水工建筑物参考资料

'一、水工建筑物的分类1．按建筑物的用途分类●挡水建筑物用以拦截江河，形成水库或壅高水位。如各种坝和闸；以及为抗御洪水或挡潮，沿江河海岸修建的堤防、海塘等。●泄水建筑物用以渲泄在各种情况下、特别是洪水期的多余入库水量，以确保大坝和其他建筑物的安全。如溢流坝、溢洪道、泄洪洞等。●输水建筑物为灌溉、发电、和供水的需要从上游向下游输水用的建筑物，如输水洞、引水管、渠道、渡槽等。●取水建筑物是输水建筑物的首部建筑，如进水闸、扬水站等。●整治建筑物用以整治河道，改善河道的水流条件，如丁坝、顺坝、导流堤、护岸等。●专门建筑物专门为灌溉、发电、供水、过坝需要而修建的建筑物，如电站厂房、沉沙池、船闸、升船机、鱼道、筏道等。2．按建筑物使用时间分类●永久性建筑物这种建筑物在运用期长期使用，根据其在整体工程中的重要性又分为主要建筑物和次要建筑物。主要建筑物是指该建筑物失事后将造成下游灾害或严重影响工程效益，如闸、坝、泄水建筑物、输水建筑物及水电站厂房等；次要建筑物是指失事后不致造成下游灾害和对工程效益影响不大且易于检修的建筑物，如挡土墙、导流墙、工作桥及护岸等。●临时性建筑物这种建筑物仅在工程施工期间使用，如围堰、导流建筑物等。有些水工建筑物在枢纽中的作用并不是单一的，如溢流坝既能挡水，又能泄水；水闸既可挡水，又能泄水，还可作取水之用。二、水利工程等级划分为了使效益、规模与安全投资结合起来，体现经济政策、技术措施相协调，使主次分明，体现重点，区别对待，重要性与经济性相结合，因而需对水利工程划分等级。水利水电枢纽工程和单项用途的永久性水工建筑物的等别根据SL252-2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》规定确定。综合利用的水利水电枢纽工程，当按其各项用途分别确定的等别不同时，应按其中的最高等别确定整个工程的等别；多用途的水工建筑物，应根据其各用途相应的等别中最高者和其本身的重要性确定级别。三、水工建筑物特点1．工程量大、投资多、工期较长2．工作条件复杂由于水的作用形成了水工建筑物特殊的工作条件：挡水建筑物蓄水以后，除承受一般的地震力和风压力等水平推力外，还承受很大的水压力、浪压力、冰压力、地震动水压力等水平推力，对建筑物的稳定性影响极大；通过水工建筑物和地基的渗流，对建筑物和地基产生渗透压力，还可能产生浸蚀和渗透破坏；当水流通过水工建筑物下泄时，高速水流可能引起建筑物的空蚀、振动以及对下游河床和两岸的冲刷；对于特定的地质条件，水库蓄水后可能诱发地震，进一步恶化建筑物的工作条件。水工建筑物的地基是多种多样的。在岩基中经常遇到节理、裂隙、断层、破碎带及软弱夹层等地质构造；在土基中，可能遇到粉细沙、淤泥等构成的复杂土基。为此，在设计以前必须进行周密的勘测，作出正确的判断，为建筑物的选型和地基处理提供可靠的依据。3．施工条件复杂 水工建筑物的兴建，需要解决好施工导流问题，要求在施工期间，保证建筑物安全的前提下，河水应能顺利下泄，必要的通航、过木要求应能满足，这是水利工程设计和施工中的一个重要课题；其次，工程进度紧迫，工期也比较长，截流、渡汛需要抢时间、争进度，否则将导致拖延工期；第三，施工技术复杂，水工建筑物的施工受气候影响较大，如：大体积混凝土的温度控制和复杂的地基较难以处理，填土工程要求一定的含水量和一定的压实度，雨季施工有很大的困难；第四，地下、水下工程多，排水施工难度比较大；第五，交通运输比较困难，高山峡谷地区更为突出等。4．对国民经济的影响巨大水利枢纽工程和单项的水工建筑物可以承担防洪、灌溉、发电、航运等任务，同时又可以绿化环境，改良土壤植被，发展旅游，甚至建成优美的城市等，但是，如果处理不当也可能产生消极的影响。如：水库蓄水越多，则效益越高，淹没损失也越大，不仅导致大量移民和迁建，还可能引起库区周围地下水位的变化，直接影响到工农业生产，甚至影响生态环境；库尾的泥沙淤积，可能会使航道恶化。堤坝等挡水建筑物万一失事或决口，将会给下游人民的生命财产和国家建设带来灾难性的损失。1975年8月我国河南省遭遇特大洪水，加之板桥、石漫滩两座水库垮坝，使下游1100万亩农田受淹，京广铁路中断，死亡达9万人。四、水库三大件：是指大坝、溢洪道、放水建筑物。五、重力坝的特点、拱坝的特点1.优点：●工作安全，运行可靠。重力坝剖面尺寸大，坝内应力较小，筑坝材料强度较高，耐久性好。因此，抵抗洪水漫顶、渗漏、侵蚀、地震和战争等破坏的能力都比较强。据统计，在各种坝型中，重力坝失事率相对较低。●对地形、地质条件适应性强。任何形状的河谷都可以修建重力坝。对地质条件要求相对较低，一般修建在岩基上，当坝高不大时，也可修建在土基上。●泄洪方便，导流容易。可采用坝顶溢流，也可在坝内设泄水孔，不需设置溢洪道和泄水隧洞，枢纽布置紧凑。在施工期可以利用坝体导流，不需另设导流隧洞。●施工方便，维护简单。大体积混凝土，可以采用机械化施工，在放样、立模和混凝土浇筑等环节都比较方便。在后期维护，扩建，补强，修复等方面也比较简单。●受力明确，结构简单。重力坝沿坝轴线用横缝分成若干坝段，各坝段独立工作，结构简单，受力明确，稳定和应力计算都比较简单。2.缺点：●坝体剖面尺寸大，材料用量多，材料的强度不能得到充分发挥。●坝体与坝基接触面积大，坝底扬压力大，对坝体稳定不利。●坝体体积大，混凝土在凝结过程中产生大量水化热和硬化收缩，将引起不利的温度应力和收缩应力。因此，在浇筑混凝土时，需要有较严格的温度控制措施。拱坝的特点结构特点：拱坝是一空间壳体结构,坝体结构可近似看作由一系列凸向上游的水平拱圈和一系列竖向悬臂梁所组成。坝体结构既有拱作用又有梁作用。其所承受的水平荷载一部分由拱的作用传至两岸岩体，另一部分通过竖直梁的作用传到坝底基岩。拱坝两岸的岩体部分称作拱座或坝肩；位于水平拱圈拱顶处的悬臂梁称作拱冠梁，一般位于河谷的最深处。l稳定特点：拱坝的稳定性主要是依靠两岸拱端的反力作用。l内力特点：拱结构是一种推力结构，在外荷作用下内力主要为轴向压力，有利于发挥筑坝材料（混凝土或浆砌块石）的抗压强度，从而坝体厚度就越薄。 拱坝是一高次超静定结构，当坝体某一部位产生局部裂缝时，坝体的梁作用和拱作用将自行调整，坝体应力将重新分配。所以，只要拱座稳定可靠，拱坝的超载能力是很高的。混凝土拱坝的超载能力可达设计荷载的5—11倍。l性能特点：拱坝坝体轻韧，弹性较好，整体性好，故抗震性能也是很高的。拱坝是一种安全性能较高的坝型。l荷载特点：拱坝坝身不设永久伸缩缝，其周边通常是固接于基岩上，因而温度变化和基岩变化对坝体应力的影响较显著，必须考虑基岩变形，并将温度荷载作为一项主要荷载。l泄洪特点：在泄洪方面，拱坝不仅可以在坝顶安全溢流，而且可以在坝身开设大孔口泄水。目前坝顶溢流或坝身孔口泄水的单宽流量已超过200m3/（s.m）。l设计和施工特点：拱坝坝身单薄，体形复杂，设计和施工的难度较大，因而对筑坝材料强度、施工质量、施工技术以及施工进度等方面要求较高。六、提高坝体抗滑稳定的工程措施除了增加坝体自重外，提高坝体抗滑稳定的工程措施，主要围绕着增加阻滑力、减少滑动力的原则，通过多方案技术经济比较，确定最佳方案组合。常采用以下工程措施。1.利用水重当坝底面与基岩间的抗剪强度参数较小时，常将上游坝面做成倾向上游的斜面，利用坝面上的水重来提高坝体的抗滑稳定性。但应注意，上游坝面的坡度不宜过缓，否则，在上游坝面容易产生拉应力，对坝体强度不利。2.采用有利的开挖轮廓线开挖坝基时，最好利用岩面的自然坡度，使坝基面倾向上游。有时，有意将坝踵高程降低，使坝基面倾向上游，但这种做法将加大上游水压力，增加开挖量和混凝土浇筑量，故很少采用。当坝基比较坚固时，可以开挖成锯齿状，形成局部的倾向上游的斜面，这种方法已广泛采用。3.设置齿墙4.抽水措施当下游水位较高，坝体承受的浮托力较大时，可考虑在坝基面上设置排水系统，定时抽水以减少坝底浮托力。如：我国的龚嘴工程，下游水深达30m，采取抽水措施后，浮托力只按10m水深计算，节省了坝体混凝土浇筑量。5.加固地基：帷幕灌浆、固结灌浆以及断层、软弱夹层的处理等。6.横缝灌浆：将部分坝段或整个坝体的横缝进行局部或全部灌浆，以增强坝的整体性和稳定性。7.预加应力措施在靠近坝体上游面，采用深孔锚固高强度钢索，并施加预应力，既可增加坝体的抗滑稳定，又可消除坝踵处的拉应力，国外有些支墩坝，在坝趾处采用施加预应力的措施，改变合力R的方向，使ΣPV/ΣPH增大，从而提高了坝体的抗滑稳定性。8.防渗排水在坝基内布置防渗排水幕、保证排水畅通，降低扬压力，有利于稳定。9.空腹抛石如果是空腹重力坝或宽缝重力坝，可在空腔内填块石，提高坝体稳定性。抗滑稳定常用的计算方法有：1、抗剪强度公式将坝体与岩基间看成是一个接触面，不是胶结面。2、抗剪断公式认为坝体混凝土与基岩接触良好，属于胶结面3、抗滑稳定极限状态设计表达式重力坝抗滑稳定计算 重力坝的抗滑稳定按承载能力极限状态计算，认为滑动面为胶结面，滑动体为刚体。此时滑动面上的滑动力作为效应函数，阻滑力为抗力函数，并认为承载能力达到极限状态时刚体处于极限平衡状态。1．抗滑稳定极限状态设计表达式基本组合极限状态设计表达式：≤偶然组合极限状态设计表达式：≤抗滑稳定极限状态作用效应函数：S()=ΣPR或S()=ΣPC抗滑稳定极限状态抗力函数：R（）=ΣWR+AR或R（）=ΣWC+AC2．深层抗滑稳定分析当坝基岩体内存在着不利的软弱夹层或缓倾角断层时，坝体有可能沿着坝基软弱面产生深层滑动，其计算原理与坝基面抗滑稳定计算相同。若实际工中地基内存在相互切割的多条软弱夹层，构成多斜面深层滑动，计算时选择几个比较危险的滑动面进行试算，然后做出比较分析判断。3．抗剪断参数的选取R　C　　　R　C的值，直接关系到工程的安全性和经济性，必须合理地选用。一般情况下，应经试验测定，且每一主要工程地质单元的野外试验不得少于4组；选取这些参数值时，应结合现场的实际情况，参照工程地质条件类似的工程经验，并考虑坝基岩体经工程处理后可能达到的效果，经地质、试验和设计人员共同分析研究进行适当调整后确定，中型工程的中、低坝，若无条件进行野外试验，应进行室内试验，并参照地质条件类似工程的经验数据选用，小型工程的低坝无试验资料时，可参照地质条件类似工程的试验成果和经验数据选用，坝体混凝土与基岩接触面抗剪断参数的计算参考值见DL5108－1999《混凝土重力坝设计规范》。7.拱坝对地形和地质条件的要求（一）对地形的要求左右两岸对称，岸坡平顺无突变，在平面上向下游收缩的峡谷段。坝端下游侧要有足够的岩体支承，以保证坝体的稳定以“厚高比”T/H来区分拱坝的厚薄程度。当T/H<0.2时，为薄拱坝；当T/H=0.2~0.35时，为中厚拱坝；当T/H>0.35时，为厚拱坝或重力拱坝。坝址处河谷形状特征用河谷“宽高比”L/H及河谷的断面形状两个指标来表示。L/H值小，说明河谷窄深，拱的刚度大，梁的刚度小，坝体所承受的荷载大部分是通过拱的作用传给两岸，因而坝体可较薄。反之，当L/H值很大时，河谷宽浅，拱作用较小，荷载大部分通过梁的作用传给地基，坝断面较厚。在L/H<2的窄深河谷中可修建薄拱坝；在L/H=2~3的中等宽度河谷中可修建中厚拱坝；在L/H=3~4.5的宽河谷中多修建重力拱坝；在L/H＞4.5的宽浅河谷中，一般只宜修建重力坝或拱形重力坝。左右对称的V形河谷最适宜发挥拱的作用，靠近底部水压强度最大，但拱跨短，因而底拱厚度仍可较薄；U形河谷靠近底部拱的作用显著降低，大部分荷载由梁的作用来承担，故厚度较大，梯形河谷的情况则介于这两者之间。 （二）对地质的要求基岩均匀单一、完整稳定、强度高、刚度大、透水性小和耐风化等。两岸坝肩的基岩必须能承受由拱端传来的巨大推力、保持稳定并不产生较大的变形。8.土石坝的构造一．坝顶护面：坝顶一般都做护面。坝肩：坝顶上游侧常设防浪墙，防浪墙可用混凝土或浆砌石修建。防浪墙的高度一般为1.0~1.2m，下游侧宜设缘石。排水：坝顶应做成向一侧或两侧倾斜的横向坡度，坡度宜采用2%~3%。二．防渗体粘性土心墙心墙一般布置在坝体中部，有时稍偏上游并稍为倾斜。心墙坝顶部厚度一般不小于3m。心墙厚度常根据土壤的允许渗透坡降而定。《碾压式土石坝设计规范》规定心墙底部厚度不宜小于作用水头的1/4。粘土心墙两侧边坡多在1:0.15~1:0.3之间。心墙的顶部应高出设计洪水位0.3~0.6m，且不低于校核水位，当有可靠的防浪墙时，心墙顶部高程也不应低于设计洪水位。心墙顶与坝顶之间应设有保护层，厚度不小于该地区的冰结或干燥深度，同时按结构要求不宜小于1m。心墙与坝壳之间应设置过渡层，岩石地基上的心墙，一般还要设混凝土垫座，或修建1~3道混凝土齿墙。齿墙的高度约1.5~2.0m，切入岩基的深度常为0.2~0.5m,有时还要在下部进行帷幕灌浆。（二）粘土斜墙顶厚（指与斜墙上游坡面垂直的厚度）也不宜小于3m。底厚不宜小于作用水头的1/5。墙顶应高出设计洪水位0.6~0.8m，且不低于校核水位。同样，如有可靠的防浪墙，斜墙顶部也不应低于设计洪水位。斜墙顶部和上游坡都必须设保护层，厚度不得小于冰冻和干燥深度，一般用2~3m。一般内坡不宜陡于1:2.0，外坡常在1:2.5以上。斜墙与保护层以及下游坝体之间，应根据需要分别设置过渡层。（三）非土料防渗体将在堆石坝一节中介绍。三．排水设施贴坡排水顶部应高于坝体浸润线的逸出点贴坡排水构造简单、节省材料、便于维修，但不能降低浸润线。多用于浸润线很低和下游无水的情况。棱体排水在下游坝脚处用块石堆成棱体，顶部高程应超出下游最高水位，超出高度应大于波浪沿坡面的爬高。棱体排水可降低浸润线，防止渗透变形，保护下游坝脚不受尾水淘刷，且有支撑坝体增加稳定的作用。但石料用量较大、费用较高，与坝体施工有干扰，检修也较困难。褥垫排水伸展到坝体内的排水设施，在坝基面上平铺一层厚约0.4~0.5m的块石，并用反滤层包裹。褥垫伸入坝体内的长度应根据渗流计算确定，对粘性土均质坝不大于坝底宽的1/2，对砂性土均质坝不大于坝底宽的1/3。当下游水位低于排水设施时，降低浸润线的效果显著，还有助于坝基排水固结。但当坝基产生不均匀沉陷时，褥垫排水层易遭断裂，而且检修困难，施工时有干扰。（4）管式排水 管式排水的构造。埋入坝体的暗管可以是带孔的陶瓦管、混凝土管或钢筋混凝土管，还可以是由碎石堆筑而成。平行于坝轴线的集水管收集渗水，经由垂直于坝轴线的管式排水的优缺点与褥垫式排水相似。排水效果不如褥垫式好，但用料少。一般用于土石坝岸坡及台地地段，因为这里坝体下游经常无水，排水效果好。综合式排水在实际工程中常根据具体情况采用几种排水型式组合在一起的综合式排水，四．土石坝的护坡与坝坡排水上游护坡型式（1）抛石（堆石）护坡（2）砌石护坡（3）混凝土和钢筋混凝土板护坡(4)渣油混凝土护坡（５）水泥土护坡。范围：从坝顶到最低水位以下2.5，或至坝底。2．下游护坡型式：堆石、卵石和碎石、草皮等。范围：为由坝顶护至排水棱体，无排水棱体时护至坝脚。3、坝坡排水作用：为了防止雨水的冲刷，在下游坝坡上常设置纵横向连通的排水沟。形式：纵沟，横沟和岸坡排水沟岸坡排水沟:沿土石坝与岸坡的结合处，也应设置排水沟以拦截山坡上的雨水。纵沟：坝面上的纵向排水沟沿马道内侧布置，用浆砌石或混凝土板铺设成矩形或梯形。若坝较短，纵向排水沟拦截的雨水可引至两岸的排水沟排至下游。横沟：若坝较长，则应沿坝轴线方向每隔50~100m左右设一横向排水沟，以便排除雨水。排水沟的横断面，一般深0.2m,宽0.3m，9．土坝的剖面形状一般为梯形断面。这是因为土坝主要由松散体结构（由土、砂、石）填筑而成，颗粒间联结强度小，抗剪强度小，上下游坝坡如不维持一定的坡度就可能发生坍塌现象，所以土坝剖面采用梯形断面。10.渗透变形的型式（1）管涌在渗流作用下，坝体或坝基中的细小颗粒被渗流带走逐步形成渗流通道的现象称为管涌，常发生在坝的下游坡或闸坝下游地基面渗流逸出处。没有凝聚力的无粘性砂土、砾石砂土中容易出现管涌；粘性土的颗粒之间存在有凝聚力（或称粘结力），渗流难以把其中的颗粒带走，一般不易发生管涌。（2）流土在渗流作用下，成块土体被掀起浮动的现象称为流土。它主要发生在粘性土及均匀非粘性土体的渗流出口处。发生流土时的水力坡降称为流土的破坏坡降。（3）接触冲刷当渗流沿两种不同土壤的接触面流动时，把其中细颗粒带走的现象，称为接触冲刷。接触冲刷可能使临近接触面的不同土层混合起来。（4）接触流土和接触管涌渗流方向垂直于两种不同土壤的接触面时，例如在粘土心墙（或斜墙）与坝壳砂砾料之间，坝体或坝基与排水设施之间，以及坝基内不同土层之间的渗流，可能把其中一层的细颗粒带到另一层的粗颗粒中去，称为接触管涌。当其中一层为粘性土，由于含水量增大凝聚力降低而成块移动，甚至形成剥蚀时，称为接触流土。11.排水设施 贴坡排水顶部应高于坝体浸润线的逸出点贴坡排水构造简单、节省材料、便于维修，但不能降低浸润线。多用于浸润线很低和下游无水的情况。棱体排水在下游坝脚处用块石堆成棱体，顶部高程应超出下游最高水位，超出高度应大于波浪沿坡面的爬高。棱体排水可降低浸润线，防止渗透变形，保护下游坝脚不受尾水淘刷，且有支撑坝体增加稳定的作用。但石料用量较大、费用较高，与坝体施工有干扰，检修也较困难。褥垫排水伸展到坝体内的排水设施，在坝基面上平铺一层厚约0.4~0.5m的块石，并用反滤层包裹。褥垫伸入坝体内的长度应根据渗流计算确定，对粘性土均质坝不大于坝底宽的1/2，对砂性土均质坝不大于坝底宽的1/3。当下游水位低于排水设施时，降低浸润线的效果显著，还有助于坝基排水固结。但当坝基产生不均匀沉陷时，褥垫排水层易遭断裂，而且检修困难，施工时有干扰。（4）管式排水管式排水的构造。埋入坝体的暗管可以是带孔的陶瓦管、混凝土管或钢筋混凝土管，还可以是由碎石堆筑而成。平行于坝轴线的集水管收集渗水，经由垂直于坝轴线的管式排水的优缺点与褥垫式排水相似。排水效果不如褥垫式好，但用料少。一般用于土石坝岸坡及台地地段，因为这里坝体下游经常无水，排水效果好。综合式排水在实际工程中常根据具体情况采用几种排水型式组合在一起的综合式排水，12.浸润线的概念渗流在坝体内的自由水面叫浸润面，它与垂直于坝轴线的剖面的交线—浸润线（InfiltrationCurve）。浸润线与上游边坡垂直，与上游水位相交，浸润线与下游坝面相切。切点为渗流逸出点，逸事出点高于下游水面，高于下游的距离称为逸出高度。13.反滤层的作用：排水滤土。反滤层设计的原则：①相邻两层中颗粒较细层的颗粒不得穿过颗粒较粗层颗粒孔隙。②各层间颗粒不得发生相对移动。③被保护层土壤颗粒不得穿过反滤层，但允许细小颗粒（对砂性土）被渗流带走，因为只要土骨架不被破坏，就不致发生渗透变形。④反滤层不能被堵塞，即细小颗粒能自由通过反滤层。⑤反滤层必须耐久、稳定，在使用期内不能随时间推移和环境影响而改变材料性质。在渗流出口处或进入排水体处，通常坡降较大，流速较高，土壤易于产生渗透变形，为了防止土体在渗流作用下发生渗透变形（特别是管涌），要求在排水体与坝体，排水体与地基间设反滤层。14.坝坡稳定计算时，应先确定滑裂面的形状，大体可归纳为如下几种：（1）曲线滑裂面当滑裂面通过粘性土的部位时，其形状常是上陡下缓的曲面，由于曲线近似圆弧，因而在实际计算中常用圆弧代替。（2）直线或折线滑裂面滑裂面通过无粘性土时，滑裂面的形状可能是直线或折线形。当坝坡干燥或全部浸入水中时呈直线形；当坝坡部分浸入水中时呈折线形[图。斜墙坝的上游坡失稳时，通常是沿着斜墙与坝体交界面滑。（3）复合滑裂面 当滑裂面通过性质不同的几种土料时，可能是由直线和曲线组成的复合形状滑裂面。15.一般情况下，上游边坡要比下游边坡缓其原因是上游边坡长期浸于水下，土体抗剪强度下降，易失稳。由以上分析，我们可知一般情况土坝滑坡失稳一般发生在下游，只有在上游水位突然变化时，上游边坡才发生滑动失稳。上游水位很高，下游水位低，此时在上下游水位差作用下，下游边坡易失稳，下游边坡应缓些。上游水位突然下降时，上游边坡容易滑坡失稳，此时上游边坡应缓些。16土石料的填筑标准（一）粘性土的压实标准对不含砾或含少量砾的粘性土料，以设计干重度作为设计指标，按击实试验的最大干重度乘以压实度确定。对于Ⅰ级坝和高坝压实度为0.98~1.00，对于II级、III级及其以下的中坝压实度为0.96~0.98。土料的压实度在一定的压实功能条件下达到最佳压实效果的含水量称为最优含水量。填土所能达到的干重度与击实功能和含水量的关系如图。最优含水量多在塑限附近。粘性土的填筑含水量控制在最优含水量附近。（二）非粘性土料的压实标准非粘性土料是填筑坝体或坝壳的主要材料之一，对它的填筑密度也应有严格的要求，以便提高其抗剪强度和变形模量，增加坝体稳定和减小变形，防止砂土料的液化。它的压密程度一般与含水量关系不大，而与粒径级配和压实功能有密切关系。压密程度一般用相对紧密度Dr来表示。17.按所承担的任务分类节制闸（或拦河闸）进水闸分洪闸排水闸挡潮闸按水闸所承担的任务分类:节制闸、进水闸、分洪闸、排水闸、挡潮闸、排沙闸、排冰闸、排污闸等按闸室结构形式分类开敞式水闸封闭式水闸18.水闸的组成1.上游联接段：主要作用是引导水流平稳地进入闸室，同时起防冲、防渗、挡土等作用。一般包括上游翼墙、铺盖、护底、两岸护坡及上游防冲槽等。上游翼墙的作用是引导水流平顺地进入闸孔并起侧向防渗作用。铺盖主要起防渗作用，其表面应满足抗冲要求。护坡、护底和上游防冲槽（齿墙）是保护两岸土质、河床及铺盖头部不受冲刷。2.闸室段：是水闸的主体部分，通常包括底板、闸墩、闸门、胸墙、工作桥及交通桥等。底板是闸室的基础，承受闸室全部荷载，并较均匀地传给地基，此外，还有防冲、防渗等作用。闸墩的作用是分隔闸孔并支承闸门、工作桥等上部结构。闸门的作用是挡水和控制下泄水流。工作桥供安置启闭机和工作人员操作之用。交通桥的作用是连接两岸交通。3.下游联接段：具有消能和扩散水流的作用。一般包括护坦、海漫、下游防冲槽、下游翼墙及护坡等。下游翼墙引导水流均匀扩散兼有防冲及侧向防渗等作用。护坦具有消能防冲作用。海漫的作用是进一步消除护坦出流的剩余动能、扩散水流、调整流速分布、防止河床受冲。下游防冲槽是海漫末端的防护设施，避免冲刷向上游扩展。19.闸孔分类 开敞式闸孔开敞式带胸墙闸孔涵洞式闸孔宽顶堰这种闸孔型式在水闸中最为常见。优点：结构简单，施工方便，泄流稳定。泄洪、冲砂、排污、通航方便。缺点：流量系数较小，低实用堰优点：泄流能力较高，闸室宽度可减小，另闸门高度也可减小。缺点：泄流不如宽顶堰那样稳定，下游水位对泄流能力有显著影响，在非淹没情况下，实用堰的流量系数比宽顶堰高20%左右。当下游堰顶水深泄流开始受到淹没影响，m急剧下降。这种闸孔适用于上游水深很大，要求限制单宽流量及拦截上游泥沙进入下游渠道的情况。（1）开敞式水闸特点闸室上部没有阻挡水流的胸墙或顶板，过闸水流能够自由地通过闸室。开敞式水闸的泄流能力大，一般用于具有排冰、过木等要求的泄洪闸，如拦河闸、排冰闸等。（2）胸墙式水闸当上游水位变幅大，而下泄流量又有限制时，为避免闸门过高，常设置胸墙。胸墙式水闸在低水位过流时，属于开敞式水闸自由出流；在高水位过流时，属于孔口出流。（3）封闭式或涵洞式水闸闸（洞）身上面填土封闭的水闸，又称涵洞式水闸。20.水闸消能平原地区水闸由于上下游水位差小，下游水深大，加之河床土抗冲能力较小，所以在水闸无法采用挑流消能。水闸下游水位变化较大（下游水位随泄流量变化），一般难以产生面流式水跃，故而闸下无法采用面流消能。所以水闸消能只能采用底流消能。虽然底流消能效果因水位差过小而受到限制，但这种水流联接方式可以适应过闸流量与下游水位在较大范围内变化，同时在平面上也易于扩散，故而底流消能在水闸工程中应用广泛。21.海漫作用：进一步消除水流余能，保证护坦安全和其后河床免受冲刷。海漫材料应粗糙、具有一定的柔性，同时为使渗透水流自由排水，降低可能存在的扬压力以增加海漫的稳定性，海漫应具有一定透水性，其下设垫层，垫层按反滤层设计。常见海漫有以下几种：①干砌石海漫—最为常见。砌石直径d>30cm，厚0.3~0.5cm，一般取0.4m，其下设卵石及毛砂垫层各10cm厚，干砌石海漫抗冲流速约3m/s。②浆砌石海漫，这种海漫通常在距消力池10m左右范围内，因这段内水流流速紊动较大，要求海漫具有较高的抗冲能力。即一般海漫前10m用浆砌石海漫，后面则用干砌石。浆砌石海漫抗冲流速3~6m/s，厚度0.3~0.5m，浆砌石内应设排水孔，其下设反滤层，这种海漫柔性差，透水性差。22.地下轮廓线水流在上下游水位差H作用下，经地基向下游渗透，并从护坦的排水孔等处排出。地下轮廓线:上游铺盖、板桩及水闸底板等不透水部分与地基的接触线，其长度称为闸基防渗长度。初步拟定的闸基防渗长度应满足： 不同地基地下轮廓线的布置闸基防渗长度初步确定后，可根据地基特性，参考已建的工程经验进行闸基地下轮廓线布置。防渗设计原则：高防低排。即在高水位侧采用铺盖、板桩、齿墙等防渗设施，用以延长渗径减小渗透坡降和闸底板下的渗透压力；在低水位侧设置排水设施，如面层排水、排水孔或减压井与下游连通，使地基渗水尽快排出，以减水渗透压力，并防止在渗流出口附近发生渗透变形。●粘性土地基粘性土壤具有凝聚力，不易产生管涌，但摩擦系数较小。因此，布置地下轮廓时，排水设施可前移到闸底板下，以降低底板下的渗透压力并有利于粘土加速固结，以提高闸室稳定性。防渗措施常采用水平铺盖，而不用板桩，以免破坏粘土的天然结构，在板桩与地基间造成集中渗流通道。粘性土地基内夹有承压透水层时，应考虑设置垂直排水，以便将承压水引出。（a）粘性地基（b）粘性地基夹有透水砂层粘性地基上地下轮廓布置图●砂性土地基砂性地基上地下轮廓布置图（a）砂层厚度较深时；（b）砂层厚度较浅时；（c）易液化粉细砂土地基砂性土粒间无粘着力，易产生管涌，要求防止渗透变形是其考虑主要因素；砂性土摩擦系数较大，对减小渗透压力要求相对较小。当砂层很厚时，可采用铺盖与板桩相结合的型式，排水设施布置在护坦上。必要时，在铺盖前端再加设一道短板桩，以加长渗径；当砂层较薄，下面有不透水层时，可将板桩插入不透水层，当地基为粉细砂土基时，为了防止地基液化，常将闸基四周用板桩封闭起来，因其受双向水头作用，故水闸上下游均设有排水设施，而防渗设施无法加长。设计时应以水头差较大的一边为主，另一边为辅，并采取除降低渗压以外的其它措施，提高闸室的稳定性。23.消能条件选择 在水闸设计中闸孔设计时所采用的水位流量组合与消能防冲设计时所采用的水位流量组合不同的。以闸门的开启程序，开启孔数和开启高度进行多种组合计算，进行分析比较确定。以单宽能量为最大时的水位流量组合作为设计条件。—水容重，—上下游水位差，—水流单宽流量。对于山区水库泄洪闸，上下游水位差较大，下游水深小，泄流不受下游水位影响出流为自由出流状态，最大落差时出现最大流量，故此时采用的闸门全开通过最大流量时水位流量组合作为消能防冲设计条件。对于平原地区水闸，出流形式和下游流态很复杂，从自由流到淹没流都会发生最大流量时下游水位最高，此时单宽能量不一定最大，一般在中等流量大落差情况下出现最大单宽能量，这时以过闸流单宽能量最大时的水位流量组合为设计条件。这里所讲的中等流量约等于最大流量的而大落差的数值需根据具体情况而定。24.改进阻力系数法计算原理把闸基的渗流区域按可能的等水头线划分为几个典型流段，根据渗流连续性原理，流经各流段的渗流量相等，各段水头损失与其阻力系数成正比，各段水头损失之和等于上下游水头差。   25.计算闸室稳定计算闸室稳定和应力时的荷载组合：基本组合和特殊组合。必要时可考虑其它可能的不利组合。基本组合：由同时出现的基本荷载组成。特殊组合：由同时出现的基本荷载再加一种或几种特殊荷载组成。但地震荷载不应与设计洪水位或校核洪水位组合。基本组合：完建期（该期间垂直力最大）；正常运用期（包括设计洪水位、正常蓄水位）。特殊组合：校核洪水位、地震期。认为闸室沿底板与地基接触面滑动认为闸室沿齿坎与地基接触面滑动 26提高水闸抗滑稳定（1）适当将闸门向闸室下游一端移动布置，或将底板向上游端适当加长，充分利用闸室水重。（2）改变闸室结构尺寸，增加自身重量。（3）加深底板上下游端的齿墙深度。更多地利用底板以下的地基土的重量。（4）改变闸下防渗排水措施，降低闸底板的扬压力。（5）设置钢筋混凝土拉锚铺盖作为阻滑板。利用铺盖的自重和铺盖上下游水位压差来增加铺盖的阻滑力。27.联接建筑物联接建筑物包括:上、下游翼墙和边墩（或边墩和岸墙），有时设防渗刺墙，其作用：●挡住两侧填土，维持土坝及两岸的稳定。●当水闸泄水或引水时，上游翼墙主要用于引导水流平顺进闸，下游翼墙使出闸水流均匀扩散，减少冲刷。●保持两岸或土坝边坡不受过闸水流的冲刷。●控制通过闸身两侧的渗流，防止与其相连的岸坡或土坝产生渗透变形。●在软弱地基上设有独立岸墙时，可以减少地基沉降对闸身应力的影响。在水闸工程中，两岸联接建筑在整个工程中所占比重较大，有时可达工程总造价的15%-40%，闸孔愈少，所占比重愈大。'