第一節概述
一、概念
水閘是調節水位、控制流量的低水頭水工建築物，主要依靠閘門控制水流，具有擋水和洩（引）水的雙重功能，在防洪、治澇、灌溉、供水、航運、發電等方面應用十分廣泛。
二、水閘的型別
⒈按擔負的任務（作用）分：
節制閘（攔河閘）：攔河興建，調節水位，控制流量。
進水閘（渠首閘）：在河、湖、水庫的岸邊興建，常位於引水渠道首部，引取水流。
排水閘（排澇閘、洩水閘、退水閘）：在江河沿岸興建，作用是排水、防止洪水倒灌。
分洪閘：在河道的一側興建，分洩洪水、削減洪峰洪、滯洪。
擋潮閘：建於河流入海河口上游地段，防止海潮倒灌。
衝沙閘：靜水通航，動水沖沙，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。
⒉按閘室結構分
（1）開敞式：閘室露天，又分為有胸牆；無胸牆兩種形式
（2）涵洞式：閘室後部有洞身段，洞頂有填土覆蓋。（有壓、無壓）
⒊按操作閘門的動力分
（1）機械操作閘門的水閘
（2）水力操作閘門的水閘
三、水閘等級劃分及洪水標準（以平原區水閘樞紐為例）
1、工程等別及建築物級別
平原區水閘樞紐工程是以水閘為主的水利樞紐工程，一般由水閘、幫浦站、船閘、水電站等水工建築物組成，有的還包括涵洞、渡槽等其它洩（引）水建築物，應根據水閘最大過閘流量及其防護物件的重要性劃分等別。
其中水工建築物的級別應根據其所屬樞紐工程的等別、作用和重要性劃分。
平原區水閘樞紐工程分等指標表
水閘樞紐建築物級別劃分表
2. 洪水標準
平原區水閘的洪水標準應根據所在河流流域的防洪規劃規定的防洪任務，以近期防洪目標為主，並考慮遠景發展要求，按下表所列標準綜合分析確定。
四．水閘的組成及各部分的功用
上游連線段 → 閘室段 → 下游連線段
（引導水流平順進入閘室）（調節水位和流量） （消能、防沖）
⒈閘室： 底板、 閘墩、閘門、（胸牆）、工作橋、交通橋。
⒉上游連線段：翼牆、鋪蓋、護底、上游防沖槽、上游護坡。
⒊下游連線段：翼牆、護坦、海漫、下游防沖槽、下游護坡、 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
1．水閘的傳力過程
閘門 → 閘墩 → 底板 → 地基
（承受水壓力）（承受上部結構重量） (較均勻地傳給)
2．地基：平原地區水閘大部分建在土基上。
土基的特點:
（1）抗剪強度低→穩定性差
（2）壓縮性較大→容易產生不均勻沉降
（3）易產生滲透變形，抗沖刷能力低
3．水流
（1）.靜水（關閘）：
水平水壓力、土基→滑動
水位差產生滲透壓力→不利於穩定
繞岸滲流→不利於翼牆穩定
（2）.開閘洩水 ：
水位差→流速大→對下游河床、岸坡沖刷
水位變幅較大→流態多（堰流、孔流），淹沒出流、自由出流
閘門全開時，水位差小→易形成波狀水躍
閘門開啟順序不合理時→產生折衝水流
4．結構：防滲排水，消能防沖，閘室結構
圖9-3 波狀水躍沖刷示意圖圖9-4 閘下衝折水流
*水閘設計內容：
1.閘址選擇
2.總體布置
3.水力設計：閘孔型式和尺寸確定√
消能防沖設施的設計計算√
閘門控制運用方式的擬定
4.防滲和排水設計√⊿
5.水閘結構設計：閘室穩定計算√
岸、翼牆穩定計算
結構應力分析√
6.地基處理及處理設計
7.觀測設計
*規範：
《水閘設計規範》（sl265-2001）
《水閘施工規範》（sl27-91)
《水閘工程管理設計規範》（sl170-96)
《水閘技術管理規程》（sl75-94)
《水閘安全鑑定規定》（sl214-98）
第五節閘室的布置與構造
一．閘室結構布置
1.閘室結構
2.閘頂高程，閘檻高程
3.閘孔總淨寬，閘孔孔徑
4.底板型式、厚度、順水流向長度、垂直水流方向分段長度
5.閘墩型式、厚度、長度
6.閘門型式、啟閉機型式
7.胸牆結構
8.工作橋、檢修便橋、交通橋
二.底板：
⒈型式（1）按底板與閘墩的連線方式分
整體式：閘墩和底板澆築成整體，有分段縫時縫設在閘墩上。
→底板是傳力結構，將荷載較均勻地傳給地基。閘室整體性較好，適用於鬆軟地基。
分離式：底板與閘墩用沉陷縫分開。
→閘墩傳力，底板僅防滲抗衝，一般適用於岩基或壓縮性小的土基。
（2）按底板的結構型式分
平底板反拱底板
空箱式底板等
整體式平底板用得最廣泛。
圖9-18 底板型式
⒉布置（1）整體式平底板
材料：（鋼筋）混凝土
高程：考慮運用、經濟和地質條件確定
順水流方向長度：需滿足穩定、強度及上部結構布置要求，一般與閘墩長度相同
厚度：根據地基條件、作用荷載和閘孔淨寬等因素，滿足強度和剛度要求
垂直水流方向分段長度：
（2）分離式底板
材料：混凝土或漿砌石
厚度：滿足自身穩定要求
三.閘墩：
⒈材料：混凝土（小型工程常用漿砌塊石）
⒉閘頂高程：
閘頂高程通常指閘室胸牆或閘門擋水線上遊閘墩和閘牆的頂部高程。應根據擋水和洩水兩種運用情況確定。
擋水時閘頂高程不低於水閘正常蓄水位（或最高擋水位）加波浪計算高度與相應安全超高值之和；
洩水時閘頂高程不應低於設計洪水位（或校核洪水位）與相應安全超高值之和。
水閘安全超高下限值（m）：
位於防洪（擋潮）堤上的水閘，其閘頂高程不得低於防洪（擋潮）堤堤頂高程。
⒊長度：與底板長度相同或比底板長度稍短，取決於上部結構布置和閘門型式。
⒋厚度：根據閘孔孔徑、受力條件、結構構造要求和施工方法等確定，平面閘門閘墩門槽處不宜小於0.4m。
⒌外形：應使水流平順、側向收縮小，過流能力大。
圖9-19 閘墩布置示意圖
四．閘門
⒈寬度：與孔口一致
⒉露頂式閘門頂部在可能出現的最高擋水位以上應有0.3~0.5m的超高。
⒊型式：最常用的有平面閘門和弧形閘門。
⒋布置：要考慮對閘室穩定、閘墩和地基的應力以及對上部結構布置的影響。
圖9-20 平面閘門示意圖
圖9-21 弧形閘門示意圖
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生裂縫。每隔15~30m設一道縫。
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
*水閘結構設計應根據結構受力條件及工程地質條件進行，其內容應包括：
1、 荷載及其組合；
2、 閘室和岸、翼牆的穩定計算；
3、 結構應力分析
水閘結構設計時要校核土基所受壓力是否超過其承載能力；校核閘室沿地基表面的抗滑穩定性和閘室連同部分地基的深層滑動可能性；計算閘基的沉降並考查其是否影響水閘的正常工作。在這些驗算校核得到安全可靠的保證的前提下，再進行閘室各部分的內力計算和應力分析，並進行結構配筋。
第六節閘室和閘基的穩定分析
一荷載及荷載組合
1、荷載
⑴基本荷載：
①自重；
②水重 ；
③相應於正常蓄水位和設計洪水位情況下的靜水壓力 ；
④相應於正常蓄水位和設計洪水位情況下的揚壓力 ；
⑤相應於正常蓄水位和設計洪水位情況下的波浪壓力；
⑥土壓力和泥沙壓力；
⑦風壓力、冰壓力、土的凍脹力、其他出現機會較多的荷載。
⑵特殊荷載：
①相應於校核洪水位情況下水閘底板上的水重；
②相應於校核洪水位情況下的靜水壓力；
③相應於校核洪水位情況下的揚壓力；
④相應於校核洪水位情況下的波浪壓力；
⑤**荷載；
⑥其他出現機會較少的荷載。
第七節閘室的結構計算
→分解成若干部件進行計算
一、閘墩結構計算：
1.計算模型：
(1)平面閘門的閘墩→固定於底板的懸臂梁→材料力學法
(2)弧形閘門的閘墩→一邊固定、三邊自由的彈性矩形板→彈性力學法
2.主要荷載及荷載組合
⑴主要荷載
結構自重；
水壓力：縱向（順水流方向），橫向（垂直水流方向）；
**慣性力；
交通橋上車輛剎車制動力
⑵荷載組合
(a)正常或非常擋水時期，閘門全關。→主要核算順水流方向（縱向）的應力分布。
平面閘門：閘墩底部應力，門槽處應力
弧形閘門：閘墩牛腿及整個閘墩的應力
(b)正常或非常擋水時期，一孔檢修，相鄰孔過水。
→閘墩兩側有水頭差，同時受到橫向水壓力和車輛剎車制動力。
→主要核算垂直水流方向（橫向）應力分布
(c)正常擋水時期閘門全關，遭遇強震。→主要核算垂直水流方向（橫向）的應力分布。
⒊平面閘門的閘墩的應力分析步驟
⑴計算邊閘墩和中閘墩的形函式：墩底水平截面形心位置和慣性矩ix、iy，面積矩sx、sy。
圖9-25 閘墩結構計算示意圖
⑵計算墩底水平截面上的正應力與剪應力
①順水流方向（縱向）：最不利情況是閘門全關擋水、閘墩承受最大上下游水位差。產生的水壓力。
邊閘墩或受力不對稱的中墩水平截面上有扭矩作用。閘墩邊緣位於x—x軸上點的最大扭剪力可近似為：
②垂直水流方向（橫向）：最不利情況是一孔檢修的情況，此時該孔上下游檢修閘門關閉而相鄰孔過水。 →閘墩兩側有水頭差，同時受到橫向水壓力和車輛剎車制動力等荷載。
⑶垂直截面上的應力計算（門槽處應力計算）
對任一垂直截面位置，在任一高程取高度為1m的閘墩作為脫離體，其頂面、底面上的正應力和剪應力分布已由⑵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力和平均正應力。在門槽處擷取脫離體（取上游段閘墩或下游段閘墩都可以），將其作為固結於門槽位置的懸臂梁，同理可求得門槽處垂直截面上的應力。
閘墩結構計算
1.計算模型 1 平面閘門的閘墩 固定於底板的懸臂梁 材料力學法 2 弧形閘門的閘墩 一邊固定 三邊自由的彈性矩形板 彈性力學法 2.主要荷載及荷載組合 主要荷載 結構自重 水壓力 縱向 順水流方向 橫向 垂直水流方向 慣性力 交通橋上車輛剎車制動力 荷載組合 a 正常或非常擋水時期，閘門全關。主要...
平當閘箱涵結構配筋計算書
一 基本資料 排水箱涵採用c25鋼筋砼結構，矩形過水斷面，淨寬2.0m，淨高2.0m，壁厚30cm，箱涵沿軸線方向每隔8.1m設一伸縮縫，縫寬20mm，內填瀝青衫板，並採用652型橡膠帶止水，箱涵底板下設10cm厚c15砼墊層，地基允許承載力不小400kpa。堤頂高程為136.90m，設計水位高程為...
地下室結構頂板的等效活荷載計算
摘要 本主主要對消防車荷載 城 a級汽車荷載進行論述。關鍵詞 地下結構 汽車荷載 影響線 等效荷載 中圖分類號 tu354 文獻標識碼 a 文章編號 1 消防車荷載 對於普通建築地下室，頂板一般需要考慮的較大活荷載是消防車道區域的消防車荷載。建築結構荷載規範 1 以下簡稱 荷載規範 中規定了消防車活...