水利工程水閘培訓(xùn)講義

第四章水閘第一節(jié)概述第二節(jié)水閘的孔口尺寸確定第三節(jié)水閘的消能防沖設(shè)計(jì)第四節(jié)水閘的防滲排水設(shè)計(jì)第五節(jié)閘室的布置與構(gòu)造第六節(jié)閘室穩(wěn)定驗(yàn)算及地基處理第七節(jié)閘室結(jié)構(gòu)計(jì)算第八節(jié)兩岸連接建筑物第九節(jié)閘門與啟閉機(jī)第一節(jié)概述一、水閘的類型（一）按水閘所承擔(dān)的任務(wù)分類（1）進(jìn)水閘。建在河道、水庫、湖泊的岸邊及渠道的首部，用于引水并控制引水流量，以滿足灌溉、發(fā)電或供水需求。（2）節(jié)制閘。在河道上或渠道上建造，枯水期用以抬高水位滿足上游取水或航運(yùn)的需要；洪水期控制下泄流量，保證下游河道安全。（3）沖沙閘。主要建在多泥沙河道上，用于排除進(jìn)水閘、節(jié)制閘前或渠道淤積的泥沙，減少引水水流的含沙量。（4）分洪閘。建于天然河道的一側(cè)。用來將超過下游河道安全泄量的洪水泄入湖泊、洼地等滯洪區(qū)，以削減洪峰保證下游河道安全。（5）排水閘。常建于江、河沿岸或排水渠道末端，用以排除兩岸低洼地區(qū)的澇漬水及防止江河洪水倒灌。具有雙向擋水的特點(diǎn)。（6）擋潮閘。建在入海河口附近，漲潮時(shí)關(guān)閘防止海水倒灌，退潮時(shí)開閘泄水。具有雙向擋水的特點(diǎn)。（二）按閘室結(jié)構(gòu)型式分類（1）開敞式水閘。開敞式水閘閘室是露天的，可分為無胸墻和有胸墻兩種型式。（2）涵洞式水閘。水閘修建在河、渠堤之下時(shí)，便成為涵洞式水閘。根據(jù)水力條件的不同，可分為有壓式和無壓式兩類。（三）按過閘流量大小分類大（1）型水閘。過閘流量大于5000m3/s。大（2）型水閘。過閘流量1000~5000m3/s。中型水閘。過閘流量為1000~100m3/s。小（1）型水閘。過閘流量為20~100m3/s。小（2）型水閘。過閘流量小于20m3/s。二、水閘的工作特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求水閘的地基可以是巖基或土基，且多修建在土質(zhì)地基上。因而它在抗滑穩(wěn)定、防滲、消能防沖及沉陷等方面具有以下工作特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求。（1）土基的沉陷問題。（2）過閘水流具有較大動能。（3）土基的抗滑穩(wěn)定性差。（4）滲流易使閘下產(chǎn)生滲透變形。三、水閘的組成水閘一般由上游連接段、閘室段和下游連接段三部分組成。（1）閘室段。閘室段是水閘的主體，有控制水流和連接兩岸的作用。包括底板、閘墩、閘門、胸墻、工作橋及交通橋和啟閉機(jī)房等。（2）上游連接段。主要作用是引導(dǎo)水流平順、均勻地進(jìn)入閘室，保護(hù)上游河床及兩岸免于沖刷，并有防滲作用。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。（3）下游連接段。主要作用是將下泄水流平順引入下游河道，有消能防沖及防止發(fā)生滲透破壞的功能。一般包括護(hù)坦、海漫、下游防沖槽、下游翼墻及護(hù)坡等。四、水閘的等級劃分和洪水標(biāo)準(zhǔn)見書中表格。第二節(jié)水閘的孔口尺寸確定一、底板型式選擇閘底板型式有寬頂堰和低實(shí)用堰兩種。（1）平底板寬頂堰具有結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、有利于排沙沖淤、泄流能力比較穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)；其缺點(diǎn)是自由泄流時(shí)流量系數(shù)小，閘后比較容易產(chǎn)生波狀水躍。（2）低實(shí)用堰有WES低堰、梯形堰和駝峰堰等型式，其優(yōu)點(diǎn)是自由泄流時(shí)流量系數(shù)較大，可縮短閘孔寬度和減小閘門高度，并能攔截泥沙入渠；缺點(diǎn)是泄流能力受下游水位變化的影響顯著，當(dāng)淹沒度增加時(shí)，泄流能力急劇下降。二、閘底板高程的選定一般情況下，節(jié)制閘、泄洪閘、進(jìn)水閘或沖沙閘的閘底板高程宜與河（渠）底齊平，以便多泄（引）水，多沖沙；多泥沙河流上的進(jìn)水閘、分水閘及分洪閘，在滿足引水、分水或泄水的條件下，閘底板高程可比河（渠）底略高些；排水閘（排澇閘）、泄水閘或擋潮閘，閘底板高程應(yīng)盡量定得低些。三、過閘單寬流量的確定應(yīng)綜合考慮下游河床或渠道的地質(zhì)條件、水閘上下游水位差、下游尾水深度、閘室總寬度與河道寬度的比值、閘的結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點(diǎn)和下游消能防沖設(shè)施等因素來確定。四、閘孔寬度的確定根據(jù)已確定的過閘流量、上下游水位、底板高程、閘孔型式和堰型，即可用水力學(xué)公式計(jì)算水閘的閘孔尺寸。（一）閘孔總凈寬度的確定（二）單孔凈寬與閘孔數(shù)目的確定（三）閘室總寬度的確定第三節(jié)水閘的消能防沖設(shè)計(jì)一、過閘水流的特點(diǎn)（1）水閘初始泄流時(shí)，閘下水深較淺，隨著閘門開度的增加水深逐漸加深，出閘水流從孔流到堰流，從自由出流到淹沒出流都會發(fā)生。（2）當(dāng)水閘的上下游水位差較小時(shí)，閘下易產(chǎn)生波狀水躍。（3）過閘水流都是先收縮后擴(kuò)散，若設(shè)計(jì)不當(dāng)或管理不善，下泄水流不能均勻擴(kuò)散，主流集中，形成折沖水流。二、消能防沖設(shè)計(jì)的水力條件（一）閘下水流的消能方式平原地區(qū)的水閘，水頭低，下游河床抗沖能力差，且承受水頭不高，宜采用底流式消能。當(dāng)水閘承受較高水頭，且閘下河床及岸坡為堅(jiān)硬巖體時(shí)，可采用挑流消能。當(dāng)水閘閘下尾水深度較大，且變化較小，河床及岸坡抗沖能力較強(qiáng)時(shí)，可采用面流消能。在挾有較大礫石的多泥沙河流上，不宜設(shè)消力池，可采用抗沖耐磨的斜坡護(hù)坦與下游河道連接，末端應(yīng)設(shè)防沖墻。（二）消能防沖的水力條件選擇不同類型的水閘，其泄流特點(diǎn)各不相同，因而控制消能設(shè)計(jì)的水力條件也不盡相同。攔河節(jié)制閘宜以在保持閘上最高蓄水位的情況下，以排泄上游多余來水量為控制消能設(shè)計(jì)的水力條件；當(dāng)閘的下游河道已渠化時(shí)，應(yīng)考慮下一級的蓄水位對閘下水位的影響。分洪閘宜以閘門全開，以通過最大分洪流量為控制消能設(shè)計(jì)的水力條件。排水閘（排澇閘）宜以冬、春蓄水期排澇流量為控制消能設(shè)計(jì)的水力條件。三、底流式消能設(shè)計(jì)在我國，水閘多修建在平原地區(qū)的土基上，因此底流式消能是主要消能型式。底流式消能的作用是增加下游水深，以保證產(chǎn)生淹沒式水躍，防止土基沖刷破壞，保證閘室安全。底流式消能防沖設(shè)施由消力池、海漫、防沖槽等部分組成。（一）消力池1、消力池型式的選用2、消力池的尺寸確定3、消力池的構(gòu)造（二）輔助消能工消力池內(nèi)除設(shè)置尾檻外，也常設(shè)置消力墩、消力齒等輔助消能工，其目的是使水流受阻，促使水流撞擊，形成渦流，加強(qiáng)紊動擴(kuò)散，穩(wěn)定水躍，減小消力池尺寸，提高消能效果，節(jié)省工程量。（三）海漫1、海漫長度計(jì)算2、海漫的布置及構(gòu)造海漫在構(gòu)造上要求有：①一定的粗糙度，以利進(jìn)一步消除余能；②有一定的透水性，以降低揚(yáng)壓力；③有一定的柔性，以適應(yīng)河床的變形。（四）防沖槽水流經(jīng)過海漫后，多余能量得到進(jìn)一步消除，但海漫末端處仍有沖刷現(xiàn)象。為保護(hù)海漫，常在海漫末端設(shè)置防沖槽。四、波狀水躍及折沖水流的防止措施（一）波狀水躍的防止措施（二）折沖水流的防止措施五、上游河床和上下游岸坡的防護(hù)第四節(jié)水閘的防滲排水設(shè)計(jì)水閘防滲排水設(shè)計(jì)的一般步驟：①根據(jù)水閘作用水頭的大小、地基地質(zhì)條件和下游排水情況，初步擬定地下輪廓線；②進(jìn)行滲流分析，計(jì)算閘底板滲透壓力，并驗(yàn)算地基土的滲透穩(wěn)定性；③若抗滑穩(wěn)定和滲透穩(wěn)定均滿足要求，即可采用初擬的地下輪廓線，否則，應(yīng)重新修改地下輪廓線。一、閘基防滲長度及地下輪廓線布置（一）閘基防滲長度的確定在上下游水位差的作用下，上游水從河床入滲，繞過上游鋪蓋、板樁、閘底板經(jīng)過反濾層由排水孔排至下游。其中鋪蓋、板樁和閘底板等不透水部分與地基的接觸線，即閘基滲流的第一根流線，稱為地下輪廓線。其長度即為閘基防滲長度（又稱為滲徑長度）。（二）閘基防滲排水布置閘基防滲排水布置，即進(jìn)行地下輪廓線布置，主要是進(jìn)行閘基防滲排水輪廓線形狀及尺寸的確定。（1）布置原則，“高防低排”。（2）布置方式1）黏性土地基。2）砂性土地基。3）地震區(qū)的均勻粉砂、細(xì)砂地基。二、閘基滲流計(jì)算（一）全截面直線分布法（二）改進(jìn)阻力系數(shù)法（三）直線比例法（滲徑系數(shù)法）三、防滲排水設(shè)施（一）鋪蓋（二）板樁（三）齒墻及混凝土防滲墻（四）水泥砂漿帷幕、高壓噴射灌漿帷幕及垂直防滲土工膜（五）排水設(shè)施四、水閘的側(cè)向繞滲第五卸節(jié)違閘室杏的布醒置與旗構(gòu)造一、底眨板（一）塔整體式隨底板當(dāng)閘墩墾與底板扮澆筑或值砌筑成軟整體時(shí)公，稱為婦整體式閉底板。寬整個(gè)底六板是閘滅室的基倚礎(chǔ)，起來著承受東荷載、她傳遞荷仙載、防趣沖和防衛(wèi)滲的作未用。（二）卵分離式朋底板在閘墩鑄附近設(shè)臺縫，將案閘室底管板與閘峽墩斷開幻玉的，稱貢為分離恩式底板腳。縫中蔥設(shè)止水蓋。其閘自室上部津結(jié)構(gòu)的擠重量將戴直接由僑閘墩或敬連同部產(chǎn)分底板志傳給地誰基。（三克）底蜂板尺炊寸及周要求二、蘭閘墩霸與胸球墻（一）悶閘墩閘墩盼的作粉用是大分隔蟲閘孔府，并懇支撐恨閘門白、工殺作橋舍等上茶部結(jié)德構(gòu)。懇閘墩桑的外樂形輪傍廓應(yīng)嚼滿足些過閘程水流戀平順馬、側(cè)姨向收頃縮小釣、過詢流能凡力大滔的要彈求?？椛嫌纬蕉疹^葡可采巷用半愛圓形破或尖獵角形宴，下班游墩斗尾宜捎采用六流線盲形。（二）算胸墻胸墻常軟用鋼筋落混凝土股結(jié)構(gòu)做賺成板式仙或梁板悟式。它閥與閘墩被的連接梁方式有荒簡支和寧固接兩吵種。胸墻相世對于閘估門的位騎置取決爐于閘門拾的型式街。若采側(cè)用弧形頃閘門，衡胸墻設(shè)打在閘門靜上游側(cè)番；若采叮用平面遲閘門，扛胸墻可爬設(shè)在閘址門上游腿側(cè)，也進(jìn)可設(shè)在蓬閘門下死游側(cè)。三、御工作清橋、裕交通商橋?yàn)榱艘О惭b找啟閉滾設(shè)備情和便摟于工構(gòu)作人徹員操已作的室需要曲，通誤常在柔閘墩期上設(shè)羽置工釋作橋宰。工哪作橋扯的高蛋程與怠閘門衰和啟淘閉設(shè)槐備的屆型式考、閘藏門高襖度有炎關(guān)，絹一般趟應(yīng)使升閘門寄開啟叮后，然門底剩高于同上游述最高醫(yī)水位倉，以沾免阻耽礙過假閘水潔流。建閘第后，膚為便旗于行暫人或鏟車馬納通行泊，通毫常也萌在閘標(biāo)墩上葛設(shè)置消交通靈橋。簡交通延橋的親位置爸應(yīng)根珠據(jù)閘啟室穩(wěn)件定及佳兩岸猾交通撓連接屑的需籌要而黃定，住一般盡布置規(guī)在閘嗓墩的戰(zhàn)下游效側(cè)。四、妥分縫漆與止掩水（一秋）分委縫方株式與己布置除閘室扶本身分膜縫以外分，凡是份相鄰結(jié)絕構(gòu)荷重泳相差懸撐殊或結(jié)癢構(gòu)較長根、面積軌較大的皮地方也透要設(shè)縫浪分開。（二噸）止序水設(shè)羞備凡是具蜂有防滲齊要求的揮縫中都酷應(yīng)設(shè)置禾止水設(shè)角備。對淡止水設(shè)蛋備的要杠求是：肉①應(yīng)防研滲可靠淚；②應(yīng)遠(yuǎn)能適應(yīng)仗混凝土修收縮及錘地基不激均勻沉違降的變瓜形；③素應(yīng)結(jié)構(gòu)洞簡單，訴施工方達(dá)便。按止桐水所仍設(shè)置年的位狹置不早同可飛分為賊水平構(gòu)止水菊和鉛昆直止爽水兩狡種。第六節(jié)娘閘室貝穩(wěn)定驗(yàn)建算及地腦基處理水閘的尖閘室，柔要求在繳施工、夕運(yùn)行、烘檢修等輛各個(gè)時(shí)掠期，都昌不產(chǎn)生若過大沉刪降或沉固降差，勺不致沿煌地基面蠶發(fā)生水僻平滑動互，不致菠因基底防壓力的春作用使透地基發(fā)點(diǎn)生剪切正破壞而貍失穩(wěn)。團(tuán)因此，色必須驗(yàn)猾算閘室任在剛建鮮成、運(yùn)躁行、施研工以及剝檢修不濟(jì)同工作生情況下姨的穩(wěn)定擦性。一、荷災(zāi)載計(jì)算宣及其組與合（一）雄荷載計(jì)辨算（1）自重西。指水織閘結(jié)構(gòu)裹及其上籃部填料貓和永久弄設(shè)備的弱重量。（2）水重檢。指閘棕室范圍哲內(nèi)作用沸在底板鏈頂面以克上的水廊體重量滔。（3）水怎平水造壓力腐。指增作用頭在胸樓墻、炮閘門氣及閘躲墩上甲的水贈平水澡壓力未。（4）揚(yáng)章壓力拜。指拐作用拉在底森板底霉面的床滲透黑壓力墻及浮燭托力不之和眾。（5）浪伶壓力線。計(jì)釀算出雨波浪毫要素捧后，凈判別改深水秤波、須淺水爽波或稼破碎餐波，柜分別賠用相付應(yīng)公潮式進(jìn)說行計(jì)朵算。（6）土頭壓力櫻。根鋸據(jù)填株土性量質(zhì)、堡擋土庭高度赴、填償土內(nèi)揪的地倆下水愚位、渠填土忠頂面北坡角鳴及超背載等仗計(jì)算米確定頁。（7）淤沙雜壓力。附根據(jù)水區(qū)閘上、鈴下游可古能淤積致的厚度翠及泥沙屈重度計(jì)敢算確定持。（二）熔荷載組殖合設(shè)計(jì)聯(lián)水閘港時(shí)，過應(yīng)將詞可能拴同時(shí)塘作用薯的各策種荷術(shù)載進(jìn)婚行組士合。青荷載串組合叮分為書基本限組合虹與特腫殊組哄合兩臣類。雙基本焦組合烤由基催本荷鬧載組睜成；眨特殊酒荷載拾由基慶本荷憤載和懂一種冶或幾圈種特青殊荷瀉載組啞成。二、閘毛室抗滑魂穩(wěn)定計(jì)蘿算（一記）計(jì)慌算公悟式（1）土基泥上的水駕閘閘室偶沿地基野面的抗旅滑穩(wěn)定攔計(jì)算。（2）巖基聯(lián)上沿閘掩室基底奴面的抗殘滑穩(wěn)定薯公式減計(jì)算。（二）愁提高閘勤室抗滑源穩(wěn)定性予的措施當(dāng)沿閘勞室基底魂面抗滑異穩(wěn)定安莖全系數(shù)晚計(jì)算值滴小于允握許值時(shí)押，可采黨用下列摩一種或稱幾種抗股滑措施鴿。①將意閘門娘位置遠(yuǎn)移向交低水遭位一耳側(cè)，剪或?qū)⒇?fù)水閘清底板礦向高呢水位島一側(cè)弱加長鄭，以膨增加災(zāi)水重狡；②適當(dāng)聽增大收閘室說結(jié)構(gòu)旺尺寸及；③達(dá)增加西閘室坑底板慘的齒尤墻深住度；扔④增俗加鋪罰蓋長察度或如帷幕漢灌漿性深度土，或視在不竿影響促防滲宵安全驗(yàn)的條觀件下辱將排仿水設(shè)喊施向涼水閘掏底板居靠近工；⑤墾利用儉鋼筋星混凝仁土鋪旨蓋作課為阻押滑板貝，但盡閘室爹自身民的抗橋滑穩(wěn)湊定安厭全系像數(shù)不拳應(yīng)小博于1.0，阻?；遑?zé)應(yīng)滿羅足抗欄裂要裳求；叮⑥增偷設(shè)鋼查筋混附凝土剖抗滑販樁或貫預(yù)應(yīng)間力錨焰固結(jié)堆構(gòu)。三、毒閘室慶基底唉應(yīng)力壘計(jì)算（一便）計(jì)刃算公鳴式（1）對于繡結(jié)構(gòu)布錢置及受潔力情況萍對稱的際閘孔，送如多孔予水閘的超中間孔越或左右盆對稱的奇單閘孔掀，按下敲式計(jì)算（2）對懇于結(jié)瀉構(gòu)布誰置及慘受力島情況肥不對備稱的陣閘孔參，如柳多孔教閘的由邊閘漢孔或惡左右基不對彼稱的掃單閘酷孔，牢按雙承向偏翼心受嗓壓公提式計(jì)零算（二）景安全指棍標(biāo)見書濾中表熔格。四、品地基恰沉降柔校核由于土罵基壓縮退變形大鈔，容易授引起較臉大的地疊基沉降淺。較大評的均勻英沉降可送能會使女閘頂部密高程不泛足；過熱大的不守均勻沉氣降，將帳導(dǎo)致閘拌室傾斜辟、產(chǎn)生膀裂縫、扛止水破祥壞，甚面至斷裂匠等。因露此在研牲究地基酸穩(wěn)定時(shí)抖，應(yīng)進(jìn)恰行地基辦的沉降濟(jì)校核，段以保證仗水閘的棕安全和檔正常運(yùn)雙用。五、饅地基猜處理水閘地烘基處理腥的目的缸是：提霉高地基猛的承載以能力和溉穩(wěn)定性禁；減小蹲或消除購地基的橋有害沉奪陷，防肢止地基予滲透變墨形。第七種節(jié)悔閘室役結(jié)構(gòu)熄計(jì)算一、掛底板閘底板絡(luò)一般采挎用“截顫板成梁述”的方稠法進(jìn)行蘋計(jì)算，雞即沿垂炮直水流謝方向截動取單位代寬度的瞧板條作賢為梁來繁進(jìn)行計(jì)告算。由帥于閘門絮前后水腔重相差獎懸殊，績底板所渠受荷載喂不同，車常以閘前門為界界，分別欺在閘門舊上下游裂段的中址間處截犁取單寬會板條及剛墩條。（一）拒倒置梁墨法（二荒）彈蜻性地街基梁鋼法二、閘藍(lán)墩閘墩基結(jié)構(gòu)圾計(jì)算爭主要嘗包括糾閘墩猛水平鋼截面江上的誦正應(yīng)亂力和杯剪應(yīng)殿力、柱平面殿閘門價(jià)門槽陪或弧傳形閘壺門支貝座的堤應(yīng)力粘計(jì)算組。閘舞墩計(jì)哈算情豆況有內(nèi)運(yùn)用根期和僻檢修魄期兩薦種。三、胸墻、灑工作橋?qū)?、檢修藍(lán)便橋及癥交通橋可根據(jù)供各自的礦支承情月況、結(jié)破構(gòu)布置咐型式按鄉(xiāng)豐板或板洲梁系統(tǒng)甩采用結(jié)謊構(gòu)力學(xué)芽的方法璃進(jìn)行結(jié)都構(gòu)計(jì)算劇。第八益節(jié)僚兩岸釣連接旨建筑便物一、餃連接船建筑界物的賽作用水閘兩季端與河洞岸或堤術(shù)、壩等稿建筑物賣的連接輝處，需搞設(shè)置連護(hù)接建筑奔，它們裹包括上旬、下游祝翼墻，辮邊墩或砍岸墻、渴刺墻和狠導(dǎo)流墻連等。其腐作用是女：①擋同住兩茂側(cè)填恩土，庸維持憂土壩夢及兩茫岸的妖穩(wěn)定圍，防宜止過賤閘水城流的飽沖刷墾；②引導(dǎo)譯水流平塘順進(jìn)閘爛，并使皮出閘水聚流均勻古擴(kuò)散；③阻新止側(cè)首向繞鈴滲，溪防止仁與其衛(wèi)相連弦的岸疲坡或多土壩氏產(chǎn)生巷滲透泉變形灶；④保護(hù)蘋兩岸或需土壩邊拒坡不受暗過閘水文流的沖攝刷；⑤在軟語弱地基粱上設(shè)有踩獨(dú)立岸僅墻時(shí)，僑可減少超地基沉桃降對閘闖身應(yīng)力室的影響轟，改善壯閘室受屆力狀況乘。二、飛連接告建筑焰物的桑布置叼型式（一榴）上良、下在游翼扛