畢業(yè)設(shè)計(jì)灣灣川水電站弧形鋼閘門改造設(shè)計(jì)

1、灣灣川水電站弧形鋼閘門改造設(shè)計(jì)Design of steel radial gate reconstruction of Wanwanchuan Hydropower Station學(xué)生姓名： 譚文博 所在院系： 水利與環(huán)境工程學(xué)院 所在專業(yè)： 水利水電工程 所在班級(jí): 水電1041 指導(dǎo)教師： 任玉珊 教師職稱： 教授 完成時(shí)間： 2014.6.8 長(zhǎng) 春 工 程 學(xué) 院摘 要彎彎川水庫位于吉林省通化市渾江干流上游，溢洪道共設(shè)有15扇弧形閘門，閘門雖然曾經(jīng)過普通防腐處理，但是經(jīng)過二十多年的長(zhǎng)期運(yùn)行，目前閘門腐蝕非常嚴(yán)重。2007年6月10日，將閘門吊起檢查;且2011年1月10日邀請(qǐng)通化市特

2、種設(shè)備檢驗(yàn)中心的專業(yè)技術(shù)人員趕赴現(xiàn)場(chǎng)對(duì)弧形工作閘門進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)（后附壁厚測(cè)定報(bào)告），其中以3#、5#、6#、10#、12#、14#閘門的質(zhì)量問題尤為嚴(yán)重，急待重新改造解決。關(guān)鍵詞灣灣川 露頂式 弧形鋼閘門 水工鋼結(jié)構(gòu) 雙主橫梁框架 支臂AbstractTheWanwanchuanreservoir is located in theupper reaches oftheriverinTonghuacity of Jilin Province,The spillwayradial gatewith a total of 15fan,although the gateshave beencommo

3、nantiseptic treatment.Butafter long term operationof more than 20 years,thegate isvery severe corrosion.at June 10, 2007,Gatehoistinspection;professional and technical personnelandJanuary 10, 2011 invitedTonghua special equipmentinspection centerrushed to the sceneto carry out quality inspection ofr

4、adial gate(wall thicknessmeasurementreportattached),Thequality problems of 3#，5#，6#，10#，12#，14#gateis particularly serious,need to beretransformation solution.KeywordsWanwanchuan Reservoir，Emersed，Radial steel gate，Hydraulic steel structure，Doublemain beamframe，Arm目 錄前言1灣灣川水庫弧形鋼閘門改造設(shè)計(jì)說明書1、基本概況22、目的及

5、意義22.1、目的22.2、意義23、改造設(shè)計(jì)分析33.1、閘門的腐蝕情況33.2、閘門的強(qiáng)度條件33.3、閘門的剛度條件33.4、閘門埋件報(bào)廢條件34、設(shè)計(jì)要求45、設(shè)計(jì)依據(jù)45.1、水庫特性指標(biāo)45.2、材料容重45.3、地質(zhì)參數(shù)55.4、設(shè)計(jì)安全系數(shù)55.5、規(guī)范、規(guī)程56、工程總資料67、基本結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)68、設(shè)計(jì)內(nèi)容78.1、閘門初擬78.1.1、閘門尺寸及布置 78.2、框架形式及布置88.2.1、面板88.2.2、主框架選擇88.3、主橫梁布置98.3.1、實(shí)腹截面主橫梁98.3.2、橫桁架主橫梁98.4、次橫梁布置118.4.1、頂、底橫梁118.4.2、小橫梁118.5、縱梁布置

6、118.5.1、跨中縱梁118.5.2、啟吊縱梁118.5.3、邊縱梁118.6、支臂128.6.1、支臂與主梁鏈接 128.6.2、支臂與鉸鏈鏈接128.7、行走支承、止水、鏈接等零部件138.7.1、行走支承 138.7.2、側(cè)向滑輪 138.7.3、止水 148.7.4、鏈接鉸鏈158.7.5、上下支臂間的支承桁架158.7.6、支臂與主橫梁連接168.7.7、吊耳16結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算說明書171、計(jì)算提要172、荷載計(jì)算173、結(jié)構(gòu)計(jì)算193.1、面板弧長(zhǎng)193.2、面板厚度計(jì)算193.3、主框架位置203.4、水平次梁213.4.1、荷載及內(nèi)力213.4.2、水平次梁的強(qiáng)度驗(yàn)算 253.

7、4.3、剪力驗(yàn)算 273.5、頂梁和底梁273.6、主框架273.6.1、荷載273.6.2、截面選擇293.6.3、整體穩(wěn)定性與撓度驗(yàn)算323.6.4、截面改變323.7、中部垂直次梁（隔板）343.7.1、荷載及內(nèi)力353.8、邊梁383.8.1、彎曲應(yīng)力393.8.2、剪應(yīng)力393.9、支臂403.9.1、支臂框架計(jì)算413.9.2、彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定驗(yàn)算433.9.3、彎矩作用平面外的穩(wěn)定驗(yàn)算433.10、啟閉力的計(jì)算443.10.1、閘門閉門力的計(jì)算453.10.2、閘門啟門力的計(jì)算453.11、閘門支鉸的計(jì)算463.11.1、支鉸采用圓柱形支鉸則473.11.2、鉸軸計(jì)算484、

8、局部構(gòu)件鏈接及穩(wěn)定計(jì)算494.1、鉸鏈與支臂的連接計(jì)算494.2、鉸座計(jì)算494.2.1、底板厚度504.2.2、面板與梁格的鏈接504.3、支臂與主橫梁連接計(jì)算514.4、主梁局部穩(wěn)定性計(jì)算524.4.1、支座處524.4.2、再從剪力最大梁格535、零部件設(shè)計(jì)535.1、行走支承535.2、側(cè)向滑輪555.3、止水裝置555.4、啟吊零部件設(shè)計(jì)565.4.1、吊軸和吊耳板驗(yàn)算565.4.2、吊耳孔壁拉應(yīng)力按下式計(jì)算575.5、上下支臂間的支承桁架586、主要構(gòu)件計(jì)算結(jié)果總結(jié)58結(jié)語59參考文獻(xiàn)60謝辭61附錄62水環(huán)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）誠信承諾書 1.本人鄭重地承諾所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

9、，是在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下嚴(yán)格按照學(xué)校和學(xué)院有關(guān)規(guī)定完成的。2.本人在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中引用他人的觀點(diǎn)和參考資料均加以注釋和說明。3. 本人承諾在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）選題和研究?jī)?nèi)容過程中沒有抄襲他人研究成果和偽造相關(guān)數(shù)據(jù)等行為。4. 在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中對(duì)侵犯任何方面知識(shí)產(chǎn)權(quán)的行為，由本人承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作者簽名： 年 月 日水工建筑物課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書第一節(jié) 設(shè)計(jì)基本資料1.1概述本工程是西通河灌區(qū)第一集抽水站的攔河閘，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。1.2規(guī)劃數(shù)據(jù)閘址附近，河道順直，河道橫部面接近梯形，底

10、寬18m，邊坡1：1.5，河底高程195.00m,兩岸地面高程199.20m。斷面尺寸如圖1.1所示：圖1.11.2.1孔口設(shè)計(jì)水位、流量根據(jù)規(guī)劃要求，在正常蓄水時(shí)下泄流量為，上游水位為H正=198.0m，此時(shí)對(duì)應(yīng)的下游水位，在校核洪水時(shí)灌區(qū)下泄流量為，此時(shí)的相應(yīng)上游校核水位為，相應(yīng)閘下游水位，在設(shè)計(jì)灌溉區(qū)期下泄流量，此時(shí)對(duì)應(yīng)的上游水位，閘下游水位為。 1.2.2閘身穩(wěn)定計(jì)算水位組合A.設(shè)計(jì)情況：上游水深,下游水深B.校核情況：上游水深,下游水深1.2.3消能防沖設(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，相應(yīng)的上游水位是, 閘下游水位，則相

11、應(yīng)的上游水深,下游水深。下游水位流量資料表1-1所示:H下(m）195.00196.00197.00197.50198.00198.15198.50198.65Q(m3/s)0.008.6327.9641.0755.4061.4073.9879.70水位流量資料如下表1-2所示：運(yùn)用情況上游水位（m）下游流量（）正常蓄水198.000.00設(shè)計(jì)洪水198.3661.40校核洪水198.9079.701.3地質(zhì)資料根據(jù)土工試驗(yàn)資料，所得閘基河床地質(zhì)資料柱狀圖如圖1.2所示：圖1-2其關(guān)系如表1-3所示；層序高程（m）土質(zhì)概況195.00191.80細(xì)砂191.8183.32中砂183.32粘土閘

12、址附近缺少粘性土料，但有足夠量的混凝土骨料和砂料。閘基細(xì)砂及墻后回填砂料土工實(shí)驗(yàn)資料如下表1.4所示：材料/項(xiàng)目天然容重飽和容重內(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砂土料18.2020.21320150.62細(xì)砂容許承載力為，其與混凝土底板之間的摩擦系數(shù) 。1.4閘的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)水閘設(shè)計(jì)規(guī)范SL2652001，該閘按四級(jí)建筑物設(shè)計(jì)。1.5其他資料（1）、閘上交通要求，根據(jù)當(dāng)?shù)亟煌ú块T的建議要求，閘上交通為單車道，按汽設(shè)計(jì)，帶校核。橋面凈寬，總寬 。（2）、閘門采用平板鋼閘門，有3米、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，故不考慮地震的

13、影響。（4）、閘址附近河道有干砌石護(hù)坡。（5）、多年平均最大風(fēng)速為，吹程為0.15公里。第二節(jié) 樞紐布置2.1攔河閘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，每孔凈寬3.0m，閘門頂部高程199.50 m。閘門高出邊緣線0.3m。2.2閘室段的布置閘底板為倒形布置，材料采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，底板中央設(shè)縫，板長(zhǎng)15m，厚1.2m。閘墩材料采用鋼筋混凝土材料，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)15m，中墩厚1.3m，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)?.0m，檢修橋?qū)?.5m，閘門采用露頂式平面鋼閘門，尺寸，啟閉設(shè)備采用卷場(chǎng)式啟閉機(jī)，公路橋設(shè)在下游，總寬4

14、.4m。2.3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，墻厚填土高程199.20m，翼墻底板厚0.6m，同樣采用鋼筋混凝土材料。鋪蓋與翼墻上游齊平，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)13.0m，厚0.5m，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。2.4下游連接段布置閘室下游布置消力池、海漫、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

15、水。采用漿砌石作為海漫的材料，其長(zhǎng)度為16m，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6.0m長(zhǎng)的漿砌石水平段，其頂面高程與護(hù)坦齊平，在海漫后半段做成1:1.5的斜坡，以使水流均勻擴(kuò)散，調(diào)整流速分布，保護(hù)河床不收沖刷。取防沖槽深度為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。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。第三節(jié) 水力計(jì)算水力設(shè)計(jì)的計(jì)算主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)容，即閘孔設(shè)計(jì)和消能防沖設(shè)計(jì)。3.

16、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。3.1.1閘室結(jié)構(gòu)形式該閘建在天然渠河道上，故宜采用開敞式閘室結(jié)構(gòu)3.1.2堰型選擇及堰頂高程的確定該閘建在少泥沙的天然河道上，但有足夠數(shù)量混凝土骨料和砂料的閘址上，宜采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便，自由出流范圍較大的無坎寬頂堰，考慮到閘基持力層是粘土，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)，擬閘底板頂面（即堰頂）與西通河河底齊平，高程為195.00m 。3.1.3孔口尺寸的確定（1）初擬閘孔尺寸，該閘的尺寸必須滿足攔洪灌溉的要求，以及泄洪的要求。1）設(shè)計(jì)情況：在設(shè)計(jì)情況下： 、上游水、下游水深、下泄流量則

17、上游行近流速：根據(jù)和斷面尺寸：其中b為河道寬：b=18m ，m為邊坡率：m=1.5 （取1.0則,故屬于淹沒出流。2）校核情況：在校核情況下：、上游水、下游水深、下泄流量 則上游行近流速：根據(jù)和斷面尺寸：其中b為河道寬：b=18m m為邊坡率：m=1.5 取1.0則 , 故屬于淹沒出流。則由以上結(jié)果可得，則按無坎寬頂堰淹沒出流計(jì)算 H=198.9-195=3.9m H=198.9DEFINED(195) # #,#0 由寬頂堰沒出流公式： 則查SL-265-2001,附錄A.01，查得淹沒系數(shù)，對(duì)無坎寬頂堰： ，假設(shè)側(cè)收縮系數(shù)圖3-1在設(shè)計(jì)情況下：由公式 在校核情況下：由B01 和 B02比較

18、得，取凈寬較大的值，則取B02 =8.73。取整為9.0取水閘為3孔，每孔寬度b=3.0，總凈寬B=3b=9.0。3）復(fù)核過閘流量根據(jù)擬定的閘孔尺寸凈寬B=9.0，則由此得：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b=3.0m，2個(gè)中墩各厚d=1.3m，邊墩厚度為1.0m，閘孔總凈寬，閘室總寬度。3.2消能防沖設(shè)計(jì)消能防沖設(shè)計(jì)包括消力池，海漫設(shè)計(jì)及防沖槽等三部分3.2.1 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Q=79.7，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8.63；待下

19、游水位穩(wěn)定后，開度增大至設(shè)計(jì)流量61.40；最后待下游水位穩(wěn)定后，再增大開度至最大下泄流量79.70。當(dāng)泄流量為時(shí)：上游深；下游水深則采用前一級(jí)開度（即Q=0）時(shí)的下游水深h=0m；則上游行近流速：由于，則可以忽略不計(jì)假設(shè)閘門的開度e=0.185，e/H=0.185/3.9=0.0470.65，則為孔流，利用內(nèi)插法查水力學(xué)垂直收縮系數(shù) QUOTE =0.61288則： 則 為遠(yuǎn)離式水躍，故需要設(shè)消力池由查SL265-2001表A.3-2得孔流淹沒系數(shù)，因此有式中 孔流流量系數(shù)。因此 該值與要求的流量十分相近，故所假定的閘門開度正確。以同樣的方法，則分級(jí)開啟時(shí)61.4、79.7時(shí)的閘門開度，并計(jì)

20、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，則可以判別是需要設(shè)消力池，其水面連接計(jì)算見表2.1所示表2.1水面連接計(jì)算序號(hào)Q(m3/S)e（m）hc(m)hC”（m）t（m）水面連接情況18.630.1850.61290.1130.960.00遠(yuǎn)離式水躍261.41.460.630.922.123.00淹沒式水躍379.71.980.6471.282.243.15淹沒式水躍（2）消力池的設(shè)計(jì)池深計(jì)算：根據(jù)表2.1的計(jì)算，以下泄流量作為確定消力池長(zhǎng)度的計(jì)算依據(jù)。依據(jù)SL265-2001,附表B1.1,則計(jì)算出消力池的相關(guān)參數(shù):圖3-2其中 QUOTE 為出池落差、h“s為出池河床水

21、深、 QUOTE 為水流動(dòng)能校正系數(shù)取1.0。則： 則計(jì)算出消力池池深d=0.01m，但為了穩(wěn)定泄流時(shí)的水流，根據(jù)規(guī)范取池深d=0.5m。消力池長(zhǎng)度計(jì)算:由前面的計(jì)算，以下泄流量8.63作為確定消力池長(zhǎng)度計(jì)算的依據(jù)。略去行進(jìn)流速v0，則： T0=H+d=3.9+0.5=4.4根據(jù)公式： 其中：， ， 即則得到： QUOTE 由此：由此水躍長(zhǎng)度 ： 消力池與閘地板以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)取消力池長(zhǎng)度為 消力池底板厚度計(jì)算：根據(jù)抗沖要求：式中q為單寬流量q=0.74 H為閘孔泄水是的上下游最大水位差H=3.0m，k1為消力池底板厚度計(jì)算系數(shù)，取k1=0.180

22、則：計(jì)算的t=0.204m0.5m 故取消力池池底厚度取t=0.5m 由此得到，取消力池底板厚為0.5m，前后等厚。為減小作用在護(hù)坦底板上的揚(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，排水孔徑取d=0.2m，間距L=2m，呈梅花形排列，為使出閘水流在池中產(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)。3.3 海漫的設(shè)計(jì)3.3.1海漫長(zhǎng)度的計(jì)算：海漫的長(zhǎng)度計(jì)算由式： QUOTE 式中q為單寬流量q=0.76 H為閘孔泄水是的上下游最大水位差H=2.9m，kS為海漫長(zhǎng)度計(jì)算系數(shù)，由于河床為細(xì)砂 取k1=14.0則因此取海漫的長(zhǎng)度為L(zhǎng)P=16.0m3.3.2海漫的布

23、置與構(gòu)造采用漿砌石作為海漫的材料，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6.0m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)整流速分布，保護(hù)河床不收沖刷。3.4 防沖槽的設(shè)計(jì)圖3-3取防沖槽深度為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3-3第四節(jié) 防滲排水設(shè)計(jì)4.1地下輪廓設(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)4.1.1底板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)

24、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，L必須大于交通橋?qū)挕⒐ぷ鳂?、工作便橋及其之間間隔的總和，即取L0=15.0m。（2）底板厚度d:根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，初擬底板厚度d=1.0m（3）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)砂地基，抵抗?jié)B流變形的能力較差，滲流系數(shù)也較大，由此得在底板兩端分別設(shè)置不同深度的板樁，由于一般為水頭的（0.61.0）倍，有水頭大小可知，上游端設(shè)板樁深為3m，下游端不設(shè)板樁。4.1.2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

25、取鋪蓋L=13.0m，鋪蓋厚度為0.5m。鋪蓋上游端設(shè)0.5m深的小齒墻，其頭部不再設(shè)防沖槽，為了防止上游河床的沖刷，鋪蓋上游設(shè)塊石護(hù)底，厚為0.3m，其下設(shè)0.2m厚的砂石墊層。4.1.3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，從邊墩開始向上游延伸一定距離后，以半徑為7.0米的圓弧插入岸墻。4.1.4排水、止水為了減小作用于閘底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，下游翼墻之間的永久性縫中，均以設(shè)以銅片止水，閘底板與消力池，消力池與下游翼墻之間的永久性分縫，雖然沒有防滲的要求，但是為了防止閘基與土墻后填土被水

26、流帶出，縫中鋪設(shè)貼瀝青油氈。4.1.5防滲長(zhǎng)度驗(yàn)算 算閘基防滲的計(jì)算必須的防滲長(zhǎng)度滿足:圖4-1L=CHH為上下游最大水位差，則H=3.0m,C為允許滲徑系數(shù)值，由于為砂性土則取C=9.0。得最小允許防滲長(zhǎng)度L=CH=3.09.0=27.0m。則地下輪廓布置見圖4-1。實(shí)際閘基防滲長(zhǎng)度L：則L=38.2mL=27.0m ,閘基防滲長(zhǎng)度滿足要求4.2滲流計(jì)算采用改進(jìn)阻力系數(shù)法進(jìn)行滲流計(jì)算4.2.1 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，可以將它們簡(jiǎn)化成短板的形式如下圖4-2：4.2.2 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

27、。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)化圖知：地下輪廓的水平投影長(zhǎng)度L0=13+15=28m;地下輪廓的垂直投影長(zhǎng)度S=S1-1.0=6.0-1.0=5m。 L0/ S0=28/5=5.65,故地基的有效深度Te=0.5 L0=0.528=14m。而地基的實(shí)際計(jì)算深度T=195.0-183.32=11.68m,則TTe，故地基的實(shí)際計(jì)算深度T=11.68m。圖4-24.2.3 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)域分成8個(gè)典型段。如上圖1、8段為進(jìn)出口段，2、4、5、7則為內(nèi)部垂直段，3、6、二段為內(nèi)部水平段。則相關(guān)計(jì)算的數(shù)據(jù)見下表4-1：各流段

28、阻力系數(shù)為 流段阻力系數(shù)為段號(hào)ST或L進(jìn)口段和出口段1111.680.4798211.680.547內(nèi)部垂直段20.511.180.04544.511.180.43354.010.680.39871.010.680.094內(nèi)部水平段3S1=0.5S2=4.5T=11.18L=13.00.8506S1=4.0S2=1.0T=10.68L=15.01.077則4.2.4 滲透壓力計(jì)算：(1)設(shè)計(jì)洪水情況下：H=198.36-195.00=3.36m。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.各流段的水頭損失的計(jì)算 QUOTE ,則得h1 =（0.479/3.750）3.36=0.4

29、29m h2 =（0.045/3.750）3.36=0.040mh3 =（0.850/3.750）3.36=0.762m h4 =（0.433/3.750）3.36=0.388m h5 =（0.398/3.750）3.36=0.357m h6 =（1.077/3.750）3.36=0.848mh7 =（0.094/3.750）3.36=0.084m h8 =（0.547/3.750）3.36=0.490mB.進(jìn)出口段進(jìn)行必要的修正：進(jìn)出口修正系數(shù) QUOTE 為T=11.18m , T =11.68m S=1m則得: QUOTE =0.69 QUOTE =1.0 故需要修正進(jìn)水口段水頭損失的修

30、正為：h1= QUOTE h1=0.690.429=0.296m進(jìn)口段水頭損失的修正量為：h= h1h1=0.429-0.296=0.133m修正量應(yīng)轉(zhuǎn)移給相鄰各段h=0.040+0.040=0.080h=0.762+（0.1330.040）=0.855m同樣對(duì)出口段修正如下T=10.68m T=11.68m S=2m則得: QUOTE =0.849 QUOTE =1.0 故亦需要修正出口段的水頭損失修正為h8= QUOTE h=0.8490.479=0.407m進(jìn)口段水頭損失的修正量為：h= h8h8=0.479-0.407=0.072mC.計(jì)算各角點(diǎn)的修正后的滲壓水頭：由上游進(jìn)口段開始，逐

31、次向下游從作用水頭值H中相繼減去各分段的水頭損失值，即可求得各角隅點(diǎn)的滲壓水頭值：H1 = 3.360mH2= H1-h1=3.360-0.296=3.064mH3= H2-h2 =3.064-0.039=3.025mH4= H3-h3=3.025-0.855=2.170mH5= H4-h4 =2.170-0.388=1.782mH6= H5-h5 =1.782-0.357=1.425mH7= H6-h6 =1.425-0.850=0.578mH8= H7-h7=0.578-0.158=0.416mH9= H8-h8=0.416-0.416=0.000m圖4-3D作出滲透壓力分布圖：根據(jù)以上算

32、得滲壓水頭值，并認(rèn)為沿水平段水頭損失呈線形變化，則作出設(shè)計(jì)洪水位是滲透壓力分布圖，如圖4-3所示:單位寬度底板所受滲透壓力：?jiǎn)挝粚掍伾w所受的滲透壓力：（2）同樣的步驟可計(jì)算出校核情況下的滲透壓力分布，即 H=3.9m H1 =3.900mH2 =3.627m H3 =3.593m H4 =2.686m H5 =2.172mH6 =1.782m H7 =0.673m H8 =0.486m H9 =0.00m根據(jù)以上計(jì)算作出校核洪水位是滲透壓力分布圖,如圖4-4：圖4-4單位寬度底板所受滲透壓力：?jiǎn)挝粚掍伾w所受的滲透壓力：4.3抗?jié)B穩(wěn)定驗(yàn)算閘底板水平段的平均滲透坡降和出口處的平均逸出坡降：閘底板水

33、平段的平均滲透坡降 QUOTE 為：、設(shè)計(jì)情況下：則 QUOTE =0.057 QUOTE =0.070.10 (查水閘設(shè)計(jì)規(guī)范得)、校核情況下：則 QUOTE =0.074 QUOTE =0.070.10 (查水閘設(shè)計(jì)規(guī)范得)滲流出口處的平均逸出坡降J為:、設(shè)計(jì)情況下：則 QUOTE QUOTE =0.208 QUOTE QUOTE =0.300.35 (查水閘設(shè)計(jì)規(guī)范得)、校核情況下：則 QUOTE QUOTE =0.243 QUOTE QUOTE =0.300.35 (查水閘設(shè)計(jì)規(guī)范得)閘基的防滲滿足抗?jié)B穩(wěn)定的要求。第五節(jié) 閘室布置與穩(wěn)定計(jì)算5.1 閘室結(jié)構(gòu)布置閘室結(jié)構(gòu)布置主要包括底板、

34、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。5.1.1 底板底板的結(jié)構(gòu)、布置、構(gòu)造已經(jīng)在上一節(jié)計(jì)算布置，在此不用多說明。5.1.2 閘墩閘墩順?biāo)较虻拈L(zhǎng)度取與底板相同，取15.0m。閘墩為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，中墩厚均為1.3m。邊緣與岸墻分開布置，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)或校核洪水位加波浪計(jì)算高度加安全超高。即：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：設(shè)計(jì)洪水位的超高計(jì)算：1=3.36+0.2+0.5=4.06m校核洪水位的超高計(jì)算：2=3.90+0.2+0.4=4.5m其安全超

35、高查SL265-2001，表4.2.4得，泄水時(shí)：設(shè)計(jì)洪水位時(shí)為0.5m。校核洪水位時(shí)為0.4m。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=199.5m。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。由于校核洪水位時(shí)下游最高水位=198.65m，由此取閘墩下游部分的頂部高程為=199.3m，則在下游閘墩部分?jǐn)R置公路橋，橋面高程為=200.30m，橋面凈寬為4.0m。閘墩上設(shè)兩道門槽（檢修門槽和工作門槽），檢修門槽在上游，槽深為0.2m，寬0.4m，工作槽槽深為0.40m，寬0.5m。具體位置見圖5-4。下游不設(shè)檢修門，閘墩上下游頭部均為半圓形，具體見圖5-1。圖

36、5-15.1.3 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。 5.1.4 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199.5m，閘門高位4.4m，門寬為3.0+20.35=3.7m,查SL265-2001，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式: 初估閘門自重。 G為門重，；對(duì)于工作閘門；，1H/B2,；，。則得門自重,為滿足要求則取門重G=29KN。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，初估計(jì)啟門力FQ=（0.10.2）P+1.2G，閉門力（0.10.2）P-0.9G。則P為作用在門上的總水壓力（見圖5-2），不計(jì)浪壓力的影響，作用在每米寬門上游

37、面的水壓力作用在每米寬門上游面的水壓力則門上總的水壓力為：當(dāng)處于開啟狀態(tài)時(shí)：當(dāng)處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)：Fw0，表示閘門能靠自重關(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FQ=79.56kN，初選單吊點(diǎn)卷揚(yáng)式啟閉機(jī)QPQ-16，其機(jī)架外輪廓寬J=1473mm。（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)布置的要求，且兩側(cè)應(yīng)留有足夠的操作寬度。其寬度B啟閉機(jī)寬度+2欄桿柱寬+2欄桿外富裕寬度+2操作寬度1.473+21.0+20.2+20.1=4.073m，故取工作橋凈寬4.0m工作橋?yàn)榘辶菏浇Y(jié)構(gòu)，預(yù)制裝配，兩根主梁高0.8m，寬0.4m，中間活動(dòng)鋪板厚60mm。其結(jié)構(gòu)見圖5-3。 圖5

38、-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?biāo)鞣较虻拈L(zhǎng)度為2.2m，則排架高= 門高+富裕高度=4.5+0.6=5.1m，其頂部高程為204.60m。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4.0m。5.1.5 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。5.1.6 交通橋 在閘

39、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)造及尺寸見上節(jié)。5.2 閘室穩(wěn)定計(jì)算 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5-4：5.2.1 荷載計(jì)算（1）完建期的荷載.完建期的荷載主要包括閘地板重力G1，閘墩重力G2，閘門重力G3、工作橋及啟閉機(jī)設(shè)備重力G3、公路橋重力G5和檢修便橋重力G6、取鋼筋混凝土的容重為25KN/m3。底板重力G1為：圖5-4閘墩重力G2：則每個(gè)中墩重：每個(gè)閘室單元有兩個(gè)中墩，則：G2=2G2=22096.98=4193.96kN、閘門重G3=29kN，則兩個(gè)閘門重G3=58kN工作橋重力G4： 考慮到欄桿及橫梁重力等，取QP

40、Q-16啟閉機(jī)機(jī)身重16.67kN，考慮到混凝土及電機(jī)重，每臺(tái)啟閉機(jī)重20KN,啟閉機(jī)重力G4”=220=40.0kN公路橋重力G5:考慮到欄桿重,則公路橋重為: G6=650kN檢修便橋重力G6：考慮到欄桿及橫梁重力等去檢修橋重: G6=75kN完建情況下作用荷載和力矩計(jì)算見下表5-1：表5-1 完建情況下作用荷載和力矩計(jì)算表(對(duì)底板上端B點(diǎn)求力矩)部位重力(KN)力臂(m)力矩(KNm)底板3780.007.528350.00閘墩149.320.4160.6216383.455651.102263.9510.323318.69142.6814.592082.27閘門586348工作橋391

41、62346啟閉機(jī)406240公路橋60010.36180檢修便橋753.55266.25合計(jì)9137.9568842.93（2）設(shè)計(jì)洪水情況下的荷載。在設(shè)計(jì)洪水情況下,閘室的荷載除此之外,還有閘室內(nèi)水的重力、浪壓力、水壓力、揚(yáng)壓力等。圖5-5閘室內(nèi)水重:水平水壓力:首先計(jì)算波浪要素。有設(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：波浪破碎的臨界水深: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：P1=0.51.459.81(0.2+0.04+1.45)8.6+0.5(3.36+0.3+1.45)9.812.218.6=566.26kN

42、（）P2=0.5（2.496+3.804）9.818.61.9=493.18kN（）P3=0.50.728.69.81=20.19kN（）P4（）浮托力：F=0.5(1+2) 21.9.818.6+1108.69.81+2218.69.81=1400.87kN()滲透壓力: ()設(shè)計(jì)洪水情況下的荷載圖見（圖5-5）, 設(shè)計(jì)洪水情況下的荷載計(jì)算見 (表5-2，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5-2 設(shè)計(jì)洪水情況下荷載和力矩計(jì)算對(duì)B點(diǎn)取矩荷載名稱豎向力（kN）水平力（kN）力 臂（m）力矩（kNm）閘室結(jié)構(gòu)重力9137.9568842.93上游水壓力100.964.43447.25465

43、.32.841321.45493.180.81401.56下游水壓力20.191.5330.89174.670.5290.83浮托力1400.877.510506.52滲透壓力693.437.55200.72584.6652923.3水重力1137.182.442274.72合計(jì)10275.132678.961059.44194.8673287.9118752.267596.17（）864.58（）54535.65（）（3）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、浪壓力、揚(yáng)壓力。閘室內(nèi)水重: 水

44、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： 浮托力：F=0.5(1+2)219.818.6+1108.69.81+2218.69.81=1400.87kN()滲透壓力:校核洪水情況下的荷載圖見（圖5-5）, 校核洪水情況下的荷載計(jì)算見 (表5-2，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5-3 校核洪水情況下荷載和力矩計(jì)算對(duì)B點(diǎn)取矩荷載名稱豎向力（kN）水平力（kN）力臂力矩（kNm）（m）閘室結(jié)構(gòu)重9137.9568842.93上游水壓力100.965.21526640.183.662343.06543.440.72388.99下游水壓

45、力20.191.5330.89179.540.5293.36浮托力1400.877.512236滲透壓力805.97.56044.25678.6533.93水重力1228.1142.83448.72合計(jì)10366.0642885.371284.58199.7375549.720068.027480.6941084.85555471.685.2穩(wěn)定計(jì)算5.2.1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，G=9137.95kN，M=68842.93kN.m，B=15.0m，A=158.6=126m2,則地基承載力驗(yàn)算。由上可知?jiǎng)tP=150kpa72.52kpa，地基承載力滿足

46、要求。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)情況：閘室基底壓力計(jì)算由表5-2可知，G=7596.17kN，M=54535.65kN.m, P=864.58kN 地基承載力驗(yàn)算。由上可知?jiǎng)tP=150kpa61.98kpa，地基承載力滿足要求。不均勻系數(shù)計(jì)算： 基底壓力不均勻系數(shù)滿足要求。閘室抗滑穩(wěn)定分析：臨界壓應(yīng)力由所給資料，和查SL265-2001得：其中A=4，B=15m, QUOTE QUOTE =220，C=0,f=0.35，則 QUOTE =262.05kpa QUOTE =66.44kpa，故室不會(huì)發(fā)生深層滑動(dòng)，僅需作表層抗滑穩(wěn)定分析。閘室穩(wěn)定性滿足要求。(2）校核

47、情況：閘室基底壓力計(jì)算由表5-3可知，G=748.69kN，M=555471.68kN.m ,地基承載力驗(yàn)算。由上可知?jiǎng)tP=150kpa59.37kpa，地基承載力滿足要求。不均勻系數(shù)計(jì)算： 基底壓力不均勻系數(shù)滿足要求。由于則 QUOTE =114.54kpa QUOTE =61.39kpa，故室不會(huì)發(fā)生深層滑動(dòng)，僅需作表層抗滑穩(wěn)定分析。閘室穩(wěn)定性同樣滿足要求。由此得，閘室的穩(wěn)定計(jì)算都滿足所給條件的，故以上閘室的布置滿足設(shè)計(jì)的要求。第六節(jié) 閘室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6.1 閘墩設(shè)計(jì)順?biāo)较虻拈L(zhǎng)度取與底板相同，取15m。閘墩為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，中墩厚均為1.2m。邊緣與岸墻合二為一，采用重力式結(jié)構(gòu)。閘墩上游部分

48、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+0.2+0.5=4.06m校核洪水位的超高計(jì)算：2=3.90+0.2+0.4=4.5m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?，而其上設(shè)有排架擱置公路橋。初擬定閘墩下游部分頂部高程為199.3m，其上設(shè)3根0.7m0.67m，高1.8m的柱子，柱頂設(shè)0.7m0.7m，長(zhǎng)4.7m的小橫梁，梁頂高程即為8.5+1.8+0.7=11.0。下游閘墩上擱置公路橋，橋面高程為200.3

49、m，與兩岸大堤齊平。閘墩上設(shè)檢修門槽和工作門槽，檢修門槽在上游，槽深為0.2m，寬0.4m，工作槽槽深為0.4m，寬0.5m。具體位置見圖。閘墩上下游均為半圓形，其半徑為0.55m。6.2底板結(jié)構(gòu)計(jì)算采用彈性地基梁法對(duì)底板進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。6.2.1 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。6.2.2閘基的地基反力

50、計(jì)算在上節(jié)計(jì)算中地基應(yīng)力Pmax、Pmin時(shí)，求的時(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Pmax=73.51kpa（上游端），Pmin=69.32kpa（下游端）（2）校核洪水情況。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A點(diǎn)求矩）荷載名稱豎向力水平力力臂力矩閘室結(jié)構(gòu)9137.9568842.93上游水壓力100.964.21425.04640.182.661702.88233.130.2353.62下游水壓力20.190.5310.7179.540.4886.18浮托力1400.877.510506.52滲透壓力805.97.56044.25678.653393閘室內(nèi)水重力1228.1143438.72合計(jì)10366.642885.371284.94199.7374455.1920040.657480.691085.2154414.546.2.3 不平衡剪力及剪力分以閘門的上部邊緣為界，將閘室分為上、下游段，各自承擔(dān)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荷載名稱完建情況下校