水利工程之水闸剖析优秀PPT.ppt

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1、水闸1.概述2.水闸的类型3.水闸的组成及构造4.水闸的孔口尺寸5.闸室的平安和地基处理6.消能防冲7.闸下防渗与闸室结构8.两岸连接建筑物9.其他闸坝建筑物概述所谓水闸，就是修建在河道、渠道或湖、海口，利用闸门限制流量和调整水位的水工建筑物。中国修建水闸的历史悠久。公元前598前591年,楚令尹孙叔敖在今安徽省寿县建芍陂灌区时,即设五个闸门引水。以后随建闸技术的提高和建筑材料新品种的出现，水闸建设也日益增多。1949年后大规模现代化水闸的建设,在中国普遍兴起,并积累了丰富的阅历。水闸是调整水位、限制流量的低水头水工建筑物，主要依靠闸门限制水流，具有挡水和泄（引）水的双重功能，关闭闸门，可以拦

2、洪、挡潮、抬高水位，以满足上游取水或通航的须要；开启闸门，可以泄洪、排涝、冲沙、取水或依据下游用水须要调整流量。水闸多建在平原地区，其功能是兼顾防洪、取水、排水、航运和发电，是综合水利工程。水闸的类型1.按水闸所担当的任务分类按水闸所担当的任务分类:节制闸、进水闸、节制闸、进水闸、分洪闸、排水闸、挡潮闸、排沙闸、排冰闸、分洪闸、排水闸、挡潮闸、排沙闸、排冰闸、排污闸等。如图排污闸等。如图节制闸（或拦河闸）：拦河或在渠道上建立。枯水期用以拦截河道，抬高水位，以利上游取水或航运要求；洪水期则开闸泄洪，限制下泄流量。位于河道上的节制闸称为拦河闸。进水闸：建在河道、水库或湖泊的岸边，用来限制引水流量，

3、以满足浇灌、发电或供水的须要。进水闸又称取水闸或渠首闸。分洪闸：常建于河道的一侧，用来将超过下游河道平安泄量的洪水泄入预定的湖泊、凹地，刚好削减洪峰，保证下游河道的平安。排水闸：常建于江河沿岸，外河水位上涨时关闸以防外水倒灌，外河水位下降时开闸排水，解除两岸低凹地区的涝渍。该闸具有双向挡水，有时双向过流的特点。挡潮闸：建在入海河口旁边，涨潮时关闸不使海水沿河上溯，退潮时开闸泄水。挡潮闸具有双向挡水的特点。排沙闸、排冰闸、排污闸：为解除泥沙、冰块、漂移物等而设置的。2.按闸室结构形式分类按闸室结构形式分类开敞式水闸：闸室上面不填土封闭的水闸。一般有泄洪、开敞式水闸：闸室上面不填土封闭的水闸。一般

4、有泄洪、排水、过木等要求时，多接受不带胸墙的开敞式水排水、过木等要求时，多接受不带胸墙的开敞式水闸，多用于拦河闸、排冰闸等；当上游水位变幅大，闸，多用于拦河闸、排冰闸等；当上游水位变幅大，而下泄流量又有限制时，为避开闸门过高，常接受而下泄流量又有限制时，为避开闸门过高，常接受带胸墙的开敞式水闸，如进水闸、排水闸、挡潮闸带胸墙的开敞式水闸，如进水闸、排水闸、挡潮闸多用这种形式。多用这种形式。涵洞式水闸：闸（洞）身上面填土封闭的水闸，又称封涵洞式水闸：闸（洞）身上面填土封闭的水闸，又称封闭式水闸。涵洞式水闸常用于穿堤取水或排水的水闭式水闸。涵洞式水闸常用于穿堤取水或排水的水闸。洞内水流可以是有压的

5、或者是无压的。闸。洞内水流可以是有压的或者是无压的。水闸的组成及构造水闸的主体是闸室。此外，闸室上，下游都须要有连接段与河道连接。如图1闸室底板2闸墩3胸墙4闸门5工作桥6交通桥7堤顶8上游翼墙9下游翼墙10护坦11排水孔12消力坎13海漫14下游防冲槽15上游防冲槽16上游护底17上、下游护坡。1.上游联接段：主要作用是引导水流平稳上游联接段：主要作用是引导水流平稳地进入闸室，同时起防冲、防渗、挡土地进入闸室，同时起防冲、防渗、挡土等作用。一般包括上游翼墙、铺盖、护等作用。一般包括上游翼墙、铺盖、护底、两岸护坡及上游防冲槽等。上游翼底、两岸护坡及上游防冲槽等。上游翼墙的作用是引导水流平顺地进

6、入闸孔并墙的作用是引导水流平顺地进入闸孔并起侧向防渗作用。铺盖主要起防渗作用，起侧向防渗作用。铺盖主要起防渗作用，其表面应满足抗冲要求。护坡、护底和其表面应满足抗冲要求。护坡、护底和上游防冲槽（齿墙）是爱护两岸土质、上游防冲槽（齿墙）是爱护两岸土质、河床及铺盖头部不受冲刷。河床及铺盖头部不受冲刷。2.闸室段：是水闸的主体部分，通常包括底板闸室段：是水闸的主体部分，通常包括底板、闸墩、闸门、胸墙、闸墩、闸门、胸墙、工作桥及交通桥等。底、工作桥及交通桥等。底板是闸室的基础，承受闸室全部荷载，并较匀板是闸室的基础，承受闸室全部荷载，并较匀整地传给地基，此外整地传给地基，此外，还有防冲、防渗等作用。，

7、还有防冲、防渗等作用。闸墩的作用是分隔闸孔并支承闸门、工作桥等闸墩的作用是分隔闸孔并支承闸门、工作桥等上部结构。闸门的作用是挡水和限制下泄水流。上部结构。闸门的作用是挡水和限制下泄水流。工作桥供安置启闭机和工作人员操作之用。交工作桥供安置启闭机和工作人员操作之用。交通桥的作用是连接两岸交通。通桥的作用是连接两岸交通。3.下游联接段：具有消能和扩散水流的作下游联接段：具有消能和扩散水流的作用。一般包括护坦、海漫、下游防冲槽、用。一般包括护坦、海漫、下游防冲槽、下游翼墙及护坡等。下游翼墙引导水流下游翼墙及护坡等。下游翼墙引导水流匀整扩散兼有防冲及侧向防渗等作用。匀整扩散兼有防冲及侧向防渗等作用。护

8、坦具有消能防冲作用。海漫的作用是护坦具有消能防冲作用。海漫的作用是进一步消退护坦出流的剩余动能、扩散进一步消退护坦出流的剩余动能、扩散水流、调整流速分布、防止河床受冲。水流、调整流速分布、防止河床受冲。下游防冲槽是海漫末端的防护设施，避下游防冲槽是海漫末端的防护设施，避开冲刷向上游扩展。开冲刷向上游扩展。水闸的孔口尺寸1.概述：水闸的孔口尺寸主要是指确定水闸在垂直水流方向的孔口宽度，包括单孔净宽b、孔口数量n闸墩厚度b。水闸的过流前缘总宽度B=nb+（n-1）b，孔口过流净宽度B=nb。水闸孔口尺寸的大小应当满足其担当的任务。即，水闸应当有足够的过流实力。为了削减工程量，在满足工程任务的前提下

9、，水闸总是尽可能削减垂直水流方向的闸室宽度。2.水闸孔口设计的主要内容确定闸孔型式拟定闸底板高程（即堰顶高程）计算孔口尺寸及溢流前沿总宽泄流实力验算.水闸的闸孔型式（开敞式）依据水流流态分:堰流式,孔流式图9-5堰流式闸孔图9-6孔流式闸孔依据结构型式分（1）宽顶堰：2.5H堰顶厚度4H或无坎，常用于平原地区，自由泄流范围大且稳定；施工简洁；流量系数m较小，易产生波状水跃。（2）好用堰：0.67H堰顶厚度2.5H，常用于上游水位允许有较大雍高的山区，自由泄流时流量系数m较大，流量Q受下游水位影响较大。（3）胸墙式：用于上游水位变幅较大时；可减小闸门及工作桥高度，增加闸室刚度；不利于排冰排污和通

10、航。闸室的平安和地基处理闸室平安问题包括沿闸底板平面的抗滑稳定、地基承载里和不匀整沉降。水闸基础分为粘性土和砂性土。砂性土地基的承载力和抗摩擦习俗一般能满足要求，地基处理的重点是解决闸下防渗问题。粘性土地基，包括淤泥、软粘土，地基处理的重点是加速固结，提高承载力和抗摩擦系数。软土地基有以下的几种处理方法：1.换土垫层2.强夯法3.沉井法4.预压加固5.振冲桩法6.桩基础7.高压旋喷灌浆法消能防冲水闸泄水时，部分势能转为动能，流速增大，具有较强的冲刷实力，而土质河床一般抗冲实力较低。因此，为了保证水闸的平安运行，必需实行适当的消能防冲措施。要设计好水闸的消能防冲措施，应先了解过闸水流的特点，进而

11、实行妥当的防范措施。水闸开闸泄水时，下游河道都会被冲刷，其缘由很多：1.过闸水流经过闸孔被缩窄，水流流速增大，加大了冲刷的条件。2.水闸流量比较集中，单宽流量加大，在上下游有较大水差的状况下，过闸水流有较大的功能，加大了河道冲刷。3.平原河道的河床土质较差，简洁被水流冲刷。4.水闸设计总体平面布置不合理或闸门操作限制不当引起水流有害的冲刷。水流的主要特征有波状水流和折冲水流，其对河道冲刷严峻。防冲要求防冲要求要选择合理的消能防冲措施，并与下游要选择合理的消能防冲措施，并与下游河道有良好的连接，满足在各种水力状河道有良好的连接，满足在各种水力状况下消散动能与匀整扩散水流的要求。况下消散动能与匀整

12、扩散水流的要求。合理布置水闸总体平面，以利于水流扩合理布置水闸总体平面，以利于水流扩散，避开或减轻回流的影响。散，避开或减轻回流的影响。制定合理的闸门操作调度制度，杜绝人制定合理的闸门操作调度制度，杜绝人为不当操作。为不当操作。水闸的消能防冲措施包括：选择合适的过闸单宽流量；选择合理的消能方式及措施，实行必要的防冲措施。水闸的消能防冲措施主要由建在闸室下游的消力池、协助消能工、海漫、防冲漕及下游翼墙组成。1.水闸的消能方式：底流消能是一种通过在闸下产生确定沉没度的水跃来爱护河床免遭冲刷的消能方式。2.消力池：消力池的作用是增加下游水深，保证水流形成沉没式水跃，以达到消能的目的。3.协助消能工：

13、除设消力池外，在消力池中还可设消力齿、消力墩等协助消能工。4.海漫紧接消力池后，应设海漫护底，并进一步消减余能，使水流匀整扩散，调整流速分布，爱护河床免受冲刷。5.防冲漕及防冲墙：为了爱护河漫，防止冲刷向上游扩张，常在海漫末端设置防冲漕或是防冲墙加固。6.护底与护坡：在上下游连接段多接受砌石护底、护坡。7.波状水跃、折冲水跃水流的防治措施。8.闸门限制调度方案：设计工程师设计水闸，要依据水力设计调试结果或水工模型试验成果，制定闸门方式，规定闸门的启闭依次和开度，严格操作。闸下防渗与闸室结构水闸的防渗排水设施。水闸的防渗设施主要是水闸的防渗排水设施。水闸的防渗设施主要是指在水闸中起到防渗作用的水

14、平防渗体（如铺指在水闸中起到防渗作用的水平防渗体（如铺盖）、垂直防渗体（如板桩、防渗墙和齿墙）盖）、垂直防渗体（如板桩、防渗墙和齿墙）等，排水设施主要是指铺设在下游护坦、浆砌等，排水设施主要是指铺设在下游护坦、浆砌石海漫底部或闸室板下游段起导渗（反滤、排石海漫底部或闸室板下游段起导渗（反滤、排水）作用的沙砾石层。水）作用的沙砾石层。防渗排水设施的布置形式，都是以承受单向水防渗排水设施的布置形式，都是以承受单向水流的水闸来进行布置的。对于平原地区的排水流的水闸来进行布置的。对于平原地区的排水闸及海边的挡潮闸，一般是双向过水的水闸，闸及海边的挡潮闸，一般是双向过水的水闸，应以水位差较大的一向为主进

15、行双向防渗排水应以水位差较大的一向为主进行双向防渗排水设施。设施。水闸的防渗设施有：1.水平铺盖：铺盖是工程中最常见的水平防渗设施，一般是平铺布置在紧靠闸室上游的河床上，它不能阻挡渗流在闸基下通过，但它可以延长渗径，用以降低渗透压力和渗流坡降，同时具有防冲作用。2.板桩：板桩是垂直防渗的措施之一，一般设置在闸底板的上游端，将板桩并排打入闸基形成一道防渗墙，在垂直方向延长渗径。垂直防渗的效果比水平防渗效果好。u3.地下防渗墙：是一种不用模板在地下建立的防渗墙，具有截水、防渗、承重和挡土的多种作用，其优点是整体性好，防渗效果好、适用各种地质条件、对沉降及变位易于限制，缺点是挖槽的废泥浆污染环境，可

16、能引起槽壁坍塌、造价高。u4.齿墙：齿墙一般设置在闸室底板的上、下游端，齿墙深度一般为0.52.0m。上游齿墙的作用是降低在闸底板上的渗透压力，下游端齿墙是削减出逸坡降，有助于防止地基土产生渗透变形。u5.垂直土工膜：是一种垂直防渗的设施之一。闸室是水闸的主体部分。开敞式水闸闸室由底板、闸墩、闸门、工作桥和交通桥等组成，有的还设有胸墙。闸室的结构形式、布置和构造，应在保证稳定的前提下，尽量做到轻型化、整体性好、刚性大、布置匀整，并进行合理的分缝分块，使作用在地基单位面积上的荷载较小，较匀整，并能适应地基可能的沉降变形。两岸连接建筑物水闸的岸墙和翼墙通常称为两岸连接建筑物。当水闸与河岸或土坝等连

17、接时，需设置这种特地的连接建筑物。干脆拦住河道两岸坡填土的挡土墙叫翼墙，在水闸边墩之后的挡土墙叫岸墙。其作用如下：1.拦住两岸坡的填土，保证河岸填土的稳定及免遭遇河流的冲刷。2.引导水流平顺进闸，并使出闸水流匀整扩散。3.限制绕过闸室两侧的渗流，防止两岸土壤或土坝发生渗流变形。4.懦弱地基上的岸墙可以削减两岸地基沉降对闸室结构的不利影响。其他闸坝建筑物在低水头的闸坝工程中，除了一般水闸外，还在低水头的闸坝工程中，除了一般水闸外，还有其他类型的水坝。例如橡胶坝。有其他类型的水坝。例如橡胶坝。橡胶坝，又称橡胶水闸，是用高强度合成纤维橡胶坝，又称橡胶水闸，是用高强度合成纤维织物做受力骨架，内外涂敷橡

18、胶作爱护层，加织物做受力骨架，内外涂敷橡胶作爱护层，加工成胶布，再将其锚固于底板上成封闭状的坝工成胶布，再将其锚固于底板上成封闭状的坝袋，通过充排管路用水（气）将其充胀形成的袋，通过充排管路用水（气）将其充胀形成的袋式挡水坝。坝顶可以溢流，并可依据须要调袋式挡水坝。坝顶可以溢流，并可依据须要调整坝高，限制上游水位，以发挥浇灌、发电、整坝高，限制上游水位，以发挥浇灌、发电、航运、防洪、挡潮等效益。航运、防洪、挡潮等效益。橡胶坝属薄壁柔性结构，是随着高分子合成材料的发展而出现的一种新型水工建筑物。1957年世界上首座橡胶坝诞生于美国洛杉矶，坝高1.52m，长6.1m，坝袋胶布厚为3mm，强度为90kN/m。此后世界各国相继起先兴建橡胶坝。我国于1965年下半年起先进行橡胶坝的研制建设工作，于1966年6月建成我国第一座橡胶坝北京右安门橡胶坝，坝高3.4m，坝顶长37.6m，该橡胶坝曾两次更换坝袋，至今运行正常。