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1、第 六 章第 六 章 水 闸水 闸 第一节第一节 概述概述 一、概念一、概念 1.1.水闸水闸 是调节水位、控制流量的低水头水工建筑物，主要依靠闸门控制水流， 具有挡水和泄（引）水的双重功能，在防洪、治涝、灌溉、供水、航运、发 电等方面应用十分广泛。 2.2.低低水头水工水头水工建筑物建筑物 一般指水头不超过 30m 的水工建筑物，主要有水闸、低坝、橡胶坝、 船闸等，多数建在软基上，也有建在岩基上的。 目前,世界上泄流能力最大的泄洪闸是三峡泄洪闸,分三层共有67 孔,max= 10.25万m3s ；世界上规模最大的是荷兰东斯海尔德挡潮闸, 共63孔，闸高53米,闸室净宽3000米,连同两端的海
2、堤总长4425米。 三峡泄洪闸正在泄洪 东斯海尔德挡潮闸东斯海尔德挡潮闸 世界最高和规模最大的水上装配式水闸。位于荷兰西部东斯海尔德河 口。该闸由闸身及其两端的海堤共3段组成，全长4425米。闸身长3000米， 最大闸高53米，共63孔，平面闸门宽43米，高5.911.9米。 施工方法 采用整体预制、浮运就位、现场水上拼装及水下处理地基的方法进行 施工。基础加固和保护系采用水下换基、振捣密实和铺设特制的软体垫。 此软体垫外层由土工织物和钢丝加固，内分砂层、小卵石层和卵石层，中 间用土工织物隔开。 防冲设计 上下游护坦的加固采用混凝土块加重防冲垫、石块加重沥青板等软体 垫。闸门平时提起，只有当预
3、报可能发生灾害性海潮时才将闸门关闭，这 样既可挡潮，又不影响生态平衡。该工程于1986年10月建成。 东斯海尔德挡潮闸东斯海尔德挡潮闸 二二、水闸的工作、水闸的工作特点特点 低水头，即挡水又泄水； 在水头差作用下，形成渗流，对稳定不利； 在水平推力作用下，依靠自重来维持稳定； 过闸流量大，对下游冲刷严重。 设计设计中中应解决的主要问题应解决的主要问题？ 减少渗压（防渗）； 消能防冲设计（防冲）； 对地基进行处理，增加 （稳定）。 三三、水闸的作用及分类、水闸的作用及分类 1.1.作用作用 控制水流控制水流 2.2.按按担负的任务来担负的任务来分分 进水闸（取水闸） 节制闸（拦河闸） 排水闸 挡
4、潮闸 分洪闸 冲沙闸 船闸（专门建筑物） 3.3.按闸室结构形式来分按闸室结构形式来分 开敞式水闸：闸室露天，无胸墙；【优点：易于排泄漂浮物】 胸墙式水闸【优点：减少闸门启闭力】 涵洞式水闸：闸室后部有洞身段，洞顶有填土覆盖。（有压、无压） 此外：浮体式和自动翻板式等。 按担负的任务来分按担负的任务来分 进水闸进水闸（取（取水闸水闸) ) 在河道、水库或湖泊的岸边，建闸引水，并控制入渠流量，谓之进水闸 （取水闸）。这种水闸有开敞式及涵洞式两种，常建在渠首。 启闭启闭运用条件：运用条件：枯水期（开闸引水）、洪水期（关闸挡水）。 闸门顶高程 = 河道的校核洪水位 + 波浪爬高 + 安全超高【曾经考
5、过】 节制闸（拦河闸）节制闸（拦河闸） 一般拦河而建，枯水期截断河道，抬高水位，以利于上游航运，或进水 闸引水，洪水期用以控制下泄流量。 启闭启闭运用条件：运用条件：枯水期（关闸挡水）、洪水期（开闸放水）。 闸门顶高程 = 河道正常蓄水位 + 波浪爬高 + 安全超高 排水闸排水闸 常建在江河沿岸，防江河洪水倒灌，河水退落时又可开闸排洪。 特点特点：受双向水头作用，闸底板高程极低，而闸身较高【双向配筋】 挡潮闸挡潮闸 作用作用：阻止海潮沿河流上溯，免使土地盐碱化； 汛期受潮水顶托，易造成内滞（可抽排）。 启闭启闭运用条件：运用条件：涨潮时（关闸挡水）、退潮时（开闸泄水）。 特点特点：受双向水头作
6、用。 分洪闸分洪闸 利用河道旁预定的洼地或湖泊分洪区，及时削减洪峰，确定下游安全。 如荆江分洪闸，1952年建成。 【特点：特点：分洪及时；削减流量大】 冲冲沙闸沙闸 动水冲沙，减少含沙量，防止淤积，以葛洲坝为例。 船闸船闸（专门建筑物）（专门建筑物） 【作用：便于航运】 荆江荆江分洪闸分洪闸鸟瞰图鸟瞰图 葛洲坝葛洲坝大江冲砂闸正在大江冲砂闸正在冲砂冲砂 杜杜家台分洪闸家台分洪闸 1956年兴建的杜家台分洪闸,长412米,30孔, 设计流量4000立方米每秒。 三三 峡峡 船船 闸闸【双双线五级线五级船闸船闸】 四四、水闸等级划分、水闸等级划分 工程工程等别及建筑物等别及建筑物级别级别 平原区
7、水闸枢纽工程是以水闸为主的水利枢纽工程，一般由水闸、泵站、 船闸、水电站等水工建筑物组成，有的还包括涵洞、渡槽等其它泄（引）水 建筑物，应根据水闸 最大最大过闸过闸流量流量 及其防护对象的 重要性重要性 划分等别。 平原区平原区水闸枢纽工程分等指标水闸枢纽工程分等指标表表 注：当按表列最大过闸流量及防护对象重要性分别确定的等别不同时，工程等别应经综合 分析确定。 表表6 6- -2 2 水闸枢纽中的建筑物级别划分水闸枢纽中的建筑物级别划分 其中水工建筑物的级别应根据其所属枢纽工程的等别、 作用和重要性划分。 五、水闸五、水闸的组成及其各部分作用的组成及其各部分作用 组成组成：上游连接段、闸室段
8、、下游连接段：上游连接段、闸室段、下游连接段。 1.1.闸室闸室段段 包括包括：闸门、闸墩、闸底板、工作桥、交通桥、启闭机等； 闸室可通常为混凝土或钢筋混凝土结构。小型水闸有些部分可采用浆砌石。 作用作用：是水闸的主体，【闸门】起到控制水流和【交通桥】连接两岸交通， 同时具有防渗防冲作用。 2 2. .上游上游连接段连接段 包括包括：上游翼墙、铺盖（护底）、上游防冲槽、两岸护坡。 作用作用：引导水流平顺地进入闸室，保护两岸及河床免遭冲刷，同时具有防 渗作用。 3 3. .下游下游连接段连接段 包括包括：护坦（消力池）、海漫、下游防冲槽、下游翼墙、两岸护坡。 作用作用：消除能量，引导出闸水流均匀
9、扩散，平顺地进入下游河道，保护两 岸及河床免遭冲刷。 第二第二节节 闸址选择及水闸的孔口设计闸址选择及水闸的孔口设计 一、闸一、闸址址选择选择 根据水闸承担的任务，综合考虑地形、地质、水文、施工等因素， 通过技术经济比较，选择最佳方案。 1 1. .地形地形条件条件 拦河闸拦河闸：宜选在河床稳定、水流顺直的河流上；（兼取水、通航的） 宜选在稳定的弯曲河流上，将进水闸设在凹岸，船闸设在凸岸。 分洪闸分洪闸：一般设在弯曲河流的凹岸或顺直河道的深槽一侧。 排水闸排水闸：闸址设在江河老堤的堤线上。 冲冲沙闸：沙闸：大多布置在拦河闸与进水闸之间。 注注：如拦河闸兼作施工导流用，常将闸址选在弯曲河流的凸岸
10、，利 用原河道导流。 2. 2. 地质地质条件：条件：壤土、中砂、粗砂、砂砾石适合做地基。 二二、闸孔设计、闸孔设计 内容内容 选堰型，选底板高程，单孔尺寸，闸室总宽度、泄流能力计算等。 （一）堰型选择一）堰型选择 宽宽顶堰：顶堰：结构简单，施工方便。有利于泄洪、冲沙、排污、排冰、通 航，且泄流能力比较稳定，但流量系数较小，易产生波状水跃。 低低实用堰：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）闸底板高程的选定二）闸底板高程的选定 相关相关因素：因素：水闸的任务，泄流（引水）流量，上下游水位，河床地质 条件，工程总投资是否经济。 底板底板高
11、程高：高程高：闸室宽度大，两岸连接建筑物相对较低。 底板底板高程低：高程低：闸室 加大，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。 一般一般情况：情况： 拦河闸和冲沙闸：底板顶面与河底平齐。 进水闸：底板顶面可以高一些，防推移质泥沙进入渠道。 （三）确定闸室单孔净宽和闸室总宽度三）确定闸室单孔净宽和闸室总宽度 单孔单孔净宽考虑因素：净宽考虑因素：闸门形式、启闭设备条件和运用要求 我国大中型水闸的单孔宽度一般采用 812m。 则闸室总宽度： = + ( 1) 其中： 单孔净宽； 闸墩厚度； 闸孔数。 讨论：讨论： 闸孔总净宽增大， 减小；闸孔总净宽减小， 增大，这将直接
12、影响消 能防冲的工程量和工程造价。 过闸水位差的选取：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0.10.3m 【开启闸门时】。 （四）泄洪能力四）泄洪能力计算计算 泄流能力泄流能力：与上下游水位、底板高程、闸孔净宽及形式等有关。 1. 当水流呈堰流时： = 203 2 2. 当水流呈孔流时： = 20 计算的流量应不小于设计的流量或校核的流量。 第三节第三节 水闸的防渗与排水设计水闸的防渗与排水设计 一、渗流对建筑物的主要影响一、渗流对建筑物的主要影响 1. 降低了水闸的稳定性； 2. 可造成管涌流土渗透变形； 3. 损失水量； 4. 使地基中可溶物质加速溶解。 二、防渗的
13、目的二、防渗的目的 1. 减小闸底的扬压力； 2. 防止渗透变形； 3. 减少渗漏量。 又称化学管涌，管涌又称化学管涌，管涌 的一种特殊形式的一种特殊形式 三、防渗透长度的确定三、防渗透长度的确定 1.防渗设施的类型 水平防渗 铺盖、闸底板 垂直防渗 板桩、齿墙 2.地下轮廓线的定义 自铺盖前端开始，到排水前端为止，沿铺盖、板桩及底板等与地基的 接触线，称地下轮廓线，即闸室渗流的第一根流线，其长度即为水闸的防渗 长度。 3. 防渗长度的确定 （1 1）勃莱法）勃莱法 1910年，勃莱根据许多修建在土基上的成功和失败的低水头闸坝观测资 料统计而得出。 勃莱法假定：沿闸基渗透轮廓线单位长度消耗的水
14、头差相同，即渗透坡 降是均匀的。水平防渗和垂直防渗效果相同水平防渗和垂直防渗效果相同。 = 1+ 2 式中：1 铅直渗流长度（含倾斜大于 45 的防渗体） 2 水平渗流长度（含倾斜小于 45 的防渗体） 渗径系数（ 的倒数）； 上下游水位差； 渗径长度。 渗透坡降渗透坡降 = （2 2）莱茵法）莱茵法 莱茵于1934年根据更多的实际工程资料认为：沿闸基渗流轮廓线单位长 度消耗的水头并不相同，单位水平渗流消耗的水头只为单位铅直渗流的 1 3 。 如全部折算为铅直渗流，则折算后渗流长度 为： = 1+ 23 式中：1 铅直渗流长度（含倾斜大于 45 的防渗体） 2 水平渗流长度（含倾斜小于 45
15、的防渗体） 渗径系数（ 的倒数）； 上下游水位差。 渗径系数：渗径系数： 又称勃莱系数；又称勃莱系数； 又称莱茵系数。又称莱茵系数。 （3 3）例题）例题（用上述方法求渗流长度用上述方法求渗流长度） 某水闸地下轮廓线布置如下图所示，已知渗径系数 = 4.0 ，板桩的深 度 = 5 米，求铺盖的长度 （注：图中尺寸及高程单位均为米） 解：解：= 水3 + 垂= + 3 + 153 + 1 + 1 + 2 = 3 + 18 3 + 18 4.0 10 3 = 28 30 m 答：铺盖的长度至少为30米。 3 15 2.00 1.00 0.00 10.00 3.00 排水起点排水起点 莱茵法莱茵法 四、地下轮廓线的布置四、地下轮廓线的布置 原则：上防（堵）下排，即防渗与排水相结合 防渗：水平防渗 铺盖； 垂直防渗 齿墙、板桩、防渗墙、灌浆帷幕等。 下排：排水孔、
