朱家浜水闸设计——内外河水位

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毕业设计（论文）课题任务书

（2012 ---- 2013学年）

学院名称：成教学院 课题名称 学生姓名 指导教师 课题概述： 朱家浜位于临空经济园区北块范围内，是一条东西走向的河道，东与苏州河相连，向西穿越联通河、联泾港后与即将新建的外环西河连接，河道全线长约为1.5km。在距苏州河河口约600m的河道处现有简易泵闸一座，系净宽4m的节制闸和2.2m3/s的排水泵站组成的整体结构。本工程的近期主要任务是防汛、除涝和水资源调度改善生态环境，工程建成后可解决长宁西部临空经济园区的排水出路，通过泵闸的引排水调度，可改善上述内河河道的水质。远期主要任务是引清冲污以及地区防汛除涝工程的补充。 根据工程事例所给出的地质地形条件和气象水文情况，对水闸进行设计，包括水闸的总体布置﹑局部设计，以及结构构造设计，以满足工程预定的要求。 要求阅读或检索的参考资料及文献（包括指定给学生阅读的外文资料）： [1]林继镛主编.水工建筑物（第5版）. 北京: 中国水利水电出版社，2006 [2]《水闸设计规范》SL 265-2001. 水利部水利水电规划设计总院,江苏省水利勘测设计研究院编. 中国水利水电出版社. 2001 [3]陈宝华,张世儒编著. 水闸. 中国财政经济出版社. 2003.9 [4]水闸设计. 华东水利学院编. 上海科学技术出版社. 1985.2 [5]小型水利水电工程设计图集水闸分册.江苏省水利勘测设计院,江苏省扬州水利学校编. 水利电力出版社. 1983.12 [6]武汉水利电力学院水力学教研室，《水力计算手册》，水利电力出版社，438—454 [7]《小型水利水电工程设计水闸分册》水利水电出版社，江苏省水利勘测设计院、江苏扬州水利学校 汪 亮 高 柱 专业 朱家浜水闸设计—内外河水位 水利水电建筑工程 任务书下达时间 学号 09011028 2012.12.5 目 录

摘要 ...................................................................... 1 前言 ...................................................................... 2 第1章 概 述 .......................................................... 3

1.1工程基本资料 ........................................................ 3 1.2 工程建设的必要性 ................................................... 3

1.2.1地区防洪除涝的要求 ............................................ 3 1.2.2 地区发展的需要 ................................................ 3 1.2.3水资源调度的需要 .............................................. 3 1.3 工程建设的可行性研究成果 ........................................... 5 1.4水闸设计的工程任务和标准 ............................................ 6 1.5工程布置及建筑物 .................................................... 7 1.6水文气象情况 ........................................................ 7

1.6.1气象 .......................................................... 7 1.6.2 外河水位 ...................................................... 8 1.6.3 正常水位 ...................................................... 8 1.6.4 内河水位 ...................................................... 9 1.6.5地下水 ....................................................... 10 1.7编制依据及设计规范 ................................................. 10

1.7.1编制依据 ..................................................... 10 1.7.2设计规范 ..................................................... 11

第2章 水闸的总体布置 ................................................. 12

2.1水闸的闸址选择 ..................................................... 12 2.2水闸的组成 ......................................................... 13

2.2.1上游连接段 ................................................... 13 2.2.2闸室段 ....................................................... 14 2.2.3下游连接段 ................................................... 16 2.3水闸枢纽的布置 ..................................................... 18

2.3.1枢纽建筑物的布置 ............................................. 18 2.3.2水闸与两岸的连接布置 ......................................... 18

第3章 枢纽布置设计.................................................... 20

3.1 闸址选择和闸孔设计 ................................................ 20

3.1.1闸址选择 ..................................................... 20 3.1.2 闸孔设计 ..................................................... 20 3.2闸室的布置和构造 ................................................... 20

3.2.1 底板 ......................................................... 20 3.2.2 闸墩 ......................................................... 21 3.2.3 闸门 ......................................................... 21 3.2.4 胸墙 ......................................................... 24 3.2.5分缝方式及止水设备 ........................................... 25

第4章 水闸消能防冲、防渗、排水设计 ................................. 27

4.1节制闸 ............................................................. 27 4.2 消能防冲设施 ...................................................... 28 4.4水闸的防渗排水布置 ................................................. 34 4.5设计依据 ........................................................... 34

4.5.1设计水位及组合 ............................................... 35 4.5.2内外河翼墙稳定计算水位组合 ................................... 35 4.5.3安全系数和地基应力要求 ....................................... 37

第5章 闸室结构计算.................................................... 39

5.1 闸室稳定及基底应力计算 ............................................ 39 5.2沉降计算及基础处理设计 ............................................. 42

5.2.1沉降计算 ..................................................... 42 5.2.2基础处理设计 ................................................. 43 5.3内外河翼墙及河道边坡整体稳定验算 ................................... 44 5.4内外河挡墙桩基计算 ................................................. 45

致谢 ..................................................................... 47 参考文献 ................................................................ 48

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朱家浜水闸设计——内外河水位

学 生： 指导教师：

某某大学 某某学院

摘要：朱家浜位于临空经济园区北块范围内，是一条东西走向的河道，本设计通过对朱

家浜水闸闸址处的地形﹑地质﹑气象﹑水文条件的分析，确定了朱家浜水闸的等级以及其建筑物的级别。同时通过分析其水力条件，对该水闸的各个组成部分，包括上游铺盖﹑闸室﹑下游消力池﹑海漫等进行了设计，并根据其荷载情况进行了结构设计。

关键词：水闸，闸室，消力池，海漫，结构设计

Abstract: Zhujia Bang is located in the north block of Linkong Economic Park.

It is an east-west river. For this text, by analysis the land form, the geology, the weather and the hydrology of the Zhujia Bang sluice at the location, we will compartmentalize the grade of this junction and design the every part of it, including the upstream apron, the lock chamber, the downstream stilling basin and the riprap, by the hydraulic computation, and carry through the structural design in accord the load circs. Keywords: the sluice, the lock chamber, the stilling basin, the riprap, the structural design

Keywords: the sluice, the lock chamber, the stilling basin, the riprap, the

structural design

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前言

水闸是一种利用闸门挡水和泄水的底水头水工建筑物，多建于河道﹑渠系及水库﹑湖泊岸边。关闭闸门，可以拦洪﹑挡潮﹑抬高水位以满足上游引水和灌溉；开启闸门可以泄洪﹑排涝﹑冲沙或根据下游用水需要调节流量。水闸在水利水电工程中的应用十分广泛。

水闸按其所承担的任务，可以分为6种：

1节制闸。拦河或在渠系上建造，用于拦洪，调节水位以满足上游引水或航运的要求，控制下泄流量，保证下游河道安全或根据下游需要调节放水流量。

2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。进水闸又称水闸或渠首闸。

3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分洪区（蓄洪区或滞洪区）或分洪道。

4排水闸。常建于江河沿岸，用来排除内河或低洼地区对农作物有害的渍水。当外河水位上涨时，可以关闸，防止外水倒灌。当洼地有蓄水、灌溉要求时，也可以关门蓄水或从江河引水，具有双向挡水，有时还有双向过流的特点。

5挡潮闸。建在入海河口附近，涨潮时关闸，防止海水倒灌；退潮时开闸泄水，具有双向挡水的特点。

6冲沙闸(排沙闸)。建在多泥沙河流上，用于排除进水闸、节制闸前或渠系中沉积的泥沙，减少引水水流的含沙量，防止渠道和闸前河道淤积。冲沙闸常建在进水闸一侧的河道上与节制闸并排布置或设在引水渠内的进水闸旁。

此外还有为排除冰块、漂浮物等而设置的排冰闸、排污闸。

水闸主要由闸室﹑上游连接段和下游连接段组成，其中闸室是水闸的主体，而上游连接段用以水流平顺进入闸室，下游连接段主要是用以消能防冲，减少水流对河床和河岸的破坏。

本设计内容就是根据工程事例所给出的地质地形条件和气象水文情况，对水闸进行设计，包括水闸的总体布置﹑局部设计，以及结构构造设计，以满足工程预定的要求。

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第1章 概 述

1.1工程基本资料

朱家浜位于临空经济园区北块范围内，是一条东西走向的河道，东与苏州河相连，向西穿越联通河、联泾港后与即将新建的外环西河连接，河道全线长约为1.5km。在距苏州河河口约600m的河道处现有简易泵闸一座，系净宽4m的节制闸和2.2m3/s的排水泵站组成的整体结构。

1.2 工程建设的必要性

1.2.1地区防洪除涝的要求

一般本工程排涝时可以趁苏州河落潮过程中内外河水位基本持平时开启闸门；引水时可以趁苏州河涨潮过程中内外河水位基本持平时开启闸门。特殊情况不能利用自然的水位落差闸排、闸引时，才采用泵站排涝或引水。

1.2.2 地区发展的需要

临空经济园区的水系是长宁区西部地区水系的组成部分，是为整个地区防洪除涝服务的。由于临空经济园区局部地块用地性质及具体规划的调整，朱家浜泵闸需东移，该段河道目前属于外河，河道水位及防汛墙高程均按苏州河标准控制，沿岸景观效果较差，地块的开发利用受到很大的限制。泵闸外移后，可降低内河河道的控制水位和两岸的堤顶高程，两岸可改造为自然生态，亲水的景观河道，沿河绿化可成为开放式园艺，大大改善周边地区的自然景观，促进该地区的开发利用。

1.2.3水资源调度的需要

长宁区西部地区众多地方雨污合流，河道水质极差，水环境恶劣，居民意见很大。因此，河道水质的改变，环境的改善是当务之急。要解决水质问题，根本的措施是控制和治理污染源，在此基础上进行水资源调度调活水体，并加强面上环卫管理，最终改善河道的水环境质量。

本地区位于苏州河的旁边，可结合苏州河环境综合整治，在苏州河水质改善的基础上

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从苏州河调水入本地区。

原则如下：

（1）统筹规划，标本兼治，远近结合，分步实施，做到防汛、除涝，改善水环境的协调统一。

（2）充分发挥水利工程的作用，在确保防洪（涝）安全的前提下，开展经常性的水资源调度，增加河道水体的稀释和自净能力。

（3）根据水情、水质等情况，结合苏州河综合调水，合理选择调水方向和调度方式，提高调度效率，有效改善河网水质，尽可能降低运行成本。

具体措施如下：

（1）相对固定引、排水口门，促使河道水体定向、定量、有序流动，达到引清、稀释、降解、排放的目的。

根据临空排水区的水系现状，近期拟从纵泾港河口引入足够的清水量由东向西流动，然后沿联泾港由北向南运动。水体在朱家浜往复摆动对沿河的污染源充分稀释、降解后，沿朱家浜由西向东从朱家浜及通协河河口排入苏州河。

远期外环西河建成，并打通朱家浜、联泾港与外环西河的联接后可以从纵泾港及朱家浜同时引入清水流，由东向西，由北向南沿程稀释、降解污水后，西排入外环西河。

（2）利用已有和新建的水利工程，加快水体流动，改善水流方向，增加换水频率，可在一定范围内缓解污染程度。

调活水体不仅仅是简单的稀释和污染物搬家的物理过程，而且也是一个促进污染物在水体中分解、降解的生物净化过程。一般情况下，在清污比达到8：1时，24小时内CODcr、BOD5、NH3-N等污染量的削减率分别为39.99%、23%和14.03%，平均削减率为25.67%。因此，本设计定期置换水体，初步按清污比8：1考虑。

经计算常水位2.50m时的河网槽蓄为10万m3，若完全用泵站引水，按清污比8：1考虑，在二天左右完成置换，泵站容量为4.5m3/s。若置换水位3.00m时的13.1万m3槽蓄，泵站容量为4.5m3/s时，65小时完成；泵站容量为6m3/s时，二天完成；泵站容量9 m3/s时，32.5小时完成；泵站容量12 m3/s时，一天完成置换。

（3）临空经济园区水系的外河为新泾港段苏州河。在吴淞路闸桥不关闸时，苏州河仍是一条自然的中等感潮河流，其潮流界在黄渡附近，潮区界在赵屯以上，属浅海非正规

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半日潮型。经济园区的水系经常可乘潮引进清水，落潮抢排污水，可视河道污水状况，半月或一月定期置换水体一次。一般而言每调度一次，可降低污染物浓度10~20%，局部地区甚至可改善一个等级，并维持3-6天。

1.3 工程建设的可行性研究成果

根据《长宁区西部地区防洪除涝规划》及《上海虹桥临空经济园区水系调整修编方案》，朱家浜水闸需结合景观要求进行改建。现根据园区规划，朱家浜北岸（苏州河西岸~规划福泉路）地块拟兴建一五星级城市度假酒店，即上海凯莱酒店。该酒店由中粮集团凯莱国际酒店管理公司、新家坡政府产业投资有限公司及国家信息中心中国国信信息总公司等三家公司投资。根据凯莱酒店设计方案，将利用朱家浜内河兴建一游艇会所，以提升酒店的项目品位及档次，游艇可沿苏州河直航至凯莱酒店。长宁区政府从临空发展的前瞻性考虑，也希望利用粮十库原朱家浜码头、港池作为今后公共水上设施停靠点。因此，朱家浜水闸有进出游艇的要求，游艇净宽在5m以上，游艇两边留出0.8m安全余度，因此闸门宽度应不小于7m。随着旅游业和其它行业的发展，同时考虑到今后水闸有通过大中型游艇的需要，因此，闸门净宽取8m。

根据《长宁区西部地区防洪除涝规划》，除涝方案分为首先整治新泾港方案和全线开通外环西河方案，两个方案都是可行的，但排水效果还是全线开挖外环西河较为明显，但外环西河开挖尚需征地，且近期的动拆迁难度较大。首先整治新泾港方案的泵闸布局和规模为：原新泾港泵闸改建，内河水系沟通。在临空排水区小片水系未与经济园区南部新渔港、周家浜等河系连通、市政雨水泵站及排水管网未完建发挥作用前，保持小区一定的排水容量还是相当必要的，排水容量以4.5m3/s左右为宜。

按《上海虹桥临空经济园区水系调整修编方案(送审稿)》，园区内河水系基本沟通，通过联泾港将朱家浜与纵泾港沟通（已实施），通过新开河道将朱家浜与通协河沟通，内河河道亦按规划进行黑臭整治；同时，考虑到临空经济园区为新型的综合经济园区，在确保防洪（涝）安全的前提下，开展经常性的水资源调度，增加河道水体的稀释和自净能力。经综合计算，得知在园区利用水泵二日左右完成，河网水体置换需要装机4.5 m3/s~6 m3/s，经防洪除涝、引清排污分析，拟在纵泾港、朱家浜新建双向泵站，泵站流量各为2×1.5m3/s，其中3×1.5m3/s为区域排涝流量，1×1.5m3/s为装机备用流量。

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1.4水闸设计的工程任务和标准

本工程的近期主要任务是防汛、除涝和水资源调度改善生态环境，工程建成后可解决长宁西部临空经济园区的排水出路，通过泵闸的引排水调度，可改善上述内河河道的水质。远期主要任务是引清冲污以及地区防汛除涝工程的补充。

（1）除涝标准

根据已批准的《上海市城市防洪排水规划》，长宁区西部地区的除涝标准采用20年一遇最大24小时面雨量192.9mm，1963年典型雨型，其中最大1小时降雨强度为36mm。以适应城市雨水系统采用“一年一遇”的排水标准。

（2）防洪标准和防洪高程

内河侧根据《长宁区西部地区防洪除涝规划》最高涝水位3.99m，根据《城市防洪工程设计规范》，3级建筑物安全超高取0.5m，相应的设防高程为4.49m；根据“关于颁发市区部分内河除涝防御水位标准的通知〈沪汛办（95）第32号文〉”，内河设计防御水位为4.20m，防汛墙的墙顶高程为4.50m，该防洪高程与本区域近阶段新建的新泾港防汛墙一致。

在承受两岸河道排涝及上游来水的情况下，外河最高防御水位4.79m，根据《城市防洪工程设计规范》，2级建筑物安全超高取0.4m，故外河设防高程为5.20m。

（3）抗震标准

根据上海市地震局发布的上海地区地震基本烈度分布图﹑上海市标准《建筑抗震设计规范》（DBJ08-9-2003），本工程位于（相当）地震基本烈度为7度地区，抗震设计烈度取为7度。

（4）除涝引水调度原则

乘潮开闸自排和水泵抽排相结合，控制区内河网最高水位，根据气象预报，在暴雨来临前，趁外河低潮预降内河水位，一般降至2.00m；若此时外河潮位较高而根据气象预报将有暴雨在短时间内来临，可开泵排水，直至内河水位降低至2.00m。当区域遭遇暴雨，

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河道水位高于2.50m时，在升高至3.00m前，趁外河低潮开闸排水，若此时外河潮位较高而内河水位高于3.00m,需要紧急排水时，可开泵排水，直至内河水位降低至2.50m。若外河水位低于或与内河水位持平，而内河又需保证一定的景观水位时，开泵引水。要处理好调水与防汛的关系。“调活水体”要求适当提高水位，水位越高，槽蓄量越大，水体流动越快，效果越好；防洪除涝要求水位要低，水位越低，槽蓄量越大，安全系数越高。在灾害性天气多发时期可少调水或不调水，遇有突发性天气，应以安全第一，迅速及时地预降水位，确保安全。在制定调水方案的同时制定防洪除涝预案等等。

1.5工程布置及建筑物

本工程为Ⅲ等工程，主要建筑物（泵、闸、外河翼墙﹑防汛墙）为2级水工建筑物；次要建筑物（内河翼墙等）为3级水工建筑物。

本工程中心线距苏州河口180m。水闸垂直水流方向宽12.4m，顺水流方向长24m，门槛顶高程0.00m，门型为下卧式钢闸门，闸孔净宽8m。泵闸底板下采用桩径0.7m，桩间距1.5m× 1.50m，水闸桩长13.9m，泵站桩长15 m的双头水泥搅拌桩处理。外河消力池长为10m；内河消力池长为8m。内、外河均设海漫段，长20m。内外河翼墙采用低桩承台钢筋混凝土结构。内河翼墙墙顶高程为4.50m，外河翼墙墙顶高程为5.20m。

1.6水文气象情况

1.6.1气象

该地区属亚热带海洋性气候，气候温和湿润，四季分明。年平均气温15.6℃，极端最高气温40.2℃，极端最低气温-12.1℃。光照充足，年平均日照时间为1800~2000小时，平均日照率为40~50%，无霜期长。全年多东南风，年平均风速为2.7m/s。雨水丰沛，上海龙华站多年平均年降水量1147.3mm，年雨日132天，其中暴雨天数为29天。降雨年际年内分配不匀，历史上有气象资料记录以来降水最多的年份是1985年，达1673.4mm，超出常年46%；年内降雨集中于汛期，5~9月降雨总量约占全年60%以上，其中每年6~7月是一年一度的梅雨季节，阴雨连绵，雨量充沛；7~9月又多受热带风暴或台风的影响，据统计，自1949年至1999年的51年期间，受热带风暴或台风影响约59次，最多的一年出

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现7次，影响的时间最长可达8天，此时，常伴有雨量大、历时长、范围广的暴雨或大暴雨，并引起增水，显著抬高潮位，如适逢天文大潮，便形成风暴潮，极易引发洪涝灾害，如1977年8月21日的“77.8”特大暴雨，暴雨中心塘桥日降雨量558.3mm，其中最大1小时降雨量147.3mm，造成市区大范围严重内涝。

1.6.2 外河水位

(1)最高水位

影响苏州河设计高水位的主要因素是洪、涝、潮、控的不同组合作用，即苏州河两翼地区的排涝(含城市雨水泵站的强排水)、上游的洪水下泄、下游高潮的顶托、洪涝水的不同调度方案。

在苏州河吴淞路闸桥建成以后，苏州河水位属于可控状态。根据市水务局最新的论证成果（该成果已上报市发改委审批），苏州河最高水位受行洪排涝工况控制，如果遇到流域50年一遇洪水、区域20年一遇涝水、组合相应不到一年一遇的近期设计标准水情，东太湖分洪工程暂未实施，则苏州河在承受两岸河道排涝及流域上游来水的情况下，最高行洪排涝设计高水位为4.79m，正常控制水位2.50～3.50m，最低控制水位为1.50m。

以2005年8月“麦沙”台风实际发生的雨情、水情、潮情作为苏州河校核高水位的分析工况，朱家浜周边地区校核高水位为5.00m。

(2)多年平均年最高潮位

根据水文总站对新泾港自建站~2005年的年最高潮位统计，新泾港站的多年平均年最高潮位为2.78m。

(3) 多年平均年最低潮位

同样，根据水文总站对新泾港站自建站~2005年的年最低潮位统计，新泾港站的多年平均年最低潮位为2.07m。

(4) 历史最低潮位

根据水文总站对新泾港站自建站~2005年的年最低潮位统计，新泾港站的历史最低潮位为1.05m，发生在1959年2月12日。

1.6.3 正常水位

虽然苏州河在河口建造了吴淞路闸桥，但由于其关闸时间很少，所以在一般情况下，

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苏州河仍似一条自然的中等感潮河流，其潮流界在黄渡附近，潮区界在赵屯以上，属浅海非正规半日潮型，潮位每天两高两低，对新泾港站高、低潮位进行统计，平均高潮位为2.70m，平均低潮位为2.00m，平均潮差0.70m。随着苏州河环境综合整治的深入开展，水资源调度频次的加大，苏州河的高、低水位会有所变化，但正常水位基本上在2.5m上下。

1.6.4 内河水位

根据《长宁区西部地区防洪除涝规划》，除涝方案分为首先整治新泾港方案和全线开通外环西河方案，通过河网水力计算，两方案相应的最高水位分别为3.99m和3.61m。两个方案都是可行的，但排水效果还是全线开挖外环西河较为明显，但外环西河开挖尚需征地，且近期的动拆迁难度较大，如在近期采用首先整治新泾港方案时，整治临空经济园区北部的河道，并将纵泾港与朱家浜沟通，就可控制内河水位3.99m。

考虑到本区域河网尚未全面整治，水面率不足3%，现状区域排水能力远低于规划标准，规划工程的实施需要一定的时间。区域防洪标准根据“关于颁发市区部分内河除涝防御水位标准的通知〈沪汛办（95）第32号文〉”，内河设计防御水位为4.20m。

因此，内河控制最高水位按设计防御水位为4.20m；突击预降的最低水位为2.00m；河网正常水位2.50m；泵站排涝起用水位为3.00m。

内、外河特征水位详见表1—1～2—1。

表1—1 外河特征水位表 单位：m

历年最高潮位平均值 历年最低潮位平均值 历史最高水位 历史最低水位 校核高水位 设计高水位 常水位 设计低水位 2.78 2.07 4.16(2005.8.7) 1.05(1959.2.12) 5.00 4.79 2.5~3.5 1.5

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表2—1 内河特征水位表 单位：m

设计防御水位 规划设计高水位 常水位 设计低水位 4.20 3.99 2.5 2.0

1.6.5地下水

拟建场地距离苏州河河口约50m，河道地表水水位受苏州河潮汐影响变化幅度较大，勘探点测放时量测的水面高程约为2.50m。

拟建场区陆域浅层地下水属潜水类型，主要受大气降水和地表迳流补给，向河网排泄。勘察期间量测的地下水稳定水位埋深0.7~1.4m（平均1.01m），相应标高2.67~3.02m（平均2.89m）。

1.7编制依据及设计规范

1.7.1编制依据

(1) 中华人民共和国防洪法 (2) 上海市城市防洪排水规划汇编 (3) 1994年版防汛手册

(4)《上海市城市防洪排水规划》

(5)《上海虹桥临空经济园区水系调整修编方案(送审稿)》 (6)《长宁区西部地区防洪除涝规划》

(7)《水利水电工程初步设计报告编制规程》（DL 5021-93）

(8)《长宁区朱家浜泵闸工程初步设计报告》（上海勘测设计研究院 2006年9月） (9)《长宁区朱家浜泵闸、通协河水闸工程评估意见（技术部分）（上海市水务局科学技术委员会，2006年6月6日）

(10)《长宁区朱家浜泵闸、通协河水闸工程工程地质勘察报告（详细勘察阶段）》

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（2006-K-29）（上海勘测设计研究院勘测公司 2006年8月）

(11)长宁区朱家浜泵闸工程1:500地形图（上海勘测设计研究院勘测公司，2006年8月）

1.7.2设计规范

(1)《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252-2000 (2)《防洪标准》GB50201-94

(3)《城市防洪工程设计规范》CJJ50-92 (4)《堤防工程设计规范》GB50286-98 (5)《水闸设计规范》SL265-2001 (6)《泵站设计规范》GB/T 50265-97 (7)《水工建筑物抗震设计规范》SL203-97 (8) 上海市标准《建筑抗震设计规范》DBJ08-9-92

(9) 上海市工程建设规范《地基基础设计规范》DGJ08-11-1999 (10)《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94） (11)《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002 (12)《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002 (13)《水工混凝土结构设计规范》SL/T 191-9

(14)《水利水电工程初步设计报告编制规程》DL5021-93 (15)《供配电系统设计规范》GB50052-95

(16)《3~110kV高压配电装置设计规范》 GB50060-92 (17)《水利水电工程钢闸门设计规范》DL/T5013—95

(18)《水利水电工程钢闸门制造、安装及验收规范》DL/T5018—2004 (19)《水利水电工程启闭机设计规范》SL41—93

(20)《水利水电工程启闭机制造、安装及验收规范》DL/T5019—94

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第2章 水闸的总体布置 2.1水闸的闸址选择

水闸的闸址选择应根据水闸的功能、物点和运用要求，综合考虑地形、地质、水流、潮汐、冻土、冰情、施工、管理、周围坏境等因素，经过技术经济比较后选定。 （1）地形地质量条件

闸址宜优先选择地质良好、地形开阔、岸坡稳定、岩土坚实和地下水位较低的开然地基，避免采用过多的人工处理地基。其次应避开抗渗性能差容易产生局部渗流冲刷破坏的基础地基。从节省工程投资方面，在满足水力要求的条件下，布置在苏州河口，距苏州河为50m。 （2）水流条件

闸址的位置应使进闸和出闸水流比较均匀和平顺，闸前和闸后应昼避开其上、下游可能产生有害的冲刷和泥沙淤积的地方。经水工模型试验验证认为，凡是在多支流汇合下游河道上修建水闸，闸址到汇合口至少应保持相当于水闸上游河道水面宽度的3倍以上距离。本工程水闸闸室底板顺水流方向长24m，垂直水流方向宽12.4m。 (3)交通路线的影响

在铁路或I、II级公路桥附近建闸，选定的闸址与铁路桥或I、II级公路桥的距离不能太近。由于铁路桥或I、II级公路桥车流量较大、交通繁忙，对附近水闸的正常运行有一定的干扰影响。为了保证水闸在政党运行和良好的使用环境，一般情况下，水闸闸址（自轴线算起）与铁路桥或I、II级公路桥的距离至少不少于100m 。

综上所述，本工程建于朱家浜入苏州河河口段，离苏州河180m处。河道走向基本呈东西向，该段现状河面宽度25m左右，河底高程-0.2~-1.1m。两台泵布置在闸的北侧，为半地下式结构。水闸为下卧门。泵站、闸室段长24m，泵站、水闸为两个独立的现浇钢筋混凝土结构，之间设置变形缝。泵站宽9m，闸室宽12.4m。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，内外河海漫段，各长20m，海漫段外设防冲槽。

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2.2水闸的组成

水闸由上游连接段、闸室段、下游连接段三部分组成。上游连接段的作用是将上游来水平顺地引进闸室，并且具有防冲和防渗等作用；下游连接颀的作用是引导过闸水流均匀地扩散，通过消能防冲设施，以保证闸后水流不发生有害的冲刷。闸室段位于上下游连接段之间，是水闸工程的主体，其作用是控制水位、调节流量。

水闸的基本组成详见图2—1。

1171917817173 106 151424 1 1717126 161471820192117131-底板;2-板桩;3-闸墩;4-检修门槽;5-胸墙;6-闸门;7-闸门支座;8-公路桥;9-工作桥;10-排架;11-启闭机;12-岸墙;13-边墩;14-铺盖;15-上游翼墙;16-护底;17-护坡;18-消能池;19下游翼墙;20-海漫;21-防冲墙15182021

图2—1 水闸的组成

2.2.1上游连接段

水闸上游连接段包的括渠底的护坦、护坡、上游防冲槽以及上游翼墙。

1）上游护坡、护底：水闸上游护坡及护底布置应根据水流流态、河床土质抗冲能力等因素确定，并在上游护底首端增设防冲槽或防冲墙。护底设为混凝土层结构，护底基础面下并设碎石垫层和300g/m的土工布一层，在护底之前设有长抛石防冲槽，在水力流态发生变化的情况下对护底起到保护作用，免遭渗流及冲刷的破坏。

2）上游翼墙：上游翼墙的主要作用是使闸室和上游岸坡平顺连接，使水流平顺进闸。翼墙布置采用扭曲面与岸坡连接，翼墙采用浆砌块石结构。上游翼墙型式如图2—2。

2

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图2—2 上游扭曲面式翼墙

2.2.2闸室段

闸室段是水闸工程的主体，包括闸底板、闸墩、胸墙、闸门、工作桥、交通桥等，闸室的布置应根据水闸挡水、泄水条件和运行要求，结合考虑地形、地质等因素做到安全可靠、布置紧凑合理、施工方便、运用灵活、经济美观。 （1） 闸室结构

对于闸槛高度较高、挡水高度较小的水闸，以及泄洪闸、分洪闸和有排冰、过木或通航要求的水闸均应采用开敞式结构。该闸是永宁江与西江水域航运连接的通道，闸孔须能通过内河100t级船只，闸室采用整体式平底板结构。 （2） 分缝形式

对开敞式闸室结构，当垂直水流向宽度较大时，一般应进行分缝处理，以防止由于不均匀沉降引起结构开裂，影响建筑物使用。根据分缝形式的不同，闸室结构可分为整体式和分离式。通常情况下，整体式闸室结构是在闸墩中间设顺水流向永缝，将多孔水闸分成若干段，每个闸段一般由2～4个完整的闸孔组成。闸室的分缝形式如图2—3。

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图2—3 闸室结构分缝形式

根据水闸设计规范，土基上闸底板分段长度可大至35m，本水闸设计底板长度在规范要求设计分缝的规范之内，故平底板式闸底板可不设计分缝结构。 （3） 闸顶高程

闸顶高程通常是指闸室胸墙或闸门挡水线上游闸墩和岸墙顶部高程。由于水闸是兼有挡水和泄水双得作用的水工建筑物，因此，闸顶高程应根据挡水和泄水两种运用情况确定。水闸通常是在正常蓄水位条件下关门挡水，有时因外河行洪或其他原因，不允许水闸向外河泄水，因此可能出现最高挡水位高于正常蓄水位的情况。无论是在正常蓄水位或最高档水位条件下的关门挡水，由于风力作用，闸前均会出现波浪，因此闸顶高程不应低于正常蓄水位加波浪计算高度并增加一定的安全超高，当水闸闸前水位达到设计洪水位，必须开闸泄水时，由于流速的影响，水面不会形成较高的波浪，至少不会形成立波波型，因此闸项高程不应低于设计洪水位加相应的安全超高值之和。为了不致使上游来水漫顶过闸，危及闸室结构安全，上述挡水和泄水两种情况下的安全保证率必须得到满足。

根据SL265-2001《水闸设计规范》规定，水闸安全超高下限值见表2—4。

表2—4 水闸安全超高下限值 单位：m

水闸级别 1 运行情况 正常蓄0.7 水位 挡水时 最高挡0.5 水位 0.4 0.3 0.2 0.5 0.4 0.3 2 3 4 16

设计洪水1.5 位 泄水时 校核洪1.0 水位 注： 此表摘自《水闸设计规范》（中华人民共和国水利部）SL265-2001。

0.7 0.5 0.4 1.0 0.7 0.5 （4） 闸室底槛高程

闸室底槛高程的确定，不仅对闸孔的型式、尺寸和闸室的稳定有着决定性的影响，而且直接关系到整个水闸工程量和造价。如果将闸槛高程定得高一些，可加大过闸水深和过闸单宽流量，减少闸室总宽度，减少工程投资，而且有利于水闸引水和排水；但是如果将闸槛高程定得太低，将增加闸身和两岸结构的高度，可能反而增加了工程投资，同时增加了闸下游消能防冲布置上的困难，甚至还会带来严重的泥沙淤积。当地基上部地层土质很差，而且厚度较薄，清除后即可将闸底板置于较坚实的地基上，从而避免做人工处理时，适当降低闸槛高程，则是完全必要和全理的。因此，闸槛高程应根据河底高程、水流、泥沙、闸址地形、闸址地质等条件，结合选用的堰型、门型经技术经济比较确定。在一般情况下，为了多泄水、多冲沙、节制闸、泄洪闸、进水闸或冲沙闸闸底槛高程宜与河底平；多泥沙河流上的排涝、泄水闸或挡潮闸往往兼有排涝作用，在满足排水、泄水条件下，底槛高程应尽量定得低一些，经保证将涝水或渠系集水面积内的洪水迅速排走。

2.2.3下游连接段

下游连接段包括下游河床部分的护坦（消力池）、海漫和防冲槽，及两岸的翼墙和护坡两大部分，其主要作用是改善出闸水流条件，提高泄流能力和消能防冲效果，确保下游河床和边坡稳定。 （1） 下游翼墙

在顺水流向长度应大于或等于消力池长度，墙顶高程宜高于下游最不利的运用水位，以防止下泄水流由墙顶漫回消力池，加大单宽流量，影响消能效果。当渠底宽大于闸室宽度时，下游翼墙平面上可采用八字形与圆弧组合的方式，八字墙平面扩散角每侧宜采用

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7°～12°，不应过大，以免过闸水流脱离墙面，在主流与墙面之间产生回流，压缩主流使之更加集中，造成对岸坡和河床的冲刷。对于水闸闸下消能来说，严格控制下游的扩散角是十分必要的。在坚硬的粘土地基的岩石地基上，下游翼墙也可以采用扭曲面与岸坡连接。工程中采用的下游翼墙布置形式如下图2—1。

图2—1 下游翼墙布置形式

（2） 护坦

护坦的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。当闸下尾水位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，斜面坡度不宜小陡于1：4。当闸下尾水深度远小于跃进后水深，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。

消力池内可设置消力池墩，消力梁等辅助消能工。消力墩、消力梁等辅助消能工设置的目的是为了改善水流条件，提高消能效果，且能减少消力池尺寸，节省工程量。当水闸闸下尾水位深度较深，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。当水闸承受水头较高且闸下河床及岸坡为坚硬的岩石时，可采用挑流式消能。

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（3） 海漫及防冲槽

流出消力池的水流，紊动现象仍很剧烈，底部流速较大，流速分布未恢复到正常状态，对河床仍有较强的冲刷能力，因此应设置一定长度的海漫以保护河床免受冲刷。为使海漫充分发挥作用，海漫宜做成1：10～1：20的斜坡。

为了防止水流冲刷，海漫末端应设置防冲槽，其深度一般应采用1.0～2.0m，防冲槽的上下游边坡可采用1：2～1：4，两侧边坡可与两岸边坡相同。

2.3水闸枢纽的布置

2.3.1枢纽建筑物的布置

水闸枢纽是经水闸为主的水利枢纽，一般由水闸、船闸、水电站和泵站等建筑物组成。与其它水利枢纽一样，水闸枢纽布置应根据闸址地形、地质、水流等条件，以及该枢纽中各建筑物功能、特点、运用要求等，合理安排好水闸与枢纽中其它各建筑物的相对位置。使水闸与枢纽其它建筑物布置紧揍直协调，形成一个整体效益最大的有机组合体，以充分发挥整个水部枢纽工程的作用。

以水闸为主体的水利枢纽，在总体布置时应首先考虑满足各类水闸的功能要求，确保水闸的正常运行。在这个基础上，再根据其他建筑物的功能、特点和运用要求进行布置。并且根据枢纽工程所发挥的作用有不同的侧重要求。

由于工程作用是挡潮防止江水倒灌和排水通航，所以工程的主要要求有：①闸门控制排水且洪水期防止江水倒灌；②交通方面满足城西河两岸的交通要求；③通航方面满足永宁江与西江的航运要求，闸孔能够通过100吨级船只，为减少工程开挖方量和工程投资，工程不另设航道，通过河道中心线和闸孔来满足通航要求。

2.3.2水闸与两岸的连接布置

水闸两岸连接应能保证岸坡稳定，改善水闸进、出水流条件，提高泄流能力和水能防冲效果，满足侧向防渗需要，减轻闸室底板边荷载影响，且有利于环境绿化等。 （1） 连接型式

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水闸两岸连接采用直墙式结构；水闸上下游最大水位差不大（1.81m ），考虑防渗和防冲等问题，采用直墙式连接适宜。 （2） 分缝设置

闸室两侧需要设置岸墙，由于闸室在闸底板中间部位设置了分缝，岸墙兼作边墩，并做成空箱式。 （3） 翼墙连接

上下游翼墙与闸室及两岸岸坡平顺连接。上游翼墙的平面布置采用扭曲面型式，下游翼墙的平面布置采用扭曲面与折线式组合。 （4） 翼墙长度

根据《水闸》设计规范要求，上游翼墙顺水流向的投影长度应大于或者等于铺盖长度。下游的翼墙平均扩散角每侧采用7°～12°，其顺水流向的投影长度大于或等于消力池长度。下游翼墙应在长度方向上以10m为单位段长度分段。成折线布置分布。翼墙的墙顶高程高于上下游最不利水位，高程取8m。

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第3章 枢纽布置设计

3.1 闸址选择和闸孔设计

3.1.1闸址选择

闸址选择关系到工程的建设成败和经济效益的发挥，是水闸设计中的一项重要内容。应当根据水闸承担的任务，综合考虑地形、地质条件和水文、施工等因素，通过技术经济比较，选定最佳方案。

闸址宜优先选在地质条件良好的天然地基上。土质地基中，以地质年代比较久的黏土、重壤土地基为最好；中壤土、轻壤土、中砂、出砂和砂砾石也可以作为水闸的地基。要尽量避开淤泥质土和粉、细砂地基，否则，应采取妥善的处理措施。

过闸水流的形态是选择闸址时需要考虑的重点。要求做到：过闸水流平顺，流速分布均匀，不出现偏流和危害性冲刷或淤积。排水闸宜选择在地势低洼、出水通畅处，且将闸址设在靠近主要涝区和容泄区的江河老堤的线上。冲沙闸大多布置在拦河闸与进水闸之间，紧靠拦河闸河槽最深的部位，或建在引水渠的进水闸旁。

3.1.2 闸孔设计

闸孔设计的任务是确定闸孔形式、闸孔尺寸和闸槛高程。闸孔形式是指闸底板的形式（堰型）和是否设置胸墙。闸孔尺寸包括孔口的净数、孔数和孔高。不设胸墙的孔高是指闸门高度；设置胸墙的孔高为胸墙底缘到闸底板顶面（闸槛高程）的高度。

3.2闸室的布置和构造

闸室段是水闸工程的主体，包括闸底板、闸墩、胸墙、闸门等。闸室布置应根据水闸挡水、泄水条件和运行要求，结合考虑地形、地质等因素，做到结构安全可靠、布置紧凑合理、施工方便、运用灵活、经济美观。

3.2.1 底板

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闸室底板有平底板、低堰底板和折线底板，其中平底板用的最多。当上游水位较高，而过闸单宽流量又受到限制时，或因地基表层松软需要闸底建基高程，或在多泥沙河流上有拦砂要求时，可将闸槛抬高，做成低堰底板。在坚实或中等坚实的地基上，当闸室高度不大，但上、下游河渠底高差较大时，可采用折线底板，其后部分可作为消力池的一部分。

对于多孔水闸，为适应地基不均匀沉降和减少底板内的温度应力，需要用沿水流方向的闸室横缝（温度沉降缝）将闸室分成若干段，没个闸段可为单孔、两孔或三孔。本设计底板顶高程-0.60m，厚0.8m。

3.2.2 闸墩

闸墩的主要作用是分隔闸孔，同时也支承闸门、胸墙、工作桥及交通桥等上部结构。闸墩长度应满足上部结构布置的要求，墩底长度一般等于地板长度，墩顶长度可小于或大于底板长度。

闸墩有中墩和边墩。通常将闸室胸墙或闸门挡水处得闸墩和岸墙的顶部高程称为闸顶高程。闸顶高程应根据挡水和泄水两种运用情况确定，挡水时，闸顶高程不应低于水闸正常蓄水位（或最高挡水位）加波浪计算高度与相应安全超高值之和；泄水时，，闸顶高程不应低于设计洪水致（或校核洪水位）与相应的安全超高值之和。为防止上游来水（特别是洪水）漫过闸顶，危害闸室结构安全，上述挡水和泄水两种情况下安全保证条件应同时得到满足。南岸边墩厚为2.0m。北岸边隔及隔墩考虑泵室结构布置需要厚度分别为2.70m和1.1m，局部设置为空箱结构，以节省投资及减少结构自重。

3.2.3 闸门

闸门形式的选择，应根据运用要求、闸孔跨度、启闭机容量、工程造价等条件比较确定。

闸门在闸室中的位置与闸室稳定、闸墩和地基应力、以及上部结构的布置有关。平面闸门一般设在靠上游侧，有时为了充分利用水重，也可移向下游侧。弧形闸门为不使闸墩过长，需要靠上游侧布置。

闸门不能承受冰压力，为此，应采用压缩空气、开凿冰沟或漂浮芦柴捆等方法，将闸门与冰层隔开。水闸采用液压启闭的水下卧倒式钢闸门，地面以上不需要启闭机房，全部

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机电设备均布置于地面以下。管理区建筑自成体系，枢纽电气设备及主体机电设备的运行操作全部集中在管理区内。该方案属于与河道治理及周边地块开发相配合的景观式布置，枢纽主体在地面以上没有明显的标志，除达到满足枢纽防洪排涝及通航的功能需要外，使得水工建筑物的外观形态脱离传统的钢筋混凝土外表，构建起与周围水环境相匹配的亲水建筑。节制闸工程的主要任务是防汛、除涝和水资源调度、改善生态环境等，要求闸门能够双向挡水、动水启闭。闸门门型的选择除考虑功能要求外，还应满足城市景观的需要。本阶段初步选择了升卧式钢闸门、横拉门、下卧式钢闸门及平面直升门等多种门型进行比选，现将几种门型的特点简述如下。

（1）升卧式钢闸门

升卧式钢闸门采用双头P形止水橡皮，可以实现双向挡水。具有结构简单，布置容易，便于维护的特点。闸门一般采用悬臂轮作为支承，在开启时，闸门沿弧形轨道翻转，至完全开启时，闸门平卧在孔口上方。在门槽上方的侧墙上开有检修孔，用于拆卸悬臂轮或对悬臂轮进行检修、加油等工作。闸门开启到位后，设在侧墙上的旋转式自动锁锭装置卡住闸门下滚轮，实现闸门锁锭。

优点：安全可靠、运行维修方便，闸门开启时处于平卧状态，启门高度低，通视性好，对景观影响较小。

缺点：水封橡皮磨损较大，需经常更换；日常检修维护不方便；需设置启闭机房，两侧圆弧砼导轨安装精度要求较高，施工难度较大，工程造价高于平面直升门。

另外，卷扬机钢丝绳长期浸在水中易锈蚀问题，设计上可采取入水部分钢丝绳用钢拉杆取代、采用度锌钢丝绳的措施解决。

（2）横拉门

该门型的闸门结构较复杂，需设置一个专用门库，用于闸门开启后的存放，同时底板上需预留闸门行走槽。但地面无建筑物，与泵站布置及周边环境易于协调。此种门型作为节制闸的工作闸门，在局部开启位置，侧向过流水流紊乱，易引起闸门的振动以及对闸室造成冲刷。

横拉门的启闭机可采用液压式，也可采用固定卷扬式启闭机，相对于液压启闭机而言，固定卷扬式启闭机较为经济，但布置较为复杂。

（3）下卧式钢闸门

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下卧式钢闸门是在闸门底部安装一对支铰，铰座固定在闸底板上，闸门由固定在两侧闸墩上的一对液压缸操作，液压缸推拉闸门两侧的三角形支臂使闸门绕支铰转动，实现开启和关闭。闸门关闭时与水平面成70?角。闸门采用双P形止水橡皮，以满足双向挡水的要求。由于下卧门是门顶过水，在闸门顶部设破水器，以防止过水时门下形成真空。闸门支铰由于长期工作在水下，故采用免维护的自润滑轴承并采用不锈钢铰轴。支铰设计成全密封结构，防止因泥沙进入而降低轴承寿命。

下卧门具有结构简单，布置容易的特点，除河床底部较小的开挖外，地面无任何建筑物，不仅满足功能要求，而且易于与周边环境协调。随着城市建设对水利工程的景观要求越来越高，下卧门已经得到了越来越多的应用。

下卧式闸门的缺点是检修维护不便，由于支铰长期在水下工作，易受河水和泥沙侵蚀，且只有排干闸室内的水才能进行检修和更换，因此一般需在闸门上、下游设检修闸门。另外应避免门下淤积造成闸门不能完全开启，影响排涝。故需对河流的淤积情况进行调查分析，同时设置必要的冲淤设施，如在闸底板预埋冲淤管等。 （4）直升门方案

闸门设计为双主梁焊接钢结构，主梁按等荷载布置，主支承为4只布置在两侧边梁上的悬臂滚轮，使闸门在启闭过程中灵活地上下移动。闭门可利用闸门自重关闭。为满足双向挡水要求，采用双头P形水封橡皮，采用手电两用卷扬式启闭机操作。

闸门开启后锁定在孔口上方，锁定装置采用旋转式自动搁门器，便于自动控制。 优点：平面直升门，是目前水利工程中运用最为广泛的一种闸门型式，结构简单，投资最省。闸门运行轨迹是直线，安全可靠；闸门开启后呈直立状态，便于刷油漆和更换水封等零部件，因此检修维护方便。

缺点：开启时，闸门垂直悬挂在孔口上方，启门高度高，通视性差，对景观有一定影响，在通航要求不高的水闸应用较多。

（5）人字门

人字门布置简单，无外露的设备，但仅适合单向挡水，并不适合本工程。 （6）双扉门

双扉门是将闸门分为上下两节，每节高度高于孔口的二分之一，起升闸门的底缘高程必须高于5.1m, 固定卷扬式启闭机机房地面的高程与升卧门方案相当，但闸门开启时门

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体在视觉上的面积远大于升卧门方案。

（7）门型选定

由于本工程所处的地理位置，且水闸对工程建成后的景观也有一定要求，故节制闸工作闸门采用下卧式钢闸门作为推荐方案。

（8）节制闸运行水位 外河：

设计高水位 4.79m 常水位 2.50~3.50m 设计低水位 1.50m 内河：设计高水位 4.20m 常水位 2.50m 设计低水位 2.00m （9）节制闸闸门布置

节制闸工作闸门为下卧式钢闸门，孔口尺寸10.8m（过水宽度8.0m）×5.1m，底槛高程为0.00m, 闸门双向挡水，动水启闭，可局部开启，闸门操作水位差为0.5m，选用2×160kN集成式液压启闭机。启闭机平台在3.25m高程上,见闸门启闭机布置图SHA30C-63-1。

下卧门通过铰轴安装在河床底部，闸门绕铰轴转动，铰轴轴承采用自润滑关节轴承以适应制造和安装产生的误差。闸门顶部设破水器。在闸门顶部设置液压锁锭装置，当闸门挡水时锁锭闸门。当闸门卧到时，闸门的最高部位（面板）与闸门段朱家浜侧河底高程齐平。门叶的底部设缓冲垫块并与闸底板留一定距离，预防淤积。闸门门槽向外河侧70度倾斜布置。在节制闸边墙设一台冲淤泵，当淤积较严重时，可由设在闸底板的高压水管强制冲淤。冲淤泵为推车式自吸泵.型号2.5G65WFB-C,流量25～30m/h,扬程50m。

节制闸工作闸门两侧各布置一孔检修门槽，本阶段不设检修闸门。外河检修门槽尺寸为10.80 m×7.9m，内河检修门槽尺寸为10.80m×5.5m。

3.2.4 胸墙

当水闸挡水高度较大时，可设置胸墙代替一部分闸门高度。胸墙顶部高程与边墩顶部高程相同，其底部高程应不影响闸孔过水。底部迎水面应做成圆弧形，以使水流平顺进入

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闸孔。对于受风浪冲击较大的水闸，胸墙上应留有足够的排气孔。

胸墙的位置取决于闸门形式及其位置，对于弧形闸门，胸墙设在闸门上游；对于平面闸门，胸墙可以设在闸门下游，也可设在上游。如胸墙设在平面闸门上游。则止水放在闸门前面，这种前这种前止水结构复杂，且易磨损。但钢丝绳或螺杆可以不浸泡在水中，不易锈蚀，这对闸门运行条件有利。如胸墙设在平面闸门下游，则止水放在闸门后面，这种后止水可以利用水压力把遮瞒压紧在胸墙上，止水效果较好。但由于钢丝绳或螺杆长期处在水中，易于锈蚀，因此在工程中使用不多。胸墙一般用钢筋混凝土做成板式或梁板式，板式胸墙适用于宽度小于6.0m的水闸，墙板可做成上薄下厚的楔形板。跨度大于6.0m的水闸可采用梁板式，由墙板、顶梁和底梁组成。当胸墙高度大于5.0m，且跨度较大时，可增设中梁及竖梁构成肋形结构，板式胸墙顶部厚度一般不小于20cm。凉拌式的板厚一般不小于12cm；顶梁梁高约为胸墙跨度的1/12~1/15，梁宽常取40~80cm；梁宽由于与闸门顶接触，要求有较大的刚度，梁高约为胸墙的1/8~1/9，梁宽为60~120cm。

胸墙的支撑形式为简支式和固接式两种。简支胸墙与闸墩分开浇筑，缝间涂沥青，并设置油毛毡；也可将预制墙体插入闸墩预留槽内，做成活动胸墙。简支胸墙可避免在闸墩附近迎水面出现裂缝，但截面尺寸较大。固接式胸墙与闸墩同期浇筑，胸墙钢筋升入闸墩内，形成刚性连接，截面尺寸较小，可以增强闸室的整体性，但受温度变化和闸墩变位影响，容易在胸墙支点附近的迎水面产生裂缝。整体式底板可用固接式，分离式底板多用简支式。

3.2.5分缝方式及止水设备

（1）分缝方式

多孔水闸沿轴线每隔一定距离应设置永久性的温度沉降缝，以防止由于地基不均匀沉降、温度变化和混凝土干缩引起的地板裂缝。建在土基上的永久缝距不宜大于35m；建在岩基上的永久缝距不宜大于20m；缝宽一般为2~3cm。

整体式底板的温度沉降缝每隔一孔、两孔或三孔设在闸墩中间，成为一个独立单位。靠近岸边外，为了减轻岸墙（或边墩）及墙后填土对闸室的不利影响，特别是当地质条件较差时，最好采用单孔，而后再接二孔或三孔闸室。若地基条件较好，也可将缝设在底板中间或在单孔底板上设双缝。闸墩上不设缝，不仅可以减少工程量，而且还可以减少底板

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的跨中弯矩，但必须确保闸室能正常运行。此外，凡是相邻结构荷重相差悬殊或结构尺寸较长，面积较大的地方，也要设缝分开，如铺盖与底板、消力池与底板以及铺盖、消力池与底板以及铺盖、消力池与翼墙等连接处都要分别设缝；翼墙较长时需要设缝；混凝土铺盖及消力池的护坦面积较大时也需设缝分段、分块。

（2）止水设备

水闸设缝后，凡是具有防渗要求的缝都须设止水设备。止水分铅直止水及水平止水两种。前者设在闸墩中间，边墩与翼墙间及以上游翼墙本身；后者设在铺盖、消力池与底板和翼墙、底板与闸墩件以及混凝土铺盖及消力池本身的温度沉降缝内。为适应地基不均匀沉降和伸缩变形，水下各构件间和构件本身均留有接缝。凡是不允许透水的缝中均必须设置止水设备。按照止水设备的走向，缝有垂直缝和水平缝之分，属于垂缝的有：设于闸墩中的、边墩与岸墙间的、岸墙与翼墙间的以及翼墙与翼墙间的接缝等。属于水平缝的有：护坦与底板之间、护坦与两翼侧墙之间、护坦与海漫之间、闸后护坦与底板之间等。

止不设备不允许透水主要是防止水从上游的缝中流入地基或两岸填土中，以形成完整的防渗系统。闸后护坦的分块缝中的简易止水设备，主要是防止急流冲刷滤层；下游翼墙分段缝的止水设备则是为了防止墙后填土的流失。缝墩的止水设备主要是避免上游的水从缝中流走。

接缝止水的方法是尽可能做到平面形状，其宽度和间距应根据相对沉降量、伸缩变形的水闸总体布置等要求拟定。缝宽一般取2cm。

止水片的材料采用紫铜片，其柔性较好适应变形能力强，但属于贵重金属，常用于重要结构部位。

设计相关垂直止水与水平止水构造图如下图3—1所示。

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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。

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