水闸及启闭机的维护与保养ppt课件.ppt

1 闸门的运行与管理 2 水闸的基础知识水闸是用以挡水 控制过闸流量 调节闸上 下游水位的低水头设备 有节制闸 分洪闸 进水闸 排水闸 冲沙闸和挡潮闸等类 发挥水闸的作用是通过水闸调度实现的 3 山东王营盘拦河闸 4 淮河蚌埠节制闸 5 海宁盐官排涝挡潮闸模型 嘉兴南排工程 6 一 闸门分类 1 按闸门的工作性质可分为工作闸门 检修闸门和事故闸门 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 7 2 按闸门关闭时门顶与水面的相对位置分为露顶式闸门和潜孔式闸门 8 3 按门叶的外观形状分为平面闸门 弧形闸门 人字闸门 拱形闸门 自动翻板闸门 平面钢闸门 弧形钢闸门 9 人字形钢闸门 拱形闸门 10 3 按制造门叶的材料分为钢闸门 铸铁镶铜闸门 木闸门 钢筋混凝土闸门和组合材料闸门 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 11 水力自动翻板闸 另外 有些闸门如翻板闸门可借助水力自动启闭 称为水力自动闸门 12 二 闸门的结构组成闸门主要由三部分组成 主体活动部分 用以封闭或开放孔口 通称闸门 亦称门叶 埋固部分 包括行走埋固件和止水埋固体 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 13 1 活动部分2 埋固部分3 启闭设备 14 三 平面钢闸门 一 门叶结构由面板 梁格 纵 横向联接 行走支承装置 导向专职 之水装置 吊耳等组成 1 面板 其作用是承受水压力和承重结构的作用 设在上游面 2 梁格 支承面板 以缩小面板的宽度和减少面板的厚度 一般由主梁 次梁和边梁组成 15 3 纵向垂直联结系闸门纵向联结系的作用是保证主梁和其中桁架之间保持固定的位置关系 其构成有两种 实腹式 桁架是 当闸门尺寸不大时 采用多根实腹式主梁时 若闸高不大 常采用实腹式纵梁 隔板上开空洞 以便减重和维修 隔板与面板联结的一面可不用翼缘 直接与面板焊接 另一面则加翼缘板 16 梁系布置图 17 4 行走支撑装置支承者闸门所承受的全部水压力 并将其传递给埋在混凝土中的轨道 1 滑动式行走支承 按材料分木滑块 金属滑块和胶木滑道和新型滑道材料 2 定轮式支承装置 其形式有悬臂轮式 简支轮式 台车式三种 a悬臂式b简支式c台车式 18 5 导向装置叙述为防止闸门前后左右产生过大的位移 在闸门上要设置导向装置 在平面直升门上一般设置侧向导座 槽内式侧轮 槽外式侧轮和侧向滑块 和反向导座 泛轮和滑块 6 止水装置止水的作用是封堵闸门与门框之间的缝隙 阻止漏水 按安装的部位不同 可分为顶止水 侧止水 底止水和间隙止水四种 材料为橡胶止水 有圆头P型 方头P型 L型和条型止水 19 7 吊耳是连接闸门与启闭机的零件 构造包括吊耳轴 止轴板 吊耳板和轴承板 8 吊杆是启闭机和闸门之间的连接件 一般用于提升检修闸门 9 充水装置检修闸门或事故闸门一般在静水中开启 以减小启闭力 因此需在检修闸门或事故闸门开启之前对闸门门后输水管道进行充水平压 20 门型2 21 三 闸孔尺寸的确定闸孔总净宽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 22 闸孔净宽计算 堰流 闸门全开泄水时 过闸水流 具有自由水面 保持堰流特性 闸孔总净宽B孔流不同堰型水闸 当闸门开度he和堰上水头比值he H 0 65时 即为闸孔出流 23 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 闸室总宽度 L1 nL0 n 1 d 2t其中 d为闸墩厚度 t为边墩厚度 n为闸孔数 闸室总宽度拟定后 尚需要考虑闸墩等的影响 进一步验算水闸的过水能力 从过水能力和消能防冲两方面考虑 闸室总宽度应与河道宽度相适应 24 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 25 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 26 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 由孔流到堰流 从自由出流到淹没出流 冲刷原因 淹没水跃没有发生或水跃淹没过大 由淹没系数决定 出流扩散下均匀 产生折冲水流 上 下游水位差较小 形成波状水跃 消能效率低 27 消能防冲条件及措施 消能方式基本消能方式 底流消能为主 由消力池 海漫 防冲槽等部分组成 其型式可根据水流情况 地形条件 施工能力消能效果等选用 28 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 29 消力池 消力池型式 深挖消力池 尾水深小于跃后水深1 0 1 5m 消力槛式消力池 尾水深略等于跃后水深 综合消力池 尾水深小于跃后水1 5 3 0m 多级消能 尾水深小于跃后水3 0m以上 作用 壅高和增加池内水深 使闸下急流参通过淹没式水跃转化为缓流 可消杀水流全部动能的46 47 30 消力池设计 步骤 池深设计 D hc h下游 Z池长确定 L LS LY 3 4 Z 0 7 0 8 LN消力池设计流量的选择 对于池深时 相当于消力池池深为最大值时流量为设计流量 对于池长时 相当于水闸通过的最大流量 31 厚度 承受水流冲击力 水流的水动压力和底部扬压力等作用 可以等厚或变厚 抗冲要求 H 泄水时与原流量的上 下游水位差mK 系数0 175 0 2 32 扬压力要求 抗浮要求 Py 扬压力强度hd 消力池内水深r rb 水及护坦所用材料容重KN m3K2 安全系数1 1 1 3取 或最大值t MAX t1 t2 0 5 若设排水孔 则t MAX t1 0 5 忽略了脉动压力影响 rb取饱和容重 33 消力池的构造 配筋 材料 材料应选用C15或C20混凝土 10 12 25 30底板按强度计算并进行配筋 如果不需要配置受力筋时 一般应在底板的顶底面配置分布钢筋 10 250或 12 250双向配筋 小型水闸的底板材料也有采用M7 5水泥砂浆砌块石的 排水孔 消力池底板后半部水平段设置排水孔 一般采用直径8 12cm的PVC管或直径15cm的无砂混凝土管 间距 1 0 2 0m 梅花形布置 34 尾槛 作用 调整流速分布 减小出池水流的底部流速 有利于平面扩散和削减下游边侧回流高度 0 5 1m 砼与钢筋混凝土筑成 并与护坦连成整体 型式 连续式 齿型 35 辅助消能 作用 水流受辅助消能的阻挡 抬高了原来小于跃后水深尾槛前水深 辅助消能的作用改变了原来水流的流速分布 增加了对水跃阻力 降低了对跃后水深的要求 型式 消力墩 前半段上 多排呈梅花型 D 0 15 0 5 hy 消力齿 布置在消力陡坡坡脚处 36 波状水跃产生原因和防止措施 1 波状水跃的产生原因当共轭水深比很小即 Fr 1 0 1 7 或闸的上 下游水头差很小 尾水位变化较大时 闸下显现一系列逐渐消失的波状水流 叫波状水跃 它没有一般水跃的表面旋滚 消能扩散效果很差 在斜坡开始处 由于射流底部边界条件改变 水深迅速增加 极易产生波状水跃 37 波状水跃产生原因和防止措施 2 波状水跃的防止措施在出流平台 0 5 1 0m 末端设置一道小坎 将射流挑起转而跌入池中 形成旋滚或淹没水跃 以充分利用池深消能 小坎高度c 一般为0 5 1 0m c 38 折冲水流产生原因和防止措施 1 折冲水流产生原因平面布置 操作运行不当2 折冲水流的防止措施 总体布置时 尽量使上游渠道有一段较长的顺直段 确保来水顺畅均匀 控制下游翼墙的扩散角 扩散角宜7 12 使水流均匀扩散 制订合理的闸的开启程序 注意均匀齐步 间隔对称等开启原则 力避开启 关闭时大起大落和多孔闸部分闸孔泄流的运用方式 39 防冲加固措施 海漫 水流出消力池后 流速仍较大 大于海漫河床不冲流速 因此 必须采用防冲加固措施 作用 防冲加固 使水流均匀扩散 调整流速分布 海漫长度 南科院法 毛昶照法 40 海漫的布置与构造 构造要求 材料具有粗糙性 抗冲性 透水性和柔韧等性能 粗糙性的目的是有效消耗水流的余能 抗冲性为的是保护河床 透水为性的是消除底面的渗透压力 而柔韧性的目的是使海漫能适应河床的变形 材料 主要是块石和混凝土 41 海漫示意图 布置 水平海漫 下游河床局部冲刷大 长度5 10m 适用于下游河床抗冲能力较强的情况倾斜海漫 倾斜段坡度以1 6 1 10为宜前面段水平 后面段倾斜 42 海漫构造1 混凝土海漫 干砌块石3m s 厚为30 50cm 浆砌块石3 6m s 43 海漫构造2 通过水跃后的亲动余能是逐渐向下游衰减的 海漫结构强度也应该相应逐渐减弱 在前段约1 4左右 海漫通常采用浆砌块石或混凝土板结构 余下的后段常用于砌块石结构 大 中型水闸的于砌块石海漫 均用浆砌块石或混凝土格埂分块围护起来 格埂的间距为10 15m 断面尺寸约40cm 60cm 44 防冲槽 作用 当下游渠道河床形成最终冲刷态时 保护海漫不遭受破坏 形式 抛石防冲槽 齿墙 板桩式防冲槽 45 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 第四节水闸防渗设计 46 防渗设计目的 任务 内容 目的 正确地选择地下轮廊 设计防渗 排水设施的型式 布置 构造尺寸 计算渗透压力 供闸室稳定分析时使用 计算渗透坡降 用以验算地基土抗渗稳定性 任务 经济合理地确定地下廊线的型式和尺寸 寻求减小或消除渗透水流不利影响的必要和可靠的措施 47 闸基防渗长度及地下轮廊线布置 定义设计步骤防渗长度确定各种地基的地下轮廓布置 48 地下轮廓线定义 水闸闸底与地基上的接触部分 由不透水部分和透水部分组成 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11就是地下轮廓线的不透水部分 49 设计步骤 根据水闸的上下游水头差大小和地基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 求出闸岸扬受的渗透压力以及渗透坡降 验算闸基及地基稳定性 包括地基土的抗渗稳定性 50 防渗长度确定 防渗长度的特点 起点为入水点 终点为出水点 中间连续无间断 确定方法 采用渗流系数法 该法认为当地基地质条件确定时 必要的防渗长度L与闸的上 下游水位差H成正比关系 比例常数即为渗流系数C L C H H与地基地质及渗流出口处有无反滤层有关 见表 51 地下轮廓线布置 布置原则 高防低排 上 下排 即在高水位一侧布置防渗设施 延长渗径 低水位一侧设置面层排水 排渗管等设施 使地基水尽快地渗出 粘性土地基 主要降低渗透压力平辅式布置 上游设防渗辅盖 下游渗流出口设反滤层 砂性土地基 铺盖与板桩相结合布置型式 粉砂地基 封闭式布置 上 下游均用板桩 多层土地基 平面与垂直防渗相结合 52 图7 17闸基地下轮廓线地布置 a 粘性土闸基 b 粘性土闸基下含有承压透水层 c 砂层厚度较深时 d 砂层厚度较浅时 e 易液化粉细砂土地基 53 闸基渗流计算 目的 计算闸底板所受的渗透压力和验算地基上的抗滑稳定性方法 直线比例法 加权直线法 流网法改进阻力系数法 54 直线比例法 勃莱法 该法认为闸基渗流长度均匀消减水头 各点渗透坡降等于防渗长度内的平均坡降 任一点的渗压水头为 莱因法 该法认为闸基渗流长度均匀消减水头 但水平渗径只有铅直渗径的1 3 任一点的渗压水头为 55 改进阻力系数法 基本原理计算步骤分段地基有效深度计算分段水头损失进 出口段水头损失值和渗透压力分布图的局部修正 下游出处的平均坡降J0 56 基本原理 矩形渗流区 设 则 把具有复杂地下轮廓的渗流区域分成若干简单的段 对每个分段进行求解 求出各分段的阻力系数累加求得解答 L T 57 分段 简化 把地下轮廓线简化成只有垂直和水平防渗两部分分段 把地下轮廓线分成三种区段进出口段 内部垂直段 内部水平段 58 典型流段阻力系数 水闸的地下轮廓常可归纳为三种基本流段 即进出口段 内部铅直段和水平段 1 进 出口段的阻力系数可按下式计算 7 23 式中S 板桩或齿墙的如土深度 m T 地基透水层深度 m 2 内部垂直段的阻力系数按下式计算 7 24 3 水平段的阻力系数 x按下式计算 59 有效深度Te和实用深度Tp相比较取大值 Te计算 L0 S0 5时Te 0 5L0L0 S0 5时L0 地下轮廓线水平投影长度 S0 地下轮廓线垂直投影长度 地基有效深度 60 出口修正 出进口段水头损失修正值 h0 h0h0 未修正时计算值h0 修正后水头损失值 修正系数 S 底板埋深与板桩入土深度之和T 板桩另一侧地基透水深度当 1时 不需要修正当 1时 需要修正修正值修正长度 61 下游出处的平均坡降 砂砾石管破坏允许坡降 J Pf 小于df的土粒百分数含量 df 闸基最大粒径 62 防渗排水设备 类型 水平防渗设备 铺盖 延长渗径 降低闸基渗透压力 降低渗透坡降 黏土 沥青混凝土 钢筋混凝土 垂直防渗设备 齿墙 板桩和防渗墙等排水体与反滤层目的 为了继续降压 并将渗流安全地导向下游 型式 平铺式 铅直式 材料 透水性强的粗砂 卵石 63 板桩 作用 铺盖前端或室底板上游端时 降低渗透压力 设在闸室底板下游侧的矩板主要为减小出口处的渗透压力 布置 入土深度为闸上下游水头 0 8 1 0 倍 材料 木 竹 砼 钢筋混凝土 64 齿墙 有浅齿墙和深齿墙之分 浅齿墙 位于闸室底板上下游 深度0 5 1 5m 既延长渗径又可抗滑 深齿墙 指墙身大于1 5m 主要起防渗和抗滑作用 保证闸室的稳定 65 66 第五节闸室的布置和构造 概述闸墩与胸墙工作桥与交通桥缝与止水 回本章主页 67 闸室概述 内容 闸室结构布置包括底板 闸墩 胸墙 闸门 工作桥和交通桥等部分 结构和尺寸的初步确定 原则 安全 稳定 适用 经济 底板布置包括底板型式选择 顺水流长度及厚度 分缝确定型式 外形分 闸墩与底板连接型式分 顺水流方向长度 68 底板型式 外形分 外形分 平底板 折线底板 反拱底板 平底板采用较多 优先选用 折线底板从结构型式上看属于平底板一类 只有当闸室高度不大 上 下游河床 高差大时采用 反拱底板 利用拱受压特点 较好地利用了材料的性能 但对地基不均匀沉降有温度变化较为敏感 且构造复杂 计算 施工较繁 故应用较少 目前仅跨度小于6m闸中有采用 69 底板型式1 连接型式分 分离式底板 闸室底板在闸墩附近设缝断开 缝中应设止水 闸孔部分底板 小底板 另一部分叫闸墩底板 闸墩及其上部结构的荷载通过闸墩底板传给地基 基底压力较大 一般建于中等密实以上 承载能力较大地基 原则要进行地基处理 小底板厚度按自重抗浮稳定计算确定 通缝式小底板厚度较大 反式小底板则厚度可以减小 整体式底板 闸墩与底板砌石筑成整体时即成为整体式底板 不过为适应不均匀沉陷及地基温度变化 多孔水闸沿轴线每隔一定距离用缝分开 70 底板型式2 连接型式分 缝距20m 岩基 30m 土岩 缝宽2 2 5m 并设止水将缝设在墩中间 地基条件差一些 缝设在底板中间 地基条件好一些 底板厚度 闸孔净宽1 5 1 81 2 0m 小型水闸 0 4m 71 底板分缝位置 72 顺水流方向长度 按照二种方法拟定 满足闸墩 胸墙 闸门和交通桥等上部结构布置的需要 参考土建工程 选定底板宽度 水头愈大 地质条件愈差 底板孔愈长 1 5 2 5 H闸墩 作用 分隔闸孔 支承闸以及上部结构 材料 砼或浆砌石 外形轮廊 过闸水流平顺 侧向收缩小 以加大过水能力 分方形 三角形 半圆形 流线形 73 闸墩 高程 上游高出最高水位并有一定超高 B H hc a 1 0 1 H H 上游最大水深 H 上游最大水深时上 下游水位差 hc 波浪高 a 安全超高 地基土质影响系数 长度 与闸底板顺水流长度相同 上 下游侧 铅直或10 1 1竖坡 闸墩厚度 满足强度 稳定要求 决定于工作门槽深度和门槽颈部厚度 门槽颈部厚度最小值为0 5m门槽深0 3m槽宽0 5 1 0缝墩 1 2 1 5 检修门槽与工作门槽之间须保持1 5 2 0m净距 胸墙与检修门槽之间也应留足1 0m以上的间距 74 75 胸墙 作用 减少闸的高度 减轻立门重和降低对启闭机重量的要求 位置 门前 门后 闸的紧靠胸墙 使止设备简单 且止水效果好而简单 高程 顶与闸墩齐平 堰顶高程 堰顶下游水深 0 2m 材料 砼 结构 板 板梁 与闸墩连接 墩接 简支 76 工作桥 作用 设置启闭机和管理人员操作启闭设备之用 桥高度 保证闸的开启后不影响汇放最大流量 同时要有利于将闸门从闸孔中取出检修 桥高度约为门高的两倍加上1 0 1 5m或h h1 h2 eh1 堰顶水头h2 闸门高e 安全超高 0 5 1 0m 结构型式 承受癖闭机的一根或二根横梁 板梁或结构 总宽度 基础宽度 2 拉杆板尺寸 2 0 2 5m小 中 大2 5 4 5 77 缝与止水 位置与型式位置 型式 止水设备 78 缝与止水位置 分缝 相邻结构荷重相差悬殊的部位使整体式底板或分离式底板分缝 止水 凡位于防渗范围内的沉降缝和伸缩缝 都应设止水 79 止水型式 垂直止水 闸墩 缝墩 中的边墩与岸墙之间的 岸墙与翼墙之间的接缝 以及翼墙的分段缝 水平止水 铺盖与底板之间 铺盖与两侧翼墙底板之间 底板分缝隙段 砼或混凝土铺盖的分坝缝 闸后护坦与闸底板之间的分缝 护坦与翼墙之间的接缝 护坦分坝缝 止水片形式 下页 80 止水带 81 止水设备 垂直止水设备一般都设在靠近上游挡水面处 临水面0 2 0 5m 止水设备上游部分的缝应该是不透水的 下游宜保持通畅 此外 止水设备应防止两个相邻构件之间因发生相对垂直位移而被撕裂 水平止水多布置在距上面0 2 0 3m处 在缝下面铺设2 3层油毛毡或沥青片 材料 紫铜片 塑料止水带 橡皮止水带 82 稳定计算应满足的要求荷载计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 第六节闸室的稳定计算 回本章主页 83 稳定计算应满足的要求 各种计算情况下 1 水闸运用时期 抗滑安全系数不得小于规定的容许值 2 闸室和坝基底压力不得超过地基容许承载力 3 基底压力地最大值和最小值之比 基底压分布不均匀系数 不得大于规定的容许值 4 闸室沉降量及不均匀沉降量在容许范围内 84 荷载组合 一般分为施工 完建 运用 检修等情况进行计算 85 闸室稳定计算 闸室稳定计算计算公式 表层抗滑稳定性验算 86 提高抗滑稳定措施 调整上部结构布置 将闸的位置向低水位一侧移动 以增加水重 增加铺盖长度 或将滤层相水向闸室靠近 以减少作用在闸室底板上的渗透压力 适当增加底板齿墙深度 利用上游铨铺盖作阻滑板 87 基底压力计算 回本节主页 88 在闸身自重和外荷载作用下 地基土将产生没收降 过大沉降将影响水闸的正常使用 不均匀沉降过大时会使底板倾斜 甚至断裂 影响使用 闸基沉降计算内容 计算方法 分层总和法 指标 最大沉降量10 15cm 最大沉降差3 5cm 减小沉降量和沉降差工程措施 闸基沉降 89 地基处理 根据工程实践 粘性土贯入击数 5砂性土贯入击数 8可不做地基处理直接建闸 对淤泥质土 高压缩性粘土粗砂组成的软弱地带 则需进行地基处理 90 地基处理措施 一 换土垫层适用情况 软弱粘性土 通常采用砂垫层 壤土垫层垫层作用 1 垫层使应力扩散 提高地基的稳定性 2 减小地基沉降量3 具有良好的排水作用 有利于软土地基加速固结 设计内容 换砂厚度 宽度 材料 级配等 91 地基处理措施 二 桩基础 深基础 适用情况 当水闸上部结构重量大 不宜采用上述方法的 可参考桩基 从施工角度来分 预制桩 钻孔灌注桩受力特点来分 支撑桩 软土 浅层摩擦桩 土层很厚优点 大大提高地基的承载力缺点 底板与土层分离 92 地基处理措施 三 振冲砂石桩适用于 松砂或软弱的壤土地基 其他措施 预压加固法 适用于软土地基 沉井基础 适用于闸下有较厚的软土层 要求闸的基础埋置较深 强夯法 适用于透水性差的粘性土地基 爆炸法 适用于粗砂 中砂地基 高速旋喷法 适用于粘性土及砂性土地基 也可用作砂卵石层的