有關(guān)水閘建筑結(jié)構(gòu)問題研究

有關(guān)水閘建筑結(jié)構(gòu)問題研究

摘要：水閘是一種低水頭擋水兼泄水的水工建筑物，依靠可以升降啟閉的閘門控制水位、調(diào)節(jié)流量，在防洪、灌溉、排水、航運、發(fā)電等水利工程中應(yīng)用的十分廣泛。

關(guān)鍵詞：水利工程；水閘；建筑；結(jié)構(gòu)

一、水閘的類型水閘既可依其所擔(dān)負(fù)的任務(wù)劃分類型，也可按閘室的結(jié)構(gòu)型式分類。水閘按其擔(dān)負(fù)的任務(wù)，可以分為節(jié)制閘、進水閘、排水閘、分洪閘和擋潮閘等。

節(jié)制閘(或稱攔河閘)。一般攔河建造。

枯水期借以抬高水位，以利取水和上游航運；洪水期用以控制下泄流量。此外，在灌溉渠系上位于干、支渠分水口附近的水閘，也叫節(jié)制閘。

進水閘(或稱取水閘)、建在河道、水庫或湖泊的岸邊，用來引水灌溉、發(fā)電或其它進水需要和控制流量。因其通常在渠道的首部，故又稱渠首閘。

排水閘。常位于江河沿岸。當(dāng)外河水位上漲時可以關(guān)閘，防止洪水倒灌；當(dāng)水位退落時即行開閘排除漬水。由于它既要排除洼地積水，又要擋住較高的外河水位，所以，閘底板較低而閘身較高，并承受雙向水頭的作用。渠道上排水閘應(yīng)設(shè)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閘，還兼有沖沙閘的作用。

分洪閘。常建于河道的一側(cè)，用以分泄天然河道所不能容納的多余洪水進入湖泊、洼地，及時削減洪峰，保證下游河道安全。待河水位降落時，再由洼地或湖泊下游的排水閘泄出。這類水閘的特點是，泄洪能力強，分洪及時。如荊江分洪工程，就是防止長江水患保障江漢平原安全的分洪閘。

擋潮閘。建在河流人海的河口地段，以防止海水倒灌。由于擋潮閘在漲潮時關(guān)閘，阻擋海水倒灌，退潮時開閘放水，所以其工作特點是受雙向水頭作用，且操作頻繁。

水閘按其閘室結(jié)構(gòu)型式可分為開敞式、胸墻式、涵閘式及浮體式等四種，前三種的閘門都需要設(shè)有專門的啟閉設(shè)備，而浮體閘則用水力操作，無需啟閉設(shè)備。

對要求迅速排泄洪水、冰塊或其它漂浮物的閘，大都采用開敞式。胸墻式一般用于上游水位變幅較大，水閘凈寬又為低水位過流所控制，在高水位時尚需用閘門控制泄流量的閘，如灌溉取水閘、排水閘及擋潮閘等。涵洞式一般用于擋水位較高、引水流量工程建筑安全與地質(zhì)災(zāi)害的機理與防治受低水位控制，或穿堤取水、排水等情況。浮體式一般只應(yīng)用在泥沙少、水深較淺及不結(jié)冰的河流或渠道上。

二、水閘的組成部分及其作用水閘一般由三部分組成，即閘室、上游連接段和下游連接段。

閘室。閘室是水閘的主體，起著控制水流和連接兩岸的作用，包括閘門、閘墩、底板、工作橋、交通橋等幾個部分。底板是閘室的基礎(chǔ)。閘室的穩(wěn)定主要由底板與地基間的摩擦力來維持，同時還起著防沖和防滲的作用。閘門則用于控制水流。閘墩的作用主要是分隔閘孔，支承閘門。在閘墩上建有裝置閘門啟閉設(shè)備的工作橋和滿足交通需要的交通橋。

上游連接段。上游連接段處于水流采用激勵機制加強企業(yè)建筑工程管理行近區(qū)，其主要作用是引導(dǎo)水流平穩(wěn)地進入閘室，保護上游河床及岸坡免干沖刷，并有防滲作用。一般包括有：上游防沖槽、鋪蓋、上游翼墻及兩岸護坡等。

下游連接段。下游連接段的主要作用是消能、防沖和安全排出經(jīng)閘室及兩岸的滲流。通常包括護坦、海漫、下游防沖槽、下游翼墻及兩岸護坡等。

三、閘室各部件的布置和構(gòu)造底板的型式、布置與構(gòu)造。按照閘墩與底板的連接方式，閘底板可分為整體式及分離式兩種。就底板的結(jié)構(gòu)型式可分為平底寬頂堰式、低實用堰式、折線式及拱式等，前兩種型式采用較多。

整體式底板。當(dāng)閘墩與底板砌筑或澆筑成整體時，即為整體式底板。底板是閘室的基礎(chǔ)，起著傳遞荷載和防沖、防滲的作用。底板順?biāo)鞣较虻拈L度根據(jù)閘身穩(wěn)定和地基應(yīng)力分布以及上部結(jié)構(gòu)的布置要求而定，水頭愈大、地基條件愈差，則底板愈長，對砂性土或砂壤土地基可取(2．．5)H(H為閘上下游水位差)，粘壤土可取(2．0-3．0)H，粘土可取(2．53．5)H。底板厚度必須滿足強度和剛度的要求，大中型水閘可取(O．2-0．125)10(10為閘孔凈寬)，一般為1．0-2．0m，最薄不小于0．7m。底板內(nèi)一般布置鋼筋較多，但最大含鋼率不應(yīng)超過0．3％，否則不經(jīng)濟?；炷翗?biāo)號應(yīng)滿足強度、抗?jié)B及防沖要求。

如地基承載力允許，整體式底板常用實心結(jié)構(gòu)；當(dāng)?shù)鼗休d力較差，如只有左右時，則須考慮采用剛度大、重量輕的空心底板。分離式底板。閘墩與底板間設(shè)縫分開的，即為分離式底板。此時閘室上部結(jié)構(gòu)的自重直接由閘墩傳給地基，底板僅有防沖、防滲和穩(wěn)定的要求。底板厚度可根據(jù)自身穩(wěn)定的需要確定。一般用混凝土或漿砌塊石建造。若采用漿砌塊石，則應(yīng)在塊石表面再澆一層厚約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沖性能。施工時通常先建閘墩及漿砌塊石底板，待沉陷接近完成時，再澆表面層混凝土。

分離式底板一般適用于土質(zhì)較好的砂土及砂壤土地基。它與整體式底板相比，能節(jié)約大量鋼筋和水泥，但在軟土地基上或地震區(qū)，則應(yīng)先進行地基處理(如用灌注樁基礎(chǔ))后，才能采用分離式底板。

閘墩。閘墩的斷面形狀應(yīng)使水流平衡，減小孔isi水流的側(cè)收縮。閘墩上游端常采用半圓形、橢圓形或流線形，下游端一般應(yīng)逐漸收縮成流線形。

閘墩厚度與閘門型式有關(guān)。采用平面閘門時需設(shè)閘門槽。工作閘門槽深o．5—2．，寬14m，門槽處的閘墩厚度不得小于．5m，以保證有足夠的強度，應(yīng)此平面閘門閘墩的厚度約為1．5—3．5m?；⌒伍l門閘墩的最小厚度為1．5—2．0m；如果是縫墩，墩厚要增加0．51．0m。由于閘墩較薄，有時不能避免產(chǎn)生拉應(yīng)力，需要配置鋼筋。

閘墩的長度和高度，應(yīng)滿足布置閘門、工作橋、交通橋和啟閉機械的要求，平面閘門多用活動式啟閉機，軌距一般在左右。當(dāng)交通要求不高時，工作橋可兼做交通橋使用，否則應(yīng)另設(shè)交通橋。門機高度應(yīng)能將閘門吊出門槽。

當(dāng)閘墩采用漿砌塊石時，為保證墩頭部分的外形輪廓正確，并加快施工進度，多采用預(yù)制構(gòu)件。大中型水閘因沉陷縫常設(shè)在閘墩中間，故墩頭多采用半圓形。這樣不僅施工方便，而且也不易損壞，有時也采用流線形閘墩。近年，我國有些地區(qū)采用框架式閘墩，既節(jié)約了鋼材，又降低了造價。

閘門。閘門型式的選擇，主要應(yīng)根據(jù)運用要求，閘孔跨度、啟閉機容量、工程造價等條件比較確定。閘門在閘室中的布置，一般應(yīng)考慮對閘室穩(wěn)定、閘墩和地基應(yīng)力，以及對上部結(jié)構(gòu)布置的影響。平面閘門一般設(shè)在上游部位，有時為了充分利用水重，也可以設(shè)在靠下游部位?；⌒伍l門一般靠上游布置，否則將使閘墩過長。

閘門不承受冰壓力。為此，可采用壓縮空氣泡、開鑿冰溝或漂浮蘆柴捆等方法，使閘門和冰層隔開。

平面閘門門槽深度根據(jù)閘門支承型式?jīng)Q定，一般為0．3m，門槽寬度為0．5—1．。修理門槽深約0．150．20m，寬約0．．30m。修理門槽與工作門槽間應(yīng)留有1．5—2．0m凈距，以便檢修。

胸墻。胸墻按其結(jié)構(gòu)型式可分為板式、梁板式和拱形等數(shù)種。板式胸墻適用于小跨度，可做成上薄下厚的楔形板。大跨度水閘可采用梁板式胸墻，由墻板、頂梁和底梁組成；當(dāng)胸墻高度大于5．0米，且跨度較大時，可增設(shè)中橫梁及豎梁形成肋形結(jié)構(gòu)；也可采用拱形結(jié)構(gòu)和鋼絲網(wǎng)水泥波形結(jié)構(gòu)。

板式胸墻頂部厚度一般不小于20cm。

梁板式胸墻的板厚一般不小于12Cm，板跨不大于sm，頂梁梁高約為胸墻跨度的／12—1／15，梁寬常取40-80cm，底梁由于與閘門頂接觸，要求有較大的剛度，梁高約為胸墻跨度的1／8一l／9，梁寬為。為使過閘水流平順，胸墻迎水面底緣應(yīng)做成圓弧形。

胸墻的支承方式分為簡支式與固結(jié)式兩種。簡支胸墻與閘墩分開澆筑，縫問設(shè)止水，并在縫面涂瀝青；也可將預(yù)制墻體插入閘墩預(yù)留槽內(nèi)，做成括動胸墻。簡支胸墻可避免在閘墩附近迎水面出現(xiàn)裂縫，但截面尺寸較大。固結(jié)式胸墻與閘墩同期澆筑，胸墻鋼筋伸入閘墩內(nèi)，形成剛性連續(xù)，截面尺寸較小，可以增加閘室的整體性，但在胸墻支點附近的迎水面容易產(chǎn)生裂縫。

交通橋及工作橋匯。當(dāng)公路通過水閘時，需設(shè)公路橋。即使無公路通過，閘上也應(yīng)建有供行人及拖拉機等通行的交通橋。一般交通橋設(shè)在水閘下游的一側(cè)，可采用板式、粱式或拱形結(jié)構(gòu)。采用拱橋時應(yīng)考慮荷載在拱腳處產(chǎn)生的水平推力對閘墩和底板的影響。一般小跨度(36m)水閘常采用板式結(jié)構(gòu)；中等跨度(6—2012"1)常采用型梁結(jié)構(gòu)，也可采用工字粱微彎板或空心板結(jié)構(gòu)；大跨度(20m以上)則應(yīng)采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。交通橋多采用單跨簡支，其設(shè)計應(yīng)符合交通部門制定的規(guī)范要求。

為了安置閘門啟閉機械和操作管理的需要，常在閘墩上架設(shè)工作橋。小型水閘的工作橋一般采用板式結(jié)構(gòu)。大中型水閘多采用裝配式板梁結(jié)構(gòu)。將橋面板置于兩根縱梁上，縱梁凈距決定于啟閉機的型號，約在1．22．0In之間。垂直干縱梁方向，在啟閉機下面常設(shè)置兩根橫梁，以保證縱梁的可靠連續(xù)。大中型水閘的工作橋面板厚常為810Cm，縱梁翼板的厚度在端部為810cm，在粱肋處加厚至2025cm；縱梁高約為跨度的l／81／l0，