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2临水面8沥青混凝土沥青油毛毡填缝灌沥青加热管?2.5紫铜片宽18cm2528沥青麻绳金属止水片74塑料止水片110号混凝土预制槽板接缝填充料油毛毡垂直缝水平缝4图3—1 垂直缝及水平缝止水结构图
第4章 水闸消能防冲、防渗、排水设计
4.1节制闸
天然河道的节制闸称为拦河闸。渠道的节制闸利用闸门启闭，调节上游水位和下泄流量，以满足向下一级渠道分水或控制、截断水流的需要。节制闸常建在分水闸、泄水闸的稍下游，以利分水和泄水；或建在渡槽、倒虹吸管等的稍上游，以利控制输水流量和事故检修；并尽量与桥梁、跌水、陡坡等结合，以取得经济效益。渠系节制闸的过水宽度要与上、下游渠道宽度相适应，以利于连接。当采用轮灌时，节制闸上、下游渠道的设计流量相同，下游水位即为与设计流量相应的渠水位；当采用续灌时，节制闸上下游设计流量不同，水位需取相应流量的渠水位，但下游水位需计及下一级节制闸壅水的影响。渠道节制闸多用开敞式，闸槛高程宜与渠底相平，采用平底宽顶堰，闸下消能防冲工程都比较简单，始流状态可依靠护坦上置的消力墩扩散水流，撞击消能。上下游翼墙力求平顺，常采用扭曲面过渡，以减少水头损失。在平原圩区的河渠上，在短距离内设置两个节制闸，俗称套闸，分级挡水，可起简易船闸的作用，既可解决好内外的交通运输，又可起到防洪排涝和控制水位的作用。节制闸的组成、结构及设计要点等与一般水闸相同。
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4.2 消能防冲设施
为了保证水闸的正常运用，防止河床冲刷，一方面尽可能消除水流的动能，消除波状水跃，并促使水流横向扩散，防止产生折冲水流；另一方面要保护河床及河岸，防止剩余动能引起的冲刷。这两方面的措施，首先是消能，其次是防冲。所以在消能防冲设计中，一定要抓住消能这个主要环节。水闸消能方式有底流式、海漫和防冲槽三个部分组成。消力池紧接闸室布置，在池中利用水跃进行消能，海漫紧接消力池，其作用是继续消除水流的剩余动能，使水流扩散并调整流速分布，以减小底部流速，从而保护河床免受冲刷。海漫末端常设防冲槽。 （一）消力池 1 消力池的布置
设计消力池时先根据上下游水位、过闸流量和地形地质等条件,假定直接查图求得。若计算的池深为零或负值，从理论上讲，不必设置消力池，开始在实际工程中，通常仍把池底高程降低0.5~1.0m形成消力池，这对稳定水跃位置，充分消能及调整消力池后的流速分布等方面都有利。
消力池长度的基本要求是保证水跃发生在池内。由于消力池末端的陡壁对水流有反作用力，池中水跃长度小于自由水跃长度Lj，根据经验，约20％~30%，所以消力池水平段长度为（0.7~0.8）Lj。水跃长度的计算公式很多，《水闸设计规范》推荐使用欧勒佛托斯基公式，即Lj=6.9（Hc”-Hc）。
消力池与闸室底板之间常用不陡于1:4的斜坡连接，工程中常用（1:4）~（1:5）。这样，消力池的长度Lsj应为斜坡段水平投影长度与水平段长度之和。即：Lsj=（4~5）z+（0.7~0.8）Lj（m）式中，z为闸底板与池底之间的高差。
计算消力池深度及长度时要考虑最不利的运用情况，可用设计范围内不同的单宽流量q及相应的上下游水位，分别计算上述两个数值，从中选取最大值作为设计值。
消力池末端一般设有尾槛，高约50cm。以稳定水跃，调整铅直断面上的流速分布，减小出池水流的底部流速，且可在槛后产生小横流旋滚，防止在尾看后发生冲刷，并有利于平面扩散和消减下游边侧回流。
以上介绍的是开挖而成的消力池。如果地基开挖困难，或因冬季要求放空池中积水以
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防止冰冻时，则可以不开挖而直接在护坦末端修建消力强，以抬高池内水位。如因墙身太高，工作条件复杂而消力墙后又需进一步消能时，可采用较浅的开挖深度和较低的消力墙相结合的消力池，这种消力池在闸门开启度较小时，消能效果亦较好。
消力池其主要作用是消除过闸水流的能量，防止冲刷下游河床。水闸宜采用底流式消能，其消能设施的布置形式应根据水位流量情况、地质条件、消能效果经技术经济比较后确定。当闸下尾水深度小于跃后水深时，可采用挖深式消力池消能，消力池底板可采用斜坡面与闸底板连接，斜面坡度不宜陡于1：4。当闸下尾水深度远小于跃后水深，且计算的消力池又较深时，可采用挖深式与突槛式消力池结合的综合式消力池。当计算的消力池很深，宜采用二级或多级消能。因为如采用一级消能，消力池的工作条件十分恶劣，不仅消力池中的流速和脉动压力显著增大，而且消力池池底扬压力也很大，消力池的稳定问题需慎重对待，处理不好甚至会影响闸室和边墙地基的稳定；如采用二级或多级消力池消能，消力池的受力条件显著改善，稳定性问题也容易解决，尽管各级消力池的总长度增加，但消力池底板厚度可以减小，由于水流横向扩散能力增大，下游防冲工程量可能减小。因此，水闸下游总的消能防冲工程量并不会显著增加，而在技术上则更加可靠。本工程内河消力池与闸底板结合为一体，长为8m，外河消力池长为10m，底板高程-1.30m。 2 护坦构造
闸后至消力池末端的底部结构物称为护坦，其作用不仅是促使出闸水流的消力池内产生水跃，而且防止闸下冲刷破坏。水闸过水时消力池内水流非常紊乱，护坦不仅受有自重、水重、杨压力、脉动压力，而且还有水流的冲击力，其受力条件较为复杂，一旦破坏就会影响到整个水闸的安全，设计时应慎重对待。
整个护坦一般是等厚的，也有采用变厚的。靠近闸室的一端较厚，向下逐渐减薄。确定护坦厚度时要从抗冲和抗浮两方面考虑。
护坦材料必须具有良好的抗冲耐磨性，一般采用标号C15或C20的混凝土浇筑，并配置温度构造钢筋。在小型水闸中有的也采用浆砌石块。为增强护坦板的抗滑稳定性，常在消力池的末端设置齿墙，墙深一般为0.8~1.5m，宽为0.6~0.8m。为了降低护坦底部的扬压力，可在水平段的后半部设置排水孔，并在该部位的底部铺设反滤层，以防止地基土壤被渗水带走。排水孔孔径一般为5~25m，间距1.0~3.0m，呈梅花状排列。排水孔内充填碎
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石或无砂混凝土，以防泥沙堵塞。但在多泥沙河道上，排水孔易被堵塞，不宜采用。
池底高程，然后进行水跃计算，求出跃前水深Hc及跃后水深Hc”,从而确定池深以及池底高程，也可以
护坦和闸室，翼墙之间用沉陷缝分开，护坦在顺水流方向也应用沉陷缝分开若干段。横缝的间距，地基较好时，为15~20m，地基较差时为8~12m，并尽可能与闸墩缝对齐。有防渗要求时，缝中应设止水，键槽不必加厚。一般在横河向不分缝，以提高整体性和稳定性。当护坦较长而地基较软弱时，顺水流方向护坦也可分为前后两段，采用不同厚度，并增设横向沉陷缝。 3 辅助消能工
在消力池中除尾槛外，有时还设有消力墩等辅助消能工，用以使水流受阻，给水流以反力，在墩后形成涡流，加强水跃中的紊流扩散，从而达到稳定水跃，减小和缩短消力池深度和长度的目的。
消力墩可设在消力池的前部或后部。设在前部的消力墩，对急流的反力大，辅助消能作用强，缩短消力池长度的作用明显，使易发生空蚀，且需承受较大的水流冲击力。设在后部的消力墩，消能作用小，主要用于改善水流流态。消力墩可做成矩形或梯形，设两排或三排交错排列，墩顶应有足够的淹没水深，墩高约为水跃后水深h”的1/5~1/3。在出闸水流流速较高的情况下，宜采用设在后部的消力墩。 （二）海漫
水流经过消力池，虽以消除了大部分多余能量，但仍留有一定得剩余动能，特别是流速分布不均，脉动仍较剧烈，具有一定得冲刷能力。因此，护坦后仍需设置海漫等防冲加固设施，以使水流均匀扩散，并将流速分布逐步调整到接近天然河道的水流形态。本工程泵站和节制闸内外河均设海漫段，长20m，内河侧顶高程为0.00m,外河侧采用1：20由0.00m高程变至-1.00m，均采用浆砌块石护底。 1 海漫的布置和构造
一般在海漫起始段做5~10m长的水平段，其顶面高程可与护坦齐平或在消力池尾槛顶以下0.5m左右，水平段后做成不陡于1:10的斜坡，以使水流均匀扩散，调整流速分布，
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保护河床不受冲刷。对海漫的要求有：表面有一定得粗糙度，以利进一步消除余能；具有一定得透水性，以便使渗水自由排出，降低扬压力；具有一定得柔性，以适应下游河床可能的冲刷变形。常用海漫结构有以下几种。 （1）干砌石海漫
一般由粒径大于30cm的块石砌成，厚度30~50cm，下面铺设碎石、粗砂垫层，厚10~15cm。干砌石海漫的抗冲流速诶2.5~4.0m/s。为了加大其抗冲能力，可每隔6~10m设一浆砌石埂。干砌石常用在海漫后段，约占海漫全场的2/3. （2）浆砌石海漫
厚度与干砌石海漫相同，抗冲流速可达3~6m/s,但柔性和透水性较差，常设置在海漫前部，约占海漫全常的1/3.浆砌石内设排水孔，下面铺设反滤层或垫层。 （3）混凝土板海漫
整个海漫由板块平铺而成，每块板的边长2~5m，厚度为10~30m，板中有排水孔，下面铺设反滤层或垫层。混凝土板海漫的抗冲流速可达6~10m/s，但造价较高。有时为增加便面粗燥率，可采用斜面式或城垛式混凝土块体。铺设时应注意顺水流流向不宜有通缝。 （4）钢筋混凝土板海漫
当出水池水流的剩余能量较大时，可在尾槛下游5~10m范围内采用钢筋混凝土海漫，板中有排水孔，下面铺设反滤层或垫层。 （5）其他形式海漫
如铅丝石笼海漫等。 2 海漫长度
海漫长度Lp取决于水流剩余动能、消力池出口的单宽流量、水流扩散情况、上下游水位差、河床土质抗冲能力、尾水深度以及海漫表面粗糙程度等因素。根据水闸运用经验，海漫与护坦的总长度约为上下游最大水位差的6~12倍。