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1、水工建筑物_知识点汇总 水利水电工程建筑物授课教案章节名称 第四章 水闸 教学日期 第二学期 授课教师姓名 职称 授课时数 22 本章的教学目的与要求掌握水闸的类型工作特点组成及各组成局部的作用掌握水闸孔口设计的影响因素分析和计算方法掌握消能防冲设计中水闸下游不利水流流态及相应的防止措施掌握防渗排水设计中水闸地下轮廓线长度拟定布置渗流计算方法和防渗排水措施水闸的布置与构造在闸室稳定应力分析中重点从荷载计算稳定应力分析方法等方面比拟与重力坝的异同了解水闸布置与构造闸室结构计算内容及方法等方面的内容授课主要内容及学时分配掌握水闸的类型工作特点组成及各组成局部的作用2学时掌握水闸孔口设计的影响因素分
2、析和计算方法4学时掌握消能防冲设计中水闸下游不利水流流态及相应的防止措施4学时掌握防渗排水设计中水闸地下轮廓线长度拟定布置渗流计算方法和防渗排水措施6学时水闸的布置与构造2学时在闸室稳定应力分析中重点从荷载计算稳定应力分析方法等方面比拟与重力坝的异同2学时了解水闸布置与构造闸室结构计算内容及方法等方面的内容2学时重点和难点水闸的类型工作特点组成及各组成局部的作用水闸孔口设计的水闸孔口设计如何不知谁炸的消能防冲设计水闸的渗流计算水闸的整体布置思考题和作业1水闸按其承当的任务和结构形式分为哪些类型水闸的工作特点如何2水闸的组成局部及各组成局部的作用是什么3水闸孔口设计的影响因素有哪些如何确定4水闸
3、下游不利水流流态及相应的防止措施是什么5何谓水闸地下轮廓线其长度如何拟定布置方式有哪些6试述用改良阻力系数法计算闸底板下渗压力和渗透坡降的方法步骤7试述水闸荷载计算和稳定应力分析方法与重力坝有何异同8试述闸门启闭机的分类与选型方法如何 9水闸两岸连接建筑物的型式有哪些 如何选用10闸室结构计算的内容有哪些 试述有限深的弹性地基梁法的计算步骤第四章 水闸第一讲讲授第一节41 水闸的类型和工作特点一类型一概念水闸是一种利用闸门的启闭来调节水位控制流量的低水头水工建筑物二开展公元前6世纪春秋时代在位于今安徽寿县城南的芍陂灌区中即设有进水和供水用的5个水门世界上规模最大的水闸荷兰木斯海尔德挡潮闸共63
4、孔闸高53m闸身净长3000m闸全长4425m三按承当任务分类图4-1 水闸布置示意图1进水闸建在河道水库湖泊岸边或渠道渠首的用以控制引水流量以满足灌溉发电或供水需要的闸又称为取水闸或渠首闸 2节制闸为了灌溉通航等需要横跨河流或渠道上修建的用以控制闸前水位及过闸流量的闸位于河道上的节制闸又称为拦河闸3分洪闸建于泄洪能力缺乏的天然河道河段上游适当的地点洪峰来临时开闸分泄一局部洪水进入湖泊洼地等滞洪区以减轻洪水对江河下游威胁的闸4排水闸建在江河沿岸低洼地区排水渠道末端用以在外河水位上涨时防止外水倒灌外河水位较低时排除其附近低洼地区积水的闸 特点闸身高底板低双向挡水5冲砂闸建在多泥沙河流上用以排除进
5、水闸节制闸或渠系中沉积泥沙减少引水水流含沙量防止渠道和闸前河道淤积的闸 一般建在进水闸一侧河道上与节制闸并排布置或设在引水渠上进水闸旁6挡潮闸建在入海河口附近涨潮时关闸防止海水倒灌入内河退潮时开闸泄水或者拦蓄淡水以利灌溉的闸四按闸室结构型式分 图4-2 水闸闸室结构分类图 a 无胸墙的开敞式 b 胸墙式 c 涵洞式1开敞式即水闸闸室是露天的上面没有填土胸墙式适用于上游水位较大而过闸流量不大的水闸无胸墙式适用于有泄洪通航排冰等要求的水闸2涵洞式修建在河渠堤之下的水闸 3双层式是一种分上下两层分别装设闸门的结构既具有面层泄流能力又具有底层泄流能力的闸室结构五按过闸流量分大型 Q5000m3s大型
6、Q50001000m3s中型 Q 1000100 m3s小型 Q 10020 m3s小型 Q 20 m3s六其他类型的水闸翻板闸橡胶水闸装配式水闸等二水闸的特点及设计要求1工作特点1沉降量和沉降差2冲刷3抗滑稳定4渗透稳定2设计应注意问题1选择合理的水闸形式和构造采取合理施工程序进行严格地基处理保证闸与地基稳定2进行合理可靠的防渗排水设计确保渗透稳定3采取有效的消能防冲设施确保水闸不发生冲刷破坏三水闸的组成 图4-3 开敞式水闸组成示意图1闸室底板2闸墩3胸墙4闸门5工作桥6交通桥7堤顶8上游翼墙9下游翼墙10护坦11排水孔12消力坎13海漫14防冲槽15上游铺盖1上游连接段组成翼 墙铺盖护底
7、防冲槽齿墙护坡作用翼 墙引导水流平顺进闸挡土防冲侧向防渗铺 盖防渗防冲防冲槽保护护底首部防止河床冲刷向护底方向开展护坡护底保护河岸及河床不受冲刷2闸室段 组成底板闸墩闸门胸墙工作墙交通桥 作用底 板承受闸室全部荷载将荷载较均匀地传给地基维持闸室抗滑稳定防冲防渗闸 墩分隔闸孔支承闸门和桥梁工作桥布置启闭设备操作闸门闸 门控制水位调节流量3下游连接段组成消力池海曼防冲槽翼墙护岸作用消力池消能防冲海 曼继续消余能调整流速分布防冲槽防止下游河床冲坑继续向上游开展翼 墙引导过闸水流均匀扩散保护两岸免受冲刷四水闸等级划分及洪水标准1平原地区水闸 表4-1 平原区水闸枢纽工程分等指标工 程 等 别规 模大1
8、型大2型中型小1型小2型最大过闸流量m3s50005000100010001001002020防护对象的重要性特别重要重要中等一般2灌排渠系上水闸 表4-2 灌排渠系建筑物级别划分建筑物级别12345过闸流量m3s300300100100202055表4-3 灌排渠系水闸的设计洪水标准水闸级别12345设计洪水重现期a10050503030202010103消能防冲 表4-4 山区丘陵区水闸闸下消能防冲设计洪水标准水闸级别12345闸下消能防冲设计洪水重现期a10050302010第四章 水闸第二讲讲授第二节上42 水闸孔口尺寸确定闸孔设计的任务根据规划的设计流量及相应上下游水位确定闸孔形式底
9、板高程闸孔尺寸以满足泄水或引水要求一闸孔和底板型式选择 1闸孔形式开敞式胸墙式无胸墙式封闭式涵洞式2选择原那么 1闸坎高程较高挡水高度较小的泄洪闸或分洪闸以及有排冰通航等要求的水闸一般均采用开敞式 2闸坎高程较低挡水高度较大的水闸挡水高度高于洪水运用水位或闸上水位变幅较大且有限制过闸单宽流量的水闸均可采用胸墙式或涵洞式3底板形式 1宽顶堰底板优点结构简单施工方便泄流稳定 缺点流量系数较小易产生波状水跃适用泄洪冲沙通航排污排冰等 a b c 图4-4 低实用堰 a 梯形堰 b 驼峰堰 c WES低堰2低堰底板 优点流量系数大水流条件好泄流能力强 缺点流态不稳定结构复杂施工难度较高 适用底板高程不
10、够水位较高 因地基较差需降低底板高程时 有拦沙要求时二设计流量和上下游水位1流量1拦河闸设计洪水标准或校核洪水标准对应流量2进水闸为渠道设计取水流量3排水闸由后水计算确定2水位1拦河闸下游由水位流量关系曲线查上游比下游高0103m2进水闸下游由渠道水位流量关系曲线查游比下游高0103m3排水闸上游为滞洪区或排水渠摸排水设计流量对应水位下游比上游低00501m左右三闸底板高程确定1在地基强度满足要求的前提下可定得高些对大型水闸应适当降低降低造价2拦河闸底板高程可与河底平齐3进水闸底板高程常等于或略低于渠底但应满足引水及拦沙防淤要求4分洪闸底板高程可比河底略高些但应满足最低分洪水位时的泄量要求及防
11、止洪水冲刷河床5排水闸底板高程应尽量低以满足排涝或排碱要求6受单宽流量的影响四过闸单宽流量确实定1影响因素河床或渠道的地质条件水闸上下游水位差下游尾水深度等因素影响兼顾泄洪能力和下游消能防冲两个方面2一般确定对粘土地基可取1525m3sm壤土地基可取1520m3sm砂壤土地基可取1015m3sm粉砂细砂粉土和淤泥地基可取510m3sm第四章 水闸第三讲讲授第二节下42 水闸孔口尺寸确定五闸孔宽度确实定详细介绍试算法 1总宽度确定 确定总净宽 Bbn1堰流 符号按书2孔流 2单孔宽及闸室总宽度 1单孔宽大型 812m中型 38m小型 23m2闸孔数量 n B0b06孔以下取单数6孔及以上取双数3
12、闸室总宽度一般要求实际过流能力与设计过流量相差5闸室总宽 B nb0 n1 d2d0 边墩要求B06085B河渠 B河渠河道或渠道宽度第四章 水闸第四讲讲授第三节上43 水闸的消能防冲一过闸水流特点及闸下游冲刷原因 1闸下水流流态复杂流速大紊动强烈水流从堰流到孔流从自由出流到淹没出流都会发生2闸下易形成波状水跃3闸下容易出现折冲水流 翼墙布置不当适用不当二消能防冲设计的水利条件1消能方式一般采用底流消能2水力条件选择1一般是以上游最高水位下游始流水位为可能出现的最低水位闸门局部开启单宽流量大为控制条件2设计时应以闸门的开启程序开启孔数和开启高度进行多种组合计算通过分析比拟确定三底流消能设计一消
13、力池1作用促使出闸水流在池中发生淹没式水跃进行消能并保护地基免遭冲刷2布置 1当闸下尾水深度小于跃后水深时可采用下挖式消力池消能2当闸下尾水深度略小于跃后水深时可采用突槛式消力池消能3当闸下尾水深度远小于跃后水深时且计算消力池深度又较大时可采用下挖式消力池与突槛式消力池相结合的综合消力池消能当水闸上下游水位差较大且尾水深度较浅时宜采用二级或多级消力池消能3消力池尺寸确定图4-6 消力池池长池深计算示意图 图4-7 USBR型消力池布置1深度 2消力池长度 3护坦底板厚度 根据抗冲抗浮要求确定抗冲 抗浮 t t1t2 一般t 0510m消力池末端底板厚度可采用t2不宜小于05m小型水闸不宜小于0
14、3m 4尾坎稳定水跃调整铅直断面上的流速分布促使水流均匀扩散减小下游河床冲刷 4消力池构造 1材料 2排水孔 3变形缝5辅助消能工如消力墩一般布置在消力池前半段护坦上二至三排交错排列第四章 水闸第五讲讲授第三节下43 水闸的消能防冲四波状水跃级折冲水流的防止措施1波状水跃的防止措施图4-8 波状水跃的防止措施 a 在出流平台上设置小槛 b 将小槛做成分流墩分流齿形1在消力池斜坡段的顶部预留一段0510m宽的平台在其末端设置一道小槛见图4-8 a 迫使水流越槛入池促成底流式水跃2分流墩分流齿形见图4-8 b 那么消除波状水跃的效果更好如水闸底板为低实用堰型有助于消除波状水跃的产生2折冲水流的防止
15、措施1在平面布置上尽量使上游引河具有较长的直线段2在消力池前端设置散流墩对防止折冲水流有明显效果3应制定合理的闸门开启程序 五海漫及防冲槽1海漫图4-9 防冲加固措施1作用进一步削减水流剩余能量使水流均匀扩散保护护坝和减小对下游河床的冲刷2要求巩固耐冲且能适应下游河床可能的冲刷变形具有一定的柔性为了使渗水自由排出减小场压力应具有一定的透水性为了进一步消能外表应具有较大的糙率3海漫长度计算 Ks海曼长度计算系数 H闸孔泄水时的上下游水位差 qs消力池末端单宽流量4海漫的构造一般采用整体向下游倾斜的型式在平面上沿水流方向向两侧逐渐扩散以使水流均匀扩散保护河床不受冲刷2防冲槽 主要作用挖槽抛填块石加
16、固海曼末端保护海曼六上下游护坡及河床防护上游23倍水头长度护底及护坡下游46倍水头长度护底及护坡七闸门的控制运用主要满足以下要求1消力池长度在任何情况下都满足要求淹没水跃2闸门应分级均匀对称开启与关闭3严格控制始流条件下的闸门开度4闸门开启与关闭速度尽量慢第四章 水闸第六讲讲授第四节上44 防渗排水设计一闸基防渗长度及地下轮廓线布置 一设计任务经济合理地确定水闸底下轮廓线的型式和尺寸并采取必要的可靠的防渗排水措施以减小或消除渗流的不利影响保证闸基及两岸不产生渗透破坏保证水闸的平安二闸基的防渗长度图4-10 水闸地下轮廓线1地下轮廓线不透水的铺盖板桩及闸底板等与地基的接触线2防渗长度即地下轮廓线
17、的长度又称渗径长度图4103计算LCH 表4-6 渗径系数C值排水条件地 基 类 别粉 砂细 砂中 砂粗 砂中砾细砾粗 砾夹砾石轻粉质砂壤土轻砂壤土壤土粘土有反滤层13997755443325117955332无反滤层7443按上式初步确定后还需经闸基的抗滑稳定验算及闸室稳定计算最后确定三闸基防渗排水布置布置原那么高防低排高防就是在闸底板上游一侧布置铺盖板桩齿墙混凝土防渗墙及灌浆帷幕等防渗设施以延长渗径减小作用在底板上的渗透压力降低闸基渗流的平均坡降低排就是在闸底板下游一侧布置面层排水排水孔或排水井反滤层等设施使地基渗水尽快排出1粘性土地基不易发生管涌 上游设防渗铺盖下游出口处设反滤层 图41
18、1a 2砂类土地基粉沙轻砂壤土轻粉质砂壤土bcd 易产生渗漏及渗透变形上游设铺盖加悬挂式板桩防渗墙相结合的布置方式 土层较薄时设截水墙或截流板桩下游铺设良好级配的反滤层3多层土地基下游排水减压必要时设板桩截断夹砂层e4岩石地基 可根据需要在闸底板上游端设水泥灌浆帷幕后设排水孔图4-11 水闸地下轮廓线布置示意图二渗流计算目的计算底板及护坦下的渗透压力和渗透坡降判定初拟地下轮廓线是否满足抗滑稳定和渗透稳定要求计算方法流网法直线法改良阻力系数法有限元法电模拟试验法一直线法1原理假定渗流沿地下轮廓线流动时其渗透水头是成直线比例逐渐减小的即沿程渗透坡降的大小都是相同的2公式 勃莱法 hx HxL hx
19、渗透压强莱茵法 hx HxL L0LrLh3Lr水平渗径Lh垂直渗径将各点所求得的压强大小按一定比例标在闸底板面相应位置铅直线上然后将相邻两点水头端点用直线连接即得到作用于底板底面的渗透压力分布图 渗透压力分布见图412 a b 图4-12 全截面直线分布法渗透压力计算图 a 未设水泥灌浆帷幕和排水孔情况 b 设有水泥灌浆帷幕和排水孔情况二改良阻力系数法优点比拟充分地考虑了渗流在边界条件变化处的水头损失故计算结果精度较高根本原理 a b 图4-13 改良阻力系数法渗透压力计算图 如图4-13a由达西定律渗流区单宽流量为 令 LT 令那么得 式中 i为渗流段阻力系数与渗流段的几何形状有关k地基土
20、的渗透系数ms 总水头H应为各段水头损失的总和即将式 4-23 代入式 4-22 得各段的水头损失为 将各段的水头损失由出口向上游方向依次叠加即得各段分界点的渗压水头及其它渗流要素以直线连接各分段计算点的水头值即得渗透压力分布图见图4-13 b 2计算步骤1确定地基有效深度Te从各等效渗流段地下轮廓最高点垂直向下算起的地基透水层有效深度可按以下公式计算当L0S05时 当L0S05时 式中 L0S0地下轮廓的水平投影及垂直投影长度m当计算的Te大于地基实际深度时Te值应按地基实际深度采用2典型流段阻力系数的计算一般水闸地基渗流段可归纳为三种典型流段即进出口段图4-13中的段内部垂直段图4-13中
21、的段内部水平段图4-13中的段每段的阻力系数i可按表4-7中的公式确定表4-7 典型流段阻力系数计算表3对进出口段水头损失值和渗透压力分布图进行局部修正进出口段修正后的水头损失值可按以下公式计算如图4-14a所示表4-17图4-14 进出口段渗压修正示意图阻力修正系数当计算的10时采用10S底板埋深与板桩入土深度之和mT板桩另一侧地基透水层深度m表4-8 出口段和水平段的允许渗流坡降J值分段地 基 类 别粉 砂细 砂中 砂粗 砂中砾细砾粗 砾夹砾石砂壤土壤土软壤土坚硬粘土极坚硬粘土水平段005007007010010013013017017022022028015025025035030040
22、040050050060出口段025030030035035040040045045050050055040050050060060070070080080090注当渗流出口处设反滤层时表中数值可加大30修正后的水头损失的减小值h可按下式计算水力坡降呈急变形式的长度Lx可按下式计算出口段渗透压力分布图可按图4-14 b 方法进行修正QP为原有水力坡降由计算的h和Lx值分别定出P点和O点连接QOP即为修正后的水力坡降线图4-15 进出口段齿墙不规那么部位修正示意图进出口段齿墙不规那么部位可按以下方法进行修正图4-15当hxh时按下式修正hxhxh 式中 hx hx水平段和修正后水平段的水头损失m
23、当hxh时可按以下两种情况分别进行修正 假设hxhyh可按下式进行修正 hx2hx hyhyhhx 式中 hy hy内部垂直段和修正后内部垂直段的水头损失m第四章 水闸第七讲讲授第四节中44 防渗排水设计注详细讲解闸基的防渗计算例4-1 某水闸地下轮廓线如图4-16 a 所示根据钻探资料知地面以下12m深处为相对不透水的粘土层用改良阻力系数法计算渗流要素解1 简化地下轮廓简化后地下轮廓如图4-16 b 所示划分10个根本段2确定地基的有效深度由于L005122510251024mS02552055mL0S04365按公式 4-26 得Te1336Tp120m故按实际透水层深度TTp120m进行
24、渗流计算3计算各典型段阻力系数按各典型段阻力系数计算公式计算见表4-94计算各段水头损失按公式4-24计算各段水头损失列于表4-105进出口段水头损失修正图4-16 某水闸地下轮廓线布置及渗流计算图表4-9分段编号分段名称S m S1 m S2 m T m L m i进口段10120477水平段0011050045内部铅直段061160052水平段065111612250712内部铅直段511160479内部铅直段451100441水平段450511010250614内部铅直段051100045水平段00105100095出口段061110460总和3420表4-10分段编号hi0628005
25、900680937063005810808005901250605注总水头H 3025545m 1进口段水头损失修正T 12111mT 12mS 10m按式4-28计算得062910那么进口段修正为h01062806290395m水头损失减小值h062803950233m因hx2hy3005900680127h故第段分别按式 4-34 4-35 修正hx22hx2200590118mhy32hy3200680136mhx4hx4hhx2hy309370233005900681043m2出口段水头损失修正T 105mT 111mS 06m按式4-28计算得051610那么出口段修正为h01006
26、0505160312m水头损失减小值h060503120293m因hx9hy8012500590184h故第段分别按式 4-34 4-35 修正hx92hx9201250250mhy82hy8200590118mhx7hx7hhx9hy808080293012500590917m验算H039501180136104306300581091701180250031245m计算无误6计算各角点或尖端渗压水头由上游进口段开始逐次向下游从总水头H45m减去各分段水头损失值即可求得各角点或尖端渗压水头值H145mH24503594105mH3410501183987mH43851mH52808mH621
27、78mH71597mH80680mH90562mH100312mH110312031207绘制渗压水头分布图如图4-16 c 所示8 渗流出口平均坡降按式4-36J h0S 031206052第四章 水闸第八讲讲授第四节下44 防渗排水设计三防渗及排水设施防渗设施水平防渗铺盖垂直防渗板桩齿墙防渗墙防渗帷幕 排水设施铺设在护坦闸底板下起导渗作用的沙砾石层一般与反滤层结合使用一 铺盖1粘土粘壤土铺盖 铺盖的厚度应根据铺盖土料的允许水力坡降值计算确定上游端的最小厚度应不小于06m逐渐向闸室方向加厚且任一截面厚度不应小于1416倍该计算断面顶底面的水头差值为了防止铺盖在施工期被损坏和运用时被水流冲刷其
28、上面应设置厚0305m的干砌块石或混凝土板保护层保护层与铺盖间设置一层或两层砂砾石垫层 2砼或钢筋砼铺盖 其厚度一般根据构造要求确定最小厚度不宜小于04m在与底板连接处应加厚至0810m为了减小地基不均匀沉降和温度变化的影响其顺水流方向应设永久缝缝距可采用820m铺盖与闸底板翼墙之间也要分缝缝宽可采用23cm缝内均应设止水混凝土铺盖中应配置构造筋对于起阻滑作用的钢筋混凝土铺盖那么要根据受力情况配置受拉钢筋受拉钢筋与闸室在接缝处应采用铰接的构造型式铺盖的混凝土强度等级一般不低于C203 土工膜防渗铺盖水闸防渗铺盖也可用土工膜代替传统的弱透水土料用于防渗的土工合成材料主要有土工膜或复合土工膜其厚度
29、应根据作用水头膜下土体可能产生裂隙宽度膜的应变和强度等因素确定但不宜小于05mm 二 板桩1作用增加渗径降低渗透压力减小渗流出口坡降防止出口处土壤产生渗透变形2构造入土深度0712H厚度02m宽度不宜小于04m顺水流方向设永久性变形缝缝距820m缝宽23cm缝内设止水3与底板的连接 板桩顶部嵌入粘土铺盖一定深度适用于闸室沉降量较大而板桩尖已插入坚实土层情况适用于闸室沉降量较小板桩顶部嵌入底板下特设凹槽内板顶填塞沥青等材料适用闸室沉降量小而板桩尖未到达坚实土层的情况三齿墙及混凝土防渗墙作用辅助防渗并有利于抗滑四水泥砂浆帷幕高压喷射砂浆帷幕及垂直防渗土工膜 五排水设施1目的排除渗水减小渗透压力2平
30、铺式排水适用于土基 即在护坦及浆砌石海曼底部平铺粒径为12 cm的砾石碎石或卵石透水层厚0203m 下设反滤层注意 闸底板齿墙底面应位于反滤层底往下一定距离 砼护坦及浆砌石海曼上应设排水孔3垂直排水地基内有承压水作用主要用于降低地基内承压水水头方式排水沟 排水井了解4水平带状排水岩基 在根底面上设排水沟或排水管等四水闸的侧向绕渗1概念水闸建成挡水后除闸基有渗流外水流还从上游经水闸两岸渗向下游这就是侧向绕渗见图4-17图4-17 侧向防渗排水布置图2危害绕渗对岸墙翼墙产生渗透压力加大了墙底扬压力和墙身的水平水压力对翼墙边墩或岸墙的结构强度和稳定产生影响并有可能使填土发生危害性的渗透变形增加渗漏损
31、失3防渗措施侧向防渗排水布置包括刺墙板桩排水井等应根据上下游水位墙体材料和墙后土质以及地下水位变化等情况综合考虑并应与闸基的防渗排水布置相适应在空间上形成一体4布置原那么布置原那么仍是防渗与导渗相结合有时为了防止填土与边墩或岸墙接触面上产生集中渗流也可设置短刺墙排水设施一般设在下游翼墙上根据墙后回填土的性质不同可采用排水孔或连续排水垫层等型式孔口附近应设反滤层以防发生渗透变形第四章 水闸第九讲讲授第五节45 水闸的布置与构造一闸室的布置与构造 一底板 型式平底板低堰折线 分类 墩与板连接方式整体式别离式整体式底板 图4-18 整体式别离式平底板1底板2闸墩3闸门4空箱式岸墙5温度沉陷缝6边墩1
32、概念闸墩与底板浇筑或砌筑成整体时的底板2分缝对于多孔宽度较大的水闸为适应地基不均匀沉陷和温度变化需要一般在垂直水流方向设永久性缝将底板分成假设干闸段缝距不大于20m岩基35m土基3分缝位置 闸墩中间缝墩优点闸室结构整体性好各闸段独立工作抗震性好缺点施工期长工程量大施工难度大适用地质条件较差地区或地震区 底板中间优点可缩短工期减小闸室的总宽度和底板跨中弯矩节约第四章 水闸第十讲讲授第六节46闸室稳定验算和地基处理一荷载及其组合一荷载计算 1自重指水闸结构及其上部填料和永久设备的重量2水重指闸室范围内作用在底板顶面以上的水体重量3水平水压力指作用在胸墙闸门及闸墩上的水平水压力 a b 图4-26
33、水平水压力计算图注意 a点处为静水压强 铺盖与底板连接处的水平水压力 b点处取扬压力值 对钢筋砼或砼铺盖 止水片以上按静水压力分布计算 止水片以上按梯形分布计算 4扬压力渗透压力见渗流计算浮托力某点处的浮托力等于该点与下游水位间的高差乘以水的重度5浪压力 波长波高和波浪中心线高出静水位高度等波浪要素的计算按莆田试验站法进行根据风区范围内平均水深波浪破碎的临界水深及半波长之间的关系判别属深水波浅水波或破碎波分别用相应公式进行浪压力计算 6土压力对重力式挡土墙墙背后填土为均质无粘性土时 土压力Fa 05tHt2ka Fa主动土压力作用在距墙底为墙高的13处作用方向与水平面成角KNmt填土重度KNm
34、3地下水位以下取渗重度Ht墙高Ka主动土压力系数t墙后填土内摩擦角挡土墙后填土对墙背的外摩擦角墙背光滑排水不良 000033t墙背粗糙排水良好 033050t墙背很粗糙排水良好 050067t墙背与填土之间不可能滑动 067100t其余按水闸标准 P6669 7淤沙压力 根据可能淤积厚度确定 参见重力坝 P148其他荷载地震荷载冰压力土的冻胀力 参见?水闸设计标准?重力坝二荷载组合 表4-12 水闸荷载组合表荷载组合计算情况荷 载自重水重静水压力扬压力土压力淤砂压力风压力浪压力冰压力土的冻胀力地震荷载其他说 明根本组合完建情况必要时可考虑地下水产生的扬压力正常蓄水位情况按正常蓄水位组合计算水重
35、静水压力扬压力及浪压力设计洪水位情况按设计洪水位组合计算水重静水压力扬压力及浪压力冰冻情况按正常蓄水位组合计算水重静水压力扬压力及浪压力特殊组合校核洪水位情况按校核洪水位组合计算水重静水压力扬压力及浪压力施工情况应考虑施工过程中各个阶段的临时荷载检修情况按正常蓄水位组合必要时可按设计洪水位组合或冬季低水位条件计算水重静水压力扬压力及浪压力地震情况按正常蓄水位组合计算水重静水压力扬压力及浪压力注表中号为需要考虑荷载 号为不需要考虑荷载二闸室抗稳定计算 一计算公式1土基 P148 Kc fGH 简单 Kc tg0GCA H 表4-14 K岩粘性土09 0203 C砂性土 085090 0地基类别f
36、粘土软弱中等坚硬坚硬020025025035035045壤土粉质壤土砂壤土粉砂土细砂极细砂中砂粗砂砂砾石砾石卵石碎石土025040035040040045045050040050050055040050软质岩石极软软较软040045045055055060硬质岩石较坚硬坚硬060065065070 注为室内饱和固结快剪粘性土或饱和快剪实验测得的内摩擦角C为室内饱和固结快剪实验测得的粘结力岩石地基类别fC M Pa硬质岩石坚硬15131513较坚硬13111311软质岩石较软11091107软09070703极软070403005表4-17 fC值岩石地基注如岩基内存在结构面软弱层带或断层的情况
37、fC值应按现行的GB5028799?水利水电工程地质勘测标准?选用二提高闸室抗滑稳定性的工程措施1将闸门位置向低水位一侧移动或将水闸底板向高水位一侧加长以增加水重2适当增加闸室结构自重3增加闸室底板的齿墙深度4增加铺盖长度或帷幕深度或在不影响防渗平安的前提下将排水设施向水闸底板靠近5利用钢筋混凝土铺盖作阻滑板6增加钢筋砼抗滑桩或预应力锚固结构三闸室基底应力计算一应满足条件1在各种情况下闸室最大基底压力不大于地基容许承载力土基不大于12倍地基容许承载力 2在非地震情况下闸室基底不出现拉应力在地震情况下闸室基底拉应力不大于100kpa 3最大应力与最小应力的比值不大于容许值表4-18表4-18 土
38、基上的值地基土质荷载组合根本组合特殊组合松软150200中等坚实200250坚实250300二计算1闸室结构布置及受力情况对称时2不对称时如多孔闸的边闸孔或左右不对称的单孔闸四闸室沉降1危害使闸顶高程缺乏过大的不均匀沉降将导致闸室倾斜产生裂缝止水破坏甚至断裂2目的通过计算分析可以了解地基的变形情况以便选用合理的水闸结构形式确定适宜的施工程序和施工进度或进行适当的地基处理 3减少沉降的措施采用沉降缝隔开改变根底型式或刚度调整根底尺寸与埋置深度对地基进行人工加固安排适宜的施工程序严格控制施工进度变更结构型式采用轻型结构或静定结构或加强结构刚度五地基处理 1换土垫层法2桩基3高压旋喷法 第四章 水闸
39、第十一讲讲授第七节47 闸室结构计算 目的验算强度以便最后确定各构件的型式尺寸及构造 方法一般将水闸分解成底板闸墩胸墙工作桥交通桥等假设干构件分别计算并在单独计算时考虑它们之间的相互作用一整体式底板内力计算一般把闸底板视为地基上的一块板进行计算在垂直水流方向采用截板成梁的方法计算一倒置梁法1概念假定地基反力为均布荷载底板当作梁闸墩当作支点按倒置的连续梁计算内力方法 根据上部荷载计算地基反力 q反作用力反作用力倒置梁上的均布荷载q q反 q扬qq图4-27 倒置梁法底板结构计算简图 内力计算 配筋计算3优点计算简单4缺点 没有考虑底板与地基变形的协调作用 假定底板在垂直水流方向地基反力为均匀分布有时与实际出入较大 支座及力与闸墩铅直荷载不等计算结果误差大 5适用软弱地基上的中小型水闸二弹性地基梁法1根本假定顺水流方向地基反力成直线变化垂直水流方向弹性曲线分布2步骤 用偏心受压公式计算闸