【文章內容簡介】 透水層時，閘室底板上游端宜設置截水槽或防滲墻，閘室下游滲流出口處應設濾層。當閘基砂礫石層較厚時，閘室上游可采用鋪蓋和懸掛式防滲墻相結合的布置形式，閘室下游滲流出口處應設濾層。當閘基為較大的砂礫石層或粗礫夾卵石層時，閘室底板上游端宜設置深齒墻或深防滲墻，閘室下游滲流出口處應設濾層。本設計資料中給出閘址地質情況系屬第四季沉積巖，厚度較大，河床兩岸灘地為粉質壤土，厚度15m，河床為礫粗砂，厚度為17m，下部為粗砂層，厚度11m，基巖為花崗巖。符合規(guī)范中說明的情況，所以依據(jù)規(guī)范流沙河水閘上游設置鋼筋混凝土板樁，,長度為4m。下游設置齒墻，深度為1m。關于排水設置，根據(jù)水閘設計規(guī)范，只在下游護坦上設置排水減壓井。，間距為1m,初步設置為10排，呈梅花形布置。 消能防沖布置水閘的消能防沖布置應根據(jù)閘基地質情況、水力條件以及閘門控制運用方式等因素，進行綜合分析確定。水閘的消能方式一般為底流式消能，平原地區(qū)的水閘，水頭低，下游河床抗沖能力差，所以不采用挑流式消能，大部分采用底流式消能。所以結合資料給定的信息，流沙河水閘也采用底流式消能，所需設施為消力池、海漫和防沖槽等。 兩岸連接布置水閘的兩岸連接應能保證岸坡穩(wěn)定，改善水閘進、出水流條件，提高泄流能力和消能防沖效果，滿足側向防滲需要，減輕閘室底板邊荷載影響，且有利于環(huán)境綠化等。兩岸連接主要考慮上、下游翼墻的確定，上游翼墻采用圓弧式結構，這樣有利于引進水流。下游采用直線式，且每側擴散角為，這樣有利于分散過閘水流使水流速度減緩，保護下游岸坡。水力設計 水閘的消能防沖 消力池結構計算（1）、池深的計算消力池的計算可按照水閘設計規(guī)范中的公式計算，現(xiàn)把計算公式羅列如下： （61） （62） （63） （64）式中 —— 消力池深度（m）； —— 水躍淹沒系數(shù)，； —— 躍后水深（m）； —— 收縮水深（m）； —— 水流動能校正系數(shù)，可采用； —— 閘門垂直收縮系數(shù)，可按表61查的； —— 閘門開啟度（m）； —— 單寬流量（）； —— 重力加速度； —— 收縮水深斷面寬度（m）； —— 躍后水深斷面寬度（m）； —— 下游水深(m)； —— 躍后水深與下游水位的落差(m)； —— 消力池出口的流速系數(shù)。表61 平板閘門垂直收縮系數(shù)消力池深度計算時，首先應找出計算工況，本例中設計洪水和校核洪水都是淹沒出流，不需要設置消力池，只有在正常蓄水情況下，才會出現(xiàn)躍后水深大于下游水深的情況，因此，正常蓄水情況為水閘消力池計算的最不利工況。計算步驟：假定一個閘門開啟數(shù)和閘門開度，然后查表61確定垂直收縮系數(shù)；根據(jù)式63計算收縮水深；根據(jù)式62計算躍后水深；根據(jù)式64計算水位差；根據(jù)式61計算消力池深。 計算結果如表62所示：表62 消力池深計算表計算工況下泄流量Q單寬流量q下游水深(m)收縮水深(m)躍后水深(m)水躍類型水位差(m)消力池深(m)開一孔遠離式開度1m遠離式27。77遠離式開度2m遠離式遠離式開兩孔遠離式開三孔遠離式開四孔3遠離式開五孔遠離式開六孔淹沒式，滿足消力池設計深度的要求，護坦厚度初擬為1m。（2）、池長計算根據(jù)水閘設計規(guī)范中的設計要求進行消力池池長的計算，計算公式如下所示： （65） (66)式中 —— 消力池長度，m； —— 消力池斜坡段水平投影長度，m； —— 水躍長度校正系數(shù)，可采用； —— 水躍長度，m。根據(jù)上面求得結果，結合躍后水深和收縮水深，結合池長計算公式，可以求得消力池長度，斜坡段的坡度初擬為1：3。 海漫的結構計算水流經(jīng)過消力池消能后，仍有較大的剩余動能，紊亂現(xiàn)象也很劇烈，特別是流速分布不均勻，底部流速較大，具有一定的沖刷能力，故在消力池后仍需采用消能防沖加固措施，如海漫和防沖槽。海漫的作用是進一步消減水流余能，并調整流速分布，保護護坦和河床的安全，防止沖刷。（1）、海漫的長度海漫的長度取決于消力池出口的單寬流量、上下游水位差、地質條件、尾水深度及海漫本身的粗糙程度等因素。根據(jù)可能出現(xiàn)的最不利水位流量組合，可用規(guī)范中公式進行估算： (65)式中 —— 海漫的長度（m）； —— 海漫長度計算系數(shù)，可由表62查得； —— 消力池末端單寬流量，； ——消力池泄水時的上下游水位差，m。表62 值河床土質粗砂、細砂中砂、粗砂、粉質壤土粉質黏土堅硬黏土 資料中閘址的地方多為粗砂和細砂，所以初擬為14，計算海漫長度時候也要找出最不利工況下的情況，所以當中間閘門開度最大的時候為最不利工況，,所以海漫長度根據(jù)公式65計算如下：海漫水平段初擬為10m，水平段后為1：50的斜坡，這樣斜坡長度為54m。這樣可以便于水流均勻擴散，加快流速分布，增加水深，減小流速，保護河床不受沖刷。海漫采用漿砌石材料建造。 防沖槽水流經(jīng)過海漫后，能量得到進一步消除，但仍具有一定的沖刷能力，下游河床還可能被沖刷，為了保護海漫，常在海漫末端挖槽拋石加固，形成一道防沖槽，當河床沖刷都最大深度時，海漫仍不被破壞。 閘門控制方式的擬定閘門的控制運用應根據(jù)水閘的水力設計或水工模型試驗成果，規(guī)定閘門的啟閉順序和開度，避免產(chǎn)生集中水流或折沖水流等不良流態(tài)。閘門的控制運用方式應滿足下列要求：閘孔泄水時，保證在任何情況下水躍均完整地發(fā)生在消力池內。閘門盡量同時均勻分級啟閉。如不能全部同時啟閉，可由中間孔向兩側分段、分區(qū)或隔孔對稱啟閉，關閉時與上述順序相反。嚴格控制始流條件下的閘門開度，避免閘門停留在振動較大的開度區(qū)泄水。關閉或減小閘門開度時，避免閘門下游河道水位降落過快。 水閘的防滲設計 設計任務 水閘的防滲排水設計的任務是經(jīng)濟合理地擬定地下輪廓線的型式和尺寸，采取必要和可靠的防滲排水措施，以消除和減小滲流對水閘的不利影響，保證閘室的抗滑穩(wěn)定、閘基和兩岸的滲透穩(wěn)定。水閘防滲設計的一般步驟：（1）、根據(jù)水閘作用水頭的大小、地基地質條件和下游排水情況，初步擬定地下輪廓線。（2）、進行滲流分析，計算閘底板滲透壓力，并驗算地基土的滲透穩(wěn)定性。（3）、若抗滑穩(wěn)定和滲透穩(wěn)定均滿足要求，即可采用初擬的地下輪廓線，否則，應重新修改地下輪廓線。 閘基的防滲長度在工程規(guī)劃和可行性研究階段，初步擬定的閘基防滲長度應滿足下式要求： (71）式中 —— 閘基的防滲長度，即閘基輪廓線防滲部分水平段和垂直段長度的總和，m； —— 允許滲徑系數(shù)值，見表71； —— 上下游水位差，m。表71 允許滲徑系數(shù)值C 地 基 類 型排水條件粉砂細砂中砂粗砂中礫和細礫粗礫和夾卵石輕粉質砂壤土輕砂壤土壤土黏土有濾層無濾層根據(jù)資料中閘基地質為粗礫，所以選取C為3，在正常擋水時候，下游沒水，此時閘基處于最不利工況，所以此時的初擬防滲長度經(jīng)公式71所得： 滲流計算閘基滲流計算的目的是計算閘底板及護坦的滲透壓力和滲透坡降，并判定初擬地下輪廓線是否滿足抗滑穩(wěn)定和滲透穩(wěn)定的要求。否則，地下輪廓線要重新修改。常用的計算方法有流網(wǎng)法、直線法、改進阻力系數(shù)法、有限元法和電擬試驗法。這里采用改進阻力系數(shù)法進行滲流計算。計算步驟:(1)、確定地基計算深度。在相對不透水層較深時，須用有效深度作為計算深度。當時，（72），當時，（73）。式中 —— 地下輪廓線水平投影長度，m； —— 地下輪廓線垂直投影長度，m。算出有效深度后，再與相對不透水層的實際深度相比較，應取其中較小的值作為計算深度。（2）、按地下輪廓線形狀將滲流區(qū)分成若干個典型滲流區(qū)域，計算各段的水頭損失和各拐點的滲壓水頭。所用公式如下：進出口段 （74）內部垂直段 （75）內部水平段 （76）式中 —— 進出口段的阻力系數(shù)； —— 板樁或齒墻的入土深度，m； —— 地基透水層深度，m； —— 內部垂直段的阻力系數(shù)； —— 內部水平段的阻力系數(shù)，當小于0時，取； —— 內部水平段長度，m； —— 水平兩端板樁或齒墻的入土深度，m。（3）、用直線連接相鄰拐點的滲壓水頭，即畫出了滲透壓強分布圖。（4）、對進出口段水頭損失進行局部修正。一般情況下，僅在未修正前進出口滲透坡降不滿足時才進行修正。流沙河水閘滲流計算圖71如下：圖71 滲流計算簡圖第一步：簡化地下輪廓線。為了便于計算將復雜的地下輪廓線進行簡化，由于鋪蓋頭部及底板上下游兩端的齒墻均較淺，可以簡化為板樁。第二步：確定地基的有效深度。由地下輪廓線簡化圖71可知。，所以。第三步：滲流區(qū)域的分段和阻力系數(shù)的計算。從各拐點引等勢線，將滲流區(qū)域分為8個典型段，Ⅰ、Ⅷ為進出口段，Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ為內部垂直段，Ⅲ、Ⅵ為內部水平段。 （ （）（） （） （）（） （） （）第四步：計算滲透壓力。各段水頭損失的計算。； ； ； ； ； ； ； 進出口水頭損失的修正。進出口損失的修正系數(shù)：（）進口： 出口段修正系數(shù)：（）3