水闸学习教程.pptx

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1、第一节 概述第1页/共48页一、水闸的类型（一）按水闸所承担的任务分类 （1）进水闸。建在河道、水库、湖泊的岸边及渠道的首部，用于引水并控制引水流量，以满足灌溉、发电或供水需求。（2）节制闸。在河道上或渠道上建造，枯水期用以抬高水位满足上游取水或航运的需要；洪水期控制下泄流量，保证下游河道安全。（3）冲沙闸。主要建在多泥沙河道上，用于排除进水闸、节制闸前或渠道淤积的泥沙，减少引水水流的含沙量。（4）分洪闸。建于天然河道的一侧。用来将超过下游河道安全泄量的洪水泄入湖泊、洼地等滞洪区，以削减洪峰保证下游河道安全。（5）排水闸。常建于江、河沿岸或排水渠道末端，用以排除两岸低洼地区的涝渍水及防止江河洪

2、水倒灌。具有双向挡水的特点。（6）挡潮闸。建在入海河口附近，涨潮时关闸防止海水倒灌，退潮时开闸泄水。具有双向挡水的特点。第2页/共48页（二）按闸室结构型式分类 （1）开敞式水闸。开敞式水闸闸室是露天的，可分为无胸墙和有胸墙两种型式。（2）涵洞式水闸。水闸修建在河、渠堤之下时，便成为涵洞式水闸。根据水力条件的不同，可分为有压式和无压式两类。（三）按过闸流量大小分类 大（1）型水闸。过闸流量大于5000m/s。大（2）型水闸。过闸流量10005000m/s。中型水闸。过闸流量为1000100m/s。小（1）型水闸。过闸流量为20100m/s。小（2）型水闸。过闸流量小于20m/s。第3页/共48

3、页二、水闸的工作特点和设计要求 水闸的地基可以是岩基或土基，且多修建在土质地基上。因而它在抗滑稳定、防渗、消能防冲及沉陷等方面具有以下工作特点和设计要求。（1）土基的沉陷问题。（2）过闸水流具有较大动能。（3）土基的抗滑稳定性差。（4）渗流易使闸下产生渗透变形。第4页/共48页三、水闸的组成 水闸一般由上游连接段、闸室段和下游连接段三部分组成。（1）闸室段。闸室段是水闸的主体，有控制水流和连接两岸的作用。包括底板、闸墩、闸门、胸墙、工作桥及交通桥和启闭机房等。（2）上游连接段。主要作用是引导水流平顺、均匀地进入闸室，保护上游河床及两岸免于冲刷，并有防渗作用。一般包括上游翼墙、铺盖、护底、两岸护

4、坡及上游防冲槽等。（3）下游连接段。主要作用是将下泄水流平顺引入下游河道，有消能防冲及防止发生渗透破坏的功能。一般包括护坦、海漫、下游防冲槽、下游翼墙及护坡等。四、水闸的等级划分和洪水标准 见书中表格。第5页/共48页第二节 水闸的孔口尺寸确定一、底板型式选择 闸底板型式有宽顶堰和低实用堰两种。（1）平底板宽顶堰具有结构简单、施工方便、有利于排沙冲淤、泄流能力比较稳定等优点；其缺点是自由泄流时流量系数小，闸后比较容易产生波状水跃。（2）低实用堰有WES低堰、梯形堰和驼峰堰等型式，其优点是自由泄流时流量系数较大，可缩短闸孔宽度和减小闸门高度，并能拦截泥沙入渠；缺点是泄流能力受下游水位变化的影响显

5、著，当淹没度增加时，泄流能力急剧下降。第6页/共48页二、闸底板高程的选定 一般情况下，节制闸、泄洪闸、进水闸或冲沙闸的闸底板高程宜与河（渠）底齐平，以便多泄（引）水，多冲沙；多泥沙河流上的进水闸、分水闸及分洪闸，在满足引水、分水或泄水的条件下，闸底板高程可比河（渠）底略高些；排水闸（排涝闸）、泄水闸或挡潮闸，闸底板高程应尽量定得低些。三、过闸单宽流量的确定 应综合考虑下游河床或渠道的地质条件、水闸上下游水位差、下游尾水深度、闸室总宽度与河道宽度的比值、闸的结构构造特点和下游消能防冲设施等因素来确定。第7页/共48页四、闸孔宽度的确定 根据已确定的过闸流量、上下游水位、底板高程、闸孔型式和堰型

6、，即可用水力学公式计算水闸的闸孔尺寸。（一）闸孔总净宽度的确定（二）单孔净宽与闸孔数目的确定（三）闸室总宽度的确定第8页/共48页第三节 水闸的消能防冲设计一、过闸水流的特点 （1）水闸初始泄流时，闸下水深较浅，随着闸门开度的增加水深逐渐加深，出闸水流从孔流到堰流，从自由出流到淹没出流都会发生。（2）当水闸的上下游水位差较小时，闸下易产生波状水跃。（3）过闸水流都是先收缩后扩散，若设计不当或管理不善，下泄水流不能均匀扩散，主流集中，形成折冲水流。第9页/共48页二、消能防冲设计的水力条件（一）闸下水流的消能方式 平原地区的水闸，水头低，下游河床抗冲能力差，且承受水头不高，宜采用底流式消能。当水

7、闸承受较高水头，且闸下河床及岸坡为坚硬岩体时，可采用挑流消能。当水闸闸下尾水深度较大，且变化较小，河床及岸坡抗冲能力较强时，可采用面流消能。在挟有较大砾石的多泥沙河流上，不宜设消力池，可采用抗冲耐磨的斜坡护坦与下游河道连接，末端应设防冲墙。第10页/共48页（二）消能防冲的水力条件选择 不同类型的水闸，其泄流特点各不相同，因而控制消能设计的水力条件也不尽相同。拦河节制闸宜以在保持闸上最高蓄水位的情况下，以排泄上游多余来水量为控制消能设计的水力条件；当闸的下游河道已渠化时，应考虑下一级的蓄水位对闸下水位的影响。分洪闸宜以闸门全开，以通过最大分洪流量为控制消能设计的水力条件。排水闸（排涝闸）宜以冬

8、、春蓄水期排涝流量为控制消能设计的水力条件。第11页/共48页三、底流式消能设计 在我国，水闸多修建在平原地区的土基上，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，以保证产生淹没式水跃，防止土基冲刷破坏，保证闸室安全。底流式消能防冲设施由消力池、海漫、防冲槽等部分组成。（一）消力池 1、消力池型式的选用 2、消力池的尺寸确定 3、消力池的构造第12页/共48页第13页/共48页（二）辅助消能工 消力池内除设置尾槛外，也常设置消力墩、消力齿等辅助消能工，其目的是使水流受阻，促使水流撞击，形成涡流，加强紊动扩散，稳定水跃，减小消力池尺寸，提高消能效果，节省工程量。（三）海漫 1、

9、海漫长度计算 2、海漫的布置及构造 海漫在构造上要求有：一定的粗糙度，以利进一步消除余能；有一定的透水性，以降低扬压力；有一定的柔性，以适应河床的变形。第14页/共48页（四）防冲槽 水流经过海漫后，多余能量得到进一步消除，但海漫末端处仍有冲刷现象。为保护海漫，常在海漫末端设置防冲槽。四、波状水跃及折冲水流的防止措施（一）波状水跃的防止措施（二）折冲水流的防止措施五、上游河床和上下游岸坡的防护第15页/共48页第四节 水闸的防渗排水设计 水闸防渗排水设计的一般步骤：根据水闸作用水头的大小、地基地质条件和下游排水情况，初步拟定地下轮廓线；进行渗流分析，计算闸底板渗透压力，并验算地基土的渗透稳定性

10、；若抗滑稳定和渗透稳定均满足要求，即可采用初拟的地下轮廓线，否则，应重新修改地下轮廓线。第16页/共48页一、闸基防渗长度及地下轮廓线布置（一）闸基防渗长度的确定 在上下游水位差的作用下，上游水从河床入渗，绕过上游铺盖、板桩、闸底板经过反滤层由排水孔排至下游。其中铺盖、板桩和闸底板等不透水部分与地基的接触线，即闸基渗流的第一根流线，称为地下轮廓线。其长度即为闸基防渗长度（又称为渗径长度）。第17页/共48页（二）闸基防渗排水布置 闸基防渗排水布置，即进行地下轮廓线布置，主要是进行闸基防渗排水轮廓线形状及尺寸的确定。（1）布置原则，“高防低排”。（2）布置方式 1）黏性土地基。2）砂性土地基。3

11、）地震区的均匀粉砂、细砂地基。第18页/共48页二、闸基渗流计算（一）全截面直线分布法（二）改进阻力系数法（三）直线比例法（渗径系数法）三、防渗排水设施（一）铺盖（二）板桩（三）齿墙及混凝土防渗墙（四）水泥砂浆帷幕、高压喷射灌浆帷幕及垂直防渗土工膜（五）排水设施四、水闸的侧向绕渗第19页/共48页第五节 闸室的布置与构造一、底板（一）整体式底板 当闸墩与底板浇筑或砌筑成整体时，称为整体式底板。整个底板是闸室的基础，起着承受荷载、传递荷载、防冲和防渗的作用。（二）分离式底板 在闸墩附近设缝，将闸室底板与闸墩断开的，称为分离式底板。缝中设止水。其闸室上部结构的重量将直接由闸墩或连同部分底板传给地基

12、。（三）底板尺寸及要求第20页/共48页第21页/共48页二、闸墩与胸墙（一）闸墩 闸墩的作用是分隔闸孔，并支撑闸门、工作桥等上部结构。闸墩的外形轮廓应满足过闸水流平顺、侧向收缩小、过流能力大的要求。上游墩头可采用半圆形或尖角形，下游墩尾宜采用流线形。第22页/共48页（二）胸墙 胸墙常用钢筋混凝土结构做成板式或梁板式。它与闸墩的连接方式有简支和固接两种。胸墙相对于闸门的位置取决于闸门的型式。若采用弧形闸门，胸墙设在闸门上游侧；若采用平面闸门，胸墙可设在闸门上游侧，也可设在闸门下游侧。第23页/共48页三、工作桥、交通桥 为了安装启闭设备和便于工作人员操作的需要，通常在闸墩上设置工作桥。工作桥

13、的高程与闸门和启闭设备的型式、闸门高度有关，一般应使闸门开启后，门底高于上游最高水位，以免阻碍过闸水流。建闸后，为便于行人或车马通行，通常也在闸墩上设置交通桥。交通桥的位置应根据闸室稳定及两岸交通连接的需要而定，一般布置在闸墩的下游侧。第24页/共48页第25页/共48页第26页/共48页四、分缝与止水（一）分缝方式与布置 除闸室本身分缝以外，凡是相邻结构荷重相差悬殊或结构较长、面积较大的地方也要设缝分开。（二）止水设备 凡是具有防渗要求的缝中都应设置止水设备。对止水设备的要求是：应防渗可靠；应能适应混凝土收缩及地基不均匀沉降的变形；应结构简单，施工方便。按止水所设置的位置不同可分为水平止水和

14、铅直止水两种。第27页/共48页第六节 闸室稳定验算及地基处理 水闸的闸室，要求在施工、运行、检修等各个时期，都不产生过大沉降或沉降差，不致沿地基面发生水平滑动，不致因基底压力的作用使地基发生剪切破坏而失稳。因此，必须验算闸室在刚建成、运行、施工以及检修不同工作情况下的稳定性。第28页/共48页一、荷载计算及其组合（一）荷载计算 （1）自重。指水闸结构及其上部填料和永久设备的重量。（2）水重。指闸室范围内作用在底板顶面以上的水体重量。（3）水平水压力。指作用在胸墙、闸门及闸墩上的水平水压力。（4）扬压力。指作用在底板底面的渗透压力及浮托力之和。（5）浪压力。计算出波浪要素后，判别深水波、浅水波

15、或破碎波，分别用相应公式进行计算。第29页/共48页 （6）土压力。根据填土性质、挡土高度、填土内的地下水位、填土顶面坡角及超载等计算确定。（7）淤沙压力。根据水闸上、下游可能淤积的厚度及泥沙重度计算确定。（二）荷载组合 设计水闸时，应将可能同时作用的各种荷载进行组合。荷载组合分为基本组合与特殊组合两类。基本组合由基本荷载组成；特殊荷载由基本荷载和一种或几种特殊荷载组成。第30页/共48页二、闸室抗滑稳定计算（一）计算公式 （1）土基上的水闸闸室沿地基面的抗滑稳定计算。（2）岩基上沿闸室基底面的抗滑稳定公式 计算。第31页/共48页（二）提高闸室抗滑稳定性的措施 当沿闸室基底面抗滑稳定安全系数

16、计算值小于允许值时，可采用下列一种或几种抗滑措施。将闸门位置移向低水位一侧，或将水闸底板向高水位一侧加长，以增加水重；适当增大闸室结构尺寸；增加闸室底板的齿墙深度；增加铺盖长度或帷幕灌浆深度，或在不影响防渗安全的条件下将排水设施向水闸底板靠近；利用钢筋混凝土铺盖作为阻滑板，但闸室自身的抗滑稳定安全系数不应小于1.0，阻滑板应满足抗裂要求；增设钢筋混凝土抗滑桩或预应力锚固结构。第32页/共48页三、闸室基底应力计算（一）计算公式 （1）对于结构布置及受力情况对称的闸孔，如多孔水闸的中间孔或左右对称的单闸孔，按下式计算 （2）对于结构布置及受力情况不对称的闸孔，如多孔闸的边闸孔或左右不对称的单闸孔

17、，按双向偏心受压公式计算（二）安全指标 见书中表格。第33页/共48页四、地基沉降校核 由于土基压缩变形大，容易引起较大的地基沉降。较大的均匀沉降可能会使闸顶部高程不足；过大的不均匀沉降，将导致闸室倾斜、产生裂缝、止水破坏，甚至断裂等。因此在研究地基稳定时，应进行地基的沉降校核，以保证水闸的安全和正常运用。五、地基处理 水闸地基处理的目的是：提高地基的承载能力和稳定性；减小或消除地基的有害沉陷，防止地基渗透变形。第34页/共48页第七节 闸室结构计算一、底板 闸底板一般采用“截板成梁”的方法进行计算，即沿垂直水流方向截取单位宽度的板条作为梁来进行计算。由于闸门前后水重相差悬殊，底板所受荷载不同

18、，常以闸门为界，分别在闸门上下游段的中间处截取单宽板条及墩条。（一）倒置梁法（二）弹性地基梁法第35页/共48页二、闸墩 闸墩结构计算主要包括闸墩水平截面上的正应力和剪应力、平面闸门门槽或弧形闸门支座的应力计算。闸墩计算情况有运用期和检修期两种。三、胸墙、工作桥、检修便桥及交通桥 可根据各自的支承情况、结构布置型式按板或板梁系统采用结构力学的方法进行结构计算。第36页/共48页第八节 两岸连接建筑物一、连接建筑物的作用 水闸两端与河岸或堤、坝等建筑物的连接处，需设置连接建筑，它们包括上、下游翼墙，边墩或岸墙、刺墙和导流墙等。其作用是：挡住两侧填土，维持土坝及两岸的稳定，防止过闸水流的冲刷；引导

19、水流平顺进闸，并使出闸水流均匀扩散；阻止侧向绕渗，防止与其相连的岸坡或土坝产生渗透变形；保护两岸或土坝边坡不受过闸水流的冲刷；在软弱地基上设有独立岸墙时，可减少地基沉降对闸身应力的影响，改善闸室受力状况。第37页/共48页二、连接建筑物的布置型式（一）上、下游翼墙 （1）圆弧或椭圆弧形翼墙。（2）反翼墙。（3）扭曲面翼墙。（4）斜降式翼墙。（二）边墩和岸墙 （1）边墩和岸墙结合。（2）边墩和岸墙分开。（3）护坡连接型式。第38页/共48页第39页/共48页第40页/共48页第41页/共48页第42页/共48页第43页/共48页三、连接建筑物的结构型式和构造（一）重力式挡土墙（二）悬臂式挡土墙（

20、三）扶臂式挡土墙（四）空箱式挡土墙（五）连拱空箱式挡土墙第44页/共48页第九节 闸门与启闭机一、闸门（一）闸门的组成 闸门结构一般由活动部分、埋固部分和悬吊设备三部分组成。活动部分主要是由面板、梁格系统组成的门体结构；埋固构件是预埋在闸墩和胸墙等结构内部的固定构件；悬吊设备是指连接闸门和启闭设备的拉杆或牵引索等。第45页/共48页（二）闸门的类型 （1）按结构型式可分为平面闸门、弧形闸门。（2）按工作性质可分为工作闸门、检修闸门和事故闸门。（3）闸门按所用材料可分为钢闸门、钢筋混凝土闸门及钢丝网水泥闸门、钢木混合结构闸门、木闸门和铸铁闸门等。（4）闸门按其在水中的位置可分为露顶闸门和潜孔闸门。（三）闸门的布置要求第46页/共48页二、启闭机 闸门启闭机可分为固定式和移动式两种。常用的固定式启闭机有卷扬式、螺杆式和油压式三种。移动式一般有门架式和桥式两种。第47页/共48页感谢您的观看。第48页/共48页