水工建筑物第九章过坝建筑物讲义教材

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1、第九章 过坝建筑物 渠首及渠系建筑物 过坝建筑物：通航、过木、过鱼（鱼道、鱼闸）。本章只介绍通航建筑物。 渠首工程包括：无坝渠首枢纽和有坝渠首枢纽。 渠系建筑物包括：渠道、渡槽、倒虹吸管、涵洞、跌水等。9-1 9-1 通航建筑物通航建筑物通航建筑物：船闸和升船机。 船闸是利用水力将船队（舶）浮送过坝，通过能力大，应用最广； 升船机是利用机械力将船舶升送过坝，耗水量少，一次提升高度大。本节侧重介绍船闸。 （一）组成 一、船闸船闸由闸室、闸首和引航道组成，见图10-1。 （1）闸室介于上、下闸首及两侧边墙间一个供过坝（闸）船队（舶）临时停泊的场所。 （2）闸首闸首的作用是将闸室与上、下游引航道隔开

2、，使闸室内维持上游或下游水位，以便船队（舶）通过。位于上游端的叫上闸首，下游端的叫下闸首。 （3）引航道连接闸首与主航道的一段航道，设有导航及靠船建筑。其作用是保证船队（舶）顺利地进、出船闸，并为等待过闸的船队（舶）提供临时的停泊场所。 （二）过闸程序 过闸的程序如图102所示。当上行船队要通过船闸时，首先由下游输水设备将闸室的水位泄放到与下游水位齐平，然后开启下闸首闸门，船队驶入闸室，随即关闭下闸首闸门，由上游输水设备向闸室充水，待水面与上游水位齐平后，开启上闸首闸门，船队上驶离开闸室。此时，若在上游有船队等待过闸，则待上行船队驶出闸室后，即可驶入闸室，然后关闭上闸首闸门，由下游输水设备向下

3、游泄水，待闸室水位与下游水位齐平后，开启下闸首闸门，船队即可驶出闸室进入下游引航道，这就是船队过闸的全过程。图102 船队(舶)过闸程序示意图（三）船闸的类型 1按船闸的级数分类 （1）单级船闸 只有一级闸室的船闸称为单级船闸。H=1520m(基岩H=30m)。 （2）多级船闸 图103是我国三峡双线5级船闸总体布置示意图，上下游总水头H=113m，是世界上规模最大和水头最高的船闸。世界上级数最多的船闸是俄罗斯的卡马船闸，共6级。 2按船闸的线数分类 （1）单线船闸 在一个枢纽内只有一条通航线路的船闸称为单线船闸，大多采用这种型式。 （2）多线船闸 在一个枢纽内建有两条或两条以上通航线路的船闸

4、称为多线船闸。我国三峡和葛洲坝水利枢纽分别采用的是双线和三线船闸。三峡工程双线5级船闸的单级闸室尺寸为280m34m5m（最小水深），年单向通过能力为5000万t，一次通过时间约为2小时40分。 3按闸室型式分类 （1）广厢船闸闸首口门的宽度小于闸室宽度，闸门尺寸缩窄，可降低造价；但船队（舶）进出闸室需要横向移动，使操作复杂化，延长过闸时间。 （2）具有中间闸首的船闸当过闸船队（舶）不均一，为了节省单船过闸时的用水量及过闸时间，有时在上、下闸首之间增设一个中间闸首，将闸室分为前后两部分。见图10-5。图105 具有中间闸首的船闸 1中间闸首；2上闸首；3下闸首；4前闸室；5后闸室 当水头较高，

5、且地基良好时， 为减少下游闸门的高度，可选用井式船闸。 见图10-5。在下闸首建胸墙，胸墙下留有过闸船队（舶）所必须的通航净空，采用平面提升式闸门。当前世界上水头最大的单级船闸俄罗斯的乌斯季卡缅诺戈尔斯克船闸就是采用的井式船闸，H=42m。 （3）井式船闸图106 井式船闸纵剖面示意图 1闸室；2胸墙； 3平面闸门；4人字闸门 （四）船闸的基本尺寸及引航道 船闸的基本尺寸包括：闸室有效长度、有效宽度及门槛水深。（1）闸室有效长度（1） 式中 船队的计算长度m ； 富裕长度m ， 顶推队 ，拖带船队， ，对非机动船， m。 （2）闸室有效宽度 是指闸室边墙内侧最突出部分之间的距离。式中 同闸次过

6、闸船队（舶）并列 停泊的总宽度 m ； 富裕宽度 m ，当 时， ，当 时， 。 （3）门槛水深设计最低通航水位至闸首门槛最高处的水深，按规定 其中，T 为设计最大船队（舶）满载时的吃水深度。（4）引航道的长度与宽度 长度：约为过闸船队（舶）计算长度的3.54倍。当引航道的宽度与航道的宽度不一致时，尚需增设过渡段，其长度不小于两者宽度差值的10倍。 宽度：是指设计最低通航水位时，设计最大船队（舶）满载吃水船底处的宽度，应为一侧(或两侧)等候过闸船队（舶）的总宽度与设计最大船队(舶)宽度之和加富裕宽度，富裕宽度可采用设计最大船队（舶）宽度的1.5倍。引航道的最小水深视船闸的等级而定，对、级船闸，

7、应不小于设计最大船队（舶）满载吃水深的1.5倍。引航道的横断面一般为梯形，边坡依土质稳定条件来确定，通常为1：21：3。 引航道平面布置示意图如图108 。图108 引航道平面布置示意图1闸室；2闸首；3引航道（五）过闸时间、通过能力和耗水量 （2 2）平衡重式升船机）平衡重式升船机 图图10101010（b b） 。利用平衡重。利用平衡重来平衡承船厢的重量，运行原理与电梯相似。其优点是来平衡承船厢的重量，运行原理与电梯相似。其优点是：过坝历时短，通过能力大，运行安全可靠，耗电量小：过坝历时短，通过能力大，运行安全可靠，耗电量小。缺点是：工程技术复杂，钢材用量多。目前世界上最。缺点是：工程技术

8、复杂，钢材用量多。目前世界上最大的平衡重式升船机是三峡工程升船机，最大大的平衡重式升船机是三峡工程升船机，最大二、升船机二、升船机 1 1垂直升船机垂直升船机 （1 1）提升式升船机）提升式升船机 图图10101010（a a） 。类似于。类似于桥式起重机，船舶进入承船厢后，用起重机提升过坝。桥式起重机，船舶进入承船厢后，用起重机提升过坝。由于提升动力大，只适用于提升中、小型船舶。我国丹由于提升动力大，只适用于提升中、小型船舶。我国丹江口水利枢纽的升船机即属于此种类型，最大提升力江口水利枢纽的升船机即属于此种类型，最大提升力450t450t，提升高度为，提升高度为83.5m83.5m。 （3）

9、浮筒式升船机图1010（c）。将金属浮筒浸在充满水的竖井中，利用浮筒的浮力来平衡升船机活动部分的重量，电动机仅用来克服运动系统的阻力和惯性力。这种升船机工作可靠，支撑平衡系统简单，但提升高度不能太大，且浮筒井及一部分设备经常处于水下，不便于检修。目前世界上最大的浮筒式升船机是德国的新亨利兴堡升船机，提升高度14.5m，承船厢尺寸90m12m，厢内水深3.0m，载船吨位1350t。垂直行程垂直行程113m113m，承船箱尺寸，承船箱尺寸120m18m3.5m120m18m3.5m（水深（水深），可通过），可通过3000t3000t级的客货轮，通过时间约为级的客货轮，通过时间约为4040分钟，分钟

10、，设备总起重能力达设备总起重能力达11800t11800t。图1010 垂直升船机示意图(a)提升式；(b)平衡重式；(c)浮筒式1承船厢；2传动机械；3平衡砣；4钢索；5钢排架；6支架；7浮筒；8上闸首；9下闸首2斜面升船机 斜面升船机是将船舶置于承船厢内，沿着铺在斜面上的轨道升降，运送船舶过坝。 斜面升船机由承船厢、斜坡轨道及卷扬机设备等部分组成。图109是斜面升船机示意图。 俄罗斯克拉斯诺雅尔斯克斜面升船机是目前世界上运载量最大（2000t）、提升高度最大（118m）的斜面升船机。我国已建成最大提升高度为80.0m的湖南柘溪水电站的斜面升船机，载船吨位50t。9-2 9-2 渠首及渠系建

11、筑物渠首及渠系建筑物 一、渠首建筑物一、渠首建筑物1.1.无坝取水枢纽无坝取水枢纽 当引水比（引水流量与天然河道流量之比）不大、当引水比（引水流量与天然河道流量之比）不大、防沙要求不高、取水期间河道的水位和流量能够满足或基防沙要求不高、取水期间河道的水位和流量能够满足或基本满足要求时，只需在河道岸边的适宜地点选定取水口，本满足要求时，只需在河道岸边的适宜地点选定取水口，即可从河道侧面引水，而无需修建拦河坝（闸）的取水方即可从河道侧面引水，而无需修建拦河坝（闸）的取水方式，称为无坝取水。常见的无坝取水枢纽的布置有以下式，称为无坝取水。常见的无坝取水枢纽的布置有以下3 3种型式：种型式： （1）利

12、用弯道环流原理，将取水口建在弯道凹岸顶点下游一定距离，以引取表层较清的水，排走底沙。一般由进水闸、导沙坎及沉沙池等组成，见图1014（a）。 （2）在多泥沙河流上，为减少泥沙入渠，可采用引渠式取水。将进水闸设在岸边的引渠内，与取水口保持一定的距离，引渠兼作沉沙渠。在取水口处设导沙坎，由冲沙闸冲洗渠内泥沙。冲沙闸与引水渠中线的夹角一般选用3060图1014 无坝渠首（a）山东打鱼张渠首；（b）导流堤式渠首1导沙坎；2引水渠；3进水闸；4东沉沙条渠；5西沉沙条渠；6泄水闸；7导流堤 （3）如河道流量较小或山区河流坡降较陡，为提高引水比，可采用导流堤式渠首。在取水口前修建不拦断河流的导流堤以壅高水位

13、，用泄水闸泄洪排沙，如图1014（b）所示。 图1015是我国四川都江堰工程布置示意图。渠首由鱼嘴、飞沙堰、宝瓶口及金刚堤、百丈堤等组成。 图1015 都江堰工程布置示意图2.2.有坝取水枢纽有坝取水枢纽 （1 1）沉沙槽式。利用导水墙与进水闸翼墙在闸）沉沙槽式。利用导水墙与进水闸翼墙在闸前形成的沉沙槽沉淀粗颗粒泥沙，丰水期开启冲沙前形成的沉沙槽沉淀粗颗粒泥沙，丰水期开启冲沙闸，将泥沙排向下游，见闸，将泥沙排向下游，见图图10161016（a a）。 （2 2）人工弯道式。利用人工弯道产生的环流，）人工弯道式。利用人工弯道产生的环流，以减少泥沙入渠，见图以减少泥沙入渠，见图10251025。

14、（3 3）冲沙廊道式。利用含沙量沿水深分布不均）冲沙廊道式。利用含沙量沿水深分布不均的特点，在进水闸底部设冲沙廊道，从上面引取表的特点，在进水闸底部设冲沙廊道，从上面引取表层较清的水，泥沙经由冲沙廊道排向下游，见层较清的水，泥沙经由冲沙廊道排向下游，见图图10101616（b b）。 （4 4）底栏栅式。）底栏栅式。 在溢流坝体内设置输水廊道，顶面有金属栏栅在溢流坝体内设置输水廊道，顶面有金属栏栅。过水时，部分水流由栏栅间隙落入廊道，然后进。过水时，部分水流由栏栅间隙落入廊道，然后进入渠道或输水隧洞。这种布置型式可防止大于栅条入渠道或输水隧洞。这种布置型式可防止大于栅条间隙的沙石进入廊道，适用

15、于坡陡流急，水流挟有间隙的沙石进入廊道，适用于坡陡流急，水流挟有大量推移质的山区河流，见大量推移质的山区河流，见图图10161016（c c）。图1016 有坝渠首 (a) 沉沙槽式渠首：1沉沙槽；2导水墙；3导沙坎；4溢流坝；5冲沙闸；6进水闸；7渠道 (b) 底部冲沙廊道式渠首：1溢流坝；2渠道；3冲沙廊道 (c) 底栏栅式渠首：1底栏栅坝段；2金属栏栅；3输水廊道；4溢流坝；5进水闸二、渠系建筑物二、渠系建筑物 为了满足农田灌溉、水力发电、工业及生活为了满足农田灌溉、水力发电、工业及生活用水的需要，在渠道（渠系）上修建的水工建筑用水的需要，在渠道（渠系）上修建的水工建筑物，统称渠系建筑物

16、。物，统称渠系建筑物。 1. 1.分类分类 （1 1）渠道。是指为农田灌溉、水力发电、工业）渠道。是指为农田灌溉、水力发电、工业及生活输水用的、具有自由水面的人工水道。一个及生活输水用的、具有自由水面的人工水道。一个灌区内的灌溉或排水渠道，一般分为干、支、斗、灌区内的灌溉或排水渠道，一般分为干、支、斗、农四级。农四级。 （2 2）调节及配水建筑物。用以调节水位和分配）调节及配水建筑物。用以调节水位和分配流量，如：节制闸、分水闸等。流量，如：节制闸、分水闸等。 （3）交叉建筑物。渠道与山谷、河流、道路、山岭等相交时所修建的建筑物，如：渡槽、倒虹吸管、涵洞等。 （4）落差建筑物。在渠道落差集中处修建的建筑物，如：跌水、陡坡等。 （5）泄水建筑物。为保护渠道及建筑物安全或进行维修，用以放空渠水的建筑物，如：泄洪闸、虹吸泄洪道等。 （6）冲沙和沉沙建筑物。为防止和减少渠道淤积，在渠首或渠系中设置的冲沙和沉沙设施，如：冲沙闸、沉沙池等。 （7）量水建筑物。用以计量输配水量的设施，如：量水堰、量水管嘴等。 2.渠道 按用途可分为：灌溉渠道、动力渠道（引水发电用）、供水渠道、通航渠道和排水渠道等。在