水工建筑物：第七章 水閘

第7章水閘水庫(kù)

灌溉湖泊引水供水河道發(fā)電機(jī)械提水河道引水方式無(wú)壩引水

自流引水有壩引水：進(jìn)水閘、壅水壩（攔河閘）、防沙及沖沙設(shè)施等。7.1

概述7.1.1水閘的作用和類型水閘是一種低水頭水工建筑物，具有擋水和過(guò)水的雙重作用，在農(nóng)業(yè)水利工程中應(yīng)用很廣。按任務(wù)可分為：節(jié)制閘排水閘分洪閘類型7.1.2

水閘的形式和組成閘后有洞身段優(yōu)點(diǎn)：利于穩(wěn)定（洞頂有填土覆蓋）；便于交通。閘室敞露優(yōu)點(diǎn)：過(guò)流能力大排漂、排冰能力強(qiáng)可通航上、下兩層優(yōu)點(diǎn)：根據(jù)需要分層控制閘門。開(kāi)敞式涵洞式雙層式水閘的形式按照閘室的結(jié)構(gòu)形式可分為：（開(kāi)敞式、胸墻式、涵洞式、雙層式）水閘的組成

組成：閘室段、上游連接段及下游連接段等三個(gè)部分組成。閘室段組成：底板、閘墩、邊墩、岸墻、閘門、胸墻、工作橋及交通橋等。上游連接段組成：上游翼墻、鋪蓋、護(hù)底、上游防沖槽及上游護(hù)坡等五個(gè)部分。下游連接段組成：下游翼墻、消力池、海漫、下游防沖槽及下游護(hù)坡等五個(gè)部分。工作特點(diǎn)：既擋水又過(guò)水的低水頭水工建筑物。擋水水平水壓力→閘室滑動(dòng)。

要求：足夠的重力來(lái)維持穩(wěn)定；水位差→滲透（閘下和繞滲）①閘下→揚(yáng)壓力→降低閘室穩(wěn)定；②繞滲→岸墻向河心傾斜或滑動(dòng)；③地基及兩岸土壤的細(xì)顆粒可能被帶走，產(chǎn)生滲透變形。

要求：合理的防滲設(shè)施，有效地減少滲透壓力，防止?jié)B透變形。過(guò)水動(dòng)能→流速大→沖刷下游河床；

要求：有效的消能防沖措施。軟土地基——（不均勻）沉降設(shè)計(jì)要求：“通得過(guò)”、“站得穩(wěn)”、“沖不垮”7.1.3

水閘的工作特點(diǎn)

7.1.4水閘的閘址選擇綜合考慮地形、地質(zhì)、水流、潮汐、泥沙、凍土、冰情、施工、管理及周圍環(huán)境等因素，并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后選定。7.2

水閘的孔口設(shè)計(jì)凈寬、孔數(shù)和孔高（不設(shè)胸墻、設(shè)置胸墻）。確定閘孔的形式、尺寸和堰頂高程。①閘底板的形式(堰型)②是否設(shè)置胸墻

任務(wù)尺寸形式堰頂高程水閘的孔口設(shè)計(jì)水閘在過(guò)流期間可能出現(xiàn)的最不利情況。設(shè)計(jì)條件主要指“設(shè)計(jì)流量和上、下游水位”（1）進(jìn)水閘

1）無(wú)壩引水的進(jìn)水閘

灌溉臨界期——河道來(lái)水條件與灌溉用水要求之間的矛盾特別尖銳的一段時(shí)期。灌溉保證率——在灌溉臨界期內(nèi)，保證滿足灌溉的機(jī)率。

閘前水位的選擇應(yīng)為：從該河道歷年的灌溉臨界期平均水位的系列中，選取相應(yīng)于灌溉保證率的水位，作為閘外河道的設(shè)計(jì)水位。河道來(lái)水流量大、引水流量小時(shí)，一般不考慮引水后對(duì)河道水位的影響當(dāng)引水流量的比例較大時(shí)，即：較大時(shí)，要考慮引水后對(duì)河道水位的影響7.2.1

設(shè)計(jì)條件如果計(jì)算出引水口前水位小于進(jìn)水閘下游河道的臨界水位▽K

，則取▽K

為引水口前的水位。引水渠較長(zhǎng)時(shí)考慮引水渠水頭損失。閘后下游水位的確定▽下為Q引水量所對(duì)應(yīng)的閘后干渠渠首水位，這個(gè)水位應(yīng)滿足灌區(qū)規(guī)劃的要求（▽下—灌區(qū)規(guī)劃中應(yīng)該提供此值）。設(shè)計(jì)引水流量選取歷年的灌溉臨界期最大引水流量系列中相應(yīng)于灌溉保證率的流量。渠道設(shè)計(jì)引水流量注意：在推求閘前水位時(shí)，是用平均水位系列，兩者不同。其目的是提高和保證引水要求。

2）有壩引水的進(jìn)水閘▽下=下游干渠渠首水位，由灌區(qū)規(guī)劃中提供；▽上=▽下+（0.1~0.3），0.1~0.3為過(guò)閘水頭損失；Qd=Q干渠，由灌區(qū)規(guī)劃中提供。(2)攔河閘1）設(shè)計(jì)流量Q=天然河道的洪峰流量—其他建筑物可能泄走的流量

2）下游水位由閘后原河道的水位流量關(guān)系曲線查得，但還要考慮建閘后河床可能發(fā)生沖刷或淤積，因?yàn)檫@會(huì)使水位相應(yīng)地降低或抬高。3）上游水位要考慮建閘后上游水位的壅高值(即上、下游水位差)。應(yīng)盡量減小上游淹沒(méi)損失或防洪工程的投資。一般情況，平原地區(qū)可采用=0.1~0.3m。寬頂堰——應(yīng)用最廣優(yōu)點(diǎn):①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工方便；②自由出流范圍大，泄流能力較大而穩(wěn)定。

缺點(diǎn)：流量系數(shù)較小低堰——實(shí)用堰、駝峰堰

缺點(diǎn)：泄流能力受下游水位變化的影響比較顯著

優(yōu)點(diǎn)：流量系數(shù)較大

適用于：限制單寬流量而閘底建基高程不能抬高；地基表層松軟需要降低閘底建基高程；多沙河流有攔沙要求。設(shè)胸墻:減小閘門高度；但減小過(guò)流能力，不利于排冰、漂浮物、通航等。a.閘檻高程較低，擋水高度較大；b.擋水高程高于泄水運(yùn)用水位（閘室總寬度為低水位時(shí)過(guò)閘流量所控制），或閘上水位變幅較大而又需限制過(guò)閘單寬流量。7.2.2

閘孔形式7.2.3

閘頂高程擋水時(shí)，閘頂高程不應(yīng)低于水閘正常蓄水位（或最高擋水位）加波浪計(jì)算高度加相應(yīng)的安全超高之和；泄水時(shí)，閘頂高程不應(yīng)低于設(shè)計(jì)洪水位（或校核洪水位）與相應(yīng)安全超高之和。確定閘頂高程還要考慮軟弱地基上的閘基沉降、多泥沙河流上下游河道變化引起的水位升降的影響，以及防洪堤身水閘兩側(cè)堤頂可能加高的影響等因素。安全超高下限值見(jiàn)下頁(yè)表。

水閘安全超高下的限值單位：m

水閘級(jí)別運(yùn)用情況1234、5擋水時(shí)正常蓄水位0.70.50.40.3最高擋水位0.50.40.30.2泄水時(shí)設(shè)計(jì)洪水位1.51.00.70.5校核洪水位1.00.70.50.4水閘安全超高下限值7.2.4

堰頂高程確定堰頂高程是閘孔設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。將堰頂高程定的低些，則可以加大過(guò)閘水深，從而加大閘單寬流量，閘室寬度可以減小，但那時(shí)水閘高度將有所增加；若將堰頂高程定的高些，情況則相反。應(yīng)綜合比較，以求經(jīng)濟(jì)合理。對(duì)于攔河閘，特別是在平原地區(qū)上、下游水位差較小的情況下，堰頂應(yīng)盡可能的建的低些，以便獲得較大的過(guò)閘流量。但如果堰頂高程比河底低得多，則有可能產(chǎn)生淤積現(xiàn)象。堰流公式：孔流公式：7.2.5

閘孔總寬度及孔數(shù)

水閘的消能防沖特點(diǎn)：水流V→大，動(dòng)能大，消能后還有一定的余能；河床為土質(zhì)，抗沖能力低；折沖水流；原因：①下游翼墻擴(kuò)散角太大；②工程布置不當(dāng)，閘前來(lái)水不平順、消能設(shè)施不當(dāng)；③閘門不對(duì)稱開(kāi)啟、單孔開(kāi)閘等。波狀水躍；當(dāng)水流的弗汝德數(shù)很小，為1.0～1.7時(shí)，會(huì)出現(xiàn)波狀水躍。7.3水閘的消能防沖7.3.1

過(guò)閘水流的特點(diǎn)消能：促使水流橫向擴(kuò)散，防止產(chǎn)生折沖水流、波狀水躍；防沖：保護(hù)河床及河岸，防止剩余動(dòng)能引起的沖刷。設(shè)施：消能——主要環(huán)節(jié)。

消能方式：底流式、面流式、挑流式。底流式消能：消力池、海漫和防沖槽，利用在消力池中的水躍消能。海漫：繼續(xù)消除余能，使水流擴(kuò)散并調(diào)整流速分布，以減小底部流速，從而保護(hù)河床免受沖刷。防沖槽：使沖刷終止于此處。7.3.2

消能防沖設(shè)施7.3.2.1消力池（a）下挖式（b）突檻式（c）綜合式計(jì)算工況：計(jì)算消力池深度及長(zhǎng)度最不利的運(yùn)用情況并不一樣，可用設(shè)計(jì)范圍內(nèi)不同的q及相應(yīng)的上、下游水位，分別計(jì)算上述兩個(gè)數(shù)值，從中取最大值作為設(shè)計(jì)值。消力池深度及長(zhǎng)度計(jì)算的消力池深度一般為1~3m，如果大于3m，應(yīng)采用多級(jí)消力池

消力池總長(zhǎng)度：（2）輔助消能工措施

消力墩、消力齒等。(1)

消力池的布置及計(jì)算

（3）護(hù)坦構(gòu)造

作用：①促使水流在護(hù)坦（池內(nèi)）內(nèi)產(chǎn)生水躍，②保護(hù)河床免受沖刷。荷載：自重、水重、揚(yáng)壓力、脈動(dòng)壓力，沖擊力、拖曳力等；厚度：一般等厚，也有變厚：靠近閘室的一端厚度大些，向下游逐漸減小。前端厚度：

抗沖抗浮護(hù)坦構(gòu)造7.3.2.2海漫及防沖槽過(guò)閘水流仍有一定的剩余動(dòng)能（30％～60％），流速也較大，分布不均勻，且紊動(dòng)較厲害。海漫長(zhǎng)度影響因素：剩余動(dòng)能、池末單寬流量、上下游水位差、河床土質(zhì)抗沖能力、海漫表面粗糙度、擴(kuò)散情況。海漫構(gòu)造：粗糙、透水、柔性。材料：干砌塊石、漿砌塊石。海漫長(zhǎng)度：適用于：（1）海漫

作用：進(jìn)一步消除余能；防止沖刷坑向上游海漫延伸。

如果的計(jì)算值很大時(shí)，一般選用t=1.5~2.0m

防沖槽斷面積“abcd”可根據(jù)下游河床沖至最深時(shí)，石塊坍塌在沖刷坑上游坡面所需要的面積A確定。在粘土河床中往往會(huì)出現(xiàn)值小于零的情況，為安全起見(jiàn)，也常設(shè)置約1m深的齒墻。上游防沖槽設(shè)計(jì)內(nèi)容及方法與下游防沖槽相仿，槽深小于下游

（2）

防沖槽7.3.2.3上游河床防護(hù)

雙向過(guò)水7.3.2.4上、下游河岸的防護(hù)7.3.2.5其它消能防沖設(shè)施

沉井防沖墻、防沖板消能工、斜坡護(hù)坦消能工7.3.3消能防沖的設(shè)計(jì)條件單寬能量E最大的情況

(僅是一個(gè)參考的控制條件)

宜選擇一種運(yùn)用方式并不復(fù)雜而消能設(shè)施又比較經(jīng)濟(jì)的情況作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

一般而言，對(duì)于消力池池深d的設(shè)計(jì)條件，與河道的斷面形態(tài)有關(guān)：對(duì)寬淺河道：當(dāng)q增大時(shí)，上漲得很慢，而

上漲相對(duì)要快些；此時(shí)上漲較為明顯。所以，一般選擇大流量；對(duì)窄深式的河道：當(dāng)q增大時(shí)，上漲得很明顯，而上漲相對(duì)要慢些；此時(shí)上漲相對(duì)較小。所以，一般選擇小流量。7.3.2.27.3.2.27.3.2.2具體到閘型來(lái)說(shuō)：泄（分）洪閘：宜以閘門全開(kāi)，通過(guò)最大泄（分）洪流量作為控制消能設(shè)計(jì)的水力條件； 攔河（節(jié)制）閘：宜以在保持閘上最高蓄水位的情況下，排泄上游多余來(lái)水量作為控制消能設(shè)計(jì)的水力條件；排水（排澇）閘：宜以冬、春季蓄水期通過(guò)排澇流量為控制消能設(shè)計(jì)的水力條件。這里需要提醒一點(diǎn)：對(duì)同一個(gè)水閘而言：L池、d池、L海三者達(dá)到最大所對(duì)應(yīng)的條件（最不利）不一定是相同的。閘門的運(yùn)用管理對(duì)消能防沖影響很大必須對(duì)閘門開(kāi)啟方式作出一定的限制，如逐步開(kāi)啟、同步均勻提升。一般規(guī)定：分兩次或三次開(kāi)啟，初始開(kāi)啟度為0.5~1.0m。避免閘門停留在可能發(fā)生振動(dòng)較大的開(kāi)度區(qū)，如e<0.1H，以及e=0.45~0.5H的情況。保證水躍均完整地發(fā)生在消力池內(nèi)。閘門控制運(yùn)用曲線可供閘門開(kāi)啟運(yùn)用時(shí)參考。

7.4

閘基的防滲排水

閘基的防滲排水①增加閘室抗滑穩(wěn)定性；②防止閘基土壤的滲透變形；③減少水量損失。確保安全，經(jīng)濟(jì)合理。①滲透壓力適當(dāng)減??；②不發(fā)生滲透變形。確定最優(yōu)的地下輪廓布置及防滲排水措施，滲流壓力、滲流坡降計(jì)算等目的設(shè)計(jì)要求內(nèi)容7.4.1

地下輪廓的擬定內(nèi)容：地下輪廓形狀與防滲長(zhǎng)度（1）

防滲長(zhǎng)度L1鋪蓋、板樁及閘室底板等不透水（？）部分(連續(xù))與地基的接觸線，即第一根流線地下（閘基）輪廓線2地下輪廓線的長(zhǎng)度？防滲長(zhǎng)度3（a）起點(diǎn)是水流入土點(diǎn)；（b）終點(diǎn)是滲流出土點(diǎn)；（c）中間是連續(xù)線,即起點(diǎn)與終點(diǎn)之間沒(méi)有間斷。特點(diǎn)防滲長(zhǎng)度的初擬方法SL256—2001《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，為保證水閘安全，初步擬定防滲長(zhǎng)度應(yīng)滿足：L≥C△H式中：L為水閘的防滲長(zhǎng)度，m；△H為上、下游水位差，m；C為允許滲徑系數(shù)，依地基土的性質(zhì)而定。允許滲徑系數(shù)排水條件地基類別粉砂細(xì)沙中砂粗砂中礫、細(xì)礫粗礫夾卵石輕粉質(zhì)沙壤土沙壤土壤土粘土有反濾層13～99～77～55～44～33～2.511～79～55～33～2無(wú)反濾層

7～44～3(2)地下輪廓布置滯滲:上游一側(cè)布置防滲設(shè)施，用來(lái)延長(zhǎng)滲徑、減小底板滲透壓力、降低閘基滲流坡降等?？傇瓌t導(dǎo)滲:下游一側(cè)布置排水設(shè)施，使?jié)B透水流盡快地安全排走，以防止發(fā)生滲透變形，并減小底板滲透壓力。方法：根據(jù)設(shè)計(jì)要求、地基土壤特性，并參考類似的工程

進(jìn)行閘基防滲輪廓形狀及尺寸的確定?？傇瓌t：滯滲與導(dǎo)滲相結(jié)合。步驟：初擬輪廓形狀、尺寸（防滲長(zhǎng)度）、滲流計(jì)算、穩(wěn)定性復(fù)核、調(diào)整（a）粘性土地基

（b）砂性土地基

（c）多層土質(zhì)地基

（d）巖石地基(1)減小滲透壓力，提高抗滑穩(wěn)定性。土壤顆粒之間具有粘聚力，不易產(chǎn)生管涌。但土壤與閘底板間的摩擦系數(shù)小，不利于閘室穩(wěn)定。(2)防滲布置：重點(diǎn)——降低滲透壓力。(3)措施：鋪蓋，不用板樁；因板樁在入土的過(guò)程中可能破壞粘土的天然結(jié)構(gòu)，在板樁與其周圍地基接觸面上可能造成集中滲流的通道。(4)排水設(shè)施：在閘室下游護(hù)坦的下面設(shè)反濾層。(1)優(yōu)：土壤與底板之間的摩擦系數(shù)較大，有利于閘室的抗滑穩(wěn)定性。(2)缺：土壤顆粒之間無(wú)鉆聚力或粘聚力很小，管涌問(wèn)題較為嚴(yán)重，尤其在細(xì)砂和粉砂地基。(3)防管涌：采用鋪蓋與鉛直防滲(如板樁等)相結(jié)合，延長(zhǎng)滲徑，降低滲流坡降。底板上游一側(cè)設(shè)置板樁，有時(shí)在鋪蓋前端再加一道板樁。（1）透水層有承壓水時(shí)，應(yīng)設(shè)置鉛直排水孔并穿過(guò)表層引出承壓水，避免下游土層隆起，甚至發(fā)生流土。（2）在不同性質(zhì)的沖積層地基中，如果水平滲透性大于鉛直滲透性，也可利用鉛直排水降低土質(zhì)間的滲透壓力；（3）地基深處有軟弱層而影響水閘穩(wěn)定時(shí)，同樣可利用鉛直排水降低該層滲透壓力，以加大水閘有效重力，從而增加其穩(wěn)定性。在巖石地基上建閘時(shí)，可根據(jù)防滲需要在閘室底板上游端設(shè)置水泥灌漿帷幕，并在其后設(shè)排水孔。7.4.2滲流計(jì)算

目的：確定滲透壓力、為閘室穩(wěn)定提供依據(jù)；

確定滲透坡降、驗(yàn)算地基是否會(huì)發(fā)生滲透變形。

理論法試驗(yàn)法（水力學(xué)試驗(yàn)、電模擬試驗(yàn)）流網(wǎng)法數(shù)值計(jì)算法（有限元或邊界元）近似計(jì)算法（直線比例法、直線展開(kāi)法、加權(quán)直線法、阻力系數(shù)法、改進(jìn)阻力系數(shù)法）。閘基滲流為有壓滲流，一般視為平面問(wèn)題，在各向同性均質(zhì)地基中，采用拉普拉斯(Laplace)方程式表示：式中h—計(jì)算點(diǎn)的水頭值，稱為水頭函數(shù)，它僅是坐標(biāo)的函數(shù)。

滲流計(jì)算《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》提出以下四點(diǎn)建議：推薦改進(jìn)阻力系數(shù)法和流網(wǎng)法作為基本方法1在復(fù)雜土質(zhì)地基上的重要水閘應(yīng)采用數(shù)值計(jì)算法2

對(duì)于防滲布置比較簡(jiǎn)單、地基又不復(fù)雜的中、小型水閘，也可以考慮采用直線展開(kāi)法或加權(quán)直線法。3

直線比例法精度較差，不宜采用。4防滲長(zhǎng)度L7.4.2.1流網(wǎng)法流網(wǎng)的特性：流線與等勢(shì)線互相正交，每一網(wǎng)格呈曲線正方形。流網(wǎng)邊界線的確定方法：地下輪廓線是第一根流線；而地基不透水層的表面便是最后一根流線。如果透水層很深，則大致以地下輪廓線水平投影的中點(diǎn)為圓心，以該水平投影總長(zhǎng)的1.5倍(或以板樁的3.0倍)為半徑繪的圓弧作為最后一根流線。等勢(shì)線：第一根和最后一根分別是地下輪廓線以外的上游和下游地基表面。防滲長(zhǎng)度L流網(wǎng)法滲透壓力：在等勢(shì)線與底板交點(diǎn)，將等勢(shì)線所表示的水頭按比例繪出，即為底板底部鉛直向上的滲透壓力分布圖。滲透坡降和滲透流速：任一網(wǎng)格的兩等勢(shì)線水頭差△H和兩等勢(shì)線距離△S的比值，即為該網(wǎng)格的平均滲透坡降Jcp

誤差：2%~5%7.4.2.2直線比例法

勃萊法假定：滲流水頭沿滲徑呈直線比例削減，即單位長(zhǎng)度滲徑的水頭損失相等萊因法水平滲徑除以3再與鉛直滲徑相加，即得折算后的防滲長(zhǎng)度。計(jì)算簡(jiǎn)便，但誤差大，對(duì)小型水閘仍可采用，對(duì)大、中型水閘可用以初步擬定地下輪廓尺寸。防滲長(zhǎng)度L

加權(quán)直線法是將滲流理論法加以簡(jiǎn)化，該法僅對(duì)地下輪廓上、下游兩端的鉛直滲徑進(jìn)行加權(quán)處理，即把兩端的鉛直滲徑乘以加權(quán)系數(shù)即得水平滲徑，加權(quán)系數(shù)n為水平滲徑與鉛直滲徑的比值。7.4.2.3加權(quán)直線法阻力系數(shù)法1.基本原理如圖，根據(jù)達(dá)西定律：7.4.2.4改進(jìn)阻力系數(shù)法阻力系數(shù)

——阻力系數(shù)，僅與分段的幾何形狀L/T有關(guān)，即邊界條件的函數(shù)。比較復(fù)雜的地下輪廓：須把整個(gè)滲流區(qū)按以下方法分成幾個(gè)典型滲流段(進(jìn)出口段、內(nèi)部鉛直段、水平段、傾斜段)，每個(gè)典型滲流段都可利用理論解或試驗(yàn)法求得阻力系數(shù)（表7-3）。

改進(jìn)阻力系數(shù)法水頭損失

H=2.主要計(jì)算步驟：（1）確定地基計(jì)算深度

1）不透水層較淺時(shí)

2）不透水層較深時(shí)按式（7-20）計(jì)算有效深度，并與實(shí)際深度比較，確定計(jì)算深度。（2）將滲流區(qū)分為若干典型滲流段，計(jì)算各段阻力系數(shù)及水頭值。若計(jì)算的阻力系數(shù)為負(fù)值()，應(yīng)加以處理。

（3）進(jìn)出口段的水頭損失的修正。當(dāng)進(jìn)、出口處底板埋深及板樁長(zhǎng)度的總值較小時(shí)

取1）當(dāng)出口處有板樁時(shí)，其出口段滲透壓力分布圖形，可按圖7-21進(jìn)行修正。水力坡降呈急變形式的長(zhǎng)度按下式計(jì)算：2）進(jìn)、出口段齒墻不規(guī)則部位，可按下列方法進(jìn)行修正

A、當(dāng)：hx≥△h時(shí)，則

hx’=hx+△h

B、當(dāng)：hx<△h時(shí)，應(yīng)分兩種情況考慮：a、當(dāng)（hx+hy）≥△h時(shí)，則

hx’=2hx；hy’=hy+(△h-hx)b、當(dāng)：（hx+hy）<△h時(shí)，則

hx’=2hx；hy’=2hy；hCD’=hCD+△h-(hx+hy)（4）計(jì)算出口段滲流坡降值J改進(jìn)阻力系數(shù)法滲流區(qū)劃分得多些；

進(jìn)出口附近的水頭損失修正方面考慮得詳細(xì)些；阻力系數(shù)計(jì)算公式也有所不同。因此，計(jì)算精度高些。123改進(jìn)地基土的抗?jié)B穩(wěn)定性計(jì)算滲透變形的類型管涌（接觸沖刷—沿接觸面的滲流將細(xì)粒帶走）流土—膨脹、松動(dòng)、隆起、斷裂接觸流土—垂直土層接觸面流動(dòng)時(shí)，將一層的細(xì)顆粒移入到另一層中去。流土和管涌的判別時(shí)，為流土破壞時(shí)，為管涌破壞

—小于砂礫土粗細(xì)顆粒分界粒徑的土粒百分?jǐn)?shù)含量；

—砂礫土的孔隙率。防滲設(shè)施：鋪蓋、板樁、齒墻及帷幕灌漿等。作用：滯滲。鋪蓋材料：粘土和粘壤土，混凝土、鋼筋混凝土及瀝青混凝土、土工膜等。尺寸及構(gòu)造。板樁：木板樁、混凝土板樁、砂漿板樁。齒墻帷幕灌漿垂直土工膜排水設(shè)施：作用：導(dǎo)滲。排水孔、排水井、反濾層（土工織物）和墊層等。7.4.3

防滲排水設(shè)施7.5閘室的布置和構(gòu)造

閘室——主體部分組成:底板閘墩(中墩、邊墩、岸墩)

閘門

胸墻工作橋交通橋布置:功能要求初定，計(jì)算后終定底板根據(jù)受力形式：整體式及分離式。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式：平底板、低堰式。7.5.1底板（1）整體式平底板

上部荷載（含重力）通過(guò)底板傳給地基，稱為整體式平底板。作用：承載、防沖、防滲。長(zhǎng)度(順?biāo)鞣较?滿足：①上部結(jié)構(gòu)布置控制(參照已建工程初定)；

②閘室抗滑穩(wěn)定；③基底壓力分布較均勻等要求。初擬：①L≥（1.5～4.5）△Hmax②L≈(1.5～2.5)Hmax厚度:必須滿足強(qiáng)度和剛度要求對(duì)于大、中型水閘，取(l／8～1／6)閘孔凈寬，一般為1.0～2.0m，最薄也不小于0.7m。齒墻：上、下游端，深為0.5～1.5m的淺齒墻增加穩(wěn)定性和延長(zhǎng)防滲長(zhǎng)度。強(qiáng)度等級(jí)：計(jì)算、耐久性優(yōu)點(diǎn)：抗震性能較好?？障涫降装?/p>

優(yōu)點(diǎn):剛度大，地基應(yīng)力小，可提高地基承載能力（埋置較深）。缺點(diǎn):施工較復(fù)雜，鋼筋用量較多，一般很少采用。（2）分離式底板

底板與閘墩之間用沉降縫分開(kāi)，上部荷載直接由閘墩傳給地基。作用：防沖、防滲，不承載。底板可以做得較薄，配筋少。材料：混凝土；漿砌塊石。適用條件：①砂土、砂壤土地基：沉降較快；②軟弱地基：地基處理，樁基分離式平底板。

缺點(diǎn)：整體性較差，抗震性差。但樁基分離式底板可以建在地震區(qū)。7.5.2閘墩

作用：分隔閘門、支承閘門、胸墻、工作橋及交通橋等上部結(jié)構(gòu)。長(zhǎng)度：滿足上部結(jié)構(gòu)布置；也可以大于？（小于）底板長(zhǎng)度。高度：上游部分(以閘門分界)的頂部高程一般要高出設(shè)計(jì)(或校核)水位，以使閘上交通橋既不妨礙過(guò)水，也不受波浪影響。下游部分：可以適當(dāng)降低。閘墩水流平順，施工簡(jiǎn)便、不易損壞；半圓形、尖圓形。

≥0.4m。如采用油壓?jiǎn)㈤]，閘墩門槽處厚度應(yīng)根據(jù)油壓管布置的需要加以確定。必須滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度的要求，混凝土和少筋混凝土閘墩厚約0.9～1.4m；漿砌石閘墩厚約0.8～1.5m。墩頭形式門槽處厚度閘墩厚度框架式閘墩

7.5.3胸墻作用：減小閘門高度。頂部高程：同邊墩頂部；底部高程：應(yīng)不影響閘孔過(guò)水。底部迎水面應(yīng)做成圓弧形，使水流平順地進(jìn)入閘孔。位置：取決于閘門形式、位置，

弧形門：胸墻設(shè)在閘門上游；

平面門：①上游②下游胸墻與閘墩連接7.5.4工作橋和交通橋作用：安置啟閉設(shè)備、工作人員操作。高程：閘門高度、形式，啟閉設(shè)備的型式。門底：高于上游最高水位。固定啟閉設(shè)備：工作橋橫梁底部：距底板高差約2倍門高再＋（1.0～1.5m）?；顒?dòng)啟閉設(shè)備：橋的高度可以低些，但亦需大于1.7倍門高。弧形閘門、升臥式平面門，工作橋高度低得多。寬度：?jiǎn)㈤]設(shè)備所需的寬度＋2（0.6～1.2m）以上的富裕寬度，以滿足操作及設(shè)置欄桿，總寬度約為3～5m。結(jié)構(gòu)型式：板式、梁板式工作橋交通橋

作用：連接兩岸。位置：閘室穩(wěn)定、兩岸交通連接等條件確定，通常靠低水位一側(cè)，這樣，閘門下游的閘墩高度可以低些。寬度（凈寬）：?jiǎn)诬嚨?.5m，雙車道7.0m；人、牛馬通行的約1.0～3.0m。荷載等級(jí)：參照規(guī)范結(jié)構(gòu)形式：（1）梁式：簡(jiǎn)支梁式橋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)用可靠，施工方便，雖然鋼筋用量較多，但仍是常用的形式。（2）拱式：應(yīng)考慮拱腳處的水平推力。7.5.5縫和止水

作用：適應(yīng)地基不均勻沉降、溫度變化。類型：沉降縫、溫度縫。位置：①縫墩；②底板中間；③相鄰結(jié)構(gòu)荷重相差懸殊、結(jié)構(gòu)較長(zhǎng)、面積較大的地方。間距：與地基土性質(zhì)有關(guān)。止水：凡是具有防滲要求（防滲范圍內(nèi)）的縫都須設(shè)止水。要求：構(gòu)造形成一個(gè)完整的止水體系。7.6閘室的穩(wěn)定、沉降和地基處理

7.6.1.1荷載計(jì)算作用在水閘上的荷載主要有以下幾種：

自重、水重、水平水壓力、揚(yáng)壓力、波浪壓力、地震作用和淤沙壓力。土壓力、風(fēng)壓力、冰壓力、土的凍脹力。這里只介紹兩種荷載的計(jì)算：水平水壓力和波浪壓力。其他的荷載計(jì)算可參考第一章或《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》。水平水壓力上游水平水壓力的計(jì)算與上游鋪蓋的建筑材料有關(guān)。對(duì)于粘土鋪蓋和混凝土鋪蓋的計(jì)算方法是不一樣的。滲流區(qū)內(nèi)任一點(diǎn)的水壓力強(qiáng)度等于該點(diǎn)的靜水壓強(qiáng)（相對(duì)于下游水位）與滲透壓強(qiáng)之和。（1）鋪蓋為粘土或粘壤土?xí)r（2）鋪蓋為混凝土?xí)r。7.6.1荷載及其組合水閘在施工期，運(yùn)行期和檢修期所承受的荷載是不同的。因此，在設(shè)計(jì)水閘時(shí)，應(yīng)將各個(gè)時(shí)期可能出現(xiàn)的荷載進(jìn)行不同組合，然后計(jì)算。水閘的荷載組合仍然是：

基本荷載組合：基本荷載；

特殊荷載組合：基本荷載+特殊荷載。7.6.1.2荷載組合波浪壓力

波浪高度和長(zhǎng)度按水閘設(shè)計(jì)規(guī)范中推薦的莆田試驗(yàn)站法，過(guò)去多用“安德烈雅諾夫”和鶴地水庫(kù)公式。

荷載組合表荷載組合計(jì)算情況荷載自重水重靜水壓力揚(yáng)壓力土壓力淤沙壓力風(fēng)壓力浪壓力冰壓力土的凍脹力地震荷載其他基本組合完建√√√正常蓄水位√√√√√√√√√設(shè)計(jì)洪水位√√√√√√√√冰凍√√√√√√√√√√特殊組合施工√√√檢修√√√√√√√校核洪水位√√√√√√√√地震√√√√√√√√√7.6.2表層抗滑穩(wěn)定計(jì)算

計(jì)算單元的選擇：（1）閘室順?biāo)鞣较蛟O(shè)有沉陷縫時(shí)，以兩縫之間的閘室段作為計(jì)算單元，一般應(yīng)將邊孔閘段和中孔閘段分別作為計(jì)算單元。（2）閘室順?biāo)鞣较蛭丛O(shè)沉陷縫時(shí)，對(duì)于閘孔數(shù)較少的小型水閘，取整個(gè)閘室包括邊墩一起在內(nèi)作為計(jì)算單元；對(duì)于閘孔數(shù)較多的水閘，可取單孔進(jìn)行計(jì)算。閘室的穩(wěn)定驗(yàn)算分：“表層抗滑穩(wěn)定”“深層抗滑穩(wěn)定”（1）土基上的水閘當(dāng)閘室上、下游兩端齒墻較淺，或者底板較長(zhǎng)時(shí)，閘室滑動(dòng)面可取為閘底板與地基的接觸面；當(dāng)閘室上、下游兩端為深齒墻時(shí)，需沿著兩齒墻之間地基土的滑動(dòng)面進(jìn)行驗(yàn)算。閘室抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，應(yīng)按下列兩式之一進(jìn)行計(jì)算。

粘性土地基上的大型水閘宜按第二式子計(jì)算。

7.6.2表層抗滑穩(wěn)定計(jì)算按下列兩式之一進(jìn)行計(jì)算

抗滑措施？（2）巖基上的水閘當(dāng)閘室設(shè)有兩道檢修閘門，或只設(shè)一道檢修閘門而利用工作閘門與檢修閘門進(jìn)行檢修時(shí)，應(yīng)按下式計(jì)算閘室抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)。

基本荷載組合條件下：

特殊荷載組合條件下：

抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算7.6.3地基穩(wěn)定和閘室沉降的驗(yàn)算（1）基底壓力閘墩在順?biāo)鞣较騽偠群艽?，可近似地把基底壓力作為直線分布。地基應(yīng)力驗(yàn)算的方法，主要采用材料力學(xué)方法，計(jì)算公式采用偏心受壓公式。（a）結(jié)構(gòu)布置及受力情況對(duì)稱閘底板下地基應(yīng)力的計(jì)算，按單向偏心受壓公式計(jì)算：（b）結(jié)構(gòu)布置及受力情況不對(duì)稱基底應(yīng)力受橫向力影響較大，計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮橫向力產(chǎn)生的作用。閘底板下地基應(yīng)力按雙向偏心受壓公式來(lái)計(jì)算。（2）閘室沉降計(jì)算方法參考水閘設(shè)計(jì)規(guī)范，主要掌握減少閘室沉降（均勻、不均勻）的措施。盡可能利用天然地基，如遇有淤泥質(zhì)土、高壓縮性粘土和松砂等軟弱地基，需進(jìn)行地基處理。（1）墊層法（換土墊層）（2）振動(dòng)水沖法（3）樁基礎(chǔ)（4）其他方法（強(qiáng)力夯實(shí)法、沉井基礎(chǔ)、深層攪拌樁）7.6.4地基處理習(xí)題某多孔水閘，兩孔一聯(lián)，兩沉陷縫間閘室段的寬度為9m，閘室自重，水重；閘室前設(shè)鋼筋混凝土鋪蓋（不作為阻滑板），鋪蓋與底板之間設(shè)止水銅片，由直線比例法求得上游齒墻端點(diǎn)（C點(diǎn)）的滲透壓力強(qiáng)度為36kN／m2，閘基為沙壤土，閘底板與地基間摩擦系數(shù)f=0.4，有關(guān)尺寸如圖所示，圖中高程及尺寸單位為m。該閘為3級(jí)建筑物，允許抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)[Kc]=1.25。要求：審查上游水位為105.00m，下游水位與底板頂面齊平（100.00m）時(shí)，閘室沿地基表面AB面的抗滑穩(wěn)定性，并繪出閘室部分的揚(yáng)壓力圖及上、下游端水平水壓力圖。

7.7閘室結(jié)構(gòu)計(jì)算

7.7.1閘墩計(jì)算內(nèi)容：閘墩應(yīng)力、門槽（或支座）應(yīng)力?？v向應(yīng)力橫向應(yīng)力最危險(xiǎn)斷面：閘墩與底板的結(jié)合面。最不利條件：在水閘檢修期間，一孔檢修（上、下游檢修閘門關(guān)閉）而相鄰閘孔過(guò)水。計(jì)算公式：最危險(xiǎn)斷面：閘墩與底板的結(jié)合面。最不利條件：閘門關(guān)閉承受最大的上下游水位差。計(jì)算公式：(1)平面閘門閘墩應(yīng)力計(jì)算閘墩的受力條件主要是偏心受壓，可假定閘墩為固定于底板上的懸臂梁，采用材料力學(xué)方法計(jì)算。正應(yīng)力、剪應(yīng)力

取高度1m的閘墩作為脫離體進(jìn)行分析，沿高度方向分段進(jìn)行計(jì)算。

(2)平面閘門槽應(yīng)力計(jì)算(3)弧形閘門支座處應(yīng)力計(jì)算受力條件復(fù)雜，采用有限單元法計(jì)算。7.7.2底板

在水閘工程中，應(yīng)用最廣的是整體式平底板。閘底板一方面要承受整體閘室（包括上部結(jié)構(gòu)）的重量，另一方面還要承受地基對(duì)底板的反力。上部結(jié)構(gòu)的重量，閘墩以及胸墻，閘門等的重量是已知的，而地基對(duì)底板的反力（大小與分布）是未知的。假如能計(jì)算出地基對(duì)底板的反力大小以及分布規(guī)律，則就可以用結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法求得底板的內(nèi)力（Q、N、M）大小及分布。因此，底板結(jié)構(gòu)計(jì)算的中心問(wèn)題是如何確定地基對(duì)底板的反力的大小以及分布規(guī)律。工程上一般在底板上沿橫向取單位寬度（1m）的板條作為計(jì)算對(duì)象，按梁進(jìn)行計(jì)算。

計(jì)算方法：

倒置梁法、反力直線分布法（荷載組合法、截面法）及彈性地基梁法。（1）倒置梁法在閘室內(nèi)沿垂直水流方向截取單寬板條，將此板條看成是倒置在閘墩上的連續(xù)梁。基本假定：地基反力（由偏心受壓公式計(jì)算）順?biāo)鞣较虺手本€變化，垂直水流方向呈均勻分布。則作用在倒置梁上的荷載：最后，按連續(xù)梁計(jì)算內(nèi)力，并進(jìn)行配筋計(jì)算。（2）反力直線分布法（荷載組合法、截面法）基本假定：

地基反力順?biāo)鞣较虺手本€變化，垂直水流方向呈均勻分布。沿垂直水流方向截取單寬板條作為脫離體，考慮脫離體兩側(cè)的剪力（兩側(cè)的剪力差稱為不平衡剪力），不平衡剪力由閘墩（85%~90%）和底板（10%~15%）共同承擔(dān)，認(rèn)為閘墩是作用在底板上的荷載，然后按靜定結(jié)構(gòu)計(jì)算各截面的內(nèi)力。適用于相對(duì)密度Dr≤0.5砂土地基。

（3）彈性地基梁法1）基本思路把地基看成半無(wú)限大的彈性體，而把梁看成是均質(zhì)的彈性體。梁在外荷的作用將產(chǎn)生彎曲變形、而地基也將產(chǎn)生沉陷。因?yàn)榱菏亲饔迷诘鼗?，梁產(chǎn)生的變形值與地基產(chǎn)生的沉陷值應(yīng)該是一致的。根據(jù)這“變形一致”的原理，就可以求出在外荷的作用下地基的反力和梁的內(nèi)力。2）基本假定①地基為半無(wú)限大的理想彈性體，梁也是均質(zhì)彈性體；②順?biāo)鞣较蛏系牡鼗戳κ前粗本€分布的，用偏心受

壓公式計(jì)算；③垂直水流方向上的地基反力，利用梁在外荷作用下產(chǎn)

生的變形與地基相應(yīng)產(chǎn)生的沉陷一致的原理來(lái)求解，

同時(shí)可求出梁的內(nèi)力。3）

適用范圍巖基、粘性土地基、相對(duì)密度Dr>0.5砂土地基（大、中型水閘）。4）計(jì)算單元

仍然是垂直水流方向取單寬（1m）板條進(jìn)行分析計(jì)算。不過(guò)，由于閘門上、下游的水位差別較大，閘門上、下游底板上的荷載相差較大，工程上一般取兩個(gè)板條（即在上游取一條，在下游取一條）進(jìn)行分析計(jì)算。

5)計(jì)算步驟

（a）確定底板縱向（順?biāo)鞣较颍┑鼗戳Γㄈ约俣ò粗本€分布）。用偏心受壓公式計(jì)算。

（b）計(jì)算脫離體上的不平衡剪力作用在脫離體的荷載：底板自重q1、水重q2、中墩重（包括上部結(jié)構(gòu)）G1、邊墩重（包括上部結(jié)構(gòu)）G2、浮托力q3、滲透壓力q4和地基反力p，以及脫離體兩側(cè)的剪力Q1和Q2。脫離體兩側(cè)的剪力Q1和Q2方向相反，其差值△Q=Q1-Q2即為不平衡剪力。