水闸的概念及计算

第八章水闸

§ 8-5 闸室的布置和构造

教学内容

底板、闸墩、工作桥、交通桥

、底板

按形状分：有水平底板、低实用堰底板（上游水位高，流量又受限制）

河宽、孔多。需用横缝将闸室分成若干闸段（每个闸段可分为一孔、两孔、三孔）

按底板与闸墩的连接方式分：整体式、分离

式

整体式

闸底板与闸墩浇筑成整体，墩中分缝。

（也有闸室底板中间分缝的）

底板形式

实心底板

箱式底板：地基承载力较差,30 40kpa

适用于松散地基，地震烈度较高的地区

分离式

单孔底板上设双缝，将底板与闸墩分

开

适用：坚基，紧密的地基上，不会产

生不均匀沉降。

底板顺水流方向的长度：满足上部结

构布置，结构强度和抗滑稳定要求。

材料：常用混凝土、浆砌石、少筋混凝土。

作用：分隔闸孔，支承闸以及上部结构。

材料：砼或浆砌石。

外形轮廊：过闸水流平顺，侧向收缩小,

以加大过水能力。

分方形、三角形、半圆形、

流线形。

高程：上游高出最高水位并有一定超高。长

度：与闸底板顺水流长度相同。

上、下游侧：铅直或10:1?5 :1竖坡。

闸墩厚度：满足强度，稳定要求，决定于工作门槽深度和门

槽颈部厚度。

门槽颈部厚度最小值为0.5m

门槽深0.3m 槽宽0.5?1.0

缝墩：1.2?1.5

检修门槽与工作门槽之间须保持 胸墙与检修门槽之间也应留足

三、 闸门

检修门---平门----位置：上游侧

平门

工作门--弧门--位置： ① 上游侧

② 下游侧（利用水重帮助闸室稳定） 闸门顶部高程：应高于可能最高蓄水位。 四、 胸墙

固定式、活动式

作用：减少闸的高度，减轻立门重和降低对启闭机重量的要求。 布置位置：置于门后--闸门紧靠胸墙，且止水效果好而简单；门前

---止水结构复杂，易于磨

损，有利于启闭，钢丝绳不易磨损？ 顶高程：顶与闸墩齐平。

底梁梁底高程：

满足堰流的要求，堰顶高程 +堰顶

下游水深+

（0.2m ）。

厚度：不小于 0.15?0.2m

结构形式：板式、梁板式。 支撑方式：固接、简支 五、交通桥及工作桥

一般设在水闸下游一侧

交通桥 有时设在水闸上游一侧，利用水重，帮助闸室 稳定（葛洲坝）

工作桥：安装启闭设备

初步确定桥高时，平面门可取门高的二倍 再加1.0?1.5m 的超高值，并满足闸门能从闸门 中取出检修的要求。若用活动式启闭机，桥高 可低些，但亦应大于1.7倍门高。升卧闸门的桥 高为平面直升门高的70%。弧形门则视闸门吊 点位置等情况而定，一般要比平面门的工作桥 低得多。

六、分缝方式及止水设备

1.分缝

水闸沿垂直水流方向每隔一定距离，

必须设置沉降缝予以分开， 以免闸室因地基不均匀

沉降及伸缩变形而产生裂缝。 缝的间距岩基上不宜超过 20m ，土基上不宜超过 35m ，缝宽2? 3cm 。

除了闸室分缝外，凡相邻结构荷重相差悬殊或结构较长、 面积较大的地方，都需设缝分 开。如在铺盖与水闸底板连接处、翼墙与边墩及铺盖连接处、

消力池底板与闸底板、翼墙连

1.5?

2.0m 净距。 1.0m 以上的间距。

接处都要设沉降缝，当混凝土铺盖及消力池底板面积较大时，也要设沉降缝。

2.止水。

凡具有防渗要求的缝，都应设止水。按照止水设备的方向，有铅直止水和水平止水两种。

前者设在缝墩中、边墩与翼墙之间以及各段翼墙之间等。

后者设在铺盖、消力池底板与闸底

板、翼墙之间，闸底板与铺盖、消力池底板间的分缝处等

1） 止水形式

垂直止水----闸墩（缝墩）中的边墩 与岸墙之间的、岸墙与翼墙之间的接缝、以及翼 墙的分段缝。 水平止水-----铺盖与底板之间；铺盖与两侧翼墙底板之间；底板分缝隙段；砼或混凝土 铺盖的分坝缝；闸后护坦与闸底板之间的分缝；护坦与翼墙之间的接缝；护坦分坝缝。

2） 止水设备

垂直止水设备一般都设在靠近上游挡水面处（临水面

0.2 ~ 0.5m ）止水设备上游部分的 缝应该是不透水的， 下游宜保持通畅，此外，止水设备应防止两个相邻构件之间因发生相对 垂直位移而被撕裂。

水平止水多布置在距上面 0.2 ~ 0.3m 处，在缝下面铺设 2 ~ 3层油毛毡或沥青片。 材料：紫铜片、塑料止水带、橡皮止水带

卜 ----- -------- d

阴.o_____

3

上吟煦搐

霆立折用质幵 血毛甌

哽常阳片止水

水平嫌陷业用商冑油 毛施吸幫植山止木

JF 用撕盲加死破皿纯

140*

1M 前很）?上忙

缝与止水平面位置示意图

ftirw 片止車

§ 8-6 闸室稳定分析、沉降校核及地基处理

教学内容

闸室稳定分析、沉降计算、地基处理

教学重点

闸室稳定分析一、闸室稳定分析

闸室应在任何情况下（施工、竣工、运用、检修）都是稳定的。

1竣工期（地基受到的压力最大）

（1）沉陷问题：

a、过大的（均匀）沉陷一堰顶高程降低，达不到设计要求；

b、不均匀沉陷：闸顶倾斜，甚至断裂

（2 ）压力过大：地基受到压力过大，结构受到破坏，失去稳定性。

2、运用期（或检修期）同时受到重力和水平力的作用

a、表面滑动：当底板与地基之间垂直压应力6较小时，在水平推力作用下，闸室底板有可能沿地基表面发生滑动，称为表面滑动

b、深层滑动：当作用与地基上的铅直荷载较大时，可能连同一部分地基土体一起滑动, 称为深层滑动

计算取一个闸室单元为验算对象（以缝为界，单元可能是一孔、两孔、三孔）

（一）荷载及其组合

闸室所受的主要荷载：自重、水重、水平水压

力、扬压力、波浪压力、地震力、泥沙压力。

地震力按拟静力法计算

浪压力：波浪要素（波高、波长、周期）确定

后，按重力坝部分所讲公式进行计算浪压力。

水平水压力：

砼铺盖：b、d点的水平水压力强，分别等于该点

的扬压力强度（浮托力+渗透压力）b

点之间按直线变化

黏土铺盖：

P a H i

P b h b

h b为b点的扬压力水头

二、闸室的稳定性及其安全指标闸室稳定性所包含的内容：

1、不致于沿地基面或深层滑动

2、不发生明显的倾斜

3、平均基底压力不大于地基的容许承载力

地基反力分布的不均匀程度(闸室上、下游端地基反力的比值)

max min

值越大，沉降差越大， 闸室的倾斜度也越大

三、计算方法 1验算闸室基底压力

max

受力不对称的闸孔：按双向偏心受压公式计算

2、验算闸室的抗滑稳定

闸室产生平面滑动或深层滑动的判别

er U =A Y b Btg ? +2C (1+tg ?)

(1 )当闸底最大压应力b max

小于b U ,可只做平面滑动验算 (2 )当闸底最大压应力b max

大于b U ,需作深层滑动核算

计算平面滑动的公式

摩擦公式：

K c -

W

P 抗剪断公式: tg o w C o A

K

c

p

抗滑稳定计算的关键，在于合理选用 f 、? 0、C O

提高表层抗滑稳定的措施

(1) 将高水位一侧的防渗铺盖适当延长，或将低水位一侧的排水设备适当向高水位一侧延 伸，以减小作用在底板上的渗透压力。

(2) 将闸室位置适当移向低水位一侧，利用水重。 (3) 适当增加齿墙深度，以提高抗滑力。 (4 )利用高水位一侧的混凝土铺盖作为阻滑板。

(用钢筋和闸室底板可靠的连接起来)

计算公式：S 0.8f(W 1 W U)

式中：0.8 —考虑土壤变形及连接钢筋拉伸变形等因素。 3、验算闸基的整体稳定

(1) 在竖向荷载作用下的地基承载力

(2) 在竖向荷载和水平荷载共同作用下，地基承载力核算。 四、沉降校核

土基压缩变形大

均匀沉降：建筑物顶部高程降低，影响正常运行。 不均匀沉降：闸室倾斜、裂缝、止水破坏。 计算沉降的方法：采用分层总和法。 (土力学)

沉陷允许值：最大沉降允许值： 10-15cm ;最大沉降差值：3-5cm 。

减少不均匀沉降的措施：

对称闸孔:

mln

A ± AB

（1）尽量使相邻建筑物重量差不要过大，重量大的建筑物先施工，使地基先行预压。

max

（2）布置要匀称，使min不超过规定的数值。

（3）分块不宜过大，沉降缝的止水设应能适应地基的不均匀沉陷的

要求。

（4）增强闸室刚度以减小不均匀沉降差；如浙江省慈溪市

某一挡潮排涝闸，闸室分缝距离为36.40m,采用双胸墙增

强闸室刚度后，最大沉降差仅为 4.2cm，效果明显。

（5 ）采用轻型结构和加长底板长度，或增加埋置深度以减小基地压力

（6）进行必要的地基处理，以提高地基承载力

五、地基处理

根据工程实践：

粘性土贯入击数＞5

砂性土贯入击数＞8

可不做地基处理直接建闸.

常用的处理方法：

（一）预压加固

预压堆石高度，应使预压荷重约为 1.5?2.0倍水闸荷载，但不能超过地基的承载能力,

否则会造成天然地基的破坏。

为了缩短预压施工时间，可在地基中设置塑料排水板，以改善软土地基的排水条件，加快地基固结。塑料排水板间距一般为1?3m,深度应穿过预压层。

（二）换土垫层

适用情况：软弱粘性土薄层、浅表----全部挖除层厚采用换土垫层

通常采用砂垫层、壤土垫层垫层作用：（1）垫层使应力扩散，提高地基的稳定性。

（2）减小地基沉降量

（3）具有良好的排水作用，有利于软土地基加速固结。

设计内容：换砂厚度、宽度、材料、级配等。

（三）桩基础（深基础）

当水闸上部结构重量大，不宜采用上述方法的，可参考桩基。

从施工角度来分：预制桩、钻孔灌注桩

受力特点来分：支撑桩----软土、浅层

摩擦桩----土层很厚

优点：大大提高地基的承载力

缺点：底板与土层分离

（四）沉井基础（深基础）

适用条件：闸下有较厚的软土层，要求闸的基础埋置较深。不适用于闸基下有流沙、蛮

石、树干或表面倾斜较大的岩层。

沉井是一种筒状结构物，可

用浆砌石、砼或钢筋砼制成。

沉井平面尺寸视上部结构而

定，一般只要略大于上部结构的

尺寸即可。

沉井的接缝应置于闸的沉降缝之

下，使上部结构能够适应下部基

础的沉降。

（五）振冲砂石桩

它是利用一个直径为0.3?0.8m，长约2m，下端设有喷水口的振冲器，先在土基内造孔，

下管，然后，向上移动，边振动，边沿管向下填注砂石料形成砂石桩。桩径一般为0.6?0.8m,

间距1.5?2.5m，呈梅花形或正方形布置。桩的深度根据设计要求和施工条件确定，一般为8?10m。振冲桩的砂石料宜有良好的级配，碎石最大粒径不宜大于5cm。振冲砂石桩适用

于松砂或软弱的壤土地基。

（六）强夯法

它是由重锤夯实法发展起来的。用100?400kN重锤从6?25m高处自由落下，撞击土层,

每分钟2或3次。该法适用于细砂、中砂和砂壤土等强透水的土层。在透水性差的粘性土地基上，如设置砂井（或排水板），也可收到较好的效果。

（七）爆炸法

在松砂层厚度较大的地基上建闸，可采用爆炸振密法。先在地基内钻孔，孔距约5?6m,

沿孔深每隔一定距离放置适量的炸药，利用爆炸力使松砂密实。该法对粗砂、中砂地基比较有效，而对细砂，尤其是粉砂地基，效果较差。爆炸振密深度一般不超过10m。

（八）高速旋喷法

旋喷法是用钻机以射水法钻进至设计高程，然后由安装在钻杆下端的特殊喷嘴把高压水、压缩空气和水泥浆或其他化学浆液高速喷出，搅动土体，同时钻杆边旋转边提升，使土体与浆液混合，形成桩柱，以达到加固地基的目的。

旋喷法可用来加固粘性土及砂性土地基，也可用作砂卵石层的防渗帷幕，适用范围较

广。