第五章 水闸
概述
引言：水闸是一种低水头的水工建筑物，兼有挡水和泄水的作用，用以调节水位、控制流量，以满足水利事业的各种要求。
本节主要介绍：水闸的类型、工作特点、组成及水闸设计的内容
一．水闸的类型
水闸的种类:
1.按水闸所承担的任务分类:节制闸、进水闸、分洪闸、排水闸、挡潮闸、排沙闸、排冰闸、排污闸等
图示讲解：
水闸的类型及位置示意图
● 节制闸（或拦河闸）：拦河或在渠道上建造。枯水期用以拦截河道，抬高水位，以利上游取水或航运要求；洪水期则开闸泄洪，控制下泄流量。位于河道上的节制闸称为拦河闸。
● 进水闸：建在河道、水库或湖泊的岸边，用来控制引水流量，以满足灌溉、发电或供水的需要。进水闸又称取水闸或渠首闸。
● 分洪闸：常建于河道的一侧，用来将超过下游河道安全泄量的洪水泄入预定的湖泊、洼地，及时削减洪峰，保证下游河道的安全。
● 排水闸：常建于江河沿岸，外河水位上涨时关闸以防外水倒灌，外河水位下降时开闸排水，排除两岸低洼地区的涝渍。该闸具有双向挡水，有时双向过流的特点。
● 挡潮闸：建在入海河口附近，涨潮时关闸不使海水沿河上溯，退潮时开闸泄水。挡潮闸具有双向挡水的特点。
● 排沙闸、排冰闸、排污闸：为排除泥沙、冰块、漂浮物等而设置的。
2.按闸室结构形式分类
● 开敞式水闸：闸室上面不填土封闭的水闸。
一般有泄洪、排水、过木等要求时，多采用不带胸墙的开敞式水闸，多用于拦河闸、排冰闸等；当上游水位变幅大，而下泄流量又有限制时，为避免闸门过高，常采用带胸墙的开敞式水闸，如进水闸、排水闸、挡潮闸多用这种形式。
● 涵洞式水闸：闸（洞）身上面填土封闭的水闸，又称封闭式水闸。
涵洞式水闸常用于穿堤取水或排水的水闸。洞内水流可以是有压的或者是无压的。
二．水闸的工作特点
特点：
1.稳定方面：关门挡水时，水闸上、下游较大的水头差造成较大的水平推力，使水闸有可能沿基面产生向下游的滑动，为此，水闸必须具有足够的重力，以维持自身的稳定。
2.防渗方面：由于上下游水位差的作用，水将通过地基和两岸向下游渗流。渗流会引起水量损失，同时地基土在渗流作用下，容易产生渗透变形。严重时闸基和两岸的土壤会被淘空，危及水闸安全。渗流对闸室和两岸联接建筑物的稳定不利。因此，应妥善进行防渗设计。
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：土基上建闸，由于土基的压缩性大，抗剪强度低，在闸室的重力和外部荷载作用下，可能产生较大的沉降影响正常使用，尤其是不均匀沉降会导致水闸倾斜，甚至断裂。在水闸设计时，必须合理地选择闸型、构造，安排好施工程序，采取必要的地基处理等措施，以减少过大的地基沉降和不均匀沉降。
三．水闸的组成
图示讲解：
组成：上游联接段、闸室段和下游联接段三部分组成。
水闸的组成
闸室底板 2—闸墩 3—胸墙 4—闸门 5—工作桥 6—交通桥
7—堤顶 8—上游翼墙 9—下游翼墙 10—护坦 11—排水孔 12—消力坎 13—海漫 14—下游防冲槽 15—上游防冲槽 16—上游护底 17—上、下游护坡。
1.上游联接段：主要作用是引导水流平稳地进入闸室，同时起防冲、防渗、挡土等作用。一般包括上游翼墙、铺盖、护底、两岸护坡及上游防冲槽等。上游翼墙的作用是引导水流平顺地进入闸孔并起侧向防渗作用。铺盖主要起防渗作用，其表面应满足抗冲要求。护坡、护底和上游防冲槽（齿墙）是保护两岸土质、河床及铺盖头部不受冲刷。
2.闸室段：是水闸的主体部分，通常包括底板 、闸墩、闸门、胸墙 、工作桥及交通桥等。底板是闸室的基础，承受闸室全部荷载，并较均匀地传给地基，此外 ，还有防冲、防渗等作用。闸墩的作用是分隔闸孔并支承闸门、工作桥等上部结构。闸门的作用是挡水和控制下泄水流。工作桥供安置启闭机和工作人员操作之用。交通桥的作用是连接两岸交通。
3.下游联接段：具有消能和扩散水流的作用。一般包括护坦、海漫、下游防冲槽、下游翼墙及护坡等。下游翼墙引导水流均匀扩散兼有防冲及侧向防渗等作用。护坦具有消能防冲作用。海漫的作用是进一步消除护坦出流的剩余动能、扩散水流、调整流速分布、防止河床受冲。下游防冲槽是海漫末端的防护设施，避免冲刷向上游扩展。
四．水闸设计
水闸设计的内容有：闸址选择，确定孔口形式和尺寸，防渗、排水设计，消能防冲设计，稳定计算，沉降校核和地基处理，选择两岸连接建筑物的型式和尺寸，结构设计等。
第二节 闸址选择和闸孔设计
引言：闸址选择关系到工程建设的成败和经济效益的发挥，是水闸设计中的一项重要内容。应根据水闸的功能、特点和运用要求以及区域经济条件，综合考虑地形、地质、水流、潮汐、泥沙、冰情、施工、管理、周围环境等因素，经技术经济比较确定。
本节主要介绍：闸址选择、水闸等级划分及洪水标准、闸孔型式的选择、闸底板高程的确定、计算闸孔总净宽
一．闸址选择
选择闸址应考虑河势、河岸 、地势、岸线、岸坡、淤积、材料来源、对外交通、施工导流、场地布置、基坑排水、施工水电供应、水闸建成后工程管理维修和防汛抢险等条件，并应考虑下列要求：占用土地及拆迁房屋少；尽量利用周围已有公路、航运、动力、通信等公用设施；有利于绿化、净化、美化环境和生态环境保护；有利于开展综合经营，等等。
二.水闸等级划分及洪水标准
1.工程等别及建筑物级别
平原区水闸枢纽工程应根据水闸最大过闸流量及其防护对象的重要性划分等别，规模巨大或在国民经济中占有特殊重要地位的水闸枢纽工程，其等别应经论证后报主管部门批准确定。
山区、丘陵区水利水电枢纽中的水闸，其级别可根据所属枢纽工程的等别及水闸自身的重要性确定。枢纽工程等别应按国家现行的有关规范确定。
对失事后造成巨大损失或严重影响，或采用实践经验较少的新型结构的2~5级主要建筑物，经论证并报主管部门批准后可提高一级设计；对失事后造成损失不大或影响较小的1~4级主要建筑物，经论证并报主管部门批准后可降低一级设计。
2.洪水标准
平原区水闸的洪水标准应根据所在河流流域防洪规划规定的防洪任务，以近期防洪目标为主，并考虑远景发展要求，综合分析确定。
山区、丘陵区水利水电枢纽中的水闸，其洪水标准应与所属枢纽中永久性建筑物的洪水标准一致。永久性建筑物的洪水标准应按国家现行的SL252—2000的规定确定。
三．闸孔型式的选择
1.宽顶堰型：优点、缺点
2.低实用堰型：优点、缺点
3.胸墙孔口型：优点、缺点
四．闸底板高程的确定
底板高程与水闸承担的任务、泄流或引水流量、上下游水位、泥沙及河床地质条件等因素有关。
展开讲述底板高程、闸室宽度、两岸连接建筑与地基强度、单宽流量的关系。
五．计算闸孔总净宽
闸孔总净宽应根据泄流特点、下游河床地质条件和安全泄流的要求，结合闸孔孔径和孔数的选用，经技术经济比较后确定。计算时分别对不同的水流情况，根据给定的设计流量、上下游水位和初拟的底板高程及堰型来确定。
图示讲解：
1.对于平底闸，当水流为堰流时，计算示意图如下所示
平底板堰流计算示意图
计算公式如下：
=
● 单孔闸
● 多孔闸
式中 B0－闸孔总净宽（m）;
Q－过闸流量（m3/s）;
H0－计入行近流速在内的堰上水深（m）;
g －重力加速度，取9.81(m/s2);
m－堰流流量系数，可采用0.385；
ε－堰流侧收缩系数，对于单孔闸可按公式计算求得或查表得；
对于多孔闸可按公式计算求得；
b0－闸孔净宽（m）；
bs－上游河道一半水深处的宽度（m）；
N－闸孔数；
εZ－中闸孔侧收缩系数，
dz－中闸墩厚度（m）;
εb－边闸孔侧收缩系数，可按公式计算求得;
bb－边闸墩顺水流向边缘线至上游河道水边线之间的距离（m）;
σ－堰流淹没系数，对于宽顶堰可由表查得，表中的hs为堰顶下游水深（m）。
2.当为孔口出流时，计算示意图如下所示
孔口出流计算示意图
计算公式如下：
式中：he－孔口高度（m）;
μ－宽顶堰上孔流流量系数，可按公式计算求得或由表查得。
εˊ－垂直收缩系数，可由公式计算求得；
Φ-流速系数，可取0.95~1.0；
λ－计算系数，可由公式计算求得，该公式适用于0＜＜0.25范围。
r-胸墙底圆弧半径（m）;
σˊ－宽顶堰上孔流淹没系数，可由表5－8查得，表中hc”为跃后水深（m）。
水闸的过闸水位差确定：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确定。
水闸的过水能力：与上下游水位、底板高程和闸孔总净宽等是相互关联的，设计时，需要通过对不同方案进行技术经济比较后最终确定。
六．确定闸室单孔宽度和闸室总宽度
闸孔孔径：根据闸的地基条件、运用要求、闸门结构型式、启闭机容量，以及闸门的制作、运输、安装等因素，进行综合分析确定。
选用的闸孔孔径应符合国家现行的SL74—95《水利水电工程钢闸门设计规范》所规定的闸门孔口尺寸系列标准
闸孔孔数选定
闸室总宽度的确定
闸室总宽度：与上下游河道或渠道宽度相适应。
孔宽、孔数和闸室总宽度拟定后，再考虑闸墩等的影响，进一步验算水闸的过水能力。
第三节 水闸的消能防冲设计（一）
引言：水闸泄水时，部分势能转为动能，流速增大，具有较强的冲刷能力，而土质河床一般抗冲能力较低。因此，为了保证水闸的安全运行，必须采取适当的消能防冲措施。要设计好水闸的消能防冲措施，应先了解过闸水流的特点，进而采取妥善的防范措施。
本节主要介绍：过闸水流的特点、消能防冲设计条件的确定、底流消能工的设计。
一、过闸水流的特点
水流形式复杂：初始泄流时，闸下水深较浅，随着闸门开度的增大而逐渐加深，闸下出流由孔流到堰流，由自由出流到淹没出流都会发生，水流形态比较复杂。因此，消能设施应在任意工作情况下，均能满足消能的要求并与下游水流很好的衔接。
闸下易形成波状水跃：
图示讲解：上、下游水位差较小，出闸水流的佛汝德数较低（Fr=1~1.7）,容易发生波状水跃，特别是在平底板的情况下更是如此。此时无强烈的水跃旋滚，水面波动，消能效果差，具有较大的冲刷能力。另外，水流处于急流状态，不易向两侧扩散，致使两侧产生回流，缩小河槽过水有效宽度，局部单宽流量增大，严重地冲刷下游河道，见下图。
波状水跃示意图
闸下容易出现折冲水流：
图示讲解：一般水闸的宽度较上下游河道窄，水流过闸时先收缩而后扩散。如工程布置或操作运行不当，出闸水流不能均匀扩散，使主流集中，蜿蜒蛇行，左冲右撞，形成折冲水流，冲毁消能防冲设施和下游河道，见下图。
闸下折冲水流
二．消能防冲设计条件的确定
1.闸下水流的消能方式：底流式消能、挑流消能、面流式消能。
2.消能设计条件的选择：以闸门的开启程序，开启孔数和开启高度进行多种组合计算，进行分析比较确定。
三.底流消能工设计
1. 讲解消能工的布置
图示讲解：
底流式消能设施有三种形式：下挖式、突槛式和综合式，如下图所示。
消力池型式示意图
下挖式；（b）突槛式；（c）综合式
● 下挖式：当闸下尾水深度小于跃后水深时，可采用下挖式消力池消能。消力池可采用斜坡面与闸底板相连接，斜坡面的坡度不宜陡于1：4。
● 突槛式：当闸下尾水深度略小于跃后水深时，可采用突槛式消力池消能。
● 综合式：当闸下尾水深度远小于跃后水深，且计算消力池深度又较深时，可采用下挖消力池与突槛式消力池相结合的综合式消力池消能。
● 当水闸上、下游水位差较大，且尾水深度较浅时，宜采用二级或多级消力池消能。
● 尾槛：布置在消力池末端：调整流速分布，减小出池水流的底部流速，且可在槛后产生小横轴旋滚，防止在尾槛后发生冲刷，并有利于平面扩散和消减边侧下游回流。
2.池深、池长的确定
● 消力池的深度
消力池的深度是在某一给定的流量和相应的下游水深条件下确定的。设计时，应当选取最不利情况对应的流量作为确定消力池深度的设计流量。要求水跃的起点位于消力池的上游端或斜坡段的坡脚附近。
图示讲解：
消力池计算示意图
● 消力池深度计算
● 消力池的长度计算
大型水闸的消力池深度和长度，在初步设计阶段，应进行水工模型试验验证。
3.构造要求
● 消力池底板（即护坦）：承受水流的冲击力、水流脉动压力和底部扬压力等作用，应具有足够的重量、强度和抗冲耐磨的能力。护坦一般是等厚的，但也可采用不同的厚度，始端厚度大，向下游逐渐减小。
● 护坦厚度：可根据抗冲和抗浮要求，分别计算，并取其最大值。
● 消力池末端厚度取值。
● 配筋：底板一般用C15或C20混凝土浇筑而成，并按构造配置Ф10—12mm、@25~30cm的构造钢筋。大型水闸消力池的顶、底面均需配筋，中、小型的可只在顶面配筋。
● 排水孔：为了降低护坦底部的渗透压力，可在水平护坦的后半部设置排水孔，孔下铺设反滤层，排水孔孔径一般为5~10cm，间距1.0~3.0m，呈梅花形布置。
● 分缝与止水：护坦与闸室、岸墙及翼墙之间，以及其本身沿水流方向均应用缝分开，以适应不均匀沉陷和温度变形。护坦自身的缝距可取10~20m，靠近翼墙的消力池缝距应取得小一些。护坦在垂直水流方向通常不设缝，以保证其稳定性，缝宽2.0~2.5cm。缝的位置如在闸基防渗范围内，缝中应设止水设备；但一般都铺贴沥青油毛毡。
● 齿墙：为增强护坦的抗滑稳定性，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。
4.辅助消能工
为了提高消力池的消能效果，除尾槛外，还可设置消力墩、消力齿等辅助消能工，以加强紊动扩散，减小跃后水深，缩短水跃长度，稳定水跃和达到提高水跃消能效果的目的。
第三节 水闸的消能防冲设计（二）
复习上节课内容
本节主要介绍：海漫的布置和构造、海漫长度、防冲槽的构造与设计以及波状水跃和折冲水流的防止措施。
四．海漫
图示讲解：
水流经过消力池，虽已消除了大部分多余能量，但仍留有一定的剩余动能，特别是流速分布不均，脉动仍较剧烈，具有一定的冲刷能力。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。
海漫布置示意图
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坎顶以下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，保护河床不受冲刷。
对海漫的要求：表面有一定的粗糙度，以利进一步消除余能；具有一定的透水性，以便使渗水自由排出，降低扬压力；具有一定的柔性，以适应下游河床可能的冲刷变形。常用的海漫结构有以下几种：
● 干砌石海漫：一般由粒径大于30cm的块石砌成，厚度为0.4~0.6m，下面铺设碎石、粗砂垫层，厚10－15cm。干砌石海漫的抗冲流速为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。
● 浆砌石海漫：采用强度等级为M5或M8 的水泥砂浆，砌石粒径大于30cm,厚度为0.4~0.6m，砌石内设排水孔,下面铺设反滤层或垫层。浆砌石海漫的抗冲流速可达3~6m/s，但柔性和透水性较差，一般用于海漫的前部约10m范围内。
● 混凝土板海漫：整个海漫由板块拼铺而成；每块板的边长2－5m，厚度为0.1~0.3m，板中有排水孔，下面铺设垫层。混凝土板海漫的抗冲流速可达6~10m/s，但造价较高。有时为增加表面糙率，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。
● 钢筋混凝土板海漫：当出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板海漫，板中有排水孔，下面铺设反滤层或垫层。
● 其它形式海漫：如铅丝石笼海漫。
2.海漫长度：海漫的长度应根据可能出现的不利水位、流量组合情况进行计算。
讲解海漫长度计算公式
当,且消能扩散情况良好时，海漫长度可按下式计算：
五、防冲槽
图示讲解：
水流经过海漫后，尽管多余能量得到了进一步消除，流速分布接近河床水流的正常状态，但在海漫末端仍有冲刷现象。为保证安全和节省工程量，常在海漫末端设置防冲槽或采取其他加固措施。
在海漫末端挖槽抛石预留足够的石块，当水流冲刷河床形成冲坑时，预留在槽内的石块沿斜坡陆续滚下，铺在冲坑的上游斜坡上，防止冲刷坑向上游扩展，保护海漫安全。
防冲槽构造图
参照已建水闸工程的实践经验，防冲槽大多采用宽浅式的，其深度 t’’ 一般取1.5~2.5m，底宽b取2~3倍的深度，上游坡率m1=2~3,下游坡率m2= 3。防冲槽的单宽抛石量V应满足护盖冲坑上游坡面的需要估算。
六．浪状水跃、折冲水流的防止措施
1.波状水跃的防止措施：对于平底板水闸，可在消力池斜坡段的顶部上游预留一段0.5-1.0m宽的平台，其上设置一道小槛，使水流越槛入池，促成底流式水跃。槛的高度C约为hc的1/4，hc为闸孔出流的第一共轭水深。小槛迎水面做成斜坡，以减弱水流的冲击作用，槛底设排水孔。如将小槛改成齿形槛分水墩，效果会更好。若水闸底板采用低实用堰型，则有助于消除波状水跃。
2.折冲水流的防止措施：消除折冲水流首先应从平面布置上入手，尽量使上游引河具有较长的直线段，并能在上游两岸对称布置翼墙，出闸水流与原河床主流的位置和方向一致；其次是控制下游翼墙扩散角，每侧宜采用7°~12°,且不宜采用弧形翼墙（大型水闸如采用弧形翼墙，其半径不小于30m）,墙顶应高于下游最高水位，以免回流由墙顶漫向消力池；另外，要制订合理的闸门开启程序，如低泄量时隔孔开启，使水流均匀出闸，或开闸时先开中间孔，继而开两侧邻孔至同一高度，直至全部开至所需高度，闭门与之相反，由两边孔向中间孔依次对称地操作。
第四节 水闸的防渗排水设计（一）
引言：水闸的防渗排水设计任务在于经济合理地拟定闸的地下（及两岸）轮廓线型式和尺寸，以消除和减小渗流对水闸产生的不利影响，防止闸基和两岸产生渗透破坏。
本节主要介绍：地下轮廓线的概念、闸基防渗长度的计算、不同地基地下轮廓线的布置、闸基渗流计算的基本原理和计算步骤
一．地下轮廓的布置
1.地下轮廓线
图示讲解：
闸基渗流图
水流在上下游水位差H作用下，经地基向下游渗透，并从护坦的排水孔等处排出。
地下轮廓线上游铺盖、板桩及水闸底板等不透水部分与地基的接触线，即图中折线0、1、2．．．．．．15、16是闸基渗流的第一条流线，亦称地下轮廓线，其长度称为闸基防渗长度。
初步拟定的闸基防渗长度应满足：
2.不同地基地下轮廓线的布置
闸基防渗长度初步确定后，可根据地基特性，参考已建的工程经验进行闸基地下轮廓线布置。
防渗设计原则：高防低排。即在高水位侧采用铺盖、板桩、齿墙等防渗设施，用以延长渗径减小渗透坡降和闸底板下的渗透压力；在低水位侧设置排水设施，如面层排水、排水孔或减压井与下游连通，使地基渗水尽快排出，以减水渗透压力，并防止在渗流出口附近发生渗透变形。
● 粘性土地基
图示讲解：
粘性土壤具有凝聚力，不易产生管涌，但摩擦系数较小。因此，布置地下轮廓时，排水设施可前移到闸底板下，以降低底板下的渗透压力并有利于粘土加速固结，以提高闸室稳定性。防渗措施常采用水平铺盖，而不用板桩，以免破坏粘土的天然结构，在板桩与地基间造成集中渗流通道。
粘性土地基内夹有承压透水层时，应考虑设置垂直排水，以便将承压水引出。
（a）粘性地基 （b）粘性地基夹有透水砂层
粘性地基上地下轮廓布置图
● 砂性土地基
图示讲解：
砂性地基上地下轮廓布置图
（a）砂层厚度较深时；（b）砂层厚度较浅时；（c）易液化粉细砂土地基
砂性土粒间无粘着力，易产生管涌，要求防止渗透变形是其考虑主要因素；砂性土摩擦系数较大，对减小渗透压力要求相对较小。当砂层很厚时，可采用铺盖与板桩相结合的型式，排水设施布置在护坦上。必要时，在铺盖前端再加设一道短板桩，以加长渗径；当砂层较薄，下面有不透水层时，可将板桩插入不透水层，当地基为粉细砂土基时，为了防止地基液化，常将闸基四周用板桩封闭起来，因其受双向水头作用，故水闸上下游均设有排水设施，而防渗设施无法加长。设计时应以水头差较大的一边为主，另一边为辅，并采取除降低渗压以外的其它措施，提高闸室的稳定性。
二.闸基渗流计算
闸基渗流计算的目的：求解渗透压力、渗透坡降，验算地基土在初步拟定的地下轮廓线下的抗渗稳定性。
渗流计算方法：流网法、改进阻力系数法、直线法。
1.改进阻力系数法：是在阻力系数法的基础上发展起来的，这两种方法的基本原理非常相似。主要区别是改进阻力系数法的渗流区划分比阻力系数法多，在进出口局部修正方面考虑得更详细些。因此，改进阻力系数是一种精度较高的近似计算方法。
图示讲解：
基本原理
● 计算步骤
2.流网法
基本原理和绘制方法
对于边界条件复杂的渗流场，很难求得精确的渗流理论解，工程上往往利用流网法解决任一点渗流要素。流网的绘制可以通过实验或图解来完成。前者运用大型水闸复杂的地下轮廓和土基，后者运用于均质地基上的水闸，既简便迅速，又有足够的精度。
土石坝渗流与闸基渗流的区别
闸基渗流的边界条件确定方法：地下轮廓线作为第一条流线；地基中埋深较浅的不透水层表面作为最后一条流线。如果透水层很深，可认为渗流区的下部边界线为半圆弧线，该弧线的圆心位于地下轮廓线水平投影的中心，半径是地下轮廓线水平投影长度的1.5倍。设置板桩时，则半径应为地下轮廓线垂直投影的3倍，与前者比较，取其中较大值。渗流入渗的上游河床是第一条等势线；渗流出口处的反滤层或垫层是最后一条等势线。
计算渗流要素：
渗透压力：渗透坡降、渗透流速、渗透流量
第四节 水闸的防渗排水设计（二）
复习上节内容
本节主要介绍：直线比例法的计算原理和方法，铺盖、板桩及齿墙等防渗设施和排水设施的结构要求，水闸的侧向绕渗，并讲解例题
3.直线比例法
图示讲解：
闸基渗流计算示意图
对于地下轮廓比较简单，地基又不复杂的中、小型工程，可考虑采用直线法。
直线比例法是假定渗流沿地下轮廓流动时，水头损失沿程按直线变化，求地下轮廓各点的渗透压力。直线比例法有勃莱法和莱因法两种。
● 勃莱法
如上图（a）所示，地下轮廓予以展开，按比例绘一直线，在渗流开始点1作一长度为H的垂线，并由垂线顶点用直线和渗流逸出点8相连，即得地下轮廓展开成直线后的渗透压力分布图。任一点的渗透压力hx，如上图（c）所示，可按比例求得：
● 莱因法
根据工程实现，莱因法认为水流在水平方向流动和垂直向流动，消能的效果是不一样的，后着为前者的三倍。在防渗长度展开为一直线时，应将水平渗径除以3，再与垂直渗径相加，即得折算后的防渗长度，然后按直线比例法求得各点渗透压力，如上图（d）所示。
三、防渗及排水设施
防渗设施是指构成地下轮廓的铺盖、板桩及齿墙，而排水设施则是指铺设在护坦、浆砌石海漫底部或闸底板下游段起导渗作用的砂砾石层。排水常与反滤层结合使用。
1.铺盖
铺盖主要用来延长渗径，应具有相对的不透水性；为适应地基变形，也要有一定的柔性。铺盖常用粘土、粘土壤或沥青混凝土作成，有时也可用钢筋混凝土作为铺盖材料。
结合图示展开内容，分别讲述
粘土和粘壤土铺盖
铺盖的渗透系数应比地基土的渗透系数小100倍以上。铺盖的长度应由闸基防渗需要确定。铺盖的厚度δ应根据铺盖土料的允许水力坡降值计算确定。
● 混凝土、钢筋混凝土铺盖
如当地缺乏粘性土料，或以铺盖兼作阻滑板增加闸室稳定时，可采用混凝土或钢筋混凝土铺盖。铺盖与底板、翼墙之间用沉降缝分开。铺盖本身亦应设温度沉降缝，靠近翼墙的缝距应小一些，缝中均应设止水。混凝土强度等级为C15，配置钢筋。
● 还有沥青混凝土和浆砌块石铺盖。
2.板桩：板桩的作用随其位置不同而不同。一般设在闸底板上游端或铺盖前端，主要用以降低渗透压力，有时也设在底板下游端，以减小出口段坡降或出逸坡降。
3.齿墙：闸底板的上、下游端一般都设有齿墙，它有利于抗滑稳定，并可延长渗径。
4.排水设施：排水的位置直接影响渗压的大小和分布，应根据闸基土质情况和水闸的工作条件，做到既减小渗压又避免渗透变形。并在排水与地基接触处做好反滤层。
四．水闸的侧向绕渗
图示讲解：
侧向绕渗：水闸建成挡水后，除闸基渗流外，渗流还从上游高水位绕过翼墙、岸墙和剌墙等流向下游。绕渗对翼墙、岸墙施加水压力，影响其稳定性；在渗流出口处，以及填土与岸、翼墙的接触面上可能产生渗透变形。此外，它还会影响闸和地基的安全。因此，应做好侧向防渗排水设施。
1．侧向绕渗计算
侧向绕渗具有自由水面，属于三维无压渗流。当河岸土质均一，在其下面有水平不透水层时，可将三维问题简化成二维问题，按与闸基有压渗流相似的方法或流网法或改进阻力系数法求解绕渗要素。如果墙后土层的渗透系数小于地基渗透系数时，侧向绕渗压力可以近似地采用相对应部位的闸基扬压力计算值。
2．侧向防渗措施
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、墙体材料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，使在空间上形成防渗整体。
侧向绕渗示意图
3.例题：
第五节 闸室的布置和构造
引言：闸室是水闸的主体部分。开敞式水闸闸室由底板、闸墩、闸门、工作桥和交通桥等组成，有的还设有胸墙。闸室的结构形式、布置和构造，应在保证稳定的前提下，尽量做到轻型化、整体性好、刚性大、布置匀称，并进行合理的分缝分块，使作用在地基单位面积上的荷载较小，较均匀，并能适应地基可能的沉降变形。
本节主要介绍：闸室各组成部分的结构型式、尺寸、布置及构造。
一．底板
闸底板型式：平底板、钻孔灌注桩底板、低堰底板、箱式底板、斜底板、反拱底板
平底板分为：整体式、分离式
整体式底板
图示讲解：
概念、长度确定条件、底板厚度、混凝土强度等级以及适用范围
整体式底板
（a）墩中分缝底板；（b）跨中分缝底板
2．分离式底板
图示讲解：
概念、长度确定条件、底板厚度、混凝土强度等级以及适用范围
分离式底板
二、闸墩
1.结构型式
2.闸教的外形轮廓
3.闸墩上游部分的顶面高程
4.闸墩长度
5.闸墩厚度
6.平面闸门的门槽尺寸
三、胸墙
胸墙顶部高程与闸墩顶部高程齐平。胸墙底高程应根据孔口泄流量要求计算确定，以不影响泄水为原则。
胸墙相对于闸门的位置，取决于闸门的型式。胸墙结构型式可根据闸孔孔径大小和泄水要求选用。
胸墙厚度选择
胸墙与闸墩的连接方式
四.工作桥、交通桥
1.工作桥
概念、作用、工作桥设置高程（与门型有关，举例说明）
工作桥的总宽度选定
2.交通桥
交通桥的位置应根据闸室稳定及两岸交通连接等条件确定，通常布置在闸室下游。宽度根据交通要求定。
交通桥的型式：板式、板梁式、拱式。
五、闸室的分缝及止水设备
1.分缝方式及布置
分缝原因、方式、缝距
图示说明：
闸底板分缝型式示意图
1－底板；2－闸墩；3－闸门；4－岸墙；5－沉降缝；6－边墩
整体式底板闸室沉降缝，一般设在闸墩中间，一孔、二孔或三孔一联，成为独立单元，其优点是保证在不均匀沉降时闸孔不变形，闸门仍然正常工作。靠近岸边时，为了减轻墙后填土对闸室的不利影响，特别是在地质条件较差时，最多一孔一缝或两孔一缝，而后再接二孔或三孔的闸室。如果地基条件较好，也可以将缝设在底板中间,这样不仅减小闸墩厚度和水闸总宽，底板受力条件也可改善，但地基不均匀沉降可能影响闸门工作。
土基上的水闸,不仅闸室本身分缝,凡相邻结构荷重相差悬殊或结构较长、面积较大的地方，都要设缝分开。例如，铺盖、护坦与底板、翼墙联接处都应设缝；翼墙、混凝土铺盖及消力池底板本身也需分段、分块。
水闸分缝布置图
1－边墩 2－混凝土铺盖 3－消力池 4－上游翼墙 5－下游翼墙
6－中墩 7－缝墩 8－柏油油毛毡嵌紫铜片 9－垂直止水甲
10－垂直止水乙 11－柏油油毛毡止水
2.止水
凡具有防渗要求的缝，都应设止水设备。
具体讲解铅直止水：设在闸墩中间，边墩与翼墙间以及上游翼墙本身
具体讲解水平止水：设在铺盖、消力池与底板和翼墙、底板与闸墩间以及混凝土铺盖及消力池本身的温度沉降缝内。
第六节 闸门与启闭机
引言：闸门是水闸的关键部分,用它来封闭和开启孔口,以达到控制水位和调节流量的目的。
本节主要介绍：闸门的类型、启闭机类型
一.闸门
1.闸门的类型
● 按工作性质分类
闸门按其工作性质的不同,可分为工作闸门、事故闸门和检修闸门等。工作闸门又称主闸门，是水工建筑物正常运行情况下使用的闸门。事故闸门是在水工建筑物或机械设备出现事故时，在动水中快速关闭孔口的闸门，又称快速闸门。事故排除后充水平压，在静水中开启。检修闸门用以临时挡水，一般在静水中启闭。
● 按门体的材料分类
闸门按门体的材料可分为钢闸门、钢筋混凝土或钢丝网水泥闸门、木闸门及铸铁闸门等。钢闸门门体较轻，一般用于大、中型水闸。钢筋混凝土或钢丝网水泥闸门可以节省钢材，不需除锈但前者较笨重，启闭设备容量大；后者容易剥蚀，耐久性差，一般用于渠系小型水闸。铸铁门抗锈蚀、抗磨性能好、止水效果也好，但由于材料抗弯强度较低，性能又脆，故仅在低水头、小孔径水闸中使用。木闸门耐久性差，已日趋不用。
● 按结构形式分类
闸门按其结构形式可分为平面闸门、弧形闸门等。弧形闸门与平面闸门比较，其主要优点是启门力小，可以封闭相当大面积的孔口；无影响水流态的门槽，闸墩厚度较薄，机架桥的高度较低，埋件少。它的缺点是需要的闸墩较长；不能提出孔口以外进行检修维护，也不能在孔口之间互换；总水压力集中于支铰处，闸墩受力复杂。
2.平面闸门的构造
平面闸门由活动部分（即门叶）、埋固部分和启闭设备三部分组成。其中门叶由承重结构[包括面板、梁格、竖向联结系或隔板、门背（纵向）联接系和支承边梁等]，支承行走部件、止水装置和吊耳等组成。埋固部分一般包括行走埋固件和止水埋固体等。启闭设备一般由动力装置,传动和制动装置以及连接装置等组成。
平面闸门的基本尺寸根据孔口尺寸确定。孔口尺寸应优先采用钢闸门设计规范中推荐的系列尺寸。
露顶式闸门顶部应在可能出现的最高挡水位以上有0.3~0.5m的超高。
二.启闭机
闸门启闭机可分为固定式和移动式两种。启闭机型式可根据门型、尺寸及其运用条件等因素选定。选用启闭机的启闭力应等于或大于计算启闭力，同时应符合国家现行的SL41—93《水利水电工程启闭机设计规范》所规定的启闭机系列标准。
当多孔闸门启闭频繁或要求短时间内全部均匀开启时，每孔应设一台固定式启闭机。常用的固定式启闭机有卷扬式、螺杆式、油压式。
1.卷扬式启闭机
主要由电动机、减速箱、传动轴和绳鼓所组成。绳鼓固定在传动轴上，围绕钢丝绳，钢丝绳连接在闸门吊耳上。启闭闸门时，通过电动机、减速箱和传动轴使绳鼓转动，带动闸门升降。为了防备停电或电器设备发生故障，可同时使用人工操作，通过手摇箱进行人力启闭。卷扬式启闭机启闭能力较大，操作灵便，启闭速度快，但造价较高，适用于弧形闸门。某些平面闸门能靠自重（或加重）关闭，且启闭力较大时，也可采用卷扬式启闭机。
2.螺杆式启闭机
当闸门尺寸和启闭力都很小时，常用简便、廉价的单吊点螺杆式启闭机。螺杆与闸门连接，用机械或人力转动主机，迫使螺杆连同闸门上下移动。当水压力较大，门重不足时，为使闸门关闭到底，可通过螺杆对闸门施加压力。当螺杆长度较大（如大于3m）时，可在胸墙上每隔一定距离设支撑套环，以防止螺杆受压失稳。其启闭重量一般为3－100KN。
3.油压启闭机
油压启闭机的主体为油缸和活塞。活塞经活塞杆或连杆和闸门连接。改变油管中的压力即可使活塞带动闸门升降。其优点是利用油泵产生的液压传动，可用较小的动力获得很大的启重力；液压传动比较平稳和安全；较易实行遥控和自动化等。主要缺点是缸体内圆镗的加工受到各地条件的限制，质量不易保证，造价也较高。
第七节 水闸的稳定分析及地基处理（一）
引言：水闸竣工时，地基所受的压力最大，沉降也较大。过大的沉降，特别是不均匀沉降，会使闸室倾斜，影响水闸的正常运行。当地基承受的荷载过大，超过其容许承载力时，将使地基整体发生破坏。水闸在运用期间，受水平推力的作用，有可能沿地基面或深层滑动。因此，必须分别验算水闸在不同工作情况下的稳定性。
本节主要介绍：水闸承受的主要荷载及其组合
一、稳定分析
对于孔数较少而未分缝的小型水闸，可取整个闸室（包括边墩）作为验算单元；对于孔数较多设有沉降缝的水闸，则应取两缝之间的闸室单元分别进行验算。
1.荷载及其组合
图示讲解：
水闸挡水情况荷载示意图
水闸承受的主要荷载：自重、水重、水平水压力、扬压力、浪压力、泥沙压力、土压力及地震荷载等。
● 自重：（包括永久设备自重）
坝体自重W标准值计算公式：
W=V c （kN/m）
式中：V——坝体体积（m3）；
c——坝体混凝土的重度（kN/m3）。
计算自重时，坝上永久性的固定设备，如闸门、固定式启闭机的重量也应计算在内，坝内较大的孔洞应该扣除。坝体自重的作用分项系数为1.0。永久设备自重的作用分项系数，当其作用效应对结构不利时采用1.05，有利时采用0.95。
● 水重：当上、下游坝面倾斜时，应计入竖向静水压力。
● 泥沙压力：
概念：入库水流挟带的泥沙在水库中淤积，淤积在坝前的泥沙对坝面产生的压力。
泥沙压力计算图
计算公式：Psk = （kN/m）
式中 sb——泥沙的浮重度（kN/m3），sb=sd-（1-n）w
sd——泥沙的干重度（kN/m3）；
w——水的重度（kN/m3）；
n——泥沙的孔隙率；
hs——坝前估算的泥沙淤积厚度（m）；
s——泥沙的内摩擦角（°）。
当上游坝面倾斜时，应计入竖向淤沙压力，按淤沙的浮重度计算。淤沙压力的作用分项系数采用1.2。
● 坝底面上的扬压力：
讲解扬压力的组成及其概念：扬压力包括渗透压力和浮托力两部分。
渗透压力是由上下游水位差产生的渗流而在坝内或坝基面上形成的向上的压力。
浮托力是由下游水深淹没坝体计算截面而产生向上的压力。
扬压力的分布与坝体结构，上下游水位，防渗排水设施等因素有关。
◆ 当坝基设有防渗和排水幕时，坝底面上游（坝踵）处的扬压力作用水头为H1；排水孔中心线处的扬压力作用水头为H2+H （H=H1-H2）；下游（坝趾）处为H2；三者之间用直线连接。
◆ 当坝基设有防渗帷幕、上游主排水孔幕、下游副排水孔及抽排系统时，坝底面上游处的扬压力作用水头为H1，下游坝趾处为H2，主、副排水孔中心线处分别为1H1、2H2，其间各段用直线连接。
◆ 当坝基无防渗、排水幕时，坝底面上游处的扬压力作用水头为H1，下游处为H2，其间用直线连接。
● 土压力按主动土压力计算。
● 波浪压力
平原、滨海地区水闸按莆田试验站公式计算和：
（5—34）
（5—35）
式中 hm—平均波高（m）；
V0—计算风速（m/s），可采用当地气象台站提供的30年一遇10min平均最大风速；
D—风区长度（m），当对岸最远水面距离不超过水闸前沿水面宽度5倍时，可采用对岸至水闸前沿的直线距离；当对岸最远水面距离超过水闸前沿宽度5倍时，可采用水闸前沿水面宽度的5倍；
Hm—风区内的平均水深（m），可由沿风向的地形剖面图求得，其计算水位与相应计算情况下的静水位一致；
Tm—平均波周期（S）。
◆ 查得水闸的设计波列累积频率P（％）值。
◆ 计算hP。
◆ 波长值
◆ 计算波浪压力时分别按下列规定进行
1）当H和时，波浪压力可按下式计算。
式中 PL—作用于水闸迎水面上的浪压力（KN/m）；
hP—累积频率为P（%）的波高（m）；
hz—波浪中心超出计算水位的高度（m）；
HK—使波浪破碎的临界水深（m）。
2）当H和时，波浪压力按下式计算。
式中 ps—闸墩（闸门）底面处的剩余浪压力强度（Kpa）。
3）当H<HK时，波浪压力可按下式计算。.
式中 Pj—计算水位处的浪压力强度（kpa）；
λ—闸墩（闸门）底面处的浪压力强度折减系数，当时，可采用0.6;当时,可采用0.5;
Ki—闸前河（渠）底坡影响系数。
● 水平水压力
指作用于胸墙、闸门、闸墩及底板上的水平水压力。上下游应分别计算。
图示讲解：
作用在铺盖与底板连接处的水压力
a）粘土铺盖与底板的连接；（b）混凝土铺盖与底板的连接
粘土铺盖：a点压强按静水压力计算，b点取该点的扬压力值,两者之间按线性规律考虑。
混凝土铺盖：止水片以上仍按静水压力计算，以下按梯形分布，d点取该点的扬压力值，止水片底面c点的水压力等于该点的浮托力加e点处的渗透压力，即认为c、e点间无渗压水头损失。
● 地震荷载
地震区修建水闸。当设计烈度≧7度时，需考虑地震影响。地震荷载应包括建筑物自重以及其上的设备自重所产生的地震惯性力、地震动水压力和地震动土压力。
◆ 地震惯性力：采用拟静力法
计算公式：
式中 Fi—作用在质点i的水平向地震惯性力代表值；
αh—水平向设计地面加速度代表值；
ξ—地面作用的效应折减系数，除另有规定外，取0.25；
GEi—集中在质点i的重力作用标准值；
αi—质点i的动态分布系数；
g—重力加速度。
◆ 地震动水压力：采用拟静力法
直立坝面水深y处的地震动水压力代表值Pw（h）：
Pw（h）=hξψ（h）ρwH （kN/m）
式中 Pw（h）——作用在直立迎水坝面水深h处的地震动水压力代表值；
ψ（h）——水深h处的地震动水压力分布系数；
ρw——水体质量密度标准值（kg/m3）；
H——水深（m）。
单位宽度坝面的总地震动水压力作用在水面以下0.54 H0处，其代表值F0：
F0=0.65hξρwH02 （kN/m）
◆ 地震动土压力：
当重力坝坝体插入土体或坝体一侧有填土时，应计算地震动土压力作用。
地震主动土压力代表值FE：
式中 FE——地震主动动土压力代表值（kN/m）；
q0——土表面单位长度的荷重（kN/m）；
ψ1——重力坝表面（挡土墙面）与垂直面夹角（°）；
ψ2——土表面和水平面的夹角（°）；
H——土的高度（m）；
γ——土的重度的标准值（kN/m3）；
φ——土的内摩擦角（°）；
θe——地震系数角（°）；
δ——坝面（挡土墙面）与土之间的摩擦角（°）；
ζ——计算系数，动力法计算地震作用效应时应取1.0，拟静力法计算地震作用效应时一般取0.25，对钢筋混凝土结构取0.35。
地震被动动土压力应经专门研究确定。
2.荷载组合
计算闸室稳定和应力时的荷载组合：基本组合和特殊组合。必要时可考虑其它可能的不利组合。
基本组合：由同时出现的基本荷载组成。
特殊组合：由同时出现的基本荷载再加一种或几种特殊荷载组成。但地震荷载不应与设计洪水位或校核洪水位组合。
。
第七节 水闸的稳定分析及地基处理（二）
引言：在进行稳定计算时，需要正确地计算各种设计工况下闸室受到的各种荷载。
本节主要内容：复习上节内容，讲解水闸稳定计算
3.闸室的稳定性及安全指标
土基上的闸室稳定计算应满足：
● 在各种计算情况下，闸室平均基底压力≦地基允许承载力：
● 闸室基底应力的地最大值与最小值之比≦允许值：
● 沿闸室基础底面的抗滑稳定安全系数，应>允许值：
4.计算方法
● 验算闸室基底压力
◆ 当结构布置及受力情况对称时，按下式计算：
式中 —闸室基底压力的最大值或最小值（Kpa）；
—作用在闸室上的全部竖向荷载（包括闸室基础底面上的扬压力在内，KN）；
—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（KN.m）；
闸室基础底面的面积（m2）；
W—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（m3）。
◆ 当结构布置及受力情况不对称时，按下式计算：
式中 —作用在闸室上的全部竖向和水平向荷载对于基础底面形心轴x，y的力矩（KN.m）；
WX，Wy—闸室基础底面对于该底面形心轴x，y的截面矩（m3）
● 验算闸室的抗滑稳定
对建在土基上的水闸，除应验算其在荷载作用下沿地基的抗滑稳定外，当地基面的法向应力较大时，还需核算深层抗滑稳定性。一般情况与，不会发生深层滑动。
粘性土地基上的大型水闸，沿闸室基础底面的抗滑稳定安全系数宜按下式计算。
当闸室承受双向水平向荷载作用时，应验算其合力方向的抗滑稳定性。
水闸沿闸室基础底面的抗滑稳定安全系数，应按下式之一进行计算。
式中 KC—沿闸室基础底面的抗滑稳定安全系数；
f—闸室基础底面与地基之间的摩擦系数；
∑H—作用在闸室上的全部水平向荷载（KN）；
—闸室基础底面与土质地基之间摩擦角的正切值；
C0—闸室基础底面与土质地基之间的粘结力（Kpa）。
若KC<〔K〕，则需结合工程的具体情况，采取下列一种或几种抗滑措施：
◆ 将闸门位置移向低水位一侧，或将水闸底板向高水位一侧加长；
◆ 适当增大闸室结构尺寸；
◆ 增加闸室底板的齿墙深度。
◆ 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。
◆ 利用钢筋混凝土铺盖作为阻滑板，但闸室自身的抗滑稳定安全系数不应小于1.0（计算由阻滑板增加的抗滑力时，阻滑板效果的折减系数可采用0.80），阻滑板应满足限裂要求。阻滑板所增加的抗滑力可由下式计算：
式中 G1、G2—阻滑板上的水重和自重；
V—阻滑板下的扬压力；
f—阻滑板与地基间的摩擦系数。
二.闸基的沉降
由于土基压缩变形大，容易引起较大的沉降和不均匀沉降。沉降过大，会使闸顶高程降低，达不到设计要求；不均匀沉降过大时，会使底板倾斜，甚至断裂及止水破坏，严重地影响水闸正常工作。因此，应计算闸基的沉降，以便分析了解地基的变形情况,作出合理的设计方案。计算时应选择有代表性的计算点进行。然后用分层综合法计算其最终沉降量：
式中 —土质地基最终沉降量（m）；
m—地基沉降修正系数,1.0~1.6;
n—土质地基压缩层计算深度范围内的土层数；
e1i—基础底面以下第i层土在平均自重应力作用下，由压缩曲线查得的相应孔隙比；
e2i—基础底面以下第i层土在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；
hi—基础底面以下第i层土的厚度（m）。
土质地基允许最大沉降量和最大沉降差的原则：保证水闸安全和正常使用，根据具体情况研究确定。
减小不均匀沉降的措施：
◆ 尽量使相邻结构的重量不要相差太大；
◆ 重量大的结构先施工，使地基先行预压；
◆ 尽量使地基反力分布趋于均匀，闸室结构布置匀称；
◆ 必要时对地基进行人工加固。
三．地基处理
对于淤泥质土、高压缩性粘土和松砂所组成的软弱地基，需要处理。常用的处理方法：：
1．换土垫层
换土垫层法是工程上广为采用的一种地基处理方法，适用于软弱粘性土，包括淤泥质土。当软土层位于基面附近，且厚度较薄时，可全部挖除。如软土层较厚不宜全部挖除，可采用换土垫层法处理，将基础下的表层软土挖除，换以砂性土，水闸即建在新换的土基上。
砂垫层的主要作用：
◆ 通过垫层的应力扩散作用，减小软土层所受的附加应力，提高地基的稳定性；
◆ 减小地基沉降量；
◆ 铺设在软粘土上的砂层，具有良好的排水作用，有利于软土地基加速固结。
2．桩基础
在地基中打桩或钻孔灌注钢筋混凝土桩，在桩顶上设承台以支承上部结构。水闸桩基一般采用摩擦桩，由桩周摩擦阻力和桩底支承力共同承担上部荷载。桩基可以大大提高地基的承载力。因而，采用桩基的闸室可以采用分离式底板。
3．沉井基础
沉井是一筒状结构物，可以用浆砌块石、混凝土或钢筋混凝土筑成。施工时一般均就地分节砌筑或浇筑制成沉井，然后在井孔内挖土，这时沉井在自重下克服井外土的摩阻力和刃脚下土的阻力而下沉，当下沉至设计高程后，在井孔内用混凝土封底（也可不封底）即成沉井基础。
沉井基础的平面布置多呈矩形。沉井的平面尺寸不宜过大，单个沉井的长边不宜大于30m，长度比不宜大于3.0。
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。
第八节 闸室的结构设计（一）
引言：闸室为一受力比较复杂的空间结构。一般都将它分解为若干部件（如闸墩、底板、胸墙、工作桥、交通桥等）分别进行结构计算，同时又考虑相互之间的连接作用。
本节主要介绍：闸墩的结构计算
一、闸墩的结构计算
闸墩的计算情况有：①运用期，两边闸门都关闭时，闸墩承受最大水头时的水压力（包括闸门传来的水压力）、墩自重及上部结构重量。此时，对平面闸门的闸墩应验算墩底应力和门槽应力；弧形闸门的闸墩除验算墩底应力以外，还须验算牛腿强度及牛腿附近闸墩的拉应力集中现象。②检修期，一孔检修，上下游检修门关闭而邻孔过水或关闭时，闸墩承受侧向水压力、闸墩及其上部结构的重力，应验算闸墩底部强度，弧形闸门的闸墩还应验算不对称状态时的应力。
1.平面闸门闸墩应力计算
● 墩底水平截面上的正应力计算
运用时期对墩底应力最不利，可将其视为固结于闸底板上的悬臂结构，按偏心受压公式计算应力。
式中 σ—墩底正应力的最大和最小值，kPa；
ΣW—作用在闸墩上全部垂直力（包括自重）之和，KN；
A—墩底水平截面面积，m2；
ΣM—作用在闸墩上的全部荷载对墩底水平截面中心轴（近似地作为形心轴）I-I的力矩之和，KN.M；
L—墩底长度，m；
II—墩底截面对I-I轴的惯性矩，近似地取为，m4；B为墩厚,m。
● 墩底水平面上剪应力τ的计算
式中 Q—作用在墩底水平截面上的剪力，KN；
S1—剪应力计算截面处以远的各部分面积对I-I轴的面积矩之和，m3；
b—剪应力计算截面处的墩宽，m。
● 墩底水平截面上的横向正应力计算
检修时期是横向计算的最不利条件，其横向正应力按下式计算：
式中 —横向水压力对墩底水平截面中心轴II—II的力矩之和，kN·m；
—墩底截面对II—II轴的惯性矩，。
● 边墩、缝墩墩底主拉应力计算
当边墩和缝墩闸孔闸门关闭承受最大水头时，边墩和缝墩受力不对称，墩底受纵向剪力和扭矩的共同作用，可能产生较大的主拉应力。半扇闸门传来的水压力P不通过缝墩底面形心，产生的扭矩为Mn＝Pb1，其中b1为P至形心轴Ⅲ—Ⅲ的距离。扭矩Mn在A点（1／2墩长的边界处）产生的剪应力近似值τ1：
水压力P对水平截面的剪切作用，A点产生的剪应力近似值τ2：
A点的主拉应力：
式中 —边墩或缝墩在A点的正应力（以压应力为负）。
不得大于混凝土的允许拉应力，否则应配受力钢筋。
● 门槽应力计算
门槽颈部因受闸门传来的水压力而可能受拉，应进行强度计算,以确定配筋量。计算时在门槽处截取脱离体（取下游段或上游段底板以上闸墩均可），将闸墩及其上部结构重量、水压力及闸墩底面以上的正应力和剪应力等作为外荷载施加在脱离体上。根据平衡条件，求出作用于门槽截面BE中心的力T0及力矩M0，然后按偏心受压公式求出门槽应力σ。
式中 T0—脱离体上水平作用力的总和；
A—门槽截面面积，；
M0—脱离体上所有荷载对门槽截面中心o’的力矩之和；
I—槽截面对中心轴的惯性矩，；
b’、h—分别为门槽截面宽度和高度。
● 闸墩配筋
闸墩配筋：闸墩的内部应力不大，一般不会超过墩体材料的允许应力，按理可不配置钢筋。但考虑到混凝土的温度、收缩应力的影响，以及为了加强底板与闸墩间施工缝的连接，仍需配置构造钢筋。垂直钢筋一般每米3－4根φ10－14mm，下端伸入底板25－30倍钢筋直径，上端伸至墩顶或底板以上2－3m处截断（温度变化较小地区）；考虑到检修时受侧向压力的影响。底部钢筋应适当加密。水平向分布钢筋一般用Φ8－12mm，每米3－4根。这些钢筋都沿闸墩表面布置。
闸墩的上下游端部（特别是上游端），容易受到飘流物的撞击，一般自底至顶均布置构造钢筋，网状分布。闸墩墩顶支承上部桥梁的部位，亦要布置构造钢筋网。
门槽配筋：一般情况下，门槽顶部为压应力，底部为拉应力。若拉应力超过混凝土的允许拉应力时，则按全部拉应力由钢筋承担的原则进行配筋；否则配置构造钢筋，布置在门槽两侧，水平排列，每米3－4根，直径较之墩面水平分布钢筋适当加大。
2.弧形闸门闸墩
弧形闸门通过牛腿支承在闸墩上，故不需设置门槽。牛腿宽度b不小于50－70cm，高度h不小于80－100cm，并在其端部设450斜坡，牛腿轴线尽量与闸门关闭时门轴处合力作用线一致。
闸门关闭挡水时，牛腿在半扇弧形闸门水压力R的法向分力N和切向分力T共同作用下工作，分力N使牛腿弯曲和剪切，T则使牛腿产生扭曲和剪切。牛腿可视为短悬臂梁进行内力计算和配筋。
牛腿处闸墩在分力N作用下，根据偏光弹性试验表明，在牛腿前约2倍牛腿宽，1.5-2.5倍牛腿高范围，墩内的主拉应力大于混凝土的容许拉应力，需要配筋。在此范围以外，拉应力小于混凝土的容许拉应力，不需配筋或按构造配筋。在牛腿处闸墩钢筋面积，可按下式计算。
式中 N′—牛腿前大于混凝土容许拉应力范围内的总拉力，约为牛腿集中力N的70%—80%；
r0—结构重要性系数;
—设计状况系数;
rd—结构重要性系数;
重要的大型水闸，应经试验确定闸墩的应力状态，并据此配置钢筋。
第八节 闸室的结构设计（二）
复习上节内容
本节主要介绍：用弹性地基梁法、反力直线法和倒置梁法进行整体式平底板内力计算，以及胸墙、工作桥、交通桥等结构计算。
二、整体式平底板内力计算
整体式平底板的平面尺寸远较厚度为大，可视为地基上的受力复杂的一块板。目前工程实际仍用近似简化计算方法进行强度分析。一般认为闸墩刚度较大，底板顺水流方向弯曲变形远较垂直水流方向小，假定顺水流方向地基反力呈直线分布，故常在垂直水流方向截取单宽板条进行内力计算。
按照不同的地基情况采用不同的底板应力计算方法。相对密度Dr＞0.5的砂土地基或粘性土地基,可采用弹性地基梁法。相对密度Dr0.5的砂土地基，因地基松软，底板刚度相对较大，变形容易得到调整，可以采用地基反力沿水流流向呈直线分布、垂直水流流向为均匀分布的反力直线分布法。对小型水闸，则常采用倒置梁法。
1.弹性地基梁法
该法认为底板和地基都是弹性体，底板变形和地基沉降协调一致，垂直水流方向地基反力不呈均匀分布（图5－62），据此计算地基反力和底板内力。此法考虑了底板变形和地基沉降相协调，又计入边荷载的影响，比较合理，但计算比较复杂。
当采用弹性地基梁法分析水闸闸底板应力时，应考虑可压缩土层厚度T与弹性地基梁半长L／2之比值的影响。当小于0.25时，可按基床系数法（文克尔假定）计算；当大于2.0时，可按半无限深的弹性地基梁法计算；当2T／L为0.25-2.0时，可按有限深的弹性地基梁计算。
弹性地基梁法计算地基反力和底板内力的具体步骤如下：
● 用偏心受压公式计算闸底纵向(顺水流方向)地基反力。
● 在垂直水流方向截取单宽板条及墩条，计算板条及墩条上的不平衡剪力。
图示讲解：
以闸门槽上游边缘为界，将底板分为上、下游两段，分别在两段的中央截取单宽板条及墩条进行分析，如下图所示。作用在板条及墩条上的力有：底板自重（q1）、水重（q2）、中墩重（G1/bi）及缝墩重（G2/bi），中墩及缝墩重中（包括其上部结构及设备自重在内），在底板的底面有扬压力（q3）及地基反力（q4）。
作用在单宽板条上的荷载及地基反力示意图
● 确定不平衡剪力在闸墩和底板上的分配。
不平衡剪力Q应由闸墩及底板共同承担，各自承担的数值，可根据剪应力分面图面积按比例确定。为此，需要绘制计算板条及墩条截面上的剪应力分布图。对于简单的板条和墩条截面，可直接应用积分法求得。
● 计算基础梁上的荷载
● 计算地基反力及梁的内力。
2.反力直线法
该法假定地基反力在垂直水流方向也为均匀分布。其计算步骤是：
（1）用偏心受压公式计算闸底纵向地基反力。
（2）确定单宽板条及墩条上的不平衡剪力。
（3）将不平衡剪力在闸墩和底板上进行分配。
（4）计算作用在底板梁上的荷载。
3.倒置梁法
该法同样也是假定地基反力沿闸室纵向呈直线分布，横向（垂直水流方向）为均匀分布，它是把闸墩作为底板的支座，在地基反力和其它荷载作用下按倒置连续梁计算底板内力。
倒置梁法的缺点是没有考虑底板与地基变形协调条件，假设底板在横向的地基反力为均匀分布与实际情况不符，闸墩处的支座反力与实际的铅直荷载也不相等。因此，该法只适用于软弱地基上的小型水闸。
三、胸墙、工作桥、交通桥等结构计算
视支承和结构情况按板或板梁系统进行结构计算。
四、桩基设计
水闸桩基础通常应采用摩擦型桩（包括摩擦桩和端承摩擦桩），即桩顶荷 载全部或主要由桩侧摩阻力承受。桩的根数和尺寸按照承担底板底面以上的全 部荷载（包括竖向荷载和水平向荷载）确定，不考虑桩间土的承载能力。在同一块底板下，不应采用直径、长度相差过大的摩擦型桩，也不应同时采用摩擦桩和端承型桩。
1.桩的水平承载力和根数的确定
假设水闸传来的总水平荷载H由各桩平均承担，每根桩承担的水平荷载，应小于单桩的允许水平承载力[T]，据此确定桩的数目N：
式中 ΣH—作用于桩基上的总水平荷载，KN；
T—每根桩承担的水平荷载，KN。
[T]值，可根据桩的直径、单桩和群桩关系、地基条件等因素，以控制允许的水平位移值为主要指标，通过计算并参照已建类似工程资料确定。
2.桩的布置
常用的灌注桩直径为0.6-1.2m。桩的平面布置应尽量使桩群的重心与底板以上各种荷载的合力作用点相接近，以使每根桩上受力接近相等。桩在顺水流方向一般设一排，等距布置；当孔径较大，桩数较多，一排布置不下时，可设两排或三排，每排桩数不宜少于四根，在平面上呈梅花形、矩形或正方形。预制桩的中心距不应小于3倍桩径，钻孔灌注桩的中心不应小于2.5倍桩径。
3.桩长的确定
桩位确定后，即可根据单桩承受的铅直荷载Pi和单桩允许铅直承载力[Pa]确定桩长。可先假定桩长，Pi由偏心受压公式确定，而[Pa]可根据桩尖支承面的容许承载力及桩周的容许摩擦力确定，若[Pa]<Pi,须重新假定桩长并进行计算，直至[Pa]>(Pi)max为止。灌注桩长度尚需满足嵌固条件，即桩长要大于12倍桩径。
对大型水闸，单桩允许铅直承载力[Pa]应由现场试验验证。
水闸的两岸联接建筑物
引言：水闸与河岸或堤、坝等连接时，必须设置联接建筑物。水闸多建在软土地基上，由于基础压缩性大，承载力低故沉陷量较大，轻则影响使用，重则危及水闸安全；且由于水闸水头变幅大，过闸水流往往消能不充分，加上土基抗冲能力低，所以下游冲刷较普遍；此外，闸基和两岸渗流对水闸的稳定不利，容易引起渗透变形。
本节主要介绍：联接建筑物的作用、联接建筑物的形式和布置、两岸联接建筑物的结构型式；水闸的检查与养护以及裂缝、渗漏、下游冲刷、磨损、气蚀等常见问题的处理措施。
一、联接建筑物的作用
联接建筑物包括:上、下游翼墙和边墩（或边墩和岸墙），有时设防渗刺墙，其作用：
● 挡住两侧填土，维持土坝及两岸的稳定。
● 当水闸泄水或引水时，上游翼墙主要用于引导水流平顺进闸，下游翼墙使出闸水流均匀扩散，减少冲刷。
● 保持两岸或土坝边坡不受过闸水流的冲刷。
● 控制通过闸身两侧的渗流，防止与其相连的岸坡或土坝产生渗透变形。
● 在软弱地基上设有独立岸墙时，可以减少地基沉降对闸身应力的影响。
在水闸工程中，两岸联接建筑在整个工程中所占比重较大，有时可达工程总造价的15%-40%，闸孔愈少，所占比重愈大。
二．联接建筑物的形式和布置
1.闸室与河岸的联接型式
水闸闸室与两岸（或堤、坝等）的连接型式主要与地基及闸身高度有关。当地基较好，闸身高度不大时，可用边墩直接与河岸联接。
当闸身较高、地基软弱的条件下，可在边墩外侧设置轻型岸墙，边墩只起支承闸门及上部结构的作用，而土压力全由岸墙承担。这种连接型式可以减少边墩和底板的内力，同时还可使作用在闸室上的荷载比较均衡，可减少不均匀沉降。当地基承载力过低，可采用护坡岸墙的结构型式。
图示讲解：护坡岸墙的优点：边墩既不挡土，也不设岸墙挡土。因此，闸室边孔受力状态得到改善，适用于软弱地基。缺点：防渗和抗冻性能较差。为了挡水和防渗需要，在岸坡段设刺墙，其上游设防渗铺盖。
护坡连接型式
2.翼墙的布置
上游翼墙应与闸室两端平顺联接，其顺水流方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7о－12о，其顺水流方向的投影长度大于或等于消力池长度。
上、下游翼墙的墙顶高程应分别高于上、下游最不利的运用水位。翼墙分段长度应根据结构和地基条件确定，可采用15－20 m。建筑在软弱地基或回填土上的翼墙分段长度可适当缩短。
● 反翼墙
翼墙自闸室向上、下游延伸一段距离，然后转弯90о插入堤岸，墙面铅直，转弯半径约2－5m。这种布置形式的防渗效果和水流条件均较好，但工程量较大，一般适用于大中型水闸。对于渠系小型水闸，为节省工程量可采用一字型布置型式，即翼墙自闸室边墩上下游端即垂直插入堤岸。这种布置形式进出水流条件较差。
● 圆弧式翼墙
这种布置是从边墩开始，向上、下游用圆弧形的铅直翼墙与河岸连接。上游圆弧半径为15－30m，下游圆弧半径为30－40m。其优点是水流条件好，但模板用量大，施工复杂。适用于上下游水位差及单宽流量较大、闸室较高、地基承载力较低的大中型水闸。
● 扭曲面翼墙
翼墙迎水面是由与闸墩连接处的铅直面，向上、下游延伸而逐渐变为倾斜面，直至与其连接的河岸（或渠道）的坡度相同为止。翼墙在闸室端为重力式挡土墙断面形式，另一端为护坡形式。这种布置形式的水流条件好，且工程量小，但施工较为复杂，应保证墙后填土的夯实质量，否则容易断裂。这种布置形式在渠系工程中应用较广。
● 斜降翼墙
在平面上呈八字形，随着翼墙向上、下游延伸，其高度逐渐降低，至末端与河底齐平，见图5－73。这种布置的优点是工程量省，施工简单，但防渗条件差，泄流时闸孔附近易产生立轴漩涡，冲刷河岸或坝坡，一般用于较小水头的小型水闸。
三、两岸联接建筑物的结构型式
两岸联接建筑物从结构观点分析，是挡土墙。常用的型式有：重力式、悬臂式、扶壁式、空箱式及连拱空箱式等。
1．重力式挡土墙
重力式挡土墙主要依靠自身的重力维持稳定。常用混凝土和浆砌石建造。由于挡土墙的断面尺寸大，材料用量多，建在土基上时，基墙高一般不宜超过5－6m。
重力式挡土墙顶宽一般为0.4-0.8m,边坡系数m为0.25-0.5,混凝土底板厚约0.5-0.8m,两端悬出0.3-0.5m,前趾常需配置钢筋。
为了提高挡土墙的稳定性，墙顶填土面应设防渗；墙内设排水设施，以减少墙背面的水压力。排水设施可采用排水孔或排水暗管。
重力式翼墙结构计算同挡土墙。
2．悬臂式挡土墙
悬臂式挡土墙是由直墙和底板组成的一种钢筋混凝土轻型挡土结构。其适宜高度为6－10m。用作翼墙时，断面为倒T形，用作岸墙时，则为L形,这种翼墙具有厚度小，自重轻等优点。它主要是利用底板上的填土维持稳定。
底板宽度由挡土墙稳定条件和基底压力分布条件确定。调整后踵长度，可以改善稳定条件；调整前趾长度，可以改善基底压力分布。直径和底板近似按悬臂板计算。
3.扶壁式挡土墙
当墙的高度超过9－10m以后，采用钢筋混凝土扶壁式挡土墙较为经济。扶壁式挡土墙由直墙、底板及扶壁三部分组成。利用扶壁和直墙共同挡土，并可利用底板上的填土维持稳定，当改变底板长度时，可以调整合力作用点位置，使地基反力趋于均匀。
钢筋混凝土扶壁间距一般为3－4.5m，扶壁厚度0.3－0.4m；底板用钢筋混凝土建造，其厚度由计算确定，一般不小于0.4m;直墙顶端厚度不小于0.2m，下端由计算确定。悬臂段长度b约为（1/3—1/5）B。直墙高度在6.5m以内时，直墙和扶壁可采用浆砌石结构，直墙顶厚0.4—0.6m,临土面可做成1：0.1的坡度；扶壁间距2.5m,厚0.5-0.6m。
底板的计算，分前趾和后踵两部分。扶壁计算，可把扶壁与直墙作为整体结构，取墙身与底板交界处的T形截面按悬臂梁分析。
4.空箱式挡土墙
空箱式挡土墙由底板、前墙、后墙、扶壁、顶板和隔板等组成。利用前后墙之间形成的空箱充水或填土可以调整地基应力。因此，它具有重力小和地基应力分布均匀的优点，但其结构复杂，需用较多的钢筋和木材，施工麻烦，造价较高。故仅在某些地基松软的大中型水闸中使用。在上下游翼墙中基本上不再采用。
顶板和底板均按双向板或单向板计算，原则上与扶壁式底板计算相同。前墙、后墙与扶壁式挡土墙的直墙一样，按以隔墙支承的连续板计算。
5.连拱式挡土墙
连拱空箱式土墙也是空箱式挡土墙的一种型式，它由底板、前墙、隔墙和拱圈组成。前墙和隔墙多采用浆砌石结构，底板和拱圈一般为混凝土结构。拱圈净跨一般为2－3m，矢跨比常为0.2-0.3,厚度为0.1-0.2m。拱圈的强度计算可选取单宽拱条，按支承在隔墙（扶壁）上的两铰拱进行计算。连拱式挡土墙的优点是：钢筋省、造价低、重力小，适用于软土地基。缺点是：挡土墙在平面布置上需转弯时施工较为困难，整体性差。
第十节 水闸的运用管理
一．水闸的检查与养护
为了确保水闸正常运用，应对各部分进行检查，包括经常性检查、定期检查和特殊检查。如土方工程、石方工程、混凝土和钢筋混凝土工程、闸门和起闭设备及其它附属设施等，注意有无异常现象，是否完好，要求认真检查，并做好记录，发现问题及时处理。水闸的日常养护工作，可参照土石坝，混凝土坝有关内容进行，此外，应注意以下几方面要求：
● 杂物清理。要定期清理、打捞积聚在闸底板上、门槽和消力池内的砂石和杂物；防止表面磨损、卡塞等不利现象。
● 严禁超载。水闸上增设交通桥或堆放重物都会引起地基不均匀沉陷，闸身变形或裂缝。
● 防止冲刷。对岸坡、海漫等部位的冲刷破坏要及时填补加固维修。
● 启闭灵活。如闸门的防锈、防腐，局部损坏的修补，变形、断裂、螺栓松动的修复；启闭机械经常保养，定期检修，以确保闸门的启闭灵活和安全可靠。
● 防蚀防腐。主要是指沿海地区或水中含有侵蚀物质的水闸，由于水的侵蚀作用，使钢筋锈蚀、混凝土顺筋裂缝，钢闸门穿孔和剥落，严重影响结构的使用寿命。因此，对易受侵蚀部位要予以保护，已顺筋开裂，但不严重的构件，应及时修理。
二、水闸常见问题的处理
水闸常见问题包括水闸的裂缝、渗漏、下游冲刷、磨损、气蚀等几个方面。
1.水闸的裂缝处理
水闸的裂缝通常出现在闸底板、闸墩、翼墙、下游护坦等部位，浆砌石挡土墙和砌石护坡也易产生裂缝。
● 闸墩裂缝
闸墩裂缝最常见的是发生在弧形闸门闸墩的牛腿与闸门之间的范围内，多呈铅直向且贯穿闸墩。处理时，多采用预应力拉杆锚固法，一般是沿闸墩主拉应力方向增设高强度预应力钢筋（拉杆），主拉杆的布置应与主拉应力大小、方向相适应，呈扁形分布。主拉杆上游端通过钢板与锚筋连接，下游端穿过牛腿，杆端配置螺帽并施加预应力。为保护拉杆并使表面平整，应将墩石凿成宽深均为5cm的槽，使拉杆放入其内，张拉后用水泥砂浆抹平。
● 翼墙裂缝
上下游翼墙通常采用各种形式的挡土墙，由于温度变化、不均匀沉降、墙后未设排水孔、墙后填土不实或冻胀等原因，引起墙体移动、倾斜并产生裂缝。修补前，要查明并消除产生裂缝的原因。特别是墙后未设排水孔的，应重新设置。经验算，如墙体不能抵抗墙后土压力，可用锚筋加固。当挡土墙有整体滑动危险时，可在墙前打桩，并在桩上浇筑混凝土盖重。
● 下游护坦裂缝
护坦裂缝主要是由于地基不均匀沉陷、温度变化、排水堵塞或排水布置不合理等原因造成的。沉陷裂缝的处理一般是待其基本稳定以后，将裂缝改作沉陷缝，并在缝中设止水；排水堵塞应查明原因，及时进行必要的翻修；温度裂缝虽然易于产生，但尺寸小变化慢，一般可将缝隙凿槽，先用柏油麻绳封住后，再用砂浆抹平，但密实性差；也可在枯水期往槽内嵌补环氧材料或混凝土，有时也可利用裂缝作一道伸缩缝。对某些混凝土体较厚部位的贯穿性裂缝可采用灌浆处理法。
2.渗漏处理
水闸的渗漏主要是指闸基渗漏和侧向绕渗等。处理原则仍为上截下排，即防渗和排渗相结合。
● 闸基渗漏
闸基的异常渗漏，不仅会引起渗透变形，甚至将直接影响水闸的稳定性，因此，要认真分析，查清渗水来源，工程中通常采用以下措施进行防渗。
◆ 延长或加厚原铺盖。加大铺盖尺寸，可以提高防渗能力。如原铺盖损坏严重，引起渗径长度不足，应将这些部位铺盖挖除，重新回填翻新。
◆ 及时修补止水。当铺盖与闸底板、翼墙间，岸墙与边墩等连接部位的止水损坏后，要及时进行修补，以确保整个防渗体系的完整性。
◆ 底板、铺盖与地基间的空隙是常见的渗漏通道，不仅使渗透变形迅速扩大，还会影响底板的安全使用，一般可采用水泥灌浆予以堵闭。
◆ 增设或加厚防渗帷幕。建在岩基上的水闸，如基础裂隙发育或较破碎，可考虑在闸底板首端增设防渗帷幕，若原有帷幕的，应设法加厚。
● 侧向绕渗
严重的侧向绕渗将引起下游边坡的渗透变形，甚至造成翼墙歪斜、倒塌等事故。工程中防渗措施较多，如经常维护岸墙、翼墙及接缝止水，确保其防渗作用；对于防渗结构破坏的部位，应用开挖回填，彻底翻修的方法；若原来没有刺墙的，可考虑增设刺墙；但要严格控制施工质量；对于接缝止水损坏的，应补做止水结构，如橡皮止水、金属片止水、沥青止水。
3.下游冲刷的处理
水闸下游冲刷破坏的主要部位是护坦、海漫、下游河床及两岸边坡。
处理方法：
● 以改善水流流态，充分消能为目的的消能措施。
● 以提高抗冲能力为目的的防护措施。
4.水闸磨损的处理
水闸的磨损现象，主要是发生在多沙河流上，如闸底板、护坦因设计不周，引起的磨损应通过改善结构的布置来防治。对于水闸护坦上因设置消力墩引起的立轴漩涡长时间挟带泥沙在一定的范围旋转，使护坦磨损，严重时会磨穿护坦，为此，可废弃消力墩，将尾槛改成斜面或流线型，使池内泥沙随水流顺势带向下游可减轻对护坦的磨损。
有些部位改善结构布置较为困难，如闸底板，应采用抗蚀性能好的材料进行护面或修补可起到较好的作用。磨损的修补材料较多，如环氧材料、高强度混凝土，呋喃材料等，可根据具体部位、磨损状况、自身条件，参考其它工程运用经验确定。
5.水闸气蚀的处理
水闸的气蚀是工程运用中常见的问题，主要发生在高速水流脱离边界条件，产生过低负压的部位，气蚀的初期只是表层的轻微剥蚀，但随其不断发展，将产生较为严重的气蚀破坏，影响正常运用。其它处理方法可参考本书有关章节。
三、闸门、启闭机的运用
闸门、启闭机都有多种类型，其工作特点不尽相同，现简要介绍闸门、启闭机的一般操作及运用技术要求。
1.运用前的准备工作
● 严格执行启闭制度
启闭制度是管理人员进行闸门操作的主要依据，一般情况下，不经批准，不得随意变动。当接到启闭任务后，要迅速召集有关人员，作好各项准备工作，特别是闸门开度较大，其泄流水位变化对上下游有危害时，必须预先通知有关单位，以免造成不必要的损失。
● 认真进行检查工作
为了确保闸门能安全及时的启闭，必须认真细致地进行检查工作，如发现问题，应及时处理，再进行操作，主要内容包括闸门的检查，启闭机设施检查及其它方面的检查。
◆ 闸门的检查。闸门启闭前应检查门体有无歪斜，周围有无漂浮物卡阻现象、闸门开度是否在原定的位置；对于平板闸门应检查闸门槽是否有堵塞、变形；在冰冻地区，冬季启闭闸门前要检查闸门的活动部位有无冻结现象。
◆ 启闭设施检查。主要包括启闭电流或动力有无故障，对于人力启闭的，要有人员保证；电动机应当运行正常，机电安全保护设施应完好可靠；机械转动部位的润滑油应充足，并符合规定要求；检查牵引设备是否正常，如钢丝绳是否锈蚀、断裂，螺杆、连杆和活塞杆等有无弯曲变形，吊点结合是否牢固等。
◆ 其它方面检查。如上、下游有关船只漂浮物或其它障碍物影响行水情况，设有通气孔时，应检查通气是否正常，有无堵塞；上下游水位、流量、流态的检查观测等。
2.闸门的操作运用
闸门在进行操作运用时，首先应明确设计规定的闸门运用原则,一般要求工作闸门能在动水情况启闭，检修闸门在静水情况启闭，事故闸门应能在动水情况关闭，一般在静水情况开启。闸门在操作运用时，应注意的主要问题如下：
● 工作闸门的操作。工作闸门允许局部开启时,在不同的开度泄水，应注意对下游的冲刷和闸门、闸身的振动；不允许局部开启的工作闸门，中途不能停留使用；闸门泄流时，必须与下游水位相适应，使水跃发生在消力池内。一般应根据实测水位、流量、开度等资料进行分次开启；控制压力涵洞的闸门，在充分放水时，不应使洞内流量增减太快，停水过程要适当延长，并保持通气孔畅通，以防洞内产生负压、超压及气蚀等现象。
● 事故、检修闸门操作。不得用于控制流量；泄水期间，事故闸门要充分做好准备，一旦闸门下游发生事故,力争在最短的时间内关闭闸门；对于压力涵洞的检修闸门关闭后，洞内积水应缓慢放空，特别是洞身长度大，检修门距工作门较远的情况。
多孔闸门的运用。不能全部同时启闭时，可由中间向两边依次对称开启，闭门时则由两边向中间依次进行，以保证下泄水流均匀对称，减少冲刷；下泄水流量允许部分开启闸孔时，必须在水跃能控制在消力池内的情况下进行。
