水利工程之水閘

1、水閘概述水閘的類型水閘的組成及構造水閘的孔口尺寸閘室的安全和地基處理消能防沖閘下防滲與閘室結構兩岸連接建筑物其他閘壩建筑物概述所謂水閘，就是修建在河道、渠道或湖、?？?，利用閘門控制流量和調節(jié)水位的水工建筑物。 中國修建水閘的歷史悠久。公元前598前591年,楚令尹孫叔敖在今安徽省壽縣建芍陂灌區(qū)時,即設五個閘門引水。以后隨建閘技術的提高和建筑材料新品種的出現，水閘建設也日益增多。1949年后大規(guī)?，F代化水閘的建設,在中國普遍興起,并積累了豐富的經驗。 水閘是調節(jié)水位、控制流量的低水頭水工建筑物，主要依靠閘門控制水流，具有擋水和泄（引）水的雙重功能，關閉閘門，可以攔洪、擋潮、抬高水位，以滿足上游取

2、水或通航的需要；開啟閘門，可以泄洪、排澇、沖沙、取水或根據下游用水需要調節(jié)流量。水閘多建在平原地區(qū)，其功能是兼顧防洪、取水、排水、航運和發(fā)電，是綜合水利工程。水閘的類型1.按水閘所承擔的任務分類按水閘所承擔的任務分類:節(jié)制閘、進水閘、分洪閘、排水閘、擋潮閘、排沙閘、排冰閘、排污閘等。如圖節(jié)制閘（或攔河閘）：攔河或在渠道上建造?？菟谟靡詳r截河道，抬高水位，以利上游取水或航運要求；洪水期則開閘泄洪，控制下泄流量。位于河道上的節(jié)制閘稱為攔河閘。進水閘：建在河道、水庫或湖泊的岸邊，用來控制引水流量，以滿足灌溉、發(fā)電或供水的需要。進水閘又稱取水閘或渠首閘。分洪閘：常建于河道的一側，用來將超過下游河道安

3、全泄量的洪水泄入預定的湖泊、洼地，及時削減洪峰，保證下游河道的安全。排水閘：常建于江河沿岸，外河水位上漲時關閘以防外水倒灌，外河水位下降時開閘排水，排除兩岸低洼地區(qū)的澇漬。該閘具有雙向擋水，有時雙向過流的特點。擋潮閘：建在入海河口附近，漲潮時關閘不使海水沿河上溯，退潮時開閘泄水。擋潮閘具有雙向擋水的特點。排沙閘、排冰閘、排污閘：為排除泥沙、冰塊、漂浮物等而設置的。2.按閘室結構形式分類按閘室結構形式分類開敞式水閘：閘室上面不填土封閉的水閘。一般有泄洪、排水、過木等要求時，多采用不帶胸墻的開敞式水閘，多用于攔河閘、排冰閘等；當上游水位變幅大，而下泄流量又有限制時，為避免閘門過高，常采用帶胸墻的開

4、敞式水閘，如進水閘、排水閘、擋潮閘多用這種形式。涵洞式水閘：閘（洞）身上面填土封閉的水閘，又稱封閉式水閘。涵洞式水閘常用于穿堤取水或排水的水閘。洞內水流可以是有壓的或者是無壓的。水閘的組成及構造水閘的主體是閘室。此外，閘室上，下游都需要有連接段與河道連接。如圖1閘室底板 2閘墩 3胸墻 4閘門 5工作橋 6交通橋 7堤頂 8上游翼墻 9下游翼墻 10護坦 11排水孔 12消力坎 13海漫 14下游防沖槽 15上游防沖槽 16上游護底 17上、下游護坡。1.上游聯(lián)接段：上游聯(lián)接段：主要作用是引導水流平穩(wěn)地進入閘室，同時起防沖、防滲、擋土等作用。一般包括上游翼墻、鋪蓋、護底、兩岸護坡及上游防沖槽等

5、。上游翼墻的作用是引導水流平順地進入閘孔并起側向防滲作用。鋪蓋主要起防滲作用，其表面應滿足抗沖要求。護坡、護底和上游防沖槽（齒墻）是保護兩岸土質、河床及鋪蓋頭部不受沖刷。2.閘室段：閘室段：是水閘的主體部分，通常包括底板 、閘墩、閘門、胸墻 、工作橋及交通橋等。底板是閘室的基礎，承受閘室全部荷載，并較均勻地傳給地基，此外 ，還有防沖、防滲等作用。閘墩的作用是分隔閘孔并支承閘門、工作橋等上部結構。閘門的作用是擋水和控制下泄水流。工作橋供安置啟閉機和工作人員操作之用。交通橋的作用是連接兩岸交通。3.下游聯(lián)接段：下游聯(lián)接段：具有消能和擴散水流的作用。一般包括護坦、海漫、下游防沖槽、下游翼墻及護坡等。

6、下游翼墻引導水流均勻擴散兼有防沖及側向防滲等作用。護坦具有消能防沖作用。海漫的作用是進一步消除護坦出流的剩余動能、擴散水流、調整流速分布、防止河床受沖。下游防沖槽是海漫末端的防護設施，避免沖刷向上游擴展。水閘的孔口尺寸1.概述：水閘的孔口尺寸主要是指確定水閘在垂直水流方向的孔口寬度，包括單孔凈寬b、孔口數量n閘墩厚度b。水閘的過流前緣總寬度B=nb+（n-1）b，孔口過流凈寬度B=nb。水閘孔口尺寸的大小應該滿足其承擔的任務。即，水閘應該有足夠的過流能力。為了減少工程量，在滿足工程任務的前提下，水閘總是盡可能減少垂直水流方向的閘室寬度。2.水閘孔口設計的主要內容水閘孔口設計的主要內容確定閘孔型

7、式擬定閘底板高程（即堰頂高程）計算孔口尺寸及溢流前沿總寬泄流能力驗算.水閘的閘孔型式（開敞式）水閘的閘孔型式（開敞式）根據水流流態(tài)分 : 堰流式,孔流式圖9-5 堰流式閘孔 圖9-6 孔流式閘孔根據結構型式分（1）寬頂堰：2.5H堰頂厚度4H或無坎，常用于平原地區(qū)，自由泄流范圍大且穩(wěn)定；施工簡單；流量系數m較小，易產生波狀水躍。 （2）實用堰：0.67H堰頂厚度2.5H，常用于上游水位允許有較大雍高的山區(qū)，自由泄流時流量系數m較大，流量Q受下游水位影響較大。（3）胸墻式：用于上游水位變幅較大時；可減小閘門及工作橋高度，增加閘室剛度；不利于排冰排污和通航。 閘室的安全和地基處理閘室安全問題包括沿

8、閘底板平面的抗滑穩(wěn)定、地基承載里和不均勻沉降。水閘基礎分為粘性土和砂性土。砂性土地基的承載力和抗摩擦習俗一般能滿足要求，地基處理的重點是解決閘下防滲問題。粘性土地基，包括淤泥、軟粘土，地基處理的重點是加速固結，提高承載力和抗摩擦系數。軟土地基有以下的幾種處理方法：換土墊層強夯法沉井法預壓加固振沖樁法樁基礎高壓旋噴灌漿法消能防沖水閘泄水時，部分勢能轉為動能，流速增大，具有較強的沖刷能力，而土質河床一般抗沖能力較低。因此，為了保證水閘的安全運行，必須采取適當的消能防沖措施。要設計好水閘的消能防沖措施，應先了解過閘水流的特點，進而采取妥善的防范措施。水閘開閘泄水時，下游河道都會被沖刷，其原因很多：1

9、.過閘水流經過閘孔被縮窄，水流流速增大，加大了沖刷的條件。2.水閘流量比較集中，單寬流量加大，在上下游有較大水差的情況下，過閘水流有較大的功能，加大了河道沖刷。3.平原河道的河床土質較差，容易被水流沖刷。4.水閘設計總體平面布置不合理或閘門操作控制不當引起水流有害的沖刷。水流的主要特征有波狀水流和折沖水流，其對河道沖刷嚴重。防沖要求防沖要求u要選擇合理的消能防沖措施，并與下游要選擇合理的消能防沖措施，并與下游河道有良好的銜接，滿足在各種水力情河道有良好的銜接，滿足在各種水力情況下消散動能與均勻擴散水流的要求。況下消散動能與均勻擴散水流的要求。u合理布置水閘總體平面，以利于水流擴合理布置水閘總體

10、平面，以利于水流擴散，避免或減輕回流的影響。散，避免或減輕回流的影響。u制定合理的閘門操作調度制度，杜絕人制定合理的閘門操作調度制度，杜絕人為不當操作。為不當操作。水閘的消能防沖措施包括：選擇合適的過閘單寬流量；選擇合理的消能方式及措施，采取必要的防沖措施。水閘的消能防沖措施主要由建在閘室下游的消力池、輔助消能工、海漫、防沖漕及下游翼墻組成。1.水閘的消能方式：底流消能是一種通過在閘下產生一定淹沒度的水躍來保護河床免遭沖刷的消能方式。2.消力池：消力池的作用是增加下游水深，保證水流形成淹沒式水躍，以達到消能的目的。3.輔助消能工：除設消力池外，在消力池中還可設消力齒、消力墩等輔助消能工。4.海

11、漫 緊接消力池后，應設海漫護底，并進一步消減余能，使水流均勻擴散，調整流速分布，保護河床免受沖刷。5.防沖漕及防沖墻：為了保護河漫，防止沖刷向上游擴張，常在海漫末端設置防沖漕或是防沖墻加固。6.護底與護坡：在上下游連接段多采用砌石護底、護坡。7.波狀水躍、折沖水躍水流的防治措施。8.閘門控制調度方案：設計工程師設計水閘，要根據水力設計調試結果或水工模型試驗成果，制定閘門方式，規(guī)定閘門的啟閉順序和開度，嚴格操作。閘下防滲與閘室結構水閘的防滲排水設施。水閘的防滲設施主要是水閘的防滲排水設施。水閘的防滲設施主要是指在水閘中起到防滲作用的水平防滲體（如鋪指在水閘中起到防滲作用的水平防滲體（如鋪蓋）、垂

12、直防滲體（如板樁、防滲墻和齒墻）蓋）、垂直防滲體（如板樁、防滲墻和齒墻）等，排水設施主要是指鋪設在下游護坦、漿砌等，排水設施主要是指鋪設在下游護坦、漿砌石海漫底部或閘室板下游段起導滲（反濾、排石海漫底部或閘室板下游段起導滲（反濾、排水）作用的沙礫石層。水）作用的沙礫石層。防滲排水設施的布置形式，都是以承受單向水防滲排水設施的布置形式，都是以承受單向水流的水閘來進行布置的。對于平原地區(qū)的排水流的水閘來進行布置的。對于平原地區(qū)的排水閘及海邊的擋潮閘，一般是雙向過水的水閘，閘及海邊的擋潮閘，一般是雙向過水的水閘，應以水位差較大的一向為主進行雙向防滲排水應以水位差較大的一向為主進行雙向防滲排水設施。設

13、施。水閘的防滲設施有：u1.水平鋪蓋：鋪蓋是工程中最常見的水平防滲設施，一般是平鋪布置在緊靠閘室上游的河床上，它不能阻止?jié)B流在閘基下通過，但它可以延長滲徑，用以降低滲透壓力和滲流坡降，同時具有防沖作用。u2.板樁：板樁是垂直防滲的措施之一，一般設置在閘底板的上游端，將板樁并排打入閘基形成一道防滲墻，在垂直方向延長滲徑。垂直防滲的效果比水平防滲效果好。u3.地下防滲墻：是一種不用模板在地下建造的防滲墻，具有截水、防滲、承重和擋土的多種作用，其優(yōu)點是整體性好，防滲效果好、適用各種地質條件、對沉降及變位易于控制，缺點是挖槽的廢泥漿污染環(huán)境，可能引起槽壁坍塌、造價高。u4.齒墻：齒墻一般設置在閘室底板

14、的上、下游端，齒墻深度一般為0.52.0m。上游齒墻的作用是降低在閘底板上的滲透壓力，下游端齒墻是減少出逸坡降，有助于防止地基土產生滲透變形。u5.垂直土工膜：是一種垂直防滲的設施之一。閘室是水閘的主體部分。開敞式水閘閘室由底板、閘墩、閘門、工作橋和交通橋等組成，有的還設有胸墻。閘室的結構形式、布置和構造，應在保證穩(wěn)定的前提下，盡量做到輕型化、整體性好、剛性大、布置勻稱，并進行合理的分縫分塊，使作用在地基單位面積上的荷載較小，較均勻，并能適應地基可能的沉降變形。兩岸連接建筑物水閘的岸墻和翼墻通常稱為兩岸連接建筑物。當水閘與河岸或土壩等連接時，需設置這種專門的連接建筑物。直接擋住河道兩岸坡填土的

15、擋土墻叫翼墻，在水閘邊墩之后的擋土墻叫岸墻。其作用如下：1.擋住兩岸坡的填土，保證河岸填土的穩(wěn)定及免遭受河流的沖刷。2.引導水流平順進閘，并使出閘水流均勻擴散。3.控制繞過閘室兩側的滲流，防止兩岸土壤或土壩發(fā)生滲流變形。4.軟弱地基上的岸墻可以減少兩岸地基沉降對閘室結構的不利影響。其他閘壩建筑物在低水頭的閘壩工程中，除了普通水閘外，還在低水頭的閘壩工程中，除了普通水閘外，還有其他類型的水壩。例如橡膠壩。有其他類型的水壩。例如橡膠壩。橡膠壩，又稱橡膠水閘，是用高強度合成纖維橡膠壩，又稱橡膠水閘，是用高強度合成纖維織物做受力骨架，內外涂敷橡膠作保護層，加織物做受力骨架，內外涂敷橡膠作保護層，加工成膠布，再將其錨固于底板上成封閉狀的壩工成膠布，再將其錨固于底板上成封閉狀的壩袋，通過充排管路用水（氣）將其充脹形成的袋，通過充排管路用水（氣）將其充脹形成的袋式擋水壩。壩頂可以溢流，并可根據需要調袋式擋水壩。壩頂可以溢流，并可根據需要調節(jié)壩高，控制上游水位，以發(fā)揮灌溉、發(fā)電、