7.水闸

水流方面
• 上、下游水位变幅大，过闸流量也随之不 同，出流形式复杂，堰流到闸孔出流、淹 没流、排流。 • 因此，设计时，必须进行 • ①不同水流情况的水力计算，确保工程满 足设计要求。
• ②进行妥善的消能设计，减少和消除水流 对下游河床与岸坡的有害冲刷。
渗流控制
• 土基抗渗能力差
①渗透压力减少水闸的有效重量，降低水闸的抗 滑稳定。 ②可能产生渗透变形，严重时闸基两岸连接建筑 物基土淘空，危及水闸的安全。
• 组成及作用 上游翼墙：引导水流平顺进闸。 铺盖：起防渗作用,并有防冲作用。 护坡、护底：保护河岸及河床不受冲刷 。 上游防冲槽：保护护岸头部,防止河床冲刷 而向护底方向发展。
下游连接段
下游连接段包括消力池、海漫、下游防冲槽、下游翼墙 及护坡等（使水流经有效消能后平顺流出闸室，与下游 河床段连接）。 ①消力池：紧接闸室布置，具有形成水跃和保护水跃范围 内河床不许受冲刷作用，是消能的主要措施。 ②海漫：布置在消力池后面，继续消除余能，调整流速分 布用块石砌成。 ③防冲槽：海漫的末端防冲措施，防止海漫后河床冲刷向 上游发展。 ④下游翼墙：水流均匀扩散，并保护两岸免受冲刷。 ⑤护坡： 布海漫和防冲槽范围内，一般用块石。
排水闸
• 建在江河沿岸排水渠出口处，外河上涨时， 关闸门防止洪水倒港灌，避免洪灾。当外 河水位退落时，开闸排水防止涝害。具有 双面挡水的作用。
嘉兴洪水以及排水闸
• 嘉兴南排工程
挡潮闸
• 1建在河流入海的河 口地段，以防止海 水倒灌。 • 2抬高内河水位， 满足蓄淡灌溉。 • 3退潮排涝。 • 4有通航孔，还可 平潮时通潮。 • 5具有双向挡水作 用——排水闸、挡 潮闸
水闸图 概述 闸孔及底板型式选择 上、下游水位确定 闸底板高程确定 过闸单宽流量确定 闸尺寸的计算
第三节
• • • •
水闸的消能防冲
闸下游发生冲刷原因 消能防冲条件及措施 波状水跃及折冲水流的防止措施 防冲加固措施
第四节 水闸防渗设计
• 目的、任务、内容
• 闸基防渗长度及地下轮廓线布置（地下轮 廓线设计） • 闸基渗流计算 • 防渗排水设备 • 侧向渗流
闸孔孔数
分孔原则：
在闸孔总净宽确定后，还必须进行分孔，闸孔孔径 的大小，主要应根据闸的地基条件、运用要求、选用的闸 门结构型式、启闭机容量等因素综合分析确定，并应符合 国家现行标准SL74—95所规定的闸门孔口尺寸系列标液。 –弧形钢闸门为 8～12m； –钢丝网水泥闸门为 6～8 m； –小型水闸每孔为2～4m。
闸孔型式
• 开敞式： • 涵洞式： • 胸墙底部高程应高于泄水位0.1~0.2,并满足 所需要流量要求,胸墙顶部和岸墙顶高程应 满足上游水位加一定安全超高。
底 板 型 式
• • • • 平底板宽顶堰： 实用堰： 骆峰堰： 柿形堰：
图7－5 （a）宽顶堰；（b）低实用堰
各型式特点
• ① 平顶宽顶堰: 虽然流量系数小，但构造 简单， 施工方 便应用广泛。 ② 实用堰: a.上、下游渠底高差较大。 b.地面表层地质松软，需将闸底高程降低， 使底板置于较深的密实地层中。 c. 有拉沙要求 。 ③ 低堰: D 1 ≤ ( 1.0－1.33 ) H d
上、下游水位确定
• 渠道进水闸
– 有坝取水 – 无坝取水 – 下游水位
• 节制闸: 上游水位与有坝取水时进水闸上游水位同, 下游水位可从原河道水位流量过程本查得。
有 坝 取 水
• 上游水位由拦河坝（闸）控制，闸的上游 设计水位，即拦河坝应该雍高的水位，其 值为闸后渠道设计水位再加过闸的水头损 失（一般为0.1～0.3m）。
• 作用：
壅高和增加池内水深，使闸下急流能通过淹没式 水跃转化为缓流，可消杀水流全部动能的 46 ~ 47 %。
消能设计条件选择
上游水位高、闸门部分开启、单宽流 量大——控制条件。 • 上游水位： 开闸泄流时的最高挡水位 下游水位： 考虑水位上升滞后于泄量增大的情况， 计算时可选用相应于前一开度的下游水位 。 下游水位： 选择在可能出现的最低水位。
消力池
• 消力池型式： ① 深挖消力池 ② 消力槛式消力池 ③ 线控低槛的综合消力池
0
• 孔流
m 2 g H 0
3 2
不同堰型水闸，当闸门开度he和堰上水头比值he/H ≤ 0.65时，即为闸孔出流。 Q B0 ' he 2 gH 0
闸孔总净宽的选择采用
• 采用的闸孔总净宽要略大于计算值，以留 有余地(以超过计算值3％~5％)为宜。 • 要求闸室总览度大体上与上、下游河道宽 度(即通过设计流量的平均过水宽度)相适 应。 • 根据江苏省几座大中型水闸工程的实践经 验．闸室总宽度与河道的比值一般为 0.6~0.85； • 参考值： 河北省水利水电勘测设计研究院根据 根治海河工程的实践经验．提出大中型水 闸闸室总宽度与河道宽度的比值一般不宜 小于表3—9所列的数值，否则会加大连接 段的工程量，从而增加工程总造价、同时 对水闸安全泄水不利。
是长沼水库的灌溉配套工程，由枢纽、总干渠 两部分组成，枢纽工程位于曹娥江下游的上浦镇 境内分叉江上，距长诏水库73公里，控制曹娥江 流域面积4460平方公里。 工程主要作用 是御咸蓄淡，引 水灌溉，又能拦 截上游长沼水库 分配给上虞市的 3825万立方米 灌溉水量，同时 引曹娥江天然径 流灌溉余上慈灌 区。
闸底板高程确定
• 堰顶高程应综合考虑水流、地形、施工及运用等条件，结 合堰型弧门型的选择，经过技术比较后确定。 闸底板顶面（闸槛）高程的确定，关系闸孔型式 和尺寸的决定，也直接影响整 个水闸的工程量和造价。 如将槛高定得低些，闸前水深和过闸单宽流量要大些，从 而使闸孔总宽度缩短，减少闸室段工程投资。但同时将增 大两岸连接建筑物的高度，并增加基坑开挖和闸下消能防 冲布置上的难度，增加两岸连接建筑物工程投资。 一般：
第五节
• • • • 概述 闸墩与胸墙 工作桥与交通桥 缝与止水
闸室的布置和构造
第六节
• • • • •算 荷载组合 闸室稳定计算 基底压力计算 闸基沉降 地基处理
作
用
• 控制水位、调节流量的低水头水工建筑物， 是农田水利中龙头工程，常与堤坝、船闸、 鱼道、水站、抽水站等建筑物组成水利枢 纽，以满足防洪、排洪、航运、灌溉以及 发电水利工程的需要。
• 孔数要求：
选定孔宽b后，则闸孔数目n＝B0／b，n值应取整数， 当孔数较少（例如少于6～8孔）时，宜采用单孔数以便对 称开启，有利于消能防冲。当孔数超过6～8孔时、双孔数 均可
回节首
过闸水流特点 闸下游发生冲刷原因
• 过闸水流特点:
• 出闸流速较大，紊动强烈。 • 上、下游水位差较小。 • 出流型式随闸门开启程序而变化。
设计步骤
• 根据水闸的上下游水头差大小和地基地、 质条件选择地下轮廓线的形状和尺寸。 • 选用适当的方法对模拟的布置方案进行渗 流计算，求出闸基承受的渗透压力以及渗 透坡降。 • 验算闸基及地基抗滑稳定性，包括地基土 的抗渗稳定性。
闸孔及底板型式选择
• 闸孔型式： • 底板型式： • 各型式特点：
类
• 按所承担任务分：
型
– 节制闸进水闸是用来从河道、湖泊、水库引取水流， 一般建于引水渠道的首部。 – 进水闸 用以控制水位、流量 – 排水闸一般修在江河沿岸排水沟或河道末端 – 分洪闸： 常建于泄洪能力不足的河段上游适当地点建造，形 成滞洪区、湖泊。 – 挡潮闸 挡潮、排水和蓄淡的目的 – 冲沙闸:是用来排除进水闸或拦河（节制）闸前淤积 的泥沙，减少泥沙入渠
闸室段
• 是水闸主体，包括底板、闸墩、闸门、胸墙、岸 墙、工作桥、交通桥。 – 底板： 闸室基础，承受闸室全部荷载，较均匀地将荷 载传给地基并利用底板与地基土磨擦来维持闸 室稳定，还有防冲防渗作用。 – 闸墩： 分隔闸孔、支撑闸门和桥梁。 – 工作桥： 供布置启闭和工作人员操作机器之用。 – 岸墙：闸室与河岸的连接结构，主要以挡土， 并且有侧向防渗作用。
类
型
• 按结构型式分：
– 开敞式水闸：上面没有填土，开敞，露天。 – 涵洞式水闸：水闸修建在河堤之下。
节制闸（拦河闸）
• 调节水位，控制流量。 • 枯水期借以抬高水位， 以利取水和上游航运， 洪水期用以控制流量。 • 渠系建筑物中节制闸 一般建于支渠分水口 的下游，用以抬高水 位，满足支渠引水需 要。
海宁盐官排涝挡潮闸模型
工作特点、设计要求
• 工作特点 – 地基条件差和水头 低且变幅大，流态 复杂，是水闸主要 工作特点
• 设计要求 – 地基方面 – 水流方面 – 渗流控制
地基方面
• 土基： • 土层分布复杂，常夹有压缩性大抗剪强度低的软 土（淤泥和软粘土等）或容易液化的粉砂、细砂 层。所以在设计水闸时对地基方面必须采取措施 保证地基稳定和避免产生过大沉陷及不均匀沉陷。 • 所以设计时必须进行 • ①水闸的稳定计算 • ②沉陷量计算 • ③不均匀沉陷计算 • 必要时要进行地基处理和调整上部结构。
水工建筑物之
水 闸
图：单孔闸和多孔闸
主要内容
• • • • • • 概述 闸孔尺寸的确定 水闸的消能防冲 水闸防渗设计 闸室的布置和构造 闸室的稳定计算
第一节
• • • •
概述
水闸的作用和类型 水闸的工作特点及设计要求 水闸的组成 水闸的设计步骤
第二节
• • • • • • •
闸孔尺寸的确定
根据闸后河床：地质条件及考虑上、 下游水位差，下游水位和河道宽度与闸室宽度 的比值等因素。
• 大、中型水闸： – 粘性土河床: q = 15 ~ 25m3/ s.m – 砂土河床: q = 10 ~ 15m3/ s.m – 细砂、粉砂河床: q = 5 ~ 10m3/ s.m • q 的数值决定于上、下游水位差堰顶高程。
无 坝 取 水