水工建筑物-水闸设计图
水闸介绍
水闸介绍第一节概述水闸是一种低水头的水工建筑物，兼有挡水和泄水的作用，用以调节水位、控制流量，以满足水利事业的各种要求。
一、水闸的种类:1.按水闸所承担的任务分类:水闸的类型及位置示意图●节制闸（或拦河闸）：拦河或在渠道上建造。
枯水期用以拦截河道，抬高水位，以利上游取水或航运要求；洪水期则开闸泄洪，控制下泄流量。
位于河道上的节制闸称为拦河闸。
●进水闸：建在河道、水库或湖泊的岸边，用来控制引水流量，以满足灌溉、发电或供水的需要。
进水闸又称取水闸或渠首闸。
●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预定的湖泊、洼地，及时削减洪峰，保证下游河道的安全。
●排水闸：常建于江河沿岸，外河水位上涨时关闸以防外水倒灌，外河水位下降时开闸排水，排除两岸低洼地区的涝渍。
该闸具有双向挡水，有时双向过流的特点。
●挡潮闸：建在入海河口附近，涨潮时关闸不使海水沿河上溯，退潮时开闸泄水。
挡潮闸具有双向挡水的特点。
●排沙闸、排冰闸、排污闸：为排除泥沙、冰块、漂浮物等而设置的。
2.按闸室结构形式分类●开敞式水闸：闸室上面不填土封闭的水闸。
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，如进水闸、排水闸、挡潮闸多用这种形式。
●涵洞式水闸：闸（洞）身上面填土封闭的水闸，又称封闭式水闸。
涵洞式水闸常用于穿堤取水或排水的水闸。
洞内水流可以是有压的或者是无压的。
二．水闸的工作特点1.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。
2.防渗方面：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。
水闸的组成
组成：上游联接段、闸室段和下游联接段三部分组成。
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。
无压隧洞有压隧洞第五章水闸一、水闸是一种低水头的水工建筑物，兼有挡水和泄水的作用，用以调节水位、控制流量，以满足水利事业的各种要求。
二、闸基防渗xx：上游铺盖、板桩及水闸底板等不透水部分与地基的接触线，闸基渗流的第一条流线，亦称地下轮廓线。
三、波状xx：急流弗劳德数较小，水面跃起呈波状向缓流过渡，未能形成表面旋滚的水跃。
四、xx水流：天然河道或过水建筑物下游河渠断面上流量分布极不均匀，主流偏离原流向、左右摇摆、冲击两岸的水流。
五、.按水闸所承担的任务分类:节制闸、进水闸、分洪闸、排水闸、挡潮闸、排沙闸、排冰闸、排污闸等六、按闸室结构形式分类：开敞式水闸、涵洞式水闸七、水闸的工作特点及设计要点：1.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。
2.防渗方面：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。
渗流对闸室和两岸联接建筑物的稳定不利。
因此，应妥善进行防渗设计。
3.消能防冲方面：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。
4.沉降方面：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。
水工建筑物-水闸设计图
10 3.46 0.56 16.09(m)
海漫水平段长度取6.09m,缓坡段取 10m，斜坡坡度为1：10
5、防冲槽 防冲槽深度取t″=1.5m,底宽 b=2t″=3m，上游坡率m1=2，下游 坡率m2=3 粘性土河床的允许不冲流速 ： 0 =0.95m/s 海漫末端水深 t=4.42+10÷10=5.42（m）
3 2
2g 72.2
3 2
4.8(m)
0.862 0.916 0.385 5 2 9.8
B0=4.8m<b0=8m, 取最大值B0=8m。
二、池深、池长的确定
1、消力池深度d 当B0=5m时，过闸单宽流量 q=14.44m/s,消力池末端的单宽流 量qs=3.46m/s。
假设消力池深度d′=0.88m时， T0=5.88m，将其代入公式：
2.消力池长度Lsj 水跃长度Lj=6.9（hc〞﹣hs) =6.9x(4.819-1.415) =23.49(m)
消力池斜坡段水平投影长度 Ls=4d=4x0.88=3.52（m）
水跃长度校正系数 =0.7 消力池长度Lsj=Ls+ Lj =3.52+0.7x23.49 =19.96（m）
3.护坦厚度t 消力池底板计算系k1=0.2
H ' 11.48 10.92 0.56(m)
护坦厚度t：
t k1 q H ' 0.2 14.44 0.56 0.66(m)
消力池末端厚度=t=0.66（m）
4、海漫长度Lp 海漫长度计算系数Ks：Ks=10 海漫长度 L k q H '
2 2
1 3.46 2 1 3.46 2 0.0049 (m) 2 2 2 2 9.8 1 4.42 2 9.8 4.819
水工建筑物课件-水闸
（二）水流特点
1、初始消能困难（下游无水或水深较浅）；
2、易产生波状水跃；
3、易产生折冲水流（扩散角太大，不均匀开启）。
综合分析——水闸泄流时，虽流速不高，但由于土基抗
冲能力较低，也可能引起水闸下游的冲刷。水闸下游常出 现的波状水跃和折冲水流（教材P316，图6–11、12），进 一步加剧对河床和两岸的淘刷。因此，消能防冲设施要在 各种运用情况都能满足设计要求。
2.闸底板高程的选定
基本要求：底板应置于坚实土层上，尽量利用天然地基。 相关因素：水闸的任务、过流流量、上下游水位、河床地 质条件、工程总投资等。
底板高程选定：⑴ 底板高程高：闸室宽度大，两岸连接 建筑物相对较低；适于小型水闸，其两岸连接建筑在整个
工程量中所占比重较大，因而总造价可能是经济的。 ⑵ 底 板高程低：闸室单宽流量大，将加大消能防冲工程量；闸 门高度增加，启闭设备容量增加，基坑开挖增加（大、中 型）。适于大中型水闸，其闸室工程量所占比重大，适当 降低底板高程，常常是有利的。
五、水闸设计内容和所需基本资料（了解）
（一）水闸的设计内容
闸址选择； 确定孔口形式和尺寸； 防渗、排水设计； 消能、防冲设计； 稳定计算； 沉降校核； 地基处理； 选择两岸连接建筑的型式和尺寸； 结构设计等。
（三）水闸设计所需基本资料
河流规划
运用要求
地形、地质、水文、气象、泥沙、地震烈度 建筑材料 施工及交通运输条件等。
已知条件：Q设、▽上、▽下、初拟的▽底板、堰型。 ⑴ 堰流情况： L0
Q
m 2 g H 0 2
3
（ 6–1）
式中：Q——设计流量，m3/s； L0——闸孔总净宽，m； H0——计入行近流速水头在内的堰顶水头，m; ζ、ε、m——淹没系数、侧收缩系数和流量系数，可根据 《水闸设计规范》(SL265–2001)的附表查得； g—重力加速度，m/s2。
水闸设计_ppt课件
H – 上下游水位差 （二）地下轮廓线的布置 原则：上防下排 防渗：水平---铺盖 垂直---齿墙、板桩、防渗墙、灌浆 帷幕等。 下排：排水孔、减压井等 具体做法： 1、粘土地基 2、砂性土 3、粉砂地基 4、有承压水的地基
二、渗流计算
目的：求解渗流区域内的渗透压力，渗透坡 降，渗透流速及渗流量。 （一）渗流的基本方程 闸基渗流属有压渗流(土坝渗流为无压渗流) 一般作为平面的考虑 基本假定：地基是均匀的，各向同性的； 渗水不可压缩，符合达西定律。 渗流的计算方法： 1、流体力学法（精确）
闸孔总净宽L0增大，q减小 闸孔总净宽L0减小，q增大 这将直接影响消能防冲的工程量和工程造价 过闸水位差的选用:关系到上游淹没和工程 造价, 平原地区，一般设计过闸水位差选用 0.1--0.3m 过水能力：与上下游水位、底板高程、闸孔 净宽相互关联，需对不同方案进 行技术经济比较后确定。 （四）确定闸室单孔宽度和总长度 我国大中型水闸的单孔宽度一般采用8— 12m。
2、地质条件：
壤土、中砂、粗砂、砂砾石适合做地基。
二、闸孔设计
内容：选堰型，选底板高程，单孔尺寸， 闸室总宽度 （一）堰型选择 1、宽顶堰：结构简单，施工方便。有利 于泄洪、冲砂、排污、排水、通航，且 泄流能力比较稳定，但流量系数较小， 易产生肢状水跃。 2、低实用堰：流量系数较大，水流条件 较好。但泄流能力受尾水位变化的影响 较为明显。施工较复杂。 （二）闸底板高程的选定
水闸设计
第一节 概述
水闸是一种低水头的水工建筑物，它具有挡 水和泄水双得作用。 与设有表孔闸门的溢流重力坝的区别是: 水闸水头较低，抬高水位较少，它主要是靠 闸门挡水； 而溢流坝主要靠闸门下坝体来挡水。 水闸可建于各种地基上。
一、水闸的类型
16水利工程图
2.1 视图配置及名称
★河流和建筑物的纵、横剖视图
当剖切平面平行于建筑物轴线或顺河流流向时，称 为纵剖视（或纵剖面图）。
2.1 视图配置及名称
★河流和建筑物的纵、横剖视图
当剖切平面垂直于建筑物轴线或河流流向时，称为 横剖视（或横剖面图）。
2.1 视图配置及名称
★立面图
正视图、左视图、右 视图、后视图一般统 称立面图。
• 施工总平面布置图 —— 反映施工现场场地布置 • 开挖图 —— 反映建筑物基础开挖和料场开挖情况 • 浇筑图 —— 反映大体积混凝土分期、分块浇筑情况 • 施工导流布置图 —— 反映施工导流方法 • 施工方法图 —— 反映建筑物施工方法和流程
竣工图
根据建筑物建成后的实际情况绘制而成的图样。
• 工程验收 • 技术资料、档案 • 技术交流
葛洲坝水利枢纽
冲砂闸
冲砂闸：用以排放水库泥沙的建筑物。
葛洲坝水利枢纽
葛洲坝水利枢纽
三峡水利枢纽
江都水利枢纽
江都水利枢纽 —— 南水北调东线源头
江都水利枢纽 —— 江都四站
江都水利枢纽 —— 江都四站
江都水利枢纽 —— 变电所
江都水利枢纽 —— 变电所
江都水利枢纽 —— 万福闸
江都水利枢纽 —— 太平闸
葛洲坝水利枢纽
拦河坝
拦河坝：挡水建筑物，用于拦截河流抬高上游水位，形成水库和落差。
葛洲坝水利枢纽
水电站
水电站：利用上、下游水位差和流量进行发电的建筑物。
葛洲坝水利枢纽
船闸 船闸
船闸：用以克服水位差产生的通航障碍的建筑物。
葛洲坝水利枢纽
泄水闸
泄水闸：用以排放上游水流，进行水位和流量调节的建筑物。
水闸1-4(new)
抗浮：
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3.布置
(1)下挖式消力池、突槛式消力池和综合式消力池是底流式消 能的三种主要形式 。 (2)下挖式消力池与闸室底板之间直接用斜坡段连接即可，规 范规定消力池斜坡段坡度不应陡于1：4。 (3)倾斜段不宜设排水孔，护坦后部设铅直排水孔以降低池底 板渗透压力，并在该部位底面铺设反滤层。
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三.辅助消能工 1.作用： (1)加大水流阻力； (2)加强水流紊动和撞击； (3)稳定水跃； (4)利于扩散水流 2.类型： 消力墩，池首坎，消力梁，散流墩等
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四.上下游防护
1.闸下防冲设施： （a）海漫： 紧接护坦，进一步消除余能，调整流速分布， 达到不冲流速； 要求：抗冲、有一定柔性、表面粗糙、透水； 材料：浆砌石、干砌石； 长度：按经验公式计算。
河床土质 Ks 粉砂,细砂 14～13 中砂,粗砂, 粉质壤土 12～11 粉质粘土 10～9 坚硬粘土 8～7
堰流式闸孔 孔流式闸孔
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三、 底板高程 除考虑运用条件外，还要考虑地质条件和经济要求。 ⒈运用条件： 底板高程低→q↑，底板上水深↑→闸室总宽度↓ 节制闸与河底齐平或略高；进水、分洪闸比河底略高 （防泥沙），排涝闸低。 ⒉经济要求： 底板高程低→q↑，底板上水深↑→闸室总宽度↓， 但增大闸身和两岸结构高度，消能防冲费用↑，泥 沙淤积。 ⒊地质条件：避免复杂地基处理；抗冲刷能力q
*规范： 《水闸设计规范》（SL265-2001） 《水闸施工规范》（SL27-91) 《水闸工程管理设计规范》（SL170-96) 《水闸技术管理规程》（SL75-94) 《水闸安全鉴定规定》（SL214-98）
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第二节 水闸的孔口设计
一、 水闸孔口设计的主要内容 1.确定闸孔型式 2.拟定闸底板高程（即堰顶高程） 3.计算孔口尺寸及溢流前沿总宽 4.泄流能力验算 二 、水闸的闸孔型式（开敞式） 根据水流流态分 : 堰流式,孔流式
水工建筑物图例
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干砌石（50） 反滤层
图1-1 剖面设水闸计图（单位：mm)
混凝土垫层
混凝土垫层
图1-1 水闸剖面设计图（单位：mm)
浆砌石（50） 反滤层
浆砌石（50） 反滤层
干砌石（50） 反滤层
图1-1 消力池剖面设计图（单位：mm)
设计水闸
一、确定闸底板高程 闸底板高程=渠底高程=6.50 m
二、计算闸孔总净宽 假设闸孔净宽b0=8m 上游河道一半水深的宽度bs
bs=（11.48﹣6.5)×2+12 =21.96(m)
堰流侧收缩系数
1 0.171(1 bo)4 bo
bs bs 1 0.171 (1 8 ) 4 8 0.916
水工建筑物 ——水闸设计
۩ 组别：第一组 ۩ 组长：梁海英（35） ۩组员：张秋勇（18） 何伟伦（12）
钟齐波（8） 罗锦波（5） 张育明（36）蔡世达（39）
设计计算：罗锦波 张育明 蔡世达
CAD画图：梁海英 何伟伦 PPT 制作：钟齐波 张秋勇
一.基本资料
某排水闸建筑物等级为2级， 水闸设计排水流量72.2㎡/s，相当闸 上设计水位11.48m，闸下设计水位 10.92m，防洪水位16.89m，相当闸 水位10.85m。排水渠为梯形断面， 渠底宽为12m。底高程6.50m。边 坡1：2。闸基持力层为粉质粘土。 承载力为140kpa。渗透系数为 1.8×10-5 cm/s。设计该水闸。
消力池深度d：
d d' ohc ''hs 'z
1.1 4.819 4.42 0.0049 0.88(m)
2.消力池长度Lsj 水跃长度Lj=6.9（hc〞﹣hs)
=6.9x(4.819-1.415) =23.49(m)
消力池斜坡段水平投影长度 Ls=4d=4x0.88=3.52（m）
水跃长度校正系数 =0.7
hc3 T0hc2
q2 2g 2
0
得跃前水深：hc=1.415m
式中流速系数 =1， =1
跃后水深hc″:
hc ''
hc 2
(
1
8q 2
ghc3
1) 4.819(m)
出池深度△z：
z
qs 2 2g 2h's2
qs 2
2ghc ''2
1 3.462
1 3.462
2 9.812 4.422 2 9.8 4.8192 0.0049(m)
L=2.5H=2.5X(16.89-10.85)
=15.1（m）
底板厚度=
1 6
B0
1 6
5
0.83(m)
底板取跨中分缝底板。
2、闸墩 闸墩顶面高程：(上游) ①挡水时：
16.89+0.4+0.5=17.79（m） ②泄水水：11.48+1=12.48（m）
取最大值17.79m，下游顶面高 程也取17.79m
21.96 21.96
行近流速 v0=
Q A
72.2 109.36
0.66(m /
s)
堰上水深
Ho =
vo2 2g
H
0.662 4.98 5(m) 2 9.8
堰流淹没系数 ： hs 0.884
Ho
查表5-6得 =0.862
闸孔总净宽B0：Biblioteka B0 Q3
mH0 2 2g
72.2
3
4.8(m)
四、水闸的防渗排水设施
1、地下轮墩线布置 闸基防渗长度L： 查表得允许渗径系数值C=3
L CH 36.04 18.12(m)
取L=25.1m。
2、筋钢混凝土铺盖设计
铺盖长度为10m，铺盖厚为 0.5m，与底板连接处加厚至0.83m。
混凝土垫层
混凝土垫层
浆砌石（50） 反滤层
浆砌石（50） 反滤层
10 3.46 0.56 16.09(m)
海漫水平段长度取6.09m,缓坡段取 10m，斜坡坡度为1：10
5、防冲槽
防冲槽深度取t″=1.5m,底宽 b=2t″=3m，上游坡率m1=2，下游 坡率m2=3
粘性土河床的允许不冲流速 ：
0 =0.95m/s
海漫末端水深
t=4.42+10÷10=5.42（m）
海漫末端单宽流量q′：
q'
5.42
72.2 1 2
2
12
3.16(m
/
s)
2
经验系数：A=2
海漫末端的可能冲刷深度dm：
dm
1.1
q'
0
t
1.1 3.16 5.42 1.76(m) 0.95
防冲槽的单宽抛石量v：
V Adm 21.76 3.52(m3)
三、闸室的布置
1、底板 底板长度L：
闸墩长度=底板长度=15.1m 边墩厚（钢筋混凝土边墩）=1.2m
3、胸墙 ①胸墙顶部高程=闸墩顶部高程 =17.79m
胸墙底高程 闸上设计水位
11.48m，取12m。
②结构型试：板梁式 根据构造规定： 板厚=25cm 顶梁梁高5x（1/12）=0.42（m） 梁宽=60cm 底梁梁高=5x（1/9）=0.56（m） 梁宽=60cm
0.862 0.916 0.38552 29.8
B0=4.8m<b0=8m, 取最大值B0=8m。
二、池深、池长的确定
1、消力池深度d 当B0=5m时，过闸单宽流量
q=14.44m/s,消力池末端的单宽流 量qs=3.46m/s。
假设消力池深度d′=0.88m时， T0=5.88m，将其代入公式：
消力池长度Lsj=Ls+ Lj
=3.52+0.7x23.49 =19.96（m）
3.护坦厚度t 消力池底板计算系k1=0.2
H '11.48 10.92 0.56(m)
护坦厚度t：
t k1 q H '
0.2 14.44 0.56 0.66(m) 消力池末端厚度=t=0.66（m）
4、海漫长度Lp 海漫长度计算系数Ks：Ks=10 海漫长度 L p ks qs H '