夏仕港閘工程設(shè)計(jì)說明書.doc

此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除目 錄1 工程總體布置. 32 孔設(shè)計(jì)算. 42.1 孔徑的計(jì)算 . . 42.2高程的確定42.3 孔徑尺寸及前沿寬度的確定. 43 消能計(jì)算 .6 3.1、消力池的設(shè)計(jì). 63.2、海漫與防沖槽計(jì)算 74 閘基滲流計(jì)算 94.1地下輪廓線布置及防滲長(zhǎng)度確定.94.2閘基滲流計(jì)算 .105 閘室布置與構(gòu)造. .145.1底板布置 . . 145.2閘墩 . 14 5.3工作橋. 155.4交通橋. .165.5分縫 . .165.6止水 .175.7閘室結(jié)構(gòu)布置圖 .176 閘室穩(wěn)定分析 .186.1完建無水期荷載計(jì)算及地基承載力驗(yàn)算. . 186.2閘室有水情況下的荷載計(jì)算 . 20 6.3 閘室荷載的匯總及穩(wěn)定分析 .257 閘墩強(qiáng)度設(shè)計(jì). . 307.1閘墩底部應(yīng)力計(jì)算. 307.2、平面閘門門槽應(yīng)力的計(jì)算 .337.3閘門設(shè)計(jì). . 348、閘室底板設(shè)計(jì). .358.1底板設(shè)計(jì). .358.2閘門底板配筋計(jì)算及裂縫校核.53附錄 571、 工程總體布置夏仕港閘位于靖江市斜鎮(zhèn)夏仕港口，距江邊約1km，受益保護(hù)范圍為靖江、姜堰、泰興三市。受益面積90萬畝，兼有擋洪、蓄水、排澇、通航等功能。夏仕港閘共分三段，上下游段和閘室段。上下游段都設(shè)置扶壁式翼墻，閘室和上下游河道的連接都采用圓弧形翼墻。本水閘總寬為82.2m，共設(shè)9孔，每孔凈寬8m。閘室段設(shè)計(jì)有交通橋、工作橋、檢修橋、閘門、閘墩。工作橋上設(shè)置卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)，閘門采用露頂式平面鋼閘門。閘室段設(shè)有一個(gè)縫墩，把閘室分成輛個(gè)部分，縫墩的縫里設(shè)有紫銅片止水。上游段設(shè)置10m干砌塊石護(hù)坡、10m漿砌塊石護(hù)坡、15m長(zhǎng)的混凝土鋪蓋。下游設(shè)置23.3m的消力池和37m長(zhǎng)的海漫，在海漫末端還設(shè)置了一個(gè)防沖槽。2、孔徑計(jì)算2.1孔型式的確定本工程的主要作用有擋洪、蓄水、排澇、通航等，在洪水時(shí)期擔(dān)負(fù)著泄洪的任務(wù)，應(yīng)具有較大的泄水能力，所以采用無底坎寬頂堰孔口。2.2高程的確定本水閘單寬流量較大，可以降低堰頂?shù)母叱蹋寡唔敻叱膛c河床同高，即閘底板高程為0.0m。2.3孔徑尺寸及前沿寬度的確定已知上下游水位，可推算上游水頭及下游水深。計(jì)算見下表1.2.1-1表1.2.3-1 上游水頭計(jì)算表流量Q（m3/s）下游水深hs（m）上游水深H（m）過水?dāng)嗝娣e（m2）行近水速V0（m/s）V0/2g(m)上游水頭H0（m）設(shè)計(jì)流量5004.905.004501.110.065.06閘門全開時(shí)，為平底板寬頂堰堰流，判別是否為淹沒出流，其判別計(jì)算見下表：表1.2.3-2 淹沒出流判別計(jì)算表計(jì)算工況下游水深hs（m）上游水頭H0（m）流態(tài)設(shè)計(jì)工況4.905.000.98淹沒出流從上表可以看出，堰流處于高度淹沒度，因此閘孔總流量公式為,則計(jì)算閘孔總凈寬可用公式，計(jì)算見下表1.2.1-3：表1.2.3-3 閘孔總凈寬計(jì)算表計(jì)算工況流量Q（m3/s）下游水深hs（m）上游水頭H0（m）hs/H0淹沒堰流綜合系數(shù)0B0（m）設(shè)計(jì)工況5004.905.060.9680.97858.89根據(jù)水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范中閘孔尺寸和水頭系列標(biāo)準(zhǔn)，選定單孔凈寬b0=7.0m，同時(shí)為了保證閘門對(duì)稱開啟，防止不良水流形態(tài)，選用9孔閘，并將閘墩分縫，縫設(shè)在閘墩中間，中墩厚為1.0m，邊墩和分墩厚均為0.7m。見圖1.2.1-1所示。閘孔總寬為： m圖1.2.3-4 閘孔尺寸布置圖 （單位：m m）3、消能計(jì)算為了保證水閘的正常運(yùn)用，防止河床沖刷，一方面盡可能消除水流的動(dòng)能，消除波狀水躍，并促使水流橫向擴(kuò)散，防止折沖水流出現(xiàn)；另一方面要保護(hù)河床及河岸，防止剩余動(dòng)能引起的沖刷。要解決以上問題，就是要有一個(gè)好的消能設(shè)施。工程實(shí)際中經(jīng)常采用底流消能方式。底流消能由消力池、海漫、和防沖槽三部分組成。消力池緊接閘室，在池中利用水躍進(jìn)行消能。海漫緊接消力池，其作用是繼續(xù)消除水流的剩余動(dòng)能，使水流擴(kuò)散并調(diào)整流速分布，以減小底部流速。海漫末端設(shè)置防沖槽。消力池常用的有三種：下挖式消力池。即降低護(hù)坦高程而形成的消力池，適用于閘下尾水深度小于躍后水深的情況。突檻式消力池（即消力墻式消力池）。適用于閘下尾水深度略小于躍后水深的情況。如果地基開挖困難，或因冬季要求放空池中積水以防止冰凍時(shí)，則可不開挖而直接在護(hù)坦末端修建低堰，抬高池內(nèi)水位，從而形成突檻式消力池。綜合式消力池。當(dāng)閘下尾水深度遠(yuǎn)小于躍后水深，且計(jì)算出的消力池深度又較深時(shí)，可采用下挖式消力池與突檻式消力池相結(jié)合的綜合式。工程中經(jīng)常采用的是下挖式消力池，本次設(shè)計(jì)也采用下挖式消力池設(shè)計(jì)。1.3.1 消力池的設(shè)計(jì)1、消力池深度計(jì)算根據(jù)水閘設(shè)計(jì)規(guī)范中公式，進(jìn)行試算。式中：d：消力池深度，：水躍淹沒深度系數(shù)，取，：躍后水深，：收縮水深，：水流動(dòng)能校正系數(shù)，取1.0，q：過閘單寬流量，：消力池首端寬度：消力池末端寬度， ：由消力池底板頂面算起的總勢(shì)能，：出水池落差，：出水池河床水深，：流數(shù)系數(shù)，取0.95。表1.3.1-1 上游水深計(jì)算表計(jì)算情況流量Q（m3/s）單寬流量m3/s閘室水深H（m）下游水深hs（m）過水?dāng)嗝娣em2行近流速m/sH0（m）正向70011.15.03.94501.560.1225.122反向75011.94.76.2587.81.280.0846.284現(xiàn)知上述條件，假定d=0.5m， 然后依次求，進(jìn)行計(jì)算，若，取，當(dāng)時(shí)重新試算，其中d值可以通過試算求得，經(jīng)計(jì)算消力池深度為1.9m。2、消力池長(zhǎng)度確定1）水躍長(zhǎng)度Lj計(jì)算根據(jù)規(guī)范 2）消力池長(zhǎng)度計(jì)算根據(jù)規(guī)范，消力池長(zhǎng)度，其中為消力池斜坡段水平投影長(zhǎng)度，取4，為水躍長(zhǎng)度校正系數(shù)，取0.8。3、消力池底板厚度計(jì)算根據(jù)抗沖要求，消力池底板始端厚度按公式計(jì)算，其中為消力池底板計(jì)算系數(shù)，可采用0.150.20，取=0.18，為確定池深時(shí)的過閘單寬流量，為閘孔泄水時(shí)的上下游水位差。由于本次工程設(shè)計(jì)消力池底板下無揚(yáng)壓力作用，不考慮抗浮要求時(shí)的消力池底板厚度。經(jīng)計(jì)算消力池下挖深度，消力池總長(zhǎng)為23.3m，消力池采用鋼筋混凝土制造，厚度為0.5m。4、消力池構(gòu)造本次工程采用下挖式消力池，為了便于施工，消力池底板做成等厚，為了降低護(hù)坦底部的滲透壓力，可在護(hù)坦下設(shè)鉛直排水孔，并在護(hù)坦底部鋪設(shè)反濾層，排水孔設(shè)在水平底板的后半部，排水孔直徑為10cm，間距為2.0m，反濾層厚為30cm，分三層，從上到下依次為10cm厚中石子，10cm厚小石子，10cm厚砂。護(hù)坦與閘室、岸墻及翼墻間需要沉陷縫分開，以適應(yīng)不均勻沉降，護(hù)坦在平行水流方向設(shè)沉陷縫，間距為15.4m。下游翼墻順?biāo)鞣较虻耐队伴L(zhǎng)度應(yīng)大于或等于消力池長(zhǎng)度，平均擴(kuò)散角宜采用7度到12度，本次設(shè)計(jì)選用8度，則消力池末端的寬度為80m。消力池構(gòu)造尺寸見圖1.2.1-2。圖1.3.1-2 消力池構(gòu)造尺寸圖（單位：高程m，尺寸mm）1.3.2 海漫與防沖槽計(jì)算1、海漫計(jì)算1）海漫長(zhǎng)度根據(jù)規(guī)范，海漫的長(zhǎng)度，其中為海漫長(zhǎng)度計(jì)算系數(shù)，由于河床土質(zhì)為粉質(zhì)粘土，所以取為8；為消力池末端單寬流量；為閘孔泄水時(shí)上下游水位差。上述公式僅適用于=19的范圍內(nèi)。消能工況 ，；考慮安全因素取=37m。2）海漫構(gòu)造對(duì)于海漫要求表面有一定的粗糙度，以利于進(jìn)一步消能，具有一定的透水性，以便使?jié)B透水自由排出，降低揚(yáng)壓力，具有一定的柔性，以適應(yīng)下游河床可能的沖刷變形，所以在海漫的起始段為13m長(zhǎng)的漿砌石水平段，因?yàn)闈{砌石的抗沖性能較好，其頂面高程與護(hù)坦齊平，后24m為干砌石段，保護(hù)河床不受沖刷，海漫厚度取為0.4m，下鋪設(shè)20cm的墊層，10cm的小石子，10cm厚的砂。2、防沖槽計(jì)算海漫末端的河床沖刷深度可用公式計(jì)算，其中為海漫末端單寬流量；為河床土質(zhì)允許的不沖流速，可按公式計(jì)算，由土質(zhì)決定，R為水力半徑；為海漫末端的河床水深。海漫沖刷深度見表1.2.2.2-1：表1.3.1-3 海漫沖刷坑深度計(jì)算計(jì)算工況相應(yīng)過水?dāng)嗝娣eA（）濕周消能工況11.9721139.41.3151.131.04防沖槽深度一般取1.52.0m，當(dāng)時(shí)，亦可擴(kuò)大=2.53.0m，若太大，開挖困難，當(dāng)所取深度比理論深度小時(shí)，可以放緩防沖槽邊坡，保證其面積相等，所以取=2.0m，底寬，取L=2.0m，上游邊坡取為1：2，下游邊坡取為1：3。海漫構(gòu)造尺寸見圖1.2.2.2-1。圖1.3.1-4海漫防沖槽構(gòu)造圖 （單位：高程m，尺寸mm）4、 閘基滲流計(jì)算4.1 地下輪廓線布置及防滲長(zhǎng)度確定1、地下輪廓線布置（1）閘基防滲長(zhǎng)度的確定根據(jù)規(guī)范，閘基防滲長(zhǎng)度應(yīng)滿足公式，其中為上下游最大水位差；為允許滲徑系數(shù)，與河床土質(zhì)有關(guān)，因?yàn)榈鼗脸至訛榉圪|(zhì)粘土，取為8，則（2）防滲設(shè)備由于閘基土為粉質(zhì)粘土，防滲設(shè)備采用混凝土鋪蓋，閘底板上下游側(cè)設(shè)置齒墻。（3）防滲設(shè)備的尺寸和構(gòu)造 閘底板順?biāo)鞣较虻拈L(zhǎng)度應(yīng)滿足閘室整體穩(wěn)定性和地基允許承載力的要求，其中為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，與地基土質(zhì)有關(guān)，粉質(zhì)粘土地基取810，取8；為上下游水位差，所以，取20m。 閘底板厚度，為閘孔凈寬，所以 齒墻取為深0.5m，寬0.5m，見圖1.4.1-1所示1:11:1圖4-1 閘底板尺寸構(gòu)造圖 （單位：高程m，尺寸mm） 鋪蓋長(zhǎng)度一般采用上下游最大水位差的35倍，取15m長(zhǎng)，；鋪蓋合度確定：為了便于施工，鋪蓋厚度取為0.5m，在順?biāo)鞣较蛟O(shè)置永久縫，鋪蓋前端設(shè)置齒墻，深0.5m，寬0.5m。2、校核地下輪廓線長(zhǎng)度根據(jù)以上的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，實(shí)際的地下輪廓線布置長(zhǎng)度應(yīng)大于理論的地下輪廓通過校核，滿足要求。3、排水設(shè)備的細(xì)部構(gòu)造（1）排水設(shè)備的作用采用排水設(shè)備，可降低滲透壓力，排除滲水，避免滲透變形，增加下游的穩(wěn)定性，排水的位置直接影響滲透壓力的大小和分布，應(yīng)根據(jù)閘基土質(zhì)情況和水閘工作條件，做到既減小滲壓又避免滲透變形。（2）排水設(shè)備的設(shè)計(jì) 水平排水：水平排水為加厚反慮層中的大顆粒層，形成平鋪式。排水反慮層一般是由23層不同粒徑的砂和砂礫石組成的，層次排列應(yīng)盡量與滲流的方向垂直，各層次的粒徑則按滲流方向逐層增大。消力池下面的反濾層為10cm中石子，10cm小石子，10cm砂；海漫下面設(shè)置2層，10cm石子，10cm砂。鉛直排水設(shè)計(jì)：本工程在消力池后部設(shè)排水孔，孔距為2m，孔徑為10cm，呈梅花形布置，孔下設(shè)置反濾層。4.2 閘基滲流計(jì)算1、滲流計(jì)算的目的和計(jì)算方法計(jì)算閘底板各點(diǎn)滲透壓力，驗(yàn)算地基土在初步擬定的底下輪廓線下的滲透穩(wěn)定性。計(jì)算方法有直線的比例法、流網(wǎng)法和改進(jìn)阻力系數(shù)法，由于改進(jìn)阻力系數(shù)法計(jì)算結(jié)果精確，因此采用此法進(jìn)行滲流計(jì)算。1）用改進(jìn)阻力系數(shù)法計(jì)算閘基滲流（1）地基有效深度的計(jì)算根據(jù)與5比較得出，為地下輪廓線水平投影的長(zhǎng)度，為33m；為地下輪廓線垂直投影的長(zhǎng)度，為7m。則，所以地基有效深度。（2）分段阻力系數(shù)的計(jì)算為了計(jì)算的簡(jiǎn)便，特將地下輪廓線進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，通過底下輪廓線的各角點(diǎn)和尖端將滲流區(qū)域分成8個(gè)典型段，如圖1.2.3.2-1所示。其中、段為進(jìn)口段和出口段，用公式計(jì)算阻力系數(shù)，、段為內(nèi)部垂直段，用公式計(jì)算阻力系數(shù)，、段為水平段，用公式計(jì)算阻力系數(shù)。其中為板樁的入土深度，各典型段的水頭損失按公式計(jì)算，對(duì)于進(jìn)出口段的阻力系數(shù)修正，按公式，式中，計(jì)算，其中為進(jìn)出口段修正后的水頭損失值，為進(jìn)出口段損失值，為阻力修正系數(shù)，當(dāng)時(shí)，取，為底板埋深與板樁入圖深度之和，為板樁另一側(cè)地基透水層深度。其計(jì)算見表4-2：-1.00.00.0123456789圖1.4.2-1滲流區(qū)域分段圖 （單位：m）各段滲透壓力水頭損失 單位：（m）分段編號(hào)分段名稱SS1S2TLihi 設(shè)計(jì)水位組合校核水位組合進(jìn)口117.290.4620.5040.567垂直0.516.790.02980.0330.037水平0.56.516.79150.6020.6570.739垂直6.516.790.4130.4500.507垂直616.290.3910.4270.480水平6616.29180.5890.6430.724垂直616.290.3910.4270.480出口6.216.490.7870.8590.966合計(jì)3.6644.57.5 進(jìn)出口段的阻力系數(shù)修正表 單位：（m）段別設(shè)計(jì)組合校核組合設(shè)計(jì)組合校核組合進(jìn)口段117.2916.790.5670.2860.3210.2180.246出口段6.216.4916.291.042（3）計(jì)算各角點(diǎn)的滲透壓力值用上表所計(jì)算的水頭損失進(jìn)行計(jì)算，總的水頭差分別為4.0m和4.5m，各段后角點(diǎn)滲壓水頭=該段前點(diǎn)滲壓水頭此段的水頭損失，結(jié)果列入表1.3.2.2-3： 閘基各角點(diǎn)滲透壓力值 單位：（m）H1H2H3H4H5H6H7H8H94.03.7143.6482.8062.3561.9291.2860.85904.54.1794.1053.1572.652.171.4460.9660（4）算滲流逸出坡降出口段的逸出坡降分別為和，由水閘設(shè)計(jì)規(guī)范可查得，則都小于地基土出口段允許滲流坡降值，滿足要求，不會(huì)發(fā)生滲透變形。水平段滲透坡降由于地基土為粉砂，由水閘設(shè)計(jì)規(guī)范可查得，水平段允許坡降取為0.1。設(shè)計(jì)水位組合的情況下：第段 第段 校核水位組合的情況下：第段 第段 5、 閘室布置與構(gòu)造5.1底板布置1、作用：閘底板是閘室的基礎(chǔ)，承受閘室及上部結(jié)構(gòu)的全部荷載，并較均勻地傳給地基，還有防沖，防滲等作用。2、形式：本次設(shè)計(jì)閘室底板 采用水平底板，由于在準(zhǔn)平原地形河道上建閘，采用整體式平底板，沉陷縫設(shè)在閘墩中間，本次設(shè)計(jì)共設(shè)立了兩個(gè)分縫閘墩。3、長(zhǎng)度：根據(jù)前面設(shè)計(jì)，知閘底板長(zhǎng)度為18m。4、厚度：根據(jù)前面設(shè)計(jì)，知閘底板厚度為1.0m。5、底板齒墻深為0.5m，可以增加閘室穩(wěn)定性和加長(zhǎng)防滲長(zhǎng)度。6、在底板齒墻下設(shè)置防滲板樁，板樁底高程為-9.5m。5.2 閘墩1、作用：分隔閘孔并支承閘門、工作橋等上部結(jié)構(gòu)，使水流順利通過閘門。2、外形輪廓：應(yīng)能滿足過閘水流平順、側(cè)向收縮小，過流能力大的要求，上游墩頭采用半圓形，閘墩長(zhǎng)度取決于上部結(jié)構(gòu)布置及閘孔形式，一般與底板同長(zhǎng)或者稍短一些，本次設(shè)計(jì)取與閘底板同長(zhǎng)為18m。3、厚度：閘墩厚度必須滿足穩(wěn)定要求和強(qiáng)度要求，中墩厚度為1.0m，邊墩厚度為0.7m.另外考慮計(jì)算的簡(jiǎn)便，把分墩尺寸設(shè)置與邊墩相同厚度也為0.7m。平面閘門槽尺寸應(yīng)根據(jù)閘門的尺寸確定，檢修門槽深0.15m，寬0.20m，主門槽深0.30m，寬0.62m。檢修門槽和工作門槽之間留3.0m的凈距，以便工作人員檢修。4、高度：閘墩高程應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)和校核兩種情況決定， 設(shè)計(jì)情況 H墩=設(shè)計(jì)水位+波浪高度+波浪中心線至靜水面距離+安全超高 校核情況 H墩=校核水位+波浪高度+波浪中心線至靜水面距離+安全超高 波浪高度計(jì)算：1）設(shè)計(jì)情況根據(jù)公式計(jì)算波浪高度，其中為平均波高；為計(jì)算風(fēng)速，本次設(shè)計(jì)為18m/s；為吹程，本次設(shè)計(jì)為0.7km；為風(fēng)區(qū)內(nèi)平均水深。，由于本水閘等級(jí)為3級(jí)，所以，則=0.82m，=1.44m，=0.86m，則設(shè)計(jì)情況下閘墩頂部高程為：頂=4.6+1.44+0.86+0.7=7.6m2）校核情況根據(jù)公式計(jì)算波浪高度，其中為平均波高；為計(jì)算風(fēng)速，本次設(shè)計(jì)為18m/s；為吹程，本次設(shè)計(jì)為0.7km；為風(fēng)區(qū)內(nèi)平均水深。，所以=0.41m，=0.77m，=0.13m，則設(shè)計(jì)情況下閘墩頂部高程為：頂=6.1+0.77+0.14+0.5=7.5m，經(jīng)比較，選用閘墩墩頂高程為7.6m由下面的計(jì)算可知，本次設(shè)計(jì)滾輪采用懸臂式滾輪，則選用荷載重為40t的滾輪，滾輪直徑為60mm，由此可確定閘墩的主門槽尺寸為：620mm400mm。閘墩尺寸見圖1.2.4.2-1。圖1.4.2-1 閘墩尺寸詳圖 （單位：mm）5.3 工作橋工作橋是為了安裝啟閉機(jī)和便于工作人員操作而設(shè)置的橋，若工作橋較高可在閘墩上設(shè)置排架支承。工作橋設(shè)置高程與閘門尺寸及形式有關(guān)。由于是平面鋼閘門，采用固定式卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)，閘門提升后不能影響泄放最大流量，并保留一定的富裕度。工作橋高度視閘門形式，閘孔水面線而定，對(duì)于平面閘門采用固定式啟閉機(jī)時(shí)工作橋縱梁底緣高程=閘墩高程+閘門高+11.5m=40.6+6.6+1.4=48.6m。工作橋的縱梁高取為800mm；工作橋橫梁高為縱梁的2/33/4，即533600mm，取600mm，寬度為高度的1/31/2，即183275mm，取250mm，鋪蓋板厚度為60mm，預(yù)制寬度有兩個(gè)尺寸分別為420mm和360mm，長(zhǎng)1730mm。工作橋尺寸布置見圖1.2.4.3-1。圖1.2.4.3-1 工作橋構(gòu)造圖 （單位：mm）工作橋排架采用實(shí)心板形式，板厚取為400mm，高為=門高+超高=6.6+1.4=8.0m。5.4 交通橋交通橋的作用是連接兩岸的交通，供車輛和人通行，交通橋的形式可采用板梁式，位置應(yīng)根據(jù)閘室穩(wěn)定及兩岸的連接條件確定，布置在下游。本次設(shè)計(jì)交通橋荷載等級(jí)為公路級(jí)，橋面凈寬為9.0m，采用鋼筋混凝土鉸接板鉸接而成，加上每邊寬1.0m的人行道，交通橋共寬為11m。交通橋采用預(yù)制裝配式鋼筋混凝土簡(jiǎn)支板橋，預(yù)制板材料為混凝土C50，鋪裝層為混凝土C30，填縫采用混凝土C30，主筋采用HR335，其它采用R235鋼筋。本次設(shè)計(jì)交通橋由11塊寬1.0m厚30cm的鋼筋混凝土實(shí)心板鉸接而成，上鋪58cm厚的瀝青混凝土，人行道比車道高25cm，車道做成一定的坡度。交通橋斷面如下圖所示：圖1.2.4.4-1 交通橋構(gòu)造圖 （單位：mm）55分縫閘室沿軸線每隔一定距離順流向設(shè)縫分開，以免閘室因不均勻沉陷及溫度變化而產(chǎn)生裂縫。凡具有防滲要求的縫都應(yīng)設(shè)止水。由于本工程地基條件較好，故在閘底板設(shè)置沉陷縫。5.6止水凡是有防滲要求的縫，都應(yīng)設(shè)止水設(shè)備。止水分鉛直和水平兩種，前者設(shè)在邊墩與岸墻間以及上下游翼墻；后者設(shè)在鋪蓋與底板。5.7閘室結(jié)構(gòu)布置圖圖5.7-1 閘室段布置圖 （單位：mm）閘室沿軸線每隔一定距離順流向設(shè)縫分開，以免閘室因不均勻沉陷及溫度變化而產(chǎn)生裂縫?？p間距一般1530m，本閘室段由9孔組成總凈寬63m，三孔一聯(lián)，一聯(lián)總寬為72.4m，共兩聯(lián)，共設(shè)置4個(gè)縫墩。6、 閘室穩(wěn)定分析水閘在使用過程中，可能會(huì)出現(xiàn)各種不利情況，完建無水期是水閘建好尚未投入使用之前，豎向荷載最大，容易發(fā)生沉陷或不均勻沉陷。本次設(shè)計(jì)穩(wěn)定計(jì)算需要考慮設(shè)計(jì)水位組合、校核水位組合和地震情況，本次設(shè)計(jì)地震烈度為度，因此不需要考慮地震情況，但是為了考慮全面，也進(jìn)行地震期校核。完建無水期和設(shè)計(jì)水位組合為基本荷載組合，校核水位情況和地震水位情況為特殊組合，取中間段底板驗(yàn)算其穩(wěn)定。荷載計(jì)算情況見下表： 荷載組合荷載組合計(jì)算情況荷載自重靜水壓力揚(yáng)壓力泥沙壓力地震力浪壓力穩(wěn)定計(jì)算完建無水期設(shè)計(jì)工況6.1完建無水期荷載計(jì)算及地基承載力驗(yàn)算1、荷載計(jì)算荷載計(jì)算主要是閘室及上部結(jié)構(gòu)自重，在計(jì)算中以三孔為一個(gè)單元，省略一些細(xì)部結(jié)構(gòu)自重，如欄桿、房屋等。力矩為對(duì)閘底板中心所取，鋼筋混凝土重度采用25kN/m3，瀝青混凝土重度采25kN/m3，水重度采用9.8kN/m3。閘室底板的計(jì)算寬度為，完建無水期的荷載分布見下圖，閘室完建無水期荷載計(jì)算情況見表6.1-1：完建無水期荷載分布圖 6-1完建無水期荷載計(jì)算部位算式自重（kN）力臂（m）力矩（kN.m）+ - 閘底板11437.8000中墩11301.2000工作橋587.4783.492050.29排架322.563.491125.734交通橋2603.378410413.51210159.14檢修橋85.46.9589.26啟閉機(jī)68.5623.49239.281閘門314.73.491098.303合計(jì)26720.778（+）5310.6362、地基承載力驗(yàn)算根據(jù)荷載計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行地基承載力驗(yàn)算，由設(shè)計(jì)資料可知地基承載力為，則：地基應(yīng)力平均值地基不均勻系數(shù)根據(jù)計(jì)算結(jié)果，可得出結(jié)論為：完建期的地基承載力能夠滿足要求，地基也不會(huì)發(fā)生不均勻沉降。6.2閘室有水情況下的荷載計(jì)算閘室有水期荷載除閘室自重外，還有靜水壓力、水重、浪壓力和閘底板所受的揚(yáng)壓力。閘室有水情況下的荷載分布圖見圖6-2。圖6.2-1 有水期的閘室荷載分布圖1、自重 G=26720.778kN2、水重上游：設(shè)計(jì)和校核情況下的水位均為37.0m對(duì)底板底中心的力臂為6.4m，則 (-)下游：設(shè)計(jì)水位情況、校核水位情況和地震情況下均為無水情況，給這兩種情況下的下游水重都為03、揚(yáng)壓力揚(yáng)壓力=滲透壓力+浮托力，浮托力有下游水深引起。（1）設(shè)計(jì)水位情況下：下游水位為3.60m，則1）浮托力計(jì)算浮托力的計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖6-3所示圖6.2.2設(shè)計(jì)情況閘室浮托力分布圖齒坎底的壓強(qiáng)底板底的壓強(qiáng)則 浮托力2）滲透壓力計(jì)算滲透壓力計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖6-4所示：圖6-4 設(shè)計(jì)時(shí)期滲透壓力分布圖滲透力可以分成兩個(gè)部分，F(xiàn)1和F2揚(yáng)壓力=4483.5+5535.15+1383.787=11402.437kN浮托力對(duì)底板底中心力臂為0，則力矩為0，滲透壓力F1對(duì)底板中心力臂為0，則力矩為0滲透壓力F2對(duì)底板中心力臂為3m，則力矩=31383.787=4151.362kN揚(yáng)壓力對(duì)底板底中心的力矩為： （+）（2）校核水位情況：下游水位為2.50m，則浮托力計(jì)算圖6.2-3校核時(shí)期浮托力分布圖齒坎底的壓強(qiáng)=底板底的壓強(qiáng)=則浮托力1）滲透壓力計(jì)算圖6.2-4校核時(shí)期滲透壓力分布圖滲透力可以分成兩個(gè)部分，F(xiàn)1和F2 揚(yáng)壓力=2331.42+6223.815+1558.106=10113.341kN浮托力對(duì)底板底中心力臂為0，則力矩為0，滲透壓力F1對(duì)底板中心力臂為0，則力矩為0滲透壓力F2對(duì)底板中心力臂為3m，則力矩=31558.106=4674.318kN揚(yáng)壓力對(duì)底板底中心的力矩為： 31558.106=4674.318kN （+）4、水平水壓力水平水壓力計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖1.2.5.2-1。混凝土鋪蓋：1點(diǎn)處止水表面=靜水壓力，止水底面=a點(diǎn)浮托力+c點(diǎn)滲透壓力，2點(diǎn)處=2點(diǎn)處揚(yáng)壓力，3點(diǎn)處=3點(diǎn)處揚(yáng)壓力。1）設(shè)計(jì)水位情況A、上游上游水壓力的計(jì)算簡(jiǎn)圖，如右圖6.2-5 上游水壓力示意圖 荷載計(jì)算表力計(jì)算式大?。╧N）力臂（m）力矩（kN.m）+-F12210.6642.134708.715F2148.5420.689.125F34.7820.572.726F4790.536F5116.803-0.1719.857合計(jì)3271.3274780.709B、下游力臂為：0力矩為：02）校核水位情況A、上游 上游水壓力示意圖 荷載計(jì)算表力計(jì)算式大小（kN）力臂（m）力矩（kN.m）+-F12210.6642.134708.715F2165.330.699.198F34.7820.572.276F4874.472F5116.327-0.1719.776合計(jì)3371.5754790.413B、下游力臂為：0.17m力矩為：348.274 kN.m 5、浪壓力計(jì)算設(shè)計(jì)水位和校核水位情況下閘前水深為4.0m，設(shè)計(jì)風(fēng)速為30m/s，吹程D=2km，校核風(fēng)速為20 m/s，吹程為2 km。1）、設(shè)計(jì)情況（1）閘門前平均波高按下列公式計(jì)算 式中為平均波高；為計(jì)算風(fēng)速；為吹程；為風(fēng)區(qū)內(nèi)平均水深。經(jīng)計(jì)算，=0.57m。（2）平均波周期按下列公式計(jì)算 ，即得（3）平均波長(zhǎng)計(jì)算平均波長(zhǎng)的計(jì)算根據(jù)水閘設(shè)計(jì)規(guī)范上的表可查得 。（4）浪壓力計(jì)算式中 ：使波浪破碎的臨界水深； ：波浪中心線到波浪頂?shù)母叨?，查?guī)范得，則。則和，所以所以用公式則整個(gè)計(jì)算閘室段上的浪壓力， 對(duì)閘室底板底中心的力臂為：3.78m則對(duì)閘室底板底中心的力矩為：2）、校核情況公式同上面的設(shè)計(jì)情況相同，由此可得： 則整個(gè)計(jì)算閘室段上的浪壓力 對(duì)閘室底板底中心的力臂為：3.61m則對(duì)閘室底板底中心的力矩為： 6.3 閘室荷載的匯總及穩(wěn)定分析1、設(shè)計(jì)水位情況下（1）閘室荷載計(jì)算閘室荷載匯總見表6.3-1（2）穩(wěn)定分析根據(jù)荷載計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行地基承載力驗(yàn)算：地基應(yīng)力平均值地基不均勻系數(shù)表6.3-1 閘室荷載匯總表荷載名稱豎向力（kN）水平力（kN）力矩（kN.m）+自重26720.7785310.636水重上游4300.36527522.016下游026239.5揚(yáng)壓力滲透壓力6718.9374151.362浮托力4483.50水平水壓力上游3271.3274780.709下游269.010浪壓力824.4763116.519合計(jì)19618.6563826.793-10162.79根據(jù)計(jì)算結(jié)果，可得出結(jié)論為：設(shè)計(jì)水位情況下的地基承載力能夠滿足要求，地基也不會(huì)發(fā)生不均勻沉降?？够€(wěn)定計(jì)算閘底板上下游端設(shè)置的齒墻深度為0.5m，按淺齒墻考慮，滑動(dòng)面沿閘底板與地基的接觸面，按公式計(jì)算，式中 ：沿閘室地基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù) ：閘室地基面與地基之間的摩擦系數(shù)，由于本次設(shè)計(jì)地基持力層為粉砂層，因此取0.3 ：作用在閘室上的全部水平荷載 ：作用在閘室上的全部豎向荷載經(jīng)計(jì)算閘室抗滑滿足要求。2、校核水位情況下（1）荷載匯總表見表6.3-2表6.3-2 荷載匯總表荷載名稱豎向力（kN）水平力（kN）力矩（kN.m）+自重26720.7785310.636水重上游4300.36527522.016下游026239.5揚(yáng)壓力滲透壓力7781.9214674.318浮托力2331.420水平水壓力上游3371.5754790.413下游119.5620.325浪壓力506.5441828.624合計(jì)20907.7523758.559-10897.7（2）穩(wěn)定分析根據(jù)荷載計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行地基承載力驗(yàn)算：地基應(yīng)力平均值：地基不均勻系數(shù)：根據(jù)計(jì)算結(jié)果，可得出結(jié)論為：校核水位情況下的地基承載力能夠滿足要求，地基也不會(huì)發(fā)生不均勻沉降?？够€(wěn)定計(jì)算閘底板上下游端設(shè)置的齒墻深度為0.5m，按淺齒墻考慮，滑動(dòng)面沿閘底板與地基的接觸面，按公式計(jì)算，式中 ：沿閘室地基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù) ：閘室地基面與地基之間的摩擦系數(shù)，由于本次設(shè)計(jì)地基持力層為粉砂層，因此取0.3 ：作用在閘室上的全部水平荷載 ：作用在閘室上的全部豎向荷載經(jīng)計(jì)算閘室抗滑滿足要求。3、地震期（1）荷載計(jì)算見表6.3-3表6.3-3 地震期慣性力計(jì)算表自重（kN）計(jì)算式大?。╧N）力臂（m）力矩（kN.m）底板11437.5142.9690.571.485閘墩11301.2211.8984.81017.11交通橋2603.37897.6278.93871.809檢修橋85.43.2038.7027.866排架322.5612.09612.6152.410工作橋655.96232.79817.0557.566合計(jì)500.5912698.246地震期荷載與校核工況下的荷載取值相同，于是得：豎向荷載匯總：水平荷載匯總： 總彎矩匯總 ： （2）穩(wěn)定分析根據(jù)荷載計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行地基承載力驗(yàn)算：地基應(yīng)力平均值地基不均勻系數(shù)根據(jù)計(jì)算結(jié)果，可得出結(jié)論為：地震情況下的地基承載力能夠滿足要求，地基也不會(huì)發(fā)生不均勻沉降?？够€(wěn)定計(jì)算閘底板上下游端設(shè)置的齒墻深度為0.5m，按淺齒墻考慮，滑動(dòng)面沿閘底板與地基的接觸面，按公式計(jì)算，式中 ：沿閘室地基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù) ：閘室地基面與地基之間的摩擦系數(shù)，由于本次設(shè)計(jì)地基持力層為粉砂，因此取0.3 ：作用在閘室上的全部水平荷載 ：作用在閘室上的全部豎向荷載經(jīng)計(jì)算閘室抗滑滿足要求。2、 各種情況下的穩(wěn)定分析匯總見表6.3-4：表6.3-4 穩(wěn)定匯總表計(jì)算情況水位（m）上游下游完建期64.87156.80956.809751.141.5設(shè)計(jì)期37.033.052.38236.95644.669751.421.51.541.2校核期37.032.555.87539.33347.604751.422.01.671.1地震期37.032.550.33439.00444.669751.292.01.361.17、 閘墩強(qiáng)度設(shè)計(jì)7.1、閘墩底部應(yīng)力計(jì)算（1）運(yùn)用情況下在運(yùn)用情況下，閘墩兩側(cè)閘門皆關(guān)閉，閘墩承受最大水頭時(shí)水壓力，自重與上部結(jié)構(gòu)重量，這種情況為縱向最不利情況，則按下列公式計(jì)算：式中 ：閘墩底部正應(yīng)力 ：計(jì)算截面的面積 ：計(jì)算截面以上豎向力的總和 ：計(jì)算截面以上各力對(duì)截面形心軸y的力矩總和 ：計(jì)算截面對(duì)其形心軸y的慣性矩L：閘墩順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)度運(yùn)用情況下的閘墩計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖所示 運(yùn)用情況下閘墩荷載分布圖將閘墩近似地定位矩形計(jì)算，作用在閘墩鉛直方向上的力有：豎直方向的荷載匯總： 墩底水平截面的形心軸至上游端的距離為：墩底截面形心軸的慣性矩為完建期情況下的閘墩底部縱向正應(yīng)力計(jì)算，對(duì)閘墩底形心軸求矩，得到總彎矩得：中墩的面積為： 閘墩底部的應(yīng)力為：對(duì)設(shè)計(jì)水位情況和校核水位情況比較，校核水位情況下的水位差比較大，對(duì)閘墩有更不利的影響，因此只需計(jì)算校核水位情況下的閘墩縱向正應(yīng)力即可。自閘墩底向上取1m的墩條計(jì)算閘墩墩條受上游水壓力與浪壓力對(duì)底板形心的力矩為：總彎矩為：閘墩采用C20混凝土，混凝土的容許壓應(yīng)力為6860kN/m2，經(jīng)計(jì)算在完建無水期和校核水位情況下閘墩的縱向正應(yīng)力均小于應(yīng)力容許值。因此在縱向上只需按構(gòu)造配筋即可，構(gòu)造配筋配直徑為12mm的二級(jí)鋼筋，間距為250mm。（2）檢修情況下一孔檢修，檢修閘門關(guān)閉，兩側(cè)相鄰孔主閘門關(guān)閉，所屬校核情況閘墩承受側(cè)向水壓力，閘墩自重及上部結(jié)構(gòu)自重，驗(yàn)算閘墩側(cè)向受力時(shí)墩底截面應(yīng)力，按下列公式計(jì)算：式中 ：閘墩底部正應(yīng)力 ：計(jì)算截面的面積 ：計(jì)算截面以上豎向力的總和 ：計(jì)算截面以上各力對(duì)截面形心軸x的力矩總和 ：計(jì)算截面對(duì)其形心軸x的慣性矩d：閘墩厚度。檢修情況下的計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖所示： 閘墩自重及上部結(jié)構(gòu)自重總和為4495.97kN，對(duì)形心軸力矩為0。計(jì)算側(cè)向水壓力時(shí)自墩底向上取1m高的墩條計(jì)算過水側(cè)受到的壓力對(duì)閘墩形心軸y-y的力矩為：墩底截面形心軸的慣性矩為所以所以閘墩只需按構(gòu)造配筋即可。（3）縫墩驗(yàn)算豎向荷載:彎矩：產(chǎn)生的扭矩：扭矩在A點(diǎn)產(chǎn)生剪應(yīng)力近似值為：同時(shí)水平水壓力對(duì)底部還有剪切作用：所以縫墩只需按構(gòu)造配筋即可7.2、平面閘門門槽應(yīng)力的計(jì)算 平面閘門門槽頸部因受閘門結(jié)束水壓力，產(chǎn)生拉力，因此要對(duì)門槽頸部進(jìn)行應(yīng)力分析。見圖1.2.6.2-3。自墩底向上取1m高閘墩作為計(jì)算單元，由左右側(cè)閘門傳來的水壓力為，在單元上、下水平面將產(chǎn)生剪力，剪力差應(yīng)等于。計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖所示，因此，由力的平衡條件可求得此1m高門槽頸部所受拉力為：閘墩采用C20混凝土，容許拉應(yīng)力為0.44N/mm2，即440kN/m2，所以門槽頸部只需要按構(gòu)造配筋即可。配直徑為12mm的二級(jí)鋼筋，間距為250mm 式中 ：門槽頸部以前閘墩的水平截面面積 ：閘墩水平截面面積圖7.4-1 門槽應(yīng)力計(jì)算簡(jiǎn)圖7.3閘門設(shè)計(jì)7.3.1閘門結(jié)構(gòu)形式及布置1、閘門尺寸的確定 圖7.3-1閘門主要尺寸圖（單位：m）閘門高度： 6.6m閘門的荷載跨度為兩側(cè)止水的間距L17.0m閘門的計(jì)算跨度L7.4m8、 閘室底板設(shè)計(jì)8.1底板設(shè)計(jì)8.1.1 閘室底板內(nèi)力計(jì)算水閘閘室在順?biāo)鞣较蚴芰苄?，不用進(jìn)行計(jì)算配筋，按照構(gòu)造配受力鋼筋就可以滿足要求，而垂直水流方向受力很大，應(yīng)根據(jù)計(jì)算配受力鋼筋。因此在垂直水流方向取單寬板條作為梁計(jì)算，以其結(jié)果配置受力筋，而順?biāo)鞣较蛑话凑諛?gòu)造要求配置受力鋼筋。1、計(jì)算方法的選擇本設(shè)計(jì)地基土為粉砂土，并且為了保證精度，于是采用彈性地基梁法進(jìn)行計(jì)算。彈性地基梁法就是在閘門上下游側(cè)各取一個(gè)單寬板條，通過計(jì)算板條上的不平衡剪力，來求板條的內(nèi)力和板條下的地基應(yīng)力。2、計(jì)算情況選擇完建無水期時(shí)的水閘不受上下游水壓力和揚(yáng)壓力的影響，只受自身重力和地基反力的影響，但自重較大，正常設(shè)計(jì)水位工況下水閘既受上下游水壓力和揚(yáng)壓力的影響，又受自重和地基反力的影響，也是計(jì)算情況之一，校核水位工況下的上下游水位差最大，因此也是計(jì)算情況之一。彈性地基梁法計(jì)算地板內(nèi)力（1）閘底板的地基反力地基反力分完建無水期、設(shè)計(jì)水位工況及校核水位工況，其數(shù)值與地基承載力大小相等，方向相反。因此直接采用前面計(jì)算結(jié)果可知：完建無水期為，設(shè)計(jì)水位工況為，校核水位工況為。（2）不平衡剪力的計(jì)算計(jì)算單元選取由于底板上的荷載在順?biāo)鞣较蚴怯型蛔兊模鼗戳κ沁B續(xù)變化的，所以作用在單寬板條及墩條上的力是不平衡的，維持板條及墩條上的力的平衡的差值為，稱為不平衡剪力。選取中間的三孔一聯(lián)為計(jì)算單元，以工作閘門的前緣為分界線，分別取兩個(gè)脫離體，上游段長(zhǎng)5.2m，下游段長(zhǎng)12.8m。計(jì)算出相應(yīng)的不平衡監(jiān)力。計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖8.1-1所示：根據(jù)已知條件列表計(jì)算見表8.1-1：表8. 1.1-1 完建期不平衡剪力計(jì)算 單位（kN）荷載名稱上游段下游段小計(jì)結(jié)構(gòu)重力閘墩3244.448056.7611301.2底板3400.758036.7511437.5交通橋02603.3782603.378工作橋293.739293.739587.478檢修橋85.4085.4鋼閘門0314.7314.7排架161.28161.28322.56啟閉設(shè)備34.28134.28168.562合計(jì)7219.8919500.88826720.778地基反力7355.67819365.126720.778不平衡力135.788135.788不平衡剪力135.788 135.788 不平衡剪力的分配計(jì)算中性軸的位置，中性軸計(jì)算圖如圖8.1-2所示：圖8.1-2 中性軸計(jì)算簡(jiǎn)圖由圖可知：中性軸位置為：不平衡剪力的分配：不平衡剪力應(yīng)該由閘墩及底板共同承擔(dān)，由于截面較簡(jiǎn)單，采用積分法進(jìn)行分配。