1、水工建筑物水工建筑物第六章第六章 水闸水闸一、水闸的功能和分类一、水闸的功能和分类v水闸水闸的概念的概念v水闸的分类水闸的分类 水闸是一种利用闸门水闸是一种利用闸门挡水挡水和和泄水泄水的低水头水工建筑物，多的低水头水工建筑物，多建于河道、渠系及水库、湖泊岸坡。建于河道、渠系及水库、湖泊岸坡。v水闸的功能水闸的功能 拦洪、挡潮、抬高水位；泄洪、排涝、冲沙、调节流量拦洪、挡潮、抬高水位；泄洪、排涝、冲沙、调节流量按承担任务分按承担任务分：节制、进水、分洪、排水、挡潮、冲沙闸：节制、进水、分洪、排水、挡潮、冲沙闸按结构形式分：按结构形式分：开敞式开敞式、胸墙式胸墙式、涵洞式涵洞式等等按操作闸门的动力
2、分：机械操作、水力操作闸门的水闸按操作闸门的动力分：机械操作、水力操作闸门的水闸6.1 6.1 概述概述6.1 6.1 概述概述二、水闸等别划分二、水闸等别划分工程等别工程等别规模规模大大(1)(1)型型大大(2)(2)型型中型中型小小(1)(1)型型小小(2)(2)型型最大过闸最大过闸流量流量5000500050005000100010001000100010010010010020202020防护对象防护对象的重要性的重要性特别重要特别重要重要重要中等中等一般一般三、水闸的组成部分三、水闸的组成部分(Fig6-3)v 闸室闸室含两岸翼墙、两岸护坡、河床部分的铺盖及防冲墙、护底含两岸翼墙、两
3、岸护坡、河床部分的铺盖及防冲墙、护底目的：导流、防冲、防渗、护稳目的：导流、防冲、防渗、护稳包括护坦、海漫、防冲槽、两岸翼墙、两岸护坡等包括护坦、海漫、防冲槽、两岸翼墙、两岸护坡等目的：消能、导流、调流、减速、防冲目的：消能、导流、调流、减速、防冲包括闸门、闸墩、边墩包括闸门、闸墩、边墩(岸墙岸墙)、底板、胸墙、工作桥、交、底板、胸墙、工作桥、交通桥、启闭机等通桥、启闭机等v 上游连接段上游连接段v 下游连接段下游连接段6.1 6.1 概述概述三、水闸的工作特点（软土地基）三、水闸的工作特点（软土地基）v承载后承载后沉降量或沉降差较大沉降量或沉降差较大，易造成闸室倾斜、止水破坏、，易造成闸室倾
4、斜、止水破坏、闸底断裂、甚至失事。闸底断裂、甚至失事。v因土基的因土基的抗冲能力低抗冲能力低，仍可能引起水闸下游的冲刷。出流，仍可能引起水闸下游的冲刷。出流形成的形成的波浪水跃、折冲水流波浪水跃、折冲水流，将进一步加剧河床、河岸的，将进一步加剧河床、河岸的淘刷。淘刷。v土基在渗透水流作用下，容易产生土基在渗透水流作用下，容易产生渗流变形渗流变形，引起沉降、，引起沉降、倾斜甚至倒坍倾斜甚至倒坍. .6.1 6.1 概述概述四、水闸设计的内容四、水闸设计的内容v闸址选择闸址选择v孔口形式和尺寸设计孔口形式和尺寸设计v防渗、排水设计防渗、排水设计v消能、防冲设计消能、防冲设计v稳定性计算稳定性计算v
5、沉降校核和地基处理沉降校核和地基处理v两岸连接建筑的型式和尺寸设计两岸连接建筑的型式和尺寸设计v结构设计结构设计6.1 6.1 概述概述一、闸址选择一、闸址选择v地形开阔、岸坡稳定、岩土坚实、地下水位较低；地形开阔、岸坡稳定、岩土坚实、地下水位较低；v优先选择地质条件良好的天然地基，壤土、中砂、粗砂和优先选择地质条件良好的天然地基，壤土、中砂、粗砂和砂砾适于作闸基，尽量避开淤泥、粉砂、细砂地基；砂砾适于作闸基，尽量避开淤泥、粉砂、细砂地基；v过闸水流的形态是影响闸址选择的主要因素，需出流平顺、过闸水流的形态是影响闸址选择的主要因素，需出流平顺、均匀，不出现偏流和危害性冲刷和淤积。均匀，不出现偏
6、流和危害性冲刷和淤积。v不同类型水闸闸址的选择不同类型水闸闸址的选择6.2 6.2 闸址选择和闸孔设计闸址选择和闸孔设计6.2 6.2 闸址选择和闸孔设计闸址选择和闸孔设计二、闸孔设计二、闸孔设计1 1 堰型选择堰型选择2 2 底板高程的确定：影响运用和造价底板高程的确定：影响运用和造价v宽顶堰宽顶堰v低实用堰低实用堰v底板较高时：单宽流量小，所需闸室宽度大，但两岸连接底板较高时：单宽流量小，所需闸室宽度大，但两岸连接建筑低建筑低v底板较低时：单宽流量大，虽闸室宽度窄，但消能防冲的底板较低时：单宽流量大，虽闸室宽度窄，但消能防冲的工程量增大，闸门高度增加，启闭机容量增加工程量增大，闸门高度增加
7、，启闭机容量增加v一般要求一般要求6.2 6.2 闸址选择和闸孔设计闸址选择和闸孔设计3 3 闸孔总净宽的确定闸孔总净宽的确定v出流为堰流时：出流为堰流时：v出流为孔口出流时：出流为孔口出流时：vL0的确定关系到单宽流量，从而关系到消能防冲工程，关的确定关系到单宽流量，从而关系到消能防冲工程，关系到上游淹没程度，关系到底坎高程等，需综合考虑。系到上游淹没程度，关系到底坎高程等，需综合考虑。5 . 1002 HgmQL002gHaQL6.2 6.2 闸址选择和闸孔设计闸址选择和闸孔设计4 4 闸室单孔宽度和总宽度闸室单孔宽度和总宽度v闸室单孔宽度闸室单孔宽度l0：依据闸门形式、启闭条件、运用要求
8、和：依据闸门形式、启闭条件、运用要求和工程造价确定；工程造价确定；v一般经验：大中型采用一般经验：大中型采用8 812m12mv闸孔孔数：闸孔孔数：n nL0 / /l0 ，取整，且常采用单孔数，取整，且常采用单孔数v闸室总宽度：闸室总宽度： （不包括边墩）（不包括边墩）v总宽度与河宽的比值：河宽总宽度与河宽的比值：河宽5050100m100m时，比值时，比值0.60.60.750.75；河宽大于河宽大于200m200m时，比值时，比值0.850.85；6.2 6.2 闸址选择和闸孔设计闸址选择和闸孔设计101Lnlnd一、渗流危害一、渗流危害v 发生渗流的位置（发生渗流的位置（图图）v 渗流
9、的危害渗流的危害闸基闸基边墩背水一侧边墩背水一侧翼墙背水一侧翼墙背水一侧降低闸室的抗滑稳定及边墩和翼墙的侧向稳定性；降低闸室的抗滑稳定及边墩和翼墙的侧向稳定性；可能引起闸基的渗透变形，甚至破坏；可能引起闸基的渗透变形，甚至破坏；损失水量；损失水量；使闸基的可溶性物质加速溶解。使闸基的可溶性物质加速溶解。6.3 水闸的防渗、排水设计水闸的防渗、排水设计二、水闸的防渗长度及地下轮廓的布置二、水闸的防渗长度及地下轮廓的布置1 1 防渗长度的确定防渗长度的确定v防渗设施：防渗设施：上游铺盖、板桩、底板为上游铺盖、板桩、底板为防渗设施防渗设施，护坦不是。，护坦不是。v地下轮廓线地下轮廓线：上游铺盖、板桩
10、、底板等上游铺盖、板桩、底板等防渗设施防渗设施与地基的与地基的接触线，也是渗流的第一根流线。接触线，也是渗流的第一根流线。v防渗长度：防渗长度：地下轮廓线地下轮廓线的长度。的长度。v防渗长度防渗长度L L的确定：的确定： LCH (CLCH (C是是渗径系数渗径系数，H H为上下游水位差为上下游水位差) )6.3 水闸的防渗、排水设计水闸的防渗、排水设计2 2 地下轮廓线的布置地下轮廓线的布置v原则：原则：防渗与排水相结合，即上游防渗、下游排水。防渗与排水相结合，即上游防渗、下游排水。v上游水平防渗有上游水平防渗有铺盖铺盖，垂直防渗有，垂直防渗有齿墙、板桩、砼防渗墙、齿墙、板桩、砼防渗墙、灌浆
11、帷幕灌浆帷幕等等v下游排水有下游排水有面层排水、排水孔、减压井面层排水、排水孔、减压井等等v粘土地基：粘土地基：不易发生管涌不易发生管涌, ,底板与地基间摩擦系数小底板与地基间摩擦系数小, ,以以降降压提高抗滑稳定压提高抗滑稳定为主为主v砂土地基：砂土地基：底板与地基摩擦大底板与地基摩擦大, ,抗渗透变形能力差抗渗透变形能力差, ,以防治以防治渗透变形和减小渗漏为主渗透变形和减小渗漏为主 粗砂与沙砾粗砂与沙砾；细砂细砂；粉砂粉砂；含承压水含承压水6.3 水闸的防渗、排水设计水闸的防渗、排水设计二、渗流计算二、渗流计算( (一）基本方程一）基本方程v渗透压力、渗透比降、渗透流速、渗流量渗透压力、
12、渗透比降、渗透流速、渗流量v闸基渗流为有压渗流闸基渗流为有压渗流v假定：地基均匀、各向同性，渗水符合达西定律。假定：地基均匀、各向同性，渗水符合达西定律。v拉普拉斯方程：拉普拉斯方程：22220hhxy6.3 水闸的防渗、排水设计水闸的防渗、排水设计6.3 水闸的防渗、排水设计水闸的防渗、排水设计（二）计算方法（二）计算方法v 流网法：通过手绘和实验获得流网法：通过手绘和实验获得( (Fig6-5Fig6-5) )v 改进的阻力系数法改进的阻力系数法 基本原理基本原理：以流体力学为基础的近似方法以流体力学为基础的近似方法 计算深度的确定计算深度的确定： 渗压计算渗压计算： 水力坡降曲线的修正水
13、力坡降曲线的修正 逸出坡降计算逸出坡降计算：v 直线法直线法三、防渗及排水设施三、防渗及排水设施v防渗设施防渗设施n铺盖铺盖n板桩板桩n齿墙齿墙v排水设施排水设施 铺设在铺设在护坦护坦、浆砌石、浆砌石海漫海漫及闸及闸底板底板下面的起导渗下面的起导渗作用的砂砾石层作用的砂砾石层6.3 水闸的防渗、排水设计水闸的防渗、排水设计v目的：延长渗径目的：延长渗径v要求：要求：相对不透水相对不透水以防渗，具以防渗，具柔性柔性以适应地基变形以适应地基变形v材料：粘土、粘壤土、沥青混凝土，有时可用钢筋材料：粘土、粘壤土、沥青混凝土，有时可用钢筋混凝土混凝土v粘土和粘壤土铺盖：粘土和粘壤土铺盖：( (Fig6-
14、8Fig6-8) )v沥青混凝土铺盖：厚度沥青混凝土铺盖：厚度5 510cm10cm；注意与闸底板连接；注意与闸底板连接v钢筋混凝土铺盖：钢筋混凝土铺盖： ( (Fig6-9Fig6-9) )（一）铺盖（一）铺盖6.3 水闸的防渗、排水设计水闸的防渗、排水设计（三）齿槽（三）齿槽（二）板桩（二）板桩v目的：截断透水层目的：截断透水层( (埋深浅埋深浅) )或延长渗径或延长渗径( (埋深深埋深深) )v埋深要求：插入不透水层埋深要求：插入不透水层1m1m或插入深度或插入深度0.60.61.01.0倍总水倍总水头头v材料：木材、钢筋混凝土、钢材，钢筋砼最常用。材料：木材、钢筋混凝土、钢材，钢筋砼最
15、常用。v与闸底板连接：紧贴前缘和嵌入凹槽两种形式与闸底板连接：紧贴前缘和嵌入凹槽两种形式( (Fig6-10Fig6-10) )v闸底板上下游均设闸底板上下游均设1.0m1.0m左右的短齿槽，增强稳定和延长左右的短齿槽，增强稳定和延长渗径渗径6.3 水闸的防渗、排水设计水闸的防渗、排水设计（四）其他防渗设施（四）其他防渗设施（五）排水与反滤（五）排水与反滤v混凝土防渗墙、灌注式水泥砂浆帷幕混凝土防渗墙、灌注式水泥砂浆帷幕v材料：材料：1 12cm2cm的卵石、砾石或碎石的卵石、砾石或碎石v位置：平铺在护坦、浆砌石海漫的位置：平铺在护坦、浆砌石海漫的底部底部，或深入闸底板，或深入闸底板底部下游段
16、底部下游段v厚度：厚度：0.20.20.3m0.3mv反滤：与地基接触处设反滤层反滤：与地基接触处设反滤层6.3 水闸的防渗、排水设计水闸的防渗、排水设计一、过闸水流的特点一、过闸水流的特点1 1 闸下易形成波状水跃闸下易形成波状水跃v形成原因：形成原因：1.0Fr1.71.0Fr30cmd30cm的石块，发生冲刷后石块自动滚下的石块，发生冲刷后石块自动滚下阻止冲刷继续发展阻止冲刷继续发展v防冲墙：防冲墙：齿墙、板桩、沉井等齿墙、板桩、沉井等6.4 6.4 水闸的消能、防冲设计水闸的消能、防冲设计6.5 闸室的布置与构造闸室的布置与构造v闸室的布置闸室的布置n底板、闸墩、边墩、胸墙、闸门、启闭
17、机、工作桥、底板、闸墩、边墩、胸墙、闸门、启闭机、工作桥、交通桥交通桥n闸室分缝闸室分缝n闸室与边墩的连接与分缝闸室与边墩的连接与分缝v闸室的设计要求闸室的设计要求n抗滑稳定抗滑稳定n结构强度结构强度n沉陷沉陷一、底板一、底板1 1 底板类型底板类型2 2 底板分缝底板分缝3 3 底板长度底板长度v按过闸形式分：按过闸形式分：水平底板、低实用堰底板水平底板、低实用堰底板v按与闸墩的连接形式分：按与闸墩的连接形式分：整体式底板、分离式底板整体式底板、分离式底板( (图图) )v按结构形式分：按结构形式分：实体底板、箱式底板实体底板、箱式底板v温度沉降缝：温度沉降缝：将闸室分成若干闸段将闸室分成若
18、干闸段, ,每个闸段可含单孔、双每个闸段可含单孔、双孔或三孔孔或三孔( (Fig6-21Fig6-21(a)(a)v取决于上部结构，需满足强度和抗滑要求，参考经验取值取决于上部结构，需满足强度和抗滑要求，参考经验取值6.5 6.5 闸室的布置与构造闸室的布置与构造底板施工底板施工二、闸墩二、闸墩v顶部高程顶部高程v预制构件预制构件 v框架式闸墩框架式闸墩6.5 6.5 闸室的布置与构造闸室的布置与构造三、闸门三、闸门v 闸门型式选择考虑的内容闸门型式选择考虑的内容v 闸门在闸室中的位置闸门在闸室中的位置运用要求、闸孔跨度、启闭机容量、工程造价运用要求、闸孔跨度、启闭机容量、工程造价与闸室稳定、
19、闸墩应力、地基应力、上部结构位置有关与闸室稳定、闸墩应力、地基应力、上部结构位置有关平板门通常设在上游侧，有时为了利于水重也可设在下游侧平板门通常设在上游侧，有时为了利于水重也可设在下游侧弧形闸门需靠上游侧设置，可缩短闸墩弧形闸门需靠上游侧设置，可缩短闸墩检修闸门设在上游侧，与工作闸门净距检修闸门设在上游侧，与工作闸门净距13m6.5 6.5 闸室的布置与构造闸室的布置与构造四、胸墙四、胸墙1 1 胸墙形式胸墙形式( (Fig6-23Fig6-23) )2 2 胸墙的支承型式胸墙的支承型式( (Fig6-24Fig6-24) )v楔形板：适用于跨度楔形板：适用于跨度6m6m6m的水闸适用的水闸
20、适用, ,由墙板、底梁、顶梁组成由墙板、底梁、顶梁组成v简支式支承：简支式支承：柔性连接，可避免闸墩附近出现裂缝，但截面柔性连接，可避免闸墩附近出现裂缝，但截面尺寸较大。多用于分离式底板。尺寸较大。多用于分离式底板。v固接式支承：固接式支承：刚性连接，截面尺寸小，闸室整体稳定好，但刚性连接，截面尺寸小，闸室整体稳定好，但受温度和变形影响大，易出现裂缝。多用于整体式底板。受温度和变形影响大，易出现裂缝。多用于整体式底板。6.5 6.5 闸室的布置与构造闸室的布置与构造五、交通桥、工作桥、检修便桥五、交通桥、工作桥、检修便桥1 1 交通桥交通桥2 2 工作桥工作桥v设在水闸下游一侧设在水闸下游一侧
21、v板式结构：跨度板式结构：跨度320m20m常用常用v多用单跨简支多用单跨简支v板式结构：小型水闸常用板式结构：小型水闸常用v装配式梁板结构：大中型水闸常用装配式梁板结构：大中型水闸常用v采用固定式启闭机和活动式启闭机的工作桥高度不同采用固定式启闭机和活动式启闭机的工作桥高度不同6.5 6.5 闸室的布置与构造闸室的布置与构造六、分缝与止水六、分缝与止水1 1 分缝方式与布置分缝方式与布置2 2 止水设备止水设备v缝间距：岩基缝间距：岩基20m,20m,土基土基30m30mv缝宽：缝宽：2.02.03.0cm3.0cmv分缝方式分缝方式v铅直止水铅直止水：闸墩中间、边墩与翼墙间、上游翼墙本身：
22、闸墩中间、边墩与翼墙间、上游翼墙本身v水平止水水平止水：铺盖、消力池、底板、闸墩等之间的沉降缝：铺盖、消力池、底板、闸墩等之间的沉降缝v止水交叉止水交叉：铅直交叉、水平交叉；柔性连接、刚性连接：铅直交叉、水平交叉；柔性连接、刚性连接6.5 6.5 闸室的布置与构造闸室的布置与构造一、闸室稳定分析一、闸室稳定分析v验算工况验算工况: :竣工期、运行期、检修、施工期竣工期、运行期、检修、施工期v验算单元验算单元: :整个闸室或分缝之间的闸段整个闸室或分缝之间的闸段（一）（一） 荷载及组合荷载及组合v主要荷载：主要荷载：自重自重/ /水重水重/ /水推力水推力/ /扬压力扬压力/ /浪压力浪压力/
23、/泥沙压力泥沙压力/ /土压力土压力/ /地震力地震力 8 8类类v荷载组合荷载组合基本组合：基本组合： 正常蓄水位、设计洪水位、完建等工况正常蓄水位、设计洪水位、完建等工况特殊组合：特殊组合： 校核洪水位、地震、施工、检修等工况校核洪水位、地震、施工、检修等工况6.6 闸室稳定分析、沉降校核和地基处理闸室稳定分析、沉降校核和地基处理6.6 闸室稳定分析、沉降校核和地基处理闸室稳定分析、沉降校核和地基处理（二）闸室的稳定性及安全指标（二）闸室的稳定性及安全指标v闸室的稳定性闸室的稳定性n平均基底压力不大于地基容许承载力平均基底压力不大于地基容许承载力n不发生明显的倾斜，地基压力的最大值与最小值
24、之比不发生明显的倾斜，地基压力的最大值与最小值之比不大于规定的容许值不大于规定的容许值n不发生沿地基面或深层的滑动不发生沿地基面或深层的滑动1 闸室基底压力验算闸室基底压力验算v结构布置和受力对称的闸段：结构布置和受力对称的闸段： 单向单向偏心受压公式：偏心受压公式：v结构布置和受力不对称的闸段：结构布置和受力不对称的闸段：双向双向偏向受压公式偏向受压公式v要求：要求：BAMAW6maxmin maxmaxmin11.22 、 maxmin6.6 闸室稳定分析、沉降校核和地基处理闸室稳定分析、沉降校核和地基处理2 2 闸室抗滑稳定验算闸室抗滑稳定验算v地基临界法向应力地基临界法向应力：v地基面
25、地基面( (平面滑动平面滑动) )抗滑稳定计算抗滑稳定计算tg21tgubABcmaxu，只验算平面滑动maxu，平面滑动、深层滑动均验算PAcWKPWfKcc00tg 或6.6 闸室稳定分析、沉降校核和地基处理闸室稳定分析、沉降校核和地基处理v安全系数的要求：计算的准确性取决于安全系数的要求：计算的准确性取决于f f 、c c的准确性的准确性v增稳措施增稳措施 减小渗透压力：增长铺盖、闸底板设排水设施等减小渗透压力：增长铺盖、闸底板设排水设施等 利用上游钢筋砼铺盖作阻滑板利用上游钢筋砼铺盖作阻滑板 多利用水重：闸门向下移或底板向上游延长多利用水重：闸门向下移或底板向上游延长 增加闸室底板齿墙
26、深度增加闸室底板齿墙深度 增设钢筋混凝土抗滑桩或预应力锚固结构增设钢筋混凝土抗滑桩或预应力锚固结构6.6 闸室稳定分析、沉降校核和地基处理闸室稳定分析、沉降校核和地基处理3 3 闸基的整体稳定验算（塑性平衡理论）闸基的整体稳定验算（塑性平衡理论）v满足极限平衡状态的最小凝聚力满足极限平衡状态的最小凝聚力v点稳定状态的判别点稳定状态的判别c cK K c c：计算点处于塑性变形状态：计算点处于塑性变形状态v容许塑性开展深度：容许塑性开展深度：大型水闸小于大型水闸小于B B/4/4，中型水闸小于，中型水闸小于B B/3/3cossin2222xyxyxyKc6.6 闸室稳定分析、沉降校核和地基处理
27、闸室稳定分析、沉降校核和地基处理二、沉降校核二、沉降校核v总沉降量总沉降量v卵石、砾石、中砂、粗砂地基可不进行沉降验算卵石、砾石、中砂、粗砂地基可不进行沉降验算v计算方法：分层总和法，每层计算厚度计算方法：分层总和法，每层计算厚度2mv计算总厚度计算总厚度0.1 0.2ZS最后一层的附加应力（自重应力）niiiiiniiheeeSS112116.6 闸室稳定分析、沉降校核和地基处理闸室稳定分析、沉降校核和地基处理v沉降量要求沉降量要求v减小沉降差的措施减小沉降差的措施 无统一标准无统一标准,目前最大的沉降容许值可达目前最大的沉降容许值可达100150mm,沉降差沉降差可达可达3050mm 尽量
28、使重力分布均匀尽量使重力分布均匀 重量大的结构先施工重量大的结构先施工 尽量使地基反力均匀尽量使地基反力均匀6.6 闸室稳定分析、沉降校核和地基处理闸室稳定分析、沉降校核和地基处理v处理标准处理标准v 处理措施处理措施标准贯入击数：标准贯入击数：63.5kg的贯入器从的贯入器从76cm自由落下贯入自由落下贯入30cm深深需要的次数需要的次数粘土地基贯入击数大于粘土地基贯入击数大于5、砂土贯入击数大于、砂土贯入击数大于8时，可不处理时，可不处理 预压加固预压加固建闸前加重预压，待沉降稳定后再施工建闸前加重预压，待沉降稳定后再施工预压时设置砂井可加快固结速度，缩短工期预压时设置砂井可加快固结速度，
29、缩短工期 换土垫层：换土垫层：换用砂垫层，适用于软性粘土、淤泥土等换用砂垫层，适用于软性粘土、淤泥土等6.6 闸室稳定分析、沉降校核和地基处理闸室稳定分析、沉降校核和地基处理三、地基处理三、地基处理桩基础桩基础一般采用钢筋混凝土灌注桩或预制桩一般采用钢筋混凝土灌注桩或预制桩适用情况：适用情况： 闸孔需大跨度，用桩承力、改善底板受力条件闸孔需大跨度，用桩承力、改善底板受力条件 水平推力过大水平推力过大,一般措施难以满足抗滑稳定一般措施难以满足抗滑稳定 变形要求严格变形要求严格沉井基础沉井基础通常采用钢筋混凝土、浆砌石等材料，平面上多为通常采用钢筋混凝土、浆砌石等材料，平面上多为矩形矩形地基内有承
30、压水层不宜采用地基内有承压水层不宜采用6.6 闸室稳定分析、沉降校核和地基处理闸室稳定分析、沉降校核和地基处理强夯法强夯法爆炸法爆炸法高速旋喷法高速旋喷法振冲砂石柱振冲砂石柱 按梅花形或矩形布置按梅花形或矩形布置 适用于松砂或软弱的壤土地基适用于松砂或软弱的壤土地基6.6 闸室稳定分析、沉降校核和地基处理闸室稳定分析、沉降校核和地基处理一、闸室底板的结构计算一、闸室底板的结构计算v计算方法计算方法弹性地基梁法：弹性地基梁法：适用于适用于相对紧密度相对紧密度D Dr r0.50.5的非粘性土地基或的非粘性土地基或粘性土地基粘性土地基地基反力直线分布法：地基反力直线分布法：适用于相对紧密度适用于相
31、对紧密度D Dr r0.50.5的非粘性的非粘性土地基土地基倒置梁法：倒置梁法：适用小型水闸适用小型水闸6.7 6.7 闸室的结构计算闸室的结构计算1 弹性地基梁法弹性地基梁法v假定：假定：沿顺流方向，可认为是刚性板梁，可假定沿顺流方向，可认为是刚性板梁，可假定地基反力呈直线地基反力呈直线分布分布沿垂直水流方向截取单宽板条及墩条，按弹性地基梁法进沿垂直水流方向截取单宽板条及墩条，按弹性地基梁法进行内力和反力计算行内力和反力计算v不同地基土层厚度按不同的计算方法不同地基土层厚度按不同的计算方法2T/L2.0: 采用半无限深的弹性地基梁法采用半无限深的弹性地基梁法2T/L=0.252.0：采用有限
32、深的弹性地基梁法：采用有限深的弹性地基梁法6.7 6.7 闸室的结构计算闸室的结构计算v半无限弹性地基梁法的计算步骤半无限弹性地基梁法的计算步骤用偏心受压公式计算闸底用偏心受压公式计算闸底纵向（顺水流方向）纵向（顺水流方向）的地基反力的地基反力取单宽截条并计算板条及墩条上的不平衡剪力取单宽截条并计算板条及墩条上的不平衡剪力 截条的取法：（截条的取法：（图图） 不平衡剪力：在墩条和板条的两侧必然作用有剪力不平衡剪力：在墩条和板条的两侧必然作用有剪力Q Q1 1和和Q Q2 2，并由，并由Q Q1 1和和Q Q2 2的差值来维持板条及墩条上力的平衡，的差值来维持板条及墩条上力的平衡，差值差值Q Q
33、 = = Q Q1 1 Q Q2 2，称为，称为不平衡剪力不平衡剪力。 作用力及分布作用力及分布图图6-336-33 Q Q的计算：的计算：6.7 6.7 闸室的结构计算闸室的结构计算1212342220GGQqqqqLbb不平衡剪力的分配（不平衡剪力的分配（图图）计算基础梁上的荷载计算基础梁上的荷载 10 15% 8590% yyQQSbSbJJAQQAAAQQAA墩墩墩板板板墩板（占）（占）11122122222122GdPQbddGdPQbdd墩墩中墩集中力：缝墩集中力：6.7 6.7 闸室的结构计算闸室的结构计算6.7 6.7 闸室的结构计算闸室的结构计算梁上的均布荷载：梁上的均布荷载
34、：123QqqqqL板地基反力及梁的内力计算地基反力及梁的内力计算根据根据2 2T T/ /L L鉴别所需的计算方法鉴别所需的计算方法考虑边荷载的影响（考虑边荷载的影响（图图）2 反力直线分布法反力直线分布法v假定地基反力沿顺流方向呈直线分布、横流方向为均匀分布假定地基反力沿顺流方向呈直线分布、横流方向为均匀分布v计算步骤计算步骤用偏心受压公式计算闸底纵向地基反力用偏心受压公式计算闸底纵向地基反力确定单宽板条及墩条上的不平衡剪力确定单宽板条及墩条上的不平衡剪力将不平衡剪力在闸墩和底板上进行分配将不平衡剪力在闸墩和底板上进行分配计算作用在底板梁上的荷载计算作用在底板梁上的荷载按静定结构计算底板内
35、力按静定结构计算底板内力6.7 6.7 闸室的结构计算闸室的结构计算1212123412,PPppddQqqqqqL板局部均布荷载：满布均布荷载：扬压力平均地基反力底板自重水重3 倒置梁法倒置梁法v假定地基反力沿顺流方向呈直线分布、横流方向为均匀分布假定地基反力沿顺流方向呈直线分布、横流方向为均匀分布v将闸墩作为底板的支座，按连续梁计算底板的内力。将闸墩作为底板的支座，按连续梁计算底板的内力。6.7 6.7 闸室的结构计算闸室的结构计算二、闸墩的结构计算二、闸墩的结构计算1 计算方法计算方法2 作用荷载：作用荷载：v主要是结构主要是结构自重和水压力自重和水压力荷载，特殊情况需加入地震力荷载，特
36、殊情况需加入地震力v采用材料力学方法按悬臂梁计算采用材料力学方法按悬臂梁计算v闸门全关时，无缝中墩主要受自重、上下游水压力等荷载闸门全关时，无缝中墩主要受自重、上下游水压力等荷载v闸门全关时，缝墩和边墩还受侧向水压力或土压力等荷载闸门全关时，缝墩和边墩还受侧向水压力或土压力等荷载v一孔关闭，邻孔开启时，无缝中墩受力与缝墩一样一孔关闭，邻孔开启时，无缝中墩受力与缝墩一样6.7 6.7 闸室的结构计算闸室的结构计算3 平面闸门闸墩的结构计算平面闸门闸墩的结构计算v验算内容：水平截面上的应力、门槽应力验算内容：水平截面上的应力、门槽应力v水平截面上的应力计算水平截面上的应力计算正应力按材料力学双向偏
37、向受压公式计算正应力按材料力学双向偏向受压公式计算剪应力需计算顺流向和横流向两个方向剪应力需计算顺流向和横流向两个方向6.7 6.7 闸室的结构计算闸室的结构计算v门槽应力计算门槽应力计算门槽承受左右两侧闸门传来的门槽承受左右两侧闸门传来的水压力：水压力：P截取截取1m高闸墩单元的上、下水平截面的高闸墩单元的上、下水平截面的剪力剪力为为Q上、上、Q下，下，且假定水平截面的剪应力均匀分布，应存在且假定水平截面的剪应力均匀分布，应存在Q上上Q下下P门槽门槽劲部所受拉力劲部所受拉力P1由顺流方向静力平衡方程计算由顺流方向静力平衡方程计算门槽劲部门槽劲部拉应力拉应力为为P1与其厚度与其厚度b之比之比当
38、拉应力小于容许应力仅需构造配筋，否则需经正常配筋当拉应力小于容许应力仅需构造配筋，否则需经正常配筋计算，可分层配筋计算，可分层配筋6.7 6.7 闸室的结构计算闸室的结构计算4 弧形闸门闸墩的结构计算弧形闸门闸墩的结构计算v验算内容：底部应力、牛腿及其附近应力验算内容：底部应力、牛腿及其附近应力v支承铰类型支承铰类型闸墩上直接布置铰座闸墩上直接布置铰座在伸出闸墩体外的牛腿上布置铰座在伸出闸墩体外的牛腿上布置铰座v计算方法计算方法牛腿：材料力学方法牛腿：材料力学方法(短悬臂梁短悬臂梁)牛腿附近：弹性理论、三向偏光弹性试验方法牛腿附近：弹性理论、三向偏光弹性试验方法6.7 6.7 闸室的结构计算闸
39、室的结构计算三、胸墙的结构计算三、胸墙的结构计算v作用荷载：主要是静水压力和浪压力作用荷载：主要是静水压力和浪压力v板式胸墙：取板式胸墙：取1m高板条，按简支或固端梁受均布荷载计算内高板条，按简支或固端梁受均布荷载计算内力力(Fig6-23)v梁板式胸墙：梁板式胸墙：按双梁式结构计算，板上、下端支承在梁上，两侧支承在闸按双梁式结构计算，板上、下端支承在梁上，两侧支承在闸墩上墩上顶梁与底梁顶梁与底梁简支或固接简支或固接在闸墩上，按结构力学方法计算内力在闸墩上，按结构力学方法计算内力6.7 6.7 闸室的结构计算闸室的结构计算四、桥梁的结构计算四、桥梁的结构计算v计算对象：工作桥和交通桥的面板、主
40、梁、次梁计算对象：工作桥和交通桥的面板、主梁、次梁v作用荷载：自重、启闭机重、启闭力、桥面上的活荷载作用荷载：自重、启闭机重、启闭力、桥面上的活荷载v计算方法：结构力学法，注意其支承情况计算方法：结构力学法，注意其支承情况6.7 6.7 闸室的结构计算闸室的结构计算一、连接建筑的作用一、连接建筑的作用v 连接建筑的组成连接建筑的组成v 连接建筑的作用连接建筑的作用上游翼墙、下游翼墙、边墩，有时设防渗刺墙上游翼墙、下游翼墙、边墩，有时设防渗刺墙挡土护岸：挡住两侧填土挡土护岸：挡住两侧填土, ,维持土坝及两岸稳定维持土坝及两岸稳定顺流匀流：上游翼墙引导水流平顺进闸顺流匀流：上游翼墙引导水流平顺进闸
41、, ,下游翼墙使出流均匀扩散下游翼墙使出流均匀扩散, , 减少减少冲刷冲刷护岸防冲：保护两岸或土坡不受过闸水流冲刷护岸防冲：保护两岸或土坡不受过闸水流冲刷防止渗透变形：控制通过闸身两侧渗流防止渗透变形：控制通过闸身两侧渗流, ,防止河岸或相连土坝的渗流变形防止河岸或相连土坝的渗流变形削弱岸坡影响：在软基上削弱岸坡影响：在软基上, ,设置独立岸墙可减少两岸沉降对闸身应力影响设置独立岸墙可减少两岸沉降对闸身应力影响6.8 6.8 水闸与两岸的连接建筑水闸与两岸的连接建筑v 连接建筑的造价连接建筑的造价:占工程总造价的占工程总造价的151540%40%6.8 6.8 水闸与两岸的连接建筑水闸与两岸的
42、连接建筑二、连接建筑的形式与布置二、连接建筑的形式与布置1 边墩与岸墙边墩与岸墙v边墩直接与堤岸连接边墩直接与堤岸连接 闸基较好，闸高不大，孔数少的情况闸基较好，闸高不大，孔数少的情况v边墩形式边墩形式( (Fig6-40abcdFig6-40abcd) )重力式：适用于墙高重力式：适用于墙高6m6m，多采用混凝土或浆砌石，多采用混凝土或浆砌石悬臂式：适用于墙高悬臂式：适用于墙高=6=610m10m，多采用钢筋混凝土，多采用钢筋混凝土扶壁式：适用于墙高扶壁式：适用于墙高10m10m，多采用钢筋混凝土，多采用钢筋混凝土yv岸墙岸墙在边墩背面设置在边墩背面设置岸墙岸墙，以防止较大的不均匀沉降。边墩
43、，以防止较大的不均匀沉降。边墩与岸墙间设缝，边墩仅支承闸门及其上部结构，而土压与岸墙间设缝，边墩仅支承闸门及其上部结构，而土压力全部由岸墙承担。力全部由岸墙承担。v岸墙形式岸墙形式( (Fig6-40efghFig6-40efgh) )悬臂式、扶壁式、空箱式、连拱式悬臂式、扶壁式、空箱式、连拱式6.8 6.8 水闸与两岸的连接建筑水闸与两岸的连接建筑2 翼墙翼墙v上游翼墙作用上游翼墙作用挡土挡土引导水流平顺入闸室引导水流平顺入闸室配合铺盖防渗配合铺盖防渗保护两岸或土坝边坡不受过闸水流的冲刷保护两岸或土坝边坡不受过闸水流的冲刷v下游翼墙作用下游翼墙作用挡土、引导水流出闸后均匀扩散避免出现不利流态
44、挡土、引导水流出闸后均匀扩散避免出现不利流态v翼墙形式翼墙形式曲线式曲线式、扭曲面式扭曲面式、斜降式斜降式6.8 6.8 水闸与两岸的连接建筑水闸与两岸的连接建筑3 刺墙（刺墙（图图）v当侧向防渗长度难以满足要求时，需于边墩背后设置插入当侧向防渗长度难以满足要求时，需于边墩背后设置插入岸坡的防渗刺墙岸坡的防渗刺墙v作用：防渗作用：防渗6.8 6.8 水闸与两岸的连接建筑水闸与两岸的连接建筑三、侧向绕渗及防渗、排水设施三、侧向绕渗及防渗、排水设施1 侧向绕渗计算侧向绕渗计算v绕渗：水闸与两岸或土坝连接部分的渗流称绕渗：水闸与两岸或土坝连接部分的渗流称绕渗绕渗v绕渗的危害：不利于翼墙、边墩或岸坡结
45、构强度和稳定绕渗的危害：不利于翼墙、边墩或岸坡结构强度和稳定v绕渗的计算：复杂问题可采用三维有限元、电比拟法，二维绕渗的计算：复杂问题可采用三维有限元、电比拟法，二维问题可采用常规方法问题可采用常规方法2 防渗、排水设施防渗、排水设施v防渗设施必须与闸底地下轮廓线协调一致。如翼墙短于铺盖防渗设施必须与闸底地下轮廓线协调一致。如翼墙短于铺盖需加设岸坡铺盖或垂直防渗设施需加设岸坡铺盖或垂直防渗设施v下游翼墙墙身需设排水设施下游翼墙墙身需设排水设施v排水孔排水孔v连续排水垫层连续排水垫层6.8 6.8 水闸与两岸的连接建筑水闸与两岸的连接建筑四、连接建筑的破坏形式和稳定计算内容四、连接建筑的破坏形式
46、和稳定计算内容1 稳定破坏形式稳定破坏形式(Fig6-44)2 稳定计算内容稳定计算内容v滑动破坏滑动破坏v浅层地基的剪切破坏浅层地基的剪切破坏v深层地基的剪切破坏深层地基的剪切破坏v下沉破坏下沉破坏v抗倾覆稳定计算抗倾覆稳定计算v抗滑稳定计算抗滑稳定计算v地基深层滑动验算地基深层滑动验算v地基承载力验算地基承载力验算6.8 6.8 水闸与两岸的连接建筑水闸与两岸的连接建筑一、灌注桩水闸一、灌注桩水闸1 灌注桩水闸的概念灌注桩水闸的概念 采用钻机造孔，泥浆固壁，水下灌注混凝土做成的一种桩基采用钻机造孔，泥浆固壁，水下灌注混凝土做成的一种桩基形式的水闸。形式的水闸。2 灌注桩水闸的特点灌注桩水闸
47、的特点v荷载由灌注桩传至深层，表层地基承载小，闸身沉降量大大荷载由灌注桩传至深层，表层地基承载小，闸身沉降量大大减小；减小；v具有一定水平承载力，抗滑稳定和抗震性能好；具有一定水平承载力，抗滑稳定和抗震性能好；v闸孔跨度较大，利于冰凌、漂浮物过闸，改善消能条件；闸孔跨度较大，利于冰凌、漂浮物过闸，改善消能条件；v设备简单，减轻设备简单，减轻了地基处理的工作量，投资少。了地基处理的工作量，投资少。6.9 6.9 其他闸型和软基上的混凝土溢流坝其他闸型和软基上的混凝土溢流坝3 闸身结构闸身结构v闸底板采用分离式，由闸底板采用分离式，由灌注桩承台灌注桩承台和中间底板组成；和中间底板组成；v两岸连接尽
48、量减少边墩背后的填土高度，如采用刺墙或斜坡两岸连接尽量减少边墩背后的填土高度，如采用刺墙或斜坡无翼墙连接无翼墙连接4 桩的设计内容桩的设计内容v桩的水平承载力、根数、布置方式、桩径、桩长等桩的水平承载力、根数、布置方式、桩径、桩长等5 闸身稳定分析闸身稳定分析v主要抗滑力桩的水平承载力承台与地基间的摩擦力主要抗滑力桩的水平承载力承台与地基间的摩擦力6.9 6.9 其他闸型和软基上的混凝土溢流坝其他闸型和软基上的混凝土溢流坝二、装配式水闸二、装配式水闸1 装配式水闸的概念装配式水闸的概念v底板采用现浇，其他结构采用多种形式的预制构件装配而底板采用现浇，其他结构采用多种形式的预制构件装配而成的水闸
49、。成的水闸。3 专门设计：专门设计：构件的运输、吊装、接缝、整体性和防渗构件的运输、吊装、接缝、整体性和防渗2 装配式水闸的特点装配式水闸的特点v施工速度快，工期短；施工速度快，工期短；v节省大量木材和劳动力；节省大量木材和劳动力；v便于施工管理，提高施工质量；便于施工管理，提高施工质量；v预制构件不受气候影响，造型精度高。预制构件不受气候影响，造型精度高。6.9 6.9 其他闸型和软基上的混凝土溢流坝其他闸型和软基上的混凝土溢流坝三、浮运水闸三、浮运水闸1 何为浮运水闸何为浮运水闸v浮运水闸是将预制并装配成整体的闸室浮于水中，然后用船浮运水闸是将预制并装配成整体的闸室浮于水中，然后用船舶拖运
50、到闸址进行装配的水闸，适用于挡槽闸。舶拖运到闸址进行装配的水闸，适用于挡槽闸。2 浮运水闸的施工程序浮运水闸的施工程序v预制并装配成整体闸室单元，并封闭成可浮于水中的空箱；预制并装配成整体闸室单元，并封闭成可浮于水中的空箱；v同时进行地基处理、防渗排水设置；同时进行地基处理、防渗排水设置；v涨潮时空箱自动浮起，用拖船拖运至建闸地点进行安装；涨潮时空箱自动浮起，用拖船拖运至建闸地点进行安装；v完成护坦、护坡、交通桥等设施。完成护坦、护坡、交通桥等设施。6.9 6.9 其他闸型和软基上的混凝土溢流坝其他闸型和软基上的混凝土溢流坝3 浮运水闸的特点浮运水闸的特点v可节约土方开挖和劳力；可节约土方开挖
