水闸闸室的布置与构造 闸室是水闸的主体部分，由底板、闸墩、闸门、工作桥及交通桥等部分所组成，有许多水闸还设有胸墙。 1底板 按底板与闸墩连接方式的不同，底板可分为整体式及分离式（图7-29）两种。按底板结构及形式的不同，大致上可以分为平底板［图7-5（a）］、低堰式［图7-5（b）］、以及折线底板等，工程中使用最多的是整体式平底板。 图 7-29 底板与闸墩的连接方式 （a）整体式；（b）分离式 1. 整体式平底板 当平底板与闸墩连成整体时，这种底板称为整体式平底板。它是闸室的基础部分，能把上部结构的重力及荷载传给地基，并有防冲及防渗作用。底板长度（顺水流方向）应根据闸室地基条件和结构上的布局要求，以满足闸室整体稳定和地基允许承载力为原则，做综合分析确定。初拟底板长度时，除满足闸室上部结构布置的要求外，还可参考以下两种经验数据选用：①约为上游水深的1.5～2.5倍，坚实地基取下限值，松散地基取上限值；②约为上、下游最大水位差的1.5～4.5倍，在相同的情况下，砂土地基L稍小些，黏土地基稍大些。 底板厚度一定要满足强度和刚度要求。闸室底板通常是等厚度的，也能够使用变厚度，后者在地基较坚实的情况下，有利于改善底板的受力条件，例如加大闸墩墩基部位的厚度，减小跨中部位的厚度。对于大、中型水闸，闸室平底板厚度可以取闸孔净宽的1/6~1/8，一般为1.0～2.0m，最薄也不宜小于0.7m。在底板上、下游两端一般均设有浅齿墙，深度为0.5～1.5m，以增加闸室的稳定性和延长防渗长度。底板混凝土应满足强度、抗渗及防冲等要求，其强度等级常用C20～C25。整体式平底板抗震能力较好，根据辽南地震调查，黑鱼沟水闸及虎茬水闸均为钢筋混凝土整体式平底板，经强烈地震后仍保持完整，并能继续正常运用。 当地基较差时，如承载能力只有30～40kN/m2时，则需考虑减轻底板及其上部结构的重力或加大底板长度。有的水闸采用空箱式底板（图7-30），箱式平底板具有非常好的整体性，对地基不均匀沉降的适应性和抗震能力都很好，但缺点是工程量很大，施工较复杂。因此，只有在高压缩性软茹土地基上，为了减小地基的不均匀沉降需增大闸室的横向刚度，或因承载力不足需加大闸室底板砌置深度时，才采用箱式平底板。当在松软地基上且荷载较大时，如采用这种箱式平底板，即可不做地基处理。 图 7-30 空箱式底板（单位：m） 图 7-31 分离式底板（单位：cm） 2. 分离式底板 底板与闸墩之间用沉降缝分开后，即形成分离式底板（图7-31）。该底板仅有防冲和防渗要求，而闸室上部结构的重力及外荷直接由闸墩传给地基。因此，在满足底板不被扬压力抬起的原则下，底板可以做得较薄，配筋量也很少。总之，分离式底板比整体式平底板节省水泥和钢筋。底板材料可用混凝土，在小型水闸中也可用浆砌块石，但其表面需浇筑一层混凝土或加筋混凝土，厚约15cm，主要起平整表面、防冲及防渗的作用。 分离式底板常建在砂土及砂壤土地基上，这种地基沉降较快，施工期内闸墩沉降已经基本完成，在运用期间可减少闸墩与底板之间的不均匀沉降。对于软弱地基，需在进行地基处理后才能建造分离式底板。图7-31所示的水闸，地基采用桩基处理，闸墩直接建在井柱桩上，底板亦为分离式，这种形式称为桩基分离式平底板。 分离式底板水闸的整体性较差，在涵洞式和双层式闸室结构中不宜采用，也不宜建在地震区，但桩基分离式底板可以建在地震区。 当在闸室底板中间分缝时，由于底板挑出的悬臂不宜过长，故闸孔的孔径一般不宜大于8m；当在闸室底板两侧分缝时，闸孔孔径不是完全由底板挑出的悬臂长度来决定的，闸孔孔径可以大于8m。 2闸墩 闸墩的作用主要是分隔闸门，同时也支承闸门、胸墙、工作桥及交通桥等上部结构。闸墩长度应满足上部结构上的布局等要求，正常的情况下，该值等于底板长度，也可以小于底板长度。如，当需调整闸室重心位置或需利用上游水重以增加闸室抗滑稳定时，底板顺水流方向长度可向上游端或下游端略加长，但伸出闸墩的悬臂长度一般不宜超过闸室底板厚度的1倍。 闸墩外部形状应使水流平顺，减小侧收缩影响，以提高闸孔过水能力，但也要考虑到施工方便、不易损坏等因素。上游墩头可采用半圆形，下游墩头宜采用流线形。闸墩厚度应根据闸孔孔径、受力条件、结构构造要求和施工方法等确定。混凝土和少筋混凝土闸墩厚度约为0.9～1.4m，浆砌石闸墩厚度约为0.8～1.5m，闸墩在门槽处的厚度不宜小于0.4m。如采用油压启闭，闸墩门槽厚度应根据油压管布置的需要加以确定，有时为布置油缸，可以不增加墩厚而将闸墩两侧门槽前后错开布置［图7-32（a）］。 图 7-32 闸墩布置（单位：cm） 1—工作门槽；2—检修门槽；3—油缸 平面闸门的门槽尺寸应根据闸门尺寸及支承方式而定。工作闸门的门槽宽深比宜取1.6～1.8，门槽深度一般为0.2～0.4m，门槽宽度约为0.5～0.8m。检修门槽与工作门槽之间的净距约为1.5～2.0m，以便闸门安装与进人检修，同时更有助于启闭机的布置与运行［图7-32（b）］。位于江河大堤上的单孔水闸，往往闸室很高，边墩承受的侧向力较大，有时可在两边墩之间设置若干横撑，这样有助于抵消侧压力，大大减小边墩的工程量。如水闸地基较好或采用桩基处理时，除采用上述闸墩形式外，还可考虑采用框架式闸墩（图7-33）。 图 7-33 框架式闸墩（高程单位：m；尺寸单位：cm）（第5版 图7-30 图名相同） 3胸墙 当水闸挡水高度较大时，如河道堤防上的引水闸等，可设置胸墙代替一部分闸门挡水。胸墙顶宜与闸顶齐平，胸墙底高程应根据孔口泄流量要求计算确定。胸墙上游面底部宜为流线形或圆弧形，使水流平顺地进入闸孔。对于平面闸门，胸墙可以设在闸门下游，也可以设在上游。如胸墙设在闸门上游，则止水放在闸门前面，这种前止水结构较为复杂，且易磨损；但启门的钢丝绳或螺杆可以不浸泡在水中，可以延缓锈蚀，对闸门运行条件有利。如胸墙设在闸门下游，则止水放在闸门后面，这种止水可以利用水压力把闸门压紧在胸墙上，止水效果较好，但由于钢丝绳或螺杆长期处在水中，易于锈蚀，因此，在工程中使用不多。 胸墙应采用钢筋混凝土建造。孔径不大于6m 时可采用上薄下厚的板式结构，为施工方便也可做成等厚。孔径大于6m 时，为了减小板厚，一般会用板梁式结构。对于上梁高度 （水平向），一般取为闸孔宽的1/12～1/15；对于下梁高度（水平向），还应该要考虑胸墙与闸门共同作用的影响。因为下梁背水面（或迎水面）与闸门顶部紧靠，要求下梁有较大的刚度，保证在水压力作用下，水平向变形不致很大，以免引起闸门顶边止水失效，所以，下梁高度比上梁大，常不小于闸孔宽的1/6～1/9。 胸墙一般简支在闸墩上［图7-34（a）］，胸墙与闸墩连接处涂以薄层沥青，并设置油毛毡。简支胸墙迎水面不易产生裂缝，但墙厚较大。在软弱地基上均采用整体式闸室结构，为增强整个闸室刚度，也有采用胸墙与闸墩固支的形式［图7-34（b）］，此时墙厚能减小，但在迎水面靠近闸墩处可能会导致裂缝，使钢筋生锈，甚至漏水。 图 7-34 胸墙与闸墩的连接方式 （a）简支； （b）固支 1—胸墙；2—闸墩；3—钢筋；4—油毛毡 4工作桥和交通桥 为了安置闸门的启闭设备及工作人员操作的需要，通常设置工作桥，并在闸墩上修建支墩或排架等，用来支承工作桥。 工作桥高度视闸门和启闭设备的形式及闸门高度而定。一般应使闸门开启后，门底高于上游最高水位，以免阻碍过闸水流。对于一般的平面闸门，若用固定启闭设备，工作桥横梁底部高程与闸室底板高程的差值约等于闸门高度的2倍再加0.4～0.8m的富余高度（图7-35）。为了美观、视角效果和便于管理人员上去操作管理，工作桥高度不宜太高，少孔闸更是如此。若用活动启闭设备，桥的高度可以低些，但应保证闸门放得进、拿得出。若用绳鼓式启闭机及活动门槽，工作桥的高度还可降低。对于弧形闸门及升卧式平面闸门，工作桥高度应视闸门吊点位置等具体条件而定，比铅直升降式平面闸门的工作桥高度降低较多。 图 7-35 螺杆式启闭机的工作桥布置图 工作桥除应满足启闭设备所需的宽度外，还应在桥的两侧各留0.6～1.2m以上的富余宽度，以供工作人员操作及设置栏杆之用，桥面总宽度约为3～5m。 工作桥的结构及形式视水闸规模而定。小型水闸一般都会采用板式结构，大、中型水闸采用装配式板梁结构，其梁系布置应与启闭设备的布置、尺寸相适应（图7-35、图7-36）。纵梁通常设置2根，多用T形梁，也可采用П形梁。横梁的设置要视启闭设备位置而定，通常在启闭设备下面布置一对横梁。对于单吊点螺杆式启闭机，则在跨中布置一对横梁；对于绳鼓式启闭机，则常将启闭机的电动机和减速箱放在桥跨中部，而将绳鼓放在靠近闸墩的桥跨两端，这样，在桥跨中部和两端各布设一对横梁（图7-36）。当纵、横梁的高度不能够满足预埋螺栓长度要求，或者启闭设备高度较小而操作不便时，可在纵、横梁上浇筑混凝土机墩，再在其上安装启闭设备。 在支墩或排架上要做门槽（图7-35），以免闸门临空摆动，同时，为了闸门安装和检修方便，至少要将一侧门槽做成活动的。 建造水闸时常在闸墩上架设交通桥，供汽车、拖拉机及行人等通行。交通桥的位置应根据闸室稳定及两岸交通连接等条件确定，通常布置在闸室靠低水位一侧，有时也可布置在闸室靠高水位一侧。桥面宽度按交通要求确定。 工作桥、检修便桥和交通桥的梁（板）底高程均应高出最高洪水位0.5m以上；若有流冰，应高出流冰面以上0.2m；有通航要求时，应满足通航净空要求。 图 7-36 设有2×22.5kN绳鼓式启闭机的工作桥布置（单位：cm）（第5版 图7-33 图名相同） 5缝和止水 闸室在垂直水流方向，每隔一定距离需用缝分开，以免闸室因地基不均匀沉降及气温变化而产生裂缝。缝的间距（即闸室分段长度）主要根据闸室地基条件和结构构造特点，结合考虑采用的施工方法和措施等因素确定。岩基上的缝距不宜超过20m，土基上的缝距不宜超过35m，缝的宽度应保证闸室相邻部分沉降时互不影响，一般为2.0～3.0cm。设置沉降缝，可代替温度缝的作用。 在整体式底板中，沉降缝设在闸墩中间，主要是保证在闸室发生不均匀沉降时不会妨碍闸门的正常运用。分缝不宜过多，因为分缝的闸墩需要加厚，工程量必将增加。对于中孔，一般每隔二、三孔设一道沉降缝；对于边孔，为了减轻岸墙（或边墩）及墙后填土对闸室的不利影响，最好为一孔一联或两孔一联（图7-37）。对坚实地基上的水闸，可以将缝设在底板中间（图7-38），对这种布置，闸墩可以不必分缝，闸室总宽度能减小。但有地震设置防护要求的水闸，沉降缝宜设在闸墩中间。 图 7-37 闸室的闸墩分缝 （第5版 图7-34 图名相同） 图 7-38 闸室的底板分缝 设在闸墩中间的永久缝，一般会用铅直贯通缝；设在闸室底板上的永久缝，可采用铅直贯通缝，也可采用斜搭接缝或齿形（阶梯状）搭接缝。 除了闸室本身要分缝以外，凡是相邻结构荷重相差悬殊或结构较长、面积较大的地方，都要用缝分开，如铺盖与闸室底板、翼墙连接处，消力池与闸室底板、翼墙连接处。混凝土铺盖及消力池的护坦面积较大时也需设缝（图7-39）。翼墙较长时亦需设缝，建筑在坚实或中等坚实地基上的翼墙，缝距可采用15～20m；建筑在松软地基或填土上的翼墙，缝距可适当减短。 水闸设缝后，凡是具有防渗要求的缝都须设置止水设备。对于止水设备，除应满足防渗要求外，还应能适应混凝土收缩及地基不均匀沉降的变形；同时，也要构造简单，易于施工。止水按位置不同可分为铅直止水（图7-40）及水平止水（图7-41）两大类。两个止水交叉处的构造，必须妥善处理，这样才可以形成一个完整的止水体系（图7-42、图7-43）。铅直交叉常用柔性连接，水平交叉多用刚性连接。 图 7-39 水闸的分缝与止水布置（第5版 图7-36 图名相同） 图 7-40 铅直止水构造（单位：cm）（第5版 图7-37 图名相同） 图 7-41 水平止水构造（单位：cm）（第5版 图7-38 图名相同） 1—沥青油毛毡或沥青砂板、沥青杉板填缝；2—紫铜片或镀锌铁皮；3—塑料止水片； 4—ф70～ф100沥青油毛毡卷；5—灌沥青或用沥青麻索填塞；6—橡皮；7—鱼尾螺栓； 8—沥青混凝土；9—2～3层沥青油毛毡或麻袋浸沥青，宽50～60cm 图 7-42 止水交叉柔性连接（第5版 图7-39 图名相同） （a）铅直交叉；（b）水平交叉 图 7-43 止水交叉刚性连接（第5版 图7-40 图名相同） （a）铅直交叉；（b）水平交叉
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