探究水工建筑物中水閘的構(gòu)成及分類
1. 水閘的作用
控制水位、調(diào)節(jié)流量的低水頭水工建筑物,是農(nóng)田水利中龍頭工程,常與堤壩、船閘、魚道、水站、抽水站等建筑物組成水利樞紐,以滿足防洪、排洪、航運(yùn)、灌溉以及發(fā)電水利工程的需要。
2. 水閘的分類
2.1 按水閘所承擔(dān)任務(wù)分 節(jié)制閘。調(diào)節(jié)水位,控制流量。枯水期借以抬高水位,以利取水和上游航運(yùn),洪水期用以控制流量。渠系建筑物中節(jié)制閘一般建于支渠分水口的下游,用以抬高水位,滿足支渠引水需要。
進(jìn)水閘:建在河道、湖泊的岸邊或渠道,用來引水灌溉、發(fā)電或其他用水需要。灌溉渠系中建于干渠以下渠道首的進(jìn)水閘,作用上把上一級渠道的水分下一級渠道,分水閘、斗門、農(nóng)門排水閘建在江河沿岸排水渠出口處,外河上漲時(shí),關(guān)閘門防水洪水倒灌,避免洪災(zāi)。當(dāng)外河水位退落時(shí),開閘排水防止?jié)碁?zāi)。具有雙面擋水的作用。擋潮閘建在河流入流的河口地段,以防止海水倒灌。抬高內(nèi)河水位,滿足蓄淡灌溉。退潮排澇。有通航孔,還可平潮時(shí)通潮。具有雙向擋水作用——擋潮閘、排水閘分洪閘:常建于河道的一側(cè),用來將超過下游河道安全洪量的洪水泄入預(yù)定的湖泊、洼地,即使消減洪峰,保證下游河道安全。
2.2 按閘室結(jié)構(gòu)型式分
開敞式水閘和涵洞式水閘。
3. 水閘的組成:上游連接段、閘室段、下游連接段
3.1 上游連接段作用 將上游來水平順地引進(jìn)閘室,同時(shí)起防沖、防滲、擋土等作用。
3.2 上游連接段組成 上游翼墻:引導(dǎo)水流平順進(jìn)閘。
鋪蓋:起防滲作用,并要起防沖作用。
護(hù)坡、護(hù)底:保護(hù)河岸和河床不受沖刷。
上游防沖槽:保護(hù)護(hù)岸頭部,防止河床沖刷而護(hù)底方向發(fā)展。
3.3 下游連接段 包括消力池、海漫、下游防沖槽、下游翼墻及護(hù)坡等(使水流經(jīng)有效消能后平順流出閘室,與下游河床段連接)。
消力池:緊接閘室布置,具有形成水躍和保護(hù)水躍范圍內(nèi)河床允許受沖刷作用,是消能的主要措施。
海漫:布置在消力池后面,繼續(xù)消除余能,調(diào)整流速分布,用塊石砌成。
防沖槽:海漫的末端防沖措施,防止海漫后河床沖刷向上游發(fā)展。
下游翼墻:水流均勻擴(kuò)散,并保護(hù)兩岸免受沖刷。
護(hù)坡:布海漫和防沖槽范圍內(nèi),一般用塊石。
3.4 閘室段 是水閘主體,包括底板、閘墩、閘門、胸墻、岸墻、工作橋和交通橋。
底板:閘室基礎(chǔ),承受閘室全部荷載,較均勻地將荷載傳給地基并利用底板與地基圖摩擦來維持閘室穩(wěn)定,還有防沖、防滲作用。
閘墩:分割閘孔、支撐閘門和橋梁。
工作橋:供安裝啟閉機(jī)和工作人員操作機(jī)器之用。
岸墻:閘室與河岸的連接結(jié)構(gòu),主要以擋土,并且有側(cè)向防滲作用。
4. 水閘選擇的要求
節(jié)制閘或泄洪閘閘址宜選擇在河道順直、河勢相對穩(wěn)定的河段,經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后可以選擇在彎曲河段裁彎取直的新開河道上。進(jìn)水閘、分水閘或分洪閘閘址宜選擇在河岸基本穩(wěn)定的順直河段或彎道凹岸頂點(diǎn)稍偏下游處,但分洪閘閘址不宜選擇在險(xiǎn)工堤段和被保護(hù)的重要城鎮(zhèn)下游堤段。排水閘或泄洪閘閘址宜選擇在地勢低洼、出水暢通處,排水閘閘址宜選擇在靠近重要澇區(qū)和容泄區(qū)的老堤堤線上。擋潮閘閘址宜選擇在岸線和岸坡穩(wěn)定的潮汐河口附近,且閘址泓灘中淤變化較小、上游河道有足夠的蓄水容積地點(diǎn)。
5. 水閘消能防沖過閘水流特點(diǎn)
出閘流速較大,紊動(dòng)強(qiáng)烈。上游水位差較小。岀流形式隨閘門開啟程序變化。
6. 水閘的沖刷
波狀水躍的產(chǎn)生:淹沒水躍沒有發(fā)生或水躍淹沒過大。岀流擴(kuò)散下均勻,產(chǎn)生折沖水流。上下游水位差較小,形成波狀水躍,消能效率低。
基本消能方式:底流消能為主,有消力池,海漫,防沖槽等部分組成。其形式可根據(jù)水流情況,地形條件,施工能力消能效果等選用。
波狀水躍的防止措施:總體布置時(shí),盡量使用上游渠道有一段較的順直段,確保來水順均勻;控制下游翼墻的擴(kuò)散角,擴(kuò)散角宜7~12,使水流均勻擴(kuò)散;制定合理的閘的開啟程序,注意均勻起步,間隙對稱開啟原則,力避開啟,關(guān)閉時(shí)大起大落和多孔閘部分閘孔泄流的運(yùn)用方式。
7. 常用防滲及排水設(shè)施
水平防滲設(shè)備:齒墻,板墻和防滲墻等排水體與反濾層,主要目的是為改善排水為了繼續(xù)降壓,并將滲流安全的導(dǎo)向下游。
板樁的作用:鋪蓋前端或室底板上游端時(shí),降低壓力,設(shè)在閘室底板下游側(cè)的矩板主要為減小出口處的滲壓力。
閘室結(jié)構(gòu)布置:包括底板,閘墩,胸墻,閘門,工作橋和交通橋等部分
閘墩作用:分隔閘孔,支承閘及上部結(jié)構(gòu)胸墻作用,減少閘的高度,減輕立門重和降低對啟閉機(jī)重量的要求工作橋的作用:設(shè)置啟閉機(jī)和管理人員操作啟閉之用
水閘和河岸或堤,壩等連接時(shí),必須設(shè)置連接建筑,包括:上,下游翼墻和便墩,有時(shí)還有防滲刺墻,其作用:
(1)擋住兩側(cè)填土,維持土壩及兩岸的穩(wěn)定。
(2)當(dāng)水閘泄水或引水時(shí),上游冀墻用于引導(dǎo)水流平順進(jìn)閘,下游冀墻使出閘水流均勻擴(kuò)散,減少?zèng)_刷。
(3)保持兩岸或土壩邊坡不受過閘水流的沖刷。
(4)控制通過閘身兩側(cè)的滲流,防止與其相連的岸坡或土壩產(chǎn)生滲透變形。
(5)在軟弱地基上設(shè)有獨(dú)立岸墻時(shí),可以減少地基沉降對閘身應(yīng)力的影響。