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1、第四章 水 闸,黑龙江农垦林业职业技术学院,第七节 闸门与启闭机 第八节 水闸的稳定分析及地基处理 第九节 闸室的结构设计 第十节 水闸的两岸连接建筑物 第十一节 水闸的运用管理,习题,第四章 水 闸,第七节 闸门与启闭机,一.闸门 (一) 闸门的类型 （二）平面闸门的构造 二.启闭机 （一）卷扬式启闭机 （二）螺杆式启闭机 （三）油压启闭机,第八节 水闸的稳定分析及地基处理,一、荷载及其组合 （一）水闸承受的主要荷载 （二）荷载组合 （三）闸室的稳定性及安全指标 （四）计算方法验算闸室基底压力 二.闸基的沉降 三.地基处理,第九节 闸室的结构设计,一、闸墩的结构计算 （一）平面闸门闸墩应力计
2、算 （二）弧形闸门闸墩 二、整体式平底板内力计算 （一）弹性地基梁法 （二）反力直线法 （三）倒置梁法 三、胸墙、工作桥、交通桥等结构计算 四、桩基设计,第十节 水闸的两岸连接建筑物,一、连接建筑物的形式和布置 二连接建筑物的形式和布置 （一）闸室与河岸的连接型式 （二）翼墙的布置 三、两岸连接建筑物的结构型式 （一）重力式挡土墙 （二）悬臂式挡土墙 （三）扶壁式挡土墙 （四）空箱式挡土墙 （五）连拱式挡土墙,第十一节 水闸的运用管理,一、水闸的检查与养护 二、水闸常见问题的处理 （一）水闸的裂缝处理 （二）渗漏处理 （三）下游冲刷的处理 （四）水闸磨损的处理 （五）水闸气蚀的处理 三、闸门、
3、启闭机的运用 （一）运用前的准备工作 （二）闸门的操作 （三）多孔闸门的运用,第七节 闸门与启闭机,闸门是水闸的关键部分,用8它来封闭和开启孔口,以达到控制水位和调节流量的目的。 一.闸门 (一)闸门的类型 1.按工作性质分类 闸门按其工作性质的不同,可分为工作闸门、事故闸门和检修闸门等。,工作闸门： 又称主闸门，是水工建筑物正常运行情况下使用的闸门。 事故闸门： 是在水工建筑物或机械设备出现事故时，在动水中快速关闭孔口的闸门，又称快速闸门。事故排除后充水平压，在静水中开启。 检修闸门 用以临时挡水，一般在静水中启闭。,2 、按门体的材料分类 闸门按门体的材料可分为钢闸门、钢筋混凝土或钢丝网水
4、泥闸门、木闸门及铸铁闸门等。 钢闸门 门体较轻，一般用于大、中型水闸。钢筋混凝土或钢丝网水泥闸门可以节省钢材，不需除锈但前者较笨重，启闭设备容量大；后者容易剥蚀，耐久性差，一般用于渠系小型水闸。 铸铁门 抗锈蚀、抗磨性能好、止水效果也好，但由于材料抗弯强度较低，性能又脆，故仅在低水头、小孔径水闸中使用。木闸门耐久性差，已日趋不用。,3、按结构形式分类 闸门按其结构形式可分为平面闸门、弧形闸门等。弧形闸门与平面闸门比较，其主要优点是启门力小，可以封闭相当大面积的孔口；无影响水流态的门槽，闸墩厚度较薄，机架桥的高度较低，埋件少。它的缺点是需要的闸墩较长；不能提出孔口以外进行检修维护，也不能在孔口之
5、间互换；总水压力集中于支铰处，闸墩受力复杂。,（二）平面闸门的构造 平面闸门由活动部分（即门叶）、埋固部分和启闭设备三部分组成。其中门叶由承重结构包括面板、梁格、竖向连结系或隔板、门背（纵向）连接系和支承边梁等，支承行走部件、止水装置和吊耳等组成。埋固部分一般包括行走埋固件和止水埋固体等。启闭设备一般由动力装置,传动和制动装置以及连接装置等组成。,平面闸门的基本尺寸根据孔口尺寸确定。孔口尺寸应优先采用钢闸门设计规范中推荐的系列尺寸。 露顶式闸门顶部应在可能出现的最高挡水位以上有0.30.5m的超高。,二.启闭机 闸门启闭机可分为固定式和移动式两种。启闭机型式可根据门型、尺寸及其运用条件等因素选
6、定。选用启闭机的启闭力应等于或大于计算启闭力，同时应符合国家现行的SL4193水利水电工程启闭机设计规范所规定的启闭机系列标准。 当多孔闸门启闭频繁或要求短时间内全部均匀开启时，每孔应设一台固定式启闭机。常用的固定式启闭机有卷扬式、螺杆式、油压式。,（一）卷扬式启闭机 主要由电动机、减速箱、传动轴和绳鼓所组成。绳鼓固定在传动轴上，围绕钢丝绳，钢丝绳连接在闸门吊耳上。启闭闸门时，通过电动机、减速箱和传动轴使绳鼓转动，带动闸门升降。为了防备停电或电器设备发生故障，可同时使用人工操作，通过手摇箱进行人力启闭。,卷扬式启闭机启闭能力较大，操作灵便，启闭速度快，但造价较高，适用于弧形闸门。某些平面闸门能
7、靠自重（或加重）关闭，且启闭力较大时，也可采用卷扬式启闭机。,（二）螺杆式启闭机 当闸门尺寸和启闭力都很小时，常用简便、廉价的单吊点螺杆式启闭机。螺杆与闸门连接，用机械或人力转动主机，迫使螺杆连同闸门上下移动。当水压力较大，门重不足时，为使闸门关闭到底，可通过螺杆对闸门施加压力。当螺杆长度较大（如大于3m）时，可在胸墙上每隔一定距离设支撑套环，以防止螺杆受压失稳。其启闭重量一般为3100KN。,（三）油压启闭机 油压启闭机的主体为油缸和活塞。活塞经活塞杆或连杆和闸门连接。改变油管中的压力即可使活塞带动闸门升降。其优点是利用油泵产生的液压传动，可用较小的动力获得很大的启重力；液压传动比较平稳和安
8、全；较易实行遥控和自动化等。主要缺点是缸体内圆镗的加工受到各地条件的限制，质量不易保证，造价也较高。,第八节 水闸的稳定分析及地基处理,水闸竣工时，地基所受的压力最大，沉降也较大。过大的沉降，特别是不均匀沉降，会使闸室倾斜，影响水闸的正常运行。当地基承受的荷载过大，超过其容许承载力时，将使地基整体发生破坏。水闸在运用期间，受水平推力的作用，有可能沿地基面或深层滑动。因此，必须分别验算水闸在不同工作情况下的稳定性。 对于孔数较少而未分缝的小型水闸，可取整个闸室（包括边墩）作为验算单元；对于孔数较多设有沉降缝的水闸，则应取两缝之间的闸室单元分别进行验算。,水闸挡水情况荷载示意图,一、荷载及其组合,
9、（一）水闸承受的主要荷载： 自重、水重、水平水压力、扬压力、浪压力、泥沙压力、土压力及地震荷载等。 1、自重：（包括永久设备自重） 坝体自重W标准值计算公式： W=V c （kN/m） 式中： V坝体体积（m3）； c坝体混凝土的重度（kN/m3）。,计算自重时，坝上永久性的固定设备，如闸门、固定式启闭机的重量也应计算在内，坝内较大的孔洞应该扣除。坝体自重的作用分项系数为1.0。永久设备自重的作用分项系数，当其作用效应对结构不利时采用1.05，有利时采用0.95。 2、水重 当上、下游坝面倾斜时，应计入竖向静水压力。 3、泥沙压力 入库水流挟带的泥沙在水库中淤积，淤积在坝前的泥沙对坝面产生的压
10、力。,计算公式：Psk = （kN/m） 式中 sb泥沙的浮重度（kN/m3）， sb = sd-（1-n）w sd泥沙的干重度（kN/m3）； w水的重度（kN/m3）； n泥沙的孔隙率； hs坝前估算的泥沙淤积厚度（m）； s泥沙的内摩擦角（）。,当上游坝面倾斜时，应计入竖向淤沙压力，按淤沙的浮重度计算。淤沙压力的作用分项系数采用1.2。 泥沙压力计算图,4、坝底面上的扬压力： 扬压力的组成及其概念：扬压力包括渗透压力和浮托力两部分。 渗透压力是由上下游水位差产生的渗流而在坝内或坝基面上形成的向上的压力。 浮托力是由下游水深淹没坝体计算截面而产生向上的压力。 扬压力的分布与坝体结构，上下游
11、水位，防渗排水设施等因素有关。,当坝基设有防渗和排水幕时，坝底面上游（坝踵）处的扬压力作用水头为H1；排水孔中心线处的扬压力作用水头为H2+ H （H=H1-H2）；下游（坝趾）处为H2；三者之间用直线连接。 当坝基设有防渗帷幕、上游主排水孔幕、下游副排水孔及抽排系统时，坝底面上游处的扬压力作用水头为H1，下游坝趾处为H2，主、副排水孔中心线处分别为 1H1、 2H2，其间各段用直线连接。 当坝基无防渗、排水幕时，坝底面上游处的扬压力作用水头为H1，下游处为H2，其间用直线连接。,5、土压力按主动土压力计算。 6、波浪压力:平原、滨海地区水闸按莆田试验站公式 计算 和： （534） （535）
12、,式中 hm平均波高（m）； V0计算风速（m/s），可采用当地气象台站提供的30年一遇10min平均最大风速； D风区长度（m），当对岸最远水面距离不超过水闸前沿水面宽度5倍时，可采用对岸至水闸前沿的直线距离；当对岸最远水面距离超过水闸前沿宽度5倍时，可采用水闸前沿水面宽度的5倍； Hm风区内的平均水深（m），可由沿风向的地形剖面图求得，其计算水位与相应计算情况下的静水位一致； Tm平均波周期（S）。,查得水闸的设计波列累积频率P（）值。 计算hP。 波长值 计算波浪压力时分别按下列规定进行 1）当H 和 时，波浪压力可按下式计算。,式中 PL作用于水闸迎水面上的浪压力（KN/m）； hP累
13、积频率为P（%）的波高（m）； hz波浪中心超出计算水位的高度（m）； HK使波浪破碎的临界水深（m）。 2）当H 和 时，波浪压力按下式计算。,式中 ps闸墩（闸门）底面处的剩余浪压力强度（Kpa）。 3）当HHK时，波浪压力可按下式计算。. 式中 Pj计算水位处的浪压力强度（kpa）； 闸墩（闸门）底面处的浪压力强度折减系数，当 时，可采用0.6;当 时,可采用0.5； Ki闸前河（渠）底坡影响系数。,7、水平水压力 指作用于胸墙、闸门、闸墩及底板上的水平水压力。上下游应分别计算。 作用在铺盖与底板连接处的水压力 a）粘土铺盖与底板的连接；（b）混凝土铺盖与底板的连接,粘土铺盖：a点压强按
14、静水压力计算，b点取该点的扬压力值,两者之间按线性规律考虑。 混凝土铺盖：止水片以上仍按静水压力计算，以下按梯形分布，d点取该点的扬压力值，止水片底面c点的水压力等于该点的浮托力加e点处的渗透压力，即认为c、e点间无渗压水头损失。,（二）荷载组合,计算闸室稳定和应力时的荷载组合：基本组合和特殊组合。必要时可考虑其它可能的不利组合。 基本组合：由同时出现的基本荷载组成。 特殊组合：由同时出现的基本荷载再加一种或几种特殊荷载组成。但地震荷载不应与设计洪水位或校核洪水位组合。 在进行稳定计算时，需要正确地计算各种设计工况下闸室受到的各种荷载。,（三）闸室的稳定性及安全指标 土基上的闸室稳定计算应满足
15、： 在各种计算情况下，闸室平均基底压力地基允许承载力： 闸室基底应力的地最大值与最小值之比允许值： 沿闸室基础底面的抗滑稳定安全系数，应允许值：,（四）计算方法验算闸室基底压力 1、当结构布置及受力情况对称时，按下式计算： 式中 闸室基底压力的最大值或最小值（Kpa）； 作用在闸室上的全部竖向荷载（包括闸室基础底面上的扬压力在内，KN）； 作用在闸室上的全部竖向和水平向荷载对于基础底面垂直水流方向的形心轴的力矩（KN.m）；,闸室基础底面的面积（m2）； W闸室基础底面对于该底面垂直水流方向的形心轴的截面矩（m3）。 2、当结构布置及受力情况不对称时，按下式计算： 式中 作用在闸室上的全部竖向
16、和水平向荷载对于基础底面形心轴x，y的力矩（KN.m）； WX，Wy闸室基础底面对于该底面形心轴x，y的截面矩（m3）,3、验算闸室的抗滑稳定 对建在土基上的水闸，除应验算其在荷载作用下沿地基的抗滑稳定外，当地基面的法向应力较大时，还需核算深层抗滑稳定性。一般情况与，不会发生深层滑动。 粘性土地基上的大型水闸，沿闸室基础底面的抗滑稳定安全系数宜按下式计算。 当闸室承受双向水平向荷载作用时，应验算其合力方向的抗滑稳定性。 水闸沿闸室基础底面的抗滑稳定安全系数，应按下式之一进行计算。,式中 KC沿闸室基础底面的抗滑稳定安全系数； f闸室基础底面与地基之间的摩擦系数； H作用在闸室上的全部水平向荷载（KN）； 闸室基础底面
