水工建筑物知识点汇总

1、水利水电工程建筑物 授课教案章节名称 第四章 水闸 教学日期 第二学期授课教师姓名 职称 授课时数 22本章的教学目的与要求掌握水闸的类型、 工作特点、 组成及各组成部分的作用； 掌握水闸孔口设计 的影响因素分析和计算方法； 掌握消能防冲设计中水闸下游不利水流流态及相应 的防止措施； 掌握防渗排水设计中水闸地下轮廓线长度拟定、 布置、渗流计算方 法和防渗排水措施； 水闸的布置与构造； 在闸室稳定应力分析中， 重点从荷载计 算、稳定应力分析方法等方面比较与重力坝的异同。 了解水闸布置与构造、 闸室 结构计算内容及方法等方面的内容。授课主要内容及学时分配掌握水闸的类型、工作特点、组成及各组成部分的

2、作用（ 2 学时）；掌握水 闸孔口设计的影响因素分析和计算方法（ 4 学时）；掌握消能防冲设计中水闸下 游不利水流流态及相应的防止措施（ 4 学时）；掌握防渗排水设计中水闸地下轮 廓线长度拟定、布置、渗流计算方法和防渗排水措施（ 6 学时）；水闸的布置与 构造（2 学时）；在闸室稳定应力分析中，重点从荷载计算、稳定应力分析方法 等方面比较与重力坝的异同（ 2 学时）。了解水闸布置与构造、闸室结构计算内 容及方法等方面的内容（ 2 学时）。重点和难点水闸的类型、 工作特点、组成及各组成部分的作用， 水闸孔口设计的水闸孔 口设计，如何不知谁炸的消能防冲设计，水闸的渗流计算，水闸的整体布置。思考题和

3、作业1水闸按其承担的任务和结构形式分为哪些类型？水闸的工作特点如何？2水闸的组成部分及各组成部分的作用是什么？3水闸孔口设计的影响因素有哪些？如何确定？4水闸下游不利水流流态及相应的防止措施是什么？5何谓水闸地下轮廓线？其长度如何拟定？布置方式有哪些？6试述用“改进阻力系数法” 计算闸底板下渗压力和渗透坡降的方法步骤。7试述水闸荷载计算和稳定应力分析方法与重力坝有何异同？ 8试述闸门、启闭机的分类与选型方法如何 ?9 水闸两岸连接建筑物的型式有哪些 ? 如何选用？10闸室结构计算的内容有哪些 ? 试述有限深的“弹性地基梁法”的计算 步骤？第四章 水闸第一讲讲授第一节§ 4 1 水闸的

4、类型和工作特点、类型一）概念 ：水闸是一种利用闸门的启闭来调节水位，控制流量的低水头水工建筑物。二）发展 ：公元前 6 世纪春秋时代，在位于今安徽寿县城南的芍陂灌区中即设有进水和供水用的 5 个水门。世界上规模最大的水闸：荷兰木斯海尔德挡潮闸，共63 孔，闸高 53m，闸身净长 3000m，闸全长 4425m。三）按承担任务分类 ：河流分洪闸泛区（滞洪洼淀）堤防渍水区挡潮闸海拦河闸 排水闸进水闸 冲沙闸引水渠图 4-1 水闸布置示意图1、进水闸 ：建在河道、水库、湖泊岸边或渠道渠首的，用以控制引水流量，以满足灌溉、发电或供水需要的闸。又称为取水闸或渠首闸。2、节制闸 ：为了灌溉、通航等需要横跨

5、河流或渠道上修建的，用以控制闸前水位及过闸流量的闸。位于河道上的节制闸又称为拦河闸。3、分洪闸 ：建于泄洪能力不足的天然河道河段上游适当的地点，洪峰来临 时开闸分泄一部分洪水进入湖泊、 洼地等滞洪区， 以减轻洪水对江河下游威胁的 闸。4、排水闸 ：建在江河沿岸低洼地区排水渠道末端，用以在外河水位上涨时 防止外水倒灌， 外河水位较低时排除其附近低洼地区积水的闸。 特点：闸身高， 底板低，双向挡水。5、冲砂闸 ：建在多泥沙河流上，用以排除进水闸、节制闸或渠系中沉积泥 沙，减少引水水流含沙量，防止渠道和闸前河道淤积的闸。一般建在进水闸一侧河道上与节制闸并排布置或设在引水渠上进水闸旁。6、挡潮闸 ：建

6、在入海河口附近，涨潮时关闸防止海水倒灌入内河，退潮时 开闸泄水，或者拦蓄淡水以利灌溉的闸。四）按闸室结构型式分图 4-2 水闸闸室结构分类图（a） 无胸墙的开敞式； （b） 胸墙式； （c） 涵洞式1、开敞式：即水闸闸室是露天的，上面没有填土。 胸墙式：适用于上游水位较大而过闸流量不大的水闸。 无胸墙式：适用于有泄洪、通航、排冰等要求的水闸。2、涵洞式：修建在河、渠堤之下的水闸。3、双层式：是一种分上下两层，分别装设闸门的结构，既具有面层泄 流能力，又具有底层泄流能力的闸室结构。（五）按过闸流量分大（）型Q 5000m3/s大（）型Q 50001000m3/s中型3Q=1000 100 m3/

7、s小（）型Q=100 20 m3/s小（）型Q<20 m 3/s（六）其他类型的水闸：翻板闸，橡胶水闸，装配式水闸等、水闸的特点及设计要求1、工作特点1）沉降量和沉降差。2）冲刷3）抗滑稳定4）渗透稳定2、设计应注意问题1）选择合理的水闸形式和构造，采取合理施工程序，进行严格地基处理， 保证闸与地基稳定。2）进行合理可靠的防渗排水设计，确保渗透稳定。3）采取有效的消能防冲设施，确保水闸不发生冲刷破坏。、水闸的组成图 4-3 开敞式水闸组成示意图1 闸室底板； 2闸墩； 3胸墙； 4 闸门； 5 工作桥； 6交通桥； 7堤顶； 8上游翼墙； 9下游翼墙；10护坦； 11排水孔； 12消力坎

8、； 13海漫； 14防冲槽； 15上游铺盖1、上游连接段 组成：翼 墙，铺盖，护底，防冲槽（齿墙），护坡。 作用：翼 墙：引导水流平顺进闸，挡土，防冲，侧向防渗。铺 盖：防渗防冲。防冲槽：保护护底首部，防止河床冲刷向护底方向发展。 护坡护底：保护河岸及河床不受冲刷。2、闸室段 组成：底板，闸墩，闸门，胸墙，工作墙，交通桥。 作用：底 板：承受闸室全部荷载，将荷载较均匀地传给地基，维持闸室抗 滑稳定，防冲，防渗。闸 墩：分隔闸孔，支承闸门和桥梁。 工作桥：布置启闭设备，操作闸门。闸 门：控制水位，调节流量。3、下游连接段 组成：消力池，海曼，防冲槽，翼墙，护岸。 作用：消力池：消能，防冲。海 曼

9、：继续消余能，调整流速分布。 防冲槽：防止下游河床冲坑继续向上游发展。翼 墙：引导过闸水流均匀扩散，保护两岸免受冲刷 四、水闸等级划分及洪水标准1、平原地区水闸表 4-1 平原区水闸枢纽工程分等指标工程等别规模大（1）大（ 2）中型小（1）小（2）型型型型最大过闸流量（m350001000100<20s)5000100010020防护对象的重要性特别重要中等一般重要2、灌排渠系上水闸表 4-2 灌排渠系建筑物级别划分建筑物级别12345过闸流量（ m3 s）300100205300100205表 4-3 灌排渠系水闸的设计洪水标准水闸级别12345设计洪水重现期10050302010（a

10、）503020103、消能防冲水闸级别12345闸下消能防冲设计洪水重现期10050302010（a）第四章 水闸第二讲讲授第二节（上）§4 2 水闸孔口尺寸确定闸孔设计的任务： 根据规划的设计流量及相应上下游水位， ，确定闸孔形式、 底板高程、闸孔尺寸，以满足泄水或引水要求。一、闸孔和底板型式选择1、闸孔形式开敞式（胸墙式，无胸墙式），封闭式（涵洞式）2、选择原则1 ）闸坎高程较高， 挡水高度较小的泄洪闸或分洪闸以及有排冰、 通航等要 求的水闸，一般均采用开敞式。2 ）闸坎高程较低，挡水高度较大的水闸，挡水高度高于洪水运用水位， 或 闸上水位变幅较大，且有限制过闸单宽流量的水闸均可

11、采用胸墙式或涵洞式。3、底板形式1 ）宽顶堰底板 优点：结构简单，施工方便，泄流稳定。 缺点：流量系数较小，易产生波状水跃。 适用：泄洪，冲沙，通航，排污，排冰等。R1=(1.05 2.5)P, R 2=(46)PL=(68)P,P=(0.24 0.34)HXn =h d( n -1y)/ k(a) (b)(c)图 4-4 低实用堰2）低堰底板 优点：流量系数大，水流条件好，泄流能力强。 缺点：流态不稳定，结构复杂，施工难度较高。 适用：底板高程不够（水位较高）； 因地基较差需降低底板高程时； 有拦沙要求时。二、设计流量和上下游水位1、流量1）拦河闸：设计洪水标准或校核洪水标准对应流量。2）进

12、水闸：为渠道设计取水流量。3）排水闸：由后水计算确定。2、水位1）拦河闸：下游由水位流量关系曲线查，上游比下游高0.10.3m 。2）进水闸：下游由渠道水位流量关系曲线查，游比下游高0.10.3m。3）排水闸：上游为滞洪区或排水渠摸排水设计流量对应水位，下游比上游 低 0.050.1m 左右。三、闸底板高程确定1、在地基强度满足要求的前提下， 可定得高些，对大型水闸，应适当降低 降低造价；2、拦河闸底板高程可与河底平齐；3、进水闸底板高程常等于或略低于渠底，但应满足引水及拦沙防淤要求；4、分洪闸底板高程可比河底略高些， 但应满足最低分洪水位时的泄量要求及 防止洪水冲刷河床；5、排水闸底板高程应

13、尽量低，以满足排涝或排碱要求；6、受单宽流量的影响。四、过闸单宽流量的确定1、影响因素：河床或渠道的地质条件，水闸上、下游水位差，下游尾水深 度等因素影响，兼顾泄洪能力和下游消能防冲两个方面。2、一般确定：m）；m）；3510m（ s ·m）。对粘土地基可取 15 25m3（ s· 壤土地基可取 1520m3（ s· m） 砂壤土地基可取 10 15m3（ s· 粉砂、细砂、粉土和淤泥地基可取第三讲讲授第二节（下）§4 2 水闸孔口尺寸确定五、闸孔宽度的确定（详细介绍试算法）1 、总宽度确定确定总净宽 B 。 b n1）堰流：B0Qm 2gH0

14、3/ 2符号按书2）孔流：B0Q' he 2gH02、单孔宽及闸室总宽度1 ）单孔宽大型 8 12m中型 3 8m小型 2 3m2）闸孔数量： n =B0/ b06 孔以下取单数， 6 孔及以上取双数3）闸室总宽度 一般要求实际过流能力与设计过流量相差± 5 闸室总宽 B=nb0+（ n 1） d+2d0（边墩）B 河（渠） ：河道或渠道宽度要求 B 0.6 0.85B 河（渠）第四讲讲授第三节（上）§ 43 水闸的消能防冲一、过闸水流特点及闸下游冲刷原因1）闸下水流流态复杂（流速大，紊动强烈，水流从堰流到孔流，从自 由出流到淹没出流都会发生）。2）闸下易形成波状水

15、跃。3）闸下容易出现折冲水流。（翼墙布置不当，适用不当）二、消能防冲设计的水利条件1、消能方式 一般采用底流消能2、水力条件选择1）一般是以上游最高水位、下游始流水位为可能出现的最低水位、闸门 部分开启、单宽流量大为控制条件。2）设计时应以闸门的开启程序、开启孔数和开启高度进行多种组合计算， 通过分析比较确定。三、底流消能设计（一）消力池1、作用 ：促使出闸水流在池中发生淹没式水跃进行消能，并保护地基免遭 冲刷。2、布置 ： 1）当闸下尾水深度小于跃后水深时，可采用下挖式消力池消能； 2）当闸下尾水深度略小于跃后水深时，可采用突槛式消力池消能；3）当闸下尾水深度远小于跃后水深时，且计算消力池深

16、度又较大时，可采 用下挖式消力池与突槛式消力池相结合的综合消力池消能；4）当水闸上下游水位差较大，且尾水深度较浅时，宜采用二级或多级消力 池消能。3、消力池尺寸确定2HooTZdtLj LsjcHLs图 4-7 USBR 型消力池布置图 4-6 消力池池长、池深计算示意图1）深度： d0hc " hs'Z2）消力池长度： LsjLsLj L j6.（9 hc hc）3）、护坦底板厚度：根据抗冲，抗浮要求确定。抗冲： t1 k1 q H '抗浮： t2 k2 U W Pmbt =max t 1， t 2一般 t =0.5 1.0m 消力池末端底板厚度可采用 t /2 ，

17、不宜小于 0.5m，小型水闸不宜小于0.3m。4）、尾坎 ：稳定水跃，调整铅直断面上的流速分布，促使水流均匀扩 散，减小下游河床冲刷。4 、消力池构造1 ）材料2 ）排水孔3 ）变形缝5、辅助消能工 如消力墩，一般布置在消力池前半段护坦上，二至三排交错排列§ 43 水闸的消能防冲四、波状水跃级折冲水流的防止措施1、波状水跃的防止措施C(b)(a)图 4-8 波状水跃的防止措施(a) 在出流平台上设置小槛； (b) 将小槛做成分流墩、分流齿形1)在消力池斜坡段的顶部预留一段 0.5 1.0m 宽的平台，在其末端设置 一道小槛，见图 4-8(a) ，迫使水流越槛入池，促成底流式水跃。2)

18、分流墩、分流齿形，见图 4-8(b) ，则消除波状水跃的效果更好。如水闸底板为低实用堰型，有助于消除波状水跃的产生。2、折冲水流的防止措施1)在平面布置上，尽量使上游引河具有较长的直线段，2)3)应制定合理的闸门开启程序。在消力池前端设置散流墩，对防止折冲水流有明显效果；五、海漫及防冲槽1、海漫消力池1:101:20水平段( 1/4 1/3)L浆砌石缓坡段干砌石海漫 L抛石防冲槽图 4-9 防冲加固措施1)作用：进一步削减水流剩余能量，使水流均匀扩散，保护护坝和减小对下游河床的冲刷2)要求：1 坚固耐冲，且能适应下游河床可能的冲刷变形， 具有一定的柔性。2 为了使渗水自由排出，减小场压力，应具

19、有一定的透水性。3 为了进一步消能，表面应具有较大的糙率。3）海漫长度计算： Lp KS qs H 'K s：海曼长度计算系数； H：闸孔泄水时的上下游水位差； qs：消力池末端单宽流量。4）海漫的构造 一般采用整体向下游倾斜的型式，在平面上沿水流方向向两侧 逐渐扩散，以使水流均匀扩散，保护河床不受冲刷。2、防冲槽 主要作用：挖槽抛填块石，加固海曼末端，保护海曼六、上下游护坡及河床防护上游： 23倍水头长度护底及护坡下游： 46倍水头长度护底及护坡七、闸门的控制运用主要满足以下要求：1）消力池长度在任何情况下都满足要求（淹没水跃）；2）闸门应分级均匀对称开启与关闭；3）严格控制始流条件

20、下的闸门开度；4）、闸门开启与关闭速度尽量慢。§ 44 防渗排水设计一、闸基防渗长度及地下轮廓线布置（一）设计任务经济合理地确定水闸底下轮廓线的型式和尺寸。 并采取必要的可靠的防渗排 水措施，以减小或消除渗流的不利影响， 保证闸基及两岸不产生渗透破坏， 保证 水闸的安全。（二）闸基的防渗长度图 4-10 水闸地下轮廓线H14 151、地下轮廓线：不透水的铺盖、板桩、及闸底板等与地基的接触线。2、防渗长度：即地下轮廓线的长度，又称渗径长度。（图4 10）3、计算： LCH表 4-6 渗径系数 C 值排水条件地基类别粉砂细砂中砂粗砂中砾细砾粗砾夹砾石轻粉质砂壤土轻砂壤土壤土粘土有反滤层1

21、399775544332.5117955332无反滤层7443按上式初步确定后，还需经闸基的抗滑稳定验算及闸室稳定计算最后确定（三）闸基防渗排水布置布置原则：高防低排“高防”就是在闸底板上游一侧布置铺盖、板桩、齿墙、混凝土防渗墙及 灌浆帷幕等防渗设施，以延长渗径，减小作用在底板上的渗透压力，降低闸基 渗流的平均坡降。“低排”就是在闸底板下游一侧布置面层排水、排水孔（或排水井）、反 滤层等设施，使地基渗水尽快排出1、粘性土地基 （不易发生管涌） 上游设防渗铺盖，下游出口处设反滤层图 411（a）2、砂类土地基 （粉沙，轻砂壤土，轻粉质砂壤土）（ b）（ c）（ d） 易产生渗漏及渗透变形。上游设

22、铺盖加悬挂式板桩（防渗墙）相结合的布置方式 ，土层较薄时，设 截水墙或截流板桩。下游铺设良好级配的反滤层。3、多层土地基 ：下游排水减压，必要时，设板桩截断夹砂层。（ e）4、岩石地基 ： 可根据需要在闸底板上游端设水泥灌浆帷幕， 后设排水孔。H铺盖粘土 反滤层（a）H砂土 粘 土（c）排水减压井粘 土 砂土（透水层或含有承压水）砂土（e）图 4-11 水闸地下轮廓线布置示意图、渗流计算目的：计算底板及护坦下的渗透压力和渗透坡降， 判定初拟地下轮廓线是否 满足抗滑稳定和渗透稳定要求。计算方法：流网法、直线法、改进阻力系数法、有限元法、电模拟试验法。(一)直线法1、原理：假定渗流沿地下轮廓线流动

23、时，其渗透水头是成直线比例逐渐减 小的，即沿程渗透坡降的大小都是相同的。2、公式： 勃莱法h x=Hx/Lhx：渗透压强莱茵法h x=Hx/L。 L 0 Lr+Lh/3Lr：水平渗径Lh：垂直渗径* ：将各点所求得的压强大小， 按一定比例标在闸底板面相应位置铅直线上，然后将相邻两点水头端点用直线连接，即得到作用于底板底面的渗透压力分布图 4-12 全截面直线分布法渗透压力计算图(a) 未设水泥灌浆帷幕和排水孔情况； (b) 设有水泥灌浆帷幕和排水孔情况(二)改进阻力系数法 优点：比较充分地考虑了渗流在边界条件变化处的水头损失， 故计算结果精 度较高。1、 基本原理eT实深算线(a) (b)图

24、4-13 改进阻力系数法渗透压力计算图 如图 4-13 (a)，由达西定律：渗流区单宽流量为： q k hi T 令 =L/T hqK令 L T i ，则得hi i q k式中 i 为渗流段阻力系数，与渗流段的几何形状有关； k地基土的渗透系数， ms。总水头 H 应为各段水头损失的总和，即n n n nHhii q q i q kH / ii 1 i 1 k k i 1 i 1n将式(4-23) 代入式(4-22) 得各段的水头损失为： hi iH / ii1 将各段的水头损失由出口向上游方向依次叠加， 即得各段分界点的渗压水 头及其它渗流要素。 以直线连接各分段计算点的水头值， 即得渗透压

25、力分布图， 见图 4-13(b) 。2、计算步骤1)确定地基有效深度 Te(从各等效渗流段地下轮廓最高点垂直向下算起 的地基透水层有效深度)。可按下列公式计算：当 L0 S05 时Te 0.5L0当 L0S0<5 时Te5L01.6L02S0式中 L 0、S0地下轮廓的水平投影及垂直投影长度， m。当计算的 Te 大于地基实际深度时， Te值应按地基实际深度采用2）典型流段阻力系数的计算。一般水闸地基渗流段可归纳为三种典型流 段，即进出口段，图 4-13 中的、段；内部垂直段，图 4-13 中的、 、段；内部水平段，图 4-13 中的、段。每段的阻力系数 i 可按表 4-7 中的公式确定

26、。表 4-7 典型流段阻力系数计算表3）对进、出口段水头损失值和渗透压力分布图进行局部修正，进、出口段修正后的水头损失值可按下列公式计算（如图4-14 （a）所示）、表 4-17h0 h0h0hii1图 4-14 进、出口段渗压修正示意图n阻力修正系数，当计算的 1.0 时，采用 1.0 ； S底板埋深与板桩入土深度之和， m； T板桩另一侧地基透水层深度， m。表 4-8 出口段和水平段的允许渗流坡降 J 值地基类别分段粉砂细砂中砂粗砂中砾细砾水平段0.05 0.07 0.10 0.13 0.17 0.070.100.130.170.22出口段0.250.30 0.35 0.40 0.45

27、0.300.350.400.450.50粗砾夹砾石砂壤土壤土软壤土坚硬粘土极坚硬粘土0.22 0.15 0.25 0.30 0.40 0.50 0.280.250.350.400.500.600.50 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.550.500.600.700.800.90注： 当渗流出口处设反滤层时，表中数值可加大30。修正后的水头损失的减小值h 可按下式计算：h (1)h0水力坡降呈急变形式的长度L' x 可按下式计算：hTLx H ni出口段渗透压力分布图可按图i14-14(b) 方法进行修正。 QP为原有水力坡降，由计算的h和L' x值，分别定

28、出 P点和 O点，连接 QOP，即为修正后的水力坡降线。图 4-15 进、出口段齿墙不规则部位修正示意图进、出口段齿墙不规则部位可按下列方法进行修正(图4-15 )：当 hxh 时，按下式修正：h' xhx h式中 h x 、h' x水平段和修正后水平段的水头损失， m。当 hx<h 时，可按下列两种情况分别进行修正： 若 hxhy h，可按下式进行修正： h' x2hxh' yhyh hx式中 h y 、h' y 内部垂直段和修正后内部垂直段的水头损失，m。第四章 水闸第七讲讲授第四节(中)§ 44 防渗排水设计注：详细讲解闸基的防渗计

29、算【例 4-1 】 某水闸地下轮廓线如图 4-16(a) 所示。根据钻探资料知地面以下 12m深处为相对不透水的粘土层。用改进阻力系数法计算渗流要素。解：1. 简化地下轮廓：简化后地下轮廓如图 4-16(b) 所示，划分 10 个基 本段。2确定地基的有效深度：由于 L00.5 12.25 10.25 1.0 24m，S0 25.5205.5m，L0S04.36<5，按公式 (4-26) 得 Te13.36>Tp12.0m， 故按实际透水层深度 T Tp 12.0m，进行渗流计算。3计算各典型段阻力系数： 按各典型段阻力系数计算公式计算， 见表 4-9 。 4计算各段水头损失：按公

30、式( 4-24)计算各段水头损失，列于表 4-10 。 5进、出口段水头损失修正图 4-16 某水闸地下轮廓线布置及渗流计算图分段编号分段名称S(m)S1(m)S2(m)T(m)L(m)i进口段1.0120.477水平段00110.50.045内部铅直段0.611.60.052水平段0.65.111.612.250.712内部铅直段5.111.60.479内部铅直段4.511.00.441水平段4.50.511.010.250.614内部铅直段0.511.00.045水平段0010.51.00.095出口段0.611.10.460总和3.420表 4-10分段编号hi0.620.050.060

31、.930.630.580.800.050.120.605898701895注： 总水头 H=30 25.5 4.5m（1）进口段水头损失修正：已知 T =12111m，T=12m，S=1.0m，按 式（ 4-28 ）计算得 0.629 <1.0 ，则进口段修正为 h'010.628 ×0.629 0.395m。水头损失减小值 h0.628 0.395 0.233m，因（ hx2hy3）0.059 0.0680.127<h，故第、段分别按式 （4-34） 、（4-35） 修正：h' x2 2hx22×0.059 0.118m，h' y32h

32、y3 2× 0.068 0.136m， h' x4hx4h （ hx2 hy3） 0.937+0.233 （ 0.059 0.068 ） 1.043m。（ 2）出口段水头损失修正：已知 T =10.5m，T=11.1m，S =0.6m，按式 （ 4-28 ）计算得 0.516 < 1.0 ，则出口段修正为 h' 0100.605 ×0.516 0.312m。水头损失减小值 h0.605 0.312 0.293m，因（ hx9hy8）0.125 0.0590.184<h，故第、段分别按式 （4-34） 、（4-35） 修正：h' x9 2h

33、x92×0.125 0.250m，h' y82hy8 2× 0.059 0.118m， h' x7hx7hhx9 hy8) 0.808+0.293 ( 0.125 0.059 ) 0.917m。验算： H0.395 0.118 0.136 1.043 0.630 0.581 0.917 0.118 0.2500.312 4.5m，计算无误。6计算各角点或尖端渗压水头：由上游进口段开始，逐次向下游从总水头 H 4.5m，减去各分段水头损失值，即可求得各角点或尖端渗压水头值：H14.5m，H24.50.359 4.105m，H34.105 0.1183.987m

34、，H43.851m， H5 2.808m，H62.178m，H7 1.597m，H80.680m，H90.562m，H100.312m， H110.312 0.312 0。7绘制渗压水头分布图：如图 4-16(c) 所示。8. 渗流出口平均坡降：按式( 4-36 )J=h' 0S=0.3120.60.52 。第四章 水闸第八讲讲授第四节（下）§ 44 防渗排水设计三、防渗及排水设施 防渗设施：水平防渗（铺盖）；垂直防渗（板桩，齿墙，防渗墙，防渗帷幕）； 排水设施：铺设在护坦，闸底板下起导渗作用的沙砾石层，一般与反滤层 结合使用。（一）铺盖1）粘土，粘壤土铺盖 : 铺盖的厚度应

35、根据铺盖土料的允许水力坡降值计算 确定，上游端的最小厚度应不小于 0.6m，逐渐向闸室方向加厚， 且任一截面厚 度不应小于 1/4 1/6 倍该计算断面顶底面的水头差值。为了防止铺盖在施工 期被损坏和运用时被水流冲刷， 其上面应设置厚 0.3 0.5m 的干砌块石或混凝 土板保护层，保护层与铺盖间设置一层或两层砂砾石垫层。2）砼或钢筋砼铺盖 : 其厚度一般根据构造要求确定，最小厚度不宜小于 0.4m，在与底板连接处应加厚至 0.8 1.0m。为了减小地基不均匀沉降和温度 变化的影响，其顺水流方向应设永久缝，缝距可采用8 20m。铺盖与闸底板、翼墙之间也要分缝。 缝宽可采用 2 3cm，缝内均应

36、设止水。 混凝土铺盖中应配 置构造筋，对于起阻滑作用的钢筋混凝土铺盖则要根据受力情况配置受拉钢 筋。受拉钢筋与闸室在接缝处应采用铰接的构造型式。铺盖的混凝土强度等级 一般不低于 C20。3）土工膜防渗铺盖：水闸防渗铺盖也可用土工膜代替传统的弱透水土料。 用于防渗的土工合成材料主要有土工膜或复合土工膜，其厚度应根据作用水 头、膜下土体可能产生裂隙宽度、膜的应变和强度等因素确定，但不宜小于 0.5mm。（二）板桩1、作用：增加渗径，降低渗透压力，减小渗流出口坡降，防止出口处土壤 产生渗透变形。2、构造 入土深度（ 0.7 1.2 ）H； 厚度 0.2m，宽度不宜小于 0.4m； 顺水流方向设永久性

37、变形缝，缝距 8 20m，缝宽 2 3cm，缝内设止水。3、与底板的连接板桩顶部嵌入粘土铺盖一定深度。 适用于闸室沉降量较大， 而板桩尖已插入 坚实土层情况。适用于闸室沉降量较小，板桩顶部嵌入底板下特设凹槽内， 板顶填塞沥青等材料， 适用闸室沉降量小 而板桩尖未达到坚实土层的情况。（三）齿墙及混凝土防渗墙作用：辅助防渗，并有利于抗滑（四）水泥砂浆帷幕，高压喷射砂浆帷幕及垂直防渗土工膜（五）排水设施1、目的：排除渗水，减小渗透压力2、平铺式排水（适用于土基）即在护坦及浆砌石海曼底部平铺粒径为 12 cm的砾石、 碎石或卵石 透水层，厚 0.2 0.3m ，下设反滤层。注意： 闸底板齿墙底面应位于

38、反滤层底往下一定距离； 砼护坦及浆砌石海曼上应设排水孔。3、垂直排水（地基内有承压水） 作用：主要用于降低地基内承压水水头。方式：排水沟； 排水井（了解）4、水平带状排水（岩基） 在基础面上设排水沟或排水管等。四、水闸的侧向绕渗1、概念：水闸建成挡水后，除闸基有渗流外，水流还从上游经水闸两岸渗向下游，这就是 侧向绕渗 ，见图 4-17上游水位透水层不透水层上游为高水位 , 下游为底水位时 翼墙和边墩背面水面线下游高水位排水孔 下游底水位图 4-17 侧向防渗排水布置图2、危害：绕渗对岸墙、翼墙产生渗透压力，加大了墙底扬压力和墙身的 水平水压力，对翼墙、边墩或岸墙的结构强度和稳定产生影响；并有可

39、能使填 土发生危害性的渗透变形，增加渗漏损失。3、防渗措施：侧向防渗排水布置（包括刺墙、板桩、排水井等）应根据 上、下游水位、墙体材料和墙后土质以及地下水位变化等情况综合考虑，并应 与闸基的防渗排水布置相适应，在空间上形成一体。4、布置原则：布置原则仍是防渗与导渗相结合。有时为了避免填土与边墩（或岸墙）接触面上产生集中渗流，也可设置短 刺墙。排水设施一般设在下游翼墙上，根据墙后回填土的性质不同，可采用排 水孔或连续排水垫层等型式。孔口附近应设反滤层以防发生渗透变形。第四章 水闸第九讲讲授第五节§ 45 水闸的布置与构造一、闸室的布置与构造（一）底板 型式：平底板，低堰，折线 分类墩与

40、板连接方式：整体式，分离式1、 整体式底板图 4-18 整体式、分离式平底板1底板； 2闸墩； 3闸门； 4空箱式岸墙； 5温度沉陷缝； 6边墩1）概念：闸墩与底板浇筑或砌筑成整体时的底板。2）分缝：对于多孔、宽度较大的水闸，为适应地基不均匀沉陷和温度变化 需要，一般在垂直水流方向设永久性缝将底板分成若干闸段， 缝距不大于 20m （岩基）， 35m（土基）。3）分缝位置 闸墩中间（缝墩） 优点：闸室结构整体性好，各闸段独立工作，抗震性好。 缺点：施工期长，工程量大，施工难度大。 适用：地质条件较差地区或地震区。 底板中间 优点：可缩短工期，减小闸室的总宽度和底板跨中弯矩，节约第四章 水闸第十

41、讲讲授第六节§46 闸室稳定验算和地基处理、荷载及其组合一)荷载计算1、自重：指水闸结构及其上部填料和永久设备的重量。2、水重：指闸室范围内作用在底板顶面以上的水体重量(a) (b)图 4-26 水平水压力计算图注意： a 点处为静水压强 铺盖与底板连接处的水平水压力 b 点处取扬压力值 对钢筋砼或砼铺盖 止水片以上按静水压力分布计算 止水片以上按梯形分布计算4、扬压力渗透压力：见渗流计算 浮托力：某点处的浮托力等于该点与下游水位间的高差乘以水的重度。5、浪压力 ：波长、波高和波浪中心线高出静水位高度等波浪要素的 计算按莆田试验站法进行；根据风区范围内平均水深、波浪破碎的临界水 深及

42、半波长之间的关系，判别属深水波、浅水波或破碎波，分别用相应公 式进行浪压力计算。6、土压力对重力式挡土墙，墙背后填土为均质无粘性土时cos2 t1ka2cos ( )sin( t )sin( t ) cos( )cos( )Fa：主动土压力，作用在距墙底为墙高的 1/3 处。作用方向与水平面成 （+）角。（ KN/m）t：填土重度（ KN/m3）, 地下水位以下取渗重度Ht：墙高Ka：主动土压力系数*墙背光滑，排水不良=(0.00 0.33 ) t墙背粗糙，排水良好0.33 0.50 )t墙背很粗糙，排水良好0.50 0.67 )t墙背与填土之间不可能滑动0.67 1.00 )tt：墙后填土内

43、摩擦角 ：挡土墙后填土对墙背的外摩擦角其余按水闸规范 P 66 697、淤沙压力根据可能淤积厚度确定参见重力坝 P148、其他荷载：地震荷载，冰压力，土的冻胀力参见水闸设计规范重力坝二）荷载组合表 4-12 水闸荷载组合表载 组 合荷计算情况荷载其说明重自重水 水 压 力静 压 力扬压力土砂压力淤压力风压力浪压力冰 的 冻 胀 力土震 荷 载地他本 组 合基 完建情况必要时，可考虑地下水产生的扬压力正常蓄水位情况按正常蓄水位组合计算水重、静水压力、 扬压力及浪压力设计洪水位情况 按设计洪水位组合计算水 重、静水压力、 扬压力及浪压力冰冻情况按正常蓄水位组合计算水重、静水压力、 扬压力及浪压力殊

44、 组 合特 校核洪水位情况 按校核洪水位组合计算水 重、静水压力、 扬压力及浪压力施工情况应考虑施工过程中各个阶段的临时荷载检修情况按正常蓄水位组合 （必要时 可按设计洪水位组合或冬季低 水位条件）计算水重、静水压力、 扬压力及浪压力地震情况 按正常蓄水位组合计算水 重、静水压力、 扬压力及浪压力注： 表中“”号为需要考虑荷载，“” 号为不需要考虑荷载二、闸室抗稳定计算（一）计算公式1、土基： P 148（简单）更合理）表 4-14 K岩 值Kc=fG/HKc=（tg 0G+C0A）/ H2 、岩基：同重力坝3 、稳定条件： KcK土（岩）表 4-13 K 土 值注： 1、特殊组合适用于地震情

45、况。2、特殊组合适用于校核洪水位情况、施工情况及检修情况。地基类别f软弱0.20 粘土中等0.25坚硬0.25 坚硬0.350.35 0.45表 4-15 f 值土质地基类别0（°）C0(kPa)粘性土0.9 (0.2 0.3)C砂性土(0.85 0.90) 0表 4-16 0、 C0值（土质地基）壤土、粉质壤土0.25 砂壤土、粉砂土0.40细砂、极细砂0.35 中砂、粗砂0.40砂砾石0.40 注： 为室内饱和固结快剪（粘性土）或饱和快剪实验测得的内摩砾石、卵石0.45擦角； C为室内饱和固结快剪实验测得的粘结力。碎石土0.45 表0.504-17岩石地基类fC(M0.40 f

46、、C别Pa)0.50值（岩石地硬坚1.5 1.5 0.50 基）质硬1.31.30.55岩较1.3 1.3 0.40 石坚硬1.11.10.50软较1.1 1.1 极软0.40 质软0.90.7软质软0.45软0.9 0.7 岩石较软0.45 岩0.70.30.55石极0.7 0.3 0.55 注：如软0.40.050.60岩基内存在硬质较坚0.60 结构面、软弱层（带）或断层的情况，f 、 C值应按现行的 GB50287岩石硬0.65 99水利水电工程地质勘测规范选用。坚硬0.65 0.70（二）提高闸室抗滑稳定性的工程措施1）将闸门位置向低水位一侧移动，或将水闸底板向高水位一侧加长，以增加

47、水重；2）适当增加闸室结构自重；3）增加闸室底板的齿墙深度；4）增加铺盖长度或帷幕深度，或在不影响防渗安全的前提下，将排水设施向水闸底板靠近；5）利用钢筋混凝土铺盖作阻滑板；6）增加钢筋砼抗滑桩或预应力锚固结构。三、闸室基底应力计算（一）应满足条件1、在各种情况下， 闸室最大基底压力不大于地基容许承载力 （土基不大于 1.2 倍地基容许承载力）；2 、在非地震情况下，闸室基底不出现拉应力，在地震情况下，闸室基底拉 应力不大于 100kpa；3 、最大应力与最小应力的比值 不大于容许值（表 4-18 ）。 表 4-18 土基上的 值时：二）计算1、闸室结构布置及受力情况对称max G M pmm

48、ianxA W2、不对称时， 如多孔闸的边闸孔或左右不对称的单孔闸：地基土质荷载组合基本组合特殊组合松软1.502.00中等坚实2.002.50坚实2.503.00pmaxG M x M ypminAWxWy四、闸室沉降1、危害：使闸顶高程不足， 过大的不均匀沉降将导致闸室倾斜， 产生裂缝， 止水破坏，甚至断裂。2、目的：通过计算分析， 可以了解地基的变形情况，以便选用合理的水闸 结构形式，确定适宜的施工程序和施工进度，或进行适当的地基处理。3 、减少沉降的措施 采用沉降缝隔开； 改变基础型式或刚度； 调整基础尺寸与埋置深度； 对地基进行人工加固； 安排合适的施工程序，严格控制施工进度； 变更

49、结构型式（采用轻型结构或静定结构）或加强结构刚度五、地基处理：1、换土垫层法；2、桩基；3、高压旋喷法第四章 水闸第十一讲讲授第七节§ 47 闸室结构计算目的：验算强度，以便最后确定各构件的型式、尺寸及构造。方法：一般将水闸分解成底板、闸墩、胸墙、工作桥、交通桥等若干构件分别计算，并在单独计算时，考虑它们之间的相互作用。、整体式底板内力计算 般把闸底板视为地基上的一块板进行计算， 在垂直水流方向采用 截板成梁的方法计算。一）倒置梁法1、概念：假定地基反力为均布荷载，底板当作梁，闸墩当作支点，按倒置的连续梁计算内力。2、 方法： 根据上部荷载计算地基反力：max pminGMAWq反）（作用力、反作用力）倒置梁上的均布荷载： q=q反+ q扬q 自 q 水，得计算简图：闸墩地基反力闸墩底板地基反力M图图 4-27 倒置梁法底