水闸简介

水工建筑物水闸Sluice水工概论水闸南京2009.09５概述123水闸的类型、组成及构造闸室安全和地基处理主要内容4水闸的孔口尺寸７闸下防渗4水闸室消能防冲６8闸室结构与两岸连接建筑物其他闸坝建筑物水闸南京2009.09概述水闸定义水闸枢纽等级划分与洪水标准水闸特点海河防潮闸天津水闸南京2009.09概述一、定义水闸——是调节水位、控制流量的低水头水工建筑物，主要依靠闸门控制水流，具有挡水和泄（引）水的双重功能，在防洪、治涝、灌溉、供水、航运、发电等方面应用十分广泛。水闸南京2009.09低水头水工建筑物：一般指水头不超过30m的水工建筑物，主要有水闸、低坝、橡胶坝、船闸等。概述水闸南京2009.09南通节制闸建成于1960年7月25日，共23孔，每孔净宽4.00米，总宽115.60米，采用平面钢闸门，卧式液压卷扬式启闭机。1999年加固时，将工作桥迁至公路桥下，并对公路桥拓宽改造。概述水闸南京2009.09概述南水北调中线工程引水渠首位于河南省淅川县境内，距坝址30公里，有引水渠闸两座，进水闸（5孔）设计引水流量500立方米/秒，后期规模引水流量800立方米/秒。水闸南京2009.09概述高良涧闸：进水闸在洪泽县高良涧镇北，是苏北灌溉总渠首，设计流量800m3/s，平面闸门。水闸南京2009.09概述本着“蓄泄兼筹，以泄为主”，“江湖两利”的原则，1952年4月5日全面动工兴建，至6月20日以75天时间建成荆江分洪第一期主体工程。荆江分洪工程进洪闸(当地人称北闸)，有54个进洪孔，长1054.375m；设计进洪流量为8000m3/s。水闸南京2009.09概述三河闸在洪泽湖东南蒋坝，是淮河洪泽湖出口进入江水道的咽喉控制工程，淮河流域中三河上节制闸，设计流量12000m3/s，设计水头6m。弧形闸门。水闸南京2009.09概述南京秦淮河整治三汊河口闸(双孔弧形护镜门）集防洪排涝、改善城市河道水质和水环境及人文景观等功能于一身。闸室总宽97米，分两孔，每孔净宽40米，非汛期控制水位最高为7．00米。水闸南京2009.09概述射阳河闸，由苏联专家设计建造于1953年，1956年建成并投入使用，为建国初期的江苏省第一座挡潮闸，共35孔，总长500米。水闸南京2009.09概述二、平原区水闸枢纽等级划分及洪水标准1、工程等别及建筑物级别平原区水闸枢纽工程是以水闸为主的水利枢纽工程，一般由水闸、泵站、船闸、水电站等水工建筑物组成，有的还包括涵洞、渡槽等其它泄（引）水建筑物。应根据水闸最大过闸流量及其防护对象的重要性划分等别。其中水工建筑物的级别应根据其所属枢纽工程的等别、作用和重要性划分。水闸南京2009.09概述表1平原区水闸枢纽工程分等指标工程等别IIIIIIIVV规模大（1）型大（2）型中型小（1）型小（2）型最大过闸流量（m3/s）≥50005000-10001000-100100-2020防护对象的重要性特别重要重要中等一般水闸南京2009.09概述表2水闸枢纽建筑物级别划分工程等别永久性建筑物级别临时性建筑物级别主要建筑物次要建筑物Ⅰ134Ⅱ234Ⅲ345Ⅳ455Ⅴ55\水闸南京2009.09概述2、洪水标准平原区水闸的洪水标准应根据所在河流流域的防洪规划规定的防洪任务，以近期防洪目标为主，并考虑远景发展要求，按下表所列标准综合分析确定。水闸级别12345洪水重现期(年)设计100~5050~3030~2020~1010校核300~200200~100100~5050~3030~20水闸南京2009.09概述水闸（整体式平底板）的传力过程：水荷载→闸门（承受水压力）→闸墩（承受上部结构重量）→底板（将荷载较均匀地传给地基）→地基三、水闸的工作特点水闸南京2009.091、地基：平原地区水闸大部分建在土基上。抗剪强度低→稳定性差；压缩性较大→容易产生不均匀沉降；易产生渗透变形，抗冲刷能力低。概述水闸南京2009.09概述2、水流(1)静水（关闸）：水平水压力、土基→滑动；水头差产生渗透压力→不利于稳定；绕岸渗流→不利于翼墙稳定。水闸南京2009.09概述(2)开闸泄水：水头差→流速大→对下游河床、岸坡冲刷；水位变幅较大→流态多（堰流、孔流），淹没出流、自由出流；闸门全开时，水头差小→易形成波状水跃；闸门开启顺序不合理时→产生折冲水流。水闸南京2009.09概述水闸相关规范《水闸设计规范》（SL265-2001）《水闸施工规范》（SL27-91)《水闸工程管理设计规范》（SL170-96)《水闸技术管理规程》（SL75-94)《水闸安全鉴定规定》（SL214-98)水闸南京2009.09５概述123水闸的类型、组成及构造闸室安全和地基处理主要内容4水闸的孔口尺寸７闸下防渗4水闸室消能防冲６8闸室结构与两岸连接建筑物其他闸坝建筑物水闸南京2009.09一、分类1、按功能分水闸的类型、组成及构造水闸南京2009.092、按闸室结构分P123(1)开敞式：闸室露天——有胸墙、无胸墙(2)涵洞式：闸室后部有洞身段，洞顶有填土覆盖。3、按操作闸门的动力分(1)机械操作闸门的水闸(2)水力操作闸门的水闸水闸的类型、组成及构造水闸南京2009.094、水闸按照规模分(1)大型水闸：Q1000m3/s；(2)中型水闸：Q=100m3/s-1000m3/s；（3）小型水闸。3、按施工方式(1)现浇(2)装配水闸的类型、组成及构造水闸南京2009.09二、水闸的组成土基上水闸立体示意图水闸的类型、组成及构造水闸南京2009.091.闸室（调节水位和流量）：底板、闸墩、闸门、（胸墙）、工作桥、交通桥2.上游连接段（引导水流平顺进入闸室）：翼墙、铺盖、护底、上游防冲槽、上游护坡3.下游连接段（消能、防冲）：翼墙、护坦、海漫、下游防冲槽、下游护坡、下游排水（反滤、排水孔）水闸的类型、组成及构造水闸南京2009.09５概述123水闸的类型、组成及构造闸室安全和地基处理主要内容4水闸的孔口尺寸７闸下防渗4水闸室消能防冲６8闸室结构与两岸连接建筑物其他闸坝建筑物水闸南京2009.09单宽流量：应避免复杂地基处理；考虑抗冲刷能力q。在水闸的可行性研究阶段，过闸单宽流量q可按下列数据选用：粉砂、细砂、粉土和淤泥——5～10m2/s；砂壤土——10～15m2/s；壤土——15～20m2/s；粘土——15～25m2/s。水闸的孔口尺寸水闸南京2009.09计算孔口尺寸B及溢流前沿总宽L规范中介绍了平底闸闸孔自由堰流、淹没式堰流、孔流的计算公式：平底板堰流：平底板堰流淹没状态：平底板孔流：水闸的孔口尺寸水闸南京2009.09闸孔数n=B０/b，如果运用上无特殊要求，一般b=8～12m，n8时n一般取奇数；溢流前缘总宽：L=nb+（n-1）d，d为闸墩厚度。水闸的孔口尺寸水闸南京2009.09５概述123水闸的类型、组成及构造闸室安全和地基处理主要内容4水闸的孔口尺寸７闸下防渗4水闸室消能防冲６8闸室结构与两岸连接建筑物其他闸坝建筑物水闸南京2009.091、土基上的闸室稳定计算应满足以下要求⑴在各种计算情况下，闸室的平均基底压力不大于地基允许承载力，最大基底压力不大于地基允许承载力的1.2倍；⑵闸室基底应力的最大值和最小值之比不大于规范规定的允许值,不均匀沉降问题；⑶沿闸室基底面的抗滑稳定安全系数不小于规范规定的允许值。闸室安全和地基处理水闸南京2009.092、岩基上的闸室稳定计算应满足以下要求⑴各种计算情况下，闸室的最大基底压力不大于地基允许承载力；⑵在非地震情况下，闸室基底不出现拉应力；在地震情况下，闸室基底拉应力不大于100kPa；⑶沿闸室基底面的抗滑稳定安全系数不小于规范规定的允许值。闸室安全和地基处理水闸南京2009.09当不能满足要求，需进行地基处理，常用：◎换土垫层◎强夯法◎桩基础◎预压加固◎沉井基础◎振冲碎石桩◎高压旋喷灌浆闸室安全和地基处理水闸南京2009.09５概述123水闸的类型、组成及构造闸室安全和地基处理主要内容4水闸的孔口尺寸７闸下防渗4水闸消能防冲６8闸室结构与两岸连接建筑物其他闸坝建筑物水闸南京2009.09一、闸下泄流的特点和闸下冲刷的原因1、闸下泄流的特点（泄量大、水头低、弗氏数小、消能不充分）（1）分洪闸：开始泄流时下游无水或水位很低；始流条件差：Qmax→⊿Zmax；水位升高，Fr较小，易产生波状水跃；进口流态不对称时会产生折冲水流。水闸消能防冲水闸南京2009.09水闸消能防冲（2）节制闸闸门开启不对称时会产生折冲水流，下游水流不稳定；上下游水头差大，能量大。（3）排水闸上下游水头差小，过闸水流常处于缓流；水闸南京2009.09水闸消能防冲2、闸下冲刷的原因：q大而土壤的抗冲刷能力低；河道收缩，水流未充分扩散；运用不合理，产生折冲水流；消能工设计不合理。水闸南京2009.09水闸消能防冲二、消能工设计消能防冲设施必须在各种可能出现的水力条件下，都能满足消散动能与均匀扩散水流的要求，且应与下游河道有良好的衔接。1、消能方式：大多数采用底流消能，水闸承受的水头不高，闸下跃前Fr较低，宜采用底流式水跃消能。水闸南京2009.09水闸消能防冲2、计算消力池长度、深度及消力池底板的厚度①消力池深度：按水跃动量平衡方程试算求解，需经过试算确定。②消力池的长度：用经验公式计算。③消力池护坦厚度：根据抗冲和抗浮要求确定。水闸南京2009.09水闸消能防冲①消力池深度计算：LsLjLsjtdhc″hs′ThcHH00水闸南京2009.09水闸消能防冲设计(1)Zhhdsc0(2).25021321812））（（bbghqhhccc(3)0222203gqhThcc(4)2222222csghqhgqZ水闸南京2009.09水闸消能防冲实际工程设计中，往往是计算出各种不同水位组合、闸门开度时要求的消力池深度，取其最大值作为设计值。消力池池深一般为1～3m。水闸南京2009.09水闸消能防冲②消力池的长度：用经验公式计算jssjLLL）ccjhhL(.96Lj为水跃长度，规范（SL265-2001）中推荐采用欧勒佛托斯基公式计算：水闸南京2009.09水闸消能防冲③消力池底板（护坦）厚度：要求满足抗浮和抗冲要求，且不小于0.5m。抗冲：抗浮：Hqkt1bmPWUkt2k1为消力池底板计算系数，可采用0.150.20；k2为消力池底板安全系数，可采用1.11.3水闸南京2009.09水闸消能防冲下挖式消力池与闸室底板之间直接用斜坡段连接即可，规范规定消力池斜坡段坡度不应陡于1：4。倾斜段不宜设排水孔，护坦后部设铅直排水孔以降低池底板渗透压力，并在该部位底面铺设反滤层。1:4~1:5⑶消力池布置水闸南京2009.09水闸消能防冲3、辅助消能工(1)作用：①加大水流阻力；②加强水流紊动和撞击；③稳定水跃；④利于扩散水流(2)类型：消力墩，池首坎，消力梁，散流墩等水闸南京2009.09水闸消能防冲4、上下游防护(1)闸下防护：①护坦、反滤层②海漫③海漫末端设大块石防冲槽：限制冲刷向上游扩展，保护海漫。深度一般为1.0～2.0m，上下游坡度可采用1：2～1：4；④下游两岸护坡长度应大于护底长度。水闸南京2009.09②海漫紧接护坦，进一步消除余能，调整流速分布，达到不冲流速；要求：抗冲、有一定柔性、表面粗糙、透水；材料：浆砌石、干砌石；长度：按经验公式计算水闸消能防冲水闸南京2009.09土壤名称粉土细砂粗砂细砾石粗砾石小卵石中等紧密粘土粘土紧密允许平均流速（m/s）0.19~0.260.26~0.400.7~0.80.8~0.951.2~1.41.4~1.81.11.5水闸消能防冲水闸南京2009.09水闸消能防冲(2)上游防护：齿墙/防冲槽→护底→铺盖为了防止水流冲刷，必要时上游护底首端应设防冲槽（或防冲墙），其深度一般采用1.0m即可。水闸南京2009.09５概述123水闸的类型、组成及构造闸室安全和地基处理主要内容4水闸的孔