第5讲：水闸设计与施工

同学们好，第5讲讲水闸设计与施工，这是水工建筑物中考查频率极高的另一个核心考点，对应大纲编号SL0102和SL0103。历年案例分值大约12到18分，经常在案例题中以一个完整水闸工程为背景，围绕结构设计、施工工序、质量控制等方面出题。本讲大家要重点掌握：水闸的三段组成及各部分功能、闸底板和闸墩的设计要求、消能防冲设计、水闸地基处理、止水构造、以及施工要点。好，下面进入正题。

第一块：水闸的组成与分类

先说第一块，水闸的整体组成与分类。

水闸是一种既能挡水又能泄水的水工建筑物，它通过闸门的启闭来控制水位和调节流量。水闸的结构从上游到下游可以分为三段，这个"三段论"是理解水闸的基础：

第一段：上游连接段。 包括： - 上游翼墙：引导水流平顺进入闸室，保护上游岸坡不被冲刷。翼墙的形式有圆弧翼墙、扭曲面翼墙等。 - 上游护底（铺盖）：铺设在上游河床上，主要作用是防渗，延长渗径，减小渗透压力。铺盖材料一般为黏土、混凝土或钢筋混凝土，长度一般为3~5倍水头。 - 上游防冲槽：保护铺盖末端不被冲刷。

第二段：闸室段。 这是水闸的核心部分，包括： - 底板：承受上部全部荷载并传递给地基。底板是闸室的基础，也是防渗的关键构件。 - 闸墩：分隔闸孔、支撑闸门的墩墙。 - 闸门：控制过水流量，是挡水和泄水的关键设备。 - 工作桥（排架）：安装启闭机的平台，位于闸墩上方。 - 交通桥：连接两岸交通的桥梁，一般设在闸门上方或闸墩顶部。

第三段：下游连接段。 包括： - 消力池（消力塘）：通过水跃消能，降低出闸水流的能量。 - 护坦：保护消力池底部的混凝土板。 - 海漫：消力池向下游延伸的柔性或半柔性护底，起到进一步消能和防止冲刷的作用。海漫材料一般为干砌石、混凝土块等。 - 防冲槽：海漫末端的防护措施，防止河床被冲刷下切。防冲槽深度一般不小于1.5m。

水闸的分类，按功能分为五种： - 节制闸：建在河道上，用来抬高上游水位、调节流量。 - 进水闸（取水闸）：建在渠道首部，从河道引水入渠道。 - 分洪闸：建在河道一侧，在洪水期将多余的洪水分入蓄洪区。 - 排水闸：建在排涝渠道末端，控制内水外排。 - 挡潮闸：建在入海口，防止潮水倒灌。

考试常见题型：选择题经常考水闸的组成部分，让你判断某个构件属于哪一段。案例题则经常以水闸施工为背景，考查施工工序和质量控制。

第二块：闸底板、闸墩与闸门设计

第二块，讲水闸的核心构件——闸底板、闸墩和闸门的设计要求。

闸底板： 闸底板是水闸的基础构件，承受闸墩、闸门、交通桥等上部结构的重量，以及水压力、扬压力等，并将这些荷载均匀传递给地基。

• 底板类型：分为整体式和分离式两种。整体式底板刚度大，适用于软弱地基；分离式底板各孔独立，适用于岩石地基或较好地基。
• 底板厚度：一般为孔宽的1/6~1/8。比如孔宽10m的闸，底板厚度大约1.25~1.67m。
• 底板混凝土：强度等级一般不低于C25，有抗冻、抗渗要求时还要满足相应的抗冻等级（F100~F200）和抗渗等级（W6~W8）。
• 底板分缝：底板需要设置沉降缝和温度缝，缝距一般为15~20m，缝内设置止水。

闸墩： - 厚度：一般为0.8~2.0m，取决于闸孔大小和受力情况。 - 缝槽设置：闸墩与底板的连接处需要设置缝槽，以适应温度变形和不均匀沉降。 - 闸墩混凝土：强度等级一般不低于C25。 - 闸墩高度：由设计水位加上安全超高确定，闸墩顶部高程应高于校核洪水位0.5m以上。

闸门： - 平面闸门：最常用的闸门形式，适用于各种孔口尺寸，启门力较大，门槽水头损失较大。 - 弧形闸门：适用于大跨度闸孔，启门力小，没有门槽，水头损失小。但弧形闸门的支臂和铰座构造复杂，对土建施工精度要求高。 - 闸门选型原则：小跨径（≤5m）一般用平面闸门，大跨径（>5m）可考虑弧形闸门。

考试常见题型：底板厚度（孔宽的1/6~1/8）、闸墩厚度（0.8~2.0m）这些具体数字是选择题的高频考点。案例题经常考查底板分缝与止水的关系。

第三块：消能防冲设计

第三块，消能防冲设计。这是水闸设计中非常重要的一环，也是案例题的热门考点。

水闸泄水时，下泄水流具有很大的动能，如果不加以消减，会严重冲刷下游河床，危及水闸安全。因此，消能防冲设计至关重要。

（1）底流消能（消力池消能）。 这是水闸中最常用的消能方式。原理是在闸下游设置消力池，使高速水流在池内产生水跃，将急流变为缓流，从而消耗大量动能。 - 消力池的深度需要根据上下游水位差和流量来计算确定，确保在设计流量下能形成淹没水跃。 - 消力池长度一般为水跃长度的1.0~1.2倍。 - 消力池底板混凝土强度不低于C25，厚度根据水头确定，一般不小于0.5m。

（2）挑流消能。 在泄水建筑物末端设置挑流鼻坎，将水流抛向空中，利用空气阻力和落水后的扩散来消能。这种方式多用于高水头的泄洪建筑物，一般水闸较少采用。

下游防冲设计： - 护坦：消力池后面的混凝土护底，防止水流直接冲刷河床。 - 海漫：长度根据河床土质和流速确定，一般不小于10~15m。海漫的坡度一般为1:10~1:20。 - 防冲槽：海漫末端的防护设施，深度一般不小于1.5m，用块石填充。当河床被冲刷下切时，防冲槽内的块石滚落，自动保护河床。

考试常见题型：消力池的深度和长度计算是案例题的高频考点。另外，给你下游河床条件，让你选择消能方式也是常见题型。

第四块：地基处理、止水与施工要点

第四块，讲水闸地基处理、止水构造和施工要点。

水闸地基处理： 水闸多建在软弱地基上，地基处理是一个非常重要的课题。常见的地基处理方法： - 换填法：将软弱土层挖除，换填砂砾石或碎石垫层，适用于软弱层较薄的情况。换填深度一般不超过3m。 - 预压法：包括堆载预压和真空预压，通过预压排水固结提高地基承载力，适用于淤泥、淤泥质土等软土地基。 - 振冲法：利用振冲器在地基中形成碎石桩，提高地基承载力和减小沉降。 - 灌注桩：当上部荷载较大且软土层较厚时，采用灌注桩将荷载传递到深层坚硬土层或岩层。

水闸止水： 止水是防止水流通过底板分缝、闸墩接缝等缝隙渗漏的重要构造措施。

• 底板止水：常用的止水材料有橡胶止水带和铜片止水。橡胶止水带适用于一般工程，铜片止水适用于重要工程或高水头工程。
• 止水位置：底板横缝（垂直于水流方向的缝）和纵缝（平行于水流方向的缝）均需设置止水。
• 闸墩止水：闸墩与底板的连接处也需要设置止水，一般采用橡胶止水带或铜片止水。
• 止水构造：一般采用双道止水，中间设沥青井，以便必要时加热沥青进行补强。

施工要点： 水闸施工一般遵循以下工序： 1. 围堰与基坑开挖：先修筑围堰截断水流，再进行基坑排水和开挖。 2. 地基处理：根据设计要求进行地基处理，如换填、打桩等。 3. 底板浇筑：底板混凝土应连续浇筑，避免产生施工缝。大体积底板需要设置冷却水管控制温升。 4. 闸墩浇筑：闸墩在底板达到一定强度后浇筑，注意与底板的连接质量。 5. 闸门安装：闸门一般在闸墩浇筑完成后安装，要精确控制闸门槽的位置和垂直度。 6. 启闭机安装：启闭机安装在工作桥上，安装后要调试运行，确保启闭灵活。

考试常见题型：案例题经常考查施工工序的排序（比如"先浇底板还是先浇闸墩？"），以及止水施工的质量控制要点。

案例实战

某河道上新建一座中型节制闸，共5孔，单孔净宽8m，设计流量1200m³/s。闸室段采用整体式底板，底板混凝土强度等级C25。闸下游设消力池消能。施工过程中发生以下事件：

事件一： 施工单位在底板浇筑前，对地基进行了换填处理，将表层2.5m厚的淤泥质土全部挖除，换填中粗砂并分层压实。底板浇筑时分两块进行，中间留有纵向施工缝，施工缝处未设置止水。

事件二： 消力池施工时，施工单位按照设计要求开挖消力池，池深2.0m，池长12m。监理工程师审查施工方案时发现，消力池底板混凝土厚度设计为30cm，认为偏薄，提出修改意见。

事件三： 闸墩浇筑完成后，施工单位开始安装平面闸门。闸门安装时发现门槽偏差较大，需要返工处理，导致工期延误5天。经调查，原因是在闸墩浇筑时门槽预埋件固定不牢，混凝土浇筑过程中发生了位移。

问题1： 指出事件一中施工做法的不妥之处，并说明理由。

标准答案： （1）底板分两块浇筑并留有纵向施工缝不妥。底板混凝土应连续浇筑，避免产生施工缝，以保证底板的整体性和防渗性能。 （2）施工缝处未设置止水不妥。底板的分缝处必须设置止水构造，防止水流通过缝隙渗漏，造成地基渗透破坏。

问题2： 事件二中监理工程师的意见是否合理？说明理由。

标准答案： 合理。消力池承受高速水流的冲击和脉动压力，底板混凝土厚度30cm（0.3m）偏薄。根据规范要求，消力池底板厚度一般不宜小于0.5m，应建议修改设计将底板厚度增加至不小于0.5m。

问题3： 分析事件三中质量问题的原因，并提出预防措施。

标准答案： 原因：闸墩浇筑时，门槽预埋件固定不牢固，在混凝土浇筑振捣过程中，预埋件受侧压力和振动力影响发生位移，导致门槽偏差超标。

预防措施： （1）门槽预埋件应采用可靠的固定措施，如设置定位钢筋和支撑，确保在混凝土浇筑过程中不移位。 （2）浇筑闸墩时，应对称下料，避免单侧混凝土压力过大导致预埋件偏移。 （3）混凝土浇筑过程中应安排专人监测预埋件的位置，发现偏差及时纠正。 （4）浇筑前应复核预埋件的安装精度，确保满足设计要求的允许偏差。

总结串联

同学们，这一讲我们系统讲了水闸设计与施工的四大核心内容：

第一，水闸的三段组成——上游连接段（翼墙、铺盖、防冲槽）、闸室段（底板、闸墩、闸门、工作桥、交通桥）、下游连接段（消力池、护坦、海漫、防冲槽）。铺盖防渗、消力池消能、海漫柔性防护，这三个功能是高频选择题考点。

第二，核心构件参数——底板厚度取孔宽的1/6~1/8，闸墩厚度0.8~2.0m，整体式底板适用于软弱地基。这些数据是案例题的"硬菜"。

第三，消能防冲——底流消能最常用，消力池深度和长度要水力计算确定，海漫长度不小于10~15m，防冲槽深度不小于1.5m。

第四，地基处理、止水与施工——换填、预压、振冲、灌注桩四种方法各有适用条件；双道止水是标配；施工顺序是先底板后闸墩，先土建后金属结构安装。

下期预告

水利实务案例20讲第5讲就讲到这里。下一讲讲第6讲——灌浆与地基处理，这是地基处理的核心技术。帷幕灌浆的分序加密、固结灌浆的参数控制、灌浆结束标准，这些都是每年必考的内容，而且特别喜欢在案例题里出数据和工序排序。大家课后复习本讲的水闸知识，把三段结构和参数再巩固一下，下一讲见！祝同学们学习顺利！