1、第五章 水 閘 主要內(nèi)容：5.1 概述5.2 水閘的孔口尺寸確定5.3 水閘的消能防沖設(shè)計(jì)5.4 水閘的防滲排水設(shè)計(jì)5.5 閘室的布置與構(gòu)造5.6 穩(wěn)定計(jì)算與地基處理5.7 閘室結(jié)構(gòu)計(jì)算5.8 兩岸連接建筑物5.9 閘門與啟閉機(jī)5.1 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重作用。與設(shè)有表孔閘門的溢流重力壩的區(qū)別是:1）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。2）水閘可建于各種地基上。 一、 按擔(dān)負(fù)的任務(wù)分：5.1.1水閘的類型水閘的類型按所承擔(dān)的任務(wù)分（1）進(jìn)水閘（取水閘） 位置：建在河流、湖泊、水庫或引水干渠等的岸邊一側(cè) 作用：為灌溉

2、、發(fā)電、供水或其它用水工程引取足夠的水量。 由于它通常建在渠道的首部，又稱渠首閘。建于河道岸邊一側(cè)的進(jìn)水閘（取水閘）石龍水閘（進(jìn)水閘）（2）節(jié)制閘（攔河閘）位置：攔河閘的閘軸線垂直于或接近于垂直河流、渠道布置。作用：截?cái)嗪忧Ц吆忧唬刂葡滦沽髁俊Ｔ诤竭\(yùn)工程中，攔河閘不僅能為上游航運(yùn)提供穩(wěn)定的航道水深，也能通過保持一定泄流量為下游提供穩(wěn)定的航道水深。在取水工程中，為進(jìn)水閘（或分水閘）提供高保證率的取水流量。攔河閘在枯水期盡量維持上游水位，以滿足取水或航運(yùn)等需要；在洪水期需要隨時(shí)泄放上游庫區(qū)無法容納的多余流量，避免上游水位過度上漲導(dǎo)致淹沒或水災(zāi)。在洪水期，攔河閘還必須有足夠的泄流能力，以排

3、泄洪水。某攔河閘（一）某攔河閘（二）（3）沖砂閘：作用：排沙。防止泥沙進(jìn)入取水口造成渠道淤積。將進(jìn)入到渠道內(nèi)的泥沙排向下游。將水庫的淤沙、淤泥排向下游。在取水樞紐中，沖沙閘的位置一般布置在靠近進(jìn)水閘處；在水閘樞紐中，沖沙閘往往兼作節(jié)制閘。（4）分洪閘：位置：常建于河道的一側(cè)。作用：分洪。在洪峰到來時(shí)，分洪閘用于分泄河道暫時(shí)不能容納的多余洪水，使之進(jìn)入預(yù)定的蓄洪洼地或湖泊等分洪區(qū)，及時(shí)削減洪峰，確保下游河道安全。待河道洪水過后，分洪區(qū)積水又要經(jīng)過排水閘排入原河道。分洪閘（一）分洪閘（二）（5）排水閘：位置：常建于江河沿岸。作用：排除內(nèi)澇。當(dāng)江河水位較低時(shí)，開閘排除河岸一側(cè)降雨形成的漬水或生活廢水

4、。擋住外河高水位。當(dāng)江河水位較高時(shí)，關(guān)閉排水閘，防止江水向河岸倒灌。特點(diǎn)：由于既要排澇，又要擋水，因此排水閘具有閘底板高程較低、閘身較高以及承受雙向水頭作用的特點(diǎn)。某小型排水閘（6）擋潮閘位置：一般建于江河入海口。作用：擋潮：在汛期防止潮水頂托，以免造成內(nèi)澇；御咸：防止潮水沿江河上溯，以免造成沿河岸地區(qū)土地的鹽堿化；排水：排除內(nèi)河高水位；蓄淡：在低潮時(shí)期，關(guān)閘防止內(nèi)河淡水流失，以便充分利用內(nèi)河淡水。擋潮閘與排水閘類似，也承受雙向水頭的作用。但操作更為頻繁。某擋潮閘（一）某擋潮閘（二）中順大圍小欖石龍水閘 水閘的類型按閘室結(jié)構(gòu)的型式分類1開敞式水閘特點(diǎn)閘室上部沒有阻擋水流的胸墻或頂板，過閘水流能

5、夠自由地通過閘室。開敞式水閘的泄流能力大，一般用于具有排冰、過木等要求的泄洪閘，如攔河閘、排冰閘等。開敞式水閘2胸墻式水閘當(dāng)上游水位變幅大，而下泄流量又有限制時(shí)，為避免閘門過高，常設(shè)置胸墻。胸墻式水閘在低水位過流時(shí)，屬于開敞式水閘自由出流；在高水位過流時(shí)，屬于孔口出流。胸墻式水閘多用于進(jìn)水閘、排水閘和擋潮閘等。絕大多數(shù)大中型水閘為開敞式水閘。胸墻式水閘3封閉式或涵洞式水閘閘（洞）身上面填土封閉的水閘，又稱涵洞式水閘。填土可增加閘室的穩(wěn)定，代替交通橋，當(dāng)水頭較高時(shí)往往是經(jīng)濟(jì)的，但地基壓力較大，常用于穿過堤防的水閘。涵洞可做成有壓的或無壓的。前者（有壓涵洞）多用于排砂閘和排水閘，后者（無壓涵洞）則

6、多用于小型分水閘。封閉式水閘某涵洞式水閘水閘的類型按規(guī)模分類 根據(jù)國內(nèi)已建水閘工程的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，一般以設(shè)計(jì)或校核過閘流量的大小作為劃分水閘規(guī)模的依據(jù)，例如：過閘流量等于或大于1000m3/s者為大型水閘；過閘流量在1001000m3/s間者為中型水閘。過閘流量小于100m3/s者為小型水閘。 我國葛洲壩水利樞紐的二江泄水閘，過閘流量達(dá)83900m3/s，屬特大型水閘，或稱巨型水閘。也有的以設(shè)計(jì)水頭高低（反映為閘高）作為劃分水閘規(guī)模的依據(jù)，例如：閘高在810m以上者為大型水閘，閘高在810m以下者為中、小型水閘等。5.1.2 水閘的工作特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求水閘可建在巖基上，也可建在土基上。對于建在巖基上

7、的水閘，其工作特點(diǎn)與巖基上的混凝土重力壩相似。 本章主要介紹建在土基上的水閘的工作特點(diǎn)。作為土基上低水頭的擋水、泄水建筑物，水閘有如下工作特點(diǎn)。 水閘的工作特點(diǎn)（一）水的方面 水閘在水的作用下，需要解決以下幾個(gè)方面問題。1穩(wěn)定問題水閘在關(guān)閉閘門擋水的時(shí)候，閘室上、下游形成一定的水位差。在水的推力作用下，閘室在自重和水重的作用下必須維持自身的穩(wěn)定。包括整體抗滑穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)構(gòu)件穩(wěn)定（如底板、閘墩、胸墻等構(gòu)件的穩(wěn)定）。水閘荷載圖2滲流問題上、下游水位差在水閘的閘基下部和閘室兩岸均會(huì)產(chǎn)生滲流。閘基滲流和岸坡繞滲不僅導(dǎo)致水庫漏水，更重要的是可能導(dǎo)致在閘基、岸坡以及滲流出逸處發(fā)生滲透變形；此外，滲壓還對閘室

8、和兩岸聯(lián)接建筑物的穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響。水閘滲流流網(wǎng)圖3高速水流問題 水閘下泄的高速水流問題，主要表現(xiàn)在3個(gè)方面：（1）消能問題 水閘在開閘泄水時(shí)，下泄的高速水流具有較大的能量，可能對河床和河岸產(chǎn)生不利沖刷。因此必須采用合適的消能措施進(jìn)行消能。 水閘最常用的消能方式為底流消能，即利用水躍將水能消耗在消力池中。水閘消能（2）遠(yuǎn)驅(qū)水躍和波狀水躍當(dāng)閘室下游無水或水深很淺時(shí)，可能在閘下產(chǎn)生遠(yuǎn)驅(qū)水躍。遠(yuǎn)驅(qū)水躍不在消力池范圍，將直接沖刷河床，嚴(yán)重威脅閘室的安全和兩岸岸坡穩(wěn)定。當(dāng)閘室上、下游水位差較小，且水流佛氏數(shù)較小時(shí)，可能在閘下產(chǎn)生波狀水躍。波狀水躍是一系列起伏不大的不完全水躍，消能效果極差。（3）折沖水流

9、 當(dāng)閘孔孔數(shù)不多或開啟不均勻時(shí)，過閘水流寬度遠(yuǎn)小于下游河床寬度，此時(shí)過閘水流先收縮后擴(kuò)散，水流可能使主流偏向河床的一邊。當(dāng)水流條件變化時(shí)，主流可能左右急擺，形成左沖右突的折沖水流。 波狀水躍 折沖水流 （二）地基方面 平原地區(qū)的水閘常建于土基上。平原地區(qū)土基的特點(diǎn)：土層分布復(fù)雜，可能夾有壓縮性大、承載能力低、抗震強(qiáng)度差的軟土；可能含有結(jié)構(gòu)松散、易于液化、抗沖能力低的粉砂或細(xì)砂層；抗沖刷能力差，允許滲透坡降低，對防滲、消能不利。軟土地基對閘室本身的穩(wěn)定和沉降將帶來嚴(yán)重的影響，因此，在水閘設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)：采用適當(dāng)措施，進(jìn)行地基處理；適當(dāng)控制滲流；加強(qiáng)消能防沖措施。（三）結(jié)構(gòu)方面 水閘的閘室結(jié)構(gòu)與大體積

10、的重力壩或散粒體的土壩有較大差別。1構(gòu)件方面 它是由閘墩、底板、胸墻等薄壁構(gòu)件組成的空間結(jié)構(gòu)體系，因此對閘室構(gòu)件在強(qiáng)度和剛度方面均有一定要求。2受力方面 閘室整體結(jié)構(gòu)和某些構(gòu)件受力條件復(fù)雜，承受水壓力、自重、地基反力等不同性質(zhì)的荷載。3結(jié)構(gòu)分析方面 在進(jìn)行閘室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，一般并不采用相對復(fù)雜的有限元法，而是將整個(gè)結(jié)構(gòu)視為板、梁、柱等獨(dú)立構(gòu)件構(gòu)成，分別對這些構(gòu)件用結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。5.1.3 水閘的組成水閘由閘室段和上游聯(lián)接段、下游聯(lián)接段3大部分組成。1閘門；2底板；3閘墩；4胸墻；5工作橋；6交通橋；7上游防沖槽；8上游防沖段、鋪蓋；9上游翼墻；10上游護(hù)岸；11護(hù)坦；1

11、2海漫；13下游防沖槽；14下游翼墻；15下游護(hù)岸土基上水閘的組成示意圖水閘的組成（1）閘室段 閘室段是水閘的主體。A）閘室段的作用控制水流；聯(lián)接兩岸和上、下游段。B）閘室段的組成 閘門、閘墩、底板、胸墻、工作橋、交通橋、啟閉機(jī)等。1閘門 用于控制上游水位和調(diào)節(jié)下泄流量。閘門安放在閘底板上，橫跨孔口，由閘墩支撐。閘門分為檢修閘門和工作閘門。工作閘門用于正常運(yùn)用時(shí)擋水、控制下泄流量。常用的型式有平面閘門和工作閘門。檢修閘門多用平面疊梁門。2閘墩 閘墩用于分隔閘孔、支撐閘門，同時(shí)用作橋墩支撐上部橋梁、安裝閘門啟閉機(jī)等設(shè)備。閘墩將閘門、胸墻以及閘墩本身擋水所承受的水壓力傳遞給底板。3底板 底板是閘室

12、段的基礎(chǔ)，它將閘墩、上部結(jié)構(gòu)的重量、以及底板自重和所承受的水重一起傳給地基。 建在軟基上閘室主要由底板與地基間的摩擦力來維持穩(wěn)定。 底板它還具有防沖、防滲的作用。4胸墻 胸墻設(shè)于工作閘門上部，幫助閘門擋水。在上游水位變幅較大的情況下，完全用閘門擋水將導(dǎo)致閘門尺寸和啟閉機(jī)等設(shè)備過大。設(shè)置胸墻后，可以大大減小閘門尺寸。胸墻也可以做成活動(dòng)型，當(dāng)遭遇特大洪水時(shí)開啟胸墻加大泄流量。 底板、閘墩和胸墻通常為混凝土或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，小型水閘也可采用漿砌石結(jié)構(gòu)。5工作橋 工作橋用于安裝卷揚(yáng)式啟閉機(jī)，便于工作人員操作。6交通橋 交通橋連接兩岸交通，供汽車、拖拉機(jī)、行人通過。（二）上游聯(lián)接段1.上游聯(lián)接段的作用

13、主要作用是引導(dǎo)水流從河道平穩(wěn)地進(jìn)入閘室，兼有防沖、防滲作用。2.上游聯(lián)接段的組成 一般包括上游翼墻、鋪蓋、護(hù)底、上游防沖槽和上游兩岸護(hù)坡等。1）上游翼墻 引導(dǎo)水流，使之平順地流入閘孔； 抵御兩岸填土壓力，保護(hù)閘前河岸不受沖刷； 并有側(cè)向防滲的作用。2鋪蓋 主要起防滲作用，其表面還應(yīng)進(jìn)行保護(hù)，以滿足防沖要求。3護(hù)底 設(shè)在鋪蓋上游，起保護(hù)河床作用。4上游防沖槽 鋪蓋或其防護(hù)的上游端有時(shí)設(shè)置上游防沖槽，以保護(hù)鋪蓋不致?lián)p壞。5上游兩岸護(hù)坡 上游兩岸要適當(dāng)進(jìn)行護(hù)坡，其目的是保護(hù)河床兩岸不受沖刷。（三）下游聯(lián)接段A）下游連接段的作用 從閘室出來的水流具有相當(dāng)?shù)哪芰浚虼讼掠温?lián)接段的主要作用是：消除下泄水流

14、的動(dòng)能，順利與下游河床水流連接，避免發(fā)生不利沖刷現(xiàn)象。B）下游聯(lián)接段組成 一般包括護(hù)坦（包括消力池）、海漫、下游防沖槽（防淘墻）、下游翼墻、護(hù)底和兩岸護(hù)坡等。消力池：消力池是消剎水能的主要區(qū)域，護(hù)坦：護(hù)坦是消力池底板，保護(hù)河床底部，從而保護(hù)閘室的安全。輔助消能工：有時(shí)，要在消力池內(nèi)設(shè)置輔助消能工，增強(qiáng)消能效果。海漫：海漫則用于進(jìn)一步消除水流余能，保護(hù)河床免受沖刷。下游翼墻：下游翼墻導(dǎo)引水流均勻擴(kuò)散，并有擋土、防沖作用。下游防沖槽：下游防沖槽的作用是防止海漫末端沖刷，避免河床局部沖刷向上游發(fā)展。下游護(hù)坡和護(hù)底：下游護(hù)坡和護(hù)底的作用與上游相同。5.1.4 水閘的等級劃分 和洪水標(biāo)準(zhǔn)見課本P132P

15、133，表5-1、表5-2、 表5-3、表5-45.2 水閘的孔口尺寸確定5.2.1 閘孔和底板型式選擇土基上的攔河閘，閘孔型式多采用開敞式寬頂堰。在地基條件較好的攔河閘可以采用駝峰堰。巖基上的水閘常采用實(shí)用堰。開敞式寬頂堰：結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、地基應(yīng)力均勻，泄流能力大、上游水位壅高較小，有利于完成沖砂、排污等其他任務(wù)。寬頂堰的流量系數(shù)為0.360.385。駝峰堰和實(shí)用堰：流量系數(shù)較寬頂堰大，可以使樞紐布置更緊湊。水閘上的實(shí)用堰多為低堰，其流量系數(shù)參考有關(guān)文獻(xiàn)。實(shí)用堰：在淹沒出流的情況下，流量系數(shù)急劇減少。因此，經(jīng)常或主要工況為淹沒出流的泄水閘不宜于選用實(shí)用堰。上游水位變幅較大的水閘，可以考慮

16、設(shè)置胸墻，以減少閘門擋水高度和閘門受力。5.2.2設(shè)計(jì)流量和上、下游水位的確定1）攔河閘設(shè)計(jì)流量:根據(jù)工程等別確定相應(yīng)的設(shè)計(jì)洪水流量Q設(shè)和校核洪水流量Q校。上、下游水位下游水位：由下泄流量查下游河道天然水位流量關(guān)系曲線確定。上游水位：（1）正常蓄水位 攔河閘的上游正常蓄水位，要根據(jù)泄水閘承擔(dān)的任務(wù)，建成后上游淹沒損失等因素確定。在正常運(yùn)用情況下，攔河閘的任務(wù)是控制上游水位為正常蓄水位，以滿足取水、航運(yùn)等的要求。（2）最高水位 泄水閘的上游最高水位由水閘的泄水能力特性決定。 泄水閘泄放校核洪水時(shí)，其上游水位為最高水位。此時(shí)，閘門全開下泄洪水流量，上游水位等于校核洪水流量下天然河道水位加上上游水位

17、壅高。在平原地區(qū)建水閘，往往對上游水位壅高值的限制較嚴(yán)。一般在洪水期泄洪時(shí)，上游水位壅高值只允許控制在0.10.3m，否則將造成較大的上游淹沒。修建在山區(qū)和丘陵地區(qū)的水閘，其上游水位壅高往往沒有嚴(yán)格限制。可以根據(jù)水閘的任務(wù)、上游淹沒損失、工程造價(jià)、兩岸堤防、地下水位等因素，經(jīng)多方案綜合比較后確定。2）進(jìn)水閘設(shè)計(jì)流量：等于渠道的設(shè)計(jì)取用流量。上、下游水位：進(jìn)水閘的上游水位：為水庫正常蓄水位或河道最低水位。從河道取水流量較大時(shí)，要考慮取水口處河道水位局部降落，進(jìn)水閘的下游水位：由渠系規(guī)劃和水閘額定取水流量來確定確定。3）排水閘：設(shè)計(jì)流量：由設(shè)計(jì)暴雨、匯水面積及排水時(shí)間確定。上、下游水位：上游水位：

18、為漬水區(qū)內(nèi)或排水渠末端相應(yīng)于排水設(shè)計(jì)流量時(shí)的水位；下游水位：低于上游水位0.050.1m。5.2.3 閘底板高程的選定1）攔河閘：攔河閘的底板為平底板時(shí)，閘底板的面高程等于或略高于河底高程，有利于減輕閘前泥沙淤積。2）進(jìn)水閘：進(jìn)水閘的底板高程應(yīng)該高于沖砂閘或泄水閘的底板高程。 在地基條件好和上游水位較高的情況下，可以盡量提高底板高程，或采用泄流能力高的實(shí)用堰。5.2.4 過閘單寬流量的確定決定單寬流量大小的主要因素是河床抗沖能力。當(dāng)選擇較大的單寬流量時(shí)，可以減少攔河閘的閘室數(shù)量和縮短泄水前緣總寬度，降低閘室總造價(jià)。但是，較大的單寬流量對河床沖刷破壞的能量增大，容易發(fā)生沖刷破壞，需要加強(qiáng)消能防沖

19、設(shè)施和護(hù)底措施，增大相應(yīng)造價(jià)。 河床抗沖能力還與水流條件有關(guān)。在水深較大，上下游水位差較小，出閘水流擴(kuò)散較平順的情況下，同樣的土基條件可以承受較大的單寬流量沖刷。在我國一般采用的單寬流量為530m3/s，下表為江蘇省對不同閘基土壤選用單寬流量的經(jīng)驗(yàn)值。在砂礫石地基上可以取更大的單寬流量。不同土壤不沖單寬流量表閘址土壤粉土、粉砂淤土細(xì)砂土粉質(zhì)壤土粘土單寬流量(m3/s)51694991212245.2.5 閘孔寬度的確定一、閘孔總凈寬B0的確定（1）堰流時(shí)：當(dāng)堰頂處于高淹沒度（hs/H00.9) 時(shí)，(2)孔流時(shí)：（5-1）（5-7）（5-9）二、閘室單孔寬度 b 的確定 我國大中型水閘的單孔寬

20、度一般采用812m。三、閘室總長度L的確定閘室總寬度L=nb+(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(yàn)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)。5.3 水閘的消能防沖設(shè)計(jì)一、水閘消能防沖的特點(diǎn) 與高水頭泄水建筑物相比較，水閘的消能防沖具有以下顯著的特點(diǎn)。（1）上游水頭小 由于水閘大部分建在平原，水閘的上游水頭較小，下游水深變化大，加上河床土壤抗沖能力較小，一般無法采用挑流式消能工。 只有下游河道有足夠的穩(wěn)定水深，并且河床條件較好的個(gè)別情況下，才考慮采用面流式消能方式。 因此，在水閘工程中，廣泛地采取底流式消能方式

21、。（2）上下游水位落差小，水流佛氏數(shù)低 這種情況多發(fā)生在大流量泄流情況。此時(shí)往往是形成不完全水躍，甚至是波狀水躍，消能極不充分，加大了下游防沖的護(hù)岸護(hù)底工程。（3）大流量泄流不一定是最危險(xiǎn)工況 大流量泄流時(shí)，上、下游水位差很小，消能防沖的任務(wù)更多地在于防沖，順利地完成上、下游水面線的銜接。 小流量泄流時(shí)，上下游水位差相對較大。不論是部分開啟閘孔還是閘門控制開啟泄流，由于總下泄流量較小，下游水位較低。此時(shí)，如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，容易因水深不足而形成遠(yuǎn)驅(qū)水躍沖刷河床。因此，泄水閘最危險(xiǎn)工況常發(fā)生在下游無水的初始開啟。如寬敞河道上的多孔水閘中，如果全開其中一孔，往往因下游水深較淺，局部單寬流量大，水流流速高

22、，能量集中，從而產(chǎn)生不利沖刷。（4）地基條件較差 土基抗沖能力低，經(jīng)過消能工的余能如處理不當(dāng)，仍然可能沖刷河床。 根據(jù)上述分析可知，水閘消能設(shè)計(jì)的基本原則是：促使水躍發(fā)生在閘下一定范圍內(nèi)，最大限度地通過表面水滾消能，避免造成下游河床沖刷。二、水閘消能防沖布置 水閘閘下消能防沖典型布置圖 多數(shù)水閘采用底流消能方式。在底流消能中，水躍發(fā)生區(qū)域的水流非常紊亂，只有將水躍限定在指定位置，對其底部采取專門的保護(hù)措施，才能保護(hù)河床不被沖刷。 為達(dá)到上述目的，主要采用如下幾種措施：護(hù)坦。保護(hù)水躍范圍內(nèi)的河床不受水流沖刷。護(hù)坦一般是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，要求具有足夠的抗沖、抗浮能力。消力池。創(chuàng)造形成淹沒水躍的條件。

23、為了將水躍控制在一定范圍內(nèi)，并保證形成淹沒水躍，需要在下游形成一定水深，因此將護(hù)坦高程下降并低于下游河床或用高于下游河床的尾坎使之形成消力池。消力池實(shí)質(zhì)上就是形成水躍、消剎能量的地方。護(hù)岸。在消力池的兩側(cè)，設(shè)置邊墻，以保護(hù)兩岸。海漫。消除消力池水流的余能。防沖槽。進(jìn)一步消除水流的余能，防止河床被淘刷，進(jìn)一步保護(hù)水閘閘室的安全。（一）消力池 消力池的結(jié)構(gòu)型式和尺寸應(yīng)充分滿足底流水躍消能的要求。 個(gè)別建在多泥沙河流上的攔河閘，不設(shè)消力池。1水躍共軛條件（1）躍后共軛水深h”與躍前收縮斷面水深hc之間的關(guān)系（2）收縮斷面水深hc的確定 消力池內(nèi)形成水躍時(shí)，閘孔為自由出流。閘孔自由出流情況下，躍前收縮

24、斷面水深hc決定于上游水位Zu與消力池底板之間的高程差E0，可按下式計(jì)算。（3）躍后共軛水深h與下游水深的關(guān)系 當(dāng)下游水深不能滿足共軛水深條件時(shí)，將形成遠(yuǎn)驅(qū)水躍或淹沒水躍。此時(shí)，應(yīng)采用合適的消力池結(jié)構(gòu)促使水躍發(fā)生在消力池內(nèi)。（5-15）2消力池的結(jié)構(gòu)形式 當(dāng)下游水深在任何一級流量下都能等于或大于產(chǎn)生水躍的共軛水深時(shí)，不需要設(shè)置專門的消力池，消力池的底板可以做成與河底平齊的平底。但是，這種情況在工程中很少見。 多數(shù)情況下表現(xiàn)為下游水深小于共軛水深，或表現(xiàn)為部分流量條件下大于共軛水深、部分流量條件下小于共軛水深。為了在各級流量下均滿足水躍共軛條件，常采用消力池來適應(yīng)這種水位變化。消力池的形成大致有

25、以下幾種：（1）挖深式，如圖(a)；（2）消力坎式，如圖(b)；（3）綜合式，如圖(c)。消力池結(jié)構(gòu)形式消力池的底板一般低于閘室底板，形成下降式消力池。在水閘底板與消力池之間，采用直線型斜坡連接段連接。斜坡坡度為一般1:31:6。在一般的情況下，閘下流速較高者宜采用較平緩的連接坡度。對于落差較大、流速較高的情況，連接段可以考慮采用曲線，曲線形狀多為拋物線。消力池最好是采用矩形等寬斷面，其寬度一般與閘室總寬一致。這種型式的池內(nèi)單寬流量分布均勻，水流流態(tài)好，消能效果好。為了適應(yīng)下游河道地形，也可以做成擴(kuò)散式，減少單寬流量。擴(kuò)散段一般與急流斜坡段布置在一起，擴(kuò)散角不超過7。此外，還有漸擴(kuò)式消力池，突

26、擴(kuò)式消力池等形式。3消力池的深度 消力池的深度應(yīng)該使池內(nèi)水深對水躍產(chǎn)生一定的淹沒度，以保證在下游水位波動(dòng)或下泄流量突變等情況下，不致于使水躍轉(zhuǎn)變?yōu)檫h(yuǎn)驅(qū)沖刷下游河床。淹沒度為510%。 消力池深度按下式計(jì)算：d = 0 h - t - Z式中：0淹沒系數(shù)，取=1.051.10； t 下游水深； h形成水躍的共軛水深； Z涌浪高度， 消力池計(jì)算深度d 等于或小于零時(shí)，表示無需設(shè)置消力池也能滿足共軛水深要求。（5-16）（5-13）4消力池的長度 消力池總長度包括斜坡段和護(hù)坦水平段。Lsj=Ls+Lj 式中 Ls斜坡段水平投影長度； Lj自由水躍長度； 水躍長度校正系數(shù)，=0.70.8。 水平段是發(fā)

27、生水躍的地方，由于池末尾坎的壅水作用，水躍長度一般可以縮短到自由水躍長度Lj的0.70.8倍。 也有一些文獻(xiàn)規(guī)定，護(hù)坦水平段的長度等于一個(gè)自由水躍的長度。 自由水躍長度Lj =6.9(h-h)。（二）護(hù)坦-消力池底板1護(hù)坦的作用 護(hù)坦位于消力池底部，是消力池的底板，保護(hù)消力池部位河床不受沖刷。 在消力池范圍內(nèi)，水流流態(tài)非常紊亂，底部流速大，壓力脈動(dòng)和流速脈動(dòng)大，需要有相當(dāng)堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)保護(hù)河底。護(hù)坦就是保護(hù)河床不受水流沖刷，進(jìn)而保證閘室安全的重要設(shè)施，即使是平底板消力池也需要用護(hù)坦護(hù)底。2護(hù)坦的材料 護(hù)坦一般為100#150#混凝土。3護(hù)坦的厚度 護(hù)坦板的厚度，主要應(yīng)考慮兩方面的因素：抗沖和抗浮。

28、抗沖：護(hù)坦在工作時(shí)需要滿足在水流沖擊作用下不會(huì)掀起和下移。根據(jù)動(dòng)量方程，護(hù)坦板在下泄水流的沖擊下，提供的反力應(yīng)足以抵抗水流的動(dòng)量。據(jù)此，護(hù)坦的抗沖厚度為：抗浮：護(hù)坦在揚(yáng)壓力和脈動(dòng)壓力的合成作用下不至于浮起。作用在護(hù)坦板上的主要荷載有：自重、揚(yáng)壓力、水重、脈動(dòng)壓力等。因此，護(hù)坦的抗浮厚度為： 式中： t消力池底板始端的厚度；H閘孔泄水時(shí)的上下游水位差；k1消力池底板的計(jì)算系數(shù)，k1=0.150.20；k2消力池底板的安全系數(shù)，k2=1.11.3。U作用在消力池底板底面的揚(yáng)壓力（kPa）；W作用在消力池底板頂面的水重（kPa）；Pm作用在消力池底板上的脈動(dòng)壓力（kPa）；b消力池底板的飽和容重（k

29、N/m3）。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)取上述兩式中較大值作為護(hù)坦板厚度。護(hù)坦的厚度一般采取變厚度，即：上游端的厚度大于下游端的厚度。（三）海漫1海漫的作用 水流在護(hù)坦內(nèi)消剎了大部分能量后進(jìn)入海漫。這時(shí)水流仍然保持著一定的剩余能量，特別是水流的垂直流速分布不均，底部流速仍然較大，水流脈動(dòng)也很劇烈。海漫的作用就是要消除水流的余能，調(diào)整流速分布，均勻地?cái)U(kuò)散出池水流，使之與天然河道的水流狀態(tài)接近，以保護(hù)河床免受沖刷。2海漫的結(jié)構(gòu)海漫的結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有一定的柔性的，能夠適應(yīng)地基的不均勻沉陷；海漫應(yīng)該是透水的，能夠順利地排出滲水，降低揚(yáng)壓力；海漫表面應(yīng)做成粗糙的，以加大與水流的摩擦，有利于消除余能和調(diào)整流速分布；海漫一般做成

30、等于或緩于1:10的斜坡；海漫下面應(yīng)設(shè)墊層。3海漫的長度式中Lp海漫長度（m）；qs消力池末端單寬流量（m3/s）；Ks海漫長度計(jì)算系數(shù)，可參考下表。Ks值表河床土質(zhì)粉砂、細(xì)砂中砂、粗砂、粉質(zhì)壤土粉質(zhì)粘土堅(jiān)硬粘土Ks1413121110987Ks值表4海漫的構(gòu)造 海漫的構(gòu)造和抗沖（抗磨）能力應(yīng)與其上通過的水流流速相適應(yīng)。常用的構(gòu)造形式有：（1）干砌石海漫 用直徑大于30cm的塊石砌筑，厚度為0.30.7m。干砌石的塊體直徑越大，砌筑得越緊密，干砌石海漫的抗沖流速越高。砌石下通常鋪設(shè)碎石墊層。為了增加抗沖能力，每隔610m修建一道漿砌石埂。（2）漿砌石海漫 用水泥砂漿將塊石砌筑而成。漿砌石的抗沖

31、能力大于同樣粒徑大小的干砌石海漫，但柔性和透水性較差，常布置在海漫緊接消力池的前1/3處。漿砌石海漫中應(yīng)設(shè)排水孔，下設(shè)反濾層。（3）拋石海漫 用塊石堆筑拋填而成。拋石海漫的結(jié)構(gòu)簡單，施工速度快，整體柔性好。石塊越大，其抗沖流速越大。可按下式選取石塊粒徑。式中：d拋石粒徑，m； v 水流流速，m/s。 （4）混凝土海漫 在缺乏石料的地方，可用混凝土板鋪筑形成海漫。混凝土板一般為正方形，邊長2-5m，厚0.1-0.2m。混凝土板下設(shè)反濾層或碎石粗砂墊層。混凝土海漫的抗沖流速可達(dá)6-8m/s。（5）其他構(gòu)造 此外，海漫還有鐵絲石籠、梢捆、鋼筋混凝土等結(jié)構(gòu)型式。（6）組合式海漫在工程中，常采用不同材料

32、、不同型式的海漫組合在一起的形式，往往能取得較好的效果。組合海漫的布置原則是先硬后軟。上游段采用抗沖流速較高的材料，下游段采用柔性好的材料。（四）防沖槽和防淘墻 經(jīng)過海漫的水流基本上已接近于河道流速正常分布，但是仍然有可能沖刷河床。要想完全消除河床沖刷，必須設(shè)置相當(dāng)長的海漫長度，這樣非常不經(jīng)濟(jì)。為了保護(hù)河床可能發(fā)生的不利沖刷，常常在海漫末端設(shè)置防沖槽。防沖槽內(nèi)由一定粒徑的塊石填充而成，當(dāng)海漫末端發(fā)生河床底部沖刷時(shí)，防沖槽內(nèi)的塊石會(huì)向下滾落，自動(dòng)補(bǔ)充到被沖刷的河床上，防止沖刷進(jìn)一步向上游發(fā)展，影響海漫的安全。防沖槽的尺寸應(yīng)根據(jù)可能沖刷深度確定，槽內(nèi)石塊體積應(yīng)略多于繼續(xù)沖刷后形成護(hù)坡的石頭方量。在

33、我國，防沖槽多采用寬淺式，頂寬1017m，槽深1.52.0m。在海漫末端設(shè)置垂直向下的防淘墻，也可以防止海漫下游可能發(fā)生的沖刷。防淘墻垂直插入基礎(chǔ)土壤中，其底部高程要低于可能沖刷深度。海漫末端的河床沖刷深度可按下式計(jì)算。式中：qm海漫末端的單寬流量；v0河床土質(zhì)允許不沖流速(m/s)；hm海漫末端河床水水深。（五）輔助消能工 在消力池中，可以加設(shè)輔助消能工，其作用是促成水躍，提高消能效果，減小消力池的長度和深度，降低尾坎高度。最用的輔助消能工有：尾坎、趾墩、消力墩、消力梁等。 輔助消能工的體型、布置、所起的作用、消能率等，往往需要通過水工模型試驗(yàn)獲得較理想的效果。 在實(shí)際工程中，需要何種輔助消

34、能工，應(yīng)針對工程存在的問題設(shè)置。1趾墩； 2消力墩；3尾坎（六）翼墻和護(hù)坡下游翼墻的作用是保護(hù)閘下兩岸不受沖刷，并幫助水流均勻擴(kuò)散。翼墻的長度一般不小于海漫的長度。在消力池范圍內(nèi)，翼墻（或?qū)Γ┳詈米龀摄U直的，在池后緩流區(qū)再用扭曲面或其他方式與下游坡連接。在閘室下游一定長度的河岸邊坡要進(jìn)行保護(hù)。護(hù)坡形式有：漿砌石、干砌石、混凝土板。護(hù)坡坡腳與海漫、防沖槽的連接處要有可靠連接，如設(shè)置防淘墻等。水閘上游的水流流速往往較大，也應(yīng)該進(jìn)行護(hù)底和護(hù)坡。5.4 水閘的防滲排水設(shè)計(jì)一、水閘的地下輪廓布置（一）水閘地下輪廓線的幾種情況 水閘地下輪廊線，是指閘基滲流場的第一根流線。 水閘閘下防滲一般包括上游鋪蓋、

35、板樁、閘底板和不透水護(hù)坦板等設(shè)施。因此，水閘地下輪廓線一般為：從防滲鋪蓋前端開始，沿鋪蓋、板樁、底板及護(hù)坦，到下游排水的前端為止。 地下輪廓線的布置原則是“上堵下排”。 “上堵”主要指：在閘基靠近上游側(cè)以防滲為主，采取水平或垂直降滲措施，阻截滲水，消耗水頭。 “下排”主要指：在防滲體的下游側(cè)以排水為主，盡快排除滲水，降低滲壓。不同防滲排水布置對閘底滲壓的影響。（1）上游采用防滲鋪蓋和板樁、閘底板及護(hù)坦底部無排水、海漫底部設(shè)排水的情況（圖a）1鋪蓋；2板樁；3護(hù)坦；4海漫；5排水及反濾層如圖（a），由于底板及護(hù)坦底部均未設(shè)排水，雖然采取了鋪蓋、板樁等防滲措施，但作用在底板及護(hù)坦上的滲透壓力仍然較

36、大。（2）上游采用防滲鋪蓋和板樁，閘下排水向上游延伸至護(hù)坦底部的情況（圖b）1鋪蓋；2板樁；3護(hù)坦；4海漫；5排水及反濾層 如圖（b），上游采用防滲鋪蓋和板樁，閘下排水向上游延伸到護(hù)坦板的底下。與圖（a）相比，護(hù)坦底部沒有滲透壓力，因此閘底滲壓也明顯減小。（3）上游采用防滲鋪蓋和板樁，閘下排水向上游延伸至閘底后半部的情況（圖c） 如圖（c），上游采用防滲鋪蓋和板樁，閘下排水進(jìn)一步前伸到閘底的后半部。與圖（b）相比，閘底板承受的滲壓更小。1鋪蓋；2板樁；3護(hù)坦；4海漫；5排水及反濾層（4）上游采用防滲鋪蓋，在鋪蓋上游端設(shè)板樁，閘下排水向上游延伸至鋪蓋下游端的情況（圖d）1鋪蓋；2板樁；3護(hù)坦；4

37、海漫；5排水及反濾層如圖（d），閘底板完全沒有滲壓。 （二）不同地基條件下，水閘地下輪 廓線的布置1粘性土地基特點(diǎn)：粘性土地基自身的滲透系數(shù)小，而其摩擦系數(shù)則較小。在進(jìn)行地下輪廓布置時(shí)，應(yīng)該以降低閘底滲壓、提高閘室穩(wěn)定性為主。措施：（a）盡可能將排水向上游延伸，減小閘底板滲透壓力。如：將閘下排水的上游端延伸到閘底板，甚至延伸到整個(gè)底板（如圖d）。（b）閘室上游以防沖為主，如：采用混凝土鋪蓋。（c）盡量不設(shè)置板樁。粘性地基在固結(jié)后，土體結(jié)構(gòu)致密。如果設(shè)置板樁，則可能破壞粘性土的天然結(jié)構(gòu)，在板樁與地基間形成集中滲流通道，反而不利于防滲。 2砂性土地基特點(diǎn)：砂性土閘基的特點(diǎn)是摩擦系數(shù)較大，有利于閘室

38、抗滑穩(wěn)定。但是，砂性土抵抗?jié)B透變形的能力較差，滲透系數(shù)也較大，故防滲設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)以防止?jié)B透變形和減少滲漏為主。措施：（a）當(dāng)砂土層很厚，且為粗砂或礫石時(shí) 一般采用鋪蓋與閘底板上游端板樁或垂直防滲墻相結(jié)合的方式來增加滲徑、減小滲透坡降。板樁達(dá)不到不透水層時(shí)，稱為懸掛式板樁。 排水一般設(shè)在護(hù)坦底部即可（如圖b），不必再向上游延伸。（b）當(dāng)砂土層很厚，且為細(xì)砂時(shí) 除采用上述措施外，還可以在鋪蓋的上游端加設(shè)短板樁，以增加滲徑，減小滲透坡降。（c）當(dāng)砂土層較薄，且不透水層埋深不大時(shí) 當(dāng)砂層較薄、不透水層埋深不大于水頭的（11.5）倍時(shí)，最好是采用齒墻或板樁切斷砂層（圖c），徹底切斷閘下滲流通道。這時(shí)，在護(hù)坦

39、底部仍需設(shè)置排水。這樣，滲壓、滲透變形、漏水等問題都可以得到較好解決。（d）當(dāng)?shù)鼗鶠榉奂?xì)砂時(shí) 粉砂地基容易在動(dòng)荷載作用下發(fā)生液化，應(yīng)盡量將閘基四周用板樁封閉起來。 這時(shí)，由于下游側(cè)增設(shè)了板樁，底板下滲透壓力有所增加，應(yīng)在上游側(cè)適當(dāng)加強(qiáng)防滲，以提高閘室的穩(wěn)定性（e）當(dāng)?shù)鼗鶠殡p層或多層地基時(shí) 對于上層為弱透水而下層為強(qiáng)透水的雙層或多層地基，除根據(jù)上層地基情況采取防滲措施外，還是考慮承壓水作用，驗(yàn)算上部覆蓋層的抗?jié)B、抗浮穩(wěn)定性。必要時(shí)可在消力池設(shè)深入強(qiáng)透水層的排水減壓井。（三）閘基防滲長度的確定 鋪蓋、板樁和閘底板等不透水部分與地基的接觸線是閘基滲流的第一條流線，稱為地下輪廓線。其長度即為閘基的防滲

40、長度。應(yīng)滿足：L=CH，式中：C-滲徑系數(shù)，見表5-3； H-上下游水位差。二、防滲排水設(shè)施 （一）水平防滲-鋪蓋。 鋪蓋材料有粘土、混凝土板、鋼筋混凝土板、土工膜等。1粘土鋪蓋粘土鋪蓋應(yīng)不透水，一般要求粘土的滲透系數(shù)比地基土壤的滲透系數(shù)小100倍以上，常為k=10-510-7cm/s。粘土鋪蓋在與水閘底板上游面接觸處緊密貼緊，不透水。粘土鋪蓋厚度應(yīng)滿足鋪蓋土體本身的允許坡降。一般自上游向閘底板逐漸加厚。上游端的最小厚度由施工條件決定，一般為0.50.75m。底板處的厚度由粘土的滲透坡降決定，一般為上下游最大水頭的1/4。粘土或壤土鋪蓋的表面應(yīng)該設(shè)保護(hù)層，防止水流沖刷或其它破壞。 2混凝土板鋪

41、蓋混凝土或鋼筋混凝土鋪蓋的最小厚度不小于0.4m；順?biāo)鞣较蛎扛?20m設(shè)一道永久縫，以適應(yīng)溫變化度和不均勻沉陷。縫寬一般23cm。在混凝土板鋪蓋與閘室底板連接處應(yīng)設(shè)置止水。止水片的材料為紫銅片、塑料片。 3防滲土工膜鋪蓋防滲土工膜的厚度根據(jù)作用水頭、膜下土體可能產(chǎn)生裂隙寬度、膜的應(yīng)變和強(qiáng)度等因素確定，一般不小于0.5mm。土工膜上部鋪設(shè)保護(hù)層，下部設(shè)墊層，防止樹枝、石子等硬物刺破。 4鋪蓋的長度鋪蓋的長度根據(jù)閘基防滲需要確定，一般采用上下游最大水位差的35倍。過度向上游延伸鋪蓋長度對降低閘基滲透坡降、減少揚(yáng)壓力作用不大，工程量卻增加不小。因此，當(dāng)鋪度長度不能滿足防滲要求時(shí)，可采用垂直鋪蓋、改

42、變排水布置等措施解決問題。（二）垂直防滲垂直防滲設(shè)施有鋼板樁、鋼筋混凝土板樁、木板樁、混凝土防滲墻、高壓旋噴灌漿帷幕等。木材來源困難，木板樁易劈裂，施工質(zhì)量難以保證。目前，除少數(shù)小型臨時(shí)性工程外，木板樁已很少使用。鋼板樁強(qiáng)度大，容易打入地基，用鎖扣連接后漏水少。鋼板樁成本較高，在中小型工程中目前很少用，但在一些大型工程中使用時(shí)，能夠加快施工速度。鋼筋混凝土板樁下端為楔形，以便于打入地下。板樁兩側(cè)采用梯形榫槽，用鎖扣裝置連接，可減少板樁成形后的樁間漏水。板樁用強(qiáng)夯逐漸打擊進(jìn)入預(yù)定位置。鋼筋混凝土板樁的最小厚度不小于0.2m，寬度不小于0.4m。（三）排水措施1排水層 閘下排水層一般采用透水性很好

43、的卵石、礫石、碎石等材料平鋪在設(shè)計(jì)位置，以便順利地排除滲水。排水石料的粒徑一般為12cm，在下部與地基面之間應(yīng)設(shè)置反濾層。閘下排水向上游延伸的位置由地下輪廓布置確定，在粘性土地基上可以一直延伸到閘底板下面。2排水孔 在護(hù)坦底部設(shè)有排水層時(shí)，常在護(hù)坦的后半部設(shè)排水孔。排水孔呈矩形或梅花形，孔徑58cm，孔距1.01.5m。三、閘基滲流計(jì)算水閘滲流計(jì)算的目的：計(jì)算閘下滲透場的各滲透要素，如滲透壓力分布、滲流出逸處的滲透坡降等。閘基滲流計(jì)算的方法主要有：流體力學(xué)的理論解法、水力學(xué)法和試驗(yàn)法。（1）流體力學(xué)的理論解法 由流體力學(xué)知，在各向同性地基中，閘基滲流滿足下式的拉普拉斯方程： 式中 H滲流場內(nèi)的

44、水頭函數(shù)。 解析解：拉普拉斯方程在理論上存在解析解。但是，只有在邊界條件十分簡單的情況下才能求得其解析解。對于實(shí)際工程中的復(fù)雜邊界是很難得到直接求解公式的。盡管如此，流體力學(xué)的理論解是其它各種解法的基礎(chǔ)。有限元法：近年來得到廣泛應(yīng)用的有限元法，是流體力學(xué)的數(shù)值解法之一。流網(wǎng)法：流網(wǎng)法是流體力學(xué)法的一種圖解法。流網(wǎng)由流線和等勢線組成，相互正交。用流網(wǎng)法可以適用于各種情況，是工程中解決滲透問題的簡單而有效的方法。（2）試驗(yàn)法 試驗(yàn)法是一種比較精確的解法，能夠解決較復(fù)雜的邊界條件和三維滲流問題。試驗(yàn)法需要一定的設(shè)備條件，且試驗(yàn)周期較長，一般用于解決重大工程或復(fù)雜工程。（3）水力學(xué)法 水力學(xué)法方法是一

45、種簡單而有效的滲流計(jì)算方法，目前得到廣泛應(yīng)用。 水力學(xué)法主要有：阻力系數(shù)法和直線比例法，是本章重點(diǎn)介紹的內(nèi)容。閘基滲流計(jì)算方法之一 直線比例法 1勃萊法 直線比例法由勃萊在1910年提出，該方法基于以下假定：假定滲透水壓力沿地下輪廊線的水頭損失是均勻的。 勃萊法計(jì)算示意圖 如圖所示：滲徑長度L為地下輪廊線的長度，上下游水頭差為H，根據(jù)直線比例法，地下輪廓線上的平均滲透坡降為： 在直線段上，距下游逸出點(diǎn)的滲徑距離為x處的滲壓水頭為：2萊因法（改進(jìn)的直線比例法） 直線比例法沒有考慮不同滲流段的滲透特性。萊因在1934年根據(jù)實(shí)際資料分析認(rèn)為：單位長度滲徑上，水平滲徑上消耗的水頭是垂直滲徑的1/3。基

46、于此，提出了改進(jìn)的直線比例法。萊因法計(jì)算示意圖 如圖：將滲徑全部折算成垂直滲徑，則：折算后的滲徑長度L為：L=L1+L2/3，其中L1為垂直滲徑長度，L2為水平滲徑長度。當(dāng)滲流段為傾斜段時(shí)，大于45的按垂直滲徑考慮，否則按水平滲徑考慮。 3安全滲徑系數(shù) 勃萊和萊因先后擔(dān)出安全滲徑系數(shù)C和加權(quán)安全滲徑系數(shù)C的概念。 要保證閘基不發(fā)生滲透變形，必須使地下輪廓線的滲徑長度LCH或LCH。不同的地基土質(zhì)條件，其C和C不一樣。 直線法計(jì)算方便，可應(yīng)用于工程規(guī)劃和可行性研究階段初擬閘基防滲長度。閘基滲流計(jì)算方法之二 改進(jìn)的阻力系數(shù)法改進(jìn)的阻力系數(shù)法計(jì)算簡圖 改進(jìn)阻力系數(shù)法計(jì)算精度較高，是水閘設(shè)計(jì)規(guī)范推薦采

47、用的計(jì)算方法。1基本原理 將地下滲流通道沿程分作若干典型滲流段，根據(jù)滲流的連續(xù)性條件，首先計(jì)算出總的水頭損失，然后計(jì)算各段的滲透水頭損失和其它滲透要素。根據(jù)達(dá)西定律，某一滲流段的單寬流量式中k滲流場土料的滲透系數(shù)；Ji該滲流段的滲透坡降；T地基透水層的厚度；hi滲流段的水頭差；li滲流段長度。從上式可以看到，i= 是一個(gè)只與滲流段的幾何形狀有關(guān)的函數(shù)，稱為計(jì)算滲流段的阻力系數(shù)。在該滲流段上，滲透水頭損失hi=i 。 閘基滲透水頭損失之和等于上下游水位差，即根據(jù)上式，只要知道了各滲流段的阻力系數(shù)i和上、下游水頭差H，則很容易計(jì)算各段的水頭損失。2計(jì)算步驟阻力系數(shù)法計(jì)算閘下滲流的具體計(jì)算步驟如下：

48、計(jì)算閘基的有效深度Te和計(jì)算深度T；將地下滲流場分成n個(gè)滲流段。計(jì)算各滲流段的阻力系數(shù)i。計(jì)算閘下滲流的總阻力系數(shù)。計(jì)算各分段水頭損失hi。修正出口段及齒墻不規(guī)則部位的水力坡降。3典型滲流段 閘下滲流阻力系數(shù)i只與滲流區(qū)域的幾何形狀有關(guān)。研究表明：水閘的地下滲流段可以歸納為3種典型滲流段形式：進(jìn)出口段，內(nèi)部垂直段，內(nèi)部水平段，如圖。 （a）進(jìn)、出口段 （b）內(nèi)部垂直段 （c）水平段 各緞阻力系數(shù)計(jì)算見課本145頁，表5-74地基有效深度 改進(jìn)阻力系數(shù)法適用于有限深地基。 當(dāng)實(shí)際的透水地基深度T0很深時(shí)，滲流場的下部流線彎曲，間距增大，滲流強(qiáng)度大為降低。如果仍采用實(shí)際的地基深度作為計(jì)算深度，將導(dǎo)

49、致計(jì)算結(jié)果嚴(yán)重偏離實(shí)際情況，產(chǎn)生較大誤差。 在阻力系數(shù)法計(jì)算中，一般采用某一適當(dāng)深度作為計(jì)算深度T，來取代實(shí)際深度T0。這個(gè)深度稱為地基有效深度Te。地基有效深度Te按下式計(jì)算： 式中 L0、T0分別為滲流場的水平和垂直投影長度。當(dāng)按上式計(jì)算的地基有效深度Te小于實(shí)際地基深度T0時(shí)，取計(jì)算深度T=Te；當(dāng)按上式計(jì)算的地基有效深度Te大于實(shí)際地基深度T0時(shí)，取計(jì)算深度T=T0。5進(jìn)、出口段的局部修正 在滲流出逸處，滲流水力坡降急劇變化。當(dāng)出口板樁較短或無板樁時(shí)，由上式計(jì)算的水頭損失值與實(shí)際有較大的誤差，需要進(jìn)行局部修正。進(jìn)口段存在同樣的情況。 出口段滲透坡降局部修正圖 修正后的進(jìn)、出口段水頭損失

50、為： 局部水頭損失修正后，進(jìn)、出口段的水頭損失減少；修正后的進(jìn)、出口段水頭損失減少值為 h=（1-）h0；出口段滲流坡降為水力坡降修正段長度為： 修正時(shí)，在原坡降線上根據(jù)修正段長度a及修正值h0，分別定出O點(diǎn)和P點(diǎn)，即得到修正后的水力坡降線OP。水力坡降變大，OP相對呈急變形式。 5.4.4 側(cè)向繞滲及防滲連接 在上下游水位差的情況下，滲流也可能從河岸兩側(cè)繞過翼墻滲透。兩岸繞滲增大兩岸翼墻的荷載，對兩岸岸坡和翼墻穩(wěn)定不利。 水閘側(cè)向繞滲是一個(gè)三維無壓滲流問題。計(jì)算分析時(shí)假設(shè)側(cè)向滲流為層流，符合達(dá)西定律。具體計(jì)算方法可參考土石壩的滲流計(jì)算。 防止兩岸繞流破壞的基本方法是降低滲透坡降，其基本措施是

51、延長兩岸繞滲“地下輪廓線”的長度。如，向上游延伸翼墻或?qū)Α⒃O(shè)置側(cè)向阻滲設(shè)施等。 閘室主要包括：底板、閘墩、閘門、胸墻、 工作橋和交通橋等。一、底板型式（1）按底板與閘墩的連接方式分整體式：閘墩和底板澆筑成整體，有分段縫時(shí)縫設(shè)在閘墩上。底板是傳力結(jié)構(gòu)，將荷載較均勻地傳給地基。閘室整體性較好，適用于松軟地基。分離式：底板與閘墩用沉陷縫分開。閘墩傳力，底板僅防滲抗沖，一般適用于巖基或壓縮性小的土基。5.5 閘室的布置與構(gòu)造（2）按底板的結(jié)構(gòu)型式分 平底板、反拱底板、空箱式底板 等 整體式平底板用得最廣泛。底板型式 1整體式平底板（1）型式：閘室底板與閘墩一起澆筑，在結(jié)構(gòu)上形成一個(gè)整體，稱為整體式底

52、板。（2）特點(diǎn) 整體式底板能夠?qū)⑸喜繕蛄骸⒃O(shè)備及閘墩的重量傳遞給地基，使地基應(yīng)力趨于均勻，且構(gòu)造簡單，施工方便。（3）適用條件整體式平底板多用于地基條件較差的情況。（4）分縫分縫的目的：適應(yīng)溫度變化和地基不均勻沉降。分縫的方法：一般在13個(gè)閘室之間設(shè)一道永久變形縫，形成數(shù)孔一聯(lián)的型式。縫距：在巖基上，縫距不宜大于20m；在土基上，縫基不大于35m。分縫的型式：墩中分縫和跨中分縫。 墩中分縫：變形縫設(shè)在閘墩中間，此時(shí)，閘室整體性更好。在發(fā)生不均勻沉陷時(shí)，仍然能夠正常工作。設(shè)有變形縫的閘墩稱為縫墩，縫墩一般較中墩厚些。跨中分縫：在較堅(jiān)硬地基土層上，變形縫可以設(shè)在閘室中間的底板上，以減小閘墩厚度和泄

53、流前緣總寬度，也稱板中分縫。板中分縫的閘孔單孔凈寬不宜大于8m。（a)墩中分縫 （b)板中分縫 1縫墩；2中墩；3底板；4閘門；5永久縫（5）底板構(gòu)造底板順?biāo)鏖L度：根據(jù)閘室穩(wěn)定、地基應(yīng)力分布、以及上部結(jié)構(gòu)布置要求確定。水頭越高、地基越差、底板要求越長。初擬底板長度時(shí)，碎石和礫（卵）石地基可取為（1.52.5）H；砂土和砂壤土地基可取（2.03.5）H；粉質(zhì)壤土和壤土可取（2.04.0）H；粘土可取（2.54.5）H。底板的厚度：平底板通常是等厚度的。底板厚度應(yīng)根據(jù)閘室地基條件、作用荷載及閘孔凈寬等因素，經(jīng)過計(jì)算并結(jié)合構(gòu)造要求確定。初擬時(shí)，對于大、中型水閘，閘室平底板厚度可取閘孔凈寬的1/61

54、/8，約為1.02.0m，最小厚度不宜小于0.7m。齒墻：在土基上，底板的上下游端常設(shè)有短齒墻，齒墻長0.51.0m。齒墻能夠增加底板剛度，增大閘室穩(wěn)定抗滑安全系數(shù)和閘下地下輪廓線的長度。底板的構(gòu)造：當(dāng)?shù)鼗休d力允許時(shí)，常采用實(shí)體底板。當(dāng)?shù)鼗辛^差時(shí)，可以采用剛度大、重量輕的空心底板。2分離式平底板（1）型式分離式平底板的兩側(cè)設(shè)置分縫，底板與閘墩分離。（2）特點(diǎn) 底板與閘墩在結(jié)構(gòu)上互不傳力，閘墩和上部設(shè)備的重量通過閘墩傳到地基，底板只起防滲、防沖的作用。（3）適用條件分離式底板適用于閘孔大于8m且堅(jiān)實(shí)的地基或巖基。（4）構(gòu)造 分離式底板的厚度只需要滿足其自身的穩(wěn)定要求，厚度較整體式底板薄。3

55、鉆孔灌注樁底板（1）型式 先在地基上鉆孔，再在現(xiàn)場澆筑鋼筋混凝土樁，然后在樁頂構(gòu)筑承重臺(tái)，在承重臺(tái)上布置底板。（2）適用條件主要適用于軟基。 當(dāng)軟土層下臥的硬土層距離表面較淺時(shí)，可以使樁直接支撐在硬土層上，水閘的荷載通過鋼筋混凝土樁傳遞到硬土層，稱為承重樁。 當(dāng)硬土層埋深較深時(shí)，樁只能插入軟土層一定深度，荷載通過樁與周圍土體的摩擦力來支撐，稱為摩擦樁。支承樁摩擦樁4反拱底板（1）型式 底板向地基的一面做成拱形。（2）特點(diǎn) 地基反力在底板拱的作用下，板內(nèi)彎矩減少，受力條件明顯比平底板合理。與平底板相比較：反拱底板可減少厚度40%50%；減少鋼筋用量，降低工程造價(jià)；使水閘橫向（垂直于流向）地基反力

56、分布較均勻；底板受力條件較好。但是，施工條件較復(fù)雜，技術(shù)要求高，閘室內(nèi)單流量不均勻，水力條件較差，對消能防沖不利。（3）適用條件多用于地基條件較差的情況，有時(shí)也用于地基較好的土基。（4）底板地基反力分析 作用在反拱底板上的荷載有：上部結(jié)構(gòu)重量、拱圈自重、水重、揚(yáng)壓力和地基反力等，其中地基反力的確定是一個(gè)比較復(fù)雜的問題。在順?biāo)鞣较颍鼗戳Τ手本€分布（圖a）；在垂直水流方向，地基反力與施工程序相關(guān)。 先澆反拱和墩基，后澆閘墩情況。地基反力在垂直水流方向均勻分布（圖b）。 先澆墩基和部分閘墩，待地基預(yù)壓后再澆底板，最后澆閘墩剩余部分。這種情況初期地基反力不均勻，后期仍將趨于均勻（圖c） 1先澆塊

57、；2后澆塊（a）底板順?biāo)鞣较颍v向）地基反力分布；（b）先澆反拱及墩基、后澆閘墩的情況時(shí)垂直水流方向地基反力分布；（c）先澆墩基及部分閘墩的情況時(shí)垂直水流方向地基反力分布二、閘墩（一）閘墩結(jié)構(gòu)閘墩的作用：分隔閘墩、支撐上部設(shè)備。閘墩長度：一般與閘底板順?biāo)鞣较蛞恢隆ｉl墩厚度：根據(jù)閘孔寬度、受力情況、閘門型式、結(jié)構(gòu)構(gòu)造要求和施工方法等條件確定。弧形工作閘門沒有門槽，可以采用較小的厚度。平面工作閘門門槽深度根據(jù)閘門大小按規(guī)范確定，閘墩門槽處的最小厚度不宜小于0.4m。墩中分縫的閘墩（縫墩）的厚度，一般大于跨中分縫的閘墩（中墩）。閘墩形狀：水閘閘墩的上游墩頭多采用半圓形。半圓形墩頭水流條件好，施工

58、方便。上游墩頭采用流線形時(shí)，整體過流的側(cè)收縮系數(shù)較半圓形小；但是，在一孔過流、鄰孔關(guān)閉的情況下，頭部容易形成分離水流，水流流態(tài)和側(cè)收縮系數(shù)均不如半圓形墩頭。下游墩頭多采用流線形，有利于水流擴(kuò)散。為方便閘墩上部橋面和設(shè)備安裝，常將閘墩上部不過流部分的上下游端均做成方形。 三 、胸墻胸墻的結(jié)構(gòu)分為：板式和板梁式。如圖5-201板式胸墻板式胸墻常做成上薄下厚，頂厚不小于20cm。板的結(jié)構(gòu)形式與胸墻的施工方式有關(guān)。與閘墩共同澆筑的。為固結(jié)；預(yù)制吊裝在預(yù)留豎槽的，為簡支。結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)取單位高度的水平板條進(jìn)行。板式胸墻適用于擋水高度和閘孔寬度較小的水閘。2板梁式胸墻板梁式胸墻由面板、頂梁和底梁三部分組成。面

59、板的上下緣支撐在梁上，兩側(cè)支撐在閘墩上。當(dāng)胸墻高度較大時(shí)，可在中間增加一根中梁。梁支撐在剛度較大的閘墩上。板梁的計(jì)算與板梁的施工方法有關(guān)。板梁共同澆筑時(shí)，板在受力變形時(shí)，會(huì)帶動(dòng)梁扭轉(zhuǎn)。此時(shí)，板的上下緣支撐介乎于鉸結(jié)和固結(jié)之間。結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)將板、梁分開依次進(jìn)行。梁與閘墩一起澆筑時(shí)，梁與閘墩在結(jié)構(gòu)上為固支，兩端承受彎矩和扭矩。梁簡支在閘墩上時(shí)，只承受彎矩。板的上下支承為彈性支承。板梁式胸墻的板厚不小于20cm，頂梁高度不小于閘孔寬度的1/121/15，底梁高度為孔寬的1/81/9。板梁式受力條件比板式好，多用于大型水閘。板式胸墻和板梁式胸墻下緣的迎水面均做成圓弧形或橢圓形，有利水流順利通過。四、工作

60、橋和交通橋工作橋是為安裝啟閉機(jī)和便于工作人員操作而設(shè)于閘墩上的橋。交通橋的作用是連接兩岸交通。交通橋通常布置在閘室下游，可以降低橋面高程。當(dāng)閘門操作系統(tǒng)在下游時(shí)，也可以把交通橋布置在閘室上游。五、分縫和止水凡具有防滲要求的縫，都應(yīng)設(shè)止水設(shè)備。1止水的分類止水分鉛直止水和水平止水兩種。鉛直止水設(shè)在閘墩、岸墻、翼墻以及它們之間的鉛直縫靠近高水位的一側(cè)；水平止水設(shè)在鋪蓋、底板、護(hù)坦以及它們與底板、岸墻、翼墻聯(lián)接處的水平縫內(nèi)。在無防滲要求的縫中，一般鋪貼瀝青油氈。1邊墩；2混凝土鋪蓋；3消力池；4上游翼墻；5下游翼墻；6中墩；7縫墩；8柏油油毛氈嵌紫銅止水片；9、10垂直止水片；11柏油油氈止水水閘分