1、第一節(jié) 概述一、概念水閘是調(diào)節(jié)水位、控制流量的低水頭水工建筑物，主要依靠閘門(mén)控制水流，具有擋水和泄（引）水的雙重功能，在防洪、治澇、灌溉、供水、航運(yùn)、發(fā)電等方面應(yīng)用十分廣泛。二、水閘的類(lèi)型按擔(dān)負(fù)的任務(wù)（作用）分：節(jié)制閘（攔河閘）：攔河興建，調(diào)節(jié)水位，控制流量。進(jìn)水閘（渠首閘）：在河、湖、水庫(kù)的岸邊興建，常位于引水渠道首部，引取水流。排水閘（排澇閘、泄水閘、退水閘）：在江河沿岸興建，作用是排水、防止洪水倒灌。分洪閘：在河道的一側(cè)興建，分泄洪水、削減洪峰洪、滯洪。擋潮閘：建于河流入海河口上游地段，防止海潮倒灌。沖沙閘：靜水通航，動(dòng)水沖沙，減少含沙量，防止淤積。排冰閘：在堤岸上建閘防止冬季冰凌堵塞。

2、按閘室結(jié)構(gòu)分（1）開(kāi)敞式：閘室露天，又分為有胸墻；無(wú)胸墻兩種形式（2）涵洞式：閘室后部有洞身段，洞頂有填土覆蓋。（有壓、無(wú)壓）按操作閘門(mén)的動(dòng)力分（1）機(jī)械操作閘門(mén)的水閘（2）水力操作閘門(mén)的水閘三、水閘等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)（以平原區(qū)水閘樞紐為例）1、工程等別及建筑物級(jí)別平原區(qū)水閘樞紐工程是以水閘為主的水利樞紐工程，一般由水閘、泵站、船閘、水電站等水工建筑物組成，有的還包括涵洞、渡槽等其它泄（引）水建筑物，應(yīng)根據(jù)水閘最大過(guò)閘流量及其防護(hù)對(duì)象的重要性劃分等別。其中水工建筑物的級(jí)別應(yīng)根據(jù)其所屬樞紐工程的等別、作用和重要性劃分。平原區(qū)水閘樞紐工程分等指標(biāo)表工程級(jí)別規(guī)模大（1）型大（2）型中型小（1）型小（

3、2）型最大過(guò)閘流量50005001000100010010020<20防護(hù)對(duì)象的重要性特別重要重要中等一般  水閘樞紐建筑物級(jí)別劃分表工程等別永久性建筑物級(jí)別臨時(shí)性建筑物級(jí)別主要建筑物次要建筑物13423434545555  2. 洪水標(biāo)準(zhǔn)平原區(qū)水閘的洪水標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)所在河流流域的防洪規(guī)劃規(guī)定的防洪任務(wù)，以近期防洪目標(biāo)為主，并考慮遠(yuǎn)景發(fā)展要求，按下表所列標(biāo)準(zhǔn)綜合分析確定。水閘級(jí)別12345洪水重現(xiàn)期設(shè)計(jì)1005050303020201010校核3002002001001005050303020四水閘的組成及各部分的功用上游連接段 閘室段  下游連接段（引導(dǎo)水流

4、平順進(jìn)入閘室）（調(diào)節(jié)水位和流量） （消能、防沖）閘室： 底板、 閘墩、閘門(mén)、（胸墻）、工作橋、交通橋。 上游連接段：翼墻、鋪蓋、護(hù)底、上游防沖槽、上游護(hù)坡。下游連接段：翼墻、護(hù)坦、海漫、下游防沖槽、下游護(hù)坡、  下游排水（反濾、排水孔）。 圖9-2  土基上水閘立體示意圖五水閘的工作特點(diǎn)1水閘的傳力過(guò)程              閘門(mén)        閘墩    

5、60; 底板      地基    （承受水壓力）（承受上部結(jié)構(gòu)重量） (較均勻地傳給)2地基：平原地區(qū)水閘大部分建在土基上。土基的特點(diǎn):              （1）抗剪強(qiáng)度低穩(wěn)定性差              （2）壓縮性較大容易產(chǎn)生不均勻沉降   &

6、#160;          （3）易產(chǎn)生滲透變形，抗沖刷能力低3水流（1）.靜水（關(guān)閘）： 水平水壓力、土基滑動(dòng)水位差產(chǎn)生滲透壓力不利于穩(wěn)定繞岸滲流不利于翼墻穩(wěn)定 （2）.開(kāi)閘泄水 ：水位差流速大對(duì)下游河床、岸坡沖刷水位變幅較大流態(tài)多（堰流、孔流），淹沒(méi)出流、自由出流閘門(mén)全開(kāi)時(shí)，水位差小易形成波狀水躍閘門(mén)開(kāi)啟順序不合理時(shí)產(chǎn)生折沖水流 4結(jié)構(gòu)：防滲排水，消能防沖，閘室結(jié)構(gòu)圖9-3  波狀水躍沖刷示意圖         

7、;    圖9-4  閘下沖折水流*水閘設(shè)計(jì)內(nèi)容：1.閘址選擇2.總體布置3.水力設(shè)計(jì)：閘孔型式和尺寸確定            消能防沖設(shè)施的設(shè)計(jì)計(jì)算            閘門(mén)控制運(yùn)用方式的擬定4.防滲和排水設(shè)計(jì)5.水閘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：閘室穩(wěn)定計(jì)算        

8、;        岸、翼墻穩(wěn)定計(jì)算                結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析6.地基處理及處理設(shè)計(jì)7.觀測(cè)設(shè)計(jì)*規(guī)范：水閘設(shè)計(jì)規(guī)范（SL265-2001）水閘施工規(guī)范（SL27-91)水閘工程管理設(shè)計(jì)規(guī)范（SL170-96)水閘技術(shù)管理規(guī)程（SL75-94)水閘安全鑒定規(guī)定（SL214-98）第五節(jié) 閘室的布置與構(gòu)造 一閘室結(jié)構(gòu)布置 1.閘室結(jié)構(gòu)2.閘頂高程，閘檻高

9、程3.閘孔總凈寬，閘孔孔徑4.底板型式、厚度、順?biāo)飨蜷L(zhǎng)度、垂直水流方向分段長(zhǎng)度5.閘墩型式、厚度、長(zhǎng)度6.閘門(mén)型式、啟閉機(jī)型式7.胸墻結(jié)構(gòu)8.工作橋、檢修便橋、交通橋 二.底板： 型式（1）按底板與閘墩的連接方式分整體式：閘墩和底板澆筑成整體，有分段縫時(shí)縫設(shè)在閘墩上。底板是傳力結(jié)構(gòu)，將荷載較均勻地傳給地基。閘室整體性較好，適用于松軟地基。分離式：底板與閘墩用沉陷縫分開(kāi)。閘墩傳力，底板僅防滲抗沖，一般適用于巖基或壓縮性小的土基。（2）按底板的結(jié)構(gòu)型式分            平底板&#

10、160;           反拱底板            空箱式底板 等            整體式平底板用得最廣泛。圖9-18  底板型式布置（1）整體式平底板      材料：（鋼筋）混凝土高程：考慮運(yùn)用、經(jīng)濟(jì)和地質(zhì)條件

11、確定順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)度：需滿足穩(wěn)定、強(qiáng)度及上部結(jié)構(gòu)布置要求，一般與閘墩長(zhǎng)度相同厚度：根據(jù)地基條件、作用荷載和閘孔凈寬等因素，滿足強(qiáng)度和剛度要求垂直水流方向分段長(zhǎng)度：（2）分離式底板     材料：混凝土或漿砌石厚度：滿足自身穩(wěn)定要求三.閘墩：材料：混凝土（小型工程常用漿砌塊石）閘頂高程：閘頂高程通常指閘室胸墻或閘門(mén)擋水線上游閘墩和閘墻的頂部高程。應(yīng)根據(jù)擋水和泄水兩種運(yùn)用情況確定。擋水時(shí)閘頂高程不低于水閘正常蓄水位（或最高擋水位）加波浪計(jì)算高度與相應(yīng)安全超高值之和；泄水時(shí)閘頂高程不應(yīng)低于設(shè)計(jì)洪水位（或校核洪水位）與相應(yīng)安全超高值之和。 水閘安全超高下限值（m）

12、：  水閘級(jí)別1234.5擋水時(shí)正常蓄水位0.70.50.40.3最高擋水位0.50.40.30.2泄水時(shí)設(shè)計(jì)洪水位1.51.00.70.5校核洪水位1.00.70.50.4位于防洪（擋潮）堤上的水閘，其閘頂高程不得低于防洪（擋潮）堤堤頂高程。長(zhǎng)度：與底板長(zhǎng)度相同或比底板長(zhǎng)度稍短，取決于上部結(jié)構(gòu)布置和閘門(mén)型式。厚度：根據(jù)閘孔孔徑、受力條件、結(jié)構(gòu)構(gòu)造要求和施工方法等確定，平面閘門(mén)閘墩門(mén)槽處不宜小于0.4m。 外形：應(yīng)使水流平順、側(cè)向收縮小，過(guò)流能力大。圖9-19  閘墩布置示意圖四閘門(mén)寬度：與孔口一致露頂式閘門(mén)頂部在可能出現(xiàn)的最高擋水位以上應(yīng)有0.30.5m的超高。型式：最常

13、用的有平面閘門(mén)和弧形閘門(mén)。布置：要考慮對(duì)閘室穩(wěn)定、閘墩和地基的應(yīng)力以及對(duì)上部結(jié)構(gòu)布置的影響。圖9-20  平面閘門(mén)示意圖圖9-21  弧形閘門(mén)示意圖五、分縫和止水沉陷縫、伸縮縫：防止閘室因地基不均勻沉陷或溫度變化而產(chǎn)生裂縫。每隔1530m設(shè)一道縫。止水：防滲，有水平止水和垂直止水。圖9-22  閘室沉陷縫布置圖*水閘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)受力條件及工程地質(zhì)條件進(jìn)行，其內(nèi)容應(yīng)包括：1、  荷載及其組合；2、  閘室和岸、翼墻的穩(wěn)定計(jì)算；3、  結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析       水閘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

14、時(shí)要校核土基所受壓力是否超過(guò)其承載能力；校核閘室沿地基表面的抗滑穩(wěn)定性和閘室連同部分地基的深層滑動(dòng)可能性；計(jì)算閘基的沉降并考查其是否影響水閘的正常工作。在這些驗(yàn)算校核得到安全可靠的保證的前提下，再進(jìn)行閘室各部分的內(nèi)力計(jì)算和應(yīng)力分析，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)配筋。第六節(jié) 閘室和閘基的穩(wěn)定分析一 荷載及荷載組合 1、荷載基本荷載：自重； 水重 ；相應(yīng)于正常蓄水位和設(shè)計(jì)洪水位情況下的靜水壓力 ；相應(yīng)于正常蓄水位和設(shè)計(jì)洪水位情況下的揚(yáng)壓力 ；相應(yīng)于正常蓄水位和設(shè)計(jì)洪水位情況下的波浪壓力；土壓力和泥沙壓力；風(fēng)壓力、冰壓力、土的凍脹力、其他出現(xiàn)機(jī)會(huì)較多的荷載。特殊荷載：相應(yīng)于校核洪水位情況下水閘底板上的水重；相應(yīng)于校核

15、洪水位情況下的靜水壓力； 相應(yīng)于校核洪水位情況下的揚(yáng)壓力；相應(yīng)于校核洪水位情況下的波浪壓力；地震荷載；其他出現(xiàn)機(jī)會(huì)較少的荷載。 第七節(jié) 閘室的結(jié)構(gòu)計(jì)算              分解成若干部件進(jìn)行計(jì)算 一、閘墩結(jié)構(gòu)計(jì)算：1.計(jì)算模型：(1)平面閘門(mén)的閘墩固定于底板的懸臂梁材料力學(xué)法(2)弧形閘門(mén)的閘墩一邊固定、三邊自由的彈性矩形板彈性力學(xué)法 2.主要荷載及荷載組合主要荷載       結(jié)構(gòu)自重； 

16、     水壓力：縱向（順?biāo)鞣较颍瑱M向（垂直水流方向）；      地震慣性力；      交通橋上車(chē)輛剎車(chē)制動(dòng)力荷載組合    (a)正常或非常擋水時(shí)期，閘門(mén)全關(guān)。主要核算順?biāo)鞣较颍v向）的應(yīng)力分布。        平面閘門(mén)：閘墩底部應(yīng)力，門(mén)槽處應(yīng)力        弧形閘門(mén)：閘墩牛

17、腿及整個(gè)閘墩的應(yīng)力    (b)正常或非常擋水時(shí)期，一孔檢修，相鄰孔過(guò)水。     閘墩兩側(cè)有水頭差，同時(shí)受到橫向水壓力和車(chē)輛剎車(chē)制動(dòng)力。     主要核算垂直水流方向（橫向）應(yīng)力分布    (c)正常擋水時(shí)期閘門(mén)全關(guān)，遭遇強(qiáng)震。主要核算垂直水流方向（橫向）的應(yīng)力分布。平面閘門(mén)的閘墩的應(yīng)力分析步驟計(jì)算邊閘墩和中閘墩的形函數(shù)：墩底水平截面形心位置和慣性矩Ix、Iy，面積矩Sx、Sy。圖9-25  閘墩結(jié)構(gòu)計(jì)算示意圖計(jì)算墩底水平截面上的正應(yīng)力與剪應(yīng)力

18、順?biāo)鞣较颍v向）：最不利情況是閘門(mén)全關(guān)擋水、閘墩承受最大上下游水位差。產(chǎn)生的水壓力。邊閘墩或受力不對(duì)稱(chēng)的中墩水平截面上有扭矩作用。閘墩邊緣位于xx軸上點(diǎn)的最大扭剪力可近似為：垂直水流方向（橫向）：最不利情況是一孔檢修的情況，此時(shí)該孔上下游檢修閘門(mén)關(guān)閉而相鄰孔過(guò)水。 閘墩兩側(cè)有水頭差，同時(shí)受到橫向水壓力和車(chē)輛剎車(chē)制動(dòng)力等荷載。 垂直截面上的應(yīng)力計(jì)算（門(mén)槽處應(yīng)力計(jì)算）對(duì)任一垂直截面位置，在任一高程取高度為1m的閘墩作為脫離體，其頂面、底面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力分布已由得出，均屬已知，由靜力平衡條件可求出任一垂直截面上的N、M、Q，從而可以求出該垂直截面上的平均剪應(yīng)力和平均正應(yīng)力。在門(mén)槽處截

19、取脫離體（取上游段閘墩或下游段閘墩都可以），將其作為固結(jié)于門(mén)槽位置的懸臂梁，同理可求得門(mén)槽處垂直截面上的應(yīng)力。二 . 底板結(jié)構(gòu)計(jì)算（開(kāi)敞式閘室整體式平底板）常用方法：倒置梁法、反力直線分布法、彈性地基梁法。各種算法都是以垂直水流方向截取的單寬板條作為計(jì)算對(duì)象，簡(jiǎn)化為平面問(wèn)題進(jìn)行計(jì)算。倒置梁法忽視了閘墩處變位不等的重要因素，誤差較大，因此不宜在大、中型水閘設(shè)計(jì)中采用；大、中型水閘，當(dāng)?shù)鼗鶠橄鄬?duì)緊密度Dr0.5的砂土?xí)r，由于變形容易得到調(diào)整，可用反力直線分布法計(jì)算，當(dāng)?shù)鼗鶠檎承酝粱駾r>0.5的砂土?xí)r，可采用彈性地基梁法計(jì)算。1.倒置梁法計(jì)算模型及基本假定以垂直水流方向截取的單寬板條作為計(jì)算

20、對(duì)象，把閘室底板作為固支于閘墩的連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算。即把閘墩作為底板連續(xù)梁的支座。假定：.地基反力在順?biāo)鞣较蛑本€分布           .地基反力在垂直水流方向均勻分布           .相鄰閘墩間無(wú)任何相對(duì)位移倒置梁法計(jì)算十分簡(jiǎn)便，但假定地基反力在橫向?yàn)榫鶆蚍植寂c實(shí)際情況不符，而且支座反力與閘墩鉛直荷載也不相等，故只能在小型水閘中采用。圖9-26  倒置梁法及反力直線分布法簡(jiǎn)圖&#

21、160;             圖9-27  分離式底板接縫型式用偏心受壓公式計(jì)算縱向（順?biāo)鞣较颍┑鼗戳ΑＨM向單寬板條，按倒置連續(xù)梁計(jì)算內(nèi)力并進(jìn)行配筋。反力直線分布法計(jì)算模型及基本假定以垂直水流方向截取的單寬板條作為計(jì)算對(duì)象，把閘墩當(dāng)作底板的已知荷載進(jìn)行計(jì)算。假定  (a)地基反力在順?biāo)鞣较蛑本€分布。            (b)地基反力

22、在垂直水流方向均勻分布。            (c)把閘墩當(dāng)作底板的已知荷載，閘墩對(duì)底板無(wú)約束，底板可以自由變形。大、中型水閘，當(dāng)?shù)鼗鶠橄鄬?duì)緊密度Dr0.5的砂土?xí)r，可用反力直線分布法計(jì)算。計(jì)算步驟用偏心受壓公式計(jì)算縱向（順?biāo)鞣较颍┑鼗戳ΑＨM向單寬板條，計(jì)算不平衡剪力Q。*式中假定不平衡剪力Q的方向向下，如其計(jì)算結(jié)果為負(fù)值，說(shuō)明Q的實(shí)際方向向上。           

23、對(duì)不平衡剪力進(jìn)行分配。不平衡剪力Q應(yīng)由閘墩和底板共同承擔(dān)。              ，b=1m，對(duì)既定截面，Q/I是常數(shù)，與S（y）成正比，設(shè)閘墩和底板對(duì)應(yīng)的S（y）的面積分別為A1和A2，則閘墩和底板分擔(dān)的不平衡剪力分別為：Q1還要由中墩和縫墩按厚度再進(jìn)行分配，兩者分配的Q1和Q1分別為：計(jì)算作用在底板上的荷載分配給閘墩的不平衡剪力連同包括上部結(jié)構(gòu)的閘墩重力可示為集中力作用在梁上，將分配給底板的不平衡剪力轉(zhuǎn)化為均布荷載，則作用在底板梁上的均布荷載為：均布荷載q=q3+地基

24、反力q4-水重q2-q1-Q2/2L。計(jì)算底板內(nèi)力并進(jìn)行配筋。彈性地基梁法計(jì)算模型及基本假定以垂直水流方向截取的單寬板條作為計(jì)算對(duì)象，按平面應(yīng)變的彈性地基梁，利用靜力平衡條件及底板與地基的變形協(xié)調(diào)條件，計(jì)算地基反力和底板內(nèi)力。假定  (a)地基反力在順?biāo)鞣较蛑本€分布。          (b)地基反力在垂直水流方向呈彈性（曲線）分布，為待求未知數(shù)。          (c)把閘墩當(dāng)作底板的已知荷載，閘墩對(duì)

25、底板無(wú)約束，底板可以自由變形。當(dāng)?shù)鼗鶠檎承酝粱駾r>0.5的砂土?xí)r，可采用彈性地基梁法計(jì)算。圖9-28  閘底板結(jié)構(gòu)計(jì)算圖  計(jì)算步驟用偏心受壓公式計(jì)算縱向（順?biāo)鞣较颍┑鼗戳ΑＨM向單寬板條，計(jì)算不平衡剪力Q。與反力直線分布法中相同。對(duì)不平衡剪力進(jìn)行分配。不平衡剪力Q應(yīng)由閘墩和底板共同承擔(dān)。與反力直線分布法中相同。計(jì)算作用在底板(彈性基礎(chǔ)梁)上的荷載分配給閘墩的不平衡剪力連同包括上部結(jié)構(gòu)的閘墩重力可示為集中力作用在梁上，將分配給底板的不平衡剪力轉(zhuǎn)化為均布荷載，則作用在底板梁上的均布荷載為：均布荷載q=揚(yáng)壓力q3 -水重q2-底板自重q1-Q2/2L。此時(shí)地基反力的

26、橫向分布為待求未知荷載。注意：規(guī)范規(guī)定，當(dāng)采用彈性地基梁法時(shí)，可不計(jì)閘室底板的自重，但當(dāng)作用在基底面上的均布荷載為負(fù)值時(shí)，則仍應(yīng)計(jì)及底板自重的影響，計(jì)及的百分?jǐn)?shù)以使作用在基底面上的均布荷載值等于0為限度確定。注意：(a)如果計(jì)算對(duì)象包括直接擋土的邊墩，則側(cè)向土壓力、側(cè)向水壓力等引起的彎矩對(duì)彈性地基梁也有影響。在有些水閘工程設(shè)計(jì)中，從安全考慮，當(dāng)彎矩使梁內(nèi)力減小時(shí)，考慮彎矩計(jì)算值的50%，使梁內(nèi)力增加時(shí)，考慮彎矩計(jì)算值的100%。表  邊荷載計(jì)算百分?jǐn)?shù) 地基類(lèi)別邊荷載使計(jì)算閘段底板內(nèi)力減小邊荷載使計(jì)算閘段底板內(nèi)力增加砂性土50100粘性土0100計(jì)算底板內(nèi)力并進(jìn)行配筋。  具體算法及其理論假定要適應(yīng)底板及地基的具體條件：.對(duì)于土基上的水閘的整體式平底板：(a)當(dāng)?shù)鼗蓧嚎s層（厚度為T(mén)）很厚（即厚度遠(yuǎn)大于梁的最大水平尺寸）時(shí)（T/L>2）可將地基視為半無(wú)限彈性體進(jìn)行計(jì)算。(b)當(dāng)?shù)鼗蓧嚎s層較薄時(shí)（T/L<0.25）  &