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水闸闸室的布置与构造

发布时间:2024/02/26       来源:水闸、泵站工程

  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。

  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。

  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。

  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)。

  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)]。

  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。

  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)

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

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