SD 133-1984 水闸设计规范.pdf

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1、中华人民共和国行业标准水闸设计规范试行发布实施中华人民共和国水利电力部发布中华人民共和国行业标准水闸设计规范试行主编单位江苏省水利勘测设计院批准部门中华人民共和国水利电力部中华人民共和国水利电力部关于颁发水闸设计规范试行的通知水电水规字第号根据原国家基本建设委员会建发设字第号通知我部委托江苏省水利勘测设计院编制了水闸设计规范在编制过程中进行了广泛的调查研究并经多次审查讨论征求了国内有关单位的意见现批准水闸设计规范颁发试行各单位在试行过程中如有意见请随时告我部水利水电规划设计院和江苏省水利勘测设计院年月日目次第一章总则第二章闸址选择第三章总体布置第四章水力设计第五章防渗排水设计第六章结构设计第七

2、章地基设计第八章地基处理第九章观测设计附录一拟定闸基防渗长度的方法附录二水力计算公式附录三渗流计算公式附录四波浪计算附录五结构设计有关数据附录六地基设计有关图表附录七地基处理有关附表水闸设计规范试行第一章总则第条水闸设计必须从实际出发做到技术先进经济合理安全可靠运用方便第条本规范适用于平原区大中型工程中的级水闸设计山区丘陵区的泄水闸及平原区的级水闸设计可参照使用对于特别重要的大型水闸设计应进行专门研究制定补充条例对于修建在冻胀土湿陷性黄土膨胀土红粘土等特殊地基上的水闸设计还应符合有关规定第条水闸设计应符合水利水电枢纽工程等级划分及设计标准水利水电工程地质勘察规范水工钢筋混凝土结构设计规范水利水

3、电工程钢闸门设计规范和土工试验规程等标准规范和规程的有关要求地震区的水闸设计还应符合水工建筑物抗震设计规范的要求第条水闸设计一般分为初步设计和施工详图两个阶段水闸初步设计阶段的主要内容应包括根据批准的设计任务书对前期初选的闸址和枢纽布置经过勘察试验和研究进一步论证选定确定水闸设计的等级标准通过计算和方案比较拟定工程总体布置地基处理方案结构型式主要尺寸和运用要求编制施工组织设计和概算水闸施工详图阶段的主要内容应包括根据批准的初步设计进行地基及结构的施工详图设计拟定工程控制运用和综合经营管理的有关规定配合施工单位编制施工措施设计和预算施工过程中根据现场实际情况必要时可对施工详图进行修改或补充对于涉

4、及面广地基较差技术复杂的大型水闸根据需要编制专题报告或技术设计第条水闸设计应认真搜集研究和掌握建闸地点的各项基本资料包括水文气象泥沙地形地质地震烈度试验综合利用要求施工和运用条件以及河流规划等没有必要的基本资料不得进行设计第二章闸址选择第条闸址选择应根据水闸的特点和运用要求综合考虑地形地质水流泥沙施工管理和其它方面等因素经过技术经济比较后确定第条闸址宜选择在坚硬紧密的天然地基上尽量避免采用人工处理地基第条闸址应选择在水流流态平顺及河床岸坡稳定的河段节制闸包括泄洪闸宜选择在河段顺直或裁弯取直的地点进水闸或分洪闸宜选择在弯道凹岸顶点稍偏下游处排涝闸宜选择在地势低洼和出水通畅处挡潮闸宜选择在海岸稳定

5、的海口附近上游宜有冲淤水源第条闸址选择应考虑施工导流场地布置材料来源交通运输基坑排水施工供水水闸设计规范试行及电源等条件第条闸址选择应考虑建成后便于管理运用养护修理和防汛抢险第条闸址选择还应考虑下列要求拆迁房屋及占用土地少尽量结合公路桥梁有利于环境保护有利于管理单位的综合经营第条闸址选择应根据枢纽工程性质及综合利用要求统一考虑水闸与枢纽其它建筑物的合理布置第条水流流态复杂的大型水闸闸址选择应有水工模型试验论证第三章总体布置第条水闸的总体布置应做到结构简单布置合理运用方便安全可靠在节约的原则下注意美观水闸系由闸室和上下游连接段等部分组成参见图见书末第一节闸室布置第条闸室结构一般有开敞式胸墙式涵洞

6、式等应按其运用要求水流流态地形地质等条件合理选用有排冰过木等要求的水闸应采用开敞式泄洪闸宜采用开敞式挡水水位高于泄水运用水位的水闸宜采用胸墙式或涵洞式第条闸顶高程指胸墙或岸墙顶高泄洪时应高于设计或校核洪水位加安全超高值关门时应高于设计或校核洪水位加波浪计算高度和安全超高值安全超高下限值见表所示表安全超高下限值表单位运用条件水闸级别水位泄洪时关门时设计洪水位校核洪水位闸顶高程的确定还需考虑下列因素在有泥沙沉积的河渠道上应考虑泥沙沉积后水位有可能抬高的影响对于挡潮闸应考虑关闸潮位壅高的影响修建在软弱地基上的水闸应考虑地基沉降的影响防洪大堤上的水闸闸顶高程应不低于两侧堤顶高程第条开敞式水闸的闸门顶高

7、应在可能出现的最高挡水位以上至少第条闸槛高程应综合考虑水流地形地质施工等条件结合堰型和门型选择经过技术经济比较后确定复式河床上的水闸当地基为岩石或坚硬的粘性土时可考虑采用高低闸槛的布置型式第条闸室的总净宽必须根据在允许的单宽流量条件下能安全通过设计和校核流量的要求确定闸室的总宽度应与上下游河渠道相适应闸孔的孔径应根据水闸使用要求闸门型式以及工程投资等因素并参照闸门系列要求选用大型水闸宜采用以上的孔径闸孔孔数较少时宜采用单数孔第条松软地基上水闸结构布置和选型应注意下列各点水闸设计规范试行采用整体性强和刚性大的轻型结构结构布置匀称在各种计算荷载情况下基底压力偏心距小相邻分部工程的基底压力差小分块尺

8、寸较小止水对不均匀沉降的适应性好适当增加底板长度和砌置深度减小水流引起的震动第条闸室的底板型式有平底板低堰底板折线底板和反拱底板等在中等坚硬紧密的地基上或地震区宜采用整体式平底板在坚硬紧密的地基上可采用分离式平底板在松软地基上或地震区且闸孔孔径较大时宜采用桩基的分离式平底板在松软地基上也可采用箱式平底板当上下游河底高差较大必须限制单宽流量或由于地基表层松软需要降低闸底面高程或有拦沙要求时可采用低堰底板在坚硬紧密或中等坚硬紧密的地基上当闸室高度不大且上下游河渠底高差较大时可采用折线底板在坚硬或中等坚硬的地基上可采用反拱底板但必须合理安排施工程序在地震区或在大型水闸工程中采用反拱底板时应作论证第条

9、各种型式的底板在布置上均必须考虑边荷载的影响第条闸室钢筋混凝土底板顺水流向的永久缝包括沉降缝伸缩缝的缝距不宜大于岩基或土基缝距超过上列数值时应作论证第条闸门和启闭机的设计应做到安全可靠运用灵活其型式应根据闸门受力条件控制运用要求和闸室结构布置等因素选定挡水高度较高孔径较大需用闸门控制泄水的水闸宜采用弧形门有排冰过木等要求的水闸宜采用大孔径的平面门或下卧式的弧形门当采用分离式底板时宜采用平面门如采用弧形门必须根据地基情况考虑闸墩间的不均匀沉降对闸门强度止水和启闭的影响涌潮冲击力较大的挡潮闸宜采用平面门检修闸门宜采用平面门当闸门启闭频繁或要求全部闸孔同时开启时每孔应设一台启闭机当采用移动式启闭机时

10、应有技术经济论证第条闸墩外形轮廓设计应使过闸水流平顺侧向收缩小过水能力大闸墩门槽处最小厚度应根据结构强度和刚度的需要确定但不宜小于第条闸墩应根据需要设检修闸门槽和检修便桥当设有两道检修闸门槽时检修时期闸墩和底板的强度必须满足要求第条闸室上部结构如胸墙工作桥公路桥检修便桥等的布置以及与闸墩的联接型式应与底板分缝位置统一考虑上部结构宜采用预制吊装构件第条上下游平水机会较多的水闸且有一般通航要求时可设置通航孔通航孔的净宽水深和净空应与有关部门研究确定通航孔的位置应根据过闸安全和管理方便的原则确定水闸设计规范试行第条有过木要求过木时上下游水位差不大的水闸可设置过木孔过木孔的净宽和净空应根据过木的需要确

11、定过木孔的位置应根据水流条件和漂木的特点确定第条有过鱼要求的水闸应尽量结合岸墙和翼墙的布置设置鱼道鱼道的宽度水深纵坡和流速应根据过闸鱼类的习性通过试验研究确定第二节防渗排水布置第条防渗排水布置应根据闸基地质条件和水闸上下游水位差等因素结合闸室消能和两岸布置综合考虑构成完整的防渗排水系统拟定闸基防渗长度的方法参见附录一第条中轻壤土地基可在闸室上游设置钢筋混凝土或粘土铺盖铺盖的渗透系数要求比地基土的渗透系数小倍以上在闸室下游应设反滤层和排水孔第条粉砂极细砂轻粉质砂壤土地基宜采用铺盖和板桩或防渗墙相结合的布置形式板桩宜布置在闸底板的上游端在粉砂地基上闸底板下的板桩布置宜构成四周封闭的形式粉砂极细砂轻

12、粉质砂壤土地基除保证渗流平均坡降和出逸坡降小于允许值外在渗流出口处包括两岸侧向渗流的出口处必须设置经过筛选级配良好的反滤层第条当砂性土层或砂砾石层较薄其下有相对不透水层时可在上游侧设截水槽或板桩截水槽或板桩嵌入不透水层深度应不小于下游渗流出口处应设反滤层当砂砾岩层较厚时可采用铺盖和悬挂式防渗墙相结合的布置形式下游渗流出口处应设反滤层第条当下卧层为相对透水层时应验算覆盖层抗渗抗浮的稳定性必要时可在闸室下游设置深入相对透水层的排水减压井第条岩石地基根据防渗需要可在闸室底板上游端设灌浆帷幕其后设排水设施第条闸室底板的上下游端宜设置齿墙以增强地基抗渗和闸室抗滑的能力第条承受双向水头的水闸其防渗排水布置

13、应以水位差较大的一向为主合理选择双向布置形式第条侧向防渗排水布置包括刺墙板桩排水井等应根据上下游水位和墙后土质以及地下水位变化等情况综合考虑并应与闸基的防渗排水布置相适应第条钢筋混凝土铺盖应设永久缝缝距可采用靠近翼墙的铺盖缝距宜采用小值铺盖厚度一般采用第条粘土铺盖的厚度应根据水力坡降允许值计算确定前端一般采用逐渐向后加厚铺盖上面应加设保护层第三节消能防冲布置第条消能防冲布置应根据地基情况水力条件以及闸门控制运用方式等因素确定一般采用底流式消能消力池包括护担海漫和防冲槽或防冲墙的布置应根据各自控制的水力条件确定第条消力池斜坡段的坡度不应陡于消力池的尾槛宜采用实体槛当尾水较浅时可采用齿形槛第条消力

14、墩分水槛等辅助消能工的设置应能改善水流条件提高消能效果用于水闸设计规范试行大型水闸时其布置和尺寸应通过水工模型试验验证第条当上游水位与闸后河底高差较大且尾水深度较浅时宜采用多级消能型式第条当下游河道有足够的水深且变化较小河床及岸坡抗冲能力较强时可采用面流式消能第条当水闸的水头较大且河床及岸坡为地质构造条件较好的坚硬岩体时可采用挑流式消能第条在夹有较大砾石的多泥沙河流上的水闸不宜设消力池可采用抗冲耐磨的斜坡护坦与下游河道联接末端应设防冲墙第条海漫应具有一定的柔性透水性和粗糙的表面其构造和抗冲能力应与水流流速相适应海漫宜做成等于或缓于的斜坡末端应设防冲槽或防冲墙海漫下面应设垫层第条护底顺水流方向的

15、长度应根据水流和土质条件确定必要时前端可增设防冲槽护底下面应设垫层第四节两岸联接布置第条两岸联接布置应能保证岸坡稳定改善水闸进出水流条件提高消能防冲效果满足侧向防渗需要减轻闸室底板边载影响且有利于环境绿化等第条岸墙结构有直墙式和斜坡式在松软地基上宜采用箱型直墙式结构在坚硬紧密或中等坚硬紧密的地基上可采用重力直墙式结构闸室边墩与岸墙的结合或分离应根据闸室结构和地基条件等因素确定在软弱地基上如水闸水头差不大也可采用斜坡式结构但应解决防渗防冲和防冻等问题第条翼墙平面布置上游一般采用圆弧式下游一般采用直线与圆弧组合式或折线式在坚硬的粘性土地基上上下游翼墙可采用扭曲面与河岸联接的型式第条上游翼墙应与闸室

16、两端平顺联接其顺水流向的投影长度应大于或等于铺盖长度下游翼墙的平均扩散角每侧宜采用其顺水流向投影长度应大于或等于消力池长度上下游翼墙墙顶高程应根据最不利的运用水位条件确定第条翼墙分段长度应根据结构和地基条件确定钢筋混凝土结构一般采用左右混凝土或浆砌块石结构一般采用左右建筑在回填土上的翼墙分段长度应适当减短第条护坡工程的布置应根据水流流态河岸土质的抗冲能力等因素确定护坡长度应大于河底防护的范围护坡下面应设垫层第四章水力设计第条水闸的水力设计内容一般包括计算闸孔总净宽确定消能防冲设施拟定闸门控制运用方式第条水闸闸孔总净宽计算参见附录二其水流控制条件一般为堰流第条过闸单宽流量应根据下游河床地质条件上

17、下游水位差下游水深河道宽度与闸室宽度的比值等因素选定水闸设计规范试行第条平原地区水闸多数为淹没出流计算闸孔总净宽时其上下游水位差应根据上游淹没影响允许的过闸单宽流量和水闸工程造价等因素综合比较选定一般采用第条底流式消能设计主要是确定消力池的深度长度和底板厚度其计算公式参见附录二计算时应根据控制运用条件选用最不利的水位和流量组合第条面流式消能设计应根据各级流量和相应的下游水位进行水力计算以选定坎高坎长反弧半径和鼻坎角度等并研究解决闸基和下游河床两岸的冲刷问题第条挑流式消能设计应根据各级流量进行水力计算以选定挑流鼻坎的高程反弧半径和挑角下泄水流的挑射距离以及最大冲坑深度等第条进行水力设计时应考虑到

18、水闸建成后上下游河床可能发生淤积或冲刷闸下水位变动对过水能力和消能防冲设施产生不利影响第条海漫的长度应根据可能出现的不利的水位和流量组合情况进行计算其计算公式参见附录二第条防冲槽的深度应根据河床土质海漫末端的单宽流量和下游水深等因素进行计算河床冲刷深度计算公式参见附录二第条挡潮闸闸孔总净宽的计算和消能防冲设施的确定应作专门研究第条闸门控制运用方式应满足下列要求闸孔泄水时保证在任何情况下水跃均发生在消力池内闸门尽量同时均匀分级启闭如不能全部同时启闭可由中间孔向两侧分段或隔孔对称开启关闭时与上述顺序相反对分层布置的双层闸孔或双扉闸门应先开底层闸孔或下扉闸门再开上层闸孔或上扉闸门关闭时与上述顺序相反

19、闸门避免停留在振动较大的开度区泄水第条大型水闸的水力设计在初步设计阶段应进行水工模型试验验证第五章防渗排水设计第条水闸的防渗排水设计内容一般包括渗透压力计算抗渗稳定性验算反滤层设计缝的止水设施和构造设计第条闸基渗透压力计算可采用改进阻力系数法或流网法在复杂的地基上宜采用电拟试验法或数值计算方法改进阻力系数法见附录三岩基上的扬压力计算可参照混凝土重力坝设计规范的规定第条当两岸墙后土层的渗透系数小于地基渗透系数时侧向渗透压力可近似地采用相对应部位的闸基扬压力计算值当两岸墙后土层的渗透系数大于地基土的渗透系数时应按侧向绕流计算对于大型水闸应经三向电拟试验或数值计算方法验证第条验算闸基抗渗稳定性时要求

20、水平段和出口段的渗流坡降必须分别小于附表规定的水平段和出口段允许坡降值水闸设计规范试行对于验算砂砾石闸基出口段抗渗稳定性应首先判别渗流可能发生的破坏形式流土或管涌采用不同的允许坡降值参见附录三第条当两岸墙后地下水位与墙前水位相差较大时应验算两岸墙基的抗渗稳定性必要时可采取有效的防渗排水措施第条反滤层的级配应满足下列要求保证被保护土的稳定性保证反滤层滤料的透水性被保护土与反滤层滤料的颗粒级配曲线大致平行反滤层的级配要求参见附录三反滤层的每层厚度一般为反滤层的铺设长度应使其末端的渗流坡降小于地基土在无反滤层保护时的允许坡降第条位于防渗范围内的永久缝必须设一道止水重要的大型水闸应设两道止水止水的型式

21、应能适应不均匀沉降和温度变化的要求止水材料应耐久垂直止水与水平止水相交处必须构成密封系统位于非防渗范围内的永久缝可铺贴沥青油毡永久缝的宽度一般采用如有特殊需要时应作专门研究第六章结构设计第条水闸结构设计根据受力情况及地基条件进行其内容一般包括荷载及其组合稳定计算结构应力分析第一节荷载及其组合第条作用在水闸上的荷载分为基本荷载和特殊荷载两类一基本荷载水闸结构及其上部填料和永久设备的自重正常挡水位组合或设计洪水位组合时的静水压力相应于正常挡水位组合或设计洪水位组合时的扬压力包括浮托力和渗透压力土压力泥沙压力相应于正常挡水位组合或设计洪水位组合时的波浪压力其它出现机会较多的荷载二特殊荷载校核洪水位组

22、合时的静水压力相应于校核洪水位组合时的扬压力相应于校核洪水位组合时的波浪压力地震荷载其它出现机会较少的荷载水闸设计规范试行第条水闸结构及其上部填料的自重应按其几何尺寸及材料容重计算闸门启闭机及其它永久设备应尽量采用实际重量第条作用在水闸上的静水压力应根据水位组合条件计算对于多泥沙河流应考虑含沙量对水容重的影响第条作用在水闸基础底面的扬压力应根据水位组合条件计算第条作用在水闸上的土压力土基上一般按主动土压力计算岩基上一般按静止土压力计算第条对于多泥沙河流上的水闸应根据可能淤积的情况计算泥沙压力第条确定作用在水闸上的波浪压力时应首先计算波浪的高度和长度波浪的计算参见附录四第条作用在水闸上的地震荷载

23、及其它荷载可按有关设计规范的规定计算施工过程中各个阶段的临时荷载应根据工程实际情况确定第条设计水闸时应将可能同时作用的各种荷载进行组合荷载组合分为基本组合和特殊组合两类基本组合由基本荷载组成特殊组合由基本荷载中的恒载和一种或几种特殊荷载组成但地震荷载一般不与设计或校核洪水位组合计算闸室稳定和应力时的荷载组合应按表的规定采用必要时还应考虑其它可能的不利组合第条计算岸墙翼墙稳定和应力时的荷载组合可按表的规定采用但应着重验算施工完建和检修期墙前无水时的情况表荷载组合表荷载组合计算情况荷载自重静水压力扬压力土压力泥沙压力波浪压力地震荷载其它说明基本组合完建情况必要时可考虑地下水产生的扬压力正常挡水位情

24、况按正常挡水位组合计算静水压力扬压力及波浪压力设计洪水位情况按设计洪水位组合计算静水压力扬压力及波浪压力特殊组合施工情况应考虑施工过程中各个阶段的临时荷载检修情况按正常挡水位组合必要时可按设计洪水位组合或冬季低水位条件计算静水压力扬压力及波浪压力校核洪水位情况按校核洪水位组合计算静水压力扬压力及波浪压力地震情况按正常挡水位组合计算静水压力扬压力及波浪压力有论证时可另作规定第二节稳定计算第条土基上的闸室稳定计算应满足下列要求各种计算情况下要求闸室平均基底压力不大于地基容许承载力基底压力的最大值与最小值之比不大于规定的容许值见附录五附表水闸设计规范试行抗滑稳定安全系数不小于表规定的容许值第条闸室基

25、底压力应根据结构布置和受力情况分别按下列规定进行计算对于结构布置及受力情况对称的闸孔按下式计算式中闸室基底压力的最大值或最小值作用在闸室上的全部竖向荷载包括闸室基底面上的扬压力在内作用在闸室上的全部竖向和水平向荷载对于基础底面垂直水流方向的形心轴的力矩闸室基础底面的面积闸室基础底面对于该底面垂直水流方向的形心轴的截面矩对于结构布置及受力情况不对称的闸孔按双向偏心受压公式计算第条土基上的闸室沿基础底面的抗滑稳定应按下列两式之一计算式中抗滑稳定安全系数基础底面与地基土之间的摩擦系数作用在闸室上的全部水平向荷载式中基础底面与地基土的摩擦角基础底面与地基土之间的粘结力表值表荷载组合水闸级别基本组合特殊

26、组合注特殊组合适用于施工情况检修情况及校核洪水位情况特殊组合适用于地震情况或的采用值参见附录五对于大型水闸应作现场地基土对混凝土板的抗滑试验加以验证对于粘性土地基上的大型水闸宜按公式计算当闸室受双向水平力作用时应验算其合力方向的抗滑稳定性第条土基上的闸室沿基础底面的容许抗滑稳定安全系数值见表第条当土基上的闸室沿基础底面抗滑稳定安全系数的计算值小于容许值时可在原有结构布置的基础上结合工程的具体情况采用下列一种或几种抗滑措施如利用高水位一侧的钢筋混凝土铺盖作为阻滑板但闸室本身的抗滑稳定安全系数仍应不小于计算由阻滑板增加的抗滑力可考虑阻滑板效果的折减系数阻滑板应满足限裂要求将闸门位置移向低水位一侧或

27、将水闸底板向高水位一侧加长以增加水重水闸设计规范试行增加铺盖长度或在不影响防渗安全的条件下将排水设施向水闸底板靠近增加闸室底板齿墙深度第条土基上的岸墙翼墙稳定计算应满足下列要求各种计算情况下的平均基底压力不大于地基容许承载力基底压力的最大值与最小值之比按附录五附表的规定值增大抗滑稳定安全系数不小于表规定的容许值第条当土基上的岸墙翼墙抗滑稳定安全系数的计算值小于容许值时可采用下列一种或几种抗滑措施如适当增加基础宽度或齿墙深度或将基底水平面改成由墙前倾向墙后的斜面在墙后增设阻滑板在不影响水闸正常运用的条件下适当限制墙后的填土高度或在墙后采用其它减载措施第条岩基上的闸室和岸墙翼墙稳定计算可参照混凝土

28、重力坝设计规范的规定第三节结构应力分析第条在水闸设计的施工详图阶段应根据各分部结构的型式尺寸及受力条件等进行应力分析第条土基上水闸底板的应力分析可采用反力直线分布法或弹性地基梁法对于相对密度的砂土地基可采用反力直线分布法对于的砂土地基或粘性土地基可采用弹性地基梁法当按弹性地基梁法分析水闸底板应力时应考虑可压缩土层厚度与地基梁半长之比值的影响当比值小于时可按基床系数法文克尔假定计算当比值大于时可按半无限深的弹性地基梁法计算当比值为时可按有限深的弹性地基梁法计算岩基上水闸底板的应力分析可按基床系数法计算第条水闸底板的应力分析一般对闸门门槛的上下游段分别进行计算并计入闸门门槛切口处分配于闸墩和底板的

29、不平衡剪力第条当采用弹性地基梁法时应根据不同的地基情况分别考虑底板自重对应力的影响参见附录五第条当采用有限深的或半无限深的弹性地基梁法计算水闸底板应力时应根据地基土质及边荷载的施加程序等因素确定边荷载计算百分数参见附录五附表第条对于软弱地基上的涵洞式闸室结构可按弹性地基上的框架计算第条平面闸门的闸墩应力分析可采用材料力学方法计算弧形闸门的闸墩应力分析宜采用弹性力学方法计算第条对于经常暴露在大气中土基上的水闸底板及岩基上的闸墩应根据工程所在地区的气候特点施工情况等因素考虑温度应力第条为减少水闸底板或闸墩的温度应力宜采用下列一种或几种防裂措施如结合工程具体情况对混凝土采取适当的温控和养护措施适当减

30、少底板分块尺寸及闸墩长度在水闸底板及闸墩可能产生温度裂缝的部位预留宽缝两侧增设插筋或构造补强钢筋回填膨胀性混凝土对于寒冷地区冬季暴露在大气中的水闸底板和闸墩在施工期应采取适当的防寒措施对水闸设计规范试行于严寒地区的水闸在运用期如有必要也应采取适当的防寒措施第条闸室上部结构及两岸结构的应力分析一般采用结构力学方法计算第七章地基设计第一节一般规定第条水闸地基设计根据地基情况结构特点及施工条件进行其内容一般包括地基抗渗稳定性验算见第五章地基整体稳定计算地基沉降计算第条岩石分类按岩性及风化程度划分砾石分类按砾的含量划分土的分类按颗粒级配划分同时参考塑性指数和塑性图分类砾土分类见附录六第条松软地基指松砂

31、和软土地基坚硬紧密地基指坚硬的粘性土和紧密的砂性土地基介于松软和坚硬密紧地基之间者为中等坚硬紧密地基初步划分松软和坚硬紧密地基的特性指标参见附录六第条地基计算应具有地基土和填料土物理力学性质试验指标对于地基土的专门试验如混凝土拖板试验管涌试验等应根据工程具体情况确定第条地基土剪切试验方法的选用参见附录六附表第条凡属下列情况之一者可不进行地基沉降计算岩石地基砾卵石地基中粗砂地基符合附录六中所规定的各类地基第二节地基整体稳定计算第条验算闸室地基整体稳定其荷载组合应按表的规定采用第条在竖向荷载作用的情况下地基容许承载力可按下式计算式中地基土的容许承载力基础底面以下土的容重地下水位以下取浮容重基础底面

32、以上土的容重地下水位以下取浮容重地基土的凝聚力基础宽度基础埋置深度地基容许承载力系数可参见附录六附表在只有标准贯入击数资料的情况下地基容许承载力也可按附图查出作为设计参考第条在竖向荷载和水平向荷载共同作用的情况下地基整体稳定可按下列方法核算水闸设计规范试行式中满足极限平衡条件所必需的最小凝聚力地基土的内摩擦角核算点的竖向应力水平向应力和剪应力按附录六附表附表计算一竖向荷载一水平向荷载一边荷载图塑性变形区示意图当计算值小于核算点的凝聚力值时表示该点处于稳定状态当值等于或大于值时表示该点处于塑性变形状态经多点核算后可找出塑性变形区的范围对于地基土的容许塑性开展深度塑性变形区最大深度一般在基础下游边

33、缘下垂线附近见图大型水闸可取中型水闸可取第条岸墙和翼墙的地基整体稳定及护坡工程的边坡稳定可按圆弧滑动法计算第条当地基受力层范围内夹有软弱土层时应对软弱土层进行整体稳定验算第条复杂地基上的大型水闸整体稳定计算应作专门研究第三节地基沉降计算第条水闸地基沉降一般只计算最终沉降量可按下式计算式中地基最终沉降量基础底面以下第层土在平均自重应力及平均自重应力加平均附加应力作用下由压缩曲线查得的相应孔隙比基础底面以下第层土的厚度地基压缩层计算深度可按下列条件确定式中地基计算层面处土的自重应力地基计算层面处土的附加应力注当基底压力小于闸基未开挖前该底面土的自重应力时宜采用回弹再压缩曲线软土和新填土地基除外对于

34、软土地基压缩层计算深度宜达到的要求第条地基最终沉降量应选择有代表性的计算点进行计算并应考虑结构刚性影响进行调整第条地基容许最大沉降量和沉降差应以保证水闸安全和正常使用为原则其值应根据工程具体情况研究确定水闸设计规范试行第八章地基处理第一节一般规定第条水闸应尽可能利用天然地基对于松软地基应作妥善处理否则应有充分论证第条地基处理方案应综合考虑地基情况结构特点施工条件和运用要求等因素经技术经济比较后确定地基常用的处理方法参见附录七附表根据工程具体情况可采用一种式多种处理方法第条水闸应避免建造在半岩半土地基上否则必须采取严格的工程措施以防止不均匀沉降对于半硬半软的土基也应慎重对待第二节换土垫层第条换土

35、垫层厚度应根据土质情况结构型式荷载大小等因素研究确定一般采用第条垫层材料应就地取材宜采用壤土中砂粗砂含砾粘土等尽量不采用粘土不应采用粉砂细砂和砂壤土垫层材料不应含树皮草根及其它杂质第条壤土垫层宜分层压实土料的含水量应控制在最优含水量附近压实度不应小于砂垫层应有良好的级配宜采用分层振动密实相对密度不应小于第三节桩基础第条桩基础设计应满足下列规定桩的根数和尺寸应按承担基础以上的全部荷载确定如考虑桩间土承担部分荷载应有论证预制桩包括木桩的中心距不应小于倍桩径或边长钻孔灌注桩的中心距不应小于倍桩径桩的平面布置应尽量使桩群重心与底板底面以上各种荷载组合的合力作用点相接近单桩的竖向荷载最大值与最小值之比不

36、应大于附录五附表规定的容许值水闸桩基一般采用摩擦桩在同一块底板下不应采用直径长度相差过大的摩擦桩也不应同时采用摩擦桩和端承桩基桩设计应防止底板底面的接触冲刷当基桩需进入承压水层时不宜采用灌注桩第条单桩的竖向荷载可按下式计算式中第根桩顶承受的竖向荷载底板底面以上的全部竖向荷载水闸设计规范试行桩根数底板底面以上的全部荷载对桩群重心轴的力矩第根桩对桩群重心轴的距离第条单桩的水平向荷载可按全部水平向荷载由各桩平均承担计算第条单桩的容许竖向承载力可按下式计算式中单桩的容许竖向承载力桩尖平面处土的容许承载力桩的横截面面积第层桩周土的容许摩擦力第层桩周表面积及值参见附录七附表及附表对于大型水闸应有现场试验验

37、证第条单桩的容许水平向承载力可根据桩的直径单桩和群桩关系地基条件等因素以控制容许的水平位移值为主要指标通过计算并参照已建的类似工程资料确定灌注桩容许的水平位移值可采用预制桩包括木桩可采用对于大型水闸应有现场试验验证第条基桩的水平位移和内力分析可根据地基土质及桩的实际工作条件合理选用地基上的弹性抗力系数和计算方法法法或法第条对于深厚的松软地基当桩的中心距小于倍预制桩或倍灌注桩的桩径或边长排数超过排桩数超过根时为群桩基础对于群桩基础的计算可视为实体深基础要求桩尖平面处的压力不应大于该平面处地基土的容许承载力第四节沉井基础第条沉井基础设计应满足下列规定沉井平面布置应简单对称长边不宜大于长宽比不宜大于

38、沉井分节浇筑高度应根据地基条件控制下沉速度等因素确定沉井应按均衡下沉设计下沉系数沉井自重与井壁摩阻力之比可采用井壁单位面积摩阻力值参见附录七附表沉井宜沉至下卧硬土层是否封底应根据工程具体情况研究确定当地基存在承压水层且影响地基抗渗稳定性时不宜采用沉井基础第条井壁及隔墙厚度应根据结构强度和刚度下沉需要的重量以及施工要求等因素确定井壁外侧面应尽量做到平整光滑隔墙与井壁所分隔的井口尺寸应满足施工要求隔墙底面应高于井壁刃脚底面米以上井壁刃脚内侧斜面与底平面的夹角一般采用底面宽度一般采用沉井刃脚底面的压应力不应大于该平面处地基上的允许承载力第条沉井结构应验算施工缝面处的竖向拉应力和框架结构的水平向弯曲应

39、力沉井底节结构应考虑可能出现的各种不利情况验算其在自重作用下的竖向弯曲应力井壁刃脚可分别按悬臂及框架结构计算其竖向及水平向的弯曲应力水闸设计规范试行第五节振冲砂碎石桩第条振冲砂碎石桩的桩径一般为间距一般采用按三角形或正方形布置桩的深度应根据设计要求和施工条件确定当松软土层不厚时桩宜打穿松软土层第条振冲桩的砂碎石料宜有良好的级配碎石最大粒径不宜大于第条振冲桩地基的设计数据应通过现场试验确定第九章观测设计第条水闸观测设计应根据工程等级地基条件及运用要求等因素确定观测项目要求通过观测达到下列目的监视工程运用安全检验设计的正确性积累资料提高设计水平第条一般性观测项目有水位流量沉降裂缝扬压力冲刷淤积等专

40、门性观测项目有倾斜水平位移地基深层沉降闸下流态结构应力地基反力墙后土压力等第条水位流量观测一般在闸的上下游设自动水位计或水位标尺进行观测对于大型水闸必要时可在适当地点设置测流断面进行流量观测第条沉降观测一般埋设沉降标点进行观测沉降标点可布置在闸室和岸墙翼墙底板的端点和中点沉降标点可先埋设在底板面层在放水前再转接到上部结构上观测时间和次数第一次应在标点安设后及时进行然后根据施工期不同荷载阶段分别进行观测水闸竣工放水前后应各观测一次以后应根据水闸运用情况定期观测直至沉降稳定时为止第条裂缝的检查和观测应在水闸施工期和运用期经常进行观测方法一般采用目力估测或超声波探伤仪测定裂缝的宽度长度和深度必要时可

41、埋设测缝计观测范围一般为结构主要受力部位和有防渗要求的部位第条扬压力观测一般埋设测压管或渗压计进行观测观测点可布置在地下轮廓线有代表性的转折处测压断面不应少于两个每个断面上测点不应少于三个对于侧向绕流观测可在岸墙翼墙填土侧布置观测点对于水位变化频繁或粘性土地基上的水闸应尽量采用渗压计扬压力观测时间和次数应根据上下游水位变化情况确定第条冲刷淤积观测一般在闸的上下游设置固定断面进行观测在必要时应定期进行水下地形测量第条专门性观测项目的设置及要求应根据工程具体情况确定第条观测项目应有专人负责按规定时间认真观测详细记录及时整理资料在施工期应由施工单位负责竣工验收后应由管理单位负责要做好交接工作不使观测

42、资料中断或遣失设计单位应及时分析研究重要项目的观测资料总结经验水闸设计规范试行附录一拟定闸基防渗长度的方法拟定闸基防渗长度可按下式计算附式中闸基防渗长度即闸基轮廓线防渗部分水平段和垂直段长度的总和上下游水位差渗径系数见附表附表值表排水条件地基类别粉砂细砂中砂粗砂中砾细砾粗砾夹卵石轻粉质砂壤土砂壤土壤土粘土有反滤层无反滤层注当闸基设板桩时值可采用小值附录二水力计算公式一闸孔总净宽计算当为堰流时闸孔总净宽可按下式计算计算示意图如附图附图附式中闸孔总净宽过闸流量计入行近流速水头的堰上水头堰流流量系数可查附表堰流侧收缩系数可查附表堰流淹没系数可查附表或附表附表值表注表中为堰高水闸设计规范试行附表值表注

43、表中为堰上水头为闸孔净宽为上游河道一半水深处的宽度对于单孔闸值可直接从表中查得对于多孔闸为闸孔数分别为中闸孔及边闸孔的侧收缩系数均可从表中查得对于中闸孔表中值为为闸墩厚度对于边闸孔表中值为为边闸墩边缘线至上游河道水边线之间的距离附表宽顶堰值表注表中为堰顶下游水深附表曲线型低堰值表当为孔流时闸孔总净宽可按下式计算计算示意图如附图所示水闸设计规范试行附式中孔口高度附图宽顶堰上孔流流量系数可查附表宽顶堰上孔流淹没系数可查附表附表值表注表中为胸墙底缘的圆弧半径附表值表注表中为跃后水深二消能防冲计算计算示意图如附图所示一消力池计算消力池深度计算收缩水深可按下式计算附式中收缩水深总势能过闸单宽流量水流动能

44、校正系数可采用流速系数一般采用跃后水深可按下式计算水闸设计规范试行附图附出池落差可按下式计算附式中出池落差出池河床水深消力池深度可按下式计算附式中水跃淹没系数可采用消力池长度计算水跃长度可按下式计算附式中水跃长度消力池长度可按下式计算附式中消力池长度消力池斜坡段投影长度水跃长度校正系数可采用消力池底板厚度计算根据抗冲要求消力池底板始端厚度可按下式计算附式中消力池底板厚度泄水时的上下游水位差消力池底板计算系数可采用消力池末端厚度可采用当有扬压力作用时根据抗浮要求消力池底板厚度可按下式计算水闸设计规范试行附式中扬压力消力池内水深水容重消力池底板的材料容重消力池底板安全系数可采用消力池底板厚度的采用

45、应按上列两式计算值取其大者但不应小于二海漫长度计算附适用范围为附表值表河床土质粉砂细砂中砂粗砂砂壤土壤土坚硬粘土式中海漫长度消力池末端单宽流量海漫长度计算系数可查附表三海漫末端河床冲刷深度计算附式中海漫末端河床冲刷深度海漫末端单宽流量河床土质的不冲流速根据工程具体情况并参照类似工程资料研究确定海漫末端河床水深附录三渗流计算公式一改进阻力系数法地基有效深度的计算当时当时附式中地基有效深度地下轮廓的水平投影长度地下轮廓的垂直投影长度如计算值小于地基实际深度应采用值进行渗流计算如计算值大于地基实际深度水闸设计规范试行应按地基实际深度计算分段阻力系数的计算进出口段附图的阻力系数可按下式计算附式中进出口

46、段的阻力系数板桩或齿墙的入土深度地基透水层深度内部垂直段附图的阻力系数可按下式计算附式中内部垂直段的阻力系数附图水平段附图的阻力系数可按下式计算附式中水平段的阻力系数进口段和出口段板桩或齿墙的入土深度各分段水头损失值的计算和渗透压力图形的绘制各分段的水头损失值可按下式计算附以直线连接各分段计算点的水头值即得渗透压力图式中各分段的水头损失值各分段的阻力系数第段的阻力系数进出口段水头损失值和渗透压力图形的局部修正进出口段水头损失值可按下式修正附式中按公式附计算的水头损失值水闸设计规范试行修正后的水头损失值阻力修正系数附图可按下式计算附附图底板埋深与板桩入土深度之和板桩另一侧地基透水层深度当计算的时

47、采用修正后水头损失的减少值可按下式计算附式中修正后水头损失的减少值水力坡降呈急变形式的长度可按下式计算附式中水力坡降呈急变形式的长度渗透压力可按附图修正附图中的为原有水力坡降线根据及值分别定出点及点连接即为修正后的水力坡降线附图齿墙不规则部附图的修正计算当时可按下式修正附式中水平段的水头损失值修正后的水平段水头损失值当时按下列两种情况分别修正当时可按下列两式修正附附式中内部垂直段的水头损失值修正后的内部垂直段水头损失值当时可按下列三式修正附附式中附图中段的水头损失值修正后的段水头损失值渗透压力图形的进出口处按修正后的各分段点水头用直线连接即得出口段渗流坡降值的计算附水闸设计规范试行凸型进出口凹

48、型进出口附图式中出口段渗流坡降值二验算抗渗稳定性的有关表式水平段和出口段允许坡降值可按附表采用砂砾石闸基出口段渗流破坏的判别及防止管涌破坏的允许坡降值砂砾石闸基出口段渗流破坏的判别当时为流土破坏当时为管涌破坏防止流土破坏的允许坡降值见附表防止管涌破坏的允许坡降值可按下式计算附附表水平段和出口段允许坡降值表地基类别允许坡降值水平段出口段粉砂细砂中砂粗砂中砾细砾粗砾夹卵石砂壤土粘壤土软粘土坚硬粘土注当渗流出口处设反滤层时表列数值可加大表列出口段的数值系流土破坏时的允许坡降值式中管涌破坏的允许坡降值闸基土的最大粒径其计算值为小于的土粒百分数含量闸基土的孔隙率闸基土颗粒级配曲线上小于含量的粒径代表被冲

49、动的土粒可采用防止管涌破坏的安全系数可采用三反滤层的级配要求反滤层的级配宜符合下列各式要求附附附水闸设计规范试行式中反滤层滤料颗粒级配曲线上小于含量的粒径被保护土料颗粒级配曲线上小于含量的粒径附录四波浪计算一波高和波长计算根据已知的风速风区长度吹程及闸前风区范围内的平均水深值计算及值式中为距离地面高度的风速采用多年平均风速加成法确定为重力加速度由附图见书末查得值并计算平均波高及值附表值表水闸级别附表值表根据水闸级别由附表查得设计波浪波列累积频率值由附表查得设计波浪波列累积频率波高与平均波高的比值并计算值按下式计算设计波浪的平均周期值附按下式计算相应的波长值附二波浪压力计算当且时波浪压力可按下式计算附图附式中作用在水闸铅直迎水面上的波浪压力计算波浪中心线至静水位的高度可按下式计算附使波浪破碎的临界水深可按下式计算附当但时波浪压力可按下式计算附图附式中闸底处波浪压力剩余强度可按下式计算附水闸设计规范试行当时波浪压力可按下式计算附图附式中闸底处波浪压力强度的折算系数当时可采用当时可采用静水面处的波浪压力强度可按下式计算附闸