水闸的概念与计算.doc

第八章 水　闸§8-5 闸室的布置和构造教学容底板、闸墩、工作桥、交通桥一、底板 按形状分：有水平底板、低实用堰底板〔上游水位高,流量又受限制〕河宽、孔多需用横缝将闸室分成若干闸段〔每个闸段可分为一孔、两孔、三孔〕按底板与闸墩的连接方式分：整体式、分离式l         整体式闸底板与闸墩浇筑成整体,墩中分缝〔也有闸室底板中间分缝的〕底板形式适用于松散地基,地震烈度较高的地区l         分离式单孔底板上设双缝,将底板与闸墩分开适用：坚基,紧密的地基上,不会产生不均匀沉降底板顺水流方向的长度：满足上部结构布置,结构强度和抗滑稳定要求二、闸墩材料：常用混凝土、浆砌石、少筋混凝土作用：分隔闸孔,支承闸以及上部结构材料：砼或浆砌石外形轮廊：过闸水流平顺,侧向收缩小,以加大过水能力分方形、三角形、半圆形、流线形高程：上游高出最高水位并有一定超高长度：与闸底板顺水流长度相同上、下游侧：铅直或10:1～５:1竖坡闸墩厚度：满足强度,稳定要求,决定于工作门槽深度和门槽颈部厚度门槽颈部厚度最小值为0.5m门槽深0.3m槽宽0.5～1.0缝墩：1.2～1.5检修门槽与工作门槽之间须保持1.5 ～2.0m净距。

胸墙与检修门槽之间也应留足1.0m以上的间距三、闸门检修门---平门----位置：上游侧工作门----位置：① 上游侧 ②下游侧〔利用水重帮助闸室稳定〕闸门顶部高程：应高于可能最高蓄水位四、胸墙固定式、活动式作用：减少闸的高度,减轻立门重和降低对启闭机重量的要求布置位置：置于门后--闸门紧靠胸墙,且止水效果好而简单；门前---止水结构复杂,易于磨损,有利于启闭,钢丝绳不易磨损•顶高程：顶与闸墩齐平底梁梁底高程：满足堰流的要求,堰顶高程＋堰顶下游水深＋ <0.2m>厚度：不小于0.15～0.2m结构形式：板式、梁板式支撑方式：固接、简支五、交通桥及工作桥 交通桥 工作桥：安装启闭设备初步确定桥高时,平面门可取门高的二倍再加1.0～1.5m的超高值,并满足闸门能从闸门中取出检修的要求若用活动式启闭机,桥高可低些,但亦应大于1.7倍门高升卧闸门的桥高为平面直升门高的70％弧形门则视闸门吊点位置等情况而定,一般要比平面门的工作桥低得多六、分缝方式及止水设备1.分缝水闸沿垂直水流方向每隔一定距离,必须设置沉降缝予以分开,以免闸室因地基不均匀沉降及伸缩变形而产生裂缝缝的间距岩基上不宜超过20m,土基上不宜超过35m,缝宽2～3cm。

除了闸室分缝外,凡相邻结构荷重相差悬殊或结构较长、面积较大的地方,都需设缝分开如在铺盖与水闸底板连接处、翼墙与边墩及铺盖连接处、消力池底板与闸底板、翼墙连接处都要设沉降缝,当混凝土铺盖及消力池底板面积较大时,也要设沉降缝2.止水凡具有防渗要求的缝,都应设止水按照止水设备的方向,有铅直止水和水平止水两种前者设在缝墩中、边墩与翼墙之间以及各段翼墙之间等后者设在铺盖、消力池底板与闸底板、翼墙之间,闸底板与铺盖、消力池底板间的分缝处等1〕止水形式垂直止水----闸墩〔缝墩〕中的边墩与岸墙之间的、岸墙与翼墙之间的接缝、以及翼墙的分段缝水平止水-----铺盖与底板之间；铺盖与两侧翼墙底板之间；底板分缝隙段；砼或混凝土铺盖的分坝缝；闸后护坦与闸底板之间的分缝；护坦与翼墙之间的接缝；护坦分坝缝2〕止水设备垂直止水设备一般都设在靠近上游挡水面处〔临水面0.2 ~ 0.5m〕止水设备上游部分的缝应该是不透水的,下游宜保持通畅,此外,止水设备应防止两个相邻构件之间因发生相对垂直位移而被撕裂水平止水多布置在距上面0.2 ~ 0.3m处,在缝下面铺设2 ~ 3层油毛毡或沥青片材料：紫铜片、塑料止水带、橡皮止水带§8-6     闸室稳定分析、沉降校核及地基处理教学容闸室稳定分析、沉降计算、地基处理教学重点闸室稳定分析 一、闸室稳定分析闸室应在任何情况下〔施工、竣工、运用、检修〕都是稳定的。

1、竣工期〔地基受到的压力最大〕〔1〕沉陷问题：a、过大的〔均匀〕沉陷—堰顶高程降低,达不到设计要求；b、不均匀沉陷：闸顶倾斜,甚至断裂〔2〕压力过大：地基受到压力过大,结构受到破坏,失去稳定性2、运用期〔或检修期〕同时受到重力和水平力的作用a、表面滑动：当底板与地基之间垂直压应力б较小时,在水平推力作用下,闸室底板有可能沿地基表面发生滑动,称为表面滑动b、深层滑动：当作用与地基上的铅直荷载较大时,可能连同一部分地基土体一起滑动,称为深层滑动计算取一个闸室单元为验算对象〔以缝为界,单元可能是一孔、两孔、三孔〕〔一〕荷载及其组合闸室所受的主要荷载：自重、水重、水平水压力、扬压力、波浪压力、地震力、泥沙压力地震力按拟静力法计算浪压力：波浪要素〔波高、波长、周期〕确定后,按重力坝部分所讲公式进行计算浪压力水平水压力：砼铺盖：b、d点的水平水压力强,分别等于该点的扬压力强度〔浮托力+渗透压力〕b点之间按直线变化 黏土铺盖： 二、闸室的稳定性及其安全指标闸室稳定性所包含的容：1、不致于沿地基面或深层滑动2、不发生明显的倾斜3、平均基底压力不大于地基的容许承载力地基反力分布的不均匀程度〔闸室上、下游端地基反力的比值〕三、计算方法1、验算闸室基底压力对称闸孔：±受力不对称的闸孔：按双向偏心受压公式计算2、验算闸室的抗滑稳定闸室产生平面滑动或深层滑动的判别σu=AγbBtgφ+2C〔1+tgφ〕〔1〕当闸底最大压应力σmax小于σu,可只做平面滑动验算〔2〕当闸底最大压应力σmax大于σu,需作深层滑动核算计算平面滑动的公式摩擦公式： 抗剪断公式：抗滑稳定计算的关键,在于合理选用f、φ0、c0提高表层抗滑稳定的措施〔1〕将高水位一侧的防渗铺盖适当延长,或将低水位一侧的排水设备适当向高水位一侧延伸,以减小作用在底板上的渗透压力。

〔2〕将闸室位置适当移向低水位一侧,利用水重〔3〕适当增加齿墙深度,以提高抗滑力〔4〕利用高水位一侧的混凝土铺盖作为阻滑板〔用钢筋和闸室底板可靠的连接起来〕计算公式：式中：0.8—考虑土壤变形及连接钢筋拉伸变形等因素3、验算闸基的整体稳定〔1〕在竖向荷载作用下的地基承载力〔2〕在竖向荷载和水平荷载共同作用下,地基承载力核算四、沉降校核土基压缩变形大均匀沉降：建筑物顶部高程降低,影响正常运行不均匀沉降：闸室倾斜、裂缝、止水破坏计算沉降的方法：采用分层总和法〔土力学〕沉陷允许值：最大沉降允许值：10-15cm；最大沉降差值：3-5cm减少不均匀沉降的措施：〔1〕尽量使相邻建筑物重量差不要过大,重量大的建筑物先施工,使地基先行预压〔2〕布置要匀称,使不超过规定的数值〔3〕分块不宜过大,沉降缝的止水设应能适应地基的不均匀沉陷的要求〔4〕增强闸室刚度以减小不均匀沉降差；如省慈溪市某一挡潮排涝闸,闸室分缝距离为36.40m,采用双胸墙增强闸室刚度后,最大沉降差仅为4.2cm,效果明显〔5〕采用轻型结构和加长底板长度,或增加埋置深度以减小基地压力〔6〕进行必要的地基处理,以提高地基承载力五、地基处理根据工程实践： 粘性土贯入击数>5 砂性土贯入击数>8可不做地基处理直接建闸.常用的处理方法：〔一〕预压加固预压堆石高度,应使预压荷重约为1.5～2.0倍水闸荷载,但不能超过地基的承载能力,否则会造成天然地基的破坏。

为了缩短预压施工时间,可在地基中设置塑料排水板,以改善软土地基的排水条件,加快地基固结塑料排水板间距一般为1～3m,深度应穿过预压层〔二〕换土垫层适用情况:软弱粘性土薄层、浅表----全部挖除层厚-----采用换土垫层 通常采用砂垫层、壤土垫层垫层作用：〔1〕垫层使应力扩散,提高地基的稳定性 〔2〕减小地基沉降量 〔3〕具有良好的排水作用,有利于软土地基加速固结 设计容：换砂厚度、宽度、材料、级配等〔三〕桩基础〔深基础〕 当水闸上部结构重量大,不宜采用上述方法的,可参考桩基 从施工角度来分：预制桩、钻孔灌注桩 受力特点来分：支撑桩----软土、浅层 摩擦桩----土层很厚 优点：大大提高地基的承载力 缺点：底板与土层分离〔四〕沉井基础〔深基础〕 适用条件：闸下有较厚的软土层,要求闸的基础埋置较深不适用于闸基下有流沙、蛮石、树干或表面倾斜较大的岩层 沉井是一种筒状结构物,可用浆砌石、砼或钢筋砼制成 沉井平面尺寸视上部结构而定,一般只要略大于上部结构的尺寸即可沉井的接缝应置于闸的沉降缝之下,使上部结构能够适应下部基础的沉降。

〔五〕振冲砂石桩它是利用一个直径为0.3～0.8m,长约2m,下端设有喷水口的振冲器,先在土基造孔,下管,然后,向上移动,边振动,边沿管向下填注砂石料形成砂石桩桩径一般为0.6～0.8m,间距1.5～2.5m,呈梅花形或正方形布置桩的深度根据设计要求和施工条件确定,一般为8～10m振冲桩的砂石料宜有良好的级配,碎石最大粒径不宜大于5cm振冲砂石桩适用于松砂或软弱的壤土地基〔六〕强夯法它是由重锤夯实法发展起来的用100～400kN重锤从6～25m高处自由落下,撞击土层,每分钟2或3次该法适用于细砂、中砂和砂壤土等强透水的土层在透水性差的粘性土地基上,如设置砂井〔或排水板〕,也可收到较好的效果〔七〕爆炸法在松砂层厚度较大的地基上建闸,可采用爆炸振密法先在地基钻孔,孔距约5～6m,沿孔深每隔一定距离放置适量的炸药,利用爆炸力使松砂密实该法对粗砂、中砂地基比较有效,而对细砂,尤其是粉砂地基,效果较差爆炸振密深度一般不超过10m〔八〕高速旋喷法旋喷法是用钻机以射水法钻进至设计高程,然后由安装在钻杆下端的特殊喷嘴把高压水、压缩空气和水泥浆或其他化学浆液高速喷出,搅动土体,同时钻杆边旋转边提升,使土体与浆液混合,形成桩柱,以达到加固地基的目的。

旋喷法可用来加固粘性土及砂性土地基,也可用作砂卵石层的防渗帷幕,适用围较广§8-7   闸室的结构计算教学容底板结构计算、闸墩结构计算教学重点底板结构计算的弹性地基梁法学时 整体计算：用有限元法分解成若干部件：闸室为空间结构,受力复杂,为简化计算一般将它分解为若干部件〔如闸墩、底板、胸墙、桥梁等〕分别单独计算,在单独计算时,应考虑它们之间的相互作用一、底板的结构计算〔一〕整体式平底板底板支撑在地基上,因其平面尺寸远较厚度为大,可视为地基上的一块板,受力情况比较复杂目前又只能采用近似的计算方法进行强度分析不同的地基情况采用不同的计算方法相对紧密度Dr＞0.5采用：弹性地基梁法相对紧密度Dr≤0.5非粘性土地基采用：反力直线分布法小型水闸采用：倒置梁法1.弹性地基梁法所谓弹性地基梁法：认为梁与地基都是弹性体,梁卧置于弹性地基上,梁受荷载发生弯曲变形,地基受压产生沉降,而梁与地基紧密接触,所以他们的变形和沉降是相等的,根据变形协调条件和静力平衡条件,确定地基反力及梁的力土层厚薄不同计算方法有别：土层厚2。