水閘閘室的布置與構(gòu)造

1、水閘閘室的布置與構(gòu)造閘室是水閘的主體部分，由底板、閘墩、閘門(mén)、工作橋及交通橋等部分組成，有許多水閘還設(shè)有胸墻。1底板按底板與閘墩連接方式的不同，底板可分為整體式及分離式（圖7-29）兩種。按底板結(jié)構(gòu)形式的不同，主要分為平底板圖7-5（a）、低堰式圖7-5（b）、以及折線(xiàn)底板等，工程中使用最多的是整體式平底板。 圖 7-29 底板與閘墩的連接方式（a）整體式；（b）分離式1. 整體式平底板當(dāng)平底板與閘墩連成整體時(shí)，這種底板稱(chēng)為整體式平底板。它是閘室的基礎(chǔ)部分，能把上部結(jié)構(gòu)的重力及荷載傳給地基，并有防沖及防滲作用。底板長(zhǎng)度（順?biāo)鞣较颍?yīng)根據(jù)閘室地基條件和結(jié)構(gòu)布置要求，以滿(mǎn)足閘室整體穩(wěn)定和地基允許

2、承載力為原則，進(jìn)行綜合分析確定。初擬底板長(zhǎng)度時(shí)，除滿(mǎn)足閘室上部結(jié)構(gòu)布置的要求外，還可參考以下兩種經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選用：約為上游水深的1.52.5倍，堅(jiān)實(shí)地基取下限值，松散地基取上限值；約為上、下游最大水位差的1.54.5倍，在相同的情況下，砂土地基L稍小些，黏土地基稍大些。底板厚度必須滿(mǎn)足強(qiáng)度和剛度要求。閘室底板通常是等厚度的，也可以采用變厚度，后者在地基較堅(jiān)實(shí)的情況下，有利于改善底板的受力條件，例如加大閘墩墩基部位的厚度，減小跨中部位的厚度。對(duì)于大、中型水閘，閘室平底板厚度可以取閘孔凈寬的1/61/8，一般為1.02.0m，最薄也不宜小于0.7m。在底板上、下游兩端一般均設(shè)有淺齒墻，深度為0.51.

3、5m，以增加閘室的穩(wěn)定性和延長(zhǎng)防滲長(zhǎng)度。底板混凝土應(yīng)滿(mǎn)足強(qiáng)度、抗?jié)B及防沖等要求，其強(qiáng)度等級(jí)常用C20C25。整體式平底板抗震性能較好，根據(jù)遼南地震調(diào)查，黑魚(yú)溝水閘及虎茬水閘均為鋼筋混凝土整體式平底板，經(jīng)強(qiáng)烈地震后仍保持完整，并能繼續(xù)正常運(yùn)用。當(dāng)?shù)鼗^差時(shí)，如承載能力只有3040kN/m2時(shí)，則需考慮減輕底板及其上部結(jié)構(gòu)的重力或加大底板長(zhǎng)度。有的水閘采用空箱式底板（圖7-30），箱式平底板具有很好的整體性，對(duì)地基不均勻沉降的適應(yīng)性和抗震性能都很好，但缺點(diǎn)是工程量很大，施工較復(fù)雜。因此，只有在高壓縮性軟茹土地基上，為了減小地基的不均勻沉降需增大閘室的橫向剛度，或因承載力不足需加大閘室底板砌置深度時(shí)

4、，才采用箱式平底板。當(dāng)在松軟地基上且荷載較大時(shí)，如采用這種箱式平底板，即可不做地基處理。 圖 7-30 空箱式底板（單位：m） 圖 7-31 分離式底板（單位：cm）2. 分離式底板底板與閘墩之間用沉降縫分開(kāi)后，即形成分離式底板（圖7-31）。該底板僅有防沖和防滲要求，而閘室上部結(jié)構(gòu)的重力及外荷直接由閘墩傳給地基。因此，在滿(mǎn)足底板不被揚(yáng)壓力抬起的原則下，底板可以做得較薄，配筋量也很少?？傊?，分離式底板比整體式平底板節(jié)省水泥和鋼筋。底板材料可用混凝土，在小型水閘中也可用漿砌塊石，但其表面需澆筑一層混凝土或加筋混凝土，厚約15cm，主要起平整表面、防沖及防滲的作用。分離式底板常建在砂土及砂壤土地基

5、上，這種地基沉降較快，施工期內(nèi)閘墩沉降已經(jīng)基本完成，在運(yùn)用期間可減少閘墩與底板之間的不均勻沉降。對(duì)于軟弱地基，需在進(jìn)行地基處理后才能建造分離式底板。圖7-31所示的水閘，地基采用樁基處理，閘墩直接建在井柱樁上，底板亦為分離式，這種形式稱(chēng)為樁基分離式平底板。分離式底板水閘的整體性較差，在涵洞式和雙層式閘室結(jié)構(gòu)中不宜采用，也不宜建在地震區(qū)，但樁基分離式底板可以建在地震區(qū)。當(dāng)在閘室底板中間分縫時(shí)，由于底板挑出的懸臂不宜過(guò)長(zhǎng)，故閘孔的孔徑一般不宜大于8m；當(dāng)在閘室底板兩側(cè)分縫時(shí)，閘孔孔徑不是完全由底板挑出的懸臂長(zhǎng)度來(lái)決定的，閘孔孔徑可以大于8m。2閘墩閘墩的作用主要是分隔閘門(mén)，同時(shí)也支承閘門(mén)、胸墻、工

6、作橋及交通橋等上部結(jié)構(gòu)。閘墩長(zhǎng)度應(yīng)滿(mǎn)足上部結(jié)構(gòu)布置等要求，一般情況下，該值等于底板長(zhǎng)度，也可以小于底板長(zhǎng)度。如，當(dāng)需調(diào)整閘室重心位置或需利用上游水重以增加閘室抗滑穩(wěn)定時(shí)，底板順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)度可向上游端或下游端略加長(zhǎng)，但伸出閘墩的懸臂長(zhǎng)度一般不宜超過(guò)閘室底板厚度的1倍。閘墩外部形狀應(yīng)使水流平順，減小側(cè)收縮影響，以提高閘孔過(guò)水能力，但也要考慮到施工方便、不易損壞等因素。上游墩頭可采用半圓形，下游墩頭宜采用流線(xiàn)形。閘墩厚度應(yīng)根據(jù)閘孔孔徑、受力條件、結(jié)構(gòu)構(gòu)造要求和施工方法等確定?；炷梁蜕俳罨炷灵l墩厚度約為0.91.4m，漿砌石閘墩厚度約為0.81.5m，閘墩在門(mén)槽處的厚度不宜小于0.4m。如采用油壓

7、啟閉，閘墩門(mén)槽厚度應(yīng)根據(jù)油壓管布置的需要加以確定，有時(shí)為了布置油缸，可以不增加墩厚而將閘墩兩側(cè)門(mén)槽前后錯(cuò)開(kāi)布置圖7-32（a）。圖 7-32 閘墩布置（單位：cm）1工作門(mén)槽；2檢修門(mén)槽；3油缸平面閘門(mén)的門(mén)槽尺寸應(yīng)根據(jù)閘門(mén)尺寸及支承方式而定。工作閘門(mén)的門(mén)槽寬深比宜取1.61.8，門(mén)槽深度一般為0.20.4m，門(mén)槽寬度約為0.50.8m。檢修門(mén)槽與工作門(mén)槽之間的凈距約為1.52.0m，以便閘門(mén)安裝與進(jìn)人檢修，同時(shí)也有利于啟閉機(jī)的布置與運(yùn)行圖7-32（b）。位于江河大堤上的單孔水閘，往往閘室很高，邊墩承受的側(cè)向力較大，有時(shí)可在兩邊墩之間設(shè)置若干橫撐，這樣有助于抵消側(cè)壓力，大大減小邊墩的工程量。如水

8、閘地基較好或采用樁基處理時(shí)，除采用上述閘墩形式外，還可考慮采用框架式閘墩（圖7-33）。圖 7-33 框架式閘墩（高程單位：m；尺寸單位：cm）（第5版 圖7-30 圖名相同）3胸墻當(dāng)水閘擋水高度較大時(shí)，如河道堤防上的引水閘等，可設(shè)置胸墻代替一部分閘門(mén)擋水。胸墻頂宜與閘頂齊平，胸墻底高程應(yīng)根據(jù)孔口泄流量要求計(jì)算確定。胸墻上游面底部宜為流線(xiàn)形或圓弧形，使水流平順地進(jìn)入閘孔。對(duì)于平面閘門(mén)，胸墻可以設(shè)在閘門(mén)下游，也可以設(shè)在上游。如胸墻設(shè)在閘門(mén)上游，則止水放在閘門(mén)前面，這種前止水結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且易磨損；但啟門(mén)的鋼絲繩或螺桿可以不浸泡在水中，可以延緩銹蝕，對(duì)閘門(mén)運(yùn)行條件有利。如胸墻設(shè)在閘門(mén)下游，則止水放在閘

9、門(mén)后面，這種止水可以利用水壓力把閘門(mén)壓緊在胸墻上，止水效果較好，但由于鋼絲繩或螺桿長(zhǎng)期處在水中，易于銹蝕，因此，在工程中使用不多。胸墻應(yīng)采用鋼筋混凝土建造?？讖讲淮笥?m 時(shí)可采用上薄下厚的板式結(jié)構(gòu)，為了施工方便也可做成等厚?？讖酱笥?m 時(shí)，為了減小板厚，通常采用板梁式結(jié)構(gòu)。對(duì)于上梁高度 （水平向），一般取為閘孔寬的1/121/15；對(duì)于下梁高度（水平向），還要考慮胸墻與閘門(mén)共同作用的影響。因?yàn)橄铝罕乘妫ɑ蛴妫┡c閘門(mén)頂部緊靠，要求下梁有較大的剛度，保證在水壓力作用下，水平向變形不致很大，以免引起閘門(mén)頂邊止水失效，所以，下梁高度比上梁大，常不小于閘孔寬的1/61/9。胸墻一般簡(jiǎn)支在閘墩上

10、圖7-34（a），胸墻與閘墩連接處涂以薄層瀝青，并設(shè)置油毛氈。簡(jiǎn)支胸墻迎水面不易產(chǎn)生裂縫，但墻厚較大。在軟弱地基上均采用整體式閘室結(jié)構(gòu)，為了增強(qiáng)整個(gè)閘室剛度，也有采用胸墻與閘墩固支的形式圖7-34（b），此時(shí)墻厚可以減小，但在迎水面靠近閘墩處可能引起裂縫，使鋼筋生銹，甚至漏水。 圖 7-34 胸墻與閘墩的連接方式（a）簡(jiǎn)支； （b）固支1胸墻；2閘墩；3鋼筋；4油毛氈4工作橋和交通橋?yàn)榱税仓瞄l門(mén)的啟閉設(shè)備及工作人員操作的需要，通常設(shè)置工作橋，并在閘墩上修建支墩或排架等，用來(lái)支承工作橋。工作橋高度視閘門(mén)和啟閉設(shè)備的形式及閘門(mén)高度而定。一般應(yīng)使閘門(mén)開(kāi)啟后，門(mén)底高于上游最高水位，以免阻礙過(guò)閘水流。對(duì)

11、于一般的平面閘門(mén)，若用固定啟閉設(shè)備，工作橋橫梁底部高程與閘室底板高程的差值約等于閘門(mén)高度的2倍再加0.40.8m的富余高度（圖7-35）。為了美觀、視角效果和便于管理人員上去操作管理，工作橋高度不宜太高，少孔閘更是如此。若用活動(dòng)啟閉設(shè)備，橋的高度可以低些，但應(yīng)保證閘門(mén)放得進(jìn)、拿得出。若用繩鼓式啟閉機(jī)及活動(dòng)門(mén)槽，工作橋的高度還可降低。對(duì)于弧形閘門(mén)及升臥式平面閘門(mén)，工作橋高度應(yīng)視閘門(mén)吊點(diǎn)位置等具體條件而定，比鉛直升降式平面閘門(mén)的工作橋高度降低較多。圖 7-35 螺桿式啟閉機(jī)的工作橋布置圖工作橋除應(yīng)滿(mǎn)足啟閉設(shè)備所需的寬度外，還應(yīng)在橋的兩側(cè)各留0.61.2m以上的富余寬度，以供工作人員操作及設(shè)置欄桿之

12、用，橋面總寬度約為35m。工作橋的結(jié)構(gòu)形式視水閘規(guī)模而定。小型水閘一般采用板式結(jié)構(gòu)，大、中型水閘采用裝配式板梁結(jié)構(gòu)，其梁系布置應(yīng)與啟閉設(shè)備的布置、尺寸相適應(yīng)（圖7-35、圖7-36）。縱梁通常設(shè)置2根，多用T形梁，也可采用形梁。橫梁的設(shè)置要視啟閉設(shè)備位置而定，通常在啟閉設(shè)備下面布置一對(duì)橫梁。對(duì)于單吊點(diǎn)螺桿式啟閉機(jī)，則在跨中布置一對(duì)橫梁；對(duì)于繩鼓式啟閉機(jī)，則常將啟閉機(jī)的電動(dòng)機(jī)和減速箱放在橋跨中部，而將繩鼓放在靠近閘墩的橋跨兩端，這樣，在橋跨中部和兩端各布設(shè)一對(duì)橫梁（圖7-36）。當(dāng)縱、橫梁的高度不能滿(mǎn)足預(yù)埋螺栓長(zhǎng)度要求，或者啟閉設(shè)備高度較小而操作不便時(shí)，可在縱、橫梁上澆筑混凝土機(jī)墩，再在其上安裝

13、啟閉設(shè)備。在支墩或排架上要做門(mén)槽（圖7-35），以免閘門(mén)臨空擺動(dòng)，同時(shí)，為了閘門(mén)安裝和檢修方便，至少要將一側(cè)門(mén)槽做成活動(dòng)的。建造水閘時(shí)常在閘墩上架設(shè)交通橋，供汽車(chē)、拖拉機(jī)及行人等通行。交通橋的位置應(yīng)根據(jù)閘室穩(wěn)定及兩岸交通連接等條件確定，通常布置在閘室靠低水位一側(cè)，有時(shí)也可布置在閘室靠高水位一側(cè)。橋面寬度按交通要求確定。工作橋、檢修便橋和交通橋的梁（板）底高程均應(yīng)高出最高洪水位0.5m以上；若有流冰，應(yīng)高出流冰面以上0.2m；有通航要求時(shí)，應(yīng)滿(mǎn)足通航凈空要求。圖 7-36 設(shè)有222.5kN繩鼓式啟閉機(jī)的工作橋布置（單位：cm）（第5版 圖7-33 圖名相同）5縫和止水閘室在垂直水流方向，每隔一

14、定距離需用縫分開(kāi)，以免閘室因地基不均勻沉降及溫度變化而產(chǎn)生裂縫?？p的間距（即閘室分段長(zhǎng)度）主要根據(jù)閘室地基條件和結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點(diǎn)，結(jié)合考慮采用的施工方法和措施等因素確定。巖基上的縫距不宜超過(guò)20m，土基上的縫距不宜超過(guò)35m，縫的寬度應(yīng)保證閘室相鄰部分沉降時(shí)互不影響，一般為2.03.0cm。設(shè)置沉降縫，可代替溫度縫的作用。在整體式底板中，沉降縫設(shè)在閘墩中間，主要是保證在閘室發(fā)生不均勻沉降時(shí)不會(huì)妨礙閘門(mén)的正常運(yùn)用。分縫不宜過(guò)多，因?yàn)榉挚p的閘墩需要加厚，工程量必將增加。對(duì)于中孔，一般每隔二、三孔設(shè)一道沉降縫；對(duì)于邊孔，為了減輕岸墻（或邊墩）及墻后填土對(duì)閘室的不利影響，最好為一孔一聯(lián)或兩孔一聯(lián)（圖7-3

15、7）。對(duì)堅(jiān)實(shí)地基上的水閘，可以將縫設(shè)在底板中間（圖7-38），對(duì)于這種布置，閘墩可以不必分縫，閘室總寬度可以減小。但有地震設(shè)防要求的水閘，沉降縫宜設(shè)在閘墩中間。圖 7-37 閘室的閘墩分縫 （第5版 圖7-34 圖名相同） 圖 7-38 閘室的底板分縫設(shè)在閘墩中間的永久縫，通常采用鉛直貫通縫；設(shè)在閘室底板上的永久縫，可采用鉛直貫通縫，也可采用斜搭接縫或齒形（階梯狀）搭接縫。除了閘室本身要分縫以外，凡是相鄰結(jié)構(gòu)荷重相差懸殊或結(jié)構(gòu)較長(zhǎng)、面積較大的地方，都要用縫分開(kāi)，如鋪蓋與閘室底板、翼墻連接處，消力池與閘室底板、翼墻連接處。混凝土鋪蓋及消力池的護(hù)坦面積較大時(shí)也需設(shè)縫（圖7-39）。翼墻較長(zhǎng)時(shí)亦需設(shè)縫，建筑在堅(jiān)實(shí)或中等堅(jiān)實(shí)地基上的翼墻，縫距可采用1520m；建筑在松軟地基或填土上的翼墻，縫距可適當(dāng)減短。水閘設(shè)縫后，凡是具有防滲要求的縫都須設(shè)置止水設(shè)備。對(duì)于止水設(shè)備，除應(yīng)滿(mǎn)足防滲要求外，還應(yīng)能適應(yīng)混凝土收縮及地基不均勻沉降的變形；同時(shí)，也要構(gòu)造簡(jiǎn)單，易于施工。止水按位置不同可分為鉛直止水（圖7-40）及水平止水（圖7-41）兩大類(lèi)。兩個(gè)止水交叉處的構(gòu)造，必須妥善處理，這樣才能形成一個(gè)完整的止水體系（圖7-42、圖7-43）。鉛直交叉常用柔性連接，水平交叉多用剛性連接。圖 7-39 水閘的分縫與止水布置（第5版 圖7-36 圖名相同）圖 7-40 鉛直止水構(gòu)造（單