第九章水闸3

第九章水闸第四节闸基渗流分析与防渗设施一．闸基渗流的主要危害⒈沿闸基的渗流对建筑物产生向上的压力，减轻建筑物有效重量，降低闸身抗滑稳定性，沿两岸的渗流对翼墙产生水平推力；⒉由于渗透力的作用，渗透力可能造成土的渗透变形；⒊严重的渗漏将造成大量的水量损失；⒋渗流可能使地基内可溶解的物质加速溶解。图9-9闸基渗流*防渗设计的主要任务：寻求合理经济的防渗措施，合理拟定地下轮廓尺寸，消除渗流不利影响，保证水闸安全。*防渗设计的内容包括：(1)渗透压力计算；(2)抗渗稳定性验算；(3)滤层设计；(4)防渗帷幕及排水设计；(5)永久缝止水设计。二闸基防渗措施1.闸基的防渗长度L：地下轮廓线（闸基渗流第一根流线，即铺盖和垂直防渗体等防渗结构以及闸室底板与地基的接触线）的长度。应满足:渗径系数C值表粉砂细砂中砂粗砂中砾细砂粗砾夹卵石轻粉质砂壤土砂壤土壤土粘土有反滤层9～137～95～74～53～42.5～37～115～93～52～3无反滤层4～73～4图9-10水闸地下轮廓及流网⒉防渗地下轮廓布置⑴布置原则：先阻后排，防渗与导渗相结合。⑵防渗排水设施水平防渗→铺盖：粘土、粘壤土铺盖，砼、钢筋砼、沥青砼铺盖。水平铺设土工膜.垂直防渗→钢筋砼板桩,砼防渗墙,灌注式水泥砂浆帷幕,土工膜垂直防渗结构.高压喷射灌浆：定喷板墙导渗→排水反滤图9-11按直线法计算的闸基渗透压力图⑶不同情况下防渗布置①粘性土地基：降低渗透压力，增加闸身有效重量。闸室上游宜设置水平钢筋砼或粘土铺盖，或土工膜防渗铺盖，闸室下游护坦底部应设滤层，下游排水可延伸到闸底板下。图9-12粘性土地基的地下轮廓线布置②砂性土地基：防止渗透变形→通过延长渗径来降低渗透流速和坡降，对降低渗透压力的要求较低。砂层很厚→闸室上游可采用铺盖和悬挂式防渗墙相结合的形式，闸室下游渗流出口处应设置滤层，排水布置在护坦之下。砂层较浅→闸室底板上游端设置截水槽或防渗墙（嵌入相对不透水层深度不应小于1.0m），闸室下游渗流出口处应设置滤层，排水布置在护坦之下。图9-13砂性土地基的地下轮廓线布置③粉细砂地基（或粉土、轻砂壤土、轻粉质砂壤土）：闸室上游宜采用铺盖和垂直防渗体相结合的布置形式。在地震区的粉细砂地基上，有震动液化问题，宜采用封闭式布置（闸室底板下布置的垂直防渗体宜构成四周封闭的形式），垂直防渗体的长度应超过粉砂地基液化深度。④特殊地基：弱透水地基下有透水层，地基为不同性质冲积层，KHKV。→闸室下游设置铅直排水，并防止淤堵。⑤双向水头作用→合理地进行双向布置形式，并以水位差较大的一向为主。*规范规定：1.铺盖长度采用上、下游最大水头差的3~5倍；2.砼或钢筋砼铺盖的厚度，一般根据构造要求确定，最小厚度不宜小于0.4m，一般作成等厚；为了减小地基不均匀沉降和温度变化的影响，通常设顺水流向的永久缝，缝距可采用8~20m。3.粘土或壤土铺盖的厚度应根据铺盖土料的允许水力坡降值计算确定，为了保证铺盖碾压施工质量，粘土或壤土铺盖前端最小厚度不宜小于0.6m，铺盖与底板之间应设油毛毡止水，铺盖上面应设保护层。4.水平铺设土工膜厚度应根据作用水头、膜下土体可能产生裂缝宽度、膜的应变和强度等因素确定，但不宜小于0.5mm，上部应设保护层。图9-14粘土铺盖细部构造单位：m图9-15混凝土及钢筋混凝土铺盖*规范规定：1.钢筋砼板桩最小厚度不宜小于0.2m，宽度不宜小于0.4m；2.水泥砂浆帷幕或高压喷射灌浆帷幕的最小厚度不宜小于0.1m；3.砼防渗墙的最小厚度不宜小于0.2m；4.地下垂直防渗土工膜厚度不宜小于0.25mm，重要工程可采用复合土工膜，其厚度不宜小于0.5mm。5.闸室底板的上、下游端均宜设置齿墙，齿墙深度可采用0.5~1.5m。三闸基的渗流分析渗流分析的目的：决定渗透压力，渗透坡降及渗流量图9-16不同闸基型式的流网图1.假定渗流符合达西定理v=kJ运动符合拉普拉斯方程⒉分析方法⑴直线比例法：即勃莱系数法和莱因系数法。计算精度较差，特别是对于进、出口部分，不宜采用。⑵直线展开法和加权直线法适用于防渗布置简单、地基不复杂的中小型水闸。加权直线法与勃莱法基本相同，不同点在于把地下轮廓上下游端的铅直渗径扩大一个倍数n，而其他部分仍保持不变。假定端板桩（或齿墙）的长度为S，地下轮廓水平投影长度为L，计算用透水层深度为T，则同时满足S/T0.1和S/L0.1的为短板桩，取n=4；如果不能同时满足或都不满足，则视为长板桩，取n=2。直线展开法把地下轮廓线垂直段展开为相同效应的水平轮廓，再按线性关系求各点的渗透水头。⑶流网法：图解法，适用于均质和非均质地基，不同的地下轮廓布置。⑷改进阻力系数法：较精确的近似计算方法，但不能解决非均质地基渗流问题。⑸有限单元法和电拟试验法用于地基条件较复杂时。规范中推荐采用改进阻力系数法和流网法作为求解土基上闸基渗透压力的基本方法。复杂土基上重要水闸，应采用数值计算法求解。岩基上水闸的渗透压力，采用全截面直线分布法计算。⒊改进阻力系数法（1）计算原理把闸基的渗流区域按可能的等水头线划分为几个典型流段，根据渗流连续性原理，流经各流段的渗流量相等，各段水头损失与其阻力系数成正比，各段水头损失之和等于上下游水头差。图9-17改进阻力系数法计算图⑵计算步骤①确定地基有效深度Te若Te地基的透水深度T，则按Te计算；若Te地基的透水深度T，则取Te=T计算。当当②分段并计算各段的阻力系数按可能的等水头线划分为几个典型流段（进口段、出口段、水平段、内部垂直段）按规范中基本公式计算各段的阻力系数，运用公式时要正确计算T、S、S1、S2等参数。③由式（10-11）求出各段水头损失，初绘渗压图；④进行进、出口段水头损失修正⑤齿墙不规则部位修正（当齿墙宽度a时，需对齿墙再做修正）⑥闸基抗渗稳定性验算：要求水平段及出口段的渗透坡降必须小于规范规定的允许坡降。水平段的平均渗透坡降根据各水平段的长度和水头损失计算。出口段的平均出逸坡降水平段的允许渗透坡降及出口段防止流土破坏的允许渗透坡降见P448表10-3。验算砂砾石闸基出口段抗渗稳定性时，应首先判别可能发生的渗流破坏型式，为管涌破坏时，其允许坡降为：