長(zhǎng)工程,水電水工建筑物水閘課程設(shè)計(jì)

1、目 錄一、 基本設(shè)計(jì)資料11、基本概述資料12、水流量資料13、閘基土質(zhì)資料24、其他資料25、水閘設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)2二、閘址選擇3三、總體樞紐布置31、攔河閘的布置32、閘室段的布置3 3、上游連接段的布置-3 4、下游連接段的布置-4四、水力計(jì)算41、 閘孔設(shè)計(jì)42、 消能防沖設(shè)計(jì)7 3、 海漫設(shè)計(jì)-9五、防滲排水設(shè)計(jì)101、 地下輪廓設(shè)計(jì)102 、防滲計(jì)算11六、 閘室的布置與穩(wěn)定分析151、 閘室結(jié)構(gòu)布置152、 荷載及其組合183、 閘室穩(wěn)定計(jì)算23七、 閘室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)251、 閘墩設(shè)計(jì)252、 底板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)25八、基礎(chǔ)處理29九、主要參考文獻(xiàn)30一、基本設(shè)計(jì)資料1、基本概述資料本工程是西通河

2、灌區(qū)第一級(jí)抽水站的攔河閘，其主要任務(wù)是攔蓄西通河的河水，抬高水位滿足抽水灌溉的需要，洪水期能夠宣泄洪水，保證兩岸農(nóng)田不被洪水淹沒。2、水位流量資料根據(jù)規(guī)劃要求，在正常蓄水時(shí)下泄流量為Q=0，上游水位為H正=198.0m，此時(shí)對(duì)應(yīng)的下游水位H=195.0m；在校核洪水時(shí)灌區(qū)下泄流量為Q核=79.7，此時(shí)的相應(yīng)上游校核水位為H核=198.90m，相應(yīng)閘下游水位H下=198.65m；在設(shè)計(jì)洪水位時(shí)灌區(qū)下泄流量Q設(shè)=61.4，此時(shí)對(duì)應(yīng)的上游水位H設(shè)=198.36m，閘下游水位為H下=198.15m。閘身穩(wěn)定計(jì)算水位組合（1） 設(shè)計(jì)洪水位時(shí)：上游水深,下游水深（2） 校核洪水位時(shí)：上游水深,下游水深消能

3、防沖設(shè)計(jì)水位組合根據(jù)分析：消能防沖的最不利水位組合是在校核洪水位時(shí)的情況下：則其組合是：下泄流量為Q=79.70，相應(yīng)的上游水位是H核=198.90m, 閘下游水位H下=198.65m，則相應(yīng)的上游水深H=3.90m,下游水深h=3.65m。水位流量資料表：運(yùn)用情況上游水位（米）下泄流量（m³/秒）正常蓄水198.000設(shè)計(jì)洪水198.3661.40校核洪水198.9079.70下游水位流量關(guān)系表：H下(m)195.00196.00197.00197.50198.00198.15198.50198.65Q(m3/S)0.008.6327.9641.0755.4061.4073.987

4、9.703、閘基土質(zhì)資料閘基河床地質(zhì)資料柱狀圖如圖所示：層序高程（m）土質(zhì)摡況I195.00-191.8細(xì)砂II191.8183.32組砂III183.32粘土閘址附近缺乏粘性土料，但有足夠數(shù)量的混凝土骨料和砂料。閘基細(xì)砂及墻后回填砂料土工試驗(yàn)資料如下表；天然重度飽和重度內(nèi)摩擦角凝聚力不均勻系數(shù)相對(duì)密實(shí)度細(xì)砂18.6420.61220120.46 沙土料18.2020.21320150.62細(xì)砂允許承載力為150KN/m2， 其與混凝土底板之間的摩擦系數(shù)f=0.354、其他資料1.閘上交通為單車道，按汽-10設(shè)計(jì)，帶-50校核。橋面凈寬4.0m，總寬為4.4m。2.閘門采用平面鋼閘門，有3米、

5、4米、5米三種規(guī)格閘門。3.該地區(qū)地震設(shè)計(jì)烈度為4度。4.閘址附近河道有干砌石護(hù)坡。5.多年平均最大風(fēng)速12米/秒 ，吹程0.15公里。5、水閘的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)水閘設(shè)計(jì)規(guī)范.SD133-84(以下簡(jiǎn)稱SD133-84),該閘按IV級(jí)建筑物設(shè)計(jì)。二、閘址選擇根據(jù)水工建筑物可知，閘址選擇關(guān)系到工程的成敗和經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)揮，是水閘設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，應(yīng)根據(jù)水閘的功能、特點(diǎn)和運(yùn)用要求，綜合考慮地形、地址、水流、潮汐、泥沙、凍土、冰清、施工、管理和周圍環(huán)境等因素，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選定最佳方案。閘址適宜選擇在地形開闊、岸坡穩(wěn)定、巖土堅(jiān)實(shí)和地下水水位較低的地點(diǎn)。應(yīng)優(yōu)先選用地質(zhì)條件良好的天然地基，土壤、中砂、

6、粗砂、和砂礫都適于做為水閘的地基；盡量避開淤泥質(zhì)土和粉、細(xì)砂地基，必要時(shí)，應(yīng)采取妥善的處理措施。在河道上建造攔河閘，為解決施工導(dǎo)流問題，常將閘址選在彎曲河道的凸岸，利用原來河道導(dǎo)流，裁彎取直，新開上、下游引水和泄水渠，新開渠道既要盡量縮短其長(zhǎng)度，又要使其進(jìn)、出口與原河道平順銜接。根據(jù)基本地形資料知道，閘址附近，河道順直，河道橫補(bǔ)面接近梯形，底寬18米，邊坡1:1.5，河底高程195.00米，兩岸地面高程199.20米。斷面尺寸如圖1-1所示：圖 1-1三、總體樞紐布置1、攔河閘的布置攔河閘布置成開敞式水閘，根據(jù)計(jì)算將水閘分為3孔，邊孔凈寬3.0m，中孔凈寬4.0m,閘門頂部高程199.4m。閘

7、門高出邊緣線0.2m。2、閘室段的布置閘底板為倒形布置，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，地板中央設(shè)縫，板長(zhǎng)15m，厚1.0m。閘墩材料采用鋼筋混凝土材料，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)15m，中墩厚1.2m，邊墩與岸墻分開布置，為重力式邊墻，不擋水只擋土，閘墩上游設(shè)有工作門槽和檢修門槽。工作橋?qū)?.4m,檢修橋?qū)?.5m，閘門采用露頂式平面鋼閘門，尺寸3.55×4.4啟閉設(shè)備采用QPQ-16卷場(chǎng)式啟閉機(jī)，公路橋設(shè)在下游，總寬4.4m。3、上游連接段布置 上游翼墻采用漿砌石重力式反翼墻，墻頂高程199.50m，混凝土攔浪板高0.8m，設(shè)在其上，墻后填土高程199.20m，翼墻底板厚0.6m，同樣采用鋼筋混凝土材料。

8、鋪蓋與翼墻上游齊平，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)14.0m，厚0.6m，鋪蓋上游為塊石護(hù)底，一直護(hù)到引水口。翼墻上游為干砌石護(hù)坡，并設(shè)有漿砌石格梗，每隔12m布置，砂墊層設(shè)在塊石底部，15cm厚。4、下游連接段的布置閘室下游布置消力池、海曼、防沖槽等。消力池采用挖深式，長(zhǎng)7.5m，池深0.5m，底板采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚0.5m，消力池與閘室連接處設(shè)1m寬小壩，厚以1:4的斜坡連接，底板下設(shè)0.2m厚砂、碎石墊層，反濾排水。采用漿砌石做為海曼的材料，其長(zhǎng)度為18m，厚度為0.5m，漿砌石內(nèi)設(shè)排水孔，下面鋪設(shè)反濾層，在海曼起始端做8.0m長(zhǎng)的漿砌石水平段，其頂面高程與護(hù)坦齊平，在海曼后半段做成1:15的斜坡，以

9、使水流均勻擴(kuò)散，調(diào)整流態(tài)分布，保護(hù)河床不受沖刷。取防沖槽深度為2.0m，底寬b為4.0m,取頂端與海曼末端齊平，則上游坡率取m2，下游坡率m3。下游翼墻為漿砌石重力式反翼墻，迎水面直立，墻背坡率1:0.5收縮角為10度。材料選用鋼筋混凝土板，厚0.6m，前趾長(zhǎng)1.2m，后趾長(zhǎng)0.2m，翼墻下游端與消力池末端齊平。四、水力計(jì)算水閘的水力設(shè)計(jì)主要包括兩方面內(nèi)容，即閘孔設(shè)計(jì)和消能防沖設(shè)計(jì)。1、 閘孔設(shè)計(jì)閘孔設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是：確定閘室結(jié)構(gòu)形式，選擇堰型，確定堰頂高程以及孔口尺寸。（1） 閘室結(jié)構(gòu)型式該閘建在天然河道上，故宜采用開敞式閘室結(jié)構(gòu)。（2） 堰型的選擇及閘底板高程的選定該閘建在少泥沙的人工渠道

10、上，故宜采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工方便、自由出流范圍較大的平底板寬頂堰。由閘基河床地質(zhì)資料可知，閘基附近河床土質(zhì)良好，承載能力大，并參考該地區(qū)已建工程的經(jīng)驗(yàn)，擬取閘底板頂面（即堰頂）與西通河渠底齊平，高程為195.00m。（3） 孔口尺寸的確定初擬孔口尺寸，該閘的尺寸必須滿足攔洪灌溉以及泄洪的要求。1)計(jì)算閘孔總凈寬在設(shè)計(jì)情況下： 、上游水H=198.36-195=3.36、下游水深=198.15-195.00=3.15、下泄流量Q=61.40 則上游行近流速：V0=Q/A根據(jù)和斷面尺寸：A=bH =18+1.5×3.36×3.3677.42其中b為河道寬：b=18 m為邊坡比：m

11、=1:1.5V0=Q/A =61.40/77.41=0.793m/sH0=Hv2/2 （取1.0=3.360.7932/2×9.813.39則=3.15/3.39=0.929>0.8 故屬于淹沒出流。校核情況： 、上游水H=198.9-195=3.9、下游水深=198.65-195=3.65、下泄流量Q=79.70 則上游行近流速：V0=Q/A根據(jù)和斷面尺寸：A=bH =18+1.5×3.9×3.993.02m2其中b為河道寬：b=18 m為邊坡比：m=1:1.5V0=Q/A =79.7/93.02=0.86m/sH0=Hv2/2g 取1.0=3.90.86

12、2/2×9.81=3.94則 =3.65/3.94=0.93>0.8 , 故屬于淹沒出流。確定閘孔寬度由以上結(jié)果可得，則按水流成堰流時(shí)并且為淹沒出流，計(jì)算根據(jù)水工建筑物，由寬頂堰淹沒出流公式：Q=mB02gH03/2，根據(jù)，查SL-265-2001,附錄A.01，查得淹沒系數(shù)=0.74，對(duì)無坎寬頂堰：m=0.385 假設(shè)側(cè)收縮系數(shù)=0.90。計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖21HH1圖21在設(shè)計(jì)情況下：由公式 Q=m2gH03/2所以，在設(shè)計(jì)情況下B01=Qm2gH032=61.40.74×0.90×0.385×3.393/22×9.81=8.66在校核情況

13、下：B02=Qm2gH032=79.70.74×0.90×0.385×3.943/22×9.81=9.0整理上述計(jì)算如表21所示：表21計(jì)算情況上游水深H下游水深流量Q行進(jìn)流速行進(jìn)水頭淹沒系數(shù)流量系數(shù)m側(cè)收縮系數(shù)設(shè)計(jì)情況下3.363.1561.400.7933.390.740.3850.908.66校核情況下3.903.6579.700.863.940.740.3850.909.02)閘孔孔數(shù)n及單孔凈寬單孔寬度根據(jù)水閘使用要求，閘門型式及啟閉機(jī)容量等因素，并參照閘門尺寸選定。由>比較得，取凈寬較大的值，則取=9.0。以上為的第一次近似值，據(jù)此可計(jì)

14、算的第二次近似值，按=0.93，及閘墩邊形狀，查水閘表35得=0.53， =0.70。側(cè)收縮系數(shù)按式計(jì)算為：=1-0.2×0.7+（3-1）×0.53×3.9/9=0.85凈寬的第二次計(jì)算近似值為B01'=Qm2gH032=79.70.74×0.85×0.385×3.943/22×9.81=9.5再將凈寬的第二次近似值代入式中，可得=0.86，再次試算后仍得=0.86，計(jì)算得出=9.4,根據(jù)所給閘門的型號(hào)尺寸，則選擇孔數(shù)n=3，每孔凈寬=3.2，則閘孔總凈寬=3.2×3=9.6,3.閘孔泄流能力校核中墩采用

15、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，根據(jù)水閘設(shè)計(jì)規(guī)范SL265-2001,取中墩厚d=1.5,墩首為半圓形，墩尾采用尖圓形。邊墩厚度為1.0，墩首、尾采用半圓形。根據(jù)擬定的閘孔尺寸凈寬=9.6，用設(shè)計(jì)情況進(jìn)行檢驗(yàn)。根據(jù)堰流公式：mB02gH03/2 =64.28則:=|（64.28-61.40）/61.40|×100=4.75實(shí)際過流能力滿足泄水的設(shè)計(jì)要求由此得該閘的孔口尺寸確定為：選擇孔數(shù)n=3，每孔凈寬=3.2m，2個(gè)中墩各厚d=1.5，邊墩厚度為1.0，閘孔總凈寬=9.6，閘室總長(zhǎng)度B=3×3.2+2×1.5=12.6。2. 消能防沖設(shè)計(jì)消能防沖設(shè)計(jì)包括消力池、海漫和防沖槽三部

16、分的設(shè)計(jì)。（1） 消力池的設(shè)計(jì)1)上下游水面連接形態(tài)的判別，當(dāng)閘門從關(guān)閉狀態(tài)到校核的下泄流量為，往往是分級(jí)開啟的。為了節(jié)省計(jì)算工作量，閘門的開度擬分三級(jí)開啟。第一級(jí)泄流量為，待下游水位穩(wěn)定后，開度增大至設(shè)計(jì)流量，最后待下游水位穩(wěn)定后，再增大開度至最大下泄流量。當(dāng)下泄流量為時(shí)：上游水深；下游水位則采用前一級(jí)開度（即）時(shí)的下游水深；則上游行進(jìn)流速：由于，則可以忽略不計(jì)假設(shè)閘門開度，,則為孔流，查水力計(jì)算手冊(cè)（第二版）得垂直收縮系數(shù)則：躍后水深：則 為遠(yuǎn)驅(qū)式水躍，故需要設(shè)消力池由，查SL265-2001表A.0.3-2得孔流淹沒系數(shù)，孔流流量系數(shù)為0.650.7因此： smQ/57.990.381.

17、9200.10185.05915.000.13=´´´´´´=該值與要求的的流量比較接近，故所假定的閘門開度正確。以同樣的方法，分級(jí)開啟流量為、時(shí)的閘門開度，并計(jì)算相應(yīng)的參數(shù)，并判別不同下泄流量時(shí)，上下游水面的連接形式，則可以判別是否需要設(shè)消力池，其水面連接計(jì)算結(jié)果見下表： 水面連接計(jì)算結(jié)果表序號(hào)Q（m3/s）e（m）hc（m）Ht（m）水面連接情況18.630.1850.61940.1150.86350遠(yuǎn)離式水躍261.402.45/2.450.64813.15淹沒式水躍379.703.91/3.650.54173.65淹沒式水躍2

18、） 消力池深的計(jì)算根據(jù)前面的計(jì)算，消力池采用挖深式消力池，以下泄流量作為計(jì)算消力池深度的計(jì)算依據(jù)。消力池中水的流態(tài)見圖3-1。圖 3-1依據(jù)SL265-2001附表B.1.1則計(jì)算出消力池池深d=0.043m，但為了穩(wěn)定泄流時(shí)的水流，根據(jù)規(guī)范取池d=0.50m。3） 消力池長(zhǎng)度的計(jì)算由前面的計(jì)算，以下泄流量作為確定消力池長(zhǎng)度的依據(jù)，略去行進(jìn)流速，則：根據(jù)公式： 由此由此水躍長(zhǎng)度 消力池與閘底板以1：4的斜坡段連接，則則消力池長(zhǎng)度： （注：為水躍長(zhǎng)度校正系數(shù)取0.8）取消力池長(zhǎng)度 4） 消力池底板厚度的計(jì)算根據(jù)抗沖要求：式中： 為消力池底板計(jì)算系數(shù)取0.20則：故消力池底板厚度取t=0.50m由

19、此得到，取消力池底板厚為0.50m，前后等厚。為減小作用在護(hù)坦上的揚(yáng)壓力，在消力池底板的后半部分設(shè)置排水孔，并在該部位的地面鋪設(shè)反濾層，排水孔孔徑取80cm，間距L=2.0m，呈梅花形布置，為使出閘水流在消力池中產(chǎn)生水躍，在消力池與閘底板連接處留一寬為1.0m的平臺(tái)。3、 海漫的設(shè)計(jì)（1）海漫長(zhǎng)度的計(jì)算海漫的長(zhǎng)度計(jì)算由式： 式中： 為海漫長(zhǎng)度計(jì)算系數(shù)，由于河床為細(xì)沙，故取，則因此取海漫長(zhǎng)度(2)海漫的布置與構(gòu)造海漫的材料采用漿砌石，其厚度為0.5m，漿砌石內(nèi)設(shè)排水孔，下面鋪設(shè)反濾層，在海漫起始段做5.0m長(zhǎng)的水平段，其頂面高程與護(hù)坦齊平，在海漫后半段做成1：15的斜坡，以使水流均勻擴(kuò)散，調(diào)整流

20、速分布，保護(hù)河床不被沖刷。（3） 防沖槽的設(shè)計(jì)取防沖槽的深度為2.0m，底寬b為4.0m，取頂端與海漫末端齊平，則上游坡率取m=2，下游坡率取m=3，由此得到消能防沖設(shè)計(jì)的相關(guān)尺寸，見圖3-2。圖 3-2五、防滲排水設(shè)計(jì)1、 地下輪廓的設(shè)計(jì)地下輪廓的設(shè)計(jì)主要包括底板、防滲鋪蓋、板樁等的設(shè)計(jì)。（1）、 底板的設(shè)計(jì)底板既是閘室的基礎(chǔ)，又兼有防滲、防沖刷的作用。它既要滿足上部結(jié)構(gòu)布置的要求，又要滿足穩(wěn)定及本身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等要求。1）底板順?biāo)鞣较虻拈L(zhǎng)度L0：有經(jīng)驗(yàn)公式： 為了滿足上部結(jié)構(gòu)布置的要求，L0必須大于交通橋?qū)挾?、工作橋、工作便橋及其之間間隔的總和，即取L0=14.00m。·2）底板

21、厚度d：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，底板厚度為（1/61/8）單孔凈寬，一般為1.10m1.40m，由此初擬底板厚度d=1.20m。1) 底板構(gòu)造：底板采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，上下游兩端各設(shè)1.0m深的齒墻嵌入地基底板分縫設(shè)以“v”型銅片止水，由于地基為砂性土的細(xì)沙地基，抵抗?jié)B流變形的能力較差，滲流系數(shù)也較大，由此必須在底板兩端分別設(shè)置不同深度的板樁，一般為水頭的（0.61.0）倍，有水頭大小可知上游端設(shè)板樁深為3.0m，下游端不設(shè)板樁。（2） 鋪蓋鋪蓋采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其長(zhǎng)度為上下游最大水位差的（35）倍，則取鋪蓋L=16.0m，鋪蓋厚度為0.50m。鋪蓋上游端設(shè)0.50m深的小齒墻，其頭部不再設(shè)防沖槽，為了上

22、游河床被沖刷，鋪蓋上游設(shè)塊石護(hù)底，厚為0.30m，其下設(shè)0.20m的碎石墊層。（3）側(cè)向防滲側(cè)向防滲主要靠上游翼墻和邊墩，則上游翼墻為曲線形式，從邊墩向上游延伸一定距離后，以半徑為0.70m的圓弧插入岸墻。（4） 排水、止水為了減小作用于閘底板上的滲透壓力，在整個(gè)消力池底板上布設(shè)砂礫石排水，其首部緊抵閘底板下游齒墻，閘底板與鋪蓋，鋪蓋與上游翼墻，下游翼墻的永久縫中，均設(shè)以銅片止水，閘底板與消力池，消力池與下游翼墻之間永久性分縫，雖然沒有防滲的要求，但是為了防止閘基與擋土墻后填土被水流帶走，縫中鋪設(shè)瀝青油氈。（5） 防滲長(zhǎng)度驗(yàn)算閘基防滲長(zhǎng)度的計(jì)算必須滿足： 式中： C為允許滲徑系數(shù)值，由于為砂性

23、土故取C=9.0，則而實(shí)際閘下布置見圖4-1圖 4-1實(shí)際閘基防滲長(zhǎng)度L：則 閘基防滲長(zhǎng)度滿足要求2、 滲流計(jì)算采用改進(jìn)阻力系數(shù)法進(jìn)行滲流計(jì)算（1） 地下輪廓線的簡(jiǎn)化為了便于計(jì)算，將復(fù)雜的地下輪廓進(jìn)行簡(jiǎn)化，由于鋪蓋頭部及底板上下游兩端的齒墻均較淺，可以將他們簡(jiǎn)化為短板的形式如下圖4-2圖 4-2（2） 確定地基的有效深度根據(jù)鉆探資料，閘基透水層深度很大，故在滲流計(jì)算中必須取一有效深度代替實(shí)際深度。由地下輪廓線簡(jiǎn)化圖可知：地下輪廓的水平投影長(zhǎng)度L0=14.00+16.00=30.00m；地下輪廓的垂直投影長(zhǎng)度故，則按下式計(jì)算Te：而地基的實(shí)際計(jì)算深度，而，故地基的實(shí)際計(jì)算深度T=11.68m。（

24、3） 滲流區(qū)域的分段和阻力系數(shù)的計(jì)算過地下輪廓的角點(diǎn)、尖點(diǎn)，將滲流區(qū)域分為8個(gè)典型段，如圖 所示1、8段為進(jìn)出口段，2、4、5、7則為內(nèi)部垂直段，3、6兩段為內(nèi)部水平段。則相關(guān)計(jì)算的結(jié)果見表4-1：表4-1 各流段阻力系數(shù)為流段計(jì)算公式段號(hào)ST/L進(jìn)口段和出口段10.911.180.47581.510.980.517內(nèi)部垂直段20.810.880.07445.610.880.58255.010.480.53071.010.480.096內(nèi)部水平段3S1=0.8S2=5.6T=10.88L=16.01.0596S1=5.0S2=1.0T=10.48L=14.00.935則 (4)滲透壓力計(jì)算1)

25、設(shè)計(jì)洪水位時(shí)：根據(jù)水流的連續(xù)條件，經(jīng)過各流段的單寬滲流流量均應(yīng)相等。a.根據(jù)下式計(jì)算各分段的滲壓水頭損失值A(chǔ) 進(jìn)口段和出口段：B 內(nèi)部垂直段：C 內(nèi)部水平段：b.進(jìn)、出口水頭損失的修正A 進(jìn)口處修正系數(shù)的計(jì)算： 式中 則得 ，應(yīng)予修正。進(jìn)口段水頭損失值應(yīng)修正為：進(jìn)口段水頭損失減小值為：故修正各該段的水頭損失值為： B 出口處修正系數(shù)的計(jì)算：úûùêëé+úúûùêêëé+÷øöçèæ¢-

26、=059.0212121.121TSTTb 式中 則得 0.1884.02<=b，應(yīng)予修正。出口段水頭損失應(yīng)修正為：出口段水頭損失減小值為：故修正各該段的水頭損失值為：C 計(jì)算各角隅點(diǎn)的滲壓水頭：0.1884.02<=b由上游進(jìn)口段開始，逐次向下游從作用水頭值相繼減去各分段水頭損失值，即可求得各角隅點(diǎn)的滲壓水頭值： D 繪制滲壓水頭分布圖：根據(jù)以上算得的滲壓水頭值，并認(rèn)為沿水平段的水頭損失呈線性變化，即可繪出如圖4-3所示的滲壓水頭分布圖：圖 4-3單位寬度底板所受的滲透壓力：?jiǎn)挝粚挾蠕伾w所受的滲透壓力：2)同樣的步驟可計(jì)算出校核洪水位時(shí)的滲透壓力分布即 根據(jù)以上計(jì)算繪出校核洪水位

27、時(shí)滲透壓力分布圖，如圖4-4：圖 4-4 單位寬度底板所受的滲透壓力：?jiǎn)挝粚挾蠕伾w所受的滲透壓力：(5) 抗?jié)B穩(wěn)定演算1)閘底板水平段平均滲透坡降的計(jì)算 由公式： A 設(shè)計(jì)洪水位時(shí)則0.070.10（查水閘設(shè)計(jì)規(guī)范得） B 校核洪水位時(shí)則0.070.10（查水閘設(shè)計(jì)規(guī)范得）2)滲流出口處平均滲透坡降的計(jì)算 由公式： A 設(shè)計(jì)洪水位時(shí)則0.300.35（查水閘設(shè)計(jì)規(guī)范得） B 校核洪水位時(shí)則0.300.35（查水閘設(shè)計(jì)規(guī)范得）綜上閘基的防滲滿足抗?jié)B穩(wěn)定的要求。六、 閘室的布置與穩(wěn)定分析1、 閘室結(jié)構(gòu)布置閘室結(jié)構(gòu)布置主要包括底板、閘墩、胸墻、閘門、工作橋和交通橋等部分結(jié)構(gòu)的布置和尺寸的擬定。（1）

28、 底板底板的結(jié)構(gòu)、布置、構(gòu)造已在上一節(jié)中布置，在此不用不說明。（2） 閘墩閘墩順?biāo)鞣较虻拈L(zhǎng)度取與底板相同，取14.00m。閘墩為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，中墩厚為2.50m。邊墩與岸墻合二為一，采用重力式結(jié)構(gòu)。閘墩上游部分的頂部高程在泄洪時(shí)應(yīng)高于設(shè)計(jì)或校核洪水位加安全超高；關(guān)閉閘門時(shí)應(yīng)高于設(shè)計(jì)或校核洪水位加波浪計(jì)算高度加安全超高，表41水位高程安全加高波浪計(jì)算高程閘頂高程閘墩高程擋水時(shí)設(shè)計(jì)洪水位198.360.30.2198.863.86校核洪水位198.900.20.2199.304.30泄水時(shí)設(shè)計(jì)洪水位198.360.50.2199.064.06校核洪水位198.900.40.2199.504.5

29、0由已知的多年平均最大風(fēng)速為12m/s，吹程為0.15公里，計(jì)算破浪高：根據(jù)官廳水庫公式：m其安全超高查SL265-2001表4.2.4得，泄水時(shí)：設(shè)計(jì)洪水位時(shí)為0.50m，校核洪水位時(shí)為0.40m。則取其中最大的值，閘墩上游部分的頂部高程取最大值，即高程。閘墩下游部分的高度只要比下游最高水位適當(dāng)高些，不影響泄流即可。由于校核洪水位時(shí)，下游最高水位，因此取閘墩下游部分的頂部高程為，則在下游閘墩部分?jǐn)R置公路橋，橋面高程，橋面凈寬為4.0m。閘墩上游設(shè)兩道門槽（檢修門槽和工作門槽），檢修門槽在上游，槽深0.30m，槽寬0.50m，再向下游1.50m處設(shè)工作門槽，槽深0.50m，槽寬0.80m，下游

30、不設(shè)檢修閘門，墩頭墩尾均為半圓形，如圖5-1所示圖 5-1（3） 胸墻為了保證啟吊閘門的鋼絲繩不浸在水中，往往會(huì)設(shè)置胸墻，但由于所選閘門的高度和水位的變化深度，則在此不用設(shè)置胸墻。（4） 工作橋1）啟閉機(jī)選型閘門采用露頂式平面鋼閘門，則閘門頂高程為199.40m，閘門高4.4m，門寬為4.0m。啟閉機(jī)頂高程203.30m。查SL265-2001和水閘，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式: 初估閘門自重，為門重，10KN，墩高度4.5m，為孔口寬度為3.2m，采用滾輪式支承=1.0，采用普通低合金鋼結(jié)構(gòu)=0.8，由于H5.0m,取=0.156，則得門自重,為滿足要求則取門。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，初估計(jì)啟門力，閉門力。則P為作

31、用在門上的總水壓力見圖42圖42不計(jì)浪壓力的影響，作用在每米寬門上游面的水壓力：=1/2×9.81×3.9 ×3.9=74.60作用在每米寬門上游面的水壓力：=1/2×3.65×3.65 ×9.81=65.35則門上總的水壓力為：當(dāng)處于開啟狀態(tài)時(shí)： =×3.2=238.72=0.2×74.6+1.2×12.0=62.41當(dāng)處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)：=（-）×3.2=（74.6-65.35）×3.2=29.6 =0.2×29.6-0.9×15.0=-7.580，表示閘門能靠自重

32、關(guān)閉，則不需加壓重塊幫助關(guān)閉，根據(jù)計(jì)算所需的啟門力=62.14，初選單吊點(diǎn)卷揚(yáng)式啟閉機(jī)QPQ-80，機(jī)架外輪廓J=1473mm（查閘門與啟閉設(shè)備P240-242）。2） 工作橋的尺寸及構(gòu)造工作橋的寬度不僅要滿足啟閉機(jī)寬度的要求，且兩側(cè)應(yīng)留有足夠的操作寬度。其寬度故取工作橋凈寬B=4.0m。工作橋?yàn)榘辶菏浇Y(jié)構(gòu)，預(yù)制裝配，兩根主梁高0.80m，寬0.40m，中間活動(dòng)鋪板厚0.10m。其結(jié)構(gòu)見圖5-3。圖 5-3為了保證啟閉機(jī)的機(jī)腳螺栓安置在主梁上，主梁間的凈距為1.2m。在啟閉機(jī)機(jī)腳處螺栓處設(shè)兩根橫梁,其寬0.3m，高為0.5m，工作橋設(shè)在實(shí)體排架上，排架的厚度即閘墩門槽處的頸厚為0.4m，排架順

33、水流方向的長(zhǎng)度為2.40m，則排架高= 門高+富余高度=4.4+0.6=5.0m，其頂部高程為204.50m。在工作橋的下游側(cè)布置公路橋，橋身結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土板梁結(jié)構(gòu)，橋面總寬為4.4m。（5） 檢修便橋?yàn)榱吮阌跈z修、觀測(cè)、在檢修門槽處設(shè)置有檢修便橋。橋?qū)?.5m。橋身結(jié)構(gòu)僅為兩根嵌置于閘墩內(nèi)的鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁，梁高0.4m，寬0.25m，梁中間鋪設(shè)厚0.08m的鋼筋混凝土板。（6） 交通橋在閘墩下游側(cè)布置公路橋，橋身結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土板梁結(jié)構(gòu)，橋面總寬4.4m。其結(jié)構(gòu)構(gòu)造及尺寸見圖5-4。2、 荷載及其組合取中間的一個(gè)獨(dú)立的閘室單元分析，閘室結(jié)構(gòu)布置見圖5-4。圖 5-4（1） 荷載計(jì)算1）完

34、建期的荷載計(jì)算荷載計(jì)算主要是閘室及上部結(jié)構(gòu)自重，取中間閘室為單元進(jìn)行計(jì)算。如圖51，圖51完建期的荷載主要包括閘底板重力，閘墩重力，閘門重力、工作橋及啟閉機(jī)設(shè)備重力、公路橋重力和檢修便橋重力、取鋼筋混凝土的容重為25。底板重力為：=14×1×9.4×25+0.5×（2+1）×1×9.4×25×2=3995閘墩重力：則每個(gè)中墩重：=1.55×1.5×4.5×25+0.4×1.1×4.5×25+0.7×0.5×4.2×25+5.9

35、5×1.5×4.2×25+2×1.03×4.5×25+2×1.03×4.2×25+2×1.5×4.5×25=2070.49每個(gè)閘室單元有兩個(gè)中墩，則: =2=2×2070.49=4141閘門重=12，則兩個(gè)閘門重=24.0工作橋重力:=（4.9×0.6×0.7+5.2×0.6×0.7+0.6×0.7×1）×2×25+0.4×0.8×9.4×2×25

36、+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=516.4考慮到欄桿機(jī)橫梁重等取=520 查閘門與啟閉設(shè)備QPQ-80啟閉機(jī)機(jī)身重15.0，考慮到混凝土及電機(jī)重，每臺(tái)啟閉機(jī)重20,啟閉機(jī)重力=2×20=40.0公路橋重力: =0.4×0.7×9.4×2×25+4.4×0.4×9.4×25+0.2×1×9.4

37、15;2×25=639.2考慮到欄桿重,取公路橋重為: =650檢修便橋重力：=0.2×0.5×9.4×25×2+1.1×0.1×9.4×25=72.85kN考慮到欄桿及橫梁重力等去檢修橋重: =85。完建情況下作用荷載和力矩計(jì)算表(對(duì)底板上游端B點(diǎn)求力矩)52部位重力(KN)力臂(m)力矩(·m)底板39957.027965閘門123.1337056125.566閘墩41417.028987工作橋5205.52860啟閉機(jī)203.1362.6205.5110公路橋6509.86370檢修便橋853.13

38、266.05合計(jì)945566724設(shè)計(jì)洪水情況下的荷載在設(shè)計(jì)洪水情況下,閘室的荷載除了閘室本身的重力外,還有閘室內(nèi)水的重力、浪壓力、水壓力、揚(yáng)壓力等。如圖52閘室內(nèi)水重:=3.36×6.4×5.75×9.81=1212.99水平水壓力:首先計(jì)算波浪要素。由設(shè)計(jì)資料可知：多年平均最大風(fēng)速為12m/s，吹程為0.15公里，計(jì)算破浪高：m 則波浪破碎的臨界水深為：H=3.36L/2=2.9/2=1.45 故為深水波：則相關(guān)荷載計(jì)算值如下： 設(shè)計(jì)洪水位時(shí)荷載圖52=0.5×1.45×9.81×(0.2+0.04+1.45)×9.4+

39、0.5×(1.45+3.36+0.3)×9.81×2.21×9.4=647.16（）=0.5×（2.496+3.804）×9.81×9.4×1.7=504.3（）=0.5×0.72×9.4×9.81=23.1kN（）=0.5×（0.7+2+0.552）×9.81×9.4×1.3=199.1浮托力：=0.5×(1+2) ×2×1×9.81×9.4+1×10×9.4×9.

40、81+2×2×1×9.4×9.81=1601 ()滲透壓力:=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=639.6 ()設(shè)計(jì)洪水情況下的荷載圖見圖52,設(shè)計(jì)洪水情況下的荷載計(jì)算見表53設(shè)計(jì)洪水情況下荷載和力矩計(jì)算對(duì)B點(diǎn)取矩 表53荷載名稱豎向力（）水平力（）力臂（m）力矩（·）閘室結(jié)構(gòu)重力90422.9866280.7上游水壓力

41、115.39531.77504.304.472.650.91505.791409.19458.91下游水壓力23.1199.11.530.5235.34103.53浮托力16017.011207滲透壓力522.1165.651.877.04.50.173654.77393.68.82水重力1212.992.883493.41合計(jì)10635.972249.581151.46222.27215815403.068386.39（）929.26（）56754.94（）校核洪水位情況的荷載校核洪水位情況時(shí)的荷載與設(shè)計(jì)洪水位情況的荷載計(jì)算方法相似。所不同的是水壓力、浪壓力、揚(yáng)壓力是相應(yīng)校核水位以下的水壓力

42、、浪壓力、揚(yáng)壓力。閘室內(nèi)水重: =3.9×6.4×5.75×9.81=1407.93水平水壓力:首先計(jì)算波浪要素。在校核水位下與設(shè)計(jì)下的波浪相同，故其波浪要素與設(shè)計(jì)情況下的下同因此：=0.5×1.45×9.81×(0.2+0.04+1.45)×9.4+0.5×(1.45+3.9+0.3)×9.81×2.75×9.4=847.02（） =0.5×（2.849+4.093）×9.81×9.4×1.7=555.7（）=0.5×0.72

43、5;9.4×9.81=23.1（）=0.5×（0.7+2+0.641）×9.81×9.4×1.3=204.52（）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=1601()滲透壓力:U=（0.46×14+0.5×（0.0252+1.9408）×0.5+0.0252×13.5）×9.4×9.81=66

44、8.8 ()校核洪水情況下的荷載圖見設(shè)計(jì)洪水位似的荷載圖, 校核洪水情況下的荷載計(jì)算見下表54校核洪水情況下荷載和力矩計(jì)算對(duì)B點(diǎn)取矩 表54荷載名稱豎向力（）水平力（）力臂（m）力矩（·）閘室結(jié)構(gòu)重力9422.9866280.7上游水壓力115.39731.63555.752.850.8576.952085.15444.56下游水壓力23.1204.521.530.5235.34106.35浮托力16017.011207滲透壓力606.4916.0246.297.04.50.234245.4372.0910.65水重力1407.932.884054.84合計(jì)10830.912269.

45、81402.72227.6273442.215676.868561.11（）1175.1（）57765.34（）3 閘室穩(wěn)定計(jì)算（1） 閘室基底壓力計(jì)算1）完建期閘室基底壓力計(jì)算： 由表5-1可知，B=14.0m， 則 （偏上游）A 地基承載力驗(yàn)算，由以上可知：則，地基承載力滿足要求。B 不均勻系數(shù)計(jì)算：基底壓力不均勻系數(shù)滿足要求。2）設(shè)計(jì)洪水期閘室基底壓力計(jì)算：由表5-2可知， 則 A 地基承載力驗(yàn)算，由以上可知：則，地基承載力滿足要求。B 不均勻系數(shù)計(jì)算：基底壓力不均勻系數(shù)滿足要求。3）校核洪水期閘室基底壓力計(jì)算：由表5-3可知， 則 A 地基承載力驗(yàn)算，由以上可知：則，地基承載力滿足要求

46、。B 不均勻系數(shù)計(jì)算：基底壓力不均勻系數(shù)滿足要求。（2） 閘室抗滑穩(wěn)定計(jì)算 臨界壓應(yīng)力： 由所給資料可知：A=4.0，B=14.0m，c=0，f=0.35 則 1） 設(shè)計(jì)洪水位時(shí)： 由于 故閘室不會(huì)發(fā)生深層滑動(dòng)，僅需作表層抗滑穩(wěn)定分析故閘室穩(wěn)定性滿足要求。2） 校核洪水位時(shí)： 由于 故閘室不會(huì)發(fā)生深層滑動(dòng)，僅需作表層抗滑穩(wěn)定分析故閘室穩(wěn)定性滿足要求。七、 閘室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、 閘墩設(shè)計(jì)順?biāo)较虻拈L(zhǎng)度取與底板相同，取14.0m。閘墩為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，中墩厚均為1.5m。邊緣與岸墻合二為一，采用重力式結(jié)構(gòu)。閘墩上游部分的頂部高程在泄洪時(shí)應(yīng)高于設(shè)計(jì)或校核洪水位加安全超高；關(guān)門時(shí)應(yīng)高于設(shè)計(jì)或校核洪水位加波

47、浪計(jì)算高度加安全超高。設(shè)計(jì)洪水位的超高計(jì)算：1=3.36+00197+0.5=4.057m校核洪水位的超高計(jì)算：2=3.90+0.197+0.4=4.497m取上述二者中的較大者，取為4.5m。閘墩下游部分的高度只要比下游最高水位適當(dāng)高些，不影響泄流即可?？纱蟠蟮陀谏嫌尾糠值母叨龋渖显O(shè)有排架擱置公路橋。初擬定閘墩下游部分頂部高程為199.0m，其上設(shè)3根0.7m×0.67m，高1.8m的柱子，柱頂設(shè)0.7m×0.7m，長(zhǎng)4.7m的小橫梁，梁頂高即為8.5+1.8+0.7=11.0。下游閘墩上擱置公路橋，橋面高程為200.0m，稍高于兩岸大堤。閘墩上設(shè)檢修門槽和工作門槽，

48、檢修門槽在上游，槽深為0.3m，寬0.5m，工作槽槽深為0.5m，寬0.8m。具體位置見圖5-1。閘墩上下游均為半圓形，其半徑為0.75m。2、 底板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用彈性地基梁法對(duì)底板進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。（1）選定計(jì)算情況完建期豎向力最大，故地基反力亦較大，底板內(nèi)力較大，是底板強(qiáng)度的控制情況之一，由于前一節(jié)的計(jì)算可知，在運(yùn)用期，由于水的作用不僅增加了閘室內(nèi)的水重，而且產(chǎn)生了揚(yáng)壓力，地基反力的分布也在完建期有了很大變化，顯然運(yùn)用上游水位高，下游水位低的情況，也是底板結(jié)構(gòu)計(jì)算的控制情況，故運(yùn)用期選校核水位情況，此時(shí)上游水位最高進(jìn)行計(jì)算。（2） 閘基的基底反力計(jì)算在上節(jié)計(jì)算中地基應(yīng)力Pmax、Pmin時(shí)，求的

49、時(shí)齒墻底部基底的應(yīng)力，而不是底板底部基底應(yīng)力，故尚應(yīng)重新計(jì)算地基反力。1）完建期：完建期內(nèi)無水平荷載，故在上節(jié)中相應(yīng)的地基應(yīng)力就等于地基反力，可以直接運(yùn)用，即（上游端）（下游端）2）校核洪水位時(shí)：此時(shí)有水平力作用，需要重新計(jì)算地基反力，見表 6-1 表6-1 校核洪水時(shí)荷載、力矩計(jì)算表 （對(duì)底板底面上游B點(diǎn)求矩）荷載名稱豎向力（kN）水平力（kN）力臂（m）力矩（kN·m）備注閘室結(jié)構(gòu)重力5765.6837115.21上游水壓力67.86 400.95355.824.00 1.850.23271.44 741.4681.84下游水壓力13.22 117.560.53 0.107.01

50、 11.76浮托力917.2476420.68滲透壓力492.00 414.707 4.503444.00 1866.15水重力2815.522.888108.70合計(jì)8581.201823.94824.63130.7846318.6511749.606757.26（）693.85（）34569.05（） （3）不平衡剪力及剪力分布以閘門的上部邊緣為界，將閘室分為上、下游兩段，各自承受其分段內(nèi)的上部結(jié)構(gòu)重力和其他荷載。1）不平衡剪力：對(duì)完建期、校核洪水位時(shí)進(jìn)行計(jì)算，不平衡剪力值見表6-2表6-2 不平衡剪力計(jì)算表 單位：KN荷載名稱完建期校核洪水位時(shí)上游段下游段小計(jì)上游段下游段小計(jì) 結(jié)構(gòu)重力閘墩751.911273.362025.27751.911273.362025.27底板750.751971.752722.50750.751971.752722.50閘門59.41059.4159.41059.41公路橋0330.00330.000330.00330.00工作橋137.50137.50275.00137.50137.50275.00檢修橋40.00040.0040.00040.00啟閉機(jī)30.0010.0040.0030.0010.