水工建筑物(水闸)

'水工建筑物shuigongjianzhuwu水利教研室 授课题目：第四章水闸第九节水闸的两岸连接建筑物第十节水闸的运用管理教学目的：掌握连接建筑物的作用、连接建筑物的形式和布置、两岸连接建筑物的结构型式；水闸的检查与养护以及裂缝、渗漏、下游冲刷、磨损、气蚀等常见问题的处理措施。教学重点：连接建筑物的作用、连接建筑物的形式和布置、两岸连接建筑物的结构型式；水闸的检查与养护。教学难点：水闸裂缝、渗漏、下游冲刷、磨损、气蚀等常见问题的处理措施。 教学过程：组织教学：师生问好，清查人数。复习提问：抗滑稳定措施有哪几种类型？导入新课：水闸与河岸或堤、坝等连接时，必须设置联接建筑物。水闸多建在软土地基上，由于基础压缩性大，承载力低故沉陷量较大，轻则影响使用，重则危及水闸安全；且由于水闸水头变幅大，过闸水流往往消能不充分，加上土基抗冲能力低，所以下游冲刷较普遍；此外，闸基和两岸渗流对水闸的稳定不利，容易引起渗透变形。讲授新课： 第九节水闸的两岸连接建筑物水闸与河岸或堤、坝等连接时，必须设置连接建筑物。水闸多建在软土地基上，由于基础压缩性大，承载力低故沉陷量较大，轻则影响使用，重则危及水闸安全；且由于水闸水头变幅大，过闸水流往往消能不充分，加上土基抗冲能力低，所以下游冲刷较普遍；此外，闸基和两岸渗流对水闸的稳定不利，容易引起渗透变形。 一、连接建筑物的形式和布置连接建筑物包括: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，两岸连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。 二．连接建筑物的形式和布置1.闸室与河岸的连接型式水闸闸室与两岸（或堤、坝等）的连接型式主要与地基及闸身高度有关。当地基较好，闸身高度不大时，可用边墩直接与河岸连接。当闸身较高、地基软弱的条件下，可在边墩外侧设置轻型岸墙，边墩只起支承闸门及上部结构的作用，而土压力全由岸墙承担。这种连接型式可以减少边墩和底板的内力，同时还可使作用在闸室上的荷载比较均衡，可减少不均匀沉降。当地基承载力过低，可采用护坡岸墙的结构型式。 护坡岸墙的优点：边墩既不挡土，也不设岸墙挡土。因此，闸室边孔受力状态得到改善，适用于软弱地基。缺点：防渗和抗冻性能较差。为了挡水和防渗需要，在岸坡段设刺墙，其上游设防渗铺盖。护坡连接型式 2.翼墙的布置上游翼墙应与闸室两端平顺连接，其顺水流方向的投影长度应大于或等于铺盖长度。下游翼墙的平均扩散角每侧宜采用7о～12о，其顺水流方向的投影长度大于或等于消力池长度。上、下游翼墙的墙顶高程应分别高于上、下游最不利的运用水位。翼墙分段长度应根据结构和地基条件确定，可采用15～20m。建筑在软弱地基或回填土上的翼墙分段长度可适当缩短。 ●反翼墙翼墙自闸室向上、下游延伸一段距离，然后转弯90о插入堤岸，墙面铅直，转弯半径约2～5m。这种布置形式的防渗效果和水流条件均较好，但工程量较大，一般适用于大中型水闸。对于渠系小型水闸，为节省工程量可采用一字型布置型式，即翼墙自闸室边墩上下游端即垂直插入堤岸。这种布置形式进出水流条件较差。 ●圆弧式翼墙这种布置是从边墩开始，向上、下游用圆弧形的铅直翼墙与河岸连接。上游圆弧半径为15～30m，下游圆弧半径为30～40m。其优点是水流条件好，但模板用量大，施工复杂。适用于上下游水位差及单宽流量较大、闸室较高、地基承载力较低的大中型水闸。 ●扭曲面翼墙翼墙迎水面是由与闸墩连接处的铅直面，向上、下游延伸而逐渐变为倾斜面，直至与其连接的河岸（或渠道）的坡度相同为止。翼墙在闸室端为重力式挡土墙断面形式，另一端为护坡形式。这种布置形式的水流条件好，且工程量小，但施工较为复杂，应保证墙后填土的夯实质量，否则容易断裂。这种布置形式在渠系工程中应用较广。 ●斜降翼墙在平面上呈八字形，随着翼墙向上、下游延伸，其高度逐渐降低，至末端与河底齐平，见图5－73。这种布置的优点是工程量省，施工简单，但防渗条件差，泄流时闸孔附近易产生立轴漩涡，冲刷河岸或坝坡，一般用于较小水头的小型水闸。 三、两岸连接建筑物的结构型式两岸连接建筑物从结构观点分析，是挡土墙。常用的型式有：重力式、悬臂式、扶壁式、空箱式及连拱空箱式等。1．重力式挡土墙重力式挡土墙主要依靠自身的重力维持稳定。常用混凝土和浆砌石建造。由于挡土墙的断面尺寸大，材料用量多，建在土基上时，基墙高一般不宜超过5～6m。 重力式挡土墙顶宽一般为0.4～0.8m,边坡系数m为0.25～0.5,混凝土底板厚约0.5～0.8m,两端悬出0.3～0.5m,前趾常需配置钢筋。为了提高挡土墙的稳定性，墙顶填土面应设防渗；墙内设排水设施，以减少墙背面的水压力。排水设施可采用排水孔或排水暗管。重力式翼墙结构计算同挡土墙。 2．悬臂式挡土墙悬臂式挡土墙是由直墙和底板组成的一种钢筋混凝土轻型挡土结构。其适宜高度为6－10m。用作翼墙时，断面为倒T形，用作岸墙时，则为L形,这种翼墙具有厚度小，自重轻等优点。它主要是利用底板上的填土维持稳定。底板宽度由挡土墙稳定条件和基底压力分布条件确定。调整后踵长度，可以改善稳定条件；调整前趾长度，可以改善基底压力分布。直径和底板近似按悬臂板计算。 3.扶壁式挡土墙当墙的高度超过9～10m以后，采用钢筋混凝土扶壁式挡土墙较为经济。扶壁式挡土墙由直墙、底板及扶壁三部分组成。利用扶壁和直墙共同挡土，并可利用底板上的填土维持稳定，当改变底板长度时，可以调整合力作用点位置，使地基反力趋于均匀。 钢筋混凝土扶壁间距一般为3～4.5m，扶壁厚度0.3～0.4m；底板用钢筋混凝土建造，其厚度由计算确定，一般不小于0.4m;直墙顶端厚度不小于0.2m，下端由计算确定。悬臂段长度b约为（1/3～1/5）B。直墙高度在6.5m以内时，直墙和扶壁可采用浆砌石结构，直墙顶厚0.4～0.6m,临土面可做成1：0.1的坡度；扶壁间距2.5m,厚0.5～0.6m。底板的计算，分前趾和后踵两部分。扶壁计算，可把扶壁与直墙作为整体结构，取墙身与底板交界处的T形截面按悬臂梁分析。 4.空箱式挡土墙空箱式挡土墙由底板、前墙、后墙、扶壁、顶板和隔板等组成。利用前后墙之间形成的空箱充水或填土可以调整地基应力。因此，它具有重力小和地基应力分布均匀的优点，但其结构复杂，需用较多的钢筋和木材，施工麻烦，造价较高。故仅在某些地基松软的大中型水闸中使用。在上下游翼墙中基本上不再采用。顶板和底板均按双向板或单向板计算，原则上与扶壁式底板计算相同。前墙、后墙与扶壁式挡土墙的直墙一样，按以隔墙支承的连续板计算。 5.连拱式挡土墙连拱空箱式土墙也是空箱式挡土墙的一种型式，它由底板、前墙、隔墙和拱圈组成。前墙和隔墙多采用浆砌石结构，底板和拱圈一般为混凝土结构。拱圈净跨一般为2～3m，矢跨比常为0.2～0.3,厚度为0.1～0.2m。拱圈的强度计算可选取单宽拱条，按支承在隔墙（扶壁）上的两铰拱进行计算。连拱式挡土墙的优点是：钢筋省、造价低、重力小，适用于软土地基。缺点是：挡土墙在平面布置上需转弯时施工较为困难，整体性差。 第十节水闸的运用管理一、水闸的检查与养护1．杂物的清理。2．严禁超载。3．防止冲刷4．启闭灵活5．防蚀防腐 二、水闸常见问题的处理1.水闸的裂缝处理水闸的裂缝通常出现在闸底板、闸墩、翼墙、下游护坦等部位，浆砌石挡土墙和砌石护坡也易产生裂缝。 ●闸墩裂缝闸墩裂缝最常见的是发生在弧形闸门闸墩的牛腿与闸门之间的范围内，多呈铅直向且贯穿闸墩。处理时，多采用预应力拉杆锚固法，一般是沿闸墩主拉应力方向增设高强度预应力钢筋（拉杆），主拉杆的布置应与主拉应力大小、方向相适应，呈扁形分布。主拉杆上游端通过钢板与锚筋连接，下游端穿过牛腿，杆端配置螺帽并施加预应力。为保护拉杆并使表面平整，应将墩石凿成宽深均为5cm的槽，使拉杆放入其内，张拉后用水泥砂浆抹平。 ●翼墙裂缝上下游翼墙通常采用各种形式的挡土墙，由于温度变化、不均匀沉降、墙后未设排水孔、墙后填土不实或冻胀等原因，引起墙体移动、倾斜并产生裂缝。修补前，要查明并消除产生裂缝的原因。特别是墙后未设排水孔的，应重新设置。经验算，如墙体不能抵抗墙后土压力，可用锚筋加固。当挡土墙有整体滑动危险时，可在墙前打桩，并在桩上浇筑混凝土盖重。 ●下游护坦裂缝护坦裂缝主要是由于地基不均匀沉陷、温度变化、排水堵塞或排水布置不合理等原因造成的。沉陷裂缝的处理一般是待其基本稳定以后，将裂缝改作沉陷缝，并在缝中设止水；排水堵塞应查明原因，及时进行必要的翻修；温度裂缝虽然易于产生，但尺寸小变化慢，一般可将缝隙凿槽，先用柏油麻绳封住后，再用砂浆抹平，但密实性差；也可在枯水期往槽内嵌补环氧材料或混凝土，有时也可利用裂缝作一道伸缩缝。对某些混凝土体较厚部位的贯穿性裂缝可采用灌浆处理法。 2.渗漏处理水闸的渗漏主要是指闸基渗漏和侧向绕渗等。处理原则仍为上截下排，即防渗和排渗相结合。●闸基渗漏闸基的异常渗漏，不仅会引起渗透变形，甚至将直接影响水闸的稳定性，因此，要认真分析，查清渗水来源，工程中通常采用以下措施进行防渗。 ◆延长或加厚原铺盖。加大铺盖尺寸，可以提高防渗能力。如原铺盖损坏严重，引起渗径长度不足，应将这些部位铺盖挖除，重新回填翻新。◆及时修补止水。当铺盖与闸底板、翼墙间，岸墙与边墩等连接部位的止水损坏后，要及时进行修补，以确保整个防渗体系的完整性。 ◆底板、铺盖与地基间的空隙是常见的渗漏通道，不仅使渗透变形迅速扩大，还会影响底板的安全使用，一般可采用水泥灌浆予以堵闭。◆增设或加厚防渗帷幕。建在岩基上的水闸，如基础裂隙发育或较破碎，可考虑在闸底板首端增设防渗帷幕，若原有帷幕的，应设法加厚。 ●侧向绕渗严重的侧向绕渗将引起下游边坡的渗透变形，甚至造成翼墙歪斜、倒塌等事故。工程中防渗措施较多，如经常维护岸墙、翼墙及接缝止水，确保其防渗作用；对于防渗结构破坏的部位，应用开挖回填，彻底翻修的方法；若原来没有刺墙的，可考虑增设刺墙；但要严格控制施工质量；对于接缝止水损坏的，应补做止水结构，如橡皮止水、金属片止水、沥青止水。 3.下游冲刷的处理水闸下游冲刷破坏的主要部位是护坦、海漫、下游河床及两岸边坡。处理方法：●以改善水流流态，充分消能为目的的消能措施。●以提高抗冲能力为目的的防护措施。 4.水闸磨损的处理水闸的磨损现象，主要是发生在多沙河流上，如闸底板、护坦因设计不周，引起的磨损应通过改善结构的布置来防治。对于水闸护坦上因设置消力墩引起的立轴漩涡长时间挟带泥沙在一定的范围旋转，使护坦磨损，严重时会磨穿护坦，为此，可废弃消力墩，将尾槛改成斜面或流线型，使池内泥沙随水流顺势带向下游可减轻对护坦的磨损。 有些部位改善结构布置较为困难，如闸底板，应采用抗蚀性能好的材料进行护面或修补可起到较好的作用。磨损的修补材料较多，如环氧材料、高强度混凝土，呋喃材料等，可根据具体部位、磨损状况、自身条件，参考其它工程运用经验确定。 5.水闸气蚀的处理水闸的气蚀是工程运用中常见的问题，主要发生在高速水流脱离边界条件，产生过低负压的部位，气蚀的初期只是表层的轻微剥蚀，但随其不断发展，将产生较为严重的气蚀破坏，影响正常运用。其它处理方法可参考本书有关章节。 三、闸门、启闭机的运用1.运用前的准备工作●严格执行启闭制度启闭制度是管理人员进行闸门操作的主要依据，一般情况下，不经批准，不得随意变动。当接到启闭任务后，要迅速召集有关人员，作好各项准备工作，特别是闸门开度较大，其泄流水位变化对上下游有危害时，必须预先通知有关单位，以免造成不必要的损失。 ●认真进行检查工作为了确保闸门能安全及时的启闭，必须认真细致地进行检查工作，如发现问题，应及时处理，再进行操作，主要内容包括闸门的检查，启闭机设施检查及其它方面的检查。◆闸门的检查。闸门启闭前应检查门体有无歪斜，周围有无漂浮物卡阻现象、闸门开度是否在原定的位置；对于平板闸门应检查闸门槽是否有堵塞、变形；在冰冻地区，冬季启闭闸门前要检查闸门的活动部位有无冻结现象。 ◆启闭设施检查。主要包括启闭电流或动力有无故障，对于人力启闭的，要有人员保证；电动机应当运行正常，机电安全保护设施应完好可靠；机械转动部位的润滑油应充足，并符合规定要求；检查牵引设备是否正常，如钢丝绳是否锈蚀、断裂，螺杆、连杆和活塞杆等有无弯曲变形，吊点结合是否牢固等。◆其它方面检查。如上、下游有关船只漂浮物或其它障碍物影响行水情况，设有通气孔时，应检查通气是否正常，有无堵塞；上下游水位、流量、流态的检查观测等。 2.闸门的操作运用闸门在进行操作运用时，首先应明确设计规定的闸门运用原则,一般要求工作闸门能在动水情况启闭，检修闸门在静水情况启闭，事故闸门应能在动水情况关闭，一般在静水情况开启。闸门在操作运用时，应注意的主要问题如下：●工作闸门的操作。工作闸门允许局部开启时,在不同的开度泄水，应注意对下游的冲刷和闸门、闸身的振动；不允许局部开启的工作闸门，中途不能停留使用；闸门泄流时，必须与下游水位相适应，使水跃发生在消力池内。 一般应根据实测水位、流量、开度等资料进行分次开启；控制压力涵洞的闸门，在充分放水时，不应使洞内流量增减太快，停水过程要适当延长，并保持通气孔畅通，以防洞内产生负压、超压及气蚀等现象。●事故、检修闸门操作。不得用于控制流量；泄水期间，事故闸门要充分做好准备，一旦闸门下游发生事故,力争在最短的时间内关闭闸门；对于压力涵洞的检修闸门关闭后，洞内积水应缓慢放空，特别是洞身长度大，检修门距工作门较远的情况。 多孔闸门的运用。不能全部同时启闭时，可由中间向两边依次对称开启，闭门时则由两边向中间依次进行，以保证下泄水流均匀对称，减少冲刷；下泄水流量允许部分开启闸孔时，必须在水跃能控制在消力池内的情况下进行。 总结：本节重点讲述了连接建筑物的作用、连接建筑物的形式和布置、两岸连接建筑物的结构型式；水闸的检查与养护。复习题1、水闸两岸连接建筑物的作用是什么？在平面布置上有哪几种形式？2、水闸下游翼墙的扩散角应满足什么条件？3、水闸闸室段与两岸连接有哪几种形式？4、两岸连接建筑物的结构形式有哪几种？5、水闸运用管理中常见的问题是什么？简述一般处理措施？'