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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(yùn)、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(duì)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(shí),即設(shè)五個(gè)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)?，F(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(yàn)。如長江葛洲壩樞紐的二江泄水閘，泄量為84000km3/s，位居中國*，運(yùn)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(yù)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(dòng)化和遠(yuǎn)動(dòng)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(jìn)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(shí)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(jì)水位，即閘的孔徑按低水位通過設(shè)計(jì)流量進(jìn)行設(shè)計(jì)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?yàn)榭刂葡滦箚螌捔髁慷O(shè)胸墻代替部分閘門擋水，擋潮閘、進(jìn)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(dòng)平板門胸墻，其下為12m×12m弧形工作門，以適應(yīng)必要時(shí)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(jìn)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(jī)、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(hù)坡，在河床設(shè)置的防沖槽、護(hù)底及鋪蓋，用以引導(dǎo)水流平順地進(jìn)入閘室，保護(hù)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(hù)坦、 海漫、 防沖槽、兩岸翼墻、護(hù)坡等組成，用以引導(dǎo)出閘水流向下游均勻擴(kuò)散，減緩流速，消除過閘水流剩余動(dòng)能，防止水流對(duì)河床及兩岸的沖刷。
水閘特點(diǎn)
水閘關(guān)門擋水時(shí)，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(dòng)。閘室的設(shè)計(jì)，須保證有足夠的抗滑穩(wěn)定性。同時(shí)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(duì)閘基和兩岸連接建筑物的穩(wěn)定不利，尤其是對(duì)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(shí)，閘室的總凈寬度須保證能通過設(shè)計(jì)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(duì)兩岸連接建筑物的布置需使水流進(jìn)出閘孔有良好的收縮與擴(kuò)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(huì)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(duì)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(jì)，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(shí)應(yīng)對(duì)地基進(jìn)行妥善處理。對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)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(duì)水閘的設(shè)計(jì)還要求做到結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)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(jì)
水閘設(shè)計(jì)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(yùn)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(jì)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(jiān)硬密實(shí)、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(jì) 根據(jù)水閘運(yùn)用方式和過閘水流形態(tài)，按水力學(xué)公式計(jì)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(jì)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(yùn)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(dòng)，從而對(duì)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(jì)，應(yīng)做水力模型試驗(yàn)驗(yàn)證。
水閘防滲排水
防滲排水設(shè)計(jì) 根據(jù)閘上下游水位差和地基條件,并參考工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),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(jìn)行滲透水壓力和抗?jié)B穩(wěn)定性計(jì)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(jì)與閘基的基本相同。
水閘結(jié)構(gòu)
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)運(yùn)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(jìn)行閘室和翼墻等的抗滑穩(wěn)定計(jì)算、地基應(yīng)力和沉陷計(jì)算，必要時(shí)，應(yīng)結(jié)合地質(zhì)條件和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)研究確定地基處理方案。對(duì)組成水閘的各部建筑物（包括閘門），根據(jù)其工作特點(diǎn)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。
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