1、521第十五章第十五章 船闸结构形式及特点船闸结构形式及特点 15.115.1闸室结构形式及构造闸室结构形式及构造 15.215.2闸首的布置与结构闸首的布置与结构 15.3 15.3 船闸的闸门、阀门船闸的闸门、阀门522 15.115.1闸室结构形式及构造闸室结构形式及构造 闸室位于上下闸首之间，两侧由船墙限制的一闸室位于上下闸首之间，两侧由船墙限制的一段段人工航道人工航道，靠操纵闸、阀门调节水位，使船舶，靠操纵闸、阀门调节水位，使船舶升降以克服集中落差的结构，为船闸的主体部分。升降以克服集中落差的结构，为船闸的主体部分。闸室的闸室的结构形式主要取决于地基性质及作用水头结构形式主要取决于地
2、基性质及作用水头的大小的大小。523 一、闸室分类一、闸室分类 船闸闸室有斜坡式和直立式两种。船闸闸室有斜坡式和直立式两种。1 1、斜坡式闸室、斜坡式闸室斜坡式闸室具有结构简单、造价低的优点，但使用不斜坡式闸室具有结构简单、造价低的优点，但使用不方便，且耗水量大，目前已很少采用。方便，且耗水量大，目前已很少采用。图图15-1 15-1 斜坡式闸室图斜坡式闸室图524 2 2、直立式闸室、直立式闸室 直立式闸室结构由闸墙和闸底组成。按其受力状态可分为直立式闸室结构由闸墙和闸底组成。按其受力状态可分为整体式结构和分离式结构两大类。两侧闸墙和底板浇筑在整体式结构和分离式结构两大类。两侧闸墙和底板浇筑
3、在一起的为整体式结构（图一起的为整体式结构（图15-215-2）；闸墙和闸底分别设置的）；闸墙和闸底分别设置的为分离式结构（图为分离式结构（图15-315-3）。）。525图图15-2整整体体式式闸闸室室结结构构 526图图15-3分离式闸室结构分离式闸室结构（a a）重力式（）重力式（b b）衡重式（）衡重式（c c）悬臂式（）悬臂式（d d）扶壁式）扶壁式527 分离式结构闸墙类型较多，常用于土基上的有重力式、悬分离式结构闸墙类型较多，常用于土基上的有重力式、悬臂式、扶壁式。臂式、扶壁式。土基上的分离式闸室，大多采用带有横撑格梁的透水闸底，土基上的分离式闸室，大多采用带有横撑格梁的透水闸底
4、，这种闸底比较经济，但只适用于水级较小、地基对渗透变这种闸底比较经济，但只适用于水级较小、地基对渗透变形不敏感的情况。当水头较高，地基为粉砂、细砂或淤泥形不敏感的情况。当水头较高，地基为粉砂、细砂或淤泥的闸室则可采用双铰式不透水底板或采用整体式结构。的闸室则可采用双铰式不透水底板或采用整体式结构。528 在在岩基上岩基上常用的型式有常用的型式有重力式、衬砌式和混合式重力式、衬砌式和混合式，如图，如图15-415-4。当基岩坚硬、完整时，可不设底板；当基岩不耐冲时，则当基岩坚硬、完整时，可不设底板；当基岩不耐冲时，则须作护底。须作护底。图图15-4 15-4 岩基上的闸墙结构岩基上的闸墙结构 （
5、a a）重力式（）重力式（b b）衬砌式（）衬砌式（c c）混合式）混合式529二、各种闸室结构型式的构造如下：二、各种闸室结构型式的构造如下：1 1、重力式闸墙的构造、重力式闸墙的构造 重力式闸墙重力式闸墙是靠自重维持稳定，地基反力较大，对地基承是靠自重维持稳定，地基反力较大，对地基承载能力要求较高，因此重力式结构载能力要求较高，因此重力式结构只适用于较好的地基只适用于较好的地基。重力式结构重力式结构按材料分按材料分为浆砌条（块）石结构、混凝土结构为浆砌条（块）石结构、混凝土结构及配筋混凝土结构等。及配筋混凝土结构等。重力式结构按重力式结构按断面型式分断面型式分为梯形和衡重式两种。为梯形和衡
6、重式两种。重力式闸墙一般采用折线形墙背坡。浆砌条（块）石闸墙重力式闸墙一般采用折线形墙背坡。浆砌条（块）石闸墙也可做成阶梯形墙背。也可做成阶梯形墙背。5210 根据国内已建的土基上船闸的统计，闸墙底宽与墙高之比根据国内已建的土基上船闸的统计，闸墙底宽与墙高之比约在以下范围内：约在以下范围内：梯形断面梯形断面B Bh h0.70.71.31.3（B B为底板宽，为底板宽，h h为墙高）为墙高）梯形断面梯形断面b bh h0.50.50.80.8（b b为墙底宽）为墙底宽）衡重式衡重式B Bh h0.50.50.70.7 对于衡重式闸墙，一般在对于衡重式闸墙，一般在0.40.40.50.5墙高处设
7、置平台，平台墙高处设置平台，平台以上为梯形断面，平台以下设以上为梯形断面，平台以下设1 1：4 41 1：5 5的倒坡。的倒坡。52112 2、悬臂式闸室的构造、悬臂式闸室的构造 悬臂式闸室是由悬臂式闸室是由闸墙闸墙、底扳底扳和和后悬臂后悬臂组成、从船闸轴线分组成、从船闸轴线分成两半的成两半的对称结构对称结构，在底板中间接缝中设置有止水，形成，在底板中间接缝中设置有止水，形成不透水的闸底。悬臂式结构不透水的闸底。悬臂式结构适用于承载能力较低的地基适用于承载能力较低的地基，且闸室高度与闸室宽度之比较大的情况。且闸室高度与闸室宽度之比较大的情况。图图15-5 悬臂式闸室横剖面图悬臂式闸室横剖面图5
8、2123 3、扶壁式闸墙的构造、扶壁式闸墙的构造 扶壁式结构由扶壁式结构由立板立板、肋板肋板和和底板底板组成，底板分趾板和内底组成，底板分趾板和内底板。由于闸室墙系直接建筑于土基上，板。由于闸室墙系直接建筑于土基上，地基的承载能力很地基的承载能力很小小。立板、肋板和底板等的连接部位须设置斜托，图。立板、肋板和底板等的连接部位须设置斜托，图15-615-6。5213图图15-6湖南深水度河船闸湖南深水度河船闸扶壁式闸墙扶壁式闸墙52144 4、衬砌式、衬砌式 岩基上除重力式结构外，还有衬砌式和混合式结构。重力岩基上除重力式结构外，还有衬砌式和混合式结构。重力式结构与土基上重力式结构基本相同。当基
9、岩顶面高程高式结构与土基上重力式结构基本相同。当基岩顶面高程高于闸墙顶高程时，可采用衬砌式闸室结构。衬砌式结构有于闸墙顶高程时，可采用衬砌式闸室结构。衬砌式结构有重力式衬砌和带锚筋的薄衬砌。阶梯形衬砌断面如图重力式衬砌和带锚筋的薄衬砌。阶梯形衬砌断面如图15-715-7，倒梯形衬砌断面如图倒梯形衬砌断面如图15-815-8。5215图图15-7阶梯形衬砌断面图阶梯形衬砌断面图 15-8倒梯形衬砌断面图倒梯形衬砌断面图5216 5 5、混合式、混合式 基岩顶面低于闸墙顶高程时，可采用混合式结构，即基岩基岩顶面低于闸墙顶高程时，可采用混合式结构，即基岩以上采用重力式，基岩以下采用衬砌式结构。以上采
10、用重力式，基岩以下采用衬砌式结构。5217三、闸底设计三、闸底设计 透水闸底由透水闸底由护面护面（块石或混凝士板等）、（块石或混凝士板等）、反滤层反滤层及及纵横格梁纵横格梁组成，反滤层采用中石、小石、中粗组成，反滤层采用中石、小石、中粗砂构成。砂性地基，反滤层多为砂构成。砂性地基，反滤层多为3 34 4层；粘性地层；粘性地基，多为基，多为2 23 3层。层。护面一般采用干砌块石，厚度一般为护面一般采用干砌块石，厚度一般为252540cm40cm，在石料缺乏地区，也可采用混凝土板。在石料缺乏地区，也可采用混凝土板。5218 为固定护面及反滤层各层间的相对位置，闸底须设置为固定护面及反滤层各层间的
11、相对位置，闸底须设置纵横格梁纵横格梁，纵横格梁控制的面积以，纵横格梁控制的面积以30m30m2 2为宜，其断面尺寸为宜，其断面尺寸不宜小于不宜小于40cm40cm40cm40cm，格梁配置构造钢筋。，格梁配置构造钢筋。双铰底板双铰底板是两边闸墙的前趾与底板以斜接或搭接组成两个是两边闸墙的前趾与底板以斜接或搭接组成两个假想铰，并在假想铰，并在铰接处设止水以形成不透水的分离式结构铰接处设止水以形成不透水的分离式结构。这种型式具有不透水及抗浮、抗渗性能好，闸墙与底板分这种型式具有不透水及抗浮、抗渗性能好，闸墙与底板分别受力可减小底板中部的弯矩等优点。别受力可减小底板中部的弯矩等优点。521915.2
12、 15.2 闸首的布置与结构闸首的布置与结构 船闸闸首由船闸闸首由底板底板、边墩边墩及及工作闸门工作闸门等组成挡水结等组成挡水结构，一般设有构，一般设有输水廊道输水廊道、闸门闸门、阀门阀门、闸阀门启闸阀门启闭机械闭机械及其相应的设备等。因此闸首布置及尺寸及其相应的设备等。因此闸首布置及尺寸与所选用的闸门型式、输水系统及有无帷墙等有与所选用的闸门型式、输水系统及有无帷墙等有密切关系。典型闸首布置如图密切关系。典型闸首布置如图15-915-9所示。所示。5220图图（a）人字门闸首（）人字门闸首（b）横拉门闸首（）横拉门闸首（c）三角门闸首）三角门闸首图图15-9 闸首布置型式闸首布置型式5221
13、 1 1、闸首结构按其受力状态可分为、闸首结构按其受力状态可分为整体式结构整体式结构和和分离式分离式结结构。构。在在土基上土基上为避免由于边墩不均匀沉降而影响闸门正常工作，为避免由于边墩不均匀沉降而影响闸门正常工作，一般一般采用整体式闸首采用整体式闸首结构；结构；岩基上岩基上的闸首，则可采用的闸首，则可采用分离分离式式结构，如葛洲坝工程结构，如葛洲坝工程l l、2 2、3 3号船闸，建于砂岩上，其号船闸，建于砂岩上，其上闸首均采用分离式结构。当岩石较完整时，可不设底板，上闸首均采用分离式结构。当岩石较完整时，可不设底板，只有当岩石裂隙较多或岩石较软弱时，才考虑加设底板或只有当岩石裂隙较多或岩石
14、较软弱时，才考虑加设底板或护底，必要时也可采用整体式结构。护底，必要时也可采用整体式结构。5222 2 2闸首布置及构造闸首布置及构造 根据受力和结构特点，闸首在长度（顺水流）方根据受力和结构特点，闸首在长度（顺水流）方向上一般由三段组成。对于不同的门型，各段尺向上一般由三段组成。对于不同的门型，各段尺寸亦各异，图寸亦各异，图15-1015-10为人字闸门的闸首分段图式。为人字闸门的闸首分段图式。5223图图15-10人字闸门闸首分段图式人字闸门闸首分段图式,图图15-1115-11检修门槽在闸首外检修门槽在闸首外图图15-10人字闸门闸首分段图式人字闸门闸首分段图式图图15-11检修门槽在闸
15、首外检修门槽在闸首外门前段门前段门龛段门龛段闸门支持段闸门支持段5224（1 1）门前段长度）门前段长度L Ll l 门前段长度门前段长度L Ll l主要根据工作闸门型式、检修门尺主要根据工作闸门型式、检修门尺度、门槽构造及检修要求确定（图度、门槽构造及检修要求确定（图15-1115-11）。）。（2 2）门龛段长度）门龛段长度L L2 2 门龛段长度因工作闸门型式不同而异。门龛段长度因工作闸门型式不同而异。5225 人字闸门人字闸门 （15-115-1）式中式中BcBc闸首的口门宽度（闸首的口门宽度（m m）；）；d d门龛深度（门龛深度（m m），一般为门厚加），一般为门厚加0.400.4
16、00.8m0.8m；闸门与船闸横轴线的夹角，一般取闸门与船闸横轴线的夹角，一般取2020o o22.522.5o o。cos.221112dBLC5226 横拉闸门横拉闸门 横拉闸门的门槽宽度，主要由门厚、上下游支承木的厚度横拉闸门的门槽宽度，主要由门厚、上下游支承木的厚度及闸墩楔形支承厚度组成：及闸墩楔形支承厚度组成：L L2 2h+2h+2（0.20.2十十0.250.25）（15-215-2）式中式中h h横拉门厚度，横拉门厚度，m m；支承木厚度取；支承木厚度取0.2m0.2m，楔形支承，楔形支承厚度取厚度取0.25m0.25m。5227 三角闸门三角闸门 三角闸门门库较大，其外形尺寸
17、除要满足闸门尺三角闸门门库较大，其外形尺寸除要满足闸门尺度及构造要求外，还须满足输水消能的要求，主度及构造要求外，还须满足输水消能的要求，主要根据模型试验确定。据已建船闸三角门门库尺要根据模型试验确定。据已建船闸三角门门库尺度的统计，其门龛长度可取为：度的统计，其门龛长度可取为：L L2 2=（0.50.50.70.7）Bc Bc （15-315-3）5228 平面闸门平面闸门 平面闸门的门槽与前几种门型相比是最小平面闸门的门槽与前几种门型相比是最小的，在闸首布置中不会因门槽的尺寸而增的，在闸首布置中不会因门槽的尺寸而增加闸首的长度，主要视门体结构尺度而定。加闸首的长度，主要视门体结构尺度而定
18、。5229（3 3）闸门支持段长度）闸门支持段长度L L3 3闸门支持段主要须满足结构稳定及强度的要求，并须考虑输水廊道进闸门支持段主要须满足结构稳定及强度的要求，并须考虑输水廊道进出口布置的要求。出口布置的要求。人字闸门的支持段长度，目前设计仍假定是在其独立工作条件下进行人字闸门的支持段长度，目前设计仍假定是在其独立工作条件下进行稳定和强度的验算确定的，因此须要有足够的长度。稳定和强度的验算确定的，因此须要有足够的长度。据已建船闸支持段尺度的统计，的变化幅度较大，其范围如下：据已建船闸支持段尺度的统计，的变化幅度较大，其范围如下：L L3 3（0.30.31.21.2）h h 或或 L L3
19、 3（0.40.42.12.1）H H （15-415-4）式中式中h h边墩自由高度（边墩自由高度（m m）；）；H H设计水头（设计水头（m m）5230 闸首边墩厚度，一般根据门龛深度、廊道宽度、阀门井尺闸首边墩厚度，一般根据门龛深度、廊道宽度、阀门井尺度等因素确定。据已建船闸的统计，边墩厚度一般取为度等因素确定。据已建船闸的统计，边墩厚度一般取为2 23 3倍廊道宽度。倍廊道宽度。对有帷墙的上闸首，为减小水流动力的影响、保障船舶停对有帷墙的上闸首，为减小水流动力的影响、保障船舶停泊安全可将帷墙边缘做成拱形或多边形的倾斜面。泊安全可将帷墙边缘做成拱形或多边形的倾斜面。闸首的边墩，在较好的
20、土基上一般均采用混凝土或钢筋混闸首的边墩，在较好的土基上一般均采用混凝土或钢筋混凝士重力式边墩，部分边墩可采用浆砌块石的污工结构。凝士重力式边墩，部分边墩可采用浆砌块石的污工结构。当地基较差时，闸首边墩可采用轻型结构如扶壁式、空箱当地基较差时，闸首边墩可采用轻型结构如扶壁式、空箱式结构等（图式结构等（图15-1215-12）。）。5231图图15-12空空箱箱式式闸闸首首结结构构5232 在在岩石地基岩石地基上，通常均采用上，通常均采用分离式闸首分离式闸首结构，结构，边边墩墩一般均一般均采用重力式结构采用重力式结构。当岩石顶面较高时也。当岩石顶面较高时也可采用衬砌式结构。当岩石较坚实、完整，裂
21、隙可采用衬砌式结构。当岩石较坚实、完整，裂隙较少时，也可由岩石中直接开挖而成。较少时，也可由岩石中直接开挖而成。523315.315.3 船闸的闸门、阀门船闸的闸门、阀门 一、阀门的分类一、阀门的分类 船闸的闸、阀门，按其工作性质可划分为工作闸、阀门；船闸的闸、阀门，按其工作性质可划分为工作闸、阀门；检修闸、阀门；事故闸、阀门。检修闸、阀门；事故闸、阀门。按闸、阀门的结构特征分类，闸门可分为人字闸门、升降按闸、阀门的结构特征分类，闸门可分为人字闸门、升降式平面闸门、横拉闸门、三角闸门、一字闸门、弧形闸门、式平面闸门、横拉闸门、三角闸门、一字闸门、弧形闸门、迭梁闸门和浮式闸门等；阀门可分为平面阀
22、门、反向弧形迭梁闸门和浮式闸门等；阀门可分为平面阀门、反向弧形阀门、圆筒阀门和蝴蝶阀门等。阀门、圆筒阀门和蝴蝶阀门等。5234闸门构造图闸门构造图1闸门构造图闸门构造图25235闸门安装图闸门安装图闸门安装图闸门安装图液压四连杆启闭机液压四连杆启闭机5236二、闸、阀门的布置二、闸、阀门的布置 船闸在闸首设有工作闸门；输水廊道设有工作阀门。闸、船闸在闸首设有工作闸门；输水廊道设有工作阀门。闸、阀门应布置在廊道的直线段，保证阀门门前水流平顺，避阀门应布置在廊道的直线段，保证阀门门前水流平顺，避免使阀门超载、振动、气蚀等问题发生。免使阀门超载、振动、气蚀等问题发生。在船闸及其设备检修时，为了检修期
23、临时挡水，必须设置在船闸及其设备检修时，为了检修期临时挡水，必须设置检修闸门和检修阀门：检修闸门的门槽设在上闸门的上游、检修闸门和检修阀门：检修闸门的门槽设在上闸门的上游、和下闸门的下游；检修阀门的门槽一般设在每一工作阀门和下闸门的下游；检修阀门的门槽一般设在每一工作阀门的上、下游。的上、下游。闸门布置不能影响船闸有效通航尺寸：对溢洪和泄洪船闸，闸门布置不能影响船闸有效通航尺寸：对溢洪和泄洪船闸，其闸门应设有方便而可靠的锁定装置。其闸门应设有方便而可靠的锁定装置。5237图图15-18人字闸门人字闸门图图15-19横拉门船闸横拉门船闸5238三、阀门的选择三、阀门的选择 下述几种常用闸、阀门，
24、在门型选择时应优先予以考下述几种常用闸、阀门，在门型选择时应优先予以考虑。虑。（1 1）人字闸门（图）人字闸门（图15-1315-13）图图15-1315-13人字闸门平面形状人字闸门平面形状5239（2 2）升降式平面闸门（图）升降式平面闸门（图15-1415-14）。根据不同水位差和闸）。根据不同水位差和闸首布置情况，闸门可以布置成下降式或提升式。首布置情况，闸门可以布置成下降式或提升式。图图15-14 15-14 支承中心线距闸墙面宽度支承中心线距闸墙面宽度5240（3 3）三角闸门（图）三角闸门（图15-1515-15）。国外三角闸门的挡水面多做）。国外三角闸门的挡水面多做成圆弧形，因
25、此亦称扇形闸门。常用于低水头头部输水的成圆弧形，因此亦称扇形闸门。常用于低水头头部输水的船闸和承受双向水头的中小型船闸。船闸和承受双向水头的中小型船闸。图图15-15 15-15 三角闸门三角闸门5241（4 4）横拉闸门（图）横拉闸门（图15-1615-16）图图15-16 15-16 矩形剖面横拉门矩形剖面横拉门5242（5 5）平面阀门（也称垂直提升阀门），）平面阀门（也称垂直提升阀门），如图如图15-17所示。所示。图图15-17 阀门井布置阀门井布置5243（6 6）反反向向弧弧形形阀阀门门图图15-18 反向弧形阀门反向弧形阀门5244三、引航道导航和靠船建筑物（自学）三、引航道导
26、航和靠船建筑物（自学）船闸引航道中设有导航和靠船建筑物以及护坡、护底等结构。船闸引航道中设有导航和靠船建筑物以及护坡、护底等结构。图图15-19 秦淮河船闸靠船建筑物秦淮河船闸靠船建筑物52451 1、导航和靠船建筑物、导航和靠船建筑物船闸导航、靠船建筑型式较多，在已建船闸中用得最多的船闸导航、靠船建筑型式较多，在已建船闸中用得最多的是重力式导航、靠船建筑结构，其次是墩式、框架式导航、是重力式导航、靠船建筑结构，其次是墩式、框架式导航、靠船建筑，其他还有桩墩式、浮式、空箱式、扶壁式和连靠船建筑，其他还有桩墩式、浮式、空箱式、扶壁式和连拱式等（图拱式等（图15-20）。）。5246图图15-20
27、 导航、靠船建筑物导航、靠船建筑物5247 美国肯塔基船闸的导墙，采用钢筋混凝土浮式箱形结构美国肯塔基船闸的导墙，采用钢筋混凝土浮式箱形结构 图图15-21 肯塔基船闸上游浮式导墙肯塔基船闸上游浮式导墙 5248 导航及靠船建筑物的前沿应做成垂直平整面，以利于船舶导航及靠船建筑物的前沿应做成垂直平整面，以利于船舶停靠及系泊安全。当引航道水位变幅较大时，可在靠船建停靠及系泊安全。当引航道水位变幅较大时，可在靠船建筑物正面分层设置系船钩。筑物正面分层设置系船钩。导航及靠船建筑物主要承受船舶撞击力，其尺度一般根据导航及靠船建筑物主要承受船舶撞击力，其尺度一般根据稳定和强度计算确定。并应满足系船、照明
28、及信号装置等稳定和强度计算确定。并应满足系船、照明及信号装置等布置要求。布置要求。5249 2 2、护坡和护底、护坡和护底 已建船闸已建船闸般采用浆砌块石、干砌块石、混凝土块体及般采用浆砌块石、干砌块石、混凝土块体及草皮等护坡，基本上满足了岸坡不致被破坏的要求。草皮等护坡，基本上满足了岸坡不致被破坏的要求。根据船闸运用实践经验，在闸首外底部和辅导墙外铺砌根据船闸运用实践经验，在闸首外底部和辅导墙外铺砌30m30m左右长度的护底或护坡是十分必要的。护坡结构为左右长度的护底或护坡是十分必要的。护坡结构为25254Ocm4Ocm块石，下垫以块石，下垫以10cm10cm中石子和中石子和10cm10cm
29、黄砂，如图黄砂，如图6-956-95。5250图图15-22一般船闸引航道护坡一般船闸引航道护坡5251 粉砂地基的下游护坡，如图粉砂地基的下游护坡，如图15-2315-23所示。所示。图图15-2315-23粉砂地基的护坡粉砂地基的护坡5252习题 某港2万吨级航道疏浚工程，航道设计底标高11m，设计底宽145m，底质为粉砂夹亚粘土，边坡1：4。采用耙吸式挖泥船施工，计算超深0.6m，计算超宽8m，疏浚工程量计算断面如下图所示。请指出疏浚工程量计算断面示意图中、项的含义和项的数值及每延米的疏浚土方量。5253设计断面线（设计边坡线）；计算断面线（计算边坡线）；=0.6m，=8m，=(11 70.6)4=18.4m，=4m，=4.6m=(145 44 2+8 2)18.4 2=156.2m。疏浚土方量=(156.2 2 18.4 2)/2 4.6（156.2 18.4 2 8）/21=895.66m3
