水工建筑物課程設(shè)計(jì)某攔河閘設(shè)計(jì)

1、前言1第一章工程基本資料21.1 工程概況21.2 工程地質(zhì)條件21.3 工程地形條件31.4 工程土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)31.5 工程材料31.6 工程水文氣象條件41.7 批準(zhǔn)的規(guī)劃成果41.8 施工條件5第二章閘孔設(shè)計(jì)62.1 閘址的選擇62.2 閘型確定6擬定閘孔尺寸及閘墩厚度62.3.1 攔河閘寬頂堰出流情況判斷72.3.2 閘門(mén)總凈寬計(jì)算82.3.3 閘孔尺寸設(shè)計(jì)和布置92.4 校核泄洪能力9消力池池長(zhǎng)估算113.2 消力池尺寸及構(gòu)造計(jì)算143.2.1 消力池深度計(jì)算143.2.2 消力池池長(zhǎng)計(jì)算153.2.3 消力池的構(gòu)造153.3 海漫設(shè)計(jì)163.3.1 海漫長(zhǎng)度計(jì)算163.3.

2、2 海漫構(gòu)造173.4 防沖槽設(shè)計(jì)173.5 上、下游岸坡防護(hù)設(shè)計(jì)18第四章閘底地下輪廓線(xiàn)的布置194.1 防滲設(shè)計(jì)的目的194.2 布置原則194.3 地下輪廓線(xiàn)布置194.3.1 閘基防滲長(zhǎng)度的確定。194.3.2 防滲設(shè)備設(shè)計(jì)194.3.3 防滲設(shè)備尺寸和構(gòu)造。204.3.4 校核地下輪廓線(xiàn)的長(zhǎng)度204.4 排水設(shè)備的細(xì)部構(gòu)造214.4.1 排水設(shè)備的作用214.4.2 排水設(shè)備的設(shè)計(jì)214.4.3 止水設(shè)計(jì)22第五章防滲計(jì)算245.1 滲流計(jì)算的目的245.2 計(jì)算方法245.3 計(jì)算滲透壓力245.3.1 地基有效深度的計(jì)算245.3.2 分段阻力系數(shù)的計(jì)算245.3.3 計(jì)算各角點(diǎn)

3、的滲透壓力值。27驗(yàn)算滲流逸出坡降27第六章閘室結(jié)構(gòu)布置286.1 底板和閘墩設(shè)計(jì)286.1.1 閘底板的設(shè)計(jì)286.1.2 閘墩設(shè)計(jì)286.2 閘門(mén)與啟閉機(jī)設(shè)置306.3 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)326.3.1 工作橋設(shè)計(jì)32交通橋設(shè)計(jì)336.3.3 檢修橋設(shè)計(jì)336.4 閘室的分縫與止水34第七章閘室穩(wěn)定計(jì)算357.1 設(shè)計(jì)情況及荷載組合357.2 完建元無(wú)水期荷載計(jì)算及地基承載力驗(yàn)算35完建無(wú)水期荷載計(jì)算367.2.2 地基承載力驗(yàn)算377.3 正常擋水期地基承載力驗(yàn)算387.3.1 正常擋水期閘室荷載計(jì)算387.3.2 地基承載力驗(yàn)算397.4 閘室抗滑穩(wěn)定計(jì)算40參考文獻(xiàn)：41前言為了能更好的理

4、解水工建筑物的基本原理，掌握水工建筑物設(shè)計(jì)的基本方法，了解經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的的基本依據(jù)和課程要求，靈活運(yùn)用本課程所學(xué)的方法。本書(shū)某攔河閘設(shè)計(jì)為例，在給出工程的基本資料的基礎(chǔ)上運(yùn)用課程所學(xué)知識(shí)通過(guò)課程設(shè)計(jì)進(jìn)行完整的設(shè)計(jì)計(jì)算，以鍛煉自己學(xué)識(shí)知識(shí)、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，為以后開(kāi)展實(shí)際工程項(xiàng)目的功臣設(shè)計(jì)工作打下基礎(chǔ)。本書(shū)所有表格皆自己設(shè)計(jì)，都是為了計(jì)算方便。如有什么不妥之處還望老師指點(diǎn)，感謝潘起來(lái)老師在設(shè)計(jì)過(guò)程中的精心指導(dǎo)和教悔，同時(shí)在課程設(shè)計(jì)中肯定還有許多不足之處，還望老師指點(diǎn)、教導(dǎo)！第一章 工程基本資料1.1 工程概況本工程位于某縣城郊處，它是某河流梯級(jí)開(kāi)發(fā)中最末一級(jí)工程。該河屬穩(wěn)定性河流，河面寬約2

5、00m，深約710m。由于河床下切較深又無(wú)適當(dāng)控制工程，雨季地表徑流自由流走，而雨過(guò)天晴經(jīng)常干旱，加之打井提水灌溉，使地下水位愈來(lái)愈低，嚴(yán)重影響兩岸的農(nóng)業(yè)灌溉和人畜用水。為解決當(dāng)?shù)?0萬(wàn)畝農(nóng)田的灌溉問(wèn)題，經(jīng)上級(jí)批準(zhǔn)的規(guī)劃確定，修建擋水樞紐工程。攔河閘所擔(dān)負(fù)的任務(wù)是：正常情況下攔河截水，抬高水位，以利灌溉，洪水時(shí)開(kāi)閘泄水，以保安全。本工程建成后，可利用河道一次蓄水800萬(wàn)m3，調(diào)蓄水至兩岸溝塘，大量補(bǔ)給地下水，有利于進(jìn)灌和人畜用水，初步解決40萬(wàn)畝農(nóng)田的灌溉問(wèn)題并為工業(yè)生產(chǎn)提供足夠的水源，同時(shí)對(duì)漁業(yè)、航運(yùn)業(yè)的發(fā)展，以及改善環(huán)境，美化城鄉(xiāng)都是極為有利的。1.2 工程地質(zhì)條件根據(jù)鉆孔了解閘址地層屬河

6、流沖積相，河床部分地層屬第四紀(jì)蟓更新世Q3與第四紀(jì)全新世Q4的層交錯(cuò)出現(xiàn)，閘址兩岸高程均在41m左右。閘址處地層向下分布情況如下表1-1所示。表1-1閘址處地層分布情況土質(zhì)名稱(chēng)重粉質(zhì)壤土細(xì)砂中砂重粉質(zhì)壤土中粉質(zhì)壤土分布范圍由上而下河床表面以下深約3m高程以下厚度約5m高程22m以下厚度5-8m1.3 工程地形條件閘址處系平原型河段、兩岸地勢(shì)平坦，地面高程約為左右，河床坡降平緩，縱坡約為1/10000，河床平均標(biāo)高約，主河槽寬度約80-100m，河灘寬平，呈復(fù)式河床橫斷面，河流比較順直。1.4 工程土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)主要包括物理性質(zhì)、允許承載力、滲透系數(shù)等，具體數(shù)字如表1-

7、2、1-3所示。表1-2土的物理性質(zhì)指標(biāo)表濕重度飽和重度浮重度細(xì)砂比重細(xì)砂干重度19KN/m321 KN/m311 KN/m327 KN/m315 KN/m3  表1-3 土的力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)表內(nèi)摩擦角土基允許承載力摩擦系數(shù)不均勻系數(shù)滲透系數(shù) cm/s自然含水量時(shí)KN/m混凝土、砌石與土基的摩擦系數(shù)當(dāng)土基為密實(shí)細(xì)砂層時(shí)值為粘土中細(xì)砂層飽和含水量時(shí)砂土以下土層1.5 工程材料1、石料本地區(qū)不產(chǎn)石料，需從外地運(yùn)進(jìn)，距公路很近，交通方便。2、粘土經(jīng)調(diào)查本地區(qū)附近有較豐富的粘土材料。3、閘址處有足夠的中細(xì)砂。1.6 工程水文氣象條件 1、氣溫本地區(qū)年最高氣溫C，最低氣溫C，平均氣溫C。 2、風(fēng)速

8、最大風(fēng)速m/s，吹程。 3、徑流量非汛期（16月及1012月）9個(gè)月份月平均最大流量3/s。汛期（79）三個(gè)月，月平均最大流量為149m3/s，年平均最大流量m3/s，最大年徑流總量為億m3。4、冰凍閘址處河水無(wú)冰凍現(xiàn)象。1.7 批準(zhǔn)的規(guī)劃成果1、根據(jù)水利電力部水利水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（SD112-78）的規(guī)定，本樞紐工程為等工程，其中永久性主要建筑物為3級(jí)。2、灌溉用水季節(jié)，攔河閘正常擋水位為。3、洪水標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1-4所示。表1-4 洪水標(biāo)準(zhǔn)表序號(hào)項(xiàng)目重現(xiàn)年洪水流量（m3/s）閘前水位（m）下游水位（m）1設(shè)計(jì)洪水20937392校核洪水50122040 .351.8 施工條件 1、

9、工期為兩年。 2、材料供應(yīng)情況水泥由某水泥廠運(yùn)輸260 Km至某市，再運(yùn)輸80 Km至工地倉(cāng)庫(kù)；其它他材料由市汽車(chē)運(yùn)至工地；電源由電網(wǎng)供電，工地距電源線(xiàn)；地下水位平均為。第二章 閘孔設(shè)計(jì)2.1 閘址的選擇閘址、閘軸線(xiàn)的選擇關(guān)系到工程的成敗和經(jīng)濟(jì)效益發(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、水流泥沙、凍土、冰情，管理和周?chē)h(huán)境等因素，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較并考慮安全可靠、施工難易、操作運(yùn)用、工程量及投資大小等方面的問(wèn)題。在選擇過(guò)程中首先應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)、水流、施工管理應(yīng)用及拆遷情況等方面進(jìn)行分析研究，權(quán)衡利弊，經(jīng)全面分析比較，合理確定。本次設(shè)計(jì)中閘軸線(xiàn)的位

10、置和壩址已由規(guī)劃給出。2.2 閘型確定本工程主要任務(wù)是正常情況下攔河截水，以利灌溉，而當(dāng)洪水來(lái)臨時(shí)，開(kāi)閘泄水，以保防洪安全。由于是建于平原河道上的攔河閘，應(yīng)具有較大的超泄能力，并利于排除漂浮物，因此采用不設(shè)胸墻的開(kāi)敞式水閘。同時(shí)，由于河槽蓄水，閘前淤積對(duì)洪水位影響較大，為便于排出淤沙，閘底板高程應(yīng)盡可能低。因此，采用無(wú)底坎平頂板寬頂堰，堰頂高程與河床同高，即閘底板高程為。2.3 擬定閘孔尺寸及閘墩厚度現(xiàn)擬定該水閘為多孔出流水閘，閘墩墩頭為半圓形， 攔河閘寬頂堰出流情況判斷由于已知上、下游水位，可推算上游水頭及下游水深計(jì)算公式如下式1-1、1-2、1-3、1-4所示：上游水深：（2-1）下游水位

11、：（2-2）上游過(guò)水?dāng)嗝婷娣e： （2-3）行進(jìn)流速：（2-4）水頭： （2-5）其中：如表2-1所示：表2-1 上游水頭計(jì)算序號(hào)流量Q（m3/s）下游水深hs（m）上游水深H（m）過(guò)水?dāng)嗝娣e（m2）行近流速（m3/s）上游水頭H0（m）1設(shè)計(jì)流量9372400.05342校核流量12201.19020.0722注：考慮壅高1520cm。閘門(mén)全開(kāi)泄洪時(shí)，為平底板寬頂堰堰流，根據(jù)以下公式2-6判別出流情況。 （2-6）表2-2淹沒(méi)出流判別表序號(hào)計(jì)算情況下游水深 hs（m）上游水頭H0（m）流態(tài)1設(shè)計(jì)水位淹沒(méi)出流2校核水位淹沒(méi)出流根據(jù)表2-2判斷在遇到設(shè)計(jì)洪水和家和洪水時(shí)該攔河水閘均以淹沒(méi)出流的方式

12、出流。 閘門(mén)總凈寬計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)洪水和校核洪水兩種情況分別用試算法計(jì)算閘門(mén)總凈寬，計(jì)算公式如下式2-7,、2-8所示：（2-7）（2-8）其中為堰流側(cè)收縮系數(shù)，暫取00；g取9.81；8淹沒(méi)系數(shù)具體計(jì)算如下表2-3所示：表2-3 閘門(mén)總凈寬計(jì)算表序號(hào)流量Q（m3/s）側(cè)收縮系數(shù)流量系數(shù)上游水頭H0（m）淹沒(méi)系總凈寬（m）1設(shè)計(jì)流量9370.417 2校核流量12205 閘孔尺寸設(shè)計(jì)和布置根據(jù)閘門(mén)設(shè)計(jì)規(guī)范SL 265-2001中閘孔尺寸和水頭系列標(biāo)準(zhǔn)，選定單孔凈寬，同時(shí)為了保證閘門(mén)對(duì)稱(chēng)開(kāi)啟，防止不良水流形態(tài)，選用7孔，閘墩的邊墩寬度設(shè)計(jì)為1m，中墩寬1.2m。設(shè)2條永久性直通式伸縮縫，伸縮縫處閘墩

13、寬1.6m。閘孔總寬度為：由于閘基為軟基河床，選用整體式底板，縫設(shè)在閘墩上，整體布置如圖1-1所示。  圖2-1閘孔尺寸布置圖 (單位：m)2.4 校核泄洪能力閘墩采用半圓形墩頭，根據(jù)孔口與閘墩的尺寸可計(jì)算側(cè)收縮系數(shù)，（2-9）其中：n=7， b=9m由于墩頭均為半圓形，和值便可計(jì)算側(cè)收縮系數(shù)和水閘的校核過(guò)流能力，其中實(shí)際過(guò)閘流量按一下式2-9計(jì)算（2-9）其中：表2-4 過(guò)流能力校核計(jì)算表序號(hào)計(jì)算情況堰上水頭H0（m）校核過(guò)流能力1設(shè)計(jì)流量9370.417 % 2校核流量122010.42 0.833% 從表2-4可以看出設(shè)計(jì)情況超過(guò)了規(guī)定的要求，但又未超過(guò)規(guī)定的5%，說(shuō)明孔口尺根

14、據(jù)校核情況滿(mǎn)足要求，所以不再進(jìn)行孔口尺寸的調(diào)整。綜上所述決定采用水閘溢流寬度第二章 消能防沖設(shè)計(jì)由于本閘位于平原地區(qū)，河床的抗沖刷能力較低，所以采用底流式消能。設(shè)計(jì)水位或校核水位時(shí)閘門(mén)全開(kāi)渲泄洪水，為淹沒(méi)出流無(wú)需消能。閘前為正常高水位38.50m，部分閘門(mén)局部開(kāi)啟，只宣泄較小流量時(shí)，下流水位不高，閘下射流速度較大，才會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的沖刷河床現(xiàn)象，需設(shè)置相應(yīng)的消能設(shè)施。為了保證無(wú)論何種開(kāi)啟高度的情況下均能發(fā)生淹沒(méi)式水躍消能，所以采用閘前水深H=m，閘門(mén)局部開(kāi)啟情況，作為消能防沖設(shè)計(jì)的控制情況。為了降低工程造價(jià)，確保水閘安全運(yùn)行，可以規(guī)定閘門(mén)的操作規(guī)程，本次設(shè)計(jì)按1、3、5、7孔對(duì)稱(chēng)方式開(kāi)啟，分別對(duì)不

15、同開(kāi)啟孔數(shù)和開(kāi)啟度進(jìn)行組合計(jì)算，找出消力池池深和池長(zhǎng)的控制條件。3.1 消力池池長(zhǎng)估算為了能找到合理的消力池池長(zhǎng)估計(jì)，現(xiàn)將水閘開(kāi)啟1孔、3孔和5孔估算尺長(zhǎng)和池深。計(jì)算公式如下式所示：收縮斷面水深： （3-1）其中：。泄流量： （3-2）其中：。單寬流量： （3-3）其中：b=9m。躍后水深：（3-4）將下游河道看成是矩形斷面河流，水深與水力半徑相等，河寬100m，永明渠均勻流計(jì)算公式計(jì)算下游水深：（3-5）其中：i為1/10000，n查416。消力池池深： （3-6）（3-7）其中：0；-水流動(dòng)能校正系數(shù),可采用1.01.05，這取1.02。消力池長(zhǎng)度： （3-8） （3-9） （3-10）其

16、中：這取0.75。m為0.385，為，由于該水閘為無(wú)坎寬頂堰=d 。池長(zhǎng)、池深估算具體計(jì)算見(jiàn)下表3-1所示：表3-1 消力池池深池長(zhǎng)估算表開(kāi)啟孔數(shù)n開(kāi)啟高度收縮系數(shù)泄流量Q 單寬流量q 收縮水深躍后水深下游水深流態(tài)判別消力池尺寸備注池深d池長(zhǎng)Ls水躍長(zhǎng)Lj1自由孔口出流    池深控制  143        14淹沒(méi)  5 限開(kāi) 限開(kāi) 限開(kāi) 限開(kāi)淹沒(méi)限開(kāi)  為了節(jié)省工程造價(jià)，防止消力池過(guò)深，對(duì)開(kāi)啟5孔開(kāi)啟高度為米以上全部限開(kāi)，得出開(kāi)啟1孔開(kāi)啟高度為1.2米為消力池

17、的池深控制條件。3.2 消力池尺寸及構(gòu)造計(jì)算消力池深度計(jì)算根據(jù)所選擇的控制條件，估算池深為2.2m，用下式3-11、3-12用式算法計(jì)算收縮斷面水深：（3-11）（3-12）其中：，。 表3-2 收縮斷面水深試算表/m1013/m9.630489610.806710.7104由表3-2可以看出：出池落差Z按式3-1、3-12計(jì)算如下：躍后水深：驗(yàn)算水躍淹沒(méi)系數(shù)符合在之間的要求。因?yàn)椋海猿厣罘弦蟆?.2.2消力池池長(zhǎng)計(jì)算根據(jù)池深為2.2 m，用公式3-8、3-9、3-10計(jì)算出相應(yīng)的消力池長(zhǎng)度如下。為了便于修建選取消力池長(zhǎng)度為30。3消力池的構(gòu)造采用挖深式消力池。為了便于施工，消力池的底

18、板做成等厚，為了降低底板下部的滲透壓力，在水平底板的后半部設(shè)置排水孔，孔下鋪設(shè)反濾層，排水孔孔徑為10cm，間距為2m，呈梅花形布置。根據(jù)抗沖要求，按式3-13計(jì)算消力池底板厚度。其中為消力池底板計(jì)算系數(shù)，可采用0.150.20.??；為確定池深時(shí)的過(guò)閘單寬流量；為相應(yīng)于單寬流量的上、下游水位差。（3-13）由于泄洪時(shí)取消力池底板的厚度t=0.6m。  圖3-1消力池構(gòu)造尺寸圖 (單位：高程m，尺寸cm)3.3 海漫設(shè)計(jì)海漫長(zhǎng)度計(jì)算用公式3-14計(jì)算海漫長(zhǎng)度結(jié)果列入表2。其中為海漫長(zhǎng)度計(jì)算系數(shù)，根據(jù)閘基土質(zhì)為中粉質(zhì)壤土則選12。取計(jì)算表中的最大值42m。 (3-14)表3-3海漫長(zhǎng)度計(jì)

19、算表序號(hào)流量Q上游水深下游水深q 1100220033004400550066007700海漫構(gòu)造因?yàn)閷?duì)海漫的要求為有一定的粗糙度以便進(jìn)一步消除余能，有一定的透水性，有一定的柔性。所以選擇在海漫的起始段為12米長(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30米做成坡度為1：15的干砌石段，以使水流均勻擴(kuò)散，調(diào)整流速分布，保護(hù)河床不受沖刷。海漫厚度為米，下面鋪設(shè)15cm的砂墊層。3.4 防沖槽設(shè)計(jì)海漫末端河床沖刷坑深度按公式3-15、3-16計(jì)算，其中河床土質(zhì)的不沖流速可按下式計(jì)算。按不同情況計(jì)算如表3所示。(3-15)式中：dm-海漫末端河床沖刷深度(m)；qm-海漫末

20、端單寬流量(m2 /s)；v0-河床土質(zhì)允許不沖流速(m/s)；hm-海漫末端河床水深(m).（3-16）式中：河床土質(zhì)的不沖流速，m/s；取0.8m/s；水力半徑，；海漫末端河床水深，m。具體計(jì)算見(jiàn)下表3-4所示：表3 沖刷坑深度計(jì)算表序號(hào)計(jì)算情況相應(yīng)過(guò)水水面積濕周1設(shè)計(jì)情況9001181.50131.201011.00-2校核情況10201.53321.2265-根據(jù)規(guī)范確定防沖槽的深度為2m。采用寬淺式，底寬取4m，上游坡率為2，下游坡率為3，出槽后作成坡率為5的斜坡與下游河床相連。如圖3-1所示。    圖3-2海漫防沖槽構(gòu)造圖 (單位：m)  3.5 上

21、、下游岸坡防護(hù)設(shè)計(jì)為了保護(hù)上、下游翼墻以外的河道兩岸岸坡不受水流的沖刷，需要進(jìn)行護(hù)坡。采用漿砌石護(hù)坡，厚米，下設(shè)米的砂墊層。保護(hù)范圍上游自鋪蓋向上延伸23倍的水頭，現(xiàn)設(shè)計(jì)延長(zhǎng)為30m，下游自防沖槽向下延伸46倍的水頭，先設(shè)計(jì)為延長(zhǎng)50m。第四章 閘底地下輪廓線(xiàn)的布置4.1 防滲設(shè)計(jì)的目的防止閘基滲透變形；減小閘基滲透壓力；減少水量損失；合理選用地下輪廓尺寸。4.2 布置原則防滲設(shè)計(jì)一般采用防滲和排水相結(jié)合的原則，即在高水位側(cè)采用鋪蓋、板樁、齒墻等防滲設(shè)施，用以延長(zhǎng)滲徑減小滲透坡降和閘底板下的滲透壓力；在低水位側(cè)設(shè)置排水設(shè)施，如面層排水、排水孔排水或減壓井與下游連通，使地下滲水盡快排出，以減小滲

22、透壓力，并防止在滲流出口附近發(fā)生滲透變形。4.3 地下輪廓線(xiàn)布置閘基防滲長(zhǎng)度的確定。根據(jù)公式4-1計(jì)算閘基理論防滲長(zhǎng)度為。其中為滲徑系數(shù)，因?yàn)榈鼗临|(zhì)為重粉質(zhì)壤土，查林繼鏞主編水工建筑物表6-3取7。具體計(jì)算如下（4-1）防滲設(shè)備設(shè)計(jì)由于閘基土質(zhì)以粘性土為主，防滲設(shè)備采用粘土鋪蓋，閘底板上、下游側(cè)設(shè)置齒墻，為了避免破壞天然的粘土結(jié)構(gòu)，不宜設(shè)置板樁。防滲設(shè)備尺寸和構(gòu)造。1）閘底板順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)度根據(jù)公式4-2計(jì)算，根據(jù)閘基土質(zhì)為重粉質(zhì)壤土A取3.0。底板長(zhǎng)度綜合考慮上部結(jié)構(gòu)布置及地基承載力等要求，確定為25m。（4-2） 2）閘底板厚度為取閘孔凈寬實(shí)際取為1.5m。3）齒墻具體尺寸見(jiàn)圖1。圖4-1

23、 閘底板尺寸圖（單位：cm）    4）鋪蓋長(zhǎng)度根據(jù)（3 5）倍的上、下游水位差，確定為40m。鋪蓋厚度確定為：便于施工取為厚度取m。為了防止水流沖刷及施工時(shí)破壞粘土鋪蓋，在其上設(shè)置30cm厚的漿砌塊石保護(hù)層，10cm厚的砂墊層。校核地下輪廓線(xiàn)的長(zhǎng)度根據(jù)以上設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，實(shí)際的地下輪廓線(xiàn)布置長(zhǎng)度應(yīng)大于理論的地下輪廓線(xiàn)長(zhǎng)度，通過(guò)校核，滿(mǎn)足要求。鋪蓋長(zhǎng)度+閘底板長(zhǎng)度+齒墻長(zhǎng)度=65.8>=m4.4 排水設(shè)備的細(xì)部構(gòu)造排水設(shè)備的作用采用排水設(shè)備，可降低滲透水壓力，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)情況和水閘的工作條件

24、，做到即減少滲壓又避免滲透變形。排水設(shè)備的設(shè)計(jì)（1）水平排水水平排水為加厚反濾層中的大顆粒層，形成平鋪式。反濾層一般是由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。反濾層的材料應(yīng)該是能抗風(fēng)化的砂石料，并滿(mǎn)足：被保護(hù)土壤的顆粒不得穿過(guò)反濾層；各層的顆粒不得發(fā)生移動(dòng)；相鄰兩層間，較小一層的顆粒不得穿過(guò)較粗一層的空隙；反濾層不能被阻塞，應(yīng)具有足夠的透水性，以保證排水通暢；同時(shí)還應(yīng)保證耐久、穩(wěn)定，其工作性能和效果應(yīng)不隨時(shí)間的推移和環(huán)境的改變而變差。本次設(shè)計(jì)中的反濾層由碎石，中砂和細(xì)砂組成，其中上部為20cm厚的碎石，中間為10cm厚的中砂，下部為

25、10cm厚的細(xì)砂。   圖4-2 反濾層構(gòu)造圖 (單位：cm)（2）鉛直排水設(shè)計(jì)本工程在護(hù)坦的中后部設(shè)排水孔，孔距為2m，孔徑為10cm，呈梅花形布置，孔下設(shè)反濾層。（3）側(cè)向排水設(shè)計(jì)側(cè)向防滲排水布置（包括刺墻、板樁、排水井等）應(yīng)根據(jù)上、下游水位，墻體材料和墻后土質(zhì)以及地下水位變化等情況綜合考慮，并應(yīng)與閘基的防滲排水布置相適應(yīng)，在空間上形成防滲整體。在消力池兩岸翼墻設(shè)23層排水孔，呈梅花形布置，孔后設(shè)反濾層，排出墻后的側(cè)向繞滲水流。止水設(shè)計(jì)凡具有防滲要求的縫，都應(yīng)設(shè)止水設(shè)備。止水分鉛直和水平止水兩種。前者設(shè)在閘墩中間，邊墩與翼墻間以及上游翼墻鉛直縫中；后者設(shè)在粘土鋪蓋保護(hù)層

26、上的溫度沉陷縫、消力池與底板溫度沉陷縫、翼墻、消力池本身的溫度沉降縫內(nèi)。在粘土鋪蓋與閘底板沉陷縫中設(shè)置瀝青麻袋止水.。              圖3 止水詳圖 (單位：cm)   第五章 防滲計(jì)算5.1 滲流計(jì)算的目的計(jì)算閘底板各點(diǎn)滲透壓力；驗(yàn)算地基土在初步擬定的地下輪廓線(xiàn)下的滲透穩(wěn)定性。5.2 計(jì)算方法計(jì)算方法有直線(xiàn)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，采用此種方法進(jìn)行滲流計(jì)算。5.3 計(jì)算滲透壓力 地基有效深度的計(jì)算有效深度用以下下公式5-1判斷：（5-1）由于所以地基有效

27、深度為：由于大于實(shí)際的地基透水層深度8m，所以取小值。 分段阻力系數(shù)的計(jì)算通過(guò)地下輪廓的各角點(diǎn)和尖端將滲流區(qū)域分成9個(gè)典型段，如圖4所示。其中1、9段為進(jìn)出口段，用式5-2計(jì)算阻力系數(shù)；3、5、7段為內(nèi)部垂直段，用式5-3計(jì)算相應(yīng)的阻力系數(shù)；2、4、6、8段為水平段，用式5-4計(jì)算相應(yīng)的阻力系數(shù)。各典型段的水頭損失用式5-5計(jì)算。結(jié)果列入（表1）中。 對(duì)于進(jìn)出口段的阻力系數(shù)修正，按公式5-6、5-7、5-8計(jì)算，結(jié)果如表5-3所示。圖5-1滲流區(qū)域分段圖（單位：m）  （5-2）（5-3）（5-4）（5-5） (5-6) (5-7) (5-8)式中h'0 -進(jìn),出口段修正后的

28、水頭損失值(m)；h 0 -進(jìn),出口段水頭損失值(m)；'-阻力修正系數(shù),當(dāng)計(jì)算的1.0時(shí),采用1.0；S'-底板埋深與板樁入土深度之和(m)；T'-板樁另一側(cè)地基透水層深度(m).各段滲透壓力水頭損失具體計(jì)算如下表5-1所示：表5-1各段滲透壓力水頭損失分段編號(hào)分段名稱(chēng)S（m）進(jìn)口8510.2525水平07.040垂直7.0水平005.50.182垂直水平  23垂直水平000.1820.2172出口2.580.7030.4669合計(jì)            進(jìn)出口阻力系數(shù)和水頭損失修正計(jì)算具體如下表

29、5-3所示：表5-2 進(jìn)出口段的阻力系數(shù)修正表序號(hào)段 別SThoh1進(jìn)口段0.72420.25250.09622出口段2.50.85910.46697650.2172計(jì)算各角點(diǎn)的滲透壓力值。用表1計(jì)算的各段的水頭損失進(jìn)行計(jì)算，總的水頭差為正常擋水期的上、下游水頭差。各段后角點(diǎn)滲壓水頭=該段前角點(diǎn)滲壓水頭此段的水頭損失值，結(jié)果列入表5-4。表5-3 閘基各角點(diǎn)滲透壓力值H1H2H3H4H5H6H7H8H9H100驗(yàn)算滲流逸出坡降出口段的逸出坡降為：，小于壤土出口段允許滲流坡降值（查李繼鏞主編水工建筑物第5版表6-5得），滿(mǎn)足要求，不會(huì)發(fā)生滲透變形。繪制閘底板的滲透壓力分布圖5-2。 

30、圖5-2閘底板下滲透壓力分布圖 (單位：m)第六章 閘室結(jié)構(gòu)布置6.1 底板和閘墩設(shè)計(jì)閘底板的設(shè)計(jì)（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）型式常用的閘底板有平底板和鉆孔灌注樁底板。由于在平原地區(qū)軟基上修建水閘，采用整體式平底板，沉陷縫設(shè)在閘墩中間。（3）長(zhǎng)度根據(jù)第四章設(shè)計(jì)已知閘底板長(zhǎng)度為25m。（4）厚度根據(jù)第四章設(shè)計(jì)已知閘底板厚度為1.5m。閘墩設(shè)計(jì)（1）作用分隔閘孔并支承閘門(mén)、工作橋等上部結(jié)構(gòu)，使水流順利的通過(guò)閘室。（2）外形輪廓應(yīng)能滿(mǎn)足過(guò)閘水流平順、側(cè)向收縮小的，過(guò)流能力大的要求。上游墩頭采用半圓形，下游墩頭采用流線(xiàn)型。

31、其長(zhǎng)度采用與底板同長(zhǎng)，為25m。（3）厚度為中墩，縫墩，邊墩。平面閘門(mén)的門(mén)槽尺寸應(yīng)根據(jù)閘門(mén)的尺寸確定，檢修門(mén)槽深0.20m,寬0.20m,主門(mén)槽深0.3m,寬0.8m。檢修門(mén)槽與工作門(mén)槽之間留6.0m的凈距，以便于工作人員檢修。（4）高度采用以下三種方法計(jì)算取較大值，根據(jù)計(jì)算墩高最大值為m，另根據(jù)水閘設(shè)計(jì)規(guī)范SL 265-2001中規(guī)定有防洪任務(wù)的攔河閘閘墩高程不應(yīng)低于兩岸堤頂高程，兩岸堤頂高程為，經(jīng)比較后取閘墩高度為10.8m。1）=校核洪水位時(shí)水深+安全超高=10.2+0.5=10.7m。2）=設(shè)計(jì)洪水位時(shí)水深+安全超高=+0.7=m；閘前波高按下式6-1計(jì)算：（6-1）hm -平均波高(

32、m)；v0 -計(jì)算風(fēng)速(m/s),根據(jù)資料取20m/s；D -風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度(m),根據(jù)資料取600m；Hm -風(fēng)區(qū)內(nèi)的平均水深(m),；3）=正常擋水位時(shí)水深+=+0.24+0.4=m。  圖6-1 縫墩尺寸詳圖（單位：cm）6.2 閘門(mén)與啟閉機(jī)設(shè)置閘門(mén)按工作性質(zhì)可分為工作閘門(mén)、事故閘門(mén)和檢修閘門(mén)；按材料分為鋼閘門(mén)、混凝土閘門(mén)和鋼絲網(wǎng)水泥閘門(mén)；按結(jié)構(gòu)分為平面閘門(mén)、弧形閘門(mén)等，該工程選擇的閘門(mén)形式如下：1、工作閘門(mén)基本尺寸為閘門(mén)高取9m，寬9m，采用平面鋼閘門(mén)，雙吊點(diǎn)，滾輪支承。2、檢修閘門(mén)采用疊梁式，閘門(mén)槽深為20cm，寬為20cm，閘門(mén)型式如右圖所示。    圖6-

33、2圖2 疊梁式檢修閘門(mén)示意圖  3、啟閉機(jī)可分為固定式和移動(dòng)式兩種常用固定式啟閉機(jī)有卷?yè)P(yáng)式、螺桿式和油壓式。卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)啟閉能力較大，操作靈便，啟閉速度快，但造價(jià)高。螺桿式啟閉機(jī)簡(jiǎn)便、廉價(jià)，適用于小型工程，水壓力較大，門(mén)重不足的情況等。油壓式啟閉機(jī)是利用油泵產(chǎn)生的液壓傳動(dòng)，可用較小的動(dòng)力獲得很大的啟閉力，但造價(jià)較高。在有防洪要求的水閘中，一般要求啟閉機(jī)迅速可靠，能夠多孔同步開(kāi)啟，這里采用卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)，一門(mén)一機(jī)。4、啟閉機(jī)的選型（1）根據(jù)水工設(shè)計(jì)手冊(cè)平面直升鋼閘門(mén)結(jié)構(gòu)活動(dòng)部分重量公式6-2，經(jīng)過(guò)計(jì)算得，考慮其它因素取閘門(mén)自重為270KN。（6-2）式中:閘門(mén)結(jié)構(gòu)活動(dòng)部分重量，t；閘門(mén)的

34、支承結(jié)構(gòu)特征系數(shù)，對(duì)于滑動(dòng)式支承?。粚?duì)于滾輪式支承取，對(duì)于臺(tái)車(chē)式支承取,這取。閘門(mén)材料系數(shù)，普通碳素結(jié)構(gòu)鋼制成的閘門(mén)為；低合金結(jié)構(gòu)鋼制成的閘門(mén)取?？卓诟叨?，取9m；B 孔口寬度，取9m。（2）初估閘門(mén)啟閉機(jī)的啟門(mén)力和閉門(mén)力，根據(jù)水工設(shè)計(jì)手冊(cè)中的近似公式：（6-2）  （6-3）式中平面閘門(mén)的總水壓力，KN；啟門(mén)力，KN；閉門(mén)力，KN；由于閘門(mén)關(guān)閉擋水時(shí)，水壓力值最大。此時(shí)閘門(mén)前水位為m，本次設(shè)計(jì)的水閘為中型水閘，系數(shù)采用，經(jīng)計(jì)算啟閉力為643.15KN，閉門(mén)力為KN。查水工設(shè)計(jì)手冊(cè)選用電動(dòng)卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)型號(hào)QPQ-240。6.3 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作橋設(shè)計(jì)工作橋是為了安裝啟閉機(jī)和便于工作人

35、員操作而設(shè)的橋。若工作橋較高可在閘墩上部設(shè)排架支承。工作橋設(shè)置高程與閘門(mén)尺寸及形式有關(guān)。由于是平面鋼閘門(mén)，采用固定式卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)，閘門(mén)提升后不能影響泄放最大流量，并留有一定的富裕度。根據(jù)工作需要和設(shè)計(jì)規(guī)范，工作橋設(shè)在工作閘門(mén)的正上方，用排架支承工作橋，橋上設(shè)置啟閉機(jī)房。由啟閉機(jī)的型號(hào)決定基座寬度為2m，啟閉機(jī)旁的過(guò)道設(shè)為1m，啟閉機(jī)房采用24磚砌墻，墻外設(shè)的陽(yáng)臺(tái)（過(guò)人用）。因此，工作橋的總寬度為1+1+0.24+0.24+0.66+0.66=6m。由于工作橋在排架上，確定排架的高度即可得到工作橋高程。排架高度=閘門(mén)高+安全超高+吊耳高度=9+0.5+0.5 =10m工作橋高程=閘墩高程+排架高+

36、T型梁高=m+10m+1m=m  圖6-3 工作橋細(xì)部構(gòu)造圖 (單位：mm)6.3.2 交通橋設(shè)計(jì)交通橋的作用是連接兩岸交通，供車(chē)輛和人通行。交通橋的型式可采用板梁式。交通橋的位置應(yīng)根據(jù)閘室穩(wěn)定及兩岸連接等條件確定，布置在下游。僅供人畜通行用的交通橋，其寬度不小于3m；行駛汽車(chē)等的交通橋，應(yīng)按交通部門(mén)制定的規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，一般公路單車(chē)道凈寬為6m，雙車(chē)道為79m。本次設(shè)計(jì)采用雙車(chē)道8m寬，并設(shè)有人行道安全帶為1m，具體尺寸如圖6-4所示。 圖6-4 交通橋細(xì)部構(gòu)造圖 (單位：mm)  檢修橋設(shè)計(jì)的作用為放置檢修閘門(mén)，觀測(cè)上游水流情況，設(shè)置在閘墩的上游端。采用預(yù)制T型

37、梁和活蓋板型式。尺寸如圖5所示。  圖5 檢修橋細(xì)部構(gòu)造圖 (單位：mm)6.4 閘室的分縫與止水水閘沿軸線(xiàn)每隔一定距離必須設(shè)置沉陷縫，兼作溫度縫，以免閘室因不均勻沉陷及溫度變化產(chǎn)生裂縫?？p距一般為1530m，縫寬為。整體式底板閘室沉陷縫，一般設(shè)在閘墩中間，一孔、二孔或三孔一聯(lián)為獨(dú)立單元，其優(yōu)點(diǎn)是保證在不均勻沉降時(shí)閘孔不變形，閘門(mén)仍然正常工作。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)在閘墩中間，邊墩與翼墻間以及上游翼墻本身；后者設(shè)在鋪蓋、消力池與底板，和混凝土鋪蓋、消力池本身的溫度沉降縫內(nèi)。本次設(shè)計(jì)縫墩寬，縫寬為2cm，取中間三孔為一聯(lián)，兩邊各為兩孔一聯(lián)。第七

38、章 閘室穩(wěn)定計(jì)算7.1 設(shè)計(jì)情況及荷載組合1、設(shè)計(jì)情況選擇水閘在使用過(guò)程中，可能出現(xiàn)各種不利情況。完建無(wú)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，這是驗(yàn)算地基承載力的設(shè)計(jì)情況。正常擋水期時(shí)下游無(wú)水，上游為正常擋水位，上下游水頭差最大，閘室承受較大的水平推力，是驗(yàn)算閘室抗滑穩(wěn)定性設(shè)計(jì)情況。泄洪期工作閘門(mén)全開(kāi)，水位差較小，對(duì)水閘無(wú)大的危害，故不考慮此種情況。本次設(shè)計(jì)地震烈度為6°，不考慮地震情況。2、完建無(wú)水期和正常擋水期均為基本荷載組合。取中間三孔一聯(lián)為單元進(jìn)行計(jì)算，需計(jì)算的荷載見(jiàn)表1所示。表1 荷載組合表荷載組合計(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基本組合完建無(wú)水期正常擋水期7.2 完建元無(wú)水期荷載計(jì)算及地基承載力驗(yàn)算荷載計(jì)算主要是閘室及上部結(jié)構(gòu)自重。在計(jì)算中以三孔一聯(lián)為單元，省略一些細(xì)部構(gòu)件重量，如欄桿、屋頂?shù)?。力矩為?duì)閘底板上游端點(diǎn)所取。鋼筋混凝土重度采用25KN/m3；混凝土重度采用23KN/m3；水重度采用10 KN/m3；磚石重度采用19KN/m3。7.2.1 完建無(wú)水期荷載計(jì)算