李崗水閘設計

1、前 言水閘是一種利用閘門擋水和泄水的低水頭水工建筑物，多用于河道,渠系及水庫、湖泊岸邊。 我國修建水閘的歷史可追溯到公元前6世紀的春秋年代，據(jù)水經(jīng)注記載，在位于今安徽壽縣城南的芍陂灌區(qū)中即設有進水和供水用的5個水門。至1991年，全國已建成水閘2.9萬座，給國民經(jīng)濟帶來了很大的效益?，F(xiàn)在的水閘建設，正在向形式多樣化、結(jié)構(gòu)輕型化、施工裝配化、操作自動化和遙控化發(fā)展。根據(jù)教學安排，在學完全部課程之后，學生要進行綜合性畢業(yè)設計，以進一步鞏固所學知識。通過畢業(yè)設計提高學生解決工程實際問題的能力。初步掌握水利樞紐工程設計過程的整個思路。通過設計資料分析，編寫設計文件，進行各種計算和繪制圖紙，提高學生獨立

2、思考，鉆研問題的能力。在整個設計過程中，設計小組的同學在一起共同研究，大家分工合作，整體培養(yǎng)了學生的團隊精神。工程設計與理論學習仍存在一定的間距，如何運用所學知識解決工程中的實際問題，尚有待逐步提高，具備成熟設計者的整體素質(zhì)水平，還需要我們在實踐中不斷地學習，積累經(jīng)驗。 編 者 2007年11月目 錄前言第1章 總論 . 1 1 基本資料. 1第2章 水力計算. 51 閘室的結(jié)構(gòu)形式及孔口尺寸確定. 52消能防沖設計.7第3章 水閘防滲及排水設計.131 閘底輪廓布置. 132 防滲和排水設計及滲透壓力計算. 143排水設備的細部構(gòu)造. 17第4章 閘室布置. 191 閘室尺寸的擬定. 192

3、 閘門和啟閉機. 213 閘室的分縫和止水設備. 22第5章 閘室穩(wěn)定計算.231 荷載及其組合. 232地基應力驗算. 233 閘室穩(wěn)定驗算. 27第6章 閘室結(jié)構(gòu)計算.281 閘室不平衡剪力計算. 282 底板板條內(nèi)力計算. 323 配筋計算. 36第7章 上下游連接建筑物. 401上游連接建筑物. 402下游連接建筑物. 40總結(jié). 50參考文獻. 51致謝第1章 基本資料1.1 工程概況及攔河閘的任務李崗閘設計修建于杞縣境內(nèi)惠濟河上，該閘位于汴杞公路，惠濟河下公路橋下游一側(cè)，距開封約50km?；轁由系睦顛忛l控制的流域面積1341.4km2，本工程建成后，可攔蓄引黃退水和開封市雨水約3

4、00萬km2，并為唐寨灌區(qū)及沿河8萬畝土地提灌創(chuàng)造必要的條件，可為東風灌區(qū)20萬畝土地進行灌溉補源，為該地區(qū)16.5萬人改善城鄉(xiāng)用水及工農(nóng)業(yè)發(fā)展創(chuàng)造條件。1.2閘區(qū)地形、地質(zhì)及水文情況閘區(qū)地面平整，海拔絕對高程在59.58-61.63m之間，該地區(qū)地形高差只有0.95m左右，閘區(qū)沿河均按61.00m高程設修建大堤。閘區(qū)河底高程54.98m，底寬63m，因為閘區(qū)砂壤土地基，兩岸邊坡設計為1：3，河道坡降為1/5800，糙率約0.225。閘址處河道斷面如圖11所示（沒按比例畫）61.0061.0054.9863 m圖1-1 閘址處河道斷面閘區(qū)地層為新生代全新世黃河沖積地層，上層約有0.2-0.3m

5、的污泥層，其下為重粉質(zhì)砂壤土層（高程54.9049.00m），再下面為重粉質(zhì)壤土層（高程49.00-45.50m）,在45.50 m高程以下是緊密的細砂層，閘址處地層近乎平行，土質(zhì)特性在水平方向變化不大，而在垂直方向上變化較大。第1，2層土壤的壓縮性不大，屬中壓縮性土壤。承載能力中等，約為10T/m2（100kPa）；第3層土壤屬于中密實砂層，相應抗壓能力較強，為150kPa。相關實驗數(shù)據(jù)見表1-1。表1-1李崗閘基礎土層的力學實驗數(shù)據(jù)內(nèi)摩擦角地基允許承載力凝聚力磨擦系數(shù)不均勻系數(shù)滲透系數(shù)20°=120kN/m2C=6.0kN/m2混凝土、砌石土基f=0.3=1.52.0K

6、=1.2×10-5cm/s由于閘區(qū)地層的分布均勻，如果建筑物荷載懸殊不大，估計不會產(chǎn)生不均勻沉陷。閘址區(qū)的地下水為空隙潛水，含水層主要是細砂層及砂壤土層，由河水補給，地下水位高程在55.2354.83m之間變化，其流向與地表水流向基本一致。另外：混凝土，漿砌石與土基摩擦系數(shù)f=0.30地區(qū)地震裂度為6度以下。1. 3 建筑材料（1）石料：本工程位于平原地區(qū)，石料需從外地運來，但交通條件較好。（2）粘土：經(jīng)調(diào)查閘址附近有豐富的粘土材料 。（3）閘址附近有足夠的級配良好的砂料。（4）水泥、鋼材、木材等建材均需從開封市采購運輸。1.4 水文氣象（1）氣溫：本地區(qū)年最高氣溫42°C

7、，最低氣溫為16°C。（2）風速：多年平均最大風速（5%）為V=16m/s，風區(qū)長度 D=0.6km.1. 5 上級批準的規(guī)劃成果(1) 灌溉用水季節(jié)，攔河的正常擋水位58.60m(2) 按5年一遇排澇流量Q=399m3/s設計上游水位允許壅高0.1m（3）按20年一遇瀉洪流量Q=399m3/s校核，相應的上游水位允許壅高0.15m（4）為了河道以后清淤，閘底版高程定為54.80m（5）工程級別：四級1. 6 水位流量關系曲線見圖1-21.1.7 附常用材料重度及閘門常規(guī)空口尺寸表.1 常用材料重度33（3）漿砌塊石或漿砌料石 24.0kN/m333(6) 磚砌體18.0kN/m3(

8、7) 橋面瀝青混凝土23.0kN/m33(9) 石灰三合土17.5kN/m3.2 閘門常規(guī)孔口尺寸表（見表12）表1-2 閘門常規(guī)孔口尺寸表 第2章 水力計算2.1 閘室的結(jié)構(gòu)形式及孔口尺寸確定閘室的結(jié)構(gòu)型式及高程確定本工程的主要任務是攔河截水,以利灌溉。由于是建于平原河道上的攔河閘，應具有較大的超泄能力，并利于排除漂浮物，因此采用不設胸墻的開敞式水閘。閘底板可定在54.8m。由于河床清淤要求，閘地板高程較河底低0.18m。 擬定閘孔尺寸及閘墩厚度由于已知上、下游水位，可推算上游水頭及下游水深表21上游水頭計算流量Q（m3/s）下游水深hs (m)上游水深 H0（m）過水斷面積（m2）行近流速

9、V0（m3/s）V02/2g上游水頭H0設計3993.943001.330.094.09校核6094.8553901.560.125.12注：考慮壅高1015cm閘門全開泄洪時，為平底板寬頂堰堰流，判斷其是否淹沒出流。表22淹沒出流判別計算計算情況Q (m3/s)下游水深hs(m)上游水頭H0(m)h0與0.8H0流態(tài)設計水位3.94.093.90>3.27淹沒出流校核水位4.855.124.85>4.10淹沒出流按照閘門總凈寬計算公式 （2-1） 根據(jù)設計洪水和校核洪水兩種情況分別計算，其中堰流側(cè)收縮系數(shù)=0.97，堰流流量系數(shù)m=0.385。表23閘孔總凈寬計算流量Q (m3/

10、s)下游水深hs（m）上游水頭H0 (m)hs/H0淹沒系數(shù)sB0 (m)設計3993.94.090.9540.6544.89校核6094.855.120.9470.6548.91根據(jù)閘門設計規(guī)范中閘孔尺寸和水頭系列標準，選單孔凈寬B=7m，同時為了保證閘門對稱開啟，為防止不良水流形態(tài)選n=7孔，由于閘基為軟基河床，選用整體式底板，縫設在閘墩上，中墩1.0m，縫墩1.2m，邊墩0.8m。如圖21所示。閘孔總寬度為：圖2-1 閘孔尺寸布置圖 校核泄洪能力根據(jù)孔口與閘墩的尺寸可計算的收縮系數(shù),查水閘設計規(guī)范（規(guī)范表2-2），結(jié)果如下所示：對于中孔： 靠縫墩孔： 對于邊孔： 所以： 與假定接近，根據(jù)

11、選定的孔口尺寸與上、下游水位，進一步換算流量如表2-4所示表2-4過流能力校核計算計算情況（m3/s）堰上水頭H0（m）hs/ H0sQ校核過流能力設計流量3994.090.9500.650.97435.59%校核流量6095.120.9460.650.97610.00.16%設計情況超過規(guī)定的5%的要求，說明孔口尺寸有些偏大。但考慮到校核情況滿足要求所以不再進行孔口尺寸調(diào)整。2.2消能防沖設計 消能防沖設計的控制情況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。設計水位或校核水位時閘門全開宣泄洪水，為淹沒出流，無須消能。閘前為正常高水位58.60m，部分閘門局部開啟，只宣泄

12、較小的流量時，下流水位不高，閘下射流速度教大，才會出現(xiàn)嚴重的沖刷河床現(xiàn)象，須設置相應的消能設施。為了保證無論何種開啟高度的情況下均能發(fā)生淹沒式水躍消能，采用閘前水深H=3.8m,閘門局部開啟情況，作為消能防沖設計的控制情況。為了降低工程造價，確保水閘安全運行，可以規(guī)定閘門的操作規(guī)程，本次設計按1、3、5、7孔對稱方式開啟，分別對不同開啟孔數(shù)和開啟高度進行組合計算，找出消力池池深和池長的控制條件。表2-5消力池池長、池深估算表按以下公式計算：孔口出流流量： （2-3） 消力池池深： （2-4） 挖池前收縮水深： （2-5） 挖池后收縮水深： （2-6）躍后水深： （2-7） 出池落差： （2-8

13、） 消力池長： （2-9） 水躍長度： （2-10） 其中： （2-11）結(jié)論：通過計算，為節(jié)省工程造價，防止消力池過深，對開啟3孔開啟高度為2m限開，得出開啟3孔開啟高度為1.5m的消力池池深為控制條件。 消力池尺寸確定及構(gòu)造(1) 消力池深度計算根據(jù)所選擇的控制條件，估算池深為0.9m,用以上公式計算挖池后的收縮水深hc和相應的出池落差及躍后水深hc,驗算水躍淹沒系數(shù)符合在1.05-1.10之間。(2) 消力池池長確定消力池池長根據(jù)池深1m，確定消力池長為18m。(3) 消力池的構(gòu)造采用挖深式消力池。為了便于施工，消力池的底板做成等厚，為降低底板下部滲透壓力，在水平底板的后半部設排水孔，孔

14、下鋪反濾層，排水孔徑10cm，間距2m，呈梅花形布置。按抗沖要求，根據(jù)式計算消力池底板厚度。其中k1為消力池底板計算系數(shù)，取0.18；q為確定池深時的過閘單寬流量；H為相應于單寬流量的上，下游水位差。取t=1m。圖2-2 消力池構(gòu)造尺寸圖 （單位：高程m，尺寸cm） 海漫設計(1) 海漫長度計算按公式計算海漫長度，Ks為海漫長度計算系數(shù)，根據(jù)閘基土質(zhì)為中粉質(zhì)壤土則選Ks=12，取計算表中的大值，確定海漫長度為27m。表2-6海漫長度計算表流量(m3/s)上游水深(m)下游hs(m)qs(m3/s.m)H(m)Lp(m)503.81.150.902.6514.521003.81.621.812.

15、1819.611503.82.152.711.6522.392003.82.53.611.3024.342503.82.784.511.0226.333003.83.235.420.5724.123503.83.56.320.3022.35(2) 海漫構(gòu)造因為對海漫要求有一定的粗糙度，以便進一步消除余能，有一定的透水性和柔性所以在海漫的起始段設7m長的漿砌石水平段，后20m做成坡度為1：15的干砌石段，以使水流均勻擴散，調(diào)整流速分布，保護河床不受沖刷。海漫厚度為0.6m,下設0.15m的砂墊層。 防沖槽設計沖刷坑深度按公式計算，其中，為河床土質(zhì)的不沖流速。取為0.9m/s。按不同的情況計算如表

16、2-7所示：表2-7 海漫沖刷坑深度計算計算情況 qm3/（s·m）A(m2)X(m)R1/4V0(m/s)hs(m)d(m)設計9.67500.92101.901.491.346.151.78校核6.33408.7295.891.441.305.170.16根據(jù)計算確定防沖槽的深度為1.8m，采用寬淺式，底寬取4m，上游坡率為2，下游坡率為3，出槽后做成坡率為5的斜坡與下游河床相連。如圖2-3所示。圖2-3 海漫防沖槽構(gòu)造圖（單位m）上下游岸坡防護為了保護上下游翼墻以外的河道兩岸不受水流的沖刷，需要進行護坡。采用漿砌石護坡，厚0.3m，下設0.1m的砂墊層。保護范圍上游自鋪蓋向上延

17、伸2- 3倍的水頭，下游自防沖槽向下延伸4-6倍的水頭。第3章 水閘防滲及排水設計3.1 閘底輪廓布置地下輪廓線布置 防滲設計的目的是防止閘基滲透變形；減小閘基滲透壓力；減少水量損失；合理選用底下輪廓尺寸。防滲設計一般都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、齒墻等防滲設施，如面層排水、排水孔排水或減壓井與下游連通，是地下滲水盡快排出以減小滲透壓力，并防止在滲流出口附近發(fā)生滲透變形。1) 閘基防滲長度的確定根據(jù)公式，因為地基土為中粉質(zhì)壤土，所以C取8，則2) 防滲設備由于閘基土質(zhì)為砂壤土，設置反濾層，防滲設備采用黏土鋪蓋，閘底板上、下游設置齒墻，為了避免破壞天然的黏土結(jié)構(gòu)，不易

18、設置板樁。3) 防滲設備尺寸和構(gòu)造閘底板順水流方向長度，據(jù)閘基土為中粉質(zhì)壤土，A取2.0，綜合考濾取上部結(jié)構(gòu)布置及地基承載力等要求，確定閘底板長10m。(1) 閘底板厚度為：，取t=1.5m。(2) 齒墻具體尺寸見圖3-1。圖3-1 閘底板尺寸圖(3) 鋪蓋長度取35倍的上下游水位差，確定為14m，為方便施工，上游端取0.6m，末端為1.5m，以便和底板連接。為了防止水流沖刷及施工時破壞黏土鋪蓋，在鋪蓋上設置30cm厚的漿砌石保護層，10cm厚的砂墊層。(4) 校核地下輪廓線的長度。根據(jù)以上設計數(shù)據(jù)，實際的地下輪廓線布置長度應大于理論的地下輪廓線長度，通過校核。鋪蓋長度+閘底板長度+齒墻長度=

19、30+15+6.8=54.8(m)>L=47.6(m)，滿足要求。3.2 防滲和排水設計及滲透壓力計算 滲流計算的目的計算閘底版各點滲透壓力；演算地基土在初步擬定的地下輪廓線下的滲透穩(wěn)定性。 計算方法計算方法有直線比例法、流網(wǎng)法和改進系數(shù)法，由于改進阻力系數(shù)法計算結(jié)果精確，采用此種方法進行滲流計算。 計算滲透壓力(1) 地基有效深度的計算判斷地基有效深度Tc為計算值大于實際的地基透水層深度9.3米所以取小值為9.3米。(2)分段阻力系數(shù)的計算通過地下輪廓的各角點和尖端將滲流區(qū)域分成9個典型段，如圖所示：圖3-2 滲流區(qū)域分段圖（單位：m）其中：1、9段為進出口段，用公式計算阻力系數(shù)，3、

20、5、7段為內(nèi)部垂直段，用公式計算其阻力系數(shù)，2、4、6、8段為水平段，用公式計算其阻力系數(shù)。各典型段的水頭損失用公式計算。進出口段的阻力系數(shù)修正用公式 ，阻力修正系數(shù)修正后的進、出口段水頭損失將減小h，計算結(jié)果如表3-1所示：表3-1 各段滲透壓力水頭損失分段編號分段名稱SS1S2TL1hihi進口0.6.0.3970.222水平01.9.1.4271.602垂直1.9.0.1860.186水平00.1.0.0.1270.127垂直1.0.0.1100.110水平1.01.0.0.9310.931垂直1.0.0.110.11水平00.1.0.0.1270.157垂直1.5.0.380.350合

21、計4.H=3.8H=3.8表3-2進出口段的阻力系數(shù)修正表段別STh0hhx進口段0.624.40.3130.2180.4772.517出口段2.522.50.7220.5130.1980.918(3)計算各角點的滲透壓力值.用上表計算的各段的水頭損失進行計算,總的水頭差為正常擋水期的上、下游水頭差3.8m。各段后角點滲壓水頭=該段前角點滲壓水頭此段的水頭損失值，結(jié)果列入表表3-3 閘基各角點滲透壓力值H1H2H3H4H5H6H7H8H9H103.83.581.981.791.661.550.620.510.350(4) 驗算滲流逸出坡降。出口段的逸出坡降: ，小于壤土出口段允許滲流坡降值0.

22、50-0.60（查表得）,滿足要求.閘底板的滲透壓力分布如下圖所示.圖3-3 閘底板下滲透壓力分布圖3.3排水設備的細部構(gòu)造 第三節(jié)排水設備的作用采用排水設備，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。排水的位置直接影響滲透壓力的大小和分布，應根據(jù)閘基土質(zhì)情況和水閘的工作條件，做到既減少滲壓又避免滲透變形。 排水設備的設計(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。排水反濾層一般是由2-3層不同粒徑的砂和砂礫石組成的。層次排列應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。反濾層的材料應該是能抗風化的砂石料，并滿足：被保護土壤的顆粒不得穿過反濾層；

23、各層次的粒不得發(fā)生移動；相鄰兩層間，較小一層的顆粒不得穿過較粗一層的空隙；反濾層不能被阻塞，應具有足夠的透水性，以保證排水暢通；同時還應保證耐久、穩(wěn)定，其工作性能和效果應不隨時間的推移和環(huán)境的改變而變差。 本次設計中的反濾層有碎石、中砂和細砂組成，其中上部為20cm厚的碎石，中間為10cm厚的中砂，下部為10cm厚的細砂。（見圖3-4） (2) 鉛直排水設計。本工程在護坦的中后部設排水孔，孔距為2m，孔徑為10cm，呈梅花形布置，孔下設反濾層。(3) 側(cè)向排水設計。側(cè)向排水布置應根據(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，并應與閘基排水布置相適應，在空間上形成防滲整體。

24、在消力池兩岸翼墻設2-3層排水孔，呈梅花形布置，孔后設反濾層，排出墻后的側(cè)向繞滲水流。 止水設計凡具有防滲要求的縫，都應設止水設備。止水分鉛直止水和止水止水兩種。前者設在閘墩中間、邊墩與翼墻間以及上游翼墻鉛直縫中；后者設在黏土鋪蓋保護層上的溫度沉陷縫、消力池與底板溫度沉陷縫、翼墻和消力池本身的溫度沉陷縫內(nèi)。在黏土鋪蓋與閘底板沉陷縫中設置瀝青麻袋止水。其構(gòu)造見圖3-5。 圖3-4 反濾層構(gòu)造圖 圖3-5 止水詳圖第4章 閘室布置 4.1 閘室尺寸的擬定 閘底板的設計(1) 作用。閘底板是閘室的基礎，承受閘室及上部結(jié)構(gòu)的全部荷載，并均勻的傳給地基，還有防沖，防滲等作用。(2) 形式。常用的有平底板

25、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，沉陷縫設在閘墩中間。(3) 長度。根據(jù)前面設計，以知閘底板長度為10m。(4) 厚度。根據(jù)前面設計，以知閘底板厚度為1.5m。 閘墩設計(1) 作用。分隔閘孔并支撐閘門，工作橋等上部結(jié)構(gòu)，使水流順利地通過閘室。(2) 外形輪廓。 應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，下游墩頭采用流線形。其長度采用與閘底板同長，為60m。(3) 厚度。中墩1.0m縫墩1.2m邊墩0.8m。平面閘門的門槽尺寸應根據(jù)閘門的尺寸確定，檢修閘門槽深0.20m寬0.20m，主門槽深0.3m寬0.8m。(4) 高度。采用三種

26、計算方法，取最大值。根據(jù)計算墩高最大值為5.4m ，根據(jù)水閘設計規(guī)范中規(guī)定，有防洪任務的攔河閘閘墩高程不應低于兩岸堤頂高程，兩岸堤頂高程為61.00m，經(jīng)過比較后取閘墩高度為6.4m. H墩=校核洪水位時水深+安全超高=5+0.4=5.4（m）H墩=設計洪水位水深+安全超高=4+0.5=4.5（m）H墩=正常擋水位水深+h=3.8+0.34+0.3=4.44m，取閘門高度為4.5m。式中h為波浪高度?？p墩尺寸見圖4-1圖4-1 縫墩尺寸詳圖（單位：cm） 工作橋及檢修橋尺寸擬訂(1) 工作橋：工作橋是為拉安裝啟閉機和便于工作人員的操作而設的橋。若工作橋較高可在閘墩上部設排架支承。工作橋設置的高

27、程與閘門尺寸及形式有關。由于是平面鋼閘門，采用固定式卷揚啟閉機，閘門提升后不能影響瀉放最大流量，并留有一定的富裕度。根據(jù)工作需要和設計規(guī)范，設在工作閘門的正上方，用排架支承工作橋，橋上設置啟閉機房。工作橋總寬為4m。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=閘門高+安全超高+吊耳高度=4.5+0.5+0.5=5.5 （m）， 工作橋高程=閘墩高程+排架高+T型梁高=61+5.5+1=67.50（m）。工作橋細部構(gòu)造如圖所示。圖4-2 工作橋細部構(gòu)造圖（單位：cm） (2) 交通橋：交通橋的作用是連接兩岸交通，供車輛和人通行。交通橋的形式可采用板梁式。交通橋的位置應根據(jù)閘

28、室穩(wěn)定及兩岸連接條件確定，布置在下游。僅供人畜通行用的交通橋其寬度不小于3m ；行駛汽車等的交通橋，應按交通部門制定的規(guī)范進行設計，一般公路單車道凈寬為4.5m雙車道為7-9m。本次設計僅供人畜通行用3.8m寬，并設計有人行道安全帶75cm，具體尺寸如圖 圖4-3 交通橋的細部構(gòu)造（單位：cm）(3) 檢修橋：檢修橋的作用為放置檢修閘門，觀測上游水流情況，設置在閘墩的上游端，采用預制T型梁式和活蓋板形式。4.2 閘門和啟閉機 閘門按工作性質(zhì)分為工作閘門，事故閘門和檢修閘門；按材料分鋼閘門，混凝土閘門和鋼絲網(wǎng)水泥按結(jié)構(gòu)分為平面閘門，弧形閘門等。1) 工作閘門高4.5m，寬7m，采用鋼筋混凝土平板

29、閘門，雙吊點，滾輪支承。2) 檢修閘門閘門槽深200mm，寬為200mm。3) 啟閉機選型根據(jù)水工設計手冊，平面直升鋼閘門結(jié)構(gòu)活動部分重量公式，經(jīng)過計算得4.5t，考慮其他因素取閘門自重50kN。(1) 閘門自重：取自重50kN。(2) 初估閘門的啟門力和閉門力：平面閘門的總水壓力，啟門力：閉門力： 由于閘門關閉擋水時，水壓力P值最大，此時閘前水位為3.8m，中型水閘系數(shù)采用0.1，經(jīng)計算啟門力114.9kn,通過閘門自重可關閉閘門，不需要閉門力。查水工設計手冊選用電動卷揚式啟閉機型號QPQ2×8。4.3 閘室的分縫和止水設備水閘沿軸線每隔一定距離必須設置沉陷縫，兼作溫度縫，以免閘室

30、因不均勻沉陷及溫度變化產(chǎn)生裂縫?？p距一般為15-30m，縫寬為2-2.5cm。整體式底板閘室沉陷縫，一般設在閘墩，一孔，兩孔或三孔一聯(lián)為獨立單元，其優(yōu)點是保證在不均勻沉降時閘孔不變形，閘門仍正常工作。 凡是有防滲要求的縫，都應該設止水設備。止水分鉛直和水平兩種，前者設在閘墩中間，邊墩與翼墻以及上游翼墻本身；后者設在鋪蓋，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)。本次設計縫墩寬1.2m縫寬為20mm，取中間三孔為一聯(lián)，兩邊各為兩孔一聯(lián)。止水設備：鉛直止水設在閘墩中間，邊墩與翼墻間采用止水設備。第5章 閘室穩(wěn)定計算5.1 荷載及其組合 設計情況及荷載組合(1) 設計情況選擇：水閘在使用

31、過程中，可能出現(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，這是驗算地基承載力的設計情況。正常擋水期時下游無水，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，是驗算閘室抗滑穩(wěn)定性設計的情況。泄洪期工作閘門全開，水位差較小，對水閘無大的危害，故不考慮此種情況。本次設計地震裂度6度，不考慮地震情況。 (2) 完建無水期和正常擋水期均為基本荷載組合。取中間三孔一聯(lián)為單元進行計算，需計算的荷載見表5-1表 5-1荷載組合荷載組合計算情況荷 載自重靜水壓力揚壓力泥沙壓力地震力浪壓力基本組合完建無水期正常擋水期5.2地基應力驗算 完建無水期荷載

32、計算及地基承載力驗算(1) 荷載計算：荷載計算主要是閘室及上部結(jié)構(gòu)自重。在計算中以三孔一聯(lián)為一單元，省略一些細部構(gòu)件重量，如欄桿，屋頂?shù)?。力矩為對閘門底板上游端點所取。鋼筋砼重度采用25kN/m3，砼重度采用25kN/m3，水重度采用10kN/m3，磚石重度采用18kN/m3，完建無水期的荷載分布圖如圖5-1所示，荷載計算見表5-2。表5-2 完建無水期荷載計算荷 載自重（kN）力臂（m）力矩（kN .m）閘底板10018.8550094中墩2859.75514298.75縫墩1725.2158626.05工作橋853.425.14352.44交通橋747.57.55606.25檢修橋4122

33、.61071.20啟閉機55.865.1284.89啟閉機房7215.13677.10排架6245.13182.4閘門1905.1969合計18207.5492162.08圖5-2 完建無水期荷載分布圖(2) 地基承載力驗算 進行地基承載力驗算，偏心距代入數(shù)值得：根據(jù)荷載計算結(jié)果，采用地基承載力公式：，地基承載力平均值，地基承載力不均勻性驗算公式：得結(jié)論為：完建無水期的地基承載力滿足要求，地基不會發(fā)生不均勻沉陷。 正常擋水期驗算(1) 荷載計算 正常擋水期荷載除閘室自重外，還有靜水壓力、水重，閘底板所受揚壓力由滲透計算中得。由于浪壓力小于靜水壓力的5%，忽略不計。其荷載分布圖如圖所示。荷載計算

34、表見下表。表5-3 正常擋水期荷載計算荷 載名 稱垂直力（kN）水平力（kN）力臂（m）力矩kN.m閘 室自 重18207.5492162.08上游水壓力P11714.041.272176.83P24944.242400.731.283061.50浮 托 力524721.20滲 透壓 力2939.084.0511903.27水 重3992.472.359382.30合 計22200.017883.32106782.7136624.2714316.694114.7770158.24圖5-2 正常當水期荷載分布圖 (2)地基承載力驗算進行地基承載力驗算，偏心距代入數(shù)值得：e=0.1根據(jù)荷載計算結(jié)果

35、，采用地基承載力公式：，地基承載力平均值地基承載力不均勻性驗算公式：得結(jié)論為：完建無水期的地基承載力滿足要求，地基不會發(fā)生不均勻沉陷。5.3 閘室穩(wěn)定驗算閘室抗滑穩(wěn)定計算 閘底板上、下游端設置的齒墻深度為1.0m，按淺齒墻考慮，閘基下沒有軟弱夾層?；瑒用嫜亻l底板與地基的接角面，采用公式進行計算，其中閘底板與地基之間的摩擦系數(shù)，根據(jù)閘址處地層分布可知為中粉質(zhì)壤土，查閘室基礎底面與地基之間的摩擦系數(shù)表得0.35抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)根據(jù)本工程主要建筑物為4級，查表得1.15，經(jīng)計算閘室抗滑穩(wěn)定滿足要求。 抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)代入數(shù)值，進行計算得： 第6章 閘底板結(jié)構(gòu)計算6.1 閘底板不平衡剪力計算 閘底板內(nèi)

36、力計算水閘閘室在順水流方向受力很小，不用配受力筋就可滿足要求。而垂直水流方向受力很大，應配置受力筋。因此，在垂直水流方向取單寬板條（截板為梁）作為梁計算，以其結(jié)果配置受力筋，而順水流方向只配置構(gòu)造筋。1) 計算方法選擇彈性地基梁法認為地板和地基都是彈性體，考慮了底板變形和地基沉降相協(xié)調(diào)，又計入邊荷載的影響，與實際情況相符，該水閘地基為相對緊密度Dr>0.5的砂土地基,因此采用彈性地基梁法進行計算較合適.彈性地基梁法的基本假定是:(1) 地基反力在順水流方向成直線分布(2) 對土層較薄的地基,單位面積上所受的壓力和沉陷成比例.(3) 地基為半無限的連續(xù)彈性體.2) 計算情況選擇完建無水期的

37、水閘不受上下游的水壓力和揚壓力的影響,只受自身重力和地基反力的影響,但自重較大,是計算情況之一;正常擋水期的水閘既受上下游水壓力和揚壓力的影響,又受自身重力和地基反力的影響,且上,下游水位差最大,也是計算情況之一.3) 彈性地基梁法計算底板內(nèi)力1）閘底板的地基反力地基反力分完建無水期和正常擋水期兩種情況，其數(shù)值與地基承載力大小相等，方向相反。故直接采用前邊的計算結(jié)果可知：完建無水期為正常擋水期為2）不平衡剪力計算（1）計算單元的選取。由于底板上的荷載在順水流方向是有突變的，而地基反力是連續(xù)變化的，所以作用在單寬板條及墩條上的力是不平衡的，維持板條及墩條上力的平衡的差值Q=Q1-Q2，稱為不平衡

38、剪力。選取中間三孔一聯(lián)為計算單元，以工作閘門的前緣為分界線分別取兩個脫離體，上游段長4.7m，下游段長5.3m。計算出相應的不平衡剪力。（2）根據(jù)已知條件列表計算見表6-1，不平衡剪力見圖6-1表6-1 不平衡剪力計算荷載名稱完建無水期正常擋水期上游段下游段上游段下游段中墩1344.081515.67縫墩810.85914.36交通橋747.5啟閉機27.9327.93檢修橋412啟閉機房360.5360.5閘門190工作橋426.71426.71排架312312底板4708.845309.96合計8402.919804.638402.919804.63水重3992.47滲透壓力1381.37

39、1157.71浮托力2323.792620.45地基反力8394.0111354.087826.258737.80不平衡力8.91549.45863.973111.32不平衡剪力779.18779.181987.651987.65圖6-1不平衡剪力荷載分布圖 圖6-2 中性軸計算簡圖（3）不平衡剪力的分配： 計 算 中 性 軸 位 置 ： 計 算 簡 圖 如 圖6-2 ：由圖可知： ，所以中性軸位置是：不平衡剪力的分配：不平衡剪力Q應由閘墩及底板共同承擔，由于截面較簡單，采用積分法進行分配。閘墩合并后計算，尺寸如上圖所示。 圖6-3 不平衡剪力墩與板分配圖根據(jù)公式 =+式中不平衡剪力在閘底板上

40、的分配值kN不平衡剪力在閘墩上的分配值kN閘墩和閘底板上總的不平衡剪力kNL中間3孔垂直水流方向的長度，取為24.2me閘墩和底板截面總的型心到底板地面的距離，為2.111mf截面總的型心到底板的距離，為0.61mJ閘墩和底板截面的慣性矩，m4，組合截面其慣性矩為代入值得計算結(jié)果見表6-2。表6-2 閘墩和閘底板上不平衡剪力分配荷載Q板Q墩一個中墩Q一個縫墩Q完建無水期131.34647.84194.35129.57正常擋水期335.031652.62495.79330.526.2 底板板條內(nèi)力計算 單寬板條上荷載計算在閘底板上游段和下游段各取長為一聯(lián)的單寬板條進行計算。上游段長b1=4.7m

41、,下游段長b2=5.3m。板條尺寸及集中荷載P和均布荷載q，如圖6-4所示。集中荷載及分布荷載按表6-3計算，結(jié)果列入表6-4。 圖6-4 單寬板條上荷載分布圖 表6-3 單寬板條簡化荷載計算計算情況段別均布荷載q集中荷載集中荷載完建無水期上游段下游段正常擋水期上游段下游段 表中符號含義如下（重力單位kN）W板 對應上，下游段閘底板重W中墩對應上，下游段一個中墩重W縫墩對應上，下游段一個縫墩重W墩上對應上，下游段閘墩上結(jié)構(gòu)重Q板上，下游段閘底板上的不平衡剪力Q中墩上，下游段中墩上的不平衡剪力a) Q縫墩上，下游段縫墩上的不平衡剪力W滲上，下游段閘底板所受的滲透壓力W浮上，下游段閘底板所受的浮托

42、力W水1多算的水重，值為3.8m高的一個中墩的體積乘以水，為37.28kNW水2多算的水重，值為6.5m高的一個縫墩的體積乘以水，為22.37kNL計算單元長度的一半，為12. 1mL，L扣去兩個中墩厚，值為10.1m表6-4 單寬板條上荷載計算計算情況段別均布荷載q(1m長)(KN/m)集中荷載P1(中墩)(KN)集中荷載P2 (縫墩)(KN)完建無水期上游段42.55290.5168.41下游段40.38219.98116.98正常擋水期上游段45.95173.5290.9下游段11.44256.04143.51 邊荷載的影響及計算方法邊荷載是指計算閘段底板兩側(cè)相臨的閘室或邊墩背后填土及岸

43、墻等作用于計算閘室段上的荷載，邊荷載作用范圍很大，一般只取等于地基梁2L長的范圍內(nèi)的邊荷載進行計算即可。本次設計計算單元為水閘中聯(lián)，則邊荷載為兩邊的閘室對中聯(lián)的內(nèi)力所產(chǎn)生的影響。邊荷載左右各15個。如圖6-5所示，計算結(jié)果見表6-5圖6-5 單寬板條荷載分布圖表6-5 邊荷載匯總表計算情況段別第一個L范圍第二個L范圍完建無水期上游段89.93178.60下游段92.58185.15正常擋水期上游段71.96143.92下游段71.24142.29 正常檔水期。其地基反力見圖。圖6-6 正常擋水期地基反力分布圖上游段地基反力P上=72.53kn/m2，下游段地基反力P下=77.95kN/m2,工

44、作閘門上緣處地基反力P門=71.86kN/m2，則單寬板條的邊荷載為：上游段 q上邊=下游段q下邊= 將q上邊，q下邊轉(zhuǎn)化成集中力緊接閘室段的L范圍內(nèi)轉(zhuǎn)化10個集中力，第二個L范圍內(nèi)轉(zhuǎn)化5個集中力，如下所示： 上游段 P1P10=P11P15=下游段 P1P10=P11P15=6.3 配筋計算 配筋計算及選配鋼筋表6-6閘底板配筋計算M(kN·m)上游段下游段592.81-66.81273.21-285.54h0(mm)14551455145514550.030.0030.0120.0130.030.0030.0120. 0130.15%0.15%0.15%0.15%(mm2)218

45、2.52182.52182.52182.5鋼筋選配422+416422+416422+416422+416實際配筋(mm2)2325232523252325表6-7 鋼筋抵抗彎距段別M R422承擔M R122承擔M R1416承擔M R116承擔M R上游段面層271.0346.4911.6224.566.1底層631.5412.8157.9218.754.68下游段面層304.1819949.75105.1826.3底層291.0519.447.6100.6525.2 具體計算如下：1)上游段(1)底層 4根鋼筋的抵抗彎矩為；則1根鋼筋的抵抗彎矩為； 4根鋼筋的抵抗彎矩為； 1根鋼筋的抵抗彎矩為；(2）面層 4根鋼筋的抵抗彎矩為；則1根鋼筋的抵抗彎矩為； 4根鋼筋的抵抗彎矩為； 1根鋼筋根鋼筋的抵抗彎矩的抵抗彎矩為；2) 下游段(1)底層 4根鋼筋的抵抗彎矩為；則1根鋼筋的抵抗彎矩為； 4根鋼筋的抵抗彎矩為； 1根鋼筋的抵抗彎矩為；(2）面層 4根鋼筋的抵抗彎矩為；則1根鋼筋的抵抗彎矩為； 4根鋼筋的抵抗彎矩為； 1根鋼筋根鋼筋的抵抗彎矩的抵抗彎矩為；(3) 切斷鋼筋由以上結(jié)果可知，為了節(jié)省應切斷鋼筋，其從理論切斷點到實際切斷點的長度為：為受拉鋼筋的最小錨固長度，取30倍的鋼筋直徑。 裂縫校核按建筑結(jié)構(gòu)中的抗彎構(gòu)件進行抗裂也許驗算。由于底板是防滲結(jié)構(gòu)的一