水工建筑物___水闸[精品].doc

第一节 概述 水闸是一种利用闸门挡水和泄水的低水头水工建筑物，多用于河道,渠系及水库、湖泊岸边。我国修建水闸的历史可追溯到公元前6世纪的春秋年代，据《水经注》记载，在位于今安徽寿县城南的芍陂灌区中即设有进水和供水用的5个水门。至1991年，全国已建成水闸2.9万座，给国民经济带来了很大的效益。　　现在的水闸建设，正在向形式多样化、结构轻型化、施工装配化、操作自动化和遥控化发展。 一、工作特点：　 建在软土地基上的水闸具有以下一些工作特点: 　(1) 软工地基的压缩性大, 承载能力低, 抗冲能力差, 细砂容易液化, 在闸室自重及外荷作用下，地基可能产生较大的沉降或沉降差, 造成闸室倾斜, 止水破坏，闸底板断裂甚至发生塑性破坏引起水闸失事。　(2) 水闸在泄流时, 尽管流速不高, 但水流仍具有一定的剩余能量, 而土基的抗冲能力较低, 可能引起水闸下游的冲刷, 此外水闸下游常出现的波状水跃和折冲水流, 将会进一步加剧对河床和两岸的淘刷。同时, 由于闸下游水位变幅大, 闸下出流可能形成远驱水跃，临界水跃甚至淹没度较大的水跃, 因此消能防冲设施要在各种运用情况时都能满足设计要。　　(3) 土基在渗水流作用下, 容易产生渗透变形特别是粉、细砂地基, 在闸后易出现翻砂冒水现象,严重时闸基和两岸会被掏空, 引起水闸沉降, 倾斜, 断裂甚至倒塌。　基于上述特点,设计时需要解决好以下几个问题:　(1) 选择适宜的闸址。　(2) 选择与地基条件相适应的闸室结构形式，保证闸室及地基的稳定。　(3) 做好防渗设计, 特别是上游两岸连接建筑物及其与铺盖的连接部分, 要在空间上形成防渗整体。　(4) 做好消能、防冲设计，避免出现危害性的冲刷。水闸类型：(1) 节制闸：拦河或在渠道上建造, 用于拦洪,调节水位以满足上游引水或航运的需要,控制下泄流量,保证下游河道安全或根据下游用水需要调节放水流量。(2) 进水闸: 建在河道, 水库或湖泊的岸边, 用来近控制引水流量,　以满足灌溉,发电或供水的需要。(3) 分洪闸: 常建于河道的一侧, 用来将超过下游河道安全泄量的洪水泄入分洪区(蓄洪区或滞洪区)或分洪道(4) 排水闸: 常建于江河沿岸, 用来排除内河或低洼地区对农作物有害的渍水。(5) 挡潮闸: 建在入海附近, 涨潮时关闸防止海水倒灌木, 退潮时关闸泄水, 具有双向挡水特点(此特点水闸设计时需考虑双向受力)(6) 冲沙闸: 建在浪沙河流上，用于排除进水闸，节制闸前或渠系沉积的泥沙减少引水水流的含沙量，冲沙闸常建于在进水闸一侧的河道上与节制闸并排布置或设在引水渠内的进水闸旁。 水闸组成：　水闸一般由闸室、上游连接段和下游连接段组成。　　　　　　　　　　　　闸址选择：闸址选择是水闸设计中一项重要内容。 闸址选择应当根据水闸承担的任务，综合考虑地形、地质条件和水文、施工等因素，通过技术经济比较，选定最佳方案。 壤土、中砂、粗砂和砂砾石适于作为水闸的地基。 建闸后，过闸水流的形态是选择闸址时需要考虑的重要因素。 在河道上建造拦河闸，为解决施工导流问题，常将闸址选在弯曲河段的凸岸。 闸孔设计---堰型选择;闸底板高程;闸孔总净宽;闸室单孔宽和总宽度1堰型选择：　常见堰型有：宽顶堰和低实用堰　宽顶堰是常用的一种形式。有利于泄洪、冲沙、排污、排冰、通航，泄流能力比较稳定，结构简单，施工方便；但自由泄流时流量系数较小，容易产生波状水跃。　低实用堰有梯形的、曲线形和驼峰形的。闸底板高程:　底板高程与水闸承担的任务、泄流与引水流量、上下游水位及河床地质条件等因素有关。　 闸底板应置于较为坚实的土层，并应尽量利用天然地基。对于小型水闸，底板高程宜定高些。　对于大型水闸，底板高程宜定低些。 一般情况下：　拦河闸和冲沙闸的底板顶面可与河底齐平。　进水闸的底板顶面应尽可能高一些。　分洪闸的底板顶面应较河床稍高。 　排水闸的底板顶面应尽量定得低些。　挡潮闸兼有作用时，其底板顶面应尽量定低一些。 闸孔总净宽:　　根据设计流量、上下游水位和初拟的底板高程及堰型、水流情况计算闸孔总净宽。　1.当水流呈堰流时 　　　　　　式中 Q -- 设计流量，m3/s　　　　Lo -- 闸孔总净宽，m ;　　　　Ho -- 计入行近流速水头在内的堰顶水头，m ;　　　　g　-- 重力加速度，m /s2.　　　　σ, ε, m -- 淹没系数、侧收缩系数和流量系数； 2. 当水流呈孔流时　式中 a -- 闸门开度或胸墙下孔口开度， m ;　　 σ`,μ -- 宽顶堰上孔流的淹没系数和流量系数。根据我国经验，闸孔总净宽Lo　对粉砂、细砂地基，取5--10m3/（som）;　对沙壤土地基，取10--15 m3/（som）; 　对壤土地基