水闸的概念及计算概述Word格式文档下载.docx
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常用混凝土、浆砌石、少筋混凝土。
作用:
分隔闸孔,支承闸以及上部结构。
砼或浆砌石。
外形轮廊:
过闸水流平顺,侧向收缩小,以加大过水能力。
分方形、三角形、半圆形、流线形。
高程:
上游高出最高水位并有一定超高。
长度:
与闸底板顺水流长度相同。
上、下游侧:
铅直或10:
1~5:
1竖坡。
闸墩厚度:
满足强度,稳定要求,决定于工作门槽深度和门
槽颈部厚度。
门槽颈部厚度最小值为0.5m
门槽深0.3m槽宽0.5~1.0
缝墩:
1.2~1.5
检修门槽与工作门槽之间须保持1.5~2.0m净距。
胸墙与检修门槽之间也应留足1.0m以上的间距。
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
减少闸的高度,减轻立门重和降低对启闭机重量的要求。
布置位置:
置于门后--闸门紧靠胸墙,且止水效果好而简单;
门前---止水结构复杂,易于磨损,有利于启闭,钢丝绳不易磨损
•
顶高程:
顶与闸墩齐平。
底梁梁底高程:
满足堰流的要求,堰顶高程+堰顶下游水深+(0.2m)。
厚度:
不小于0.15~0.2m
结构形式:
板式、梁板式。
支撑方式:
固接、简支
五、交通桥及工作桥
交通桥
工作桥:
安装启闭设备
初步确定桥高时,平面门可取门高的二倍再加1.0~1.5m的超高值,并满足闸门能从闸门中取出检修的要求。
若用活动式启闭机,桥高可低些,但亦应大于1.7倍门高。
升卧闸门的桥高为平面直升门高的70%。
弧形门则视闸门吊点位置等情况而定,一般要比平面门的工作桥低得多。
六、分缝方式及止水设备
1.分缝
水闸沿垂直水流方向每隔一定距离,必须设置沉降缝予以分开,以免闸室因地基不均匀沉降及伸缩变形而产生裂缝。
缝的间距岩基上不宜超过20m,土基上不宜超过35m,缝宽2~3cm。
除了闸室分缝外,凡相邻结构荷重相差悬殊或结构较长、面积较大的地方,都需设缝分开。
如在铺盖与水闸底板连接处、翼墙与边墩及铺盖连接处、消力池底板与闸底板、翼墙连接处都要设沉降缝,当混凝土铺盖及消力池底板面积较大时,也要设沉降缝。
2.止水。
凡具有防渗要求的缝,都应设止水。
按照止水设备的方向,有铅直止水和水平止水两种。
前者设在缝墩中、边墩与翼墙之间以及各段翼墙之间等。
后者设在铺盖、消力池底板与闸底板、翼墙之间,闸底板与铺盖、消力池底板间的分缝处等
1)止水形式
垂直止水----闸墩(缝墩)中的边墩与岸墙之间的、岸墙与翼墙之间的接缝、以及翼墙的分段缝。
水平止水-----铺盖与底板之间;
铺盖与两侧翼墙底板之间;
底板分缝隙段;
砼或混凝土铺盖的分坝缝;
闸后护坦与闸底板之间的分缝;
护坦与翼墙之间的接缝;
护坦分坝缝。
2)止水设备
垂直止水设备一般都设在靠近上游挡水面处(临水面0.2~0.5m)止水设备上游部分的缝应该是不透水的,下游宜保持通畅,此外,止水设备应防止两个相邻构件之间因发生相对垂直位移而被撕裂。
水平止水多布置在距上面0.2~0.3m处,在缝下面铺设2~3层油毛毡或沥青片。
紫铜片、塑料止水带、橡皮止水带
8-6
闸室稳定分析、沉降校核及地基处理
闸室稳定分析、沉降计算、地基处理
教学重点
闸室稳定分析
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。
地震力按拟静力法计算
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计算浪压力。
水平水压力:
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)b点之间按直线变化
黏土铺盖:
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)
三、计算方法
1、验算闸室基底压力
对称闸孔:
±
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。
(用钢筋和闸室底板可靠的连接起来)
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
(2)在竖向荷载和水平荷载共同作用下,地基承载力核算。
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。
(土力学)
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)增强闸室刚度以减小不均匀沉降差;
如浙江省慈溪市某一挡潮排涝闸,闸室分缝距离为36.40m,采用双胸墙增强闸室刚度后,最大沉降差仅为4.2cm,效果明显。
(5)采用轻型结构和加长底板长度,或增加埋置深度以减小基地压力
(6)进行必要的地基处理,以提高地基承载力
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
预压堆石高度,应使预压荷重约为1.5~2.0倍水闸荷载,但不能超过地基的承载能力,否则会造成天然地基的破坏。
为了缩短预压施工时间,可在地基中设置塑料排水板,以改善软土地基的排水条件,加快地基固结。
塑料排水板间距一般为1~3m,深度应穿过预压层。
(二)换土垫层
适用情况:
软弱粘性土
薄层、浅表----全部挖除
层厚-----采用换土垫层
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(深基础)
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(深基础)
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、树干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
它是利用一个直径为0.3~0.8m,长约2m,下端设有喷水口的振冲器,先在土基内造孔,下管,然后,向上移动,边振动,边沿管向下填注砂石料形成砂石桩。
桩径一般为0.6~0.8m,间距1.5~2.5m,呈梅花形或正方形布置。
桩的深度根据设计要求和施工条件确定,一般为8~10m。
振冲桩的砂石料宜有良好的级配,碎石最大粒径不宜大于5cm。
振冲砂石桩适用于松砂或软弱的壤土地基。
(六)强夯法
它是由重锤夯实法发展起来的。
用100~400kN重锤从6~25m高处自由落下,撞击土层,每分钟2或3次。
该法适用于细砂、中砂和砂壤土等强透水的土层。
在透水性差的粘性土地基上,如设置砂井(或排水板),也可收到较好的效果。
(七)爆炸法
在松砂层厚度较大的地基上建闸,可采用爆炸振密法。
先在地基内钻孔,孔距约5~6m,沿孔深每隔一定距离放置适量的炸药,利用爆炸力使松砂密实。
该法对粗砂、中砂地基比较有效,而对细砂,尤其是粉砂地基,效果较差。
爆炸振密深度一般不超过10m。
(八)高速旋喷法
旋喷法是用钻机以射水法钻进至设计高程,然后由安装在钻杆下端的特殊喷嘴把高压水、压缩空气和水泥浆或其他化学浆液高速喷出,搅动土体,同时钻杆边旋转边提升,使土体与浆液混合,形成桩柱,以达到加固地基的目的。
旋喷法可用来加固粘性土及砂性土地基,也可用作砂卵石层的防渗帷幕,适用范围较广。
8-7
闸室的结构计算
底板结构计算、闸墩结构计算
底板结构计算的弹性地基梁法
学时
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
反力直线分布法
小型水闸
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
0.2