基于水利工程水闸设计问题综述.doc

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1、基于水利工程水闸设计问题综述摘要：水利工程中，水闸的应用较为广泛，在设计过程中，水闸工程的排水问题与止水问题往往成为决定建筑物使用寿命的关键。本文主要就涵洞式水闸设计中容易被忽视的问题进行详细的探索与研究，本文是个人的一些见解和观点，希望同行业工作人员参考。关键词：涵洞；地基；水闸泄流；流速；屮图分类号：TU4文献标识码：A文章编号：一、涵洞式水闸的泄流计算问题分析开敞式水闸一般是护坦紧接闸室。其次是海漫、防冲槽等，其闸孔尺、「大都按淹没宽顶堰流公式计算确定。1、无压流涵洞式水闸泄流计算。无压流涵洞要保证在各种水位流量情况下，洞顶应高出洞内水血一定高度，一般为40cm,洞顶净空面积应为涵洞

2、断面面积的15%〜20%o涵洞分为长洞和短洞，洞长不影响过流能力的涵洞称为短洞，反之称为长洞，其判别方法如下。当涵洞底坡为缓坡且趋近平坡时，长短洞的界限为：Lk=(64-163m)H式屮H上游水深(in)；in进口的流量系数，一般取in二0.32~0・36;当洞长L>Lk时，为长洞；反之为短洞。当底坡为陡坡，泄流能力不受洞长影响时，按短洞进行计算。一是短洞的计算。由于泄流能力不受洞长影响，进口水流为宽顶堰流，故可用下式进行流量计算Q：（1）式中m——流量系数；s淹没系统;b矩形涵洞过水断面的宽度（m）;当过水断面为非矩形时,b=wk/hk,式中hk为临界水深（m）；Wk对应于hk的过断面面

3、积（m2）;110以洞出口断面底板高程起算的上游总水头（m）o二是长洞的计算对于长洞的计算，一般需要由下游向上游推算水面线，以求得进口断面处的水深hco基木计算公式为：式中AL计算长度（m）;i渠底坡降;J计算段的平均水力坡降；J=V2/（C2R）式中具有下标i和i+1的量，分别表示计算段的下游断面和上游断面的水力耍素。2、有压流涵洞式水闸泄流计算当涵洞为有压流时，应按有压流计算，其公式为：（2）式屮c流量系数;X涵洞断iiT血积（m2）;AZ0）包括闸前行近流速水头在内的进出口水头差（m）o在计算时，首先要确定涵管是有压流还是无压流，并判断属于长洞还是短洞，然后根据情况采用相应的公式进行

4、计算。二、地基条件的影响问题分析地基条件是设计时主要考虑的因索之一，在涵洞式水闸中地基条件更显重要。首先，堤防是沿河两岸布置的，其他质条件往往很差。堤防设计时，堤坝断血尺寸一般较大，上下游坡度较缓，尽管如此，堤坝的地基还会产生很大沉陷，经过若干年后沉降才趋于停止。由于筑堤均是用土料，如没有其它破坏，堤坝的安全稳定性一般都会逐渐提高；但在堤坝上建水闸后，情况则完全不同。水闸都是由混凝土、浆砌石建成的，水闸基础地面的荷载一般大于天然地基的承载能力，因此，常需采用深基础（例如桩基、沉井基础）或对天然地基进行加固处理。但是，水闸在运行过程中还会发生沉陷，地基不均匀沉陷会造成闸室底板裂缝，严重对会导

5、致断裂，影响工程安全；其次，水闸外周的刚性材料一般以难保证和四周土体结合紧密，再加上地基变形、渗透的影响，则会进一步破坏天然地基和降低地基的承载能力。在涵洞式水闸施工及运行中常常会出现一些不可预见影响因素，致使水闸设计地基的承载能力满足要求，从计算上判断不应该出现问题，但在水闸建成运行一般时间后，闸底板发生变形、断裂，或接缝中的止水破坏，使地基发生渗透变形，影响堤防安全。三、水闸泄流的影响问题分析涵洞式水闸常建造在主河道堤防上，因此，水闸的泄流经常受到外河水位影响。在汛期，堤防内外水位都很高，在一般情况下，上下游水位差很小，过闸水流常处于缓流状态，涵洞水流为有压流；对于有些水闸,由于可能出

6、现上下游水位差较大的情况，闸孔出流为急流状态，而涵洞水流涵洞可能为有压流，也可能为无压流。对于低水头泄水涵洞，水压力一般不很大，涵洞的主耍作用力为上部荷载及地基反力。值得注意的是，对属于长管的涵洞式水闸，水闸开始泄流时，闸门的第一次开度不能太大,否则会造成涵洞冲刷，动水压力急增等;特别是有压涵洞，闸门不均匀开启或闸门开度过大会使洞内发牛水跃及掺气现象。掺气水流的不稳定还会在涵洞周壁产生压力脉动，影响工程安全。同样，闸门关闭的速度不能太快，否则会在有压涵洞内产生水锤现象。当涵洞内的水流流速太大时,设计时须慎重考虑。例如涵洞接缝开裂造成沿内水流外渗，会造成浸润线增高，严重时可能导致渗透变形。特

7、别是当涵洞发生不均匀沉陷造成过大的裂缝时，由于洞内高速水流的作用，内水压强减小，外水倒渗，如果裂缝处没有反滤层保护，洞内高速水流将把洞外土料带入管内，并随水流带走，在裂缝外形成空洞，进一步加剧裂缝的发展，直至涵洞断裂。通常，对于比较长的涵洞，地基的不均匀沉陷是不可避免的，因此涵洞分缝的间距不能太大,除做好接缝止水外，还应在分缝处布置反滤层。此外,还要防止高速水流对涵洞的磨损、气蚀等。四、流速的影响问题分析涵洞筑堤以后，在