浅析水工建筑物中水闸的工作特点及类型

'浅析水工建筑物中水闸的工作特点及类型[摘要]水闸是一种控制水位和调节流量的低水头水工建筑物，它常与堤坝、船闸、鱼道、水电站、抽水站等建筑物组成水利枢纽，以满足防洪、排涝、灌溉以及发电等水利工程的需要，对此进行详细地分析。[关键词]水闸的工作特点结构型式作用防护及加固措施[中图分类号]TV698[文献标识码]A[文章编号]1003-1650（2014）07-0281-01一、水闸的工作特点水闸可以建在土基或岩基上，地基条件差和水头低且变幅大是水闸工作条件之所以比较复杂的两个主要原因，而它具有与其它水工建筑物不同的特点。1.水闸在完建无水期，可能因较大的垂直荷载，使基地压力超过地基容许承载力，导致闸基土深层滑动失稳。所以水闸必须具有适当的基础面积，以减小基底压力。2.水闸开闸泄水时，过闸水流具有较大的动能，流速较大，流态较复杂会引起闸下游的有害冲刷。因此必须采取适当有效地消能防冲措施，以减少或消除过水闸对下游河床和岸坡的有害冲刷。6 3.当水闸建在松软土基上时，由于土的压缩性较大，在闸室自重及其荷载作用下，会产生较大沉降，当闸室基底压力分布不均匀时或相邻结构的基底压力差值悬殊较大时，还会产生较大的不均匀沉陷。因此，应选择水闸的型式，施工程序及地基处理等措施，以减小过大的沉降和不均匀沉陷。二、水闸按所承担的任务和结构型式分类1.按水闸所承担任务分进水闸、节制闸、泄水闸、排水闸、挡潮闸，分洪闸。进水闸：建在河道、湖泊的岸边或渠道，用来引水灌溉、发电或其它用水需要。灌溉渠系中建于干渠以下渠首的进水闸，作用是把上一级渠道的水分下一级渠道，分水闸、斗门、农门排水闸建在江河沿岸排水渠出口处，外河上涨时，关闸门防止洪水倒灌，避免洪灾。当外河水位退落时，开闸排水防止涝灾，具有双面挡水的作用。节制闸：枯水期借以抬高水位，以利取水和上游航运，洪水期用以控制流量。渠系建筑物中节制闸一般建于支渠分水口的下游，用以抬高水位，满足支渠引水需要。泄水闸：一般建在渠道险工段或重要渠系建筑物上游渠侧，用以宣泄渠中超量或全部束水，保障下游渠段或重要建筑物的安全。位于多泥沙渠道上的泄水闸，还兼有冲沙的作用。6 排水闸：是排除堤内坡水和阻挡堤外洪水。它是防洪、排涝的重要工程设施。如果闸门漏水，就不能起到抽水防洪的作用，反而会造成灾害。挡潮闸：建于河口地段，涨潮时关闸，防止海水倒灌，还可以抬高内河水位，满足蓄水灌溉的需要，内河赶潮河段两岸受涝时，可用其在退潮时排涝。建有通航孔的挡潮闸，可在平潮时开闸通航。分洪闸：常建于泄洪能力不足的河段上游适当的地点，洪峰开临时开闸分泄一部分洪水进入湖泊、洼地等滞洪区，以减轻洪水对江河下游的威胁。2.按水闸的结构型式分开敞式水闸和涵洞式水闸开敞式水闸：水闸闸室上面没有填土，是开敞的。分为胸墙式和无胸墙式两种，挡水水位高于泄水水位时采用前者，后者用于泄洪、通航、排水、过木要求的水闸。涵洞式水闸：修建在河堤之下，它的适用条件基本与胸墙式水闸相同。三、开敞式水闸由上游连接段、闸室段、下游连接段组成1.上游连接段包括上游翼墙、铺盖、护底、上游防冲槽及护坡等。上游翼墙是引导水流平顺进闸，并起挡土、防冲及侧向防渗作用。铺盖主要起防冲、防渗作用，护坡及护底是保护河岸及河床不受冲刷。上游防冲槽是保护护底的头部，防止河床冲刷向护底方向发展。2.闸室段是水闸主体，包括底板、闸墩6 、闸门、胸墙、岸墙、工作桥和交通桥。底板是闸室的基础，承受闸室全部荷载，分分离式底板和整体式底板。分离式闸墩底板板基底压力较大，适用于地质条件较好，承载力较大的地基。整体式闸墩底板适用于地质条件较差，可能产生不均匀沉降的地基。闸墩是分割闸孔、支撑闸门、胸墙、工作桥及交通桥等上部结构。工作桥是供安装启闭机和工作人员操作机器之用。岸墙是闸室与河岸的连接结构，主要以挡土，并且有侧向防渗作用。3.下游连接段包括消力池、海漫、下游防冲槽、下游翼墙及护坡等。消力池是消能的主要设施，并具有防冲作用。海漫则继续消除余能，并调整流速分布。下游防冲槽是海漫末端的防冲设施，防止海漫后河床冲刷向上游发展。下游翼墙是引导过闸水流均匀扩散，并保护两岸免受冲刷四、水闸的消能防冲1.折冲水流的防止措施6 消除折冲水流首先应从平面布置上入手，尽量使上游引河具有较长的直线段，并能在上游两岸对称布置翼墙，出闸水流与河床主流的位置和方向一致；其次是控制下游翼墙扩散角，每侧宜采用7-12度，且不易采用弧形翼墙，墙顶应高于下游水位，以免回流由墙顶漫向消力池，，要制定合理的闸门开启程序，如低泄量时隔空开启，使水流均匀出闸，或开闸时先开中间孔，继之开两侧邻孔至同一高度，直至全部开至所需高度，闭门与启门相反，由两边孔向中间孔依次对称操作。2.防冲加固措施过闸水流经水跃消能后，底部流速较大，仍会造成河床和岸坡的冲刷，所以，土基上水闸紧接护坦之后，还要采取防冲加固措施，一般是设置海漫和防冲槽。海漫的型式有干砌块石海漫、浆砌石海漫、混凝土板、钢筋混凝土板海漫。水流经过海漫后，能量虽得到进一步消能，但海漫末端水流仍有一定的冲刷能力，河床仍难免遭受冲刷，所以在海漫末端采取加固措施，即设计防冲槽。常见的防冲槽有抛石防冲槽和齿墙或板桩式防冲槽。3.上游河床防护水流自上游河道流向闸室，流速逐渐增大，对河床可能发生冲刷，必须加以防护。一般采用浆砌石或干砌石块护底，其长度与水头、单宽流量及土质情况有关，约为3-5倍堰顶水头，土质抗冲能力较低时，护底上游端还应设置厚度约为1、0米左右的防冲槽，护底下面设垫层。参考文献[1]《小型水工建筑物》，陈美扬，田野，史伏初编，水利电力出版社。6 [2]何志军.小型农田水利施工与管理探讨【J】.水利技术监督，2013，21（6）[3]王世泽主编，水电站建筑物，水利电力出版社，1987年11月。[4]王宏硕主编，水工建筑物，水利电力出版社，1987年。6'