水閘設(shè)計概述

1、第一節(jié) 概述水閘是一種低水頭的水工建筑物，它具有擋水和泄水雙得作用。與設(shè)有表孔閘門的溢流重力壩的區(qū)別是:水閘水頭較低，抬高水位較少，它主要是靠閘門擋水；而溢流壩主要靠閘門下壩體來擋水。水閘可建于各種地基上。 一、水閘的類型 1 1、按擔(dān)負(fù)的任務(wù)來分：、按擔(dān)負(fù)的任務(wù)來分：（1）進(jìn)水閘（取水閘） 在河道、水庫或湖泊的岸邊，建閘引水，并 控制入渠流量，謂之進(jìn)水閘（取水閘）。 這種水閘有開敞式及涵洞式兩種，常建在渠 首。（2）節(jié)制閘（攔河閘） 一般攔河而建，枯水期截斷河道，抬高水 位，以利于上游航運，或進(jìn)水閘引水，洪水 期用以控制下泄流量。 灌溉渠系中此閘位于干、支渠分水口附近。（3）排水閘 常建于江

2、河沿岸，防江河洪水倒灌；河水 退落時又可開閘排洪。 本閘特點：受雙向水頭作用，閘底板高程 極低，而閘身較高。（4）擋潮閘 作用：阻止海潮沿河流上溯，免使土 地鹽堿化； 汛期受潮水頂托，易造成內(nèi)澇 （可抽排） 低潮時免使淡水流失。 特點：受雙向水頭作用。（5）分洪閘利用河道旁預(yù)定的洼地或湖泊分洪區(qū)，及 時削減洪峰，確保下游安全。如荊江分洪閘，1952年建成。（6）沖砂閘：以葛洲壩為例。（7）泄洪閘（同攔河壩）（8）船閘（專門建筑物）2 2、按閘室結(jié)構(gòu)形式來分、按閘室結(jié)構(gòu)形式來分（1）開敞式和胸墻式水閘3 3、其它分類法、其它分類法 按閘室結(jié)構(gòu)分：開敞式、胸墻式、浮體式、 涵閘式、自動翻板式等。

3、按施工方法分：裝配式、浮運式等。 橡膠壩 土基上溢流壩 二、水閘的組成部份 水閘由閘室段，下游聯(lián)接段、上游聯(lián)接段 三大部分組成。 1 1、閘室段、閘室段 包括：閘門、閘墩、底板、工作橋、交通 橋、啟閉機(jī)等。 閘室可通常為砼或鋼筋砼結(jié)構(gòu)。 小型水閘有些部分可采用漿砌石。2 2、上游聯(lián)接段、上游聯(lián)接段 包括：上游翼墻、鋪蓋（護(hù)底）、上游防沖 槽、兩岸護(hù)坡。3 3、下游聯(lián)接段、下游聯(lián)接段 包括：護(hù)坦（消力池）、海漫、下游防沖 槽、下游翼墻、兩岸護(hù)坡。三、水閘的工作特點（軟土地基上的）（一）地基方面 1、抗滑能力差（穩(wěn)定問題）（硅與土基的 f值小，c=0） 2、抗沖能力低 3、均勻沉陷量大，且會發(fā)生不

4、均勻沉陷 4、滲流（閘基）變形（二）水流方面 1、閘室下及兩岸產(chǎn)生滲流，對建筑物的穩(wěn) 定不利 2、初始消能困難（下游無水或水深淺） 3、易產(chǎn)生波狀水躍 4、易產(chǎn)生折沖水流（擴(kuò)散角太大，不均勻 開啟） 基于上述特點，設(shè)計中要解決的問題：（1）選擇適應(yīng)的壩址；（2）選擇適應(yīng)的壩室結(jié)構(gòu)形式；（3）做好防滲設(shè)計；（4）做好消能防沖設(shè)計。第二節(jié) 閘址選擇和閘孔設(shè)計一、閘址選擇 根據(jù)水閘承擔(dān)的任務(wù)，綜合考慮地形、地質(zhì)、水文、施工等因素，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選擇最佳方案。 1、地形條件：攔河閘：宜選在河床穩(wěn)定、水流順直的河海上；（兼取水、通航的）宜選在穩(wěn)定的彎曲河海上，將進(jìn)水閘設(shè)在凹岸，船閘設(shè)在凸岸。分洪閘：

5、一般設(shè)在彎曲河海的凹岸或順直河道的深槽一側(cè)排水閘：閘址設(shè)在江河老堤的堤線上。沖砂閘：大多布置在攔河閘與進(jìn)水閘之間。如攔河閘兼作施工導(dǎo)流用，常將閘址選在彎曲河海的凸岸，利用原河道導(dǎo)流。 2、地質(zhì)條件： 壤土、中砂、粗砂、砂礫石適合做地基。二、閘孔設(shè)計 內(nèi)容：內(nèi)容：選堰型，選底板高程，單孔尺寸， 閘室總寬度（一）堰型選擇（一）堰型選擇1、寬頂堰：結(jié)構(gòu)簡單，施工方便。有利 于泄洪、沖砂、排污、排水、通航，且 泄流能力比較穩(wěn)定，但流量系數(shù)較小， 易產(chǎn)生肢狀水躍。2、低實用堰：流量系數(shù)較大，水流條件 較好。但泄流能力受尾水位變化的影響 較為明顯。施工較復(fù)雜。（二）閘底板高程的選定（二）閘底板高程的選定相

6、關(guān)因素：水閘的任務(wù)，泄流（引水）流量， 上下游水位，河床地質(zhì)條件，工程 總投資是否經(jīng)濟(jì)。底板高程高：閘室寬度大，兩岸連接建筑物相對較低。底板高程低：閘室q加大，加大消能防沖工程量；閘門高度增加，啟閉設(shè)備容量增加，基坑開挖增加。一般情況：攔河閘和沖砂閘：底板頂面與河底平齊。 進(jìn)水閘：底板頂面可以高一些，防推移質(zhì)泥砂進(jìn)入渠道。 閘孔總凈寬L0增大，q減小 閘孔總凈寬L0減小，q增大 這將直接影響消能防沖的工程量和工程造價 過閘水位差的選用:關(guān)系到上游淹沒和工程 造價, 平原地區(qū)，一般設(shè)計過閘水位差選用 0.1-0.3m 過水能力：與上下游水位、底板高程、閘孔 凈寬相互關(guān)聯(lián)，需對不同方案進(jìn) 行技術(shù)經(jīng)

7、濟(jì)比較后確定。（四）確定閘室單孔寬度和總長度（四）確定閘室單孔寬度和總長度 我國大中型水閘的單孔寬度一般采用8 12m。閘室總寬度L1=nL0+(n-1)d，其中，d為閘墩 厚度 閘室總寬度擬定后，尚需要考慮閘墩等的影響，進(jìn)一步驗算水閘的過水能力。從過水能力和消能防沖兩方面考慮，閘室總寬度應(yīng)與河道寬度相適應(yīng)。第三節(jié) 水閘的防滲排水設(shè)計水閘擋水，在閘基和邊墩、翼墻的背水側(cè)產(chǎn)生滲流。滲流不利的影響表現(xiàn)為： 1、對穩(wěn)定不利:閘室地基的抗滑穩(wěn)定不利； 翼墻、邊墩的側(cè)向穩(wěn)定不利 2、可造成管涌流土滲透變形 3、損失水量 4、使地基中可溶物質(zhì)加速溶解一、水閘的防滲透長度及地下輪廓線的布置（一）地下輪廓線：

8、 自鋪蓋前端開始，到排水前端為止，沿鋪 蓋、板框兩側(cè)、底板、護(hù)坦等與地基的接 觸線，稱地下輪廓線。即閘室滲流的第一根 流線，其長度即為水閘的防滲長度。 防滲長度的擬定：LC H C - 滲系數(shù)（J的倒數(shù)） 見書中表6-1 （均為反濾層情況） H 上下游水位差（二）地下輪廓線的布置 原則：上防下排 防滲：水平-鋪蓋 垂直-齒墻、板樁、防滲墻、灌漿 帷幕等。 下排：排水孔、減壓井等 具體做法： 1、粘土地基 2、砂性土 3、粉砂地基 4、有承壓水的地基二、滲流計算目的：求解滲流區(qū)域內(nèi)的滲透壓力，滲透坡 降，滲透流速及滲流量。（一）滲流的基本方程閘基滲流屬有壓滲流(土壩滲流為無壓滲流) 一般作為平面

9、的考慮基本假定：地基是均勻的，各向同性的； 滲水不可壓縮，符合達(dá)西定律。滲流的計算方法：1、流體力學(xué)法（精確）02222yhxh（laplace方程） 式中h為滲流水頭在某點的壓力水頭，系坐標(biāo)的函數(shù)。理論上只要滲流區(qū)域的邊界條件已知，即可根據(jù)拉氏方程求出任意一點的h值，亦可求出滲流場內(nèi)任意點的滲流要素，但實際邊界條件相當(dāng)復(fù)雜，難以求解。2、水力學(xué)解法（近似解） 直線比例法：勃萊法 萊茵法 阻力系數(shù)法Tlhkq kqkqTLh其中：q為單寬滲流量 h 為兩斷面水頭差 T 為土層厚度 K 為土壤滲透系數(shù) 為阻力系數(shù)流網(wǎng)法3、試驗法（比較精確）介紹直線比例法1）、勃萊法1910年，勃萊根據(jù)許多修建在

10、土基上的成功和失敗的低水頭閘壩觀測資料統(tǒng)計而得出。勃萊法假定：沿閘基滲透輪廓線單位長度消耗的水頭差相同，即滲透坡降是均勻的。 按直線比例求地下輪廓上各點的滲壓水頭hxLHhx 式中：H上下游水位差 L滲透長度x由下游逸出點算起求2）、萊茵法萊茵于1934年根據(jù)更多的實際工程資料認(rèn)為：沿閘基滲流輪廓線單位長度消耗的水頭并不相同，單位單位水平滲流消耗的水頭只為單位鉛直滲流的1/3。如全部折算為鉛直滲流，則折算后滲流長度L為 式中：L1鉛直滲流長度(含傾斜大于45的防滲體)L2水平滲流長度(含傾斜小于45的防滲體)在折算滲徑上,距逸出點為x處的滲壓水頭為2131LLLXLHhx 勃萊還提出了安全滲流

11、系數(shù)法.勃萊認(rèn)為:為防止閘基滲流破壞,L和H至少保持一定的比值,即 ，C為滲流系數(shù),依地基土壤性質(zhì)而定。CHL物理意義:只要沿地下輪廓的平均滲透坡降 小于允許的平均滲透坡降, 即可保證 地基的抗?jié)B穩(wěn)定。直線比例法的優(yōu)缺點 優(yōu)點：(1)計算簡單 (2)從大量實際資料中總結(jié)得出，經(jīng)過 長期實踐的檢驗； (3)理論上：地下輪廓線不是一般的流 線，它可能形成集中滲流的通道。 南科院調(diào)查資料表明：滲流出口和沿地下輪 廓線最容易發(fā)生滲透變形。 LHJw)1,1(cJJLHcJwww允允 缺點：(1)沿地下輪廓的滲壓水頭并不是直線 變化的（地質(zhì)不均一）； (2)出逸坡降與沿地下輪廓的平均（或 加權(quán)平均）滲透

12、坡降并不相同,J出逸 要大的多；滲透變形的審查-審查管涌、流土是否發(fā)生出逸坡降J出J允 發(fā)生現(xiàn)象解決方法對非粘性土 產(chǎn)生管涌1.出逸處設(shè)反濾層2.加深出逸前的齒墻或增設(shè)不長的板樁(降低J出)對粘土產(chǎn)生流土1.加大緊近齒墻的海漫厚度(壓重)2.加深齒墻或增設(shè)不長的板樁(降低J出)三、防滲及排水設(shè)備 防滲設(shè)備：鋪蓋、板樁、齒墻 排水設(shè)備：下游鋪設(shè)的砂礫石層(一)鋪蓋 作用:延長滲徑，降低閘底的滲透壓力，降低 滲透坡降 要求:(1)具有相對不透水性： （2）有一定的柔性-適應(yīng)地基的變形 （3）長度：多為閘上水頭的36倍。1.粘土和粘壤土鋪蓋 滲透系數(shù)： 長度：閘上水頭的2-4倍。 )(LHJ 100

13、01地基滲透系數(shù)鋪蓋滲透系數(shù) 厚度：由 確定，J材料的容許坡降（粘 土：48；壤土：35） 與底板的連接： 護(hù)面2.瀝青砼鋪蓋（缺少黏土料地區(qū)） 厚度： 與閘室底板的連接：連接處適當(dāng)加厚；接縫 為搭接3.鋼筋砼鋪蓋 缺少粘土料地區(qū)或兼作阻滑板 厚度：0.4m 與底板連接處加厚0.8 1.0m；并用沉降縫分開JH 分縫：順?biāo)鳌⒋怪彼骶挚p，間距15 20m，縫中設(shè)止水 配筋：雙向配構(gòu)造筋（二）板樁（垂直防滲） 板樁長度：透水層淺，用板樁截斷，并深入 不透水層至少1.0m； 透水層深，板樁深度一般為0.6 1.0倍水頭。板樁材料：木材、鋼材、鋼筋砼板樁與底板的連接形式：（1）板樁緊靠底板前緣，

14、頂寬嵌入黏土鋪 蓋一定深度（適用閘室沉降量大）； （2）板樁頂部嵌入底板底面特設(shè)的凹槽內(nèi)。 （適用閘室沉降量較?。ㄈX槽 上下游端一般設(shè)有淺齒墻：增強(qiáng)閘室穩(wěn)定， 延長滲徑（四）其他防滲設(shè)施 就地澆筑砼防滲墻；灌注式水泥砂漿帷幕； 高壓旋噴法構(gòu)筑防滲墻。（五）排水及反濾層第四節(jié) 水閘的消能防沖設(shè)計 水閘泄水，勢能轉(zhuǎn)為動能，而土質(zhì)河床抗沖 能力低，所以閘下沖刷 一種普遍現(xiàn)象，有害 的沖刷，必須防止；并不危及建筑物安全的 沖刷，一般說來是允許的。 發(fā)生沖刷的原因： 1、設(shè)計不當(dāng) 2、運用管理不善 保證水閘安全使用，防止有害沖刷 1、選用適且的最大過閘單寬流量 2、合理地進(jìn)行平面布置 3、采取合理

15、的消能，防沖設(shè)施（消能為主， 防沖為輔） 4、擬定合理的運行方式一、過閘水流的特點 初始泄流，閘下水深較淺，隨著閘門開度增 大而逐漸加深，閘下出流由孔流到堰流，由 自由出流到淹沒出流1、閘下易形成波狀水躍 形成原因：上下游水位差小，弗氏數(shù)較低 危害：無強(qiáng)烈的水躍旋滾，水面波動，消能 效果差，沖刷力強(qiáng)；水流處于急流， 不易擴(kuò)散，致使兩側(cè)產(chǎn)生回流，縮小 過流寬度,加大單寬流量，加劇沖刷。2、閘下易出現(xiàn)折沖水流 產(chǎn)生原因：平面布置，操作運行不當(dāng) 危害：水流集中，左沖右突，蜿蜒蛇行，掏 刷河床及岸坡，影響樞紐正常運行。 二、底流消能工設(shè)計 平原地區(qū)水閘，水頭低，下游水位變幅大， 一般都采用底流消能。

16、底流消能的水流條件： 設(shè)計消能工時，應(yīng)在（下泄流量）Qt（下 游水位）關(guān)系曲線上，繪制下泄流量與躍后 水深Qh”關(guān)系曲線,以便上下游水面銜接狀 態(tài)，選擇合理的消能方式。 h”-Q曲線與t-Q曲線重合(見圖258,a)。 表示在任何泄量下都能產(chǎn)生臨界水躍，因而 無需修建靜水池、消力坎等消能設(shè)施，只需 在水躍范圍內(nèi)設(shè)置護(hù)坦即可。顯然，這種情 況是非常理想的，在實踐中很少遇到。h”-Q曲線位于t-Q曲線之上(見圖258,b)。 表示在各種流量下，th”，將產(chǎn)生遠(yuǎn)驅(qū)水 躍。為了縮短保護(hù)河床的范圍，必須采取工 程措施，強(qiáng)迫水流產(chǎn)生臨近壩趾且稍有淹沒 的水躍，例如降低護(hù)坦高程，形成靜水池(見 圖259,a

17、)；ad若基巖開挖困難時，可修建 消力坎(見圖259,b)，使下游水位抬高；或 同時采用兩種措施形成綜合靜水池(見圖2 59,c)。h”-Q曲線位于t-Q曲線之下(見圖258,c)。 表示在各種流量下，th”，水躍將被尾水淹 沒而推向上游。當(dāng)淹沒度太大時,消能效果將 大為降低，甚至成為高速潛流,對下游相當(dāng)長 的一段河床產(chǎn)生沖刷。在這種情況下,除了采 用以后將要講到的消力戽消能外,可以采用傾 斜護(hù)坦。當(dāng)下游水位偏高時,水躍發(fā)生傾斜護(hù) 坦的首端；下游水位偏低時,水躍發(fā)生在傾斜 護(hù)坦的較后的一些位置（見圖261）。對于 傾斜護(hù)坦上水躍的水力計算目前沒有完善的 方法。圖258(d)所示情況，表示在小流

18、量QQk 時，th”，下游水深不足，產(chǎn)生遠(yuǎn)驅(qū)水躍； 在流量QQk時，th”，將產(chǎn)生淹沒水躍， 若淹沒度過大，可能形成高速潛流。在這種 情況下，可采取傾斜護(hù)坦和靜水池相結(jié)合的 消能設(shè)施。當(dāng)QQk時,使水躍發(fā)生在靜水池 中內(nèi)，當(dāng)QQk時,水躍產(chǎn)生在靜水池前端的 護(hù)坦上。圖258(e)所示情況，與情況4正好相反， 這時可按最大流量設(shè)計靜水池，小流量時產(chǎn) 生淹沒水躍。（一）底流消能工的布置 底流消能工的作用：在閘下產(chǎn)生一定淹沒度 的水躍，來保護(hù)水躍范圍內(nèi)的河床。 淹沒度1.051.10較為適宜，淹沒度過小，水躍不穩(wěn)定；淹沒度過大：水舌潛入底層，消能效果反而減小。消力池的形式主要受躍后水深相對關(guān)系的制約

19、1、降低護(hù)坦高程形成消力池：尾水深小于躍 后水深1.01.5m時2、消力坎（或補助消能工）尾水深約略等于 躍后水深時3、綜合式消力池：尾水深小于躍后水深1.5- 3m時4、多級消能：尾水深小于躍后水深3m 以上時布置形式：池底與閘室底板之間用1:3、1:4的斜坡相連接 閘室平臺小檻-防止波狀水躍消力池前端設(shè)散流墩防止產(chǎn)生折沖水流消力池末端一般布置尾檻，作用：調(diào)整流速分布 減小出池水流的底部流速，且在檻后 產(chǎn)生小規(guī)模軸旋流 利于平面擴(kuò)散和削減下游邊側(cè)回流。（二）消力池的深度、長度、底板護(hù)坦）厚度的確定1.深度： 設(shè)計時，選擇幾個徑流量分別計算躍后水 深，以其與時間尾水深相比較，選的最不利 情況（

20、差值最大）對應(yīng)的流量作為確定消力 池深的設(shè)計流量。 水躍的起點位于:消力池的上游端 斜坡段的坡腳附近2.長度 計算 平底 斜坡加平底 大型水閘應(yīng)進(jìn)行水工模型試驗3.消力池底板厚度： 見重力坎、底流消能部分（三）輔助消能工 作用：使水流受阻，在墩后形成渦流，加強(qiáng) 水躍中的紊流擴(kuò)散，從而達(dá)到，穩(wěn)定水 躍；減小消力池深，縮短池長。位置：消力池前部：消能作用較大，易發(fā)生空 蝕，沖擊力大；消力池后部：消能作用 較小，不易發(fā)生空蝕，改善水流（四）消力池的構(gòu)造 1、砼 2、配鋼筋 3、齒墻：增加抗滑穩(wěn)定性 4、排水孔：水平段的后半部分 5、反濾層 6、沉降縫三、海漫 作用：防沖加固，使水流均勻擴(kuò)散，調(diào)整流

21、速分布。 海漫的布置與構(gòu)造 水平段：長度510m，頂部高程 緩坡段：1：10的斜坡 設(shè)計要求：具有一定的粗糙度 具有一定的透水性 具有一定的柔性 常用的結(jié)構(gòu)形式：（1）干砌石 （2）漿砌石 （3）砼板 （4）鋼筋砼板 （5）其他形式（二）、海漫長度進(jìn)行計算根據(jù)公式：HqkL2范圍內(nèi)適用于91Hq四、防沖槽及末端加固作用：保護(hù)海漫末端。防沖槽防沖墻：包括齒墻、板樁、沉井等形式五、翼墻與護(hù)坡第五節(jié) 閘室的布置和構(gòu)造一、底板 按形狀分：有水平底板、低實用堰底板（上 游水位高，流量又受限制）。 河寬、孔多。需用橫縫將閘室分成若干閘段（每個閘段可分為一孔、兩孔、三孔） 按底板與閘墩的聯(lián)接方式分:整體式、

22、分離式 1、整體式： 閘底板與閘墩澆筑成整體，墩中分縫。（也 有閘室底板中間分縫的） 底板形式 ：kpa40-30較差，箱式底板：地基承載力實心底板2、分離式 單孔底板上設(shè)雙縫，將底板與閘墩分開 適用：堅基，緊密的地基上，不會產(chǎn)生不均 勻沉降。 底板順?biāo)鞣较虻拈L度：滿足上部結(jié)構(gòu)布 置，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和抗滑穩(wěn)定要求。二、閘墩（見重力壩）三、閘門檢修門平門位置：上游側(cè)工作門位置：上游側(cè) 下游側(cè)（利用水重幫助閘室穩(wěn)定）閘門頂部高程：應(yīng)高于可能最高蓄水位。四、胸墻 固定式、活動式五、交通橋及工作橋穩(wěn)定（葛洲壩），利用水重，幫助閘室有時設(shè)在水閘上游一側(cè)一般設(shè)在水閘下游一側(cè)交通橋 工作橋：安裝啟閉設(shè)備六、分縫

23、方式及止水設(shè)備第六節(jié) 閘室穩(wěn)定分析、沉降校核及地基處理一、閘室穩(wěn)定分析 閘室應(yīng)在任何情況下（施工、竣工、運用、 檢修）都是穩(wěn)定的。1、竣工期（地基受到的壓力最大）（1）沉陷問題：a、過大的（均勻）沉陷堰 頂高程降低，達(dá)不到設(shè)計要求； b、不均勻沉陷：閘頂傾斜，甚至斷裂（2）壓力過大：地基受到壓力過大，結(jié)構(gòu)受 到破壞，失去穩(wěn)定性。2、運用期（或檢修期）同時受到重力和水平 力的作用 a、表面滑動:當(dāng)?shù)装迮c地基之間垂直壓應(yīng)力 較小時，在水平推力作用下,閘室底板有 可能沿地基表面發(fā)生滑動，稱為表面滑動。 b、深層滑動：當(dāng)作用與地基上的鉛直荷載較 大時，可能連同一部分地基土體一起滑 動，稱為深層滑動 計

24、算取一個閘室單元為驗算對象（以縫為 界，單元可能是一孔、兩孔、三孔）。（一）荷載及其組合 閘室所受的主要荷載:自重,水重,水平水壓 力,揚壓力,波浪壓力,地震力,泥沙壓力。 1、地震力:按擬靜力法計算 2、浪壓力:波浪要素（波高、波長、周期）確定后,按重力壩部分所講公式進(jìn)行 3、水平水壓力 P1P3hahb止水a(chǎn)bP5P6cd止水W浮W滲P2P4砼鋪蓋： b、d點的水平水壓力強(qiáng)，分別等于該點的揚 壓力強(qiáng)度（浮托力+滲透壓力） a、b點之間按直線變化 止水片底部a點的水壓力強(qiáng)度abhhhPbaaa，閘室所受的主要荷載:自重,水重,水平水壓力,揚壓力,波浪壓力,地震力,泥沙壓力。 1、地震力:按擬

25、靜力法計算 2、浪壓力:波浪要素（波高、波長、周期） 確定后,按重力壩部分所講公式進(jìn)行。 3、水平水壓力 1ba,Hpcdhhabmbhadcb黏土鋪蓋：同理：點間的鉛直距離兩為）：點的揚壓力水頭（單位為二、閘室的穩(wěn)定性及其安全指標(biāo) 閘室穩(wěn)定性所包含的內(nèi)容： 1、不致于沿地基面或深層滑動 2、不發(fā)生明顯的傾斜 3、平均基底壓力不大于地基的容許承載力 地基反力分布的不均勻程度（閘室上、下游 端地基反力的比值），值越大，沉 降差越大，閘室的傾斜度也越大三、計算方法點的揚壓力水頭為bhhpbbbminmax三、計算方法 1、驗算閘室基底壓力ABWAwm6maxln對稱閘孔： 受力不對稱的閘孔:按雙向

26、偏心受壓公式計算 2、驗算閘室的抗滑穩(wěn)定 閘室產(chǎn)生平面滑動或深層滑動的判別 u=AbBtg+2C（1+tg）（1）當(dāng)閘底最大壓應(yīng)力max小于u，可只做 平面滑動驗算（2）當(dāng)閘底最大壓應(yīng)力max大于u，需作深 層滑動核算 計算平面滑動的公式 摩擦公式： 抗剪斷公式： 抗滑穩(wěn)定計算的關(guān)鍵,在于合理選用f,0,c0 提高表層抗滑穩(wěn)定的措施：（1）將高水位一側(cè)的防滲鋪蓋適當(dāng)延長，或 將低水位一側(cè)的排水設(shè)備適當(dāng)向高水位 一側(cè)延伸，以減小作用在底板上的滲透 壓力。（2）將閘室位置適當(dāng)移向低水位一側(cè)，利用 水重。 pwfKcpAcwtgKc00 （3）適當(dāng)增加齒墻深度，以提高抗滑力。 （4）利用高水位一側(cè)的

27、混凝土鋪蓋作為阻滑 板。（用鋼筋和閘室底板連接起來） 計算公式： 式中：0.8考慮土壤變形及連接鋼筋拉伸變 形等因素。3、驗算閘基的整體穩(wěn)定（1）在豎向荷載作用下的地基承載力 按水閘設(shè)計規(guī)范（SD133-84）給定 的公式計算。（2）在豎向荷載和水平荷載共同作用下，地 基承載力按（625）式核算。 )(8 . 021UWWfS四、沉降校核土基壓縮變形大均勻沉降:建筑物頂部高程降低,影響正常運行不均勻沉降：閘室傾斜、裂縫、止水破壞。計算沉降的方法：采用分層總和法。沉陷允許值：最大沉降允許值：10-15cm； 最大沉降差值：3-5cm。減少不均勻沉降的措施： （1）盡量使相鄰建筑物重量差不要過大，

28、重 量大的建筑物先施工,使地基先行預(yù)壓。（2）布置要勻稱,使 不超過規(guī)定的數(shù)值。（3）分塊不宜過大，沉降縫的止水設(shè)應(yīng)能適minmax 應(yīng)地基的不均勻沉陷的要求。（4）進(jìn)行必要的地基處理。五、地基處理根據(jù)工程實踐： 粘性土貫入擊數(shù)5 砂性土貫入擊數(shù)8可不做地基處理直接建閘.常用的處理方法：（一）預(yù)壓加固（二）換土墊層適用情況:軟弱粘性土薄層、淺表-全部挖除通常采用砂墊層、壤土墊層墊層作用:(1)墊層使應(yīng)力擴(kuò)散，提高地基的穩(wěn) 定性。 (2)減小地基沉降量 (3)具有良好的排水作用，有利于軟 土地基加速固結(jié)。設(shè)計內(nèi)容：換砂厚度、寬度、材料、級配等。（三）樁基礎(chǔ) 當(dāng)水閘上部結(jié)構(gòu)重量大，不宜采用上述方法

29、 的，可參考樁基。 從施工角度來分：預(yù)制樁、鉆孔灌注樁 受力特點來分：支撐樁-軟土、淺層 摩擦樁-土層很厚優(yōu)點：大大提高地基的承載力缺點：底板與土層分離（四）沉井基礎(chǔ)適用條件：閘下有較厚的軟土層，要求閘的基 礎(chǔ)埋置較深。不適用于閘基下有流 沙、蠻石或表面傾斜較大的巖層。沉井是一種筒狀結(jié)構(gòu)物，可用漿砌石、砼或鋼筋砼制成。沉井平面尺寸視上部結(jié)構(gòu)而定，一般只要略大于上部結(jié)構(gòu)的尺寸即可。沉井的接縫應(yīng)置于閘的沉降縫之下，使上部結(jié)構(gòu)能夠適應(yīng)下部基礎(chǔ)的沉降。（五）振沖砂石樁（六）強(qiáng)夯法（七）爆炸法（八）高速旋噴法。第七節(jié) 閘室的結(jié)構(gòu)計算整體計算：用有限元法分解成若干部件：閘室為空間結(jié)構(gòu)，受力復(fù)雜，為簡化計算

30、一般將它分解為若干部件(如閘墩、底板、胸墻、橋梁等)分別單獨計算，在單獨計算時，應(yīng)考慮它們之間的相互作用。一、底板的結(jié)構(gòu)計算（一）整體式平底板底板支撐在地基上，因其平面尺寸遠(yuǎn)較厚度為大，可視為地基上的一塊板，受力情況比較復(fù)雜。目前又只能采用近似的計算方法進(jìn)行強(qiáng)度分析。不同的地基情況采用不同的計算方法相對緊密度Dr0.5采用：彈性地基梁法相對緊密度Dr 0.5非粘性土地基采用：反力直線分布法小型水閘采用：倒置梁法1.彈性地基梁法所謂彈性地基梁法：認(rèn)為梁與地基都是彈性體，梁臥置于彈性地基上，梁受荷載發(fā)生彎曲變形，地基受壓產(chǎn)生沉降，而梁與地基緊密接觸，所以他們的變形和沉降是相等的，根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件和

31、靜力平衡條件，確定地基反力及梁的內(nèi)力。土層厚薄不同計算方法有別：土層厚 2T/L2.0視為半無限深彈性地院基梁郭氏法土層中厚0.252T/L2.0有限深彈性地基梁鏈桿法（有限差分法）土層薄 2T/L0.25淺層文克爾假定這里只介紹常用的半無限彈性體、彈性地基梁法。（原理見結(jié)構(gòu)力學(xué)）半無限彈性體彈性地基梁法計算步驟（1）用偏心受壓公式計算閘底縱向（順?biāo)?方向）的地基反力。 A-閘室基地面的面積 B-閘室底板的長度（2）計算板條及墩條上的不平衡剪力。 由于閘門上下游水位差較大，故以閘門為 界，將閘室分為兩段，分別在兩段的中央取 一單寬板條進(jìn)行分析和計算。 作用在板條及墩條上的作用力見下圖： AB

32、wAw6maxmin由于閘室上的荷載沿水流方向是有突變的（工作橋設(shè)備等只是在閘頂某一局部），而Bb1b2上游段下游段閘門Q1Q21.01.0d2d1d2G2/b2縫墩Lq (底板重)q (水重)q (揚壓力)q (平均地基反力)G1/b2G2/b2中墩縫墩1234由于閘室上的荷載沿水流方向是有突變的（工作橋設(shè)備等只是在閘頂某一局部），而地基反力是連續(xù)變化的，故作用在板條和墩條上的力是不平衡的，在墩條和板條的兩側(cè)必然作用有剪力Q1和Q2，并由Q1和Q2的差值來維持板條及墩條上力的平衡，差值Q = Q1 Q2，稱為不平衡剪力。以下游段為例說明Q0)(243212221LqqqqQbGbG由上式可求

33、出Q，若Q為正，其方向向下若Q為負(fù)，其方向向上 。（3）閘墩及底板的不平衡剪力分配。分配原則：Q 由閘墩及底板共同承擔(dān)、各自承擔(dān)的數(shù)值，可根據(jù)剪應(yīng)力分布圖面積按比例確定。（需繪剪應(yīng)力分布圖）對于簡單的板條及墩條截面，可直接應(yīng)用積分法求得。由材料力學(xué)可知，截面上的剪應(yīng)力Ty為SbJQTy式中：J-截面慣性矩， S-計算截面以下（外）的面積對全截面形心軸的面積矩， b-截面在y處的寬度，底板處b=L，閘墩處b=d1+d2m則板條上的不平衡剪力Q板一般情況，不平衡剪力的分配比例是： 底板約為 1015% 閘墩約為 8590%（4）計算基礎(chǔ)梁上的荷載EFefefySdyJQLdyJLQsLdyQ板板墩

34、QQQffeeJQdyyeyLyeJQef32331322)2()(分配給閘墩的不平衡剪力作為梁的集中力 中墩集中力：縫墩集中力：分配給底板上的不平衡剪力化作均布荷載, 與其他荷載合并。)2(121211dddQbGP墩)2(122222dddQbGP墩LQqqqq板321底板自重q1的取值：粘性土地基：計算中可取底板自重的50-100%砂性土地基：底板對地基影響不大，在計算中可以不計。（5）考慮邊荷載的影響定義：邊荷載是指計算閘段底板兩側(cè)的閘室或邊墩背后回填土及岸墻作用于計算閘段上的荷載。影響：邊荷載對底板內(nèi)力的影響，與地基土質(zhì)、作用的荷載、荷載的施加程序有關(guān)。但施工情況十分復(fù)雜，在實際工程

35、中，一般按下述原則考慮：1）修建計算閘孔段之前，兩邊相鄰閘孔已經(jīng)完建的情況；如由于邊荷載的作用減小了底板內(nèi)力，則邊荷載的影響不予考慮。如果由于邊荷載的作用增加了底板內(nèi)力，此時在沙土地基中50%的影響，在黏土地基中則中則要考慮100%的影響。2）計算閘孔先建，相鄰閘孔為后建的情況，由于邊荷載使低板內(nèi)力增加時，必須考慮100%的影響，如由于邊荷載作用使底板內(nèi)力減小時，則在沙土地基中50%的影響，在黏土地基中不考慮其影響。邊荷載影響范圍的確定：如果邊荷載的分布范圍較大，一般可只取等于基礎(chǔ)梁的計算長度2L（一個閘室單元的長度）范圍內(nèi)的邊荷載來計算就夠了。計算：查邊荷載計算表（6）地基反力及梁的內(nèi)力計算

36、當(dāng)?shù)鼗旱暮奢d確定后，根據(jù)2T/L鑒別所需的計算方式以下是彈性地基梁郭氏法的計算步驟：1）首先確定基礎(chǔ)梁的柔性指數(shù)t（反映梁和地基相對柔軟程度的系數(shù)） 30)(10hLEEt 式中：E0- 地基的壓縮摸量 E - 梁的彈性摸量 L - 梁長的一半 H - 梁的高度根據(jù)不同的t值查看相應(yīng)的郭氏表，當(dāng)計算所得t值在表中不能直接查得時，可用與該t值相近的表格，而無須進(jìn)行內(nèi)插。2）當(dāng)梁上受到若干個荷載時,可分別計算,然后進(jìn)行迭加,即可求得地基反力或梁的內(nèi)力。內(nèi)力：底板的剪應(yīng)力（主拉應(yīng)力）都較小， 可不計算，主要計算M。（7）配筋 畫出M包絡(luò)圖 竣工，正常擋水 設(shè)計，校核 根據(jù)M圖配筋2、反力直線分布法

37、假定：地基反力在垂直水流流向均勻分布， 順?biāo)鞣矫姘粗本€分布。計算步驟：（1）用偏心受壓公式計算閘底縱向地基反力（2）確定單寬板條及墩條上的不平衡剪力（3）將不平衡剪力在閘墩和底板上進(jìn)地分配（4）計算作用在底板梁上的荷載（5）按靜定結(jié)構(gòu)計算底板內(nèi)力優(yōu)點：計算簡便缺點：（1）沒有考慮底板與地基間的變形 協(xié)調(diào)條件 （2）假定橫向地基反力均勻分布與實 際情況不符3、倒置梁法將閘墩當(dāng)作底板的支座，其它假定同上。 （二）其它型式的底板分離式底板的閘孔中間部分一般不進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算。整體式灌注樁基，僅地基反力由樁承擔(dān)，其余計算同上。二、閘墩的結(jié)構(gòu)計算（見圖636）假定：閘墩作為固接于底板上的懸臂結(jié)構(gòu)計算內(nèi)容：a、閘墩應(yīng)力 b、平面閘門槽應(yīng)力 c、孤形閘門支座的應(yīng)力計算。（一）平面閘門閘墩計算內(nèi)容：（1）驗算水平截面（主要是墩 底）應(yīng)力(因為墩底應(yīng)力最大)； （2）門槽應(yīng)力。驗算情況：A、運行期：（1）閘門全部關(guān)閉； （2）一孔全開泄流，鄰孔關(guān)閉 或局部開啟B、檢修期：一孔檢修，鄰孔運行。1.閘墩水平截面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力1）正應(yīng)力yIMxIMAWyyxx式中： -計算截面以上各力對截yxMM.面以上各力對