水工建筑物课程设计-水闸设计

'CHANGCHUNINSTITUTEOFTECHNOLOGY水利与环境工程学院水利水电工程专业水工建筑物课程设计（12-13年度第学期）设计题目：____学院名称：___专业名称：___班级名称：________学号：_______姓名：________指导教师：_______长春工程学院水利与环境工程学院水工教研室2012年月日 目录1.设计任务12.设计基本资料12.1概述12.1.1防洪12.1.2灌溉22.1.3引水冲淤22.2规划数据22.2.1孔口设计水位、流量22.2.2闸室稳定计算水位组合22.2.3消能防冲设计水位组合22.3地质资料32.3.1闸基土质分布情况32.3.2闸基土工试验资料32.4闸的设计标准32.5其它有关资料32.5.1闸上交通32.5.2该地区“三材”供应充足。42.5.3闸门采用平面钢闸门，尺寸自定，由于厂设计加工制造。42.5.4该地区地震烈度设计为6度，故可不考虑地震影响。42.5.5该地区风速资料不全，在进行浪压力设计时，建议取Ll=10hl计算。43.枢纽布置43.1防沙设施43.2引水渠的布置53.3进水闸布置53.3.1闸室段布置53.3.2上游连接段布置53.3.3下游连接段布置64.水力计算64.1闸孔设计64.1.1闸室结构形式64.1.2堰型选择及堰顶高程的确定64.1.3孔口尺寸的确定64.2消能防冲设计94.2.1消力池的设计94.2.2海漫的设计114.2.3防冲槽的设计115.防渗排水设计125.1地下轮廓设计125.1.1底板125.1.2铺盖135.1.3侧向防渗1330/40 5.1.4排水、止水135.1.5防渗长度验算135.2渗流计算145.2.1地下轮廓线的简化145.2.2确定地基的有效深度155.2.3渗流区域的分段和阻力系数的计算155.2.4渗透压力计算：155.2.5抗渗稳定验算186.闸室布置与稳定计算196.1闸室结构布置196.1.1底板196.1.2闸墩196.1.3胸墙196.1.4工作桥206.1.5检修便桥216.1.6交通桥216.2闸室稳定计算216.2.1荷载计算226.2.2稳定计算277.闸室结构设计297.1闸墩设计297.2底板结构计算307.2.1闸基的地基反力计算307.2.2不平衡剪力及剪力分配327.2.3板条上荷载的计算337.2.4弯矩计算358.两岸连接建筑物389.水闸细部构造设计3910.基础处理3911.总结39参考文献4030/40 水闸课程设计计算说明书1.设计任务兴化闸为无坝引水进水闸，该枢纽主要由引水渠、防沙设施和进水闸组成，本次设计主要任务是确定兴化闸的型式、尺寸及枢纽布置方案；并进行水力计算、防渗排水设计、闸室布置与稳定计算、闸室底板结构设计等，绘出枢纽平面布置图及上下游立视图。2.设计基本资料2.1概述兴化闸建在兴化镇以北的兴化渠上，闸址地理位置见图2-2-1。该闸的主要作用有防洪、灌溉和引水冲淤。7.0北至大成港9.0渠化11.0兴闸管所兴化闸兴化河兴化镇图2-2-1闸址位置示意图（单位：m）2.1.1防洪30/40 当兴化河水位较高时，关闸挡水，以防止兴化河水入侵兴化渠下游两岸农田，保护下游的农田和村镇。2.1.2灌溉灌溉期引兴化河水北调，以灌溉兴化渠两岸的农田。2.1.3引水冲淤在枯水季节，引兴化河水北上至下游的大成港，以冲淤保港。2.2规划数据兴化渠为人工渠道，其剖面尺寸如图2-2所示。渠底高程为0.5m，底宽50.0m，两岸边坡均为1:2。该闸的主要设计组合有以下几方面：11.80.550.0图2-2兴化渠剖面示意图（单位：m）2.2.1孔口设计水位、流量根据规划要求，在灌溉期由兴化闸自流引兴化河水灌溉，引水流量为300m3/s，此时闸上游水位为7.83m，闸下游水位为7.78m；在冬季枯水季节由兴化闸自流引水送至下游大成港冲淤保港，引水流量为100m3/s，此时相应的闸上游水位为7.44m，下游为7.38m。2.2.2闸室稳定计算水位组合（1）设计情况：上游水位10.3m，浪高0.8m，下游水位7.0m。（2）校核情况：上游水位10.7m，浪高0.5m，下游水位7.0m。2.2.3消能防冲设计水位组合（1）消能防冲的不利水位组合：引水流量为300m3/s，相应的上游水位10.7m，下游水位为7.78m。（2）下游水位流量关系30/40 下游水位流量关系见表2-2-1。表2-2-1下游水位流量关系Q（m3/s）0.050.0100.0150.0200.0250.0300.0H下（m）7.07.207.387.547.667.747.782.3地质资料2.3.1闸基土质分布情况根据钻探报告，闸基土质分布情况见表2-3-1。表2-3-1闸基土层分布层序高程（m）土质情况标准贯入击数（击）Ⅰ11.75～2.40重粉质壤土9～13Ⅱ2.40～0.7散粉质壤土8Ⅲ0.7～-16.7坚硬粉质粘土（局部含铁锰结核）15～212.3.2闸基土工试验资料根据土工试验资料，闸基持力层为坚硬粉质粘土，其内摩擦角φ=190，凝聚力C=60.0Kpa；天然孔隙比e=0.69，天然容重γ=20.3KN/m3，比重G=2.74，变形模量E0=4.0×104KPa；建闸所用回填土为砂壤土，其内摩擦角φ=260，凝聚力C=0，天然容重γ=18KN/m3；混凝土的弹性模量Eh=2.3×107KPa。2.4闸的设计标准根据《水闸设计规范》SL265-2001，兴化闸按Ⅲ级建筑物设计。2.5其它有关资料2.5.1闸上交通根据当地交通部门建议，闸上交通桥为单车道公路桥，按汽-10设计，履带-50校核。桥面净宽为4.5m，总宽5.5m，采用板梁式结构，见图2-5-1，每米桥长约重80KN。30/40 10.015.0450.015.010.0110.02﹪2﹪10.015.055.070.045.0137.5045.0137.5045.070.0550.0图2-5-1交通桥剖面图（单位：cm）2.5.2该地区“三材”供应充足。2.5.3闸门采用平面钢闸门，尺寸自定，由于厂设计加工制造。2.5.4该地区地震烈度设计为6度，故可不考虑地震影响。2.5.5该地区风速资料不全，在进行浪压力设计时，建议取Ll=10hl计算。1.枢纽布置兴化闸为无坝引水进水闸。整个枢纽主要由引水渠、防沙设施和进水闸等组成。3.1防沙设施闸所在河流为少泥沙河道，故防沙要求不高，仅在引水口设拦沙坎一道即可。拦沙坎高0.8m，底部高程0.5m，顶高程1.3m，迎水面直立，背流坡为1:1的斜坡，其断面见图3-1：图3-1枢纽布置图1-1剖面30/40 3.2引水渠的布置兴化河河岸比较坚稳，引水渠可以尽量短（大约65m），使兴化闸靠近兴化河河岸。为了保证有较好的引水效果，引水角取35°，并将引水口布置在兴化河凹岸顶点偏下游水深较大的地方。为了减轻引水口处的回流，使水流平顺的进入引水口，引水口上、下游边角修成圆弧形。引水渠在平面上布置成不对称的向下游收缩的喇叭状，见图3-1。3.3进水闸布置进水闸（兴化闸）为带胸墙的开敞式水闸。共5孔，每孔净宽5.0m。胸墙底部高程为8.1m，闸顶高程为11.8m，闸门顶高程为8.3m。3.3.1闸室段布置闸底板为倒∏型钢筋混凝平底板，缝设在底板中央。底板顶面高程为0.5m，厚1.0m，其顺水流方向长16m。闸墩为钢筋混凝土结构，顺水流方向长和底板相等，中墩厚1.1m，边墩与岸墙结合布置，为重力式边墙，既挡水，又挡土，墙后填土高程为11.8m。闸墩上设有工作门槽和检修门槽。检修门槽距闸墩上游边缘1.7m，工作门槽距闸墩上游边缘5.49m，胸墙与检修门槽之间净距为2.79m。闸门采用平面滚轮钢闸门，尺寸为5.4m×7.8m。启闭设备选用QPQ-2×25卷扬式启闭机。工作桥支承为实体排架，由闸墩缩窄而成。其顺水流长2.3m，厚0.5m,底面高程11.8m，顶面高程16.5m，排架上设有活动门槽。公路桥设在下游侧，为板梁式结构，其总宽为5.5m。公路桥支承在排架上，排架底部高程8.5m。3.3.2上游连接段布置铺盖为钢筋混凝土结构，其顺水流方向长25m,厚0.4m。铺盖上游为块石护底，一直护至引水口。上游翼墙为浆砌石重力式反翼墙，迎水面直立，墙背为1:0.5的斜坡，收缩角为15°，圆弧半径为6.6m。墙顶高程为11.0m，其上设0.85m高的混凝土挡浪板。墙后填土高程为10.8m。翼墙底板为0.6m厚的钢筋混凝土板，前趾长1.2m，后趾长0.2m。翼墙上游与铺盖头部齐平。翼墙上游为干砌块石护坡，每隔12m设一道浆砌石格埂。块石底部设15cm的砂垫层。护坡一直延伸到兴化渠的入口处。30/40 3.3.3下游连接段布置闸室下游采用挖深式消力池。其长为23.5m,深为0.5m。消力池的底板为钢筋混凝土结构，其厚度为0.8m。消力池与闸室连接处有1m宽的小平台，后以1:4的斜坡连接。消力池底板下按过滤的要求铺盖铺设厚0.3m的砂、碎石垫层，既起反滤、过渡作用，又起排水作用。海漫长26m，水平设置。前10m为浆砌块石，后16m为干砌块石，并每隔8m设一道浆砌石格埂。海漫末端设一构造防冲槽。其深为1.0m，边坡为1:2。槽内填以块石。由于土质条件较好，防冲槽下游不再设护底。下游翼墙亦为浆砌石重力式反翼墙。迎水面直立，墙背坡度为1:0.5，其扩散角为10°，圆弧半径为4.8m。墙顶高程为8.5m，其上设高0.8m的挡浪板，墙后填土高程为8.0m。下游翼墙底板亦厚0.6m钢筋混凝土板，其前趾长1.2m，后趾长0.2m。翼墙下游端与消力池末端齐平。下游亦采用干砌块石护坡，护坡至9.8m高程处。每隔8m设一道浆砌石格埂。护坡延伸至与防冲槽下游端部齐平。1.水力计算水力设计主要包括两方面的内容,即闸孔设计和消能设计。4.1闸孔设计闸孔设计的主要任务:确定闸室结构形式、选择堰型、确定堰顶高程及孔口尺寸。4.1.1闸室结构形式该闸建在人工渠道上,故宜采用开敞式闸室结构。在运行中，该闸的挡水位达10.3m～10.7m,而泄水时上游水位为7.44m～7.83m,挡水位时上游最高水位比下游最高水位高出2.87m，故拟设设置胸腔代替闸门挡水，以减小闸门高度，减小作用在闸门上的水压力，减小启门力，并降低工作桥的高度，从而减少工程费用。综上所述：该闸采用带胸墙的开敞式闸室结构。4.1.2堰型选择及堰顶高程的确定该闸建在少泥沙的人工渠道上,宜采用结构简单,施工方便,自由出流范围较大的平底板宽顶堰。考虑到闸基持力层是坚硬粉质粘土,土质良好,承载能力大,并参考该地区已建在工程的经验,拟取闸底板顶面与兴化渠渠底齐平，高程为0.5m。4.1.3孔口尺寸的确定30/40 （1）初拟闸孔尺寸。该闸的孔口必须满足引水灌溉和引水冲淤保港的要求。1）引水灌溉上游水深H=7.83-0.5=7.33m下游水深hs=7.78-0.5=7.28m引水流量Q=300m/s上游行近流速V0=Q/AA=(b+mH)H=(50+2×7.33)×7.33=473.96m2V=300/473.96=0.633H0=H+αV0/2g(取α=1.0)=7.33+0.6332/2×9.8=7.35mhS/H0=7.28/7.35=0.99>0.8,故属淹没出流。查SL265-2001表A·0·1-2，淹没系数σS=0.36由宽顶堰淹没出流公式对无坎宽顶堰，取m=0.385，假设侧收缩系数=0.96，则2）引水冲淤保港上游水深H=7.44-0.5=6.94m下游水深h=7.38-0.5=6.88m引水流量Q=100上游行近流速V0=Q/AA=(b+mH)H=(50+2×6.94)×6.94=443.3m3/sV0=Q/A=100/443.3=0.23m/s<0.5m/s,可以忽略不计，则H0≈H=6.94m。hS/H0=6.88/6.94=0.99>0.8,故属淹没出流。30/40 查SL265-2001表A·0·1-2，得淹没系数σs=0.36同样取m=0.385，假设侧收缩系数=0.96，则得B02===9.23m比较1）、2）的计算结果，B02L，满足要求。2）绕流防渗长度。必须的防渗长度为L=CHH=3.7m,C=7（回填土为砂土，且无反滤），因此L=25.9m实际防渗长度=+16=41.9m>L,满足防渗要求其地下轮廓布置见下图5-1-1：图5-1-1地下轮廓布置（单位：m）5.2渗流计算采用改进阻力系数法进行渗流计算。5.2.1地下轮廓线的简化为了便于计算，将复杂的地下轮廓进行简化。由于铺盖头部及底板上下游两端的齿墙均浅，简化后的形式如下图5-2-1：30/40 图5-2-1地下轮廓简化图（单位：m）5.2.2确定地基的有效深度根据钻探资料，闸基透水层深度很大。故在渗流计算中必须取一有效深度，代替实际深度。由地下轮廓线简化图知：地下轮廓的水平投影长度L0=16+20=36m;地下轮廓的垂直投影长度S0=1.3m。L0/S0=41/1.3=31.5>5,故地基的有效深度Te=0.5L0=20.5m(图5-2-1)。5.2.3渗流区域的分段和阻力系数的计算过地下轮廓的角点、尖点，将渗流区域分成十个典型段。1、8段为进出口段，3、6、二段为内部水平段，2、4、5、7则为内部垂直段。表5-2-1各流段阻力系数为ξ流段阻力系数为ξ段号STξ进口段和出口段ξ=1.5（）+0.44110.420.40.44580.7200.450内部垂直段ξ=ln[ctg(1-)]20.520.50.02441.320.50.06450.519.70.02570.520.50.025内部水平段ξ=3S1=0.5S2=1.3T=20.5L=25.01.1606S1=0.5S2=0.5T=19.7L=16.00.778则ξ=ξ=2.9715.2.4渗透压力计算：1）设计洪水位时：△H=10.3-7.0=3.3m。根据水流的连续条件，经过各流段的单宽渗流流量均应相等。a）任一流段的水头损失h=ξ,则h1=0.50m30/40 h2=0.03mh3=1.16mh4=0.07mh5=0.03mh6=0.98mh7=0.03mh8=0.50mb）进出口段进行必要的修正：进出口修正系数为T´=20.5mT=20.4mS=0.4m则=0.31<1.0应予修正h´=h1=0.16m进口段水头损失的修正量为Δh=0.49－0.17=0.32修正量应转移给相邻各段h´=0.03+0.03=0.06h´=1.16+（0.32－0.03）=1.45m同样对出口段修正如下=1.21-T´=19.9mT=19.7mS=0.7m则=0.44<1.0,故亦需修正。出口段的水头损失修正为H8´=h=0.22m修正量Δh=0.50－0.22=0.28mH7´=0.03+0.03=0.06m30/40 H6=0.98+(0.28－0.03)=1.23mc）计算各角隅点的渗压水头：由上游出口段开始，逐次向下游从作用水头值Δh中相继减去各分段的水头损失值，即可求得各角隅点的渗压水头值H1=3.3mH2=3.3-h1´=3.3-0.16=3.14mH3=H2-h2´m=3.14-0.06=3.08mH4=H3-h3´m=3.08-1.45=1.63mH5=H4-h4´m=1.63-0.07=1.56mH6=H5-h5´m=1.56-0.03=1.53mH7=H6-h6´m=1.53-1.23=0.30mH8=H7-h7´m=0.30-0.06=0.24mH9=H8-h8´m=0.24-0.24=0.00md）作出渗透压力分布图：根据以上算得渗压水头值，并认为沿水平段水头损失呈线形变化，则其渗透压力分布图，如图5-2-2:图5-2-2设计洪水位是渗透压力分布图（单位：m）单位宽度底板所受渗透压力：P1=(H6+H7)×16×1=14.16t=138.80KN单位宽铺盖所受的渗透压力：P2=(H3+H4)×20×1=46.8t=458.70KN2）同样的步骤可计算出校核情况下的渗透压力分布，即ΔH=10.7-7.0=3.7m30/40 H1=3.70mH2=3.51mH3=3.45mH4=1.81mH5=1.74mH6=1.70mH7=0.30mH8=0.22mH9=0.00m根据以上计算作出渗透压力分布图,如图5-2-3：图5-2-3校核洪水位是渗透压力分布图（单位：m）单位宽度底板所受渗透压力：P1=(H6+H7)×16×1=×(1.70+0.30)×16×1=16.0t=156.7KN单位宽铺盖所受的渗透压力：P2=(H3+H4)×20×1=×(3.45+1.81)×20×1=52.6t=515.5KN5.2.5抗渗稳定验算闸底板水平段的平均渗透坡降和出口处的平均逸出坡降闸底板水平段的平均渗透坡降为Jx===0.081＜[Jx]=0.4～0.5渗流出口处的平均逸出坡降J为J0===0.45＜[J0]=0.70～0.80闸基的防渗满足抗渗稳定的要求。30/40 1.闸室布置与稳定计算6.1闸室结构布置闸室结构布置主要包括底板、闸墩、闸门、工作桥和交通桥等部分结构的布置和尺寸的拟定。6.1.1底板底板的结构、布置、构造与上面的相同。6.1.2闸墩顺水方向的长度取与底板相同，取16m。闸墩为钢筋混凝土结构，中墩厚均为1.1m。边缘与岸墙合二为一，采用重力式结构。闸墩上游部分的顶部高程在泄洪时应高于设计或校核洪水位加安全超高；关门时应高于设计或校核洪水位加波浪计算高度加安全超高。设计洪水位的超高计算：=10.3+0.8+0.7=11.8m校核洪水位的超高计算：=10.7+0.5+0.5=11.7m取上述二者中的较大者，取为11.8m。闸墩下游部分的高度只要比下游最高水位适当高些，不影响泄流即可。可大大低于上游部分的高度，而其上设有排架搁置公路桥。初拟定闸墩下游部分顶部高程为8.5m，其上设3根0.7m×0.67m，高1.8m的柱子，柱顶设0.7m×0.7m，长4.7m的小横梁，梁顶高程即为8.5+1.8+0.7=11.0。下游闸墩上搁置公路桥，桥面高程为11.8m，与两岸大堤齐平。闸墩上设检修门槽和工作门槽，检修门槽在上游，槽深为0.3m，宽0.2m，工作槽槽深为0.3m，宽0.6m。具体位置见图。闸墩上下游均为半圆形，其半径为0.55m。6.1.3胸墙为了保证启吊闸门的钢丝绳不浸在水中，胸墙设在工作闸门的上游侧。胸墙顶与闸墩上游部分顶部同高取11.8m。胸墙底部高程应以不影响引水为准。=堰顶高程+堰顶下游水深+=0.5+7.28+0.3=8.08m，取胸墙底部高程为8.1m。则胸墙高度为11.8-8.1=3.7m。胸墙采用钢筋混凝土板梁式结构，简支于闸墩上。上梁尺寸为0.3m×0.5m,下梁尺寸为0.4m×0.8m，板厚20cm。下梁下端的上游面做成圆弧形，以利过水。30/40 6.1.4工作桥启闭机选型。闸门采用平面滚轮钢闸门，为滑动式，门顶高程应高出胸墙0.2m，即其高程为8.3m，门高8.3-0.5=7.8m,门宽5.0+2×0.2=5.4m。根据经验公式：G=0.073K1K2K3A0.93HS0.79,初估闸门自重。A=42.12m2;HS=10.2m；对于工作闸门，K1=1.0，H/B=7.8/5.6=1.4,1＜H/B＜2，K2=1.0;HS=10.2＜60m，K3=1.0。则门重G=14.87t=145.2KN，取门自重G=200KN。初拟启门力FQ=（0.1—0.2）P+1.2G，闭门力FW（0.1—0.2）P-0.9G。其中G为闸门自重，P为作用在门上的总水压力，不计浪压力的影响，作用在每米宽门上游面的水压力，作用在每米宽门上游面的水压力和门上总的水压力为：P上=1/2×9.8×(2.6+10.2)×7.6=476.7kN;P下=1/2×6.5×6.5×9.8=207.0kN，P=（P上-P下）×5.0=1363.5kNFQ=0.10×1363.5+1.2×200=376.4kNFW=0.10×1363.5-0.9×200=-43.65kNFW<0表示闸门能靠自重关闭，不需加重块帮助关闭。则根据计算所需的启门力FQ=376.4kN，初选双调点手摇电动两用卷扬式启闭机QPQ-2×25。其机架外轮廓宽J=1962mm。2）工作桥的尺寸及构造。（见图6-1-2）工作桥的宽度不仅要满足启闭机布置的要求，且两侧应留有足够的操作宽度。B=启闭机宽度+2×栏杆柱宽+2×栏杆外富裕宽度＝1.962+2×0.8+2×0.15+2×0.05=3.962m。故取工作桥净宽4.0m。工作桥为板梁式结构。预制装配。两根主梁高0.8m，宽0.35m，中间活动铺板厚6cm。为了保证启闭机的机脚螺栓安置在主梁上，主梁间的净距为1.5m。在启闭机机脚处螺栓处设两根横梁。其宽30cm，高50cm。工作桥设在实体排架上，排架的厚度即闸墩门槽处的颈厚为50cm，排架顺水方向的宽度为30/40 2.3m。排架的高程为：胸墙壁底缘高程+门高+富裕高度=8.1+7.8+0.6=16.5m。在工作桥的下游侧布置公路桥，桥身结构为钢筋混凝土板梁结构，桥面总宽为4.0m。6.1.5检修便桥为了便于检修、观测、在检修门槽处设置有检修便桥。桥宽1.5m。桥身结构仅为两根嵌置于闸墩内的钢筋混凝土简支辆。梁高40cm，宽25cm。梁中间铺设厚6cm的钢筋混凝土板。6.1.6交通桥在工作桥饿下游侧布置单车道公路桥，桥身结构为钢筋混凝土板梁结构，桥面净宽4.5m,总宽5.5m。其结构构造及尺寸见本章第一节。6.2闸室稳定计算取中间的一个独立的闸室单元分析，闸室结构布置见图6-2-1：图6-2-1闸室结构布置图（单位：m）30/40 6.2.1荷载计算1）完建期的荷载.完建期的荷载主要包括闸地板重力、G1闸墩重力G2闸、门重力G3、胸墙壁重力G4工、作桥及启闭机设备重力G5、公路桥重力G6和检修便桥重力G7、取混凝土、钢筋混凝土的容重为25KN/m3。底板重力为：G1=16×1.0×12.2×25+1/2×（1+1.5）×0.5×12.2×25×2=5261.3KN闸墩重力：每个中墩重G2´=（0.5×3.14×0.552×11.3×25）+（0.5×3.14×0.552×8.0×25）+(4.2×1.1×11.3×25)+(2.3×1.1×11.3×25)+（2.3×4.7×25）+（8.4×1.1×8×25）+（3×0.67×0.7×1.8×25）+（4.7×0.7×0.7×25）-(2×0.3×0.2×11.3×25)-(2×0.3×0.6×11.3×25)=4217.6KN每个闸室单元有两个中墩，则：G2=2G2´=8435.2KN闸门重力为：G3=200×2=400.0KN胸墙重力为：G4=0.3×0.5×10×25+0.4×0.8×10×25+0.2×(3.7-0.4-0.3)×10×25=267.5KN工作桥及启闭机设备重力如下工作桥重力：G5´=2×0.92×0.35×12.2×25+0.5×(0.08+0.12)×0.9×12.2×2×25+0.15×0.12×12.2×2×25+0.06×1.3×12.2×25=286.1KN考虑到栏杆及横梁重力等，取:G5´=350.0KNQPQ２×２５启闭机机身重40.7KN混凝土及电机重，每台启闭机重48.0KN,启闭机重力G5=2×48.0KN=96.0KNG5=G5+G5=350.0+96.0=446KN公路桥重力:公路桥每米重约80KN,考虑到栏杆重,则公路桥重为:G6=80×12.2+50=1026.0KN检修便桥重力：G7=0.25×0.4×10.0×25×2+0.06×1.5×10×25=72.5KN考虑到栏杆及横梁重力等，取:G7=100.0KN完建情况下作用荷载和力矩计算见下表6-2-1：30/40 表6-2-1完建情况下作用荷载和力矩计算表(对底板上端B点求力矩)部位重力(KN)力臂(m)力矩(KN·m)↘↙底板5261.38.042090.4闸墩（1）268.40.3285.89（2）2542.62.656737.9（3）1496.25.908827.6（4）3938.011.2544302.5（5）190.015.682979.2工作闸门400.05.792316.0工作桥350.05.902065.0启闭机96.05.90566.40公路桥1026.012.2512568.5检修便桥100.01.80180.0胸墙267.54.791281.3合计15936124050.62）设计洪水情况下的荷载。在设计洪水情况下,闸室的荷载除此之外,还有闸室内水的重力、水压力、扬压力等。闸室内水重:W1=4.69×9.8×10×9.8+7.6×0.8×10×9.8+6.5×10×9.91×9.8=4504.3+595.8+6312.7=11412.8KN水平水压力:首先计算波浪要素。有设计资料知：ht=0.8m，Ll/hl=10，上游=9.8m，则上游波浪线壅高为：30/40 波浪破碎的临界水深：可见，上游平均水深大于Ll/2,且大于Hlj，故为深水波。因此：P1=0.5×4×9.8×(4+0.25+0.8)×12.2+0.5×6×9.8×(4+10)×12.2=1207.6+5021.5=6229.1KN（→）P2=0.5×9.8×(8.33+9.75)×1.5×12.2=1610.6KN（→）P3=0.5×7.5×73.5×9.8×12.2=3452.9KN（←）P4=0.5×9.8×(7.5+8.44)×0.7×15.2=586.7KN（←）浮托力：F=7.7×9.8×16×12.2+2×0.5×(1.0+1.5)×0.5×9.8×12.2=14879.2KN(↑)渗透压力:U=0.30×9.8×16×12.2+0.5×1.22×16×9.8×12.2=787.45+1549.50=1735.3KN(↑)设计洪水情况下的荷载图见（图6-2-2）,设计洪水情况下的荷载计算表见(表6-2-2设计洪水情况下荷载和力矩计算对B点取矩)图6-2-2设计洪水位时荷载图30/40 表6-2-2设计洪水情况下荷载和力矩计算对B点取矩荷载名称竖向力（KN）水平力（KN）力臂（m）力矩（KN×m）备注↓↑→←↘↙闸室结构重力15936124050.6表6-2-1上游水压力1207.65021.51610.69.184.070.7311085.820437.51175.7下游水压力3452.9586.73.20.3411049.3199.5浮托力14879.28.0119033.6渗透压力534.81200.58.05.334278.46398.7水重力4504.3595.86312.72.355.0911.0510585.13032.669755.3合计27348.816614.56759.74039.6240122.6140959.510734.3（↓）2720.1（→）99163.1（↘）3）校核洪水位情况的荷载。校核洪水位情况时的荷载与设计洪水位情况的荷载计算方法相似。所不同的是水压力、扬压力是相应校核水位以下的水压力、扬压力。闸室内水重:Pv=4.69×10.2×10×9.8+7.6×0.8×10×9.8+6.5×10×9.91×9.8=4688.1+595.8+6312.7=11596.6KN水平水压力:首先计算波浪要素。在校核水位下：ht=0.5m，Ll=5.0m，h0=0.16m,Hlj=0.59m上游=10.2m，故为深水波。因此：P1=0.5×2.5×9.8×(2.5+0.16+0.5)×12.2+0.5×(2.5+10.4)×7.9×9.8×12.2=472.3+6092.2=6564.5KNP2=0.5×9.8×(8.53+9.94)×1.5×12.2=1646.9KN（→）P3=0.5×7.6×7.6×9.8×12.2=3452.9KN（←）P4=0.5×9.8×(7.5+8.47)×0.6×12.2=590.4KN（←）浮托力：F=7.7×9.8×16×16.2+0.5×(1.0+1.5)×0.5×9.8×12.2=14879.2KN(↑)渗透压力:U=0.34×9.8×16×12.2+0.5×1.36×16×9.8×12.2=630.5+1320.5=1951.0KN(↑)30/40 校核洪水情况下的荷载图见（图6-2-3）,设计洪水情况下的荷载计算见(表6-2-3校核洪水情况下荷载和力矩计算对B点取矩)图6-2-3校核洪水位时荷载图表6-2-3校核洪水情况下荷载和力矩计算对B点取矩荷载名称竖向力（KN）水平力（KN）力臂（m）力矩（KN×m）备注↓↑→←↘↙闸室结构重力15971124113.6表6-2-1上游水压力472.36092.21046.910.454.640.734935.528267.81202.2下游水压力3452.9590.43.20.3411049.3200.7浮托力14879.28.0119033.6渗透压力630.51320.58.05.335044.07038.3水重力4688.1595.86312.72.355.0911.0511017.03032.669755.3合计27567.616830.28211.44043.3242324142365.910737.4（↓）4168.1（→）99958.1（↘）30/40 6.2.2稳定计算1）完建期闸室基底压力计算由表6-2-1可知，∑G=15971KN，∑M=124113.6KN.m，另外，B=16m，A=16×12.2=195.2m,则е=-=0.229m（偏上游）=(16×)=地基承载力验算。由上可知=（Pmax+Pmin）=（102.8+90.6）=96.7kPa持力层为坚硬粉质粘土，N63.5=15～21击，查表得地基允许承载力=350kPa。因为基础的宽度远大于3m，故地基允许承载力应修正。=其中：B=8m;D=1.5m;为安全起见，取mB=0.2,mD=1.0;(浮容重)=350+0.2×10.09（8-3）+1.0×10.09（1.5-1.5）=360.1kPa>,地基承载力满足要求。不均匀系数计算。由上可知基地压力不均匀系数满足要求。2)设计洪水情况，闸室地基压力计算。由表6-2-2可知：∑G=10769.3KN，∑M=99226.1KN.m，则30/40 е=-=-1.21m（偏上游）=(16×)=地基承载力验算。由上可知=（Pmax+Pmin）=66.67kPa<地基承载力满足要求。不均匀系数计算。由上可知但根据SD133-84附录五的规定，对于地基良好，结构简单的中型水闸，的采用直可以适当的增大。本闸闸基土质良好；在校核洪水位情况下，可以采用3.5.故基地压力不均匀系数满要求。闸室抗滑稳定分析：临界压应力其中A=1.75；=10.09kN/m3;B=16m,=19;c=60kPa。故闸室不会发生深层滑动，仅需作表层抗滑稳定分析。其中：取0.9=17.1；c0取c=20.0kPa。由于本闸齿墙较浅，可取A=29.2m2，则闸室抗滑稳定性满足要求。3)校核洪水情况闸室基底压力计算。由表6-2-3可知，∑G=10737.4KN，∑M=99958.1KN.m，则30/40 е=-=-1.31(偏下游）=(16×)=地基承载力验算。由上可知=（P+Pmin）=66.5kPa<地基承载力满足要求。不均匀系数计算。由上可知基地压力不均匀系数不满。但根据SD-133-84附录5的规定，对于地基良好，结构简单的中型水闸，可以采用3.0，在校核洪水位情况下，可以采用3.5.故基地压力不均匀系数满要求。闸室抗滑稳定分析：临界压应力闸室抗滑稳定性满足要求。1.闸室结构设计7.1闸墩设计闸墩为钢筋混凝土结构，中墩厚1.1米，闸墩长与底板顺水流方向相同为16米，边墩与暗墙合而为一，采用重力式。闸墩上设置两道闸门工作闸和检修闸。工作闸门槽距闸墩上游端5.29米，工作闸门槽深0.3米，槽宽0.6米。闸墩上下游两端是0.55米的半圆形状。在闸墩的上游端设置检修闸门。检修闸门距离上游端1.7米处。槽宽0.2米，槽深0.3米。下有不设置检修门。闸门设置在底板上，其底部高程是0.5米，上游闸墩底部高程为11.8米，下游闸墩顶部高程是为8.530/40 米，由上一节在计算知道在校核洪水位情况下水平方向上的水压力最大，这时门槽颈部应力计算不利情况，故门槽应力计算选校核洪水情况为计算情况。闸墩底部截面上的纵向正应力要求不出现拉应力，而最大拉应力也要小于混凝土的容许抗压强度。我们计算中发现情况符合。故闸墩不必配置纵向受力钢筋，但要配置构造钢筋。加强闸墩与底板的连接，防止温度变化对闸墩不利影响。竖向配置情况是，配置Ф12的钢筋，每米3根。其下插入底板50cm，水平方向采用Ф8的分布钢筋。在门槽出的配筋也是配置构造钢筋，配置Ф12的钢筋间距与闸墩的一致。浇注100标号的混凝土作筑坝材料。7.2底板结构计算采用弹性地基梁法对底板进行结构计算。7.2.1闸基的地基反力计算=(16×)=在上一节中计算地基应力P、P时，求的是齿墙底部基底的应力，而不是底板底部基底应力，故尚应重新计算地基反力。1）完建期。完建期内无水平荷载，故在上一节中相应的地基应力就等于地基反力，可以直接运用，即（上游端）（下游端）2）校核洪水情况。此时有水平力作用，需要重新计算地基反力，见表7-3-1.e==-1.15m(偏下游)=30/40 表7-3-1校核洪水时荷载、力矩计算表（对底板底面上游A点求矩）荷载名称计算式竖向力水平力力臂力矩备注↓↑→←↘↙闸室结构15971124113.6表6-2-1上游水压力0.5×2.5×9.8×(2.5+0.16+0.5)×12.2472.39.954699.40.5×(2.5+10.4)×9.8×7.9×12.26069.24.1425221.70.5×(8.51+9.27)×9.8×1.0×12.210970.49537.5下游水压力0.5×9.8×7.62×12.23452.92.68977.510.10.5×（7.5+7.77）×9.8×0.1×12.2100.80.1浮托力14879.28.0119033.6表6-2-3渗透压力630.58.05044.0表6-2-31320.55.337038.3闸室内水重力11596.683804.9合计27567.616830.27661.53552.9238377.1140103.510737.4（↓）4108.6（→）98273.6（↘）31/44 7.2.2不平衡剪力及剪力分配以胸墙与闸门之间的连线为界，将闸室分为上、下游段，各自承受其分段内的上部结构重力和其他荷载。1）不平衡剪力。对完建期、校核洪进行计算。不平衡剪力值见表7-3-22）不平衡剪力的分配，截面的形心轴至底板底面的距离如图7-3-1所示，即则=（1-0.04）=0.96每个闸墩分配不平衡剪力为=0.4835/40 表7-3-2不平衡剪力计算表单位：KN荷载名称完建情况下校核洪水情况下上游段下游段小计上游段下游段小计结构重力闸墩底板胸墙公路桥工作桥检修便桥闸门启闭机3357.81672.9267.517513548.05077.43588.4102617540048.08435.25267.3267.5102635013540096.03357.81672.9267.517513548.05077.43588.4102617540048.08435.25267.3267.5102635013540096.05656.210314.8159715656.210314.815971水重力5283.96312.711596.6扬压力-6091.5-10738.7-16830.2地基反力-5789-10182-15971-2495.1-8242.1-10737.2不平衡力132.8（↑）132.8（↓）0.02353.5（↓）2353.3（↑）0.2（↓）不平衡剪力132.8（↓）132.8（↑）0.02353.4（↑）2353.4（↓）0.07.2.3板条上荷载的计算1）完建期板条荷载见图7-3-2（a）（1)上游段：均布荷载闸墩处的集中荷载（2）下游段：均布荷载闸墩处的集中荷载35/40 2）校核水位情况的板条荷载见图7-3-2（b）（1）上游段：均布荷载闸墩处的集中荷载P=闸墩及其上部结构的重力-均布荷载中多计算的闸墩处的水重力-不平衡剪力的分配值，即(2)下游段：均布荷载闸墩处的集中荷载图7-3-2板条荷载图（a）完建期；（b）校核洪水情况35/40 7.2.4弯矩计算（1）梁的柔性指数。柔性指数按下式计算.柔性指数按下式计算式中E0——地基土变形模量，E0=4.0;Eh——混凝土弹性模量，Eh=2.3；——梁高，m。则故按t=5查表计算。因1