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廈門恩禹機械設(shè)備有限公司
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水閘簡介
修建在河道和渠道上利用閘門控制流量和調(diào)節(jié)水位的低水頭水工建筑物。關(guān)閉閘門可以攔洪、擋潮或抬高上游水位，以滿足灌溉、發(fā)電、航運、水產(chǎn)、環(huán)保、工業(yè)和生活用水等需要；開啟閘門，可以宣泄洪水、澇水、棄水或廢水，也可對下游河道或渠道供水。在水利工程中，水閘作為擋水、泄水或取水的建筑物，應(yīng)用廣泛。關(guān)閉閘門，可以攔洪、擋潮、蓄水抬高上游水位，以滿足上游取水或通航的需要。開啟閘門，可以泄洪、排澇、沖沙、取水或根據(jù)下游用水的需要調(diào)節(jié)流量。水閘在水利工程中的應(yīng)用十分廣泛，多建于河道、 渠系、水庫、湖泊及濱海地區(qū)。
水閘沿革
中國修建水閘的歷史悠久。公元前598～前591年,楚令尹孫叔敖在今安徽省壽縣建芍陂灌區(qū)時,即設(shè)五個閘門引水。以后隨建閘技術(shù)的提高和建筑材料新品種的出現(xiàn)，水閘建設(shè)也日益增多。1949年后大規(guī)模現(xiàn)代化水閘的建設(shè),在中國普遍興起,并積累了豐富的經(jīng)驗。如長江葛洲壩樞紐的二江泄水閘，泄量為84000km3/s，位居中國*，運行情況良好。上修建水閘的技術(shù)也在不斷發(fā)展和創(chuàng)新，如荷蘭興建的東斯海爾德?lián)醭遍l，閘高53m，閘身凈長3km，被譽為海上長城（見彩圖）。當(dāng)前水閘的建設(shè)，正向形式多樣化、 結(jié)構(gòu)輕型化、 施工裝配化、操作自動化和遠(yuǎn)動化方向發(fā)展。
水閘類型
水閘，按其所承擔(dān)的主要任務(wù)，可分為：節(jié)制閘、進水閘、沖沙閘、分洪閘、擋潮閘、排水閘等。按閘室的結(jié)構(gòu)形式，可分為：開敞式、胸墻式和涵洞式（圖1）。開敞式水閘當(dāng)閘門全開時過閘水流通暢，適用于有泄洪、排冰、過木或排漂浮物等任務(wù)要求的水閘，節(jié)制閘、分洪閘常用這種形式。胸墻式水閘和涵洞式水閘，適用于閘上水位變幅較大或擋水位高于閘孔設(shè)計水位，即閘的孔徑按低水位通過設(shè)計流量進行設(shè)計的情況。胸墻式的閘室結(jié)構(gòu)與開敞式基本相同，為了減少閘門和工作橋的高度或為控制下泄單寬流量而設(shè)胸墻代替部分閘門擋水，擋潮閘、進水閘、泄水閘常用這種形式。如中國葛洲壩泄水閘采用12m×12m活動平板門胸墻，其下為12m×12m弧形工作門，以適應(yīng)必要時宣泄大流量的需要。涵洞式水閘多用于穿堤引(排)水，閘室結(jié)構(gòu)為封閉的涵洞，在進口或出口設(shè)閘門，洞頂填土與閘兩側(cè)堤頂平接即可作為路基而不需另設(shè)交通橋，排水閘多用這種形式。
水閘組成
水閘由閘室、上游連接段和下游連接段組成（圖2）。閘室是水閘的主體,設(shè)有底板、 閘門、 啟閉機、閘墩、胸墻、工作橋、交通橋等。閘門用來擋水和控制過閘流量，閘墩用以分隔閘孔和支承閘門、胸墻、工作橋、交通橋等。底板是閘室的基礎(chǔ)，將閘室上部結(jié)構(gòu)的重量及荷載向地基傳遞，兼有防滲和防沖的作用。閘室分別與上下游連接段和兩岸或其他建筑物連接。上游連接段包括：在兩岸設(shè)置的翼墻和護坡，在河床設(shè)置的防沖槽、護底及鋪蓋，用以引導(dǎo)水流平順地進入閘室，保護兩岸及河床免遭水流沖刷，并與閘室共同組成足夠長度的滲徑，確保滲透水流沿兩岸和閘基的抗?jié)B穩(wěn)定性。下游連接段，由消力池、護坦、 海漫、 防沖槽、兩岸翼墻、護坡等組成，用以引導(dǎo)出閘水流向下游均勻擴散，減緩流速，消除過閘水流剩余動能，防止水流對河床及兩岸的沖刷。
水閘特點
水閘關(guān)門擋水時，閘室將承受上下游水位差所產(chǎn)生的水平推力，使閘室有可能向下游滑動。閘室的設(shè)計，須保證有足夠的抗滑穩(wěn)定性。同時在上下游水位差的作用下，水將從上游沿閘基和繞過兩岸連接建筑物向下游滲透，產(chǎn)生滲透壓力，對閘基和兩岸連接建筑物的穩(wěn)定不利，尤其是對建于土基上的水閘，由于土的抗?jié)B穩(wěn)定性差，有可能產(chǎn)生滲透變形，危及工程安全，故需綜合考慮閘址地質(zhì)條件、上下游水位差、閘室和兩岸連接建筑物布置等因素，分別在閘室上下游設(shè)置完整的防滲和排水系統(tǒng)，確保閘基和兩岸的抗?jié)B穩(wěn)定性。開門泄水時，閘室的總凈寬度須保證能通過設(shè)計流量。閘的孔徑，需按使用要求、閘門形式及考慮工程投資等因素選定。由于過閘水流形態(tài)復(fù)雜，流速較大，兩岸及河床易遭水流沖刷，需采取有效的消能防沖措施。對兩岸連接建筑物的布置需使水流進出閘孔有良好的收縮與擴散條件。建于平原地區(qū)的水閘地基多為較松軟的土基，承載力小，壓縮性大，在水閘自重與外荷載作用下將會產(chǎn)生沉陷或不均勻沉陷，導(dǎo)致閘室或翼墻等下沉、傾斜，甚至引起結(jié)構(gòu)斷裂而不能正常工作。為此，對閘室和翼墻等的結(jié)構(gòu)形式、布置和基礎(chǔ)尺寸的設(shè)計，需與地基條件相適應(yīng)，盡量使地基受力均勻，并控制地基承載力在允許范圍以內(nèi)，必要時應(yīng)對地基進行妥善處理。對結(jié)構(gòu)的強度和剛度需考慮地基不均勻沉陷的影響，并盡量減少相鄰建筑物的不均勻沉陷。此外，對水閘的設(shè)計還要求做到結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟合理、造形美觀、便于施工、管理，以及有利于環(huán)境綠化等。
水閘設(shè)計
水閘設(shè)計的主要內(nèi)容如下。
閘址和閘檻高程的選擇 根據(jù)水閘所負(fù)擔(dān)的任務(wù)和運用要求，綜合考慮地形、 地質(zhì)、 水流、泥沙、施工、管理和其他方面等因素，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較選定。閘址一般設(shè)于水流平順、 河床及岸坡穩(wěn)定、 地基堅硬密實、抗?jié)B穩(wěn)定性好、場地開闊的河段。閘檻高程的選定，應(yīng)與過閘單寬流量相適應(yīng)。在水利樞紐中，應(yīng)根據(jù)樞紐工程的性質(zhì)及綜合利用要求，統(tǒng)一考慮水閘與樞紐其他建筑物的合理布置，確定閘址和閘檻高程。
水閘水力
水力設(shè)計 根據(jù)水閘運用方式和過閘水流形態(tài)，按水力學(xué)公式計算過流能力，確定閘孔總凈寬度。結(jié)合閘下水位及河床地質(zhì)條件，選定消能方式。水閘多用水躍消能，通過水力計算，確定消能防沖設(shè)施的尺度和布置。估算判斷水閘投入運用后，由于閘上下游河床可能發(fā)生沖淤變化，引起上下游水位變動，從而對過水能力和消能防沖設(shè)施產(chǎn)生的不利影響。大型水閘的水力設(shè)計，應(yīng)做水力模型試驗驗證。
水閘防滲排水
防滲排水設(shè)計 根據(jù)閘上下游水位差和地基條件,并參考工程實踐經(jīng)驗,確定地下輪廓線（即由防滲設(shè)施與不透水底板共同組成滲流區(qū)域的上部不透水邊界）布置，須滿足沿地下輪廓線的滲流平均坡降和出逸坡降在允許范圍以內(nèi)，并進行滲透水壓力和抗?jié)B穩(wěn)定性計算。在滲流出逸面上應(yīng)鋪設(shè)反濾層和設(shè)置排水溝槽（或減壓井），盡快地、安全地將滲水排至下游。兩岸的防滲排水設(shè)計與閘基的基本相同。
水閘結(jié)構(gòu)
結(jié)構(gòu)設(shè)計 根據(jù)運用要求和地質(zhì)條件，選定閘室結(jié)構(gòu)和閘門形式，妥善布置閘室上部結(jié)構(gòu)。分析作用于水閘上的荷載及其組合，進行閘室和翼墻等的抗滑穩(wěn)定計算、地基應(yīng)力和沉陷計算，必要時，應(yīng)結(jié)合地質(zhì)條件和結(jié)構(gòu)特點研究確定地基處理方案。對組成水閘的各部建筑物（包括閘門），根據(jù)其工作特點，進行結(jié)構(gòu)計算。
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