水工建筑物课件 第十章 水闸1-2节（12版）

第十章土基上的水闸

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江都水利枢纽工程引入江都水利枢纽工程继续江都抽水站之太平闸江都水利枢纽工程本章内容及重点闸址选择及总体布置1水力设计（闸孔型式和尺寸确定、消能防冲设计、闸门控制运用方式的拟定）2防渗和排水设计3水闸结构设计（闸室稳定计算、岸翼墙稳定计算、结构静动力分析）4地基处理及处理设计5观测设计6水闸定义：

调节水位、控制流量低水头水工建筑物，大多建立在土基上。作用：

水闸是一种既挡水又泄水的低水头工建筑物,通常建造在土基上,也称活动坝。第一节概述

继续进水按所承担任务分洪闸一、类型按闸室结构型式按操作闸门动力节制闸进水闸排水闸挡潮闸冲砂闸开敞式胸墙式涵闸式（有压、无压）浮体式

机械操作(平面钢闸门、升卧门、弧形门等)水力操作(自动翻板门).1.组成（引导水流平顺进入闸室）(调节水位和流量)（消能、防冲）③下游连接段作用:消能，保护下游河床及两岸免受冲刷;

组成:消力池、护坦、海漫、下游防冲槽、翼墙、下游护坡②上游连接段

作用:1.使水流正向、均匀、平稳地进入闸室;2.保护上游河床及两岸，使岸坡免于冲刷并具有防渗作用;

组成:上游防冲槽、护底、铺盖、两岸护坡、翼墙。①闸室--底板、闸墩、闸门、胸墙、工作桥、交通桥闸门（承受水压力)→闸墩（承受上部结构重量）→底板(较均匀地传力给地基）二、水闸的组成及其功用*水闸的传力过程 闸门→闸墩→底板→地基（承受水压力)（承受上部结构重量）(较均匀地传给）三、水闸的特点继续与溢流重力坝相比有如下一些特点:水流特点地基特点结构特点关闭闸门开启闸门水位差产生较大水平水压力→滑动。水位差产生渗透压力→不利于水闸及两岸建筑物的稳定。绕岸渗流→不利于翼墙稳定。水位差→流速大→对下游河床、岸坡冲刷，并易产生渗透变形。水位变幅较大→给消能设计和计算带来困难。闸门全开时→佛氏数(Froude)低(小于4.5)→易形成波状水跃。闸门开启顺序不合理、泄流不对称或有某些干扰时→产生折冲水流。back

地基特点

抗滑能力差(f小)承载能力差易压缩变形抗冲刷能力低back结构特点弹性地基上的板、梁、柱综合体

第二节水闸的上部轮廓尺寸及消能防冲布置

轮廓尺寸主要包括：闸孔型式

闸底板高程

孔口尺寸

1.闸孔型式常见的闸孔型式有：

宽顶堰型（平底板孔口型）低实用堰型（梯形堰、曲线型堰、驼峰堰）胸墙式孔口一、上部轮廓尺寸闸孔型式：

2.闸底板高程在地基强度满足要求的条件下，考虑:(1)运用条件：底板高程↓→q↑，底板上水深↑→闸室总宽度↓(2)经济性：底板高程↓→q↑，底板上水深↑→闸室总宽度↓，但增大闸身和两岸结构高度，消能防冲费用↑。(3)地质条件：避免复杂地基处理；抗冲刷能力强。确定设计流量Q和上、下游设计水位确定孔口型式确定底板高程计算闸孔净宽B及闸室总宽L（开敞式）闸孔数n=B/b，n<8时一般取奇数溢流前缘总宽L=nb+d，d为闸墩厚度验算泄流能力二、闸孔尺寸及闸室总宽⒈闸下泄流的特点

a.闸下水流具有剩余能量

b.Fr较小，易产生波状水跃

c.进、出口流态不对称时会产生折冲水流三、水闸的消能防冲与防护（一）闸下泄流的特点和闸下冲刷的原因2.闸下冲刷的原因

a.q大，而土壤的抗冲刷能力低

b.消能工设计不合理

c.管理不当3.采取的措施a.控制单宽流量；方向与原河床主流方向一致；b.合理选择下游翼墙的扩散,以利于水流扩散；c.消能防冲设计d.合理的闸门开启程序三、水闸的消能防冲与防护（一）闸下泄流的特点和闸下冲刷的原因（二）消能工设计

消能防冲设施必须在各种可能出现的水力条件下，都能满足消散动能与均匀扩散水流的要求，且应与下游河道有良好的衔接。

设计情况：不同类型的水闸，其泄流特点各不相同，因此控制消能设计的水力条件也不尽相同，并不一定是Qmax的情况，应选取可能的q、⊿H的组合，取不利情况。

（二）消能工设计

1.消能方式：

我国已建的大、中型水闸，多数建在平原、滨海地区，大多为软基，承受的水头不高，下游水深变幅大，无法采用挑流消能，也难以产生面流式水跃

宜采用底流式水跃消能。其主要设备就是消力池。作用是使水流形成水跃，避免地基遭冲刷。2.计算消力池深度、长度及消力池底板的厚度（a）消力池深度：按水跃动量平衡方程求解当hs’≤hc″时，产生远趋式水跃或临界水跃，需建消力池。反之，不需建消力池，而实际工程中，为了安全仍取池深0.51.0m(b)消力池的长度：用经验公式计算：式中Lsj为消力池长度；

Ls为斜坡段的水平投影；β

为水跃长度校正系数，一般取0.7~0.8；Lj为水跃长度，新规范中推荐采用欧勒佛托斯基公式计算：

(c).消力池护坦厚度可根据抗冲和抗浮要求，分别按规范中公式计算，取其最大值，且不小于0.5m：

抗冲：

抗浮：

3.布置1：4~1：5

下挖式消力池、突槛式消力池和综合式消力池是底流式消能的三种主要形式。

下挖式消力池与闸室底板之间直接用斜坡段连接即可，规范规定消力池斜坡段坡度不应陡于1：4

。

倾斜段不宜设排水孔，护坦后部设铅直排水孔以降低池底板渗透压力，并在该部位底面铺设反滤层。（三）辅助消能工a.作用：①加大水流阻力，给水流以很大的反力，达到加强消能减小消力池开挖深度的效果；②加强水流紊动和撞击，增加消能效果；③促进水流扩散，调整水流分布稳定水跃，缩短水跃长度。b.类型

消力墩、池首坎、齿坎、消力梁、散流墩等。a.将底板延长预留平台，平台末端设置一道小槛，使水流越槛入池，促成底流水跃。

b.当Fr较低时，小槛对泄流能力有影响，可将小槛改齿形槛、分水墩或分水槛。（四）波状水跃的防止（五）.折冲水流的防止a.从平面布置入手，使下泄水流与原河床主流位置一致;b.制订合理的闸门开启程序，先开中间闸孔，后开两侧闸孔;c.控制下游翼墙扩散角，促使出闸水流扩散，扩散度1:6～1:4;d.在消力池前端采用散流墩，对防止折冲水流效果显著。（六）.海漫--紧接护坦

作用:进一步消除余能，使水流均匀扩散，调整流速分布，使其达到河道天然流速分布状态。要求:坚固抗冲、有一定柔性、表面粗糙能消除余能、透水。材料:浆砌石、干砌石；厚30-50cm。

长度:按南科院提出的经验公式计算。

1～9

当消能扩散良好时，用下式计算

:海漫长度(m)：河床土质系数

qs

：消力池末端单宽流量(m2/s)河床土质粉砂、细砂中砂、粗砂、粉质壤土粉质粘土坚硬粘土

K

14～1312～

1110～

98～

7（七）.防冲槽—末端加固

设计海漫虽以出口水流不冲河床作为设计条件，但实际上海漫末端受冲刷是屡见不鲜的。为限制冲刷扩展，保护海漫安全，设计要求不论海漫降到或未降到可能冲刷深度，均需设防冲槽。