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1水闸黑龙江农垦林业职业技术学院2图：单孔闸和多孔闸3主要内容一、概述二、闸孔尺寸的确定三、水闸的消能防冲四、水闸防渗设计五、闸室的布置和构造六、闸室的稳定计算4第一节概述•水闸是一种利用闸门的启闭来调节水位、控制流量的低水头水工建筑物，具有挡水和泄水的双重功能。•一、水闸的作用和类型•二、水闸的工作特点及设计要求•三、水闸的组成•四、水闸的设计步骤5第二节闸孔尺寸的确定•水闸图•概述•闸孔及底板型式选择•上、下游水位确定•闸底板高程确定•过闸单宽流量确定•闸尺寸的计算第二节闸孔尺寸的确定6第三节水闸的消能防冲•闸下游发生冲刷原因•消能防冲条件及措施•波状水跃及折冲水流的防止措施•防冲加固措施7•目的、任务、内容•闸基防渗长度及地下轮廓线布置（地下轮廓线设计）•闸基渗流计算•防渗排水设备•侧向渗流第四节水闸防渗设计8第五节闸室的布置和构造•概述•闸墩与胸墙•工作桥与交通桥•缝与止水9•稳定计算应满足的要求•荷载计算•荷载组合•闸室稳定计算•基底压力计算•闸基沉降•地基处理第六节闸室的稳定计算10第一节概述一、作用•控制水位、调节流量的低水头水工建筑物，是农田水利中龙头工程，常与堤坝、船闸、鱼道、水站、抽水站等建筑物组成水利枢纽，以满足防洪、排洪、航运、灌溉以及发电水利工程的需要。11第一节概述一、类型•（一）按所承担任务分：–节制闸进水闸是用来从河道、湖泊、水库引取水流，一般建于引水渠道的首部。–进水闸用以控制水位、流量–排水闸一般修在江河沿岸排水沟或河道末端–分洪闸：常建于泄洪能力不足的河段上游适当地点建造，形成滞洪区、湖泊。–挡潮闸挡潮、排水和蓄淡的目–冲沙闸:是用来排除进水闸或拦河（节制）闸前淤积的泥沙，减少泥沙入渠•（一）按所承担任务分12第一节概述（二）按闸室结构形式分类•1、开敞式水闸上面设有填土，开敞，露天。•2、涵洞式水闸水闸修建在河堤之下。类型13开敞式水闸定义：闸室上面不填土封闭的水闸。适用范围：一般有泄洪、排水、过木等要求时，多采用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，而下泄流量又有限制时，为避免闸门过高，常采用带胸墙的开敞式水闸，常用类型：进水闸、排水闸、挡潮闸多用这种形式。第一节概述14定义：闸（洞）身上面填土封闭的水闸，又称封闭式水闸。位置：涵洞式水闸常用于穿堤取水或排水的水闸。特点：洞内水流可以是有压的或者是无压的。涵洞式水闸第一节概述15节制闸（拦河闸）•调节水位，控制流量。•枯水期借以抬高水位，以利取水和上游航运，洪水期用以控制流量。•渠系建筑物中节制闸一般建于支渠分水口的下游，用以抬高水位，满足支渠引水需要。第一节概述16第一节概述17淮河蚌埠节制闸18节制闸19葛州坝泄水闸20张洼蓄水闸21塔里木河拦河闸工程22山东王营盘拦河闸23进水闸•建在河道、湖泊的岸边或渠道，用来引水灌溉、发电或其他用水需要。•灌溉渠系中建于干渠以下渠道首的进水闸，作用上报把上一级渠道的水分下一级渠道，分水闸、斗门、农门。第一节概述24第一节概述上浦闸(上浦引水灌溉工程)是长沼水库的灌溉配套工程，由枢纽、总干渠两部分组成，枢纽工程位于曹娥江下游的上浦镇境内分叉江上，距长诏水库73公里，控制曹娥江流域面积4460平方公里。工程主要作用是御咸蓄淡，引水灌溉，又能拦截上游长沼水库分配给上虞市的3825万立方米灌溉水量，同时引曹娥江天然径流灌溉余上慈灌区。25排水闸•建在江河沿岸排水渠出口处，外河上涨时，关闸门防止洪水倒港灌，避免洪灾。当外河水位退落时，开闸排水防止涝害。具有双面挡水的作用。26嘉兴洪水以及排水闸•嘉兴南排工程第一节概述27挡潮闸•1-建在河流入流的河口地段，以防止海水倒灌。•2-抬高内河水位，满足蓄淡灌溉。•3-退潮排涝。•4-有通航孔，还可平潮时通潮。•5-具有双向挡水作用——排水闸、挡潮闸。海宁盐官排涝挡潮闸模型第一节概述28二．水闸的工作特点地基条件差和水头低且变幅大，流态复杂，是小型水闸主要工作特点•设计要求1.稳定方面2.防渗方面3.消能防冲方面4.沉降方面第一节概述291、稳定方面关门挡水时，水闸上、下游较大的水头差造成较大的水平推力，使水闸有可能沿基面产生向下游的滑动，为此，水闸必须具有足够的重力，以维持自身的稳定。第一节概述30第一节概述由于上下游水位差的作用，水将通过地基和两岸向下游渗流。渗流会引起水量损失，同时地基土在渗流作用下，容易产生渗透变形。严重时闸基和两岸的土壤会被淘空，危及水闸安全。渗流对闸室和两岸连接建筑物的稳定不利。因此，应妥善进行防渗设计。2.防渗方面31第一节概述水闸开闸泄水时，在上、下游水位差的作用下，过闸水流往往具有较大的动能，流态也较复杂，而土质河床的抗冲能力较低，可能引起冲刷。此外，水闸下游常出现波状水跃和折冲水流，会进一步加剧对河床和两岸的淘刷。因此，设计水闸除应保证闸室具有足够的过水能力外，还必须采取有效的消能防冲措施，以防止河道产生有害的冲刷。3.消能防冲方面32第一节概述土基上建闸，由于土基的压缩性大，抗剪强度低，在闸室的重力和外部荷载作用下，可能产生较大的沉降影响正常使用，尤其是不均匀沉降会导致水闸倾斜，甚至断裂。在水闸设计时，必须合理地选择闸型、构造，安排好施工程序，采取必要的地基处理等措施，以减少过大的地基沉降和不均匀沉降。4.沉降方面33三.水闸的组成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、下游护坡一、上游连接段二、闸室段三、下游连接段第一节概述3435上游连接段•作用:将上游来水平顺地引进闸室,防止冲刷。•组成及作用上游翼墙：引导水流平顺进闸。铺盖：起防渗作用,并要胡防冲作用。护坡、护底：保护河岸及河床不受冲刷。上游防冲槽：保护护岸头部,防止河床冲刷而护底方向发展。36下游连接段下游连接段包括消力池、海漫、下游防冲槽、下游翼墙及护坡等（使水流经有效消能后平顺流出闸室，与下游河床段连接）。①消力池：紧接闸室布置，具有形成水跃和保护水跃范围内河床允许受冲刷作用，是消能的主要措施。②海漫：布置在消力池后面，继续消除余能，调整流速分布用块石砌成。③防冲槽：海漫的末端防冲措施，防止海漫后河床冲刷面上游发展。④下游翼墙：水流均匀护散，并保护两岸免受冲刷。⑤护坡：布海漫和防冲槽范围内，一般用块石。3738闸室段•是水闸主体，包括底板、闸墩、闸门、胸墙、岸墙、工作桥、交通桥。–底板：闸室基础，承受闸室全部荷载，较均匀地将荷载传给地基并利用底板与地基土磨擦来维持闸室稳定，还有防冲防渗作用。–闸墩：分隔闸孔、支取闸门和桥梁。–工作桥：供布置启闭和工作人员操作机器之用。–岸墙：闸室与河岸的连接结构，主要以挡土，并且有侧向防渗作用。39设计步骤•根据水闸的上下游水头差大小和地基质条件选择地下轮廓线的形状和尺寸。•选用适当的方法对模拟的布置方案进行渗流计算，求出闸基承受的渗透压力以及渗透坡降。•验算闸基及地基稳定性，包括地基土的抗渗稳定性。40作练习1、水闸是一种（）和（）的低水头水工建筑物。2、水闸按承担任务分为（）（）、分洪闸、排水闸、挡潮闸等类型闸。3、水闸按闸室结构形式分为（）（）两种闸。4、闸室有（）（）（）（）胸墙及交通桥等组成。41习题答案•1、挡水、泄水•2、节制闸、进水闸•3、开敞式水闸、涵洞式水闸•4、底板、闸墩、闸门、工作桥42总结•一、本节重点：水闸按水闸所承担的任务分类水闸的工作特点水闸组成•二本节难点水闸的工作特点43布置作业•1、什么叫水闸？按照其作用可分为哪几类？•2、水闸由哪几段构成？•3、水闸有哪些工作特点？44闸孔及底板型式选择•一、闸孔型式：•二、底板型式：•三、各型式特点：第二节闸孔尺寸的确定45闸孔型式•开敞式：•涵洞式：•胸墙底部高程应高于泄水位0.1~0.2,并满足所需要流量要求,胸墙顶部和岸墙顶高程应满足上游水位加一定安全超高。第二节闸孔尺寸的确定46底板型式•平底板宽顶堰：•实用堰：•骆峰堰：•梯形堰：图7－5（a）宽顶堰；（b）低实用堰第二节闸孔尺寸的确定47各型式特点•①平底宽顶堰:虽然流量系数小，但构造简单，施工方便应用广泛。②实用堰:a.上、下游渠底高差较大。b.地面表层地质松软，需将闸底高程降低，使底板置于较深的密实地层中。c.有拉沙要求。③低堰:D1≤(1.0－1.33)Hd第二节闸孔尺寸的确定48上、下游水位确定•渠首进水闸–有坝取水–无坝取水–下游水位•节制闸:上游水位与有坝取水时进水闸上游水位同,下游水位可从原河道水位流量过程中查得。第二节闸孔尺寸的确定49有坝取水•上游水位由拦河坝（闸）控制，闸的上游设计水位，即拦河坝应该雍高的水位，其泄洪时期的水位决定于相应时期内拦河坝泄流时的坝顶溢流水位，也可以闸后水位0.1~0.3m水头损失后得出副复核。第二节闸孔尺寸的确定50无坝取水•可取闸前外河历年平均枯水位为设计水位，或选用相当于灌溉设计保证率的灌溉临界期外河平均水位，作为上游设计水位。•若引用流量技术，主要考虑进水口河水位的降落影响。第二节闸孔尺寸的确定51下游水位•由面高程到渠前进行渠系水位推算而决定的，计算所得的渠首水位加上述闸水位降落值（一般为0.1~0.3m)，即为面前上游上游水位，若取水口处水位与之相等或按近相等，则满足引水灌溉要求，若高于闸前水位，则不行。若低于闸前水位，则有高度。第二节闸孔尺寸的确定52闸底板高程确定•堰顶高程应综合考虑水流、地形、施工及运用等条件，结合堰型弧门型的选择，经过技术比较后确定。闸底板顶面（闸槛）高程的确定，关系闸孔型式和尺寸的决定，也直接影响整个水闸的工程量和造价。如将槛高定得低些，闸前水深和过闸单宽流量要大些，从而使闸孔总宽度缩短，减少闸室段工程投资。但同时将增大两岸连接建筑物的高度，并增加基坑开挖和闸下消能防冲布置上的难度，增加两岸连接建筑物工程投资。一般：–拦河闸与河底齐平，进水闸底板高程常等于或略高于闸后渠底，排水闸，略低于或齐平闸前排水浆的底高程，分洪闸可比闸前河底高一些。–选择闸底板顶面高程以前，首先要确定合适的最大过闸单宽流量，它取决于闸下游河渠的允许最大单宽流量，即下游河渠的最大水深与河床土体的抗冲流速的乘积。第二节闸孔尺寸的确定53过闸单宽流量确定根据闸后河床：地质条件及考虑上、下游水位差，下游水位和河道宽度与闸室宽度的比值等因素。•大、中型水闸：–粘性土河床:q=15~25m3/s.m–砂土河床:q=10~15m3/s.m–细砂、粉砂河床:q=5~10m3/s.m•q的数值决定于上、下游水位差堰顶高程。第二节闸孔尺寸的确定54概述•水闸闸孔型式–底板型式–门型–门顶胸墙•水闸闸孔尺寸–底板的顶面高程（堰顶高程）–岸墙顶部和胸墙底面高程–闸孔净宽以及闸孔孔数第二节闸孔尺寸的确定55门型1•弧形闸门•平板闸门•人字门第二节闸孔尺寸的确定56门型2第二节闸孔尺寸的确定57闸孔净宽计算•堰流：•闸门全开泄水时，过闸水流，具有自由水面，保持堰流特性，闸孔总净宽B•孔流不同堰型水闸，当闸门开度he和堰上水头比值he/H≤0.65时，即为闸孔出流。23002HgmQB002'gHhQBe第二节闸孔尺寸的确定58闸孔总净宽的选择采用•采用的闸孔总净宽要略大于计算值，以留有余地(以超过计算值3％~5％)为宜。•要求闸室总览度大体上与上、下游河道宽度(即通过设计流量的平均过水宽度)相适应。•根据江苏省几座大中型水闸工程的实践经验．闸室总宽度与河道的比值一般为0.6~0.85；•参考值：河北省水利水电勘测设计研究院根据根治海河工程的实践经验．提出大中型水闸闸室总宽度与河道宽度的比值一般不宜小于表3—9所列的数值，否则会加大连接段的工程量，从而增加工程总造价、同时对水闸安全泄水不利。第二节闸孔尺寸的确定59闸孔孔数分孔原则：在闸孔总净宽确定后，还必须进行分孔，闸孔孔径的大小，主要应根据闸的地基条件、运用要求、选用的闸门结构型式、启闭机容量等因素综合分析