水利工程之水閘

1、水閘1.概述2.水閘的類型3.水閘的組成及構(gòu)造4.水閘的孔口尺寸5.閘室的安全和地基處理6.消能防沖7.閘下防滲與閘室結(jié)構(gòu)8.兩岸連接建筑物9.其他閘壩建筑物概述所謂水閘，就是修建在河道、渠道或湖、海口，利用閘門控制流量和調(diào)節(jié)水位的水工建筑物。 中國修建水閘的歷史悠久。公元前598前591年,楚令尹孫叔敖在今安徽省壽縣建芍陂灌區(qū)時,即設(shè)五個閘門引水。以后隨建閘技術(shù)的提高和建筑材料新品種的出現(xiàn)，水閘建設(shè)也日益增多。1949年后大規(guī)?，F(xiàn)代化水閘的建設(shè),在中國普遍興起,并積累了豐富的經(jīng)驗。 水閘是調(diào)節(jié)水位、控制流量的低水頭水工建筑物，主要依靠閘門控制水流，具有擋水和泄（引）水的雙重功能，關(guān)閉閘門，可

2、以攔洪、擋潮、抬高水位，以滿足上游取水或通航的需要；開啟閘門，可以泄洪、排澇、沖沙、取水或根據(jù)下游用水需要調(diào)節(jié)流量。水閘多建在平原地區(qū)，其功能是兼顧防洪、取水、排水、航運和發(fā)電，是綜合水利工程。水閘的類型1.按水閘所承擔(dān)的任務(wù)分類按水閘所承擔(dān)的任務(wù)分類:節(jié)制閘、進水閘、分洪閘、排水閘、擋潮閘、排沙閘、排冰閘、排污閘等。如圖節(jié)制閘（或攔河閘）：攔河或在渠道上建造?？菟谟靡詳r截河道，抬高水位，以利上游取水或航運要求；洪水期則開閘泄洪，控制下泄流量。位于河道上的節(jié)制閘稱為攔河閘。進水閘：建在河道、水庫或湖泊的岸邊，用來控制引水流量，以滿足灌溉、發(fā)電或供水的需要。進水閘又稱取水閘或渠首閘。分洪閘：常

3、建于河道的一側(cè)，用來將超過下游河道安全泄量的洪水泄入預(yù)定的湖泊、洼地，及時削減洪峰，保證下游河道的安全。排水閘：常建于江河沿岸，外河水位上漲時關(guān)閘以防外水倒灌，外河水位下降時開閘排水，排除兩岸低洼地區(qū)的澇漬。該閘具有雙向擋水，有時雙向過流的特點。擋潮閘：建在入海河口附近，漲潮時關(guān)閘不使海水沿河上溯，退潮時開閘泄水。擋潮閘具有雙向擋水的特點。排沙閘、排冰閘、排污閘：為排除泥沙、冰塊、漂浮物等而設(shè)置的。2.按閘室結(jié)構(gòu)形式分類按閘室結(jié)構(gòu)形式分類開敞式水閘：閘室上面不填土封閉的水閘。一般有泄洪、排水、過木等要求時，多采用不帶胸墻的開敞式水閘，多用于攔河閘、排冰閘等；當(dāng)上游水位變幅大，而下泄流量又有限制

4、時，為避免閘門過高，常采用帶胸墻的開敞式水閘，如進水閘、排水閘、擋潮閘多用這種形式。涵洞式水閘：閘（洞）身上面填土封閉的水閘，又稱封閉式水閘。涵洞式水閘常用于穿堤取水或排水的水閘。洞內(nèi)水流可以是有壓的或者是無壓的。水閘的組成及構(gòu)造水閘的主體是閘室。此外，閘室上，下游都需要有連接段與河道連接。如圖1閘室底板 2閘墩 3胸墻 4閘門 5工作橋 6交通橋 7堤頂 8上游翼墻 9下游翼墻 10護坦 11排水孔 12消力坎 13海漫 14下游防沖槽 15上游防沖槽 16上游護底 17上、下游護坡。1.上游聯(lián)接段：上游聯(lián)接段：主要作用是引導(dǎo)水流平穩(wěn)地進入閘室，同時起防沖、防滲、擋土等作用。一般包括上游翼墻

5、、鋪蓋、護底、兩岸護坡及上游防沖槽等。上游翼墻的作用是引導(dǎo)水流平順地進入閘孔并起側(cè)向防滲作用。鋪蓋主要起防滲作用，其表面應(yīng)滿足抗沖要求。護坡、護底和上游防沖槽（齒墻）是保護兩岸土質(zhì)、河床及鋪蓋頭部不受沖刷。2.閘室段：閘室段：是水閘的主體部分，通常包括底板 、閘墩、閘門、胸墻 、工作橋及交通橋等。底板是閘室的基礎(chǔ)，承受閘室全部荷載，并較均勻地傳給地基，此外 ，還有防沖、防滲等作用。閘墩的作用是分隔閘孔并支承閘門、工作橋等上部結(jié)構(gòu)。閘門的作用是擋水和控制下泄水流。工作橋供安置啟閉機和工作人員操作之用。交通橋的作用是連接兩岸交通。3.下游聯(lián)接段：下游聯(lián)接段：具有消能和擴散水流的作用。一般包括護坦、

6、海漫、下游防沖槽、下游翼墻及護坡等。下游翼墻引導(dǎo)水流均勻擴散兼有防沖及側(cè)向防滲等作用。護坦具有消能防沖作用。海漫的作用是進一步消除護坦出流的剩余動能、擴散水流、調(diào)整流速分布、防止河床受沖。下游防沖槽是海漫末端的防護設(shè)施，避免沖刷向上游擴展。水閘的孔口尺寸1.概述：水閘的孔口尺寸主要是指確定水閘在垂直水流方向的孔口寬度，包括單孔凈寬b、孔口數(shù)量n閘墩厚度b。水閘的過流前緣總寬度B=nb+（n-1）b，孔口過流凈寬度B=nb。水閘孔口尺寸的大小應(yīng)該滿足其承擔(dān)的任務(wù)。即，水閘應(yīng)該有足夠的過流能力。為了減少工程量，在滿足工程任務(wù)的前提下，水閘總是盡可能減少垂直水流方向的閘室寬度。2.水閘孔口設(shè)計的主要

7、內(nèi)容水閘孔口設(shè)計的主要內(nèi)容確定閘孔型式擬定閘底板高程（即堰頂高程）計算孔口尺寸及溢流前沿總寬泄流能力驗算.水閘的閘孔型式（開敞式）水閘的閘孔型式（開敞式）根據(jù)水流流態(tài)分 : 堰流式,孔流式圖9-5 堰流式閘孔 圖9-6 孔流式閘孔根據(jù)結(jié)構(gòu)型式分（1）寬頂堰：2.5H堰頂厚度4H或無坎，常用于平原地區(qū)，自由泄流范圍大且穩(wěn)定；施工簡單；流量系數(shù)m較小，易產(chǎn)生波狀水躍。 （2）實用堰：0.67H堰頂厚度2.5H，常用于上游水位允許有較大雍高的山區(qū)，自由泄流時流量系數(shù)m較大，流量Q受下游水位影響較大。（3）胸墻式：用于上游水位變幅較大時；可減小閘門及工作橋高度，增加閘室剛度；不利于排冰排污和通航。 閘

8、室的安全和地基處理閘室安全問題包括沿閘底板平面的抗滑穩(wěn)定、地基承載里和不均勻沉降。水閘基礎(chǔ)分為粘性土和砂性土。砂性土地基的承載力和抗摩擦習(xí)俗一般能滿足要求，地基處理的重點是解決閘下防滲問題。粘性土地基，包括淤泥、軟粘土，地基處理的重點是加速固結(jié)，提高承載力和抗摩擦系數(shù)。軟土地基有以下的幾種處理方法：1.換土墊層2.強夯法3.沉井法4.預(yù)壓加固5.振沖樁法6.樁基礎(chǔ)7.高壓旋噴灌漿法消能防沖水閘泄水時，部分勢能轉(zhuǎn)為動能，流速增大，具有較強的沖刷能力，而土質(zhì)河床一般抗沖能力較低。因此，為了保證水閘的安全運行，必須采取適當(dāng)?shù)南芊罌_措施。要設(shè)計好水閘的消能防沖措施，應(yīng)先了解過閘水流的特點，進而采取妥

9、善的防范措施。水閘開閘泄水時，下游河道都會被沖刷，其原因很多：1.過閘水流經(jīng)過閘孔被縮窄，水流流速增大，加大了沖刷的條件。2.水閘流量比較集中，單寬流量加大，在上下游有較大水差的情況下，過閘水流有較大的功能，加大了河道沖刷。3.平原河道的河床土質(zhì)較差，容易被水流沖刷。4.水閘設(shè)計總體平面布置不合理或閘門操作控制不當(dāng)引起水流有害的沖刷。水流的主要特征有波狀水流和折沖水流，其對河道沖刷嚴(yán)重。防沖要求防沖要求u要選擇合理的消能防沖措施，并與下游要選擇合理的消能防沖措施，并與下游河道有良好的銜接，滿足在各種水力情河道有良好的銜接，滿足在各種水力情況下消散動能與均勻擴散水流的要求。況下消散動能與均勻擴散

10、水流的要求。u合理布置水閘總體平面，以利于水流擴合理布置水閘總體平面，以利于水流擴散，避免或減輕回流的影響。散，避免或減輕回流的影響。u制定合理的閘門操作調(diào)度制度，杜絕人制定合理的閘門操作調(diào)度制度，杜絕人為不當(dāng)操作。為不當(dāng)操作。水閘的消能防沖措施包括：選擇合適的過閘單寬流量；選擇合理的消能方式及措施，采取必要的防沖措施。水閘的消能防沖措施主要由建在閘室下游的消力池、輔助消能工、海漫、防沖漕及下游翼墻組成。1.水閘的消能方式：底流消能是一種通過在閘下產(chǎn)生一定淹沒度的水躍來保護河床免遭沖刷的消能方式。2.消力池：消力池的作用是增加下游水深，保證水流形成淹沒式水躍，以達到消能的目的。3.輔助消能工：

11、除設(shè)消力池外，在消力池中還可設(shè)消力齒、消力墩等輔助消能工。4.海漫 緊接消力池后，應(yīng)設(shè)海漫護底，并進一步消減余能，使水流均勻擴散，調(diào)整流速分布，保護河床免受沖刷。5.防沖漕及防沖墻：為了保護河漫，防止沖刷向上游擴張，常在海漫末端設(shè)置防沖漕或是防沖墻加固。6.護底與護坡：在上下游連接段多采用砌石護底、護坡。7.波狀水躍、折沖水躍水流的防治措施。8.閘門控制調(diào)度方案：設(shè)計工程師設(shè)計水閘，要根據(jù)水力設(shè)計調(diào)試結(jié)果或水工模型試驗成果，制定閘門方式，規(guī)定閘門的啟閉順序和開度，嚴(yán)格操作。閘下防滲與閘室結(jié)構(gòu)水閘的防滲排水設(shè)施。水閘的防滲設(shè)施主要是水閘的防滲排水設(shè)施。水閘的防滲設(shè)施主要是指在水閘中起到防滲作用的

12、水平防滲體（如鋪指在水閘中起到防滲作用的水平防滲體（如鋪蓋）、垂直防滲體（如板樁、防滲墻和齒墻）蓋）、垂直防滲體（如板樁、防滲墻和齒墻）等，排水設(shè)施主要是指鋪設(shè)在下游護坦、漿砌等，排水設(shè)施主要是指鋪設(shè)在下游護坦、漿砌石海漫底部或閘室板下游段起導(dǎo)滲（反濾、排石海漫底部或閘室板下游段起導(dǎo)滲（反濾、排水）作用的沙礫石層。水）作用的沙礫石層。防滲排水設(shè)施的布置形式，都是以承受單向水防滲排水設(shè)施的布置形式，都是以承受單向水流的水閘來進行布置的。對于平原地區(qū)的排水流的水閘來進行布置的。對于平原地區(qū)的排水閘及海邊的擋潮閘，一般是雙向過水的水閘，閘及海邊的擋潮閘，一般是雙向過水的水閘，應(yīng)以水位差較大的一向為主

13、進行雙向防滲排水應(yīng)以水位差較大的一向為主進行雙向防滲排水設(shè)施。設(shè)施。水閘的防滲設(shè)施有：u1.水平鋪蓋：鋪蓋是工程中最常見的水平防滲設(shè)施，一般是平鋪布置在緊靠閘室上游的河床上，它不能阻止?jié)B流在閘基下通過，但它可以延長滲徑，用以降低滲透壓力和滲流坡降，同時具有防沖作用。u2.板樁：板樁是垂直防滲的措施之一，一般設(shè)置在閘底板的上游端，將板樁并排打入閘基形成一道防滲墻，在垂直方向延長滲徑。垂直防滲的效果比水平防滲效果好。u3.地下防滲墻：是一種不用模板在地下建造的防滲墻，具有截水、防滲、承重和擋土的多種作用，其優(yōu)點是整體性好，防滲效果好、適用各種地質(zhì)條件、對沉降及變位易于控制，缺點是挖槽的廢泥漿污染環(huán)

14、境，可能引起槽壁坍塌、造價高。u4.齒墻：齒墻一般設(shè)置在閘室底板的上、下游端，齒墻深度一般為0.52.0m。上游齒墻的作用是降低在閘底板上的滲透壓力，下游端齒墻是減少出逸坡降，有助于防止地基土產(chǎn)生滲透變形。u5.垂直土工膜：是一種垂直防滲的設(shè)施之一。閘室是水閘的主體部分。開敞式水閘閘室由底板、閘墩、閘門、工作橋和交通橋等組成，有的還設(shè)有胸墻。閘室的結(jié)構(gòu)形式、布置和構(gòu)造，應(yīng)在保證穩(wěn)定的前提下，盡量做到輕型化、整體性好、剛性大、布置勻稱，并進行合理的分縫分塊，使作用在地基單位面積上的荷載較小，較均勻，并能適應(yīng)地基可能的沉降變形。兩岸連接建筑物水閘的岸墻和翼墻通常稱為兩岸連接建筑物。當(dāng)水閘與河岸或土

15、壩等連接時，需設(shè)置這種專門的連接建筑物。直接擋住河道兩岸坡填土的擋土墻叫翼墻，在水閘邊墩之后的擋土墻叫岸墻。其作用如下：1.擋住兩岸坡的填土，保證河岸填土的穩(wěn)定及免遭受河流的沖刷。2.引導(dǎo)水流平順進閘，并使出閘水流均勻擴散。3.控制繞過閘室兩側(cè)的滲流，防止兩岸土壤或土壩發(fā)生滲流變形。4.軟弱地基上的岸墻可以減少兩岸地基沉降對閘室結(jié)構(gòu)的不利影響。其他閘壩建筑物在低水頭的閘壩工程中，除了普通水閘外，還在低水頭的閘壩工程中，除了普通水閘外，還有其他類型的水壩。例如橡膠壩。有其他類型的水壩。例如橡膠壩。橡膠壩，又稱橡膠水閘，是用高強度合成纖維橡膠壩，又稱橡膠水閘，是用高強度合成纖維織物做受力骨架，內(nèi)外涂敷橡膠作保護層，加織物做受力骨架，內(nèi)外涂敷橡膠作保護層，加工成膠布，再將其錨固于底板上成封閉狀的壩工成膠布，再將其錨固于底板上成封閉狀的壩袋，通過充排管路用水（氣）將其充脹形成的袋，通過充排管路用水（氣）將其充脹形成的袋式擋水壩。壩頂可以溢流，并可根據(jù)需要調(diào)袋式擋水壩。壩頂可以溢流，并可根據(jù)需要調(diào)節(jié)壩高，控制上游水位，以發(fā)揮灌溉、發(fā)電