水工建筑物水闸课程设计.pdf

'。目录一、基本设计资料-----------------------------11、基本概述资料-----------------------------------12、水流量资料-------------------------------------13、闸基土质资料-----------------------------------24、其他资料---------------------------------------25、水闸设计标准-----------------------------------2二、闸址选择-----------------------------------------------3三、总体枢纽布置------------------------------------------31、拦河闸的布置-----------------------------------32、闸室段的布置-----------------------------------33、上游连接段的布置--------------------------------34、下游连接段的布置--------------------------------4四、水力计算-----------------------------------------------41、闸孔设计--------------------------------------42、消能防冲设计----------------------------------73、海漫设计---------------------------------------9五、防渗排水设计----------------------------------------101、地下轮廓设计---------------------------------102、防渗计算-------------------------------------11六、闸室的布置与稳定分析--------------------151、闸室结构布置---------------------------------152、荷载及其组合---------------------------------183、闸室稳定计算---------------------------------23七、闸室结构设计----------------------------251、闸墩设计-------------------------------------252、底板结构设计---------------------------------25-可编辑修改- 。八、基础处理---------------------------------29九、主要参考文献-----------------------------30-可编辑修改- 。一、基本设计资料1、基本概述资料本工程是西通河灌区第一级抽水站的拦河闸，其主要任务是拦蓄西通河的河水，抬高水位满足抽水灌溉的需要，洪水期能够宣泄洪水，保证两岸农田不被洪水淹没。2、水位流量资料m3/s根据规划要求，在正常蓄水时下泄流量为Q=0，上游水位为H正=198.0m，m3/s此时对应的下游水位H=195.0m；在校核洪水时灌区下泄流量为Q核=79.7，此时的相应上游校核水位为H核=198.90m，相应闸下游水位H下=198.65m；在设计洪m3/s水位时灌区下泄流量Q设=61.4，此时对应的上游水位H设=198.36m，闸下游水位为H‘下=198.15m。闸身稳定计算水位组合H3.36mh3.15m（1）设计洪水位时：上游水深,下游水深sH3.90mh3.65m（2）校核洪水位时：上游水深,下游水深s消能防冲设计水位组合根据分析：消能防冲的最不利水位组合是在校核洪水位时的情况下：则其组合m3/s是：下泄流量为Q=79.70，相应的上游水位是H核=198.90m,闸下游水位H下=198.65m，则相应的上游水深H=3.90m,下游水深h=3.65m。水位流量资料表：运用情况上游水位（米）下泄流量（m³/秒）正常蓄水198.000设计洪水198.3661.40校核洪水198.9079.70下游水位流量关系表：H下(m)195.00196.00197.00197.50198.00198.15198.50198.65Q(m3/S)0.008.6327.9641.0755.4061.4073.9879.70-可编辑修改1- 。3、闸基土质资料闸基河床地质资料柱状图如图所示：层序高程（m）土质摡况I195.00-191.8细砂II191.8—183.32组砂III183.32粘土闸址附近缺乏粘性土料，但有足够数量的混凝土骨料和砂料。闸基细砂及墙后回填砂料土工试验资料如下表；天然重度饱和重度内摩擦角凝聚力不均匀系数相对密实度细砂18.6420.61220120.46沙土料18.2020.21320150.62细砂允许承载力为150KN/m2，其与混凝土底板之间的摩擦系数f=0.354、其他资料1.闸上交通为单车道，按汽-10设计，带-50校核。桥面净宽4.0m，总宽为4.4m。2.闸门采用平面钢闸门，有3米、4米、5米三种规格闸门。3.该地区地震设计烈度为4度。4.闸址附近河道有干砌石护坡。5.多年平均最大风速12米/秒，吹程0.15公里。5、水闸的设计标准根据《水闸设计规范.》SD133-84(以下简称SD133-84),该闸按IV级建筑物设计。-可编辑修改2- 。二、闸址选择根据《水工建筑物》可知，闸址选择关系到工程的成败和经济效益的发挥，是水闸设计中的一项重要内容，应根据水闸的功能、特点和运用要求，综合考虑地形、地址、水流、潮汐、泥沙、冻土、冰清、施工、管理和周围环境等因素，通过技术经济比较，选定最佳方案。闸址适宜选择在地形开阔、岸坡稳定、岩土坚实和地下水水位较低的地点。应优先选用地质条件良好的天然地基，土壤、中砂、粗砂、和砂砾都适于做为水闸的地基；尽量避开淤泥质土和粉、细砂地基，必要时，应采取妥善的处理措施。在河道上建造拦河闸，为解决施工导流问题，常将闸址选在弯曲河道的凸岸，利用原来河道导流，裁弯取直，新开上、下游引水和泄水渠，新开渠道既要尽量缩短其长度，又要使其进、出口与原河道平顺衔接。根据基本地形资料知道，闸址附近，河道顺直，河道横补面接近梯形，底宽18米，边坡1:1.5，河底高程195.00米，两岸地面高程199.20米。断面尺寸如图1-1所示：图1-1三、总体枢纽布置1、拦河闸的布置拦河闸布置成开敞式水闸，根据计算将水闸分为3孔，边孔净宽3.0m，中孔净宽4.0m,闸门顶部高程199.4m。闸门高出边缘线0.2m。2、闸室段的布置闸底板为倒π形布置，采用钢筋混凝土结构，地板中央设缝，板长15m，厚1.0m。闸墩材料采用钢筋混凝土材料，顺水流方向长15m，中墩厚1.2m，边墩与岸墙分开布置，为重力式边墙，不挡水只挡土，闸墩上游设有工作门槽和检修门槽。工作桥宽0.4m,检修桥宽1.5m，闸门采用露顶式平面钢闸门，尺寸3.55×4.4启闭设备采用QPQ-16卷场式启闭机，公路桥设在下游，总宽4.4m。3、上游连接段布置上游翼墙采用浆砌石重力式反翼墙，墙顶高程199.50m，混凝土拦浪板高0.8m，设在其上，墙后填土高程199.20m，翼墙底板厚0.6m，同样采用钢筋混凝土材料。铺盖与翼墙上游齐平，顺水流方向长14.0m，厚0.6m，铺盖上游为块石护底，一直护到引水口。翼墙上游为干砌石护坡，并设有浆砌石格梗，每隔12m布置，砂垫层设在块石-可编辑修改3- 。底部，15cm厚。4、下游连接段的布置闸室下游布置消力池、海曼、防冲槽等。消力池采用挖深式，长7.5m，池深0.5m，底板采用钢筋混凝土结构，厚0.5m，消力池与闸室连接处设1m宽小坝，厚以1:4的斜坡连接，底板下设0.2m厚砂、碎石垫层，反滤排水。采用浆砌石做为海曼的材料，其长度为18m，厚度为0.5m，浆砌石内设排水孔，下面铺设反滤层，在海曼起始端做8.0m长的浆砌石水平段，其顶面高程与护坦齐平，在海曼后半段做成1:15的斜坡，以使水流均匀扩散，调整流态分布，保护河床不受冲刷。取防冲槽深度为2.0m，底宽b为4.0m,取顶端与海曼末端齐平，则上游坡率取m＝2，下游坡率m＝3。下游翼墙为浆砌石重力式反翼墙，迎水面直立，墙背坡率1:0.5收缩角为10度。材料选用钢筋混凝土板，厚0.6m，前趾长1.2m，，后趾长0.2m，翼墙下游端与消力池末端齐平。四、水力计算水闸的水力设计主要包括两方面内容，即闸孔设计和消能防冲设计。1、闸孔设计闸孔设计的主要任务是：确定闸室结构形式，选择堰型，确定堰顶高程以及孔口尺寸。（1）闸室结构型式该闸建在天然河道上，故宜采用开敞式闸室结构。（2）堰型的选择及闸底板高程的选定该闸建在少泥沙的人工渠道上，故宜采用结构简单、施工方便、自由出流范围较大的平底板宽顶堰。由闸基河床地质资料可知，闸基附近河床土质良好，承载能力大，并参考该地区已建工程的经验，拟取闸底板顶面（即堰顶）与西通河渠底齐平，高程为195.00m。（3）孔口尺寸的确定初拟孔口尺寸，该闸的尺寸必须满足拦洪灌溉以及泄洪的要求。1)计算闸孔总净宽B0在设计情况下：①、上游水H=198.36-195=3.36m②、下游水深h=198.15-195.00=3.15ms③、下泄流量Q=61.40m3/s则上游行近流速：V=Q/A0根据和断面尺寸：A=﹙b＋mH﹚H=﹙18+1.5×3.36﹚×3.36＝77.4m2-可编辑修改4- 。其中b为河道宽：b=18mm为边坡比：m=1:1.5V=Q/A=61.40/77.41=0.793m/s0H=H﹢αv2/2（取α＝1.0﹚0=3.36﹢0.7932/﹙2×9.81﹚＝3.39mh则s=3.15/3.39=0.929>0.8故属于淹没出流。H0校核情况：①、上游水H=198.9-195=3.9m②、下游水深h=198.65-195=3.65ms③、下泄流量Q=79.70m3/s则上游行近流速：V=Q/A0根据和断面尺寸：A=﹙b＋mH﹚H=﹙18+1.5×3.9﹚×3.9＝93.02m2其中b为河道宽：b=18mm为边坡比：m=1:1.5V=Q/A=79.7/93.02=0.86m/s0H=H﹢αv2/2g﹙取α＝1.0﹚0=3.9﹢0.862/﹙2×9.81﹚=3.94mh则s=3.65/3.94=0.93>0.8,故属于淹没出流。H0确定闸孔宽度由以上结果可得，则按水流成堰流时并且为淹没出流，计算根据《水工建筑物》，由宽h顶堰淹没出流公式：，根据s，查SL-265-2001,附录A.01，查得淹没0H0系数=0.74，对无坎宽顶堰：m=0.385假设侧收缩系数=0.90。计算简图见图2—1v202gHH1hs图2—1-可编辑修改5- 。在设计情况下：由公式B0所以，在设计情况下=8.66m在校核情况下：=9.0m整理上述计算如表2—1所示：表2—1计算情上游水下游水流量行进流行进水淹没系流量系侧收缩B0况深深h速头H数б数m系数εsQ0H设计情3.363.1561.400.7933.390.740.3850.908.66况下校核情3.903.6579.700.863.940.740.3850.909.0况下2)闸孔孔数n及单孔净宽b0单孔宽度b根据水闸使用要求，闸门型式及启闭机容量等因素，并参照闸门尺寸选定。0由B>B比较得，取净宽较大的值，则取B=9.0m。01020以上为B的第一次近似值，据此可计算的第二次近似值，按hH=0.93，及闸墩0s0边形状，查《水闸》表3—5得=0.53，=0.70。侧收缩系数按式计算为：0kH10.2n10k0nb=1-0.2×[0.7+（3-1）×0.53]×3.9/9=0.85净宽B的第二次计算近似值为0-可编辑修改6- 。=9.5m再将净宽B的第二次近似值代入式中，可得=0.86，再次试算后仍得=0.86，计算0得出B=9.4m,根据所给闸门的型号尺寸，则选择孔数n=3，每孔净宽b=3.2m，则闸孔020总净宽B=3.2×3=9.6m,03.闸孔泄流能力校核中墩采用钢筋混凝土结构，根据水闸设计规范SL265-2001,取中墩厚d=1.5m,墩首为半圆形，墩尾采用尖圆形。边墩厚度为1.0m，墩首、尾采用半圆形。根据拟定的闸孔尺寸净宽B=9.6m，用设计情况进行检验。根据堰流公式：0Q0Q0.860.740.38529.813/29.6实=64.28m3/sQQ则:实100%=|（64.28-61.40）/61.40|×100％=4.7％＜5％Q实际过流能力满足泄水的设计要求由此得该闸的孔口尺寸确定为：选择孔数n=3，每孔净宽b=3.2m，2个中墩各厚0d=1.5m，边墩厚度为1.0m，闸孔总净宽B=9.6m，闸室总长度B=3×3.2+2×01.5=12.6m。2.消能防冲设计消能防冲设计包括消力池、海漫和防冲槽三部分的设计。（1）消力池的设计1)上下游水面连接形态的判别，当闸门从关闭状态到校核的下泄流量为Q79.70m3/s，往往是分级开启的。为了节省计算工作量，闸门的开度拟分三级开启。第一级泄流量为8.63m3/s，待下游水位稳定后，开度增大至设计流量61.40m3/s79.70m3/s，最后待下游水位稳定后，再增大开度至最大下泄流量。当下泄流量为8.63m3/s时：H198.90195.003.90m上游水深；Q0h0m下游水位则采用前一级开度（即）时的下游水深s；则上游行进流速：Q8.63v0.093m3/s0A93.02v0.093m3/s0.5m3/s由于0，则可以忽略不计e0.185e/H0.185/3.900.0470.65假设闸门开度，,则为孔流，查《水0.6194力计算手册》（第二版）得垂直收缩系数则：he0.61940.1850.115mc-可编辑修改7- 。Q8.63q0.6638m2/sB13.00跃后水深：h18q210.115180.6904210.8635mhcc2gh329.810.1153chh0则ct为远驱式水跃，故需要设消力池hh00.8635tc0.28440Hh3.900.8635由c，查SL265-2001表A.0.3-2得孔流淹没1.00系数，孔流流量系数0为0.65～0.7因此：e0.1850.600.180.600.180.59150H3.90QeB2gH0Q1.000.59150.18510.0029.813.909.57m3/s该值与要求的的流量8.63m3/s比较接近，故所假定的闸门开度e0.185正确。以同样的方法，分级开启流量为61.40m3/s、79.70m3/s时的闸门开度，并计算相应的参数，并判别不同下泄流量时，上下游水面的连接形式，则可以判别是否需要设消力池，其水面连接计算结果见下表：水面连接计算结果表序号Q（m3/s）e（m）hc（m）h(m)Ht（m）水面连接情况c18.630.1850.61940.1150.86350远离式水跃261.402.45/2.450.64813.15淹没式水跃379.703.91/3.650.54173.65淹没式水跃2）消力池深的计算Q8.63m3/s根据前面的计算，消力池采用挖深式消力池，以下泄流量作为计算消力池深度的计算依据。消力池中水的流态见图3-1。图3-1依据SL265-2001附表B.1.1-可编辑修改8- 。dhhZ0csq2q2Z2g2h22gh2sc则10.6904210.69042Z0.007m29.810.9520.90229.810.86352d1.100.863510.0070.043m计算出消力池池深d=0.043m，但为了稳定泄流时的水流，根据规范取池d=0.50m。3）消力池长度的计算Q8.63m3/s由前面的计算，以下泄流量作为确定消力池长度的依据，略去行v进流速0，则：THd3.900.504.40m0根据公式：hcT0T0T00.027h0.079mc0.0274.400.0274.404.40由此h18q210.079180.6904211.07mhcc2gh329.810.0793cL6.9hh6.91.070.0796.84m由此水跃长度jccL40.52.0m消力池与闸底板以1：4的斜坡段连接，则s则消力池长度：LLL2.00.86.847.472msjsj（注：β为水跃长度校正系数取0.8）L7.50m取消力池长度sj4）消力池底板厚度的计算根据抗冲要求：tkqH1q0.6904m3/sH3.90mk式中：1为消力池底板计算系数取0.20则：t0.200.69043.900.234m0.50m故消力池底板厚度取t=0.50m由此得到，取消力池底板厚为0.50m，前后等厚。为减小作用在护坦上的扬压力，在消力池底板的后半部分设置排水孔，并在该部位的地面铺设反滤层，排水孔-可编辑修改9- 。孔径取80cm，间距L=2.0m，呈梅花形布置，为使出闸水流在消力池中产生水跃，在消力池与闸底板连接处留一宽为1.0m的平台。3、海漫的设计（1）海漫长度的计算海漫的长度计算由式：LKqHpssq0.6904m3/sH2.90m式中：sKK14.0s为海漫长度计算系数，由于河床为细沙，故取s，则L14.00.69042.9015.18mpL15.00m因此取海漫长度p(2)海漫的布置与构造海漫的材料采用浆砌石，其厚度为0.5m，浆砌石内设排水孔，下面铺设反滤层，在海漫起始段做5.0m长的水平段，其顶面高程与护坦齐平，在海漫后半段做成1：15的斜坡，以使水流均匀扩散，调整流速分布，保护河床不被冲刷。（3）防冲槽的设计取防冲槽的深度为2.0m，底宽b为4.0m，取顶端与海漫末端齐平，则上游坡率取m=2，下游坡率取m=3，由此得到消能防冲设计的相关尺寸，见图3-2。图3-2五、防渗排水设计1、地下轮廓的设计地下轮廓的设计主要包括底板、防渗铺盖、板桩等的设计。-可编辑修改10- 。（1）、底板的设计底板既是闸室的基础，又兼有防渗、防冲刷的作用。它既要满足上部结构布置的要求，又要满足稳定及本身的结构强度等要求。1）底板顺水流方向的长度L：0有经验公式：L3.50H3.50188.90185.0013.50m0为了满足上部结构布置的要求，L必须大于交通桥宽度、工作桥、工作便桥及其之间间0隔的总和，即取L=14.00m。0·2）底板厚度d：根据经验，底板厚度为（1/6~1/8）单孔净宽，一般为1.10m~1.40m，由此初拟底板厚度d=1.20m。1)底板构造：底板采用钢筋混凝土结构，上下游两端各设1.0m深的齿墙嵌入地基底板分缝设以“v”型铜片止水，由于地基为砂性土的细沙地基，抵抗渗流变形的能力较差，渗流系数也较大，由此必须在底板两端分别设置不同深度的板桩，一般为水头的（0.6~1.0）倍，有水头大小可知上游端设板桩深为3.0m，下游端不设板桩。（2）铺盖铺盖采用钢筋混凝土结构，其长度为上下游最大水位差的（3~5）倍，则取铺盖L=16.0m，铺盖厚度为0.50m。铺盖上游端设0.50m深的小齿墙，其头部不再设防冲槽，为了上游河床被冲刷，铺盖上游设块石护底，厚为0.30m，其下设0.20m的碎石垫层。（3）侧向防渗侧向防渗主要靠上游翼墙和边墩，则上游翼墙为曲线形式，从边墩向上游延伸一定距离后，以半径为0.70m的圆弧插入岸墙。（4）排水、止水为了减小作用于闸底板上的渗透压力，在整个消力池底板上布设砂砾石排水，其首部紧抵闸底板下游齿墙，闸底板与铺盖，铺盖与上游翼墙，下游翼墙的永久缝中，均设以铜片止水，闸底板与消力池，消力池与下游翼墙之间永久性分缝，虽然没有防渗的要求，但是为了防止闸基与挡土墙后填土被水流带走，缝中铺设沥青油毡。（5）防渗长度验算LCH闸基防渗长度的计算必须满足：H3.90m式中：C为允许渗径系数值，由于为砂性土故取C=9.0，则LCH9.03.9035.10m而实际闸下布置见图4-1图4-1实际闸基防渗长度L：L0.50.50.711.00.70.51.23.01.01.4011.01.41.01.535.5mL35.5mL35.1m则闸基防渗长度满足要求-可编辑修改11- 。2、渗流计算采用改进阻力系数法进行渗流计算（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较浅，可以将他们简化为短板的形式如下图4-2图4-2（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可知：地下轮廓的水平投影长度L0=14.00+16.00=30.00m；地下轮廓的S6.200.505.70m垂直投影长度0L30.0005.265S5.70故0，则按下式计算Te：T0.5L0.530.0015.00me0T195.00183.3211.68mTT而地基的实际计算深度，而e，故地基的实际计算深度T=11.68m。（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，将渗流区域分为8个典型段，如图所示1、8段为进出口段，2、4、5、7则为内部垂直段，3、6两段为内部水平段。则相关计算的结果见表4-1：表4-1各流段阻力系数为流段计算公式段号ST/L进口段和出S3/210.911.180.4751.50.441口段0T81.510.980.517内部垂直段2S20.810.880.074lnctg1y45.610.880.5824T55.010.480.53071.010.480.096内部水平段L0.7SS3S1=0.8T=10.88x121.059xTS2=5.6L=16.06S1=5.0T=10.480.935S2=1.0L=14.080.4750.5170.0740.5820.5300.0961.0590.9354.268i则i1(4)渗透压力计算-可编辑修改12- 。H198.36195.003.36m1)设计洪水位时：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.根据下式计算各分段的渗压水头损失值hiHiiA进口段和出口段：0.475h1H3.360.374m14.268i0.517h8H3.360.407m84.268iB内部垂直段：0.074h2H3.360.058m24.268i0.582h4H3.360.458m44.268i0.530h5H3.360.417m54.268i0.096h7H3.360.076m74.268iC内部水平段：1.059h3H3.360.834m34.268i0.935h6H3.360.736m64.268ib.进、出口水头损失的修正A进口处修正系数1的计算：11.211T2S1220.059TTT11.18mT10.88mS0.9m式中0.7291.0则得1，应予修正。进口段水头损失值应修正为：hh0.7290.3740.273m111进口段水头损失减小值为：h0.3740.2730.101mhh0.0580.8340.892m123故修正各该段的水头损失值为：h2h20.0580.116m22hhhh0.8340.1010.0580.877m3312B出口处修正系数2的计算：-可编辑修改13- 。1.2111T2S1220.059TTT10.98mT10.48mS1.5m式中0.8841.0则得2，应予修正。出口段水头损失应修正为：hh0.8840.4070.360m828出口段水头损失减小值为：h0.4070.3600.047mh0.736m86故修正各该段的水头损失值为：hhh0.0760.0470.123m7780.8841.0C计算各角隅点的渗压水头：2由上游进口段开始，逐次向下游从作用水头值相继减去各分段水头损失值，即可求得各角隅点的渗压水头值：H3.36m1H3.360.2733.087m2H3.0870.1162.971m3H2.9710.8772.094m4H2.0940.4581.636m5H1.6360.4171.219m6H1.2190.7360.483m7H0.4830.1230.360m8H0.3600.3600.00m9D绘制渗压水头分布图：根据以上算得的渗压水头值，并认为沿水平段的水头损失呈线性变化，即可绘出如图4-3所示的渗压水头分布图：图4-3单位宽度底板所受的渗透压力：P0.5HH1410.51.2190.48314111.914t116.88KN167单位宽度铺盖所受的渗透压力：P0.5HH1610.52.9712.09416140.52t397.50KN2342)同样的步骤可计算出校核洪水位时的渗透压力分布即H3.90mH3.90m1H3.584m2-可编辑修改14- 。H3.448m3H2.430m4H1.898m5H1.410m6H0.560m7H0.417m8H0.00m9根据以上计算绘出校核洪水位时渗透压力分布图，如图4-4：图4-4单位宽度底板所受的渗透压力：P0.5HH1410.51.4100.56014113.89t135.28KN167单位宽度铺盖所受的渗透压力：P0.5HH1610.53.4482.43016147.02t461.31KN234(5)抗渗稳定演算J1)闸底板水平段平均渗透坡降x的计算hJvxL由公式：xA设计洪水位时hHH1.2190.483Jv670.053xLL14x板J0.053J则xx0.07~0.10（查水闸设计规范得）B校核洪水位时hHH1.4100.560Jv670.061xLL14x板J0.061J则xx0.07~0.10（查水闸设计规范得）J2)渗流出口处平均渗透坡降0的计算hJv0S由公式：A设计洪水位时hH0.360Jv80.2400SS1.54J0.053J则000.30~0.35（查水闸设计规范得）B校核洪水位时-可编辑修改15- 。hH0.417Jv80.2780SS1.54J0.278J则000.30~0.35（查水闸设计规范得）综上闸基的防渗满足抗渗稳定的要求。六、闸室的布置与稳定分析1、闸室结构布置闸室结构布置主要包括底板、闸墩、胸墙、闸门、工作桥和交通桥等部分结构的布置和尺寸的拟定。（1）底板底板的结构、布置、构造已在上一节中布置，在此不用不说明。（2）闸墩闸墩顺水流方向的长度取与底板相同，取14.00m。闸墩为钢筋混凝土结构，中墩厚为2.50m。边墩与岸墙合二为一，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；关闭闸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，表4—1波浪计算水位高程安全加高闸顶高程闸墩高程高程设计洪水198.360.30.2198.863.86位挡水时校核洪水198.900.20.2199.304.30位设计洪水198.360.50.2199.064.06位泄水时校核洪水198.900.40.2199.504.50位由已知的多年平均最大风速为12m/s，吹程为0.15公里，计算破浪高：根据官厅水库公式：5151h0.0166V4D30.01661240.1530.2m10其安全超高查SL265-2001表4.2.4得，泄水时：设计洪水位时为0.50m，校核洪水位时为0.40m。199.50m则取其中最大的值，闸墩上游部分的顶部高程取最大值，即高程。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。由于校核洪水位198.65m199.20m时，下游最高水位，因此取闸墩下游部分的顶部高程为，则在-可编辑修改16- 。200.20m下游闸墩部分搁置公路桥，桥面高程，桥面净宽为4.0m。闸墩上游设两道门槽（检修门槽和工作门槽），检修门槽在上游，槽深0.30m，槽宽0.50m，再向下游1.50m处设工作门槽，槽深0.50m，槽宽0.80m，下游不设检修闸门，墩头墩尾均为半圆形，如图5-1所示图5-1（3）胸墙为了保证启吊闸门的钢丝绳不浸在水中，往往会设置胸墙，但由于所选闸门的高度和水位的变化深度，则在此不用设置胸墙。（4）工作桥1）启闭机选型闸门采用露顶式平面钢闸门，则闸门顶高程为199.40m，闸门高4.4m，门宽为4.0m。启闭机顶高程203.30m。查SL265-2001和《水闸》，根据经验公式:GKKkH1.43B0.08ZCg初估闸门自重，G为门重，10KN，B墩高度4.5m，B为孔口宽度为3.2m，采用滚轮式支承K=1.0，K采用普通低合金钢结构K=0.8，由于H＜5.0m,取K=0.156，则得门自重ZCCgG1.00.80.1564.51.433.20.0811.77kN,为满足要求则取门G12.0kN。根据经验公式，初估计启门力F0.10.2P1.2G，闭门力QF0.10.2P0.96G。则P为作用在门上的总水压力见图4—2W图4—2不计浪压力的影响，作用在每米宽门上游面的水压力：P=1/2×9.81×3.9×3.9=74.60kN上作用在每米宽门上游面的水压力：P=1/2×3.65×3.65×9.81=65.35kN下则门上总的水压力为：-可编辑修改17- 。当处于开启状态时：P=P×3.2=238.72kN上F=0.2×74.6+1.2×12.0=62.41kNQ当处于关闭状态时：P=（P-P）×3.2=（74.6-65.35）×3.2=29.6kN上下F=0.2×29.6-0.9×15.0=-7.58kNWF＜0，表示闸门能靠自重关闭，则不需加压重块帮助关闭，根据计算所需的启门力WF=62.14kN，初选单吊点卷扬式启闭机QPQ-80，机架外轮廓J=1473mm（查《闸门与启闭Q设备》P240-242）。2）工作桥的尺寸及构造工作桥的宽度不仅要满足启闭机宽度的要求，且两侧应留有足够的操作宽度。其宽度B启闭机宽度2栏杆柱宽2栏杆外富余宽度1.47321.020.14.073m故取工作桥净宽B=4.0m。工作桥为板梁式结构，预制装配，两根主梁高0.80m，宽0.40m，中间活动铺板厚0.10m。其结构见图5-3。图5-3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1.2m。在启闭机机脚处螺栓处设两根横梁,其宽0.3m，高为0.5m，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0.4m，排架顺水流方向的长度为2.40m，则排架高=门高+富余高度=4.4+0.6=5.0m，其顶部高程为204.50m。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4.4m。（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梁，梁高0.4m，宽0.25m，梁中间铺设厚0.08m的钢筋混凝-可编辑修改18- 。土板。（6）交通桥在闸墩下游侧布置公路桥，桥身结构为钢筋混凝土板梁结构，桥面总宽4.4m。其结构构造及尺寸见图5-4。2、荷载及其组合取中间的一个独立的闸室单元分析，闸室结构布置见图5-4。图5-4（1）荷载计算1）完建期的荷载计算荷载计算主要是闸室及上部结构自重，取中间闸室为单元进行计算。如图5—1，图5—1完建期的荷载主要包括闸底板重力G，闸墩重力G，闸门重力G、工作桥及启闭机123设备重力G、公路桥重力G和检修便桥重力G、取钢筋混凝土的容重为25kN/m3。456底板重力为G：1-可编辑修改19- 。G=14×1×9.4×25+0.5×（2+1）×1×9.4×25×21=3995kN闸墩重力G：则每个中墩重：2G"=1.55×1.5×4.5×25+0.4×1.1×4.5×25+0.7×0.5×4.2×225+5.95×1.5×4.2×25+2×1.03×4.5×25+2×1.03×4.2×25+2×1.5×4.5×25=2070.49kN每个闸室单元有两个中墩，则:G=2G"=2×2070.49=4141kN22闸门重G"=12kN，则两个闸门重G=24.0kN33工作桥重力G:4G"=（4.9×0.6×0.7+5.2×0.6×0.7+0.6×0.7×1）×2×25+0.4×0.84×9.4×2×25+0.1×4×9.4×25+9.4×2×0.5×（0.1+0.02）×1×25+0.7×0.1×9.4×2×25=516.4kN考虑到栏杆机横梁重等取G"=520kN4查《闸门与启闭设备》QPQ-80启闭机机身重15.0kN，考虑到混凝土及电机重，每台启闭机重20kN,启闭机重力G""=2×20=40.0kN4公路桥重力G:5G=0.4×0.7×9.4×2×25+4.4×0.4×9.4×25+0.2×1×9.4×2×525=639.2kN考虑到栏杆重,取公路桥重为:G=650kN5检修便桥重力G：G=0.2×0.5×9.4×25×2+1.1×0.1×9.4×25=72.85kN66考虑到栏杆及横梁重力等去检修桥重:G=85kN。6完建情况下作用荷载和力矩计算表(对底板上游端B点求力矩)5—2力矩(kN·m)部位重力(KN)力臂(m)↘↙底板39957.027965①123.1337056闸门②125.566-可编辑修改20- 。闸墩41417.028987工作桥5205.52860①203.1362.6启闭机②205.5110公路桥6509.86370检修便桥853.13266.05合计945566724设计洪水情况下的荷载在设计洪水情况下,闸室的荷载除了闸室本身的重力外,还有闸室内水的重力、浪压力、水压力、扬压力等。如图5—2闸室内水重W:W=3.36×6.4×5.75×9.81=1212.99kN11水平水压力:首先计算波浪要素。由设计资料可知：多年平均最大风速为12m/s，吹程为0.15公里，计算破浪高：5151h0.0166V4D30.01661240.1530.2m10L10.4h0.810.40.20.82.9m1h22H3.140.2223.143.36h1cothcoth0.04mzLL2.92.9则波浪破碎的临界水深为：H=3.36＞L/2=2.9/2=1.45故为深水波：则相关荷载计算值如下：-可编辑修改21- 。设计洪水位时荷载图5—2P=0.5×1.45×9.81×(0.2+0.04+1.45)×9.4+0.5×(1.45+3.36+0.3)1×9.81×2.21×9.4=647.16kN（→）P=0.5×（2.496+3.804）×9.81×9.4×1.7=504.3kN（→）2P=0.5×0.72×9.4×9.81=23.1kN（←）3P=0.5×（0.7+2+0.552）×9.81×9.4×1.3=199.1kN4浮托力：F=0.5×(1+2)×2×1×9.81×9.4+1×10×9.4×9.81+2×2×1×9.4×9.81=1601kN(↑)渗透压力:U=0.5×（2.496+0.2×2.496）×0.5×9.4×9.81×13.5+0.5×（0.2×2.496+0.396）×13.5×9.4×9.81=639.6kN(↑)设计洪水情况下的荷载图见图5—2,设计洪水情况下的荷载计算见表5—3设计洪水情况下荷载和力矩计算对B点取矩表5—3竖向力（kN）水平力（kN）力臂力矩（kN·m）荷载名称（m）↓↑→←↘↙闸室结构90422.9866280.7重力115.394.47505.79上游水压531.772.651409.19力504.300.91458.91下游水压23.11.5335.34力199.10.52103.53浮托力16017.011207522.117.03654.77渗透压力65.64.5393.651.870.178.82-可编辑修改22- 。水重力1212.992.883493.4110635.972249.581151.46222.27215815403.06合计8386.39（↓）929.26（→）56754.94（↘）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、浪压力、扬压力是相应校核水位以下的水压力、浪压力、扬压力。闸室内水重W:1W=3.9×6.4×5.75×9.81=1407.93kN1水平水压力:首先计算波浪要素。在校核水位下与设计下的波浪相同，故其波浪要素与设计情况下的下同因此：P=0.5×1.45×9.81×(0.2+0.04+1.45)×9.4+0.5×(1.45+3.9+0.3)×9.811×2.75×9.4=847.02kN（→）P=0.5×（2.849+4.093）×9.81×9.4×1.7=555.7kN（→）2P=0.5×0.72×9.4×9.81=23.1kN（←）3P=0.5×（0.7+2+0.641）×9.81×9.4×1.3=204.52kN（←）4浮托力：F=0.5×(1+2)×2×1×9.81×9.4+1×10×9.4×9.81+2×2×1×9.4×9.81=1601kN(↑)渗透压力:U=（0.46×14+0.5×（0.0252+1.9408）×0.5+0.0252×13.5）×9.4×9.81=668.8kN(↑)校核洪水情况下的荷载图见设计洪水位似的荷载图,校核洪水情况下的荷载计算见下表5—4校核洪水情况下荷载和力矩计算对B点取矩表5—4荷载名竖向力（kN）水平力（kN）力臂力矩（kN·m）称（m）↓↑→←↘↙闸室结9422.9866280.7构重力115.395576.95上游水731.632.852085.15压力555.70.8444.56下游水23.11.5335.34压力204.520.52106.35浮托力16017.011207606.497.04245.43渗透压16.024.572.09力46.290.2310.65-可编辑修改23- 。水重力1407.932.884054.8410830.912269.81402.72227.6273442.215676.86合计8561.11（↓）1175.1（→）57765.34（↘）3闸室稳定计算（1）闸室基底压力计算1）完建期闸室基底压力计算：GeBMPmax16eminAB2G由表5-1可知，G5765.68KN，M37115.21KNm，B=14.0m，A14.05.577m214.037115.21则e0.563m（偏上游）25765.685765.680.56399.95kPa(上游端)Pmax(16)min771456.81kPa(下游端)A地基承载力验算，由以上可知：PP99.9556.81Pmaxmin78.38kPa22则P150kPa78.38kPa，地基承载力满足要求。B不均匀系数计算：P99.95max1.762.0P56.81min基底压力不均匀系数满足要求。2）设计洪水期闸室基底压力计算：由表5-2可知，G6846.99KN，M34868.76KNm14.034868.76则e0.70m26846.996846.990.70115.60kPa(上游端)Pmax(16)min771462.25kPa(下游端)A地基承载力验算，由以上可知：PP115.6062.25Pmaxmin88.93kPa22则P150kPa88.93kPa，地基承载力满足要求。B不均匀系数计算：-可编辑修改24- 。P115.60max1.862.0P62.25min基底压力不均匀系数满足要求。3）校核洪水期闸室基底压力计算：由表5-3可知，G6757.26KN，M35056.35KNm14.035056.35则e0.73m26757.266757.260.73115.21kPa(上游端)Pmax(16)min771460.30kPa(下游端)A地基承载力验算，由以上可知：PP115.2160.30Pmaxmin87.76kPa22则P150kPa88.93kPa，地基承载力满足要求。B不均匀系数计算：P115.21max1.912.0P60.30min基底压力不均匀系数满足要求。（2）闸室抗滑稳定计算PABtan2c1tan临界压应力：kpb10.80KN/m322由所给资料可知：A=4.0，b，B=14.0m，，c=0，f=0.35P4.010.8014.0tan22244.36kPa则kp1）设计洪水位时：P115.60kPaP244.36kPa由于maxkp故闸室不会发生深层滑动，仅需作表层抗滑稳定分析fW0.356846.99k4.27K1.20P560.78c故闸室稳定性满足要求。2）校核洪水位时：P115.21kPaP244.36kPa由于maxkp故闸室不会发生深层滑动，仅需作表层抗滑稳定分析fW0.356757.26k3.41K1.20P693.85c故闸室稳定性满足要求。-可编辑修改25- 。七、闸室结构设计1、闸墩设计顺水方向的长度取与底板相同，取14.0m。闸墩为钢筋混凝土结构，中墩厚均为1.5m。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：▽=3.36+00197+0.5=4.057m1校核洪水位的超高计算：▽=3.90+0.197+0.4=4.497m2取上述二者中的较大者，取为4.5m。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199.0m，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200.0m，稍高于两岸大堤。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0.5m，工作槽槽深为0.5m，宽0.8m。具体位置见图5-1。闸墩上下游均为半圆形，其半径为0.75m。2、底板结构设计采用弹性地基梁法对底板进行结构计算。（1）选定计算情况完建期竖向力最大，故地基反力亦较大，底板内力较大，是底板强度的控制情况之一，由于前一节的计算可知，在运用期，由于水的作用不仅增加了闸室内的水重，而且产生了扬压力，地基反力的分布也在完建期有了很大变化，显然运用上游水位高，下游水位低的情况，也是底板结构计算的控制情况，故运用期选校核水位情况，此时上游水位最高进行计算。（2）闸基的基底反力计算在上节计算中地基应力Pmax、Pmin时，求的时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，故在上节中相应的地基应力就等于地基反力，可以直接运用，即P99.95kPamax（上游端）P56.81kPamin（下游端）2）校核洪水位时：此时有水平力作用，需要重新计算地基反力，见表6-1表6-1校核洪水时荷载、力矩计算表（对底板底面上游B点求矩）力臂竖向力（kN）水平力（kN）力矩（kN·m）备注（m）荷载名称↓↑→←↘↙闸室结构5765.37115.重力682167.864.00271.44上游水压400.951.85741.46力355.820.2381.84下游水压13.220.57.01力117.56311.76-可编辑修改26- 。0.106420.6浮托力917.24783444.07492.000渗透压力414.701866.14.5052815.2.8108.7水重力528808581.1823.46318.11749.合计824.63130.782094656034569.056757.26（↓）693.85（→）（↘）14.034569.05e0.74m26757.266757.260.74115.59kPa(上游端)Pmax(16)min771459.93kPa(下游端)（3）不平衡剪力及剪力分布以闸门的上部边缘为界，将闸室分为上、下游两段，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、校核洪水位时进行计算，不平衡剪力值见表6-2表6-2不平衡剪力计算表单位：KN完建期校核洪水位时荷载名称上游段下游段小计上游段下游段小计闸墩751.911273.362025.27751.911273.362025.27底板750.751971.752722.50750.751971.752722.50闸门59.41059.4159.41059.41公路桥0330.00330.000330.00330.00结构重工作桥137.50137.50275.00137.50137.50275.00力检修桥40.00040.0040.00040.00启闭机30.0010.0040.0030.0010.0040.00Σ1769.573722.615492.181769.573722.615492.18水重力000818.521977.002815.52扬压力000-409.16-508.08-917.24地基反力-1784.96-3707.220-2701.9-4688.6-7390.5不平衡力15.39↑15.39↓0523.0↓523.0↑0不平衡剪力15.39↓15.39↑0523.0↑523.0↓02）不平衡剪力的分配：截面的形心轴至底板底面的距离如图6-1-可编辑修改27- 。图6-1f=[1.2×5.5×0.6+2×1.2×3.3×(3.3/2+1.2)]÷[5.5×1.2+2×1.2×3.3]=0.92mQL21Qf3f2nn3底J33式中：n=f-d=0.92m-0.12m=0.80m，L=5.5/2=2.75J1/125.51431.2(0.920.6)21/121.24.5224.51.2(4.5/20.80)226.50m2Q0.15Q底Q10.15Q0.85Q墩（4）板条上荷载的计算1）完建期荷载见图6-2图6-2a.上游段：A均布荷载q=750.75/(4.55×5.5)=30.00kN/m(↓)B闸墩处的集中荷载()P=(751.91+59.41+137.5+30)/(2×4.55)=107.56kNb.下游段：A均布荷载q=1971.75/(9.45×5.5)=37.93kN/m(↓)B闸墩处的集中荷载P=(1273.36+330+10)/(2×9.45)=85.36kN(↓)（2）校核洪水位时荷载见图6-3-可编辑修改28- 。图6-3a.上游段：A均布荷载q=(750.75+818.52)/(4.55×5.5)=62.71kN/m(↓)B闸墩处的集中荷载()P=(751.91+59.41+137.5+30)/(2×4.55)=107.56kNb.下游段：A均布荷载q=(1971.75+1977)/(9.45×5.5)=75.97kN/m(↓)B闸墩处的集中荷载P=(1273.36+330+10)/(2×9.45)=85.36kN(↓)（5）弯矩计算弯矩计算，由公式qL2PLM84分别计算出不同时期的弯矩：a.完建期：A上游段：M304.5528107.564.554199.98KNm上B下游段：M37.939.452885.369.454618.04KNm上b.校核洪水位时：A上游段：M62.714.5528107.564.554284.63KNm上B下游段：M75.979.452885.369.4541049.70KNm上（6）配筋计算由以上的结果可知：对于完建期和校核洪水期上下游所得的弯矩值都比较大，则由M1049.70KNmmax统一配筋，以满足结构整体的稳定性，材料采用：钢筋HRB335，混凝土C25。f11.9N/mm2f300.0N/mm20.55则相关查《钢筋混凝土》得:c，y，b，四类环境取C=45mm，四级水工建筑物K=1.2。由板的配筋公式：KMsfbh2c0d20ac5060mm22-可编辑修改29- 。hha1200601140mm01.21049.701060.081s11.91000114021120.0810.0850.850.4675b则计算单宽闸板下所需要的配筋面积：f11.210001140Acbh0.0813447.36mm2sf0300yA3447.36s100%100%0.3%0.2%bh10001140min020@1003455.0mm2故防止发生少筋破坏，查表得采用的钢筋截面面积。八、基础处理为了保证闸室建在安全稳定的土基上，需要对地基进行必要的地基处理，已满足上部结构的稳定要求。选用沉井基础法加固地基。沉井采用不封底沉井。底部既是闸室的基础又兼有防渗和防充刷的作用，底板厚1.0m，底板采用钢筋混凝土结构，混凝土的材料是150#。上下游各设1.0m的齿墙嵌入地基，底板分缝处设置铜片“V”型止水片。闸室上游端设铺盖护底，铺盖厚度为0.5m铺盖上游端设0.5m的小齿墙，头部不再需要设置防冲槽，铺盖材料设块石护底，亦可以达到上游河床的防冲要求了。侧向防渗主要靠上游翼墙和边墩上游翼墙为反翼墙，延伸至铺盖头部以半径为7.0m的圆弧插入岸坡。为了减小作用于闸底板的渗透压力，在整个消力池底板下布设沙砾石排水，其首部紧抵闸底板下游齿墙。底板与铺盖、铺盖与上游翼墙、上游翼墙与边墙之间的永久性缝中，均设铜片止水。底板与消力池，消力池与下游翼墙，下游翼墙与边墙之间的永久性分缝，虽然没有防渗要求，但是为了防止闸室土基与墙后填土被水流带出，缝中铺贴沥青油毛毡。九、主要参考文献（1）、《水工建筑物》教材中国水利电力出版社（3）、《水工钢筋混凝土结构设计规范》中国水利电力出版社（4）、《水闸设计规范》中国水利水电出版社（5）、《水闸》张世儒夏维城编著中国水利电力出版社（7）、《土力学》雷伟主编吉林科学技术出版社（8）、《水闸设计》中国水利电力出版社（2）、《水力学》教材中国电力出版社-可编辑修改30- 。欢迎您的下载，资料仅供参考！致力为企业和个人提供合同协议，策划案计划书，学习课件等等打造全网一站式需求-可编辑修改31-'