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。 抛块石 干砌石海漫 碎石垫层 ,冲刷坑底线 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15~2.5m, 底宽b取2~-3倍的深度,上游坡率m=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-l.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he的1A4,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
11 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(-) l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 .地下轮廓的布置 地下轮廓线 图示讲解 101112 h1 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 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:L≥CH 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
12 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： L CH 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。 粘土 垂直排水 粘土砂土(透水层或含有承压水) (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: 砂土 砂 粘土 (b) a2 排水 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 闸基滲流计算的目的:求解渗透压力、渗透坡降,验算地基土在初步拟定的地下轮 3
13 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
14 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 直线比例法 图示讲解 0.9H 0H0.6H0.5H0.40.3H0.2 线 流网法 莱因法 勃莱法 L2 3L L4- (c) 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
15 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： x L H hx = ● 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