第二节　水闸工程组成与工作特点

一、水闸工程组成

水闸工程通常由上游连接段、闸室段、下游连接段及管护设施等组成。

上游连接段主要包括在两岸设置的翼墙和护坡,在河床设置的防冲槽、护底及铺盖,用以引导水流平顺地进入闸室,同时起防冲、防渗、挡土等作用,保护两岸及河床免遭水流冲刷,并与闸室等共同构成防渗地下轮廓,确保在渗透水流作用下两岸和闸基的抗渗稳定性。

闸室段是水闸的主体,设有底板、闸门、启闭机、闸墩、胸墙、工作桥、交通桥等。闸门一般由活动部分(也称门叶)、埋固部分和启闭机械三部分组成。门叶用以关闭或开放孔口,主要包括:承重结构、行走支承、支臂、支铰、止水装置、吊耳等。埋固部分是埋置或紧固在土建结构中的构件,将门叶所承受的荷载传递给土建结构,主要包括:轨道、铰座、止水座等。启闭机械是用于操作开启或者关闭闸门,其型式常见的为卷扬式启闭机、液压启闭机、螺杆式启闭机和移动式启闭机。闸门用来挡水和控制过闸流量,闸墩用以分隔闸孔和支承闸门、胸墙、工作桥、交通桥等。底板是闸室的基础,将闸室上部结构的重量及荷载向地基传递,兼有防渗和防冲的作用。闸室分别与上下游连接段和两岸或其他建筑物连接。

下游连接段由护坦、海漫、防冲槽、两岸翼墙、护坡等组成,用以引导出闸水流向下游均匀扩散,减缓流速,具有消除过闸水流剩余动能和扩散水流的作用,防止水流对河床及两岸的冲刷。

水闸工程管护设施包括水闸工程的管理范围和保护范围、工程观测项目及设施、交通设施、通信设施、生产生活设施等。管理范围是管理单位直接管理和使用的范围,包括各建筑物(上游引水渠、闸室、下游消能防冲工程、两岸连接建筑物)覆盖范围、加固维修及美化环境所需范围、管理及运行所必需的其他设施占地(包括办公、生产、生活及福利区,多种经营等设施占地)。保护范围是管理范围以外,禁止危害工程安全活动的范围。一般性观测项目及设施包括水位、流量、沉降、扬压力、水流形态、冲刷及淤积等项目及设施;专门性观测顼目及设施包括水平位移、永久缝、裂缝、结构应力、地基反力、墙后土压力、混凝土碳化和冰凌等项目及设施。交通设施包括对外交通、内部交通及交通工具等。通信设施包括内、外通信设备、机房及其辅助设施等。生产生活设施包括办公设施、生产及辅助生产设施、闸区管护标志、职工的生活及文化福利设施,生产生活区的附属设施包括供排水、供电及备用电源、供热取暖、绿化美化等设施。

电气设备主要包括操作设备、输电线路、建筑物的防雷设施及变压器。水闸的观测设施检查一般包括测压管的有效性、基准高程点的可靠性、河床变形观测断面桩的完好性、伸缩缝及裂缝固定观测标点的完好性。

二、水闸的工作特点

水闸既能挡水,又能泄水,且多修建在软土地基上,因而它在稳定、防渗、消能防冲及沉降等方面都有其自身的特点。

(1)稳定方面。水闸关门挡水时,闸室将承受上下游水位差所产生的水平推力,使闸室有可能向下游滑动。闸室的设计,须保证有足够的抗滑稳定性。

(2)防渗方面。在上下游水位差的作用下,水将从上游沿闸基和绕过两岸连接建筑物向下游渗透,产生渗透压力,对闸基和两岸连接建筑物的稳定不利,尤其是对建于土基上的水闸,由于土的抗渗稳定性差,有可能产生渗透变形,危及工程安全,故需综合考虑闸址地质条件、上下游水位差、闸室和两岸连接建筑物布置等因素,分别在闸室上下游设置完整的防渗和排水系统,确保闸基和两岸的抗渗稳定性。

(3)消能防冲方面。水闸开闸泄水时,在上、下游水位差的作用下,过闸水流往往具有较大的动能,流态也较复杂,而土质河床的抗冲能力较低,可能引起冲刷。此外,水闸下游常出现波状水跃和折冲水流,会进一步加剧对河床和两岸的淘刷。因此,设计水闸除应保证闸室具有足够的过水能力外,还必须采取有效的消能防冲措施,以防止河道产生有害的冲刷。

(4)沉降方面。建于平原地区的水闸地基多为较松软的土基,承载力小,压缩性大,在水闸自重与外荷载作用下将会产生沉陷或不均匀沉陷,导致闸室或翼墙等下沉、倾斜,甚至引起结构断裂而不能正常工作。为此,对闸室和翼墙等的结构形式、布置和基础尺寸的设计,需与地基条件相适应,尽量使地基受力均匀,并控制地基承载力在允许范围以内,必要时应对地基进行妥善处理。对结构的强度和刚度需考虑地基不均匀沉陷的影响,并尽量减少相邻建筑物的不均匀沉陷。