第八章水閘
§8-5 閘室的布置和構造
教學內容
底板、閘墩、工作橋、交通橋
一、底板
按形狀分：有水平底板、低實用堰底板（上游水位高，流量又受限制）。
河寬、孔多。需用橫縫將閘室分成若干閘段（每個閘段可分為一孔、兩孔、三孔）
按底板與閘墩的連線方式分：整體式、分離式
● 整體式
閘底板與閘墩澆築成整體，墩中分縫。（也有閘室底板中間分縫的）
底板形式
適用於鬆散地基，**烈度較高的地區
● 分離式
單孔底板上設雙縫，將底板與閘墩分開
適用：堅基，緊密的地基上，不會產生不均勻沉降。
底板順水流方向的長度：滿足上部結構布置，結構強度和抗滑穩定要求。
二、閘墩
材料：常用混凝土、漿砌石、少筋混凝土。
作用：分隔閘孔，支承閘以及上部結構。
材料：砼或漿砌石。
外形輪廊：過閘水流平順，側向收縮小，以加大過水能力。
分方形、三角形、半圓形、流線形。
高程：上游高出最高水位並有一定超高。
長度：與閘底板順水流長度相同。
上、下游側：鉛直或10:1～５:1豎坡。
閘墩厚度：滿足強度，穩定要求，決定於工作門槽深度和門
槽頸部厚度。
門槽頸部厚度最小值為0.5m
門槽深0.3m 槽寬0.5～1.0
縫墩：1.2～1.5
檢修門槽與工作門槽之間須保持1.5 ～2.0m淨距。
胸牆與檢修門槽之間也應留足1.0m以上的間距。
三、閘門
檢修門---平門----位置：上游側
工作門----位置：
1 上游側
②下游側（利用水重幫助閘室穩定）
閘門頂部高程：應高於可能最高蓄水位。
四、胸牆
固定式、活動式
作用：減少閘的高度，減輕立門重和降低對啟閉機重量的要求。
布置位置：置於門後--閘門緊靠胸牆，且止水效果好而簡單；門前---止水結構複雜，易於磨損，有利於啟閉，鋼絲繩不易磨損
頂高程：頂與閘墩齊平。
底梁梁底高程：
滿足堰流的要求，堰頂高程＋堰頂下游水深＋ (0.2m)。
厚度：不小於0.15～0.2m
結構形式：板式、梁板式。
支撐方式：固接、簡支
五、交通橋及工作橋
交通橋工作橋：安裝啟閉裝置
初步確定橋高時，平面門可取門高的二倍再加1.0～1.5m的超高值，並滿足閘門能從閘門中取出檢修的要求。
若用活動式啟閉機，橋高可低些，但亦應大於1.7倍門高。公升臥閘門的橋高為平面直公升門高的70％。
弧形門則視閘門吊點位置等情況而定，一般要比平面門的工作橋低得多。
六、分縫方式及止水裝置
1.分縫
水閘沿垂直水流方向每隔一定距離，必須設定沉降縫予以分開，以免閘室因地基不均勻沉降及伸縮變形而產生裂縫。縫的間距岩基上不宜超過20m，土基上不宜超過35m，縫寬2～3cm。
除了閘室分縫外，凡相鄰結構荷重相差懸殊或結構較長、面積較大的地方，都需設縫分開。如在鋪蓋與水閘底板連線處、翼牆與邊墩及鋪蓋連線處、消力池底板與閘底板、翼牆連線處都要設沉降縫，當混凝土鋪蓋及消力池底板面積較大時，也要設沉降縫。
2.止水。
凡具有防滲要求的縫，都應設止水。按照止水裝置的方向，有鉛直止水和水平止水兩種。前者設在縫墩中、邊墩與翼牆之間以及各段翼牆之間等。
後者設在鋪蓋、消力池底板與閘底板、翼牆之間，閘底板與鋪蓋、消力池底板間的分縫處等
1）止水形式
垂直止水----閘墩（縫墩 ）中的邊墩與岸牆之間的、岸牆與翼牆之間的接縫、以及翼牆的分段縫。
水平止水-----鋪蓋與底板之間；鋪蓋與兩側翼牆底板之間；底板分縫隙段；砼或混凝土鋪蓋的分壩縫；閘後護坦與閘底板之間的分縫；護坦與翼牆之間的接縫；護坦分壩縫。
2）止水裝置
垂直止水裝置一般都設在靠近上游擋水面處（臨水面0.2 ~ 0.5m）止水裝置上游部分的縫應該是不透水的，下游宜保持通暢，此外，止水裝置應防止兩個相鄰構件之間因發生相對垂直位移而被撕裂
水平止水多布置在距上面0.2 ~ 0.3m處，在縫下面鋪設2 ~ 3層油毛氈或瀝青片
材料：紫銅片、塑料止水帶、橡皮止水帶
§8-6
閘室穩定分析、沉降校核及地基處理
教學內容
閘室穩定分析、沉降計算、地基處理
教學重點
閘室穩定分析
一、閘室穩定分析
閘室應在任何情況下（施工、竣工、運用、檢修）都是穩定的。
1、竣工期（地基受到的壓力最大）
（1）沉陷問題：
a、過大的（均勻）沉陷—堰頂高程降低，達不到設計要求；
b、不均勻沉陷：閘頂傾斜，甚至斷裂
（2）壓力過大：地基受到壓力過大，結構受到破壞，失去穩定性。
2、運用期（或檢修期）同時受到重力和水平力的作用
a、表面滑動：當底板與地基之間垂直壓應力б較小時，在水平推力作用下，閘室底板有可能沿地基表面發生滑動，稱為表面滑動
b、深層滑動：當作用與地基上的鉛直荷載較大時，可能連同一部分地基土體一起滑動，稱為深層滑動
計算取乙個閘室單元為驗算物件（以縫為界，單元可能是一孔、兩孔、三孔）。
（一）荷載及其組合
閘室所受的主要荷載：自重、水重、水平水壓力、揚壓力、波浪壓力、**力、泥沙壓力。
**力按擬靜力法計算
浪壓力：波浪要素（波高、波長、週期）確定後，按重力壩部分所講公式進行計算浪壓力。
水平水壓力：
砼鋪蓋：b、d點的水平水壓力強，分別等於該點的揚壓力強度（浮托力+滲透壓力）b點之間按直線變化
黏土鋪蓋：
二、閘室的穩定性及其安全指標
閘室穩定性所包含的內容：
1、不致於沿地基面或深層滑動
2、不發生明顯的傾斜
3、平均基底壓力不大於地基的容許承載力
地基反力分布的不均勻程度（閘室上、下游端地基反力的比值）
三、計算方法
1、驗算閘室基底壓力
對稱閘孔：±
受力不對稱的閘孔：按雙向偏心受壓公式計算
2、驗算閘室的抗滑穩定
閘室產生平面滑動或深層滑動的判別
σu=aγbbtgφ+2c（1+tgφ）
（1）當閘底最大壓應力σmax小於σu，可只做平面滑動驗算
（2）當閘底最大壓應力σmax大於σu，需作深層滑動核算
計算平面滑動的公式
摩擦公式：
抗剪斷公式：
抗滑穩定計算的關鍵，在於合理選用f、φ0、c0
提高表層抗滑穩定的措施
（1）將高水位一側的防滲鋪蓋適當延長，或將低水位一側的排水裝置適當向高水位一側延伸，以減小作用在底板上的滲透壓力。
（2）將閘室位置適當移向低水位一側，利用水重。
（3）適當增加齒牆深度，以提高抗滑力。
（4）利用高水位一側的混凝土鋪蓋作為阻滑板。（用鋼筋和閘室底板可靠的連線起來）
計算公式：
式中：0.8—考慮土壤變形及連線鋼筋拉伸變形等因素。
3、驗算閘基的整體穩定
（1）在豎向荷載作用下的地基承載力
（2）在豎向荷載和水平荷載共同作用下，地基承載力核算。
四、沉降校核
土基壓縮變形大
均勻沉降：建築物頂部高程降低，影響正常執行。
不均勻沉降：閘室傾斜、裂縫、止水破壞。
計算沉降的方法：採用分層總和法。（土力學）
沉陷允許值：最大沉降允許值：10-15cm；最大沉降差值：3-5cm。
減少不均勻沉降的措施：
（1）盡量使相鄰建築物重量差不要過大，重量大的建築物先施工，使地基先行預壓。
（2）布置要勻稱，使不超過規定的數值。
（3）分塊不宜過大，沉降縫的止水設應能適應地基的不均勻沉陷的要求。
（4）增強閘室剛度以減小不均勻沉降差；如浙江省慈溪市某一擋潮排澇閘，閘室分縫距離為36.40m，採用雙胸牆增強閘室剛度後，最大沉降差僅為4.2cm，效果明顯。
（5）採用輕型結構和加長底板長度，或增加埋置深度以減小基地壓力
（6）進行必要的地基處理，以提高地基承載力
五、地基處理
根據工程實踐：
粘性土貫入擊數》5
砂性土貫入擊數》8
可不做地基處理直接建閘.
常用的處理方法：
（一）預壓加固
預壓堆石高度，應使預壓荷重約為1.5～2.0倍水閘荷載，但不能超過地基的承載能力，否則會造成天然地基的破壞。
為了縮短預壓施工時間，可在地基中設定塑料排水板，以改善軟土地基的排水條件，加快地基固結。塑料排水板間距一般為1～3m，深度應穿過預壓層。
（二）換土墊層
適用情況:軟弱粘性土
薄層、淺表----全部挖除
層厚-----採用換土墊層
通常採用砂墊層、壤土墊層
墊層作用：（1）墊層使應力擴散，提高地基的穩定性。
2）減小地基沉降量
3）具有良好的排水作用，有利於軟土地基加速固結。
設計內容：換砂厚度、寬度、材料、級配等。
（三）樁基礎（深基礎）
當水閘上部結構重量大，不宜採用上述方法的，可參考樁基。
從施工角度來分：預製樁、鑽孔灌注樁
受力特點來分：支撐樁----軟土、淺層
摩擦樁----土層很厚
優點：大大提高地基的承載力
缺點：底板與土層分離
（四）沉井基礎（深基礎）
適用條件：閘下有較厚的軟土層，要求閘的基礎埋置較深。不適用於閘基下有流沙、蠻石、樹幹或表面傾斜較大的岩層。
沉井是一種筒狀結構物，可用漿砌石、砼或鋼筋砼製成。
沉井平面尺寸視上部結構而定，一般只要略大於上部結構的尺寸即可。
沉井的接縫應置於閘的沉降縫之下，使上部結構能夠適應下部基礎的沉降。
（五）振衝砂石樁
它是利用乙個直徑為0.3～0.8m，長約2m，下端設有噴水口的振衝器，先在土基內造孔，下管，然後，向上移動，邊振動，邊沿管向下填註砂石料形成砂石樁。
樁徑一般為0.6～0.8m，間距1.
5～2.5m，呈梅花形或正方形布置。樁的深度根據設計要求和施工條件確定，一般為8～10m。
振衝樁的砂石料宜有良好的級配，碎石最大粒徑不宜大於5cm。振衝砂石樁適用於松砂或軟弱的壤土地基。
（六）強夯法
它是由重錘夯實法發展起來的。用100～400kn重錘從6～25m高處自由落下，撞擊土層，每分鐘2或3次。該法適用於細砂、中砂和砂壤土等強透水的土層。
在透水性差的粘性土地基上，如設定砂井（或排水板），也可收到較好的效果。
（七）**法
在松砂層厚度較大的地基上建閘，可採用**振密法。先在地基內鑽孔，孔距約5～6m，沿孔深每隔一定距離放置適量的炸藥，利用**力使松砂密實。該法對粗砂、中砂地基比較有效，而對細砂，尤其是粉砂地基，效果較差。
**振密深度一般不超過10m。
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