水闸闸室的布置与构造Word格式.docx
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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。
底板厚度必须满足强度和刚度要求。
闸室底板通常是等厚度的,也可以采用变厚度,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。
整体式平底板抗震性能较好,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),箱式平底板具有很好的整体性,对地基不均匀沉降的适应性和抗震性能都很好,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布置等要求,一般情况下,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,有时为了布置油缸,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:
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,同时也有利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,为了施工方便也可做成等厚。
孔径大于6m时,为了减小板厚,通常采用板梁式结构。
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,为了增强整个闸室刚度,也有采用胸墙与闸墩固支的形式[图7-34(b)],此时墙厚可以减小,但在迎水面靠近闸墩处可能引起裂缝,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。
工作桥的结构形式视水闸规模而定。
小型水闸一般采用板式结构,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温度变化而产生裂缝。
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),对于这种布置,闸墩可以不必分缝,闸室总宽度可以减小。
但有地震设防要求的水闸,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,通常采用铅直贯通缝;
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,这样才能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)