《水工建筑物》ppt课件

'水工建筑物三峡大学土木水电学院水工结构学科2003年9月18日 第六章水　闸第一节概述水闸是一种低水头的水工建筑物，它具有挡水和泄水双得作用。与设有表孔闸门的溢流重力坝的区别是:水闸水头较低，抬高水位较少，它主要是靠闸门挡水；而溢流坝主要靠闸门下坝体来挡水。水闸可建于各种地基上。一、水闸的类型 1、按担负的任务来分：（1）进水闸（取水闸）在河道、水库或湖泊的岸边，建闸引水，并控制入渠流量，谓之进水闸（取水闸）。这种水闸有开敞式及涵洞式两种，常建在渠首。（2）节制闸（拦河闸）一般拦河而建，枯水期截断河道，抬高水位，以利于上游航运，或进水闸引水，洪水期用以控制下泄流量。灌溉渠系中此闸位于干、支渠分水口附近。 （3）排水闸常建于江河沿岸，防江河洪水倒灌；河水退落时又可开闸排洪。本闸特点：受双向水头作用，闸底板高程极低，而闸身较高。（4）挡潮闸作用：①阻止海潮沿河流上溯，免使土地盐碱化；②汛期受潮水顶托，易造成内涝（可抽排）③低潮时免使淡水流失。 特点：受双向水头作用。（5）分洪闸利用河道旁预定的洼地或湖泊分洪区，及时削减洪峰，确保下游安全。如荆江分洪闸，1952年建成。（6）冲砂闸：以葛洲坝为例。（7）泄洪闸（同拦河坝）（8）船闸（专门建筑物）2、按闸室结构形式来分（1）开敞式和胸墙式水闸 开敞式（不设胸墙）：多用于泄洪、过木、排水、过船胸墙式分为固定胸墙和活动胸墙葛洲坝泄洪闸为“上平下弧”当上游水位变幅大，而泄量又有限制，为避免闸门过高，常设胸墙。（2）封闭式或涵洞式闸身上封闭的水闸（一般填土封闭、增加稳定性、代替交通桥） 3、其它分类法按闸室结构分：开敞式、胸墙式、浮体式、涵闸式、自动翻板式等。按施工方法分：装配式、浮运式等。橡胶坝土基上溢流坝二、水闸的组成部份水闸由闸室段，下游联接段、上游联接段三大部分组成。1、闸室段包括：闸门、闸墩、底板、工作桥、交通 桥、启闭机等。闸室可通常为砼或钢筋砼结构。小型水闸有些部分可采用浆砌石。2、上游联接段包括：上游翼墙、铺盖（护底）、上游防冲槽、两岸护坡。3、下游联接段包括：护坦（消力池）、海漫、下游防冲槽、下游翼墙、两岸护坡。三、水闸的工作特点（软土地基上的）（一）地基方面1、抗滑能力差（稳定问题）（硅与土基的 f值小，c=0）2、抗冲能力低3、均匀沉陷量大，且会发生不均匀沉陷4、渗流（闸基）变形（二）水流方面1、闸室下及两岸产生渗流，对建筑物的稳定不利2、初始消能困难（下游无水或水深浅）3、易产生波状水跃4、易产生折冲水流（扩散角太大，不均匀开启）基于上述特点，设计中要解决的问题： （1）选择适应的坝址；（2）选择适应的坝室结构形式；（3）做好防渗设计；（4）做好消能防冲设计。第二节闸址选择和闸孔设计一、闸址选择根据水闸承担的任务，综合考虑地形、地质、水文、施工等因素，通过技术经济比较，选择最佳方案。1、地形条件： 拦河闸：宜选在河床稳定、水流顺直的河海上；（兼取水、通航的）宜选在稳定的弯曲河海上，将进水闸设在凹岸，船闸设在凸岸。分洪闸：一般设在弯曲河海的凹岸或顺直河道的深槽一侧排水闸：闸址设在江河老堤的堤线上。冲砂闸：大多布置在拦河闸与进水闸之间。如拦河闸兼作施工导流用，常将闸址选在弯曲河海的凸岸，利用原河道导流。2、地质条件：壤土、中砂、粗砂、砂砾石适合做地基。 二、闸孔设计内容：选堰型，选底板高程，单孔尺寸，闸室总宽度（一）堰型选择1、宽顶堰：结构简单，施工方便。有利于泄洪、冲砂、排污、排水、通航，且泄流能力比较稳定，但流量系数较小，易产生肢状水跃。2、低实用堰：流量系数较大，水流条件较好。但泄流能力受尾水位变化的影响较为明显。施工较复杂。（二）闸底板高程的选定 相关因素：水闸的任务，泄流（引水）流量，上下游水位，河床地质条件，工程总投资是否经济。底板高程高：闸室宽度大，两岸连接建筑物相对较低。底板高程低：闸室q加大，加大消能防冲工程量；闸门高度增加，启闭设备容量增加，基坑开挖增加。一般情况：拦河闸和冲砂闸：底板顶面与河底平齐。进水闸：底板顶面可以高一些，防推移质泥砂进入渠道。 分洪闸：底板顶面较河床稍高。排水闸：底板顶面保证积水的迅速排出。挡潮(排水)闸：底板顶面也应尽量低一些。（三）计算闸孔总净宽已知：Q设、上下游水位、初拟的底板高程、堰址1、当水流呈堰流时2、当水流呈孔流时 闸孔总净宽L0增大，q减小闸孔总净宽L0减小，q增大这将直接影响消能防冲的工程量和工程造价过闸水位差的选用:关系到上游淹没和工程造价,平原地区，一般设计过闸水位差选用0.1--0.3m过水能力：与上下游水位、底板高程、闸孔净宽相互关联，需对不同方案进行技术经济比较后确定。（四）确定闸室单孔宽度和总长度我国大中型水闸的单孔宽度一般采用8—12m。 闸室总宽度L1=nL0+(n-1)d，其中，d为闸墩厚度闸室总宽度拟定后，尚需要考虑闸墩等的影响，进一步验算水闸的过水能力。从过水能力和消能防冲两方面考虑，闸室总宽度应与河道宽度相适应。第三节水闸的防渗排水设计水闸挡水，在闸基和边墩、翼墙的背水侧产生渗流。渗流不利的影响表现为：1、对稳定不利:闸室地基的抗滑稳定不利；翼墙、边墩的侧向稳定不利 2、可造成管涌流土渗透变形3、损失水量4、使地基中可溶物质加速溶解一、水闸的防渗透长度及地下轮廓线的布置（一）地下轮廓线：自铺盖前端开始，到排水前端为止，沿铺盖、板框两侧、、底板、护坦等与地基的接触线，称地下轮廓线。即闸室渗流的第一根流线，其长度即为水闸的防渗长度。防渗长度的拟定：L≥CHC--渗系数（J的倒数）见书中表6-1（均为反滤层情况） H–上下游水位差（二）地下轮廓线的布置原则：上防下排防渗：水平---铺盖垂直---齿墙、板桩、防渗墙、灌浆帷幕等。下排：排水孔、减压井等具体做法：1、粘土地基2、砂性土3、粉砂地基4、有承压水的地基 二、渗流计算目的：求解渗流区域内的渗透压力，渗透坡降，渗透流速及渗流量。（一）渗流的基本方程闸基渗流属有压渗流(土坝渗流为无压渗流)一般作为平面的考虑基本假定：地基是均匀的，各向同性的；渗水不可压缩，符合达西定律。渗流的计算方法：1、流体力学法（精确）（laplace方程） 式中h为渗流水头在某点的压力水头，系坐标的函数。理论上只要渗流区域的边界条件已知，即可根据拉氏方程求出任意一点的h值，亦可求出渗流场内任意点的渗流要素，但实际边界条件相当复杂，难以求解。2、水力学解法（近似解）①直线比例法：勃莱法莱茵法②阻力系数法其中：q为单宽渗流量 h为两断面水头差T为土层厚度K为土壤渗透系数ξ为阻力系数③流网法3、试验法（比较精确）介绍直线比例法1）、勃莱法1910年，勃莱根据许多修建在土基上的成功和失败的低水头闸坝观测资料统计而得出。勃莱法假定：沿闸基渗透轮廓线单位长度消耗的水头差相同，即渗透坡降是均匀的。 按直线比例求地下轮廓上各点的渗压水头h式中：H—上下游水位差L—渗透长度x—由下游逸出点算起求2）、莱茵法莱茵于1934年根据更多的实际工程资料认为：沿闸基渗流轮廓线单位长度消耗的水头并不相同，单位单位水平渗流消耗的水头只为单位铅直渗流的1/3。如全部折算为铅直渗流，则折算后渗流长度L’为 式中：L1－铅直渗流长度(含倾斜大于45°的防渗体)L2－水平渗流长度(含倾斜小于45°的防渗体)在折算渗径上,距逸出点为x’处的渗压水头为勃莱还提出了安全渗流系数法.勃莱认为:为防止闸基渗流破坏,L和H至少保持一定的比值,即，C为渗流系数,依地基土壤性质而定。 物理意义:只要沿地下轮廓的平均渗透坡降小于允许的平均渗透坡降,即可保证地基的抗渗稳定。直线比例法的优缺点优点：(1)计算简单(2)从大量实际资料中总结得出，经过长期实践的检验；(3)理论上：地下轮廓线不是一般的流线，它可能形成集中渗流的通道。南科院调查资料表明：渗流出口和沿地下轮廓线最容易发生渗透变形。 缺点：(1)沿地下轮廓的渗压水头并不是直线变化的（地质不均一）；(2)出逸坡降与沿地下轮廓的平均（或加权平均）渗透坡降并不相同,J出逸要大的多；渗透变形的审查---审查管涌、流土是否发生出逸坡降J出>J允发生现象解决方法对非粘性土产生管涌出逸处设反滤层加深出逸前的齿墙或增设不长的板桩(降低J出)对粘土产生流土加大紧近齿墙的海漫厚度(压重)加深齿墙或增设不长的板桩(降低J出) 三、防渗及排水设备防渗设备：铺盖、板桩、齿墙排水设备：下游铺设的砂砾石层(一)铺盖作用:延长渗径，降低闸底的渗透压力，降低渗透坡降要求:(1)具有相对不透水性：（2）有一定的柔性----适应地基的变形（3）长度：多为闸上水头的3—6倍。1.粘土和粘壤土铺盖渗透系数：长度：闸上水头的2-4倍。 厚度：由　　确定，J材料的容许坡降（粘土：4－8；壤土：3－5）与底板的连接：护面2.沥青砼铺盖（缺少黏土料地区）厚度：与闸室底板的连接：连接处适当加厚；接缝为搭接3.钢筋砼铺盖缺少粘土料地区或兼作阻滑板厚度：≥0.4m与底板连接处加厚0.8—1.0m；并用沉降缝分开 分缝：顺水流、垂直水流均分缝，间距15－20m，缝中设止水配筋：双向配构造筋（二）板桩（垂直防渗）板桩长度：透水层浅，用板桩截断，并深入不透水层至少1.0m；透水层深，板桩深度一般为0.6－1.0倍水头。板桩材料：木材、钢材、钢筋砼板桩与底板的连接形式：（1）板桩紧靠底板前缘，顶宽嵌入黏土铺盖一定深度（适用闸室沉降量大）； （2）板桩顶部嵌入底板底面特设的凹槽内。（适用闸室沉降量较小）（三）齿槽上下游端一般设有浅齿墙：增强闸室稳定，延长渗径（四）其他防渗设施就地浇筑砼防渗墙；灌注式水泥砂浆帷幕；高压旋喷法构筑防渗墙。（五）排水及反滤层第四节水闸的消能防冲设计水闸泄水，势能转为动能，而土质河床抗冲能力低，所以闸下冲刷一种普遍现象，有害 的冲刷，必须防止；并不危及建筑物安全的冲刷，一般说来是允许的。发生冲刷的原因：1、设计不当2、运用管理不善保证水闸安全使用，防止有害冲刷1、选用适且的最大过闸单宽流量2、合理地进行平面布置3、采取合理的消能，防冲设施（消能为主，防冲为辅）4、拟定合理的运行方式一、过闸水流的特点 初始泄流，闸下水深较浅，随着闸门开度增大而逐渐加深，闸下出流由孔流到堰流，由自由出流到淹没出流1、闸下易形成波状水跃形成原因：上下游水位差小，弗氏数较低危害：无强烈的水跃旋滚，水面波动，消能效果差，冲刷力强；水流处于急流，不易扩散，致使两侧产生回流，缩小过流宽度,加大单宽流量，加剧冲刷。2、闸下易出现折冲水流产生原因：平面布置，操作运行不当危害：水流集中，左冲右突，蜿蜒蛇行，掏刷河床及岸坡，影响枢纽正常运行。 二、底流消能工设计平原地区水闸，水头低，下游水位变幅大，一般都采用底流消能。底流消能的水流条件：设计消能工时，应在（下泄流量）Q—t（下游水位）关系曲线上，绘制下泄流量与跃后水深Q—h”关系曲线,以便上下游水面衔接状态，选择合理的消能方式。①h”-Q曲线与t-Q曲线重合(见图2－58,a)。表示在任何泄量下都能产生临界水跃，因而无需修建静水池、消力坎等消能设施，只需在水跃范围内设置护坦即可。显然，这种情 况是非常理想的，在实践中很少遇到。②h”-Q曲线位于t-Q曲线之上(见图2－58,b)。表示在各种流量下，t＜h”，将产生远驱水跃。为了缩短保护河床的范围，必须采取工程措施，强迫水流产生临近坝趾且稍有淹没的水跃，例如降低护坦高程，形成静水池(见图2－59,a)；ad若基岩开挖困难时，可修建消力坎(见图2－59,b)，使下游水位抬高；或同时采用两种措施形成综合静水池(见图2－59,c)。③h”-Q曲线位于t-Q曲线之下(见图2－58,c)。表示在各种流量下，t＞h”，水跃将被尾水淹 没而推向上游。当淹没度太大时,消能效果将大为降低，甚至成为高速潜流,对下游相当长的一段河床产生冲刷。在这种情况下,除了采用以后将要讲到的消力戽消能外,可以采用倾斜护坦。当下游水位偏高时,水跃发生倾斜护坦的首端；下游水位偏低时,水跃发生在倾斜护坦的较后的一些位置（见图2－61）。对于倾斜护坦上水跃的水力计算目前没有完善的方法。④图2－58(d)所示情况，表示在小流量Q＜Qk时，t＜h”，下游水深不足，产生远驱水跃；在流量Q＞Qk时，t＜h”，将产生淹没水跃， 若淹没度过大，可能形成高速潜流。在这种情况下，可采取倾斜护坦和静水池相结合的消能设施。当Q＜Qk时,使水跃发生在静水池中内，当Q＞Qk时,水跃产生在静水池前端的护坦上。⑤图2－58(e)所示情况，与情况4正好相反，这时可按最大流量设计静水池，小流量时产生淹没水跃。（一）底流消能工的布置底流消能工的作用：在闸下产生一定淹没度的水跃，来保护水跃范围内的河床。淹没度1.05—1.10较为适宜，淹没度过小， 水跃不稳定；淹没度过大：水舌潜入底层，消能效果反而减小。消力池的形式主要受跃后水深相对关系的制约1、降低护坦高程形成消力池：尾水深小于跃后水深1.0—1.5m时2、消力坎（或补助消能工）尾水深约略等于跃后水深时3、综合式消力池：尾水深小于跃后水深1.5-3m时4、多级消能：尾水深小于跃后水深3m以上时布置形式：池底与闸室底板之间用1:3、1:4的斜坡相连接 闸室平台小槛---防止波状水跃消力池前端设散流墩—防止产生折冲水流消力池末端一般布置尾槛，作用：①调整流速分布②减小出池水流的底部流速，且在槛后产生小规模轴旋流③利于平面扩散和削减下游边侧回流。（二）消力池的深度、长度、底板护坦）厚度的确定1.深度：设计时，选择几个径流量分别计算跃后水深，以其与时间尾水深相比较，选的最不利 情况（差值最大）对应的流量作为确定消力池深的设计流量。水跃的起点位于:消力池的上游端斜坡段的坡脚附近2.长度计算平底斜坡加平底大型水闸应进行水工模型试验3.消力池底板厚度：见重力坎、底流消能部分（三）辅助消能工作用：使水流受阻，在墩后形成涡流，加强 水跃中的紊流扩散，从而达到，稳定水跃；减小消力池深，缩短池长。位置：消力池前部：消能作用较大，易发生空蚀，冲击力大；消力池后部：消能作用较小，不易发生空蚀，改善水流（四）消力池的构造1、砼2、配钢筋3、齿墙：增加抗滑稳定性4、排水孔：水平段的后半部分5、反滤层6、沉降缝 三、海漫作用：防冲加固，使水流均匀扩散，调整流速分布。海漫的布置与构造水平段：长度5—10m，顶部高程缓坡段：1：10的斜坡设计要求：①具有一定的粗糙度②具有一定的透水性③具有一定的柔性常用的结构形式：（1）干砌石（2）浆砌石（3）砼板 （4）钢筋砼板（5）其他形式（二）、海漫长度四、防冲槽及末端加固作用：保护海漫末端。防冲槽防冲墙：包括齿墙、板桩、沉井等形式五、翼墙与护坡第五节闸室的布置和构造 一、底板按形状分：有水平底板、低实用堰底板（上游水位高，流量又受限制）。河宽、孔多。需用横缝将闸室分成若干闸段（每个闸段可分为一孔、两孔、三孔）按底板与闸墩的联接方式分:整体式、分离式1、整体式：闸底板与闸墩浇筑成整体，墩中分缝。（也有闸室底板中间分缝的）底板形式： 2、分离式单孔底板上设双缝，将底板与闸墩分开适用：坚基，紧密的地基上，不会产生不均匀沉降。底板顺水流方向的长度：满足上部结构布置，结构强度和抗滑稳定要求。二、闸墩（见重力坝）三、闸门检修门－平门－位置：上游侧工作门－位置：①上游侧②下游侧（利用水重帮助闸室稳定）闸门顶部高程：应高于可能最高蓄水位。 四、胸墙固定式、活动式五、交通桥及工作桥工作桥：安装启闭设备六、分缝方式及止水设备第六节闸室稳定分析、沉降校核及地基处理一、闸室稳定分析闸室应在任何情况下（施工、竣工、运用、 检修）都是稳定的。1、竣工期（地基受到的压力最大）（1）沉陷问题：a、过大的（均匀）沉陷—堰顶高程降低，达不到设计要求；b、不均匀沉陷：闸顶倾斜，甚至断裂（2）压力过大：地基受到压力过大，结构受到破坏，失去稳定性。2、运用期（或检修期）同时受到重力和水平力的作用a、表面滑动:当底板与地基之间垂直压应力б较小时，在水平推力作用下,闸室底板有可能沿地基表面发生滑动，称为表面滑动。 b、深层滑动：当作用与地基上的铅直荷载较大时，可能连同一部分地基土体一起滑动，称为深层滑动计算取一个闸室单元为验算对象（以缝为界，单元可能是一孔、两孔、三孔）。（一）荷载及其组合闸室所受的主要荷载:自重,水重,水平水压力,扬压力,波浪压力,地震力,泥沙压力。1、地震力:按拟静力法计算2、浪压力:波浪要素（波高、波长、周期）确定后,按重力坝部分所讲公式进行3、水平水压力 P1P3hahb止水abP5P6cd止水W浮W渗P2P4砼铺盖：b、d点的水平水压力强，分别等于该点的扬压力强度（浮托力+渗透压力）a、b点之间按直线变化止水片底部a点的水压力强度 闸室所受的主要荷载:自重,水重,水平水压力,扬压力,波浪压力,地震力,泥沙压力。1、地震力:按拟静力法计算2、浪压力:波浪要素（波高、波长、周期）确定后,按重力坝部分所讲公式进行。3、水平水压力 二、闸室的稳定性及其安全指标闸室稳定性所包含的内容：1、不致于沿地基面或深层滑动2、不发生明显的倾斜3、平均基底压力不大于地基的容许承载力地基反力分布的不均匀程度（闸室上、下游端地基反力的比值）　　　，η值越大，沉降差越大，闸室的倾斜度也越大三、计算方法 三、计算方法1、验算闸室基底压力受力不对称的闸孔:按双向偏心受压公式计算2、验算闸室的抗滑稳定闸室产生平面滑动或深层滑动的判别σu=AγbBtgφ+2C（1+tgφ）（1）当闸底最大压应力σmax小于σu，可只做平面滑动验算（2）当闸底最大压应力σmax大于σu，需作深层滑动核算 计算平面滑动的公式摩擦公式：抗剪断公式：抗滑稳定计算的关键,在于合理选用f,φ0,c0提高表层抗滑稳定的措施：（1）将高水位一侧的防渗铺盖适当延长，或将低水位一侧的排水设备适当向高水位一侧延伸，以减小作用在底板上的渗透压力。（2）将闸室位置适当移向低水位一侧，利用水重。 （3）适当增加齿墙深度，以提高抗滑力。（4）利用高水位一侧的混凝土铺盖作为阻滑板。（用钢筋和闸室底板连接起来）计算公式：式中：0.8—考虑土壤变形及连接钢筋拉伸变形等因素。3、验算闸基的整体稳定（1）在竖向荷载作用下的地基承载力按《水闸设计规范》（SD133-84）给定的公式计算。（2）在竖向荷载和水平荷载共同作用下，地基承载力按（6－25）式核算。 四、沉降校核土基压缩变形大均匀沉降:建筑物顶部高程降低,影响正常运行不均匀沉降：闸室倾斜、裂缝、止水破坏。计算沉降的方法：采用分层总和法。沉陷允许值：最大沉降允许值：10-15cm；最大沉降差值：3-5cm。减少不均匀沉降的措施：（1）尽量使相邻建筑物重量差不要过大，重量大的建筑物先施工,使地基先行预压。（2）布置要匀称,使不超过规定的数值。（3）分块不宜过大，沉降缝的止水设应能适 应地基的不均匀沉陷的要求。（4）进行必要的地基处理。五、地基处理根据工程实践：粘性土贯入击数>5砂性土贯入击数>8可不做地基处理直接建闸.常用的处理方法：（一）预压加固（二）换土垫层适用情况:软弱粘性土薄层、浅表----全部挖除 通常采用砂垫层、壤土垫层垫层作用:(1)垫层使应力扩散，提高地基的稳定性。(2)减小地基沉降量(3)具有良好的排水作用，有利于软土地基加速固结。设计内容：换砂厚度、宽度、材料、级配等。（三）桩基础当水闸上部结构重量大，不宜采用上述方法的，可参考桩基。从施工角度来分：预制桩、钻孔灌注桩受力特点来分：支撑桩----软土、浅层摩擦桩----土层很厚 优点：大大提高地基的承载力缺点：底板与土层分离（四）沉井基础适用条件：闸下有较厚的软土层，要求闸的基础埋置较深。不适用于闸基下有流沙、蛮石或表面倾斜较大的岩层。沉井是一种筒状结构物，可用浆砌石、砼或钢筋砼制成。沉井平面尺寸视上部结构而定，一般只要略大于上部结构的尺寸即可。沉井的接缝应置于闸的沉降缝之下，使上部结构能够适应下部基础的沉降。 （五）振冲砂石桩（六）强夯法（七）爆炸法（八）高速旋喷法。第七节闸室的结构计算整体计算：用有限元法分解成若干部件：闸室为空间结构，受力复杂，为简化计算一般将它分解为若干部件(如闸墩、底板、胸墙、桥梁等)分别单独计算，在单独计算时，应考虑它们之间的相互作用。一、底板的结构计算（一）整体式平底板 底板支撑在地基上，因其平面尺寸远较厚度为大，可视为地基上的一块板，受力情况比较复杂。目前又只能采用近似的计算方法进行强度分析。不同的地基情况采用不同的计算方法相对紧密度Dr＞0.5采用：弹性地基梁法相对紧密度Dr≤0.5非粘性土地基采用：反力直线分布法小型水闸采用：倒置梁法1.弹性地基梁法所谓弹性地基梁法：认为梁与地基都是弹性体，梁卧置于弹性地基上，梁受荷载发生弯曲 变形，地基受压产生沉降，而梁与地基紧密接触，所以他们的变形和沉降是相等的，根据变形协调条件和静力平衡条件，确定地基反力及梁的内力。土层厚薄不同计算方法有别：土层厚2T/L＞2.0视为半无限深弹性地院基梁郭氏法土层中厚0.25＜2T/L＜2.0有限深弹性地基梁链杆法（有限差分法）土层薄2T/L＜0.25浅层文克尔假定这里只介绍常用的半无限弹性体、弹性地基梁法。（原理见结构力学） 半无限弹性体弹性地基梁法计算步骤（1）用偏心受压公式计算闸底纵向（顺水流方向）的地基反力。A---闸室基地面的面积B---闸室底板的长度（2）计算板条及墩条上的不平衡剪力。由于闸门上下游水位差较大，故以闸门为界，将闸室分为两段，分别在两段的中央取一单宽板条进行分析和计算。作用在板条及墩条上的作用力见下图： 由于闸室上的荷载沿水流方向是有突变的（工作桥设备等只是在闸顶某一局部），而Bb1b2上游段下游段闸门Q1Q21.01.0d2d1d2G2/b2缝墩Lq(底板重)q(水重)q(扬压力)q(平均地基反力)G1/b2G2/b2中墩缝墩1234 由于闸室上的荷载沿水流方向是有突变的（工作桥设备等只是在闸顶某一局部），而地基反力是连续变化的，故作用在板条和墩条上的力是不平衡的，在墩条和板条的两侧必然作用有剪力Q1和Q2，并由Q1和Q2的差值来维持板条及墩条上力的平衡，差值ΔQ=Q1－Q2，称为不平衡剪力。以下游段为例说明ΔQ由上式可求出ΔQ，若ΔQ为正，其方向向下若ΔQ为负，其方向向上。 （3）闸墩及底板的不平衡剪力分配。分配原则：ΔQ由闸墩及底板共同承担、各自承担的数值，可根据剪应力分布图面积按比例确定。（需绘剪应力分布图）对于简单的板条及墩条截面，可直接应用积分法求得。由材料力学可知，截面上的剪应力Ty为式中：J---截面惯性矩，S---计算截面以下（外）的面积对全截面形心轴的面积矩，b---截面在y处的宽度，底板处b=L， 闸墩处b=d1+d2m则板条上的不平衡剪力ΔQ板一般情况，不平衡剪力的分配比例是：底板约为10—15%闸墩约为85—90%（4）计算基础梁上的荷载 ①分配给闸墩的不平衡剪力作为梁的集中力中墩集中力：缝墩集中力：②分配给底板上的不平衡剪力化作均布荷载,与其他荷载合并。底板自重q1的取值：粘性土地基：计算中可取底板自重的50-100%砂性土地基：底板对地基影响不大，在计算中可以不计。 （5）考虑边荷载的影响定义：边荷载是指计算闸段底板两侧的闸室或边墩背后回填土及岸墙作用于计算闸段上的荷载。影响：边荷载对底板内力的影响，与地基土质、作用的荷载、荷载的施加程序有关。但施工情况十分复杂，在实际工程中，一般按下述原则考虑：1）修建计算闸孔段之前，两边相邻闸孔已经完建的情况；如由于边荷载的作用减小了底板内力，则边荷载的影响不予考虑。如果由于边荷载的作用增加了底板内力，此时在沙土地基中50%的影响，在黏土地基中则 中则要考虑100%的影响。2）计算闸孔先建，相邻闸孔为后建的情况，由于边荷载使低板内力增加时，必须考虑100%的影响，如由于边荷载作用使底板内力减小时，则在沙土地基中50%的影响，在黏土地基中不考虑其影响。边荷载影响范围的确定：如果边荷载的分布范围较大，一般可只取等于基础梁的计算长度2L（一个闸室单元的长度）范围内的边荷载来计算就够了。计算：查边荷载计算表（6）地基反力及梁的内力计算 当地基梁的荷载确定后，根据2T/L鉴别所需的计算方式以下是弹性地基梁郭氏法的计算步骤：1）首先确定基础梁的柔性指数t（反映梁和地基相对柔软程度的系数）式中：E0----地基的压缩摸量E----梁的弹性摸量L----梁长的一半H----梁的高度根据不同的t值查看相应的郭氏表，当计算所得t值在表中不能直接查得时，可用与该t值 相近的表格，而无须进行内插。2）当梁上受到若干个荷载时,可分别计算,然后进行迭加,即可求得地基反力或梁的内力。内力：底板的剪应力（主拉应力）都较小，可不计算，主要计算M。（7）配筋画出M包络图竣工，正常挡水设计，校核根据M图配筋2、反力直线分布法假定：地基反力在垂直水流流向均匀分布，顺水流方面按直线分布。 计算步骤：（1）用偏心受压公式计算闸底纵向地基反力（2）确定单宽板条及墩条上的不平衡剪力（3）将不平衡剪力在闸墩和底板上进地分配（4）计算作用在底板梁上的荷载（5）按静定结构计算底板内力优点：计算简便缺点：（1）没有考虑底板与地基间的变形协调条件（2）假定横向地基反力均匀分布与实际情况不符3、倒置梁法将闸墩当作底板的支座，其它假定同上。 （二）其它型式的底板分离式底板的闸孔中间部分一般不进行结构计算。整体式灌注桩基，仅地基反力由桩承担，其余计算同上。二、闸墩的结构计算（见图6－36）假定：闸墩作为固接于底板上的悬臂结构计算内容：a、闸墩应力b、平面闸门槽应力c、孤形闸门支座的应力计算。（一）平面闸门闸墩计算内容：（1）验算水平截面（主要是墩 底）应力(因为墩底应力最大)；（2）门槽应力。验算情况：A、运行期：（1）闸门全部关闭；（2）一孔全开泄流，邻孔关闭或局部开启B、检修期：一孔检修，邻孔运行。1.闸墩水平截面上的正应力和剪应力1）正应力式中：---计算截面以上各力对截 面以上各力对截面形心轴y和x的力矩总和Ix,Iy--计算截面对其形心轴y和x的惯性矩y,x--计算点到形心轴沿y和x向的距离2）剪应力式中：sx,sy--分别为计算点以外的面积对形心轴y和x的面积矩d-----闸墩厚度 B----闸墩长度3）对缝墩或一侧闸门开启另一侧闸门关闭的中墩，各水平力对水平截面形心还将产生扭矩Mt，位于y轴边缘的2.闸槽应力计算计算闸门槽顶部的应力目前尚无完善的方法,在实际工程中应用有下列几种方法(见图)：1）取门槽下游的闸墩为脱离体，用材料力学方法计算顶部内力（天大教材，第二版）2）将门槽顶部看作轴心受拉构件，但顶部所受拉力，全由门槽配筋来承担。 3）将门槽顶部看作轴心受拉构件，但顶部所受拉力假定由门槽配筋和下游段闸墩水平截面上的剪力共同承担。假定：剪应力在上、下水平截面上均匀分布式中：A1---门槽顶部以前闸墩的水平截面面积A---闸墩的水平截面面积门槽顶部所受拉力P1与门槽的位置有关，门槽愈靠下游，P1愈大，1m高闸墩门槽顶部所产生的拉应力 式中：p---门槽顶部宽度б>砼容许拉力---按受力情况配筋б<砼容许拉力----按构造配筋(二)弧形闸门闸墩除计算底部应力外，还应验算牛腿及其附近的应力弧门支撑铰座布置形式:1.在闸墩上直接布置铰座2.铰座布置在伸出于闸墩体外的牛腿上计算方法:弹性理论进行分析三向偏光弹性试验第八节水闸与两岸的连接建筑 一.连接建筑物的作用组成:上、下游翼墙和边墩（或边墩和岸墙）有时还设有防渗刺墙作用:1）挡住两侧填土,维持土坝及两岸稳定2）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。3）保护河床（或土壤）边坡不受过闸水流冲刷4）控制通过闸身两侧的渗流,防止河岸或与之相连的土坝的渗流变形。5）在软弱地基上，设有独立的岸墙时, 可以减少两岸沉降对闸身应力的影响。在水闸工程中，两岸相连建筑物的造价可占工程总造价的15—40%，闸孔愈少，所占比重愈大。二.连接建筑物的形式与布置：（一）边墩和岸墙1）边墩直接与堤岸连接：闸基较好，闸高不大，孔数少时2）边墩直接与堤岸连接,但边墩与底板设有沉降缝;闸身较高,边墩自重及其背后土重都较大时,设缝后,受力状态有所改善边墩形式：重力式、悬臂式、扶壁式 3）在边墩背后加设专门的挡土岸墙，边墩与岸墙三者之间用分缝分开，这样边墩不承受侧向土压力，减少闸基与两岸不均匀沉降的影响。岸墙形式:悬臂式、扶壁式、空箱式、连拱式（二）翼墙上游作用：1）挡土2）引导水流平顺入闸室3）起防渗作用4）保护两岸或土坝边坡不受过闸水流的冲刷下游　作用：1）挡土2）引导水流出闸后均匀扩散， 避免出现不利流态常用布置形式：1）曲线式：圆弧、反翼墙2）扭曲面式3）斜降式(八字形)高度随其向上、下游延伸而逐渐降低,到末端与河床平齐。'