大学课程《水利工程概论》教学PPT课件：第5章 取水建筑物

水利工程概论 水利工程概论 主讲人：XXX 教 授 专业带头人 高级工程师 一级建造师 土木工程师向家坝溪洛渡三 峡共96页 第1页 第二章 水利工程的基础知识 第五章 取水建筑物 第六章 灌溉工程v本教材共有9个教学章：第四章 泄水建筑物 第七章 治河防洪工程 第三章 挡水建筑物 第一章 绪 论 第八章 水利工程施工 第九章 水利工程管理水利工程概论第五章 取水建筑物第二章 水利工程的基本知识学习单元知识目标能力目标素质目标5.1 了解取水建筑物的概念、作用和类型；了解进水闸的结构类型、组成及各部分的作用，掌握进水闸的布置及构造要求；能根据工程具体情况正确选择取水建筑物，能根据水闸各组成部分的作用及构造要求，做好水闸管护工作；具备独立思考、有效沟通与团队合作的能力；了解与本课程有关的时事议题，了解工程技术对环境、社会及全球的影响，了解本行业技术革新的信息；按时到课，遵守纪律，回答问题；认真完成练习布置任务，按时上交作业；养成科学严谨、实事求是的学习精神，具备一定的国际观及服务社会的信念与态度。5.2 了解坝下涵管、水工隧洞进口以及坝式进水口的组成及布置要求；能结合工程具体情况，对涵管、隧洞以及坝式进水口做好运行维护工作；5.3 了解水泵的选型方法，了解水泵站的类型及适用情况，掌握水泵站的进出水建筑物的组成及作用。初步掌握水泵站和水泵的选型方法，能结合工程具体情况，做好水泵站和水泵的运行维护工作。共96页 第2页水利工程概论共96页 第3页水利工程概论第一节 进水闸 取水建筑物是灌溉、城镇供水、水力发电等用水系统自水源取水必不可少的水工建筑物，是输水建筑物的首部工程。常见的建筑物有进水闸，隧洞、涵管、拦河坝等深式进水口以及水泵站等。乌东德岸塔式进水口引滦入津进水闸三峡水电站坝式进水口水泵站第一节 进水闸 第一节 进水闸共96页 第4页水利工程概论南水北调工程进水闸红旗渠渠首闸定义水闸是低水头的水工建筑物，兼挡水、泄水的双重作用。它通过闸门的启、闭来调节闸前水位、控制下泄流量。作用 防洪、灌溉、排涝、挡潮、发电等。共96页 第5页水利工程概论第一节 进水闸一、水闸的类型一、水闸的类型 1按水闸所承担的任务分类：节制闸（拦河闸）、进水闸、分洪闸、冲沙闸、排水闸、挡潮闸。图5-1 水闸的布置示意图共96页 第6页水利工程概论第一节 进水闸武定门节制闸西坝口节制闸位置横跨河道或在渠道上建造的水闸（位于河道上的节制闸称为拦河闸）作用 在枯水期用以拦截河道，抬高水位，以利上游取水、航运；在洪水期则开闸泄洪，控制下泄流量。（1 1）节制闸（拦河闸）节制闸（拦河闸）共96页 第7页水利工程概论第一节 进水闸建在河道、水库或湖泊的岸边。县花凉亭灌区南干进水闸齐齐哈尔音河水库高水位时挡水，单向过流。位 置作 用特 点（2 2）进水闸（取水闸、渠首闸）进水闸（取水闸、渠首闸）取水。共96页 第8页水利工程概论第一节 进水闸将超过下游河道安全泄量的洪水，泄入预定的湖泊、洼地（分洪区），及时削减洪峰，保证下游河道的安全。应用较少(挡水时多,泄水时少)，单向过流。荆江分洪闸 杨桥闸分洪闸 位 置 建在河道的一侧。作 用特 点(3)(3)分洪闸分洪闸共96页 第9页水利工程概论第一节 进水闸常建于江河沿岸。双向挡水，有时双向过流。盐官下河排水闸某市南环城片区港头排水闸 位 置 作 用（1）当外河水位上涨时关闸防外水倒灌；（2）外河水位下降时开闸排水，排除低洼区涝水和分洪区的洪水。特 点（4 4）排水闸）排水闸共96页 第10页水利工程概论第一节 进水闸在入海河口附近。曹娥江大闸枢纽工程广东花地河北闸 位 置 作 用（1）涨潮时关闸不使海水沿河上溯；（2）退潮时开闸泄水。特 点具有双向挡水的特点。（5 5）挡潮闸）挡潮闸共96页 第11页水利工程概论第一节 进水闸(6)(6)其他闸其他闸曹娥江大闸枢纽工程船闸草街航电枢纽冲沙闸广润河翻板排污闸共96页 第12页水利工程概论第一节 进水闸特点适宜条件城西湖退水闸闸室上面没有填土，是露天的，过闸水流能够自由地通过闸室。设置胸墙当上游水位变幅大，而过闸流量又小时，为减小闸门高度，常带胸墙。泄洪、过木等要求的泄洪闸、拦河闸等。（1）开敞式水闸2按闸室结构的型式分类共96页 第13页水利工程概论第一节 进水闸特点适宜条件淮河入江穿堤水闸闸室上面有填土封闭，有洞身段，过闸水流受洞身段约束。常用于穿堤取水或穿堤排水的水闸。涵洞内水流可以是有压的，也可以是无压的。（2）封闭式水闸（又称涵洞式水闸、简称涵闸）共96页 第14页水利工程概论第一节 进水闸 二、水闸的工作特点稳定和强度方面渗流方面过流方面 抗滑稳定和地基应力渗透变形孔口尺寸和消能防冲 沉降方面总沉降和不均匀沉降共96页 第15页水利工程概论第一节 进水闸水闸由上游连接段、闸室段、下游连接段三部分组成。三、水闸的组成及作用图5-3 进水闸组成示意图1闸底板；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上游防冲槽；16上游护底；17上下游护坡；18水平铺盖共96页 第16页水利工程概论第一节 进水闸1.1.闸室段闸室段闸墩闸底板闸门胸墙工作桥交通桥 作用：闸 门-挡水、控制下泄水流。闸底板-承受闸室全部荷载，还有防冲刷、防渗。闸 墩-分隔闸孔、支承上部结构。工作桥-安置启闭机、供工作人员操作用。交通桥-连接两岸交通。组成：闸底板、闸墩、闸门、胸墙、工作桥、交通桥等。共96页 第17页水利工程概论第一节 进水闸2.2.上游连接段上游连接段铺盖护底上游齿墙上游翼墙上游护坡组成：铺盖、上游翼墙、上游护底、上游护坡、上游防冲槽（齿墙）作用：（1）引导水流平稳地进入闸室（2）防冲刷、防渗、挡土共96页 第18页水利工程概论第一节 进水闸3.3.下游连接段下游连接段消力池海漫防冲槽下游护坡下游翼墙下游岸墙组成：消力池、下游岸墙、海漫、下游翼墙、下游防冲槽、下游护坡。作用：消能、扩散水流、调整流速分布、避免冲刷坑向上游扩展。共96页 第18页水利工程概论第一节 进水闸四、进水闸布置与构造（一）闸址选择 地形地质条件水流条件交通影响 宜选择在地形开阔、岸坡稳定、岩土坚实和地下水位较低的地点。应使进闸和出闸水流比较均匀和平顺，避开其上、下游可能产生有害的冲刷和泥沙淤积的地方。距离重要铁路和公路桥不能太近。沉降方面综合考虑材料来源、对外交通、施工导流、场地布置、基坑排水、施工用水、用电等。应综合考虑上述因素，经技术经济比较后确定。共96页 第20页水利工程概论第一节 进水闸（二）闸室布置与构造1.闸孔和底板型式选择 闸孔型式有开敞式和涵洞式两大类，其选用条件已在水闸类型中说明。闸底板型式1）按底板形状分有宽顶堰和低实用堰两种。宽顶堰草街航电枢纽冲沙闸优点：结构简单，施工方便，泄流稳定，利于泄洪。缺点：流量系数较小，易产生波状水跃。出闸水跃无强烈旋滚，水面呈波状，主流在底部。共96页 第21页水利工程概论第一节 进水闸低实用堰型水流条件较好结构复杂优点：缺点：流量系数较大可减小闸门高度消除波状水跃泄流能力受尾水位影响泄流不稳定共96页 第22页水利工程概论第一节 进水闸 2）按闸墩与底板的连接方式分有：整体式图5-5（a）、（c）和分离式图5-5（b）两种。整体式底板。当闸墩与底板浇筑成整体时（可以是一孔、二孔或三孔为一个单元），即为整体式底板。它的优点是闸孔两侧闸墩之间不会产生过大的不均匀沉降，适用于地基承载力较差的土基。整体式底板具有将结构自重和水压等荷载传给地基及防冲、防渗作用，故底板较厚。图5-5 整体式、分离式平底板1底板；2闸墩；3闸门；4空箱式岸墙；5温度沉陷缝；6边墩共96页 第23页水利工程概论第一节 进水闸 分离式底板。当闸墩与底板设缝分开时，即为分离式底板。见图5-5（b）所示。闸室上部结构的重量和水压力直接由闸墩传给地基，底板仅有防冲、防渗和稳定的要求，其厚度可根据自身稳定的要求确定。分离式底板一般适用于孔径大于8m和地基条件较好的砂土或岩石地基。由于底板较薄，所以工程量较整体式底板节省。涵洞式水闸不宜采用分离式底板。底板顶面高程与闸承担的任务、泄流或引水流量、上下游水位及河床地质条件等因素有关。一般情况下，进水闸的底板顶面在满足引水设计流量的情况下，应尽可能高一些，防止泥沙进入渠道，排水闸、泄水闸或挡潮闸，闸底板高程应尽量定得低些。共96页 第24页水利工程概论第一节 进水闸2.2.闸墩闸墩分隔闸孔，承受由闸门与胸墙传来的水压力，支承闸门及上部构造。作用水流平顺，侧向收缩小，过水能力大。墩头外形半圆形 大中型水闸常用，多用于中墩中留有沉降缝。流线型 墩中无缝常用此形，不宜用在上游端。三角形 小型水闸与闸底板同长或稍短闸墩长度通常指胸墙或岸墙上游部分的顶高程闸顶高程max共96页 第25页水利工程概论第一节 进水闸根据布置具体确定，可与上游同高，也可降低。（如交通桥要与两岸堤顶适应）下游闸顶高程可能比闸顶低很多闸门顶高程工作门槽和检修门槽的布置工作门槽位置：闸墩中线前12m 工作门槽宽0.51.0m；深0.30.5，门槽宽深比 1.61.8检修门槽宽0.150.3；深0.150.25两门槽间距1.5m门槽处厚0.4m常为铅直面，如在长度方向有富裕，两端可做成10:15:1竖坡，布置不下闸墩可外挑。闸墩上下游面 弧形闸门不设闸门槽由牛腿支承，但仍设检修闸门 共96页 第26页水利工程概论第一节 进水闸边墩布置详图边墩布置详图边墩厚度：（0.30.5）+0.4=（0.7 0.9）m中墩布置详图中墩布置详图中墩厚度：2（0.30.5）+0.4=（1.0 1.4）m共96页 第27页水利工程概论第一节 进水闸缝墩布置详图缝墩布置详图2（0.30.5）+2 0.4=（1.4 1.8）m缝墩厚度共96页 第28页水利工程概论第一节 进水闸3 3 .胸墙胸墙减小闸门高度，降低闸门启闭力。作用高程 顶部高程与闸墩同底部高程根据流量决定，胸墙迎水面底缘应做成圆弧形 可设在闸门上游，也可设在闸门下游。位置弧形闸门，胸墙设在闸门上游侧，以便弧形闸门长支臂平面闸门，胸墙可设在闸门上游，也可设在闸门下游共96页 第29页水利工程概论第一节 进水闸胸墙结构胸墙结构上薄下厚的楔形板；板式胸墙板式胸墙板梁式胸墙肋形胸墙适用于小跨度（16m）；最小板厚不小于0.2m。顶梁高度为闸孔跨度的1/12 1/15，梁宽常取4080cm；梁底高度为闸孔跨度的1/8 1/9，梁宽常取60 120cm；保证有足够的刚度，面板厚度不宜小于20cm。可增设（中）横梁及竖梁，适用于当胸墙的高度（大于5m，跨度均较大时。共96页 第30页水利工程概论第一节 进水闸支承方式 胸墙胸墙与闸墩分开浇筑，缝间设止水。缝内可设油毛毡并涂以沥青止水，分离式底板采用。预制的简支式预制的简支式 现浇的固结式结构特点优点迎水面不易产生裂缝。缺点胸墙截面尺寸较大共96页 第31页水利工程概论第一节 进水闸胸墙与闸墩同期浇筑，胸墙钢筋伸入闸墩 预制的简支式 现浇的固结式现浇的固结式结构特点优点增强闸室的整天性和刚度，胸墙截面面积较小缺点迎水面靠闸墩附近容易产生裂缝，当闸室采用底板分缝时，不宜采用固结式胸墙。支承方式支承方式 共96页 第32页水利工程概论第一节 进水闸4.4.工作桥与交通桥工作桥与交通桥为了安置闸门启闭机械和操作管理的需要作用1）工作桥在闸墩或排架柱上架设工作桥，由启闭设备、闸门类型、布置和启闭方式定位置T型梁、形式型梁共96页 第33页水利工程概论第一节 进水闸保证闸门开启能泄放最大流量，能将闸门取出检修 桥面高程（2）闸墩低，不能满足工作桥高程要求，在闸墩上设排架，将桥置于排架上；或 桥面高程=底板高程+门高的两倍+（1.01.5）超高工作桥面高=横梁底缘高程+横梁高横梁底缘高程=水max+闸门高+吊钩高+安全超高（3）有通航要求的水闸，桥高应满足通航要求。（1）闸墩高能满足工作桥高程要求，工作桥可直接放在闸墩上；