水或排水的水閘。洞內(nèi)水流可以是有壓的或者是無(wú)壓的。水閘的組成及構(gòu)造水閘的主體是閘室。此外，閘室上，下游都需要有連接段與河道連接。如圖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(hù)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(hù)底17—上、下游護(hù)坡。1.上游聯(lián)接段：主要作用是引導(dǎo)水流平穩(wěn)地進(jìn)入閘室，同時(shí)起防沖、防滲、擋土等作用。一般包括上游翼墻、鋪蓋、護(hù)底、兩岸護(hù)坡及上游防沖槽等。上游翼墻的作用是引導(dǎo)水流平順地進(jìn)入閘孔并起側(cè)向防滲作用。鋪蓋主要起防滲作用，其表面應(yīng)滿足抗沖要求。護(hù)坡、護(hù)底和上游防沖槽（齒墻）是保護(hù)兩岸土質(zhì)、河床及鋪蓋頭部不受沖刷。2.閘室段：是水閘的主體部分，通常包括底板、閘墩、閘門、胸墻、工作橋及交通橋等。底板是閘室的基礎(chǔ)，承受閘室全部荷載，并較均勻地傳給地基，此外，還有防沖、防滲等作用。閘墩的作用是分隔閘孔并支承閘門、工作橋等上部結(jié)構(gòu)。閘門的作用是擋水和控制下泄水流。工作橋供安置啟閉機(jī)和工作人員操作之用。交通橋的作用是連接兩岸交通。3.下游聯(lián)接段：具有消能和擴(kuò)散水流的作用。一般包括護(hù)坦、海漫、下游防沖槽、下游翼墻及護(hù)坡等。下游翼墻引導(dǎo)水流均勻擴(kuò)散兼有防沖及側(cè)向防滲等作用。護(hù)坦具有消能防沖作用。海漫的作用是進(jìn)一步消除護(hù)坦出流的剩余動(dòng)能、擴(kuò)散水流、調(diào)整流速分布、防止河床受沖。下游防沖槽是海漫末端的防護(hù)設(shè)施，避免沖刷向上游擴(kuò)展。水閘的孔口尺寸1.概述：水閘的孔口尺寸主要是指確定水閘在垂直水流方向的孔口寬度，包括單孔凈寬b、孔口數(shù)量n閘墩厚度b`。水閘的過(guò)流前緣總寬度B`=nb+（n-1）b`，孔口過(guò)流凈寬度B=nb。水閘孔口尺寸的大小應(yīng)該滿足其承擔(dān)的任務(wù)。即，水閘應(yīng)該有足夠的過(guò)流能力。為了減少工程量，在滿足工程任務(wù)的前提下，水閘總是盡可能減少垂直水流方向的閘室寬度。2.水閘孔口設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容確定閘孔型式擬定閘底板高程（即堰頂高程）計(jì)算孔口尺寸及溢流前沿總寬泄流能力驗(yàn)算①.水閘的閘孔型式（開(kāi)敞式）

根據(jù)水流流態(tài)分:堰流式,孔流式圖9-5

堰流式閘孔

圖9-6

孔流式閘孔②根據(jù)結(jié)構(gòu)型式分（1）寬頂堰：2.5H<堰頂厚度δ<4H或無(wú)坎，常用于平原地區(qū)，自由泄流范圍大且穩(wěn)定；施工簡(jiǎn)單；流量系數(shù)m較小，易產(chǎn)生波狀水躍。

（2）實(shí)用堰：0.67H<堰頂厚度δ<2.5H，常用于上游水位允許有較大雍高的山區(qū)，自由泄流時(shí)流量系數(shù)m較大，流量Q受下游水位影響較大。（3）胸墻式：用于上游水位變幅較大時(shí)；可減小閘門及工作橋高度，增加閘室剛度；不利于排冰排污和通航。

閘室的安全和地基處理閘室安全問(wèn)題包括沿閘底板平面的抗滑穩(wěn)定、地基承載里和不均勻沉降。水閘基礎(chǔ)分為粘性土和砂性土。砂性土地基的承載力和抗摩擦習(xí)俗一般能滿足要求，地基處理的重點(diǎn)是解決閘下防滲問(wèn)題。粘性土地基，包括淤泥、軟粘土，地基處理的重點(diǎn)是加速固結(jié)，提高承載力和抗摩擦系數(shù)。軟土地基有以下的幾種處理方法：換土墊層強(qiáng)夯法沉井法預(yù)壓加固振沖樁法樁基礎(chǔ)高壓旋噴灌漿法消能防沖水閘泄水時(shí)，部分勢(shì)能轉(zhuǎn)為動(dòng)能，流速增大，具有較強(qiáng)的沖刷能力，而土質(zhì)河床一般抗沖能力較低。因此，為了保證水閘的安全運(yùn)行，必須采取適當(dāng)?shù)南芊罌_措施。要設(shè)計(jì)好水閘的消能防沖措施，應(yīng)先了解過(guò)閘水流的特點(diǎn)，進(jìn)而采取妥善的防范措施。水閘開(kāi)閘泄水時(shí)，下游河道都會(huì)被沖刷，其原因很多：1.過(guò)閘水流經(jīng)過(guò)閘孔被縮窄，水流流速增大，加大了沖刷的條件。2.水閘流量比較集中，單寬流量加大，在上下游有較大水差的情況下，過(guò)閘水流有較大的功能，加大了河道沖刷。3.平原河道的河床土質(zhì)較差，容易被水流沖刷。4.水閘設(shè)計(jì)總體平面布置不合理或閘門操作控制不當(dāng)引起水流有害的沖刷。水流的主要特征有波狀水流和折沖水流，其對(duì)河道沖刷嚴(yán)重。防沖要自求要選擇常合理的跡消能防偵沖措施罪，并與神下游河軋道有良救好的銜碑接，滿缸足在各蒙種水力曉情況下傍消散動(dòng)駱能與均憶勻擴(kuò)散伯水流的酬要求。合理布陸置水閘體總體平雁面，以耗利于水?dāng)y流擴(kuò)散捐，避免鳳或減輕磁回流的過(guò)影響。制定念合理符的閘所門操吼作調(diào)和度制辜度，嘴杜絕放人為盼不當(dāng)遣操作犯。水閘的劈燕消能防螞沖措施哥包括：被選擇合纖適的過(guò)情閘單寬肉流量；省選擇合洪理的消搏能方式收及措施追，采取薯必要的笑防沖措秋施。水饞閘的消伐能防沖誘措施主拖要由建想在閘室勝下游的滿消力池騎、輔助萬(wàn)消能工接、海漫扎、防沖賊漕及下吩游翼墻桶組成。1.水閘衰的消鳴能方炕式：您底流鹿消能工是一護(hù)種通秒過(guò)在際閘下某產(chǎn)生蓋一定肆淹沒(méi)停度的痕水躍危來(lái)保提護(hù)河構(gòu)床免憶遭沖可刷的溜消能椒方式館。2.消力池野：消力駛池的作彎用是增狹加下游出水深，副保證水敬流形成熄淹沒(méi)式非水躍，向以達(dá)到差消能的恥目的。3.輔助征消能衣工：蔽除設(shè)報(bào)消力捎池外融，在已消力擁池中暫還可旱設(shè)消笨力齒辛、消煤力墩環(huán)等輔勿助消肅能工革。4.海漫但緊接臟消力扭池后虹，應(yīng)唐設(shè)海留漫護(hù)舌底，罷并進(jìn)妖一步稈消減故余能沙，使逮水流跑均勻掌擴(kuò)散壇，調(diào)殖整流源速分芒布，扶保護(hù)廟河床側(cè)免受址沖刷況。5.防沖漕欣及防沖之墻：為臥了保護(hù)栽河漫，向防止沖壯刷向上窗游擴(kuò)張慈，常在騙海漫末傲端設(shè)置悉防沖漕啊或是防陵沖墻加田固。6.護(hù)底罰與護(hù)籃坡：腥在上乒下游閑連接優(yōu)段多罩采用仍砌石脹護(hù)底測(cè)、護(hù)賽坡。7.波狀疤水躍遵、折鍵沖水關(guān)躍水農(nóng)流的型防治太措施火。8.閘門控應(yīng)制調(diào)度偶方案：申設(shè)計(jì)工壤程師設(shè)泡計(jì)水閘畏，要根對(duì)據(jù)水力煙設(shè)計(jì)調(diào)耽試結(jié)果激或水工澤模型試慶驗(yàn)成果研，制定倉(cāng)閘門方鼻式，規(guī)梅定閘門銳的啟閉妨順序和堂開(kāi)度，啦嚴(yán)格操熄作。閘下蓬防滲迎與閘今室結(jié)座構(gòu)水閘的初防滲排科水設(shè)施坡。水閘摩的防滲當(dāng)設(shè)施主哄要是指深在水閘伐中起到謊防滲作演用的水斜平防滲馳體（如括鋪蓋）蒙、垂直宗防滲體塌（如板濟(jì)樁、防泥滲墻和揉齒墻）秀等，排帶水設(shè)施爺主要是文指鋪設(shè)燒在下游俯護(hù)坦、很漿砌石粉海漫底炸部或閘遲室板下者游段起授導(dǎo)滲（卵反濾、萍排水）敲作用的廊沙礫石期層。防滲排蜻水設(shè)施蝕的布置通形式，麗都是以乳承受單培向水流龍的水閘乞來(lái)進(jìn)行缺布置的杯。對(duì)于環(huán)平原地出區(qū)的排旦水閘及贈(zèng)海邊的目擋潮閘候，一般飼是雙向忙過(guò)水的扁水閘，劍應(yīng)以水瞇位差較柴大的一依向?yàn)橹黝i進(jìn)行雙口向防滲缺排水設(shè)積施。水閘脾的防追滲設(shè)憂施有乖：1.水平鋪沸蓋：鋪暮蓋是工閱程中最斑常見(jiàn)的撿水平防頑滲設(shè)施谷，一般懂是平鋪務(wù)布置在菌緊靠閘太室上游揮的河床菊上，它喂不能阻住止?jié)B流曉在閘基辭下通過(guò)鍬，但它須可以延摘長(zhǎng)滲徑謀，用以必降低滲抬透壓力屯和滲流金坡降，員同時(shí)具扔有防沖眼作用。2.板樁：跳板樁是磁垂直防始滲的措救施之一添，一般潔設(shè)置在腹閘底板旱的上游燥端，將徐板樁并獻(xiàn)排打入景閘基形彈成一道寇防滲墻祥，在垂堤直方向肯延長(zhǎng)滲斑徑。垂嫌直防滲硬的效果棵比水平永防滲效蓮果好。3.地下叼防滲嚷墻：肺是一到種不蒙用模決板在旱地下戚建造論的防虹滲墻胖，具堤有截懲水、昂防滲往、承毒重和骨擋土焦的多眼種作賊用，黑其優(yōu)肅點(diǎn)是時(shí)整體狗性好殊，防活滲效簽果好準(zhǔn)、適霉用各賞種地絮質(zhì)條下件、講對(duì)沉短降及輕變位怕易于篇控制飯，缺煌點(diǎn)是弟挖槽研的廢穴泥漿濕污染沖環(huán)境題，可療能引沿起槽垮壁坍冠塌、課造價(jià)冶高。4.齒墻獄：齒柿墻一鋸般設(shè)際置在方閘室名底板洪的上付、下純游端律，齒菌墻深非度一線般為0.5葉~2.稈0m。上酬游齒樹(shù)墻的狂作用萌是降爬低在針閘底輛板上尚的滲憂透壓鼻力，危下游捆端齒臘墻是啞減少趟出逸嚼坡降垂，有趙助于挨防止減地基泡土產(chǎn)理生滲凱透變雨形。5.垂直治土工騙膜：林是一慈種垂霜直防癢滲的犧設(shè)施膽之一謀。閘室是難水閘的奇主體部玩分。開(kāi)喘敞式水譯閘閘室如由底板歡、閘墩干、閘門患、工作砌橋和交糧通橋等肆組成，親有的還汪設(shè)有胸勒墻。閘顧室的結(jié)振構(gòu)形式癢、布置絡(luò)和構(gòu)造眉，應(yīng)在執(zhí)保證穩(wěn)去定的前炮提下，乳盡量做奮到輕型瀉化、整興體性好抬、剛性?shī)W大、布撞置勻稱緩，并進(jìn)究行合理?yè)舻姆挚p績(jī)分塊，膏使作用偽在地基擋單位面自積上的叮荷載較殿小，較嘉均勻，蹲并能適泡應(yīng)地基漢可能的煙沉降變卷形。兩岸業(yè)連接甚建筑輸物水閘熊的岸固墻和吸翼墻獄通常忠稱為甩兩岸登連接太建筑交物。離當(dāng)水盛閘與歪河岸隱或土?xí)瀴蔚拳h(huán)連接門時(shí)，遮需設(shè)探置這茂種專倆門的滴連接隊(duì)建筑籃物。培直接小擋住搬河道箱兩岸江坡填佩土的囑擋土現(xiàn)墻叫講翼墻路，在猶水閘乎邊墩柄之后儉的擋辯土墻接叫岸庭墻。蒼其作隸用如萄下：1.擋住兩鳳岸坡的吐填土，倦保證河娃岸填土居的穩(wěn)定鬼及免遭脈受河流偵的沖刷既。2.引導(dǎo)水腥流平順粗進(jìn)閘，者并使出叮閘水流壞均勻擴(kuò)殼散。3.控制喜繞過(guò)騾閘室專兩側(cè)菊的滲趟流，褲防止視兩岸艙土壤做或土住壩發(fā)稅生滲階流變仙形。4.軟弱地與基上的末岸墻可液以減少援兩岸地炸基沉降蛇對(duì)閘室爆結(jié)構(gòu)的勺不利影呢響。其他如閘壩貢建筑場(chǎng)物在低羨水頭樂(lè)的閘底壩工字程中序，除古了普并通水魔閘外捕，還叢有其街他類目型的魂水壩葬。例換如橡給膠壩片。橡膠站壩，跑