《莎車縣阿克蘇支渠水閘設(shè)計》16000字（論文）

莎車縣阿克蘇支渠水閘設(shè)計摘要 第2章水閘總體布置2.1閘室布置本設(shè)計為節(jié)制閘，水閘中心線的布置應(yīng)考慮閘室及兩岸建筑物的均勻、對稱，設(shè)計水閘中心線與河道中心線正交。閘室為整體澆筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，順?biāo)鞣较蜷L8m，單孔，初擬孔口尺寸3m×3m（寬×高）。閘室材料采用C30鋼筋混凝土，墊層采用C15混凝土，厚0.1m。閘門為平面鋼閘門，1扇，啟閉機選用160kN固定卷揚機1臺。進(jìn)口段包括進(jìn)口護(hù)砌段和漸變段，總長25m。出口段由消力池段和海漫段組成。閘底板厚0.6m，閘底板設(shè)0.5m厚的齒墻，邊墩厚1m，閘底板高程46.30m。閘墩順?biāo)鞣较蜷L度設(shè)計為與底板相同的尺寸，8m。閘墩的厚度設(shè)計為1.0m。墩頂高程為51.30m。閘門凈寬b0設(shè)計為3.0m，故門槽寬W設(shè)計為0.30m，門槽深D設(shè)計為0.12m圖2-1閘墩平面輪廓圖（單位：mm）2.2防滲排水布置閘室段底部擬采用的是厚0.5m的C30鋼筋混凝土外加厚0.1m的C15混凝土墊層，且土基不設(shè)防滲帷幕與防滲墻以及板樁，所以閘底板的總厚度設(shè)計為0.6m。為了保證閘室的抗滑穩(wěn)定，采用深齒墻，厚0.5m，其他部分齒墻厚度0.3m。取鋪蓋長度為5m，采用鋼筋混凝土鋪蓋，鋼筋混凝土鋪蓋厚度一般不小于0.4~0.5m,取0.5m，與底板連接的一端加厚至0.8~1.0m,做成齒墻，取0.8m。混凝土強度等級一般不低于C20，并配置構(gòu)造鋼筋。鋼筋常采用φ14，間距每米5根。由于鋪蓋只有5m，故不設(shè)伸縮縫。圖2-2鋪蓋尺寸示意圖（單位：mm）2.3消能防沖布置下游消能設(shè)施消力池全長14.1m。閘室出口采用挖深式消力池，其中斜坡段長4.1m，坡比為1:5，水平段長10m，池深0.8m。消力池斜坡段底寬4.0m。底板采用C20混凝土，厚0.5m。第3章水力計算3.1過流能力計算3.1.1資料的分析和處理通過分析設(shè)計任務(wù)書可以得到如下參數(shù)。閘底板設(shè)計高程46.30m，10年一遇設(shè)計流量7.30m3/s，上游設(shè)計水位49.90m，下游設(shè)計水位49.80m，20年校核流量11m3/s，上游50.40m，下游校核水位50.10m，閘前灌溉水位為49.25m，閘后水位為49.15m。建筑物總長69m，由進(jìn)口段、閘室段、出口段等部分組成。3.1.2計算工況的選取（1）設(shè)計工況（設(shè)計水位）：閘上游為十年一遇設(shè)計水位49.90m，下游水位49.80m。（2）校核工況（校核水位）：閘上游為二十年一遇校核水位50.40m，下游50.10m。3.1.3過流形式判別寬頂堰是水閘中最常采用的一種型式。它有利于泄洪、沖沙、排污、排冰，且泄流能力比較穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，施工方便;但自由泄流時流量系數(shù)較小，容易產(chǎn)生波狀水躍。低實用堰有梯形的、曲線形的和駝峰形的。實用堰自由泄流時流量系數(shù)較大，水流條件較好，選用適宜的堰面曲線可以消除波狀水躍;但泄流能力受尾水位變化的影響較為明顯，當(dāng)hs>0.

6H以后，泄流能力將急劇降低，不如寬頂堰泄流時穩(wěn)定，同時施工也較寬頂堰復(fù)雜。當(dāng)上游水位較高，為限制過閘單寬流量，需要拾高堰頂高程時，常選用這種型式。初步擬定閘底為寬頂堰。閘門選用3m×3m的平面鋼閘門。根據(jù)《水力學(xué)》（第二版）寬頂堰堰流與閘孔出流的判別條件：eH≤0eH＞0.653m×3m的平面鋼閘門的最大開度e為3m。閘底板高程46.30m。（1）設(shè)計工況：H=49.90-46.30=3.60m，e/H=0.83＞0.65，為堰流。（2）校核工況：H=50.40-46.30=4.10m，e/H=0.73＞0.65，為堰流。（3）灌溉工況：灌溉時需關(guān)閘蓄水，提高灌溉水位，無需泄流，因此不進(jìn)行灌溉工況的過流能力校核。表2-1各工況的過流形式表工況堰上水頭H閘門最大開度ee過流形式灌溉水位49.25m—3m——設(shè)計水位49.90m3.60m0.83堰流校核水位50.40m4.10m0.73堰流3.1.2計算理論公式選擇《水閘設(shè)計規(guī)范SL265-2016》附錄A計算公式（A.0.1—1）Q=σsεmb其中：H0=H+v02式中Q—過閘流量，m3b—每孔凈寬，m；H0v0—行近流速，mm—自由堰流的流量系數(shù)；ε—側(cè)收縮系數(shù)；σs淹沒系數(shù)可按以下經(jīng)驗公式計算：σs=2.31?sH0(1–?式中：?s—從堰頂起算的下游3.1.4計算與結(jié)果代入上式，因閘前流速很小，流速水頭忽略不計，即（v0=0）。故H0=H+0=H，閘門擬定為3m×3m平板鋼閘門，每孔凈寬b=3側(cè)收縮系數(shù)的計算公式如下：ε=1?0.2[Ka+(n?1)Kp其中：Ka—邊墩形狀系數(shù)；Kp—閘墩形狀系數(shù)；H0—堰頂全水頭，m；b'n—堰孔數(shù)；閘墩形狀選用圓弧形閘墩，Ka=0.7,Kp=0.63,將十年一遇設(shè)計水位與二十年一遇校核水位代入（2.1.3（1）設(shè)計水位：σs=2.313.53.6(1-3.53.6)0.4=0.536ε=1-0.2[0.7+0]49.90?46.30（2）校核水位:σs=2.313.84.1(1-3.84.1)0.4=0.752ε=1-0.2[0.7+0]50.40?46.30將以上參數(shù)匯總為表2-2表2-2水利參數(shù)匯總表計算工況σεmb（m）H0設(shè)計工況0.5360.4960.38533.60校核工況0.7520.8090.38534.10（1）設(shè)計工況：Q=0.536×0.496×0.385×3×2×9.8×3.602/3=9.29m3/s（2）校核工況：Q=0.752×0.809×0.385×3×2×9.8×4.102/3=25.84m3/s表2-3流量匯總表計算工況過流能力Q（m3/s）十年一遇設(shè)計流量Q（m3/s）二十年一遇校核流量（m3/s）過流能力滿足與否設(shè)計工況9.297.30—滿足校核工況25.84—25.84滿足由表可知，設(shè)計水位Q=9.29m3/s；校核水位Q=25.84m3/s，設(shè)計水位Q=9.29m3/s＞10年一遇設(shè)計流量7.30m3/s，校核水位Q=25.84m3/s＞20年校核流量11m3/s，按以上計算成果，節(jié)制閘擬定的規(guī)模為單孔3m×3m時的過流能力滿足要求。3.2消能防沖布置水閘的水頭低，閘前最高水深僅有4.10m，下游水深大，下泄水流沒有足夠的能量將水流挑射到一定遠(yuǎn)的距離；又因為水閘下游水位變化大，灌溉期下游無水，設(shè)計工況下游水位3.50m，一般也難以產(chǎn)生面流式水躍。因此，水閘一般只能采用底流式水躍消能，消力池需要進(jìn)行挖深。3.2.1選擇計算工況在設(shè)計時，應(yīng)對可能出現(xiàn)的各種水利條件及最不利的水位組合情況進(jìn)行計算。故選用二十年一遇校核工況進(jìn)行計算。二十年一遇設(shè)計流量為11m3/s，閘前水位高程50.40m。3.2.2消力池尺寸設(shè)計（1）消力池深度計算閘前水位高程Z2為50.40m，因為閘底板高程Z1為46.30m，水閘為整體式平底板閘，閘底板設(shè)計高程與下游河道底面高程一致，所以下游底面高程Z3為46.30m。閘前行近非常小，忽略不計。閘門凈寬為3.0m，收縮斷面處的單寬流量q=Q/b=11/3=3.67m3/s，水流動能修正系數(shù)α可采用1.0～1.05，本設(shè)計取1.05。消力池的流速系數(shù)φ取0.95。消力池的寬度：首端：b1為5m，末端b2為5m。下游水深?s'為3假設(shè)消力池深度為d=0.3m.從消力池底面算起的閘前總水頭為：T0=Z2-Z3+d+V02/(2g)=50.40-46.30+0.3+池內(nèi)收縮水深hc=T0-α×q22ghc×φ2,代入上式，得hc=4.40-1.05×池內(nèi)躍后水深?c''=?c21+8αq2g出池落差Δz=α×q22g(φ×?s')2?α×q22g(?c'')2=1.05×3.672/[2×9.8(0.95×3水躍淹沒系數(shù)σ=(d+?s'+Δz)/?c''=(0.3+3.80+0.01)當(dāng)1.05≤σ≤1.10時假設(shè)正確，故不滿足要求，重新假設(shè)池深d進(jìn)行計算。②假設(shè)消力池深度為d=0.5m。從消力池底面算起的閘前總水頭為：T0=Z2-Z3+d+V02/(2g)=50.40-46.30+0.5+池內(nèi)收縮水深hc=T0-α×q22ghc×φ2,代入上式，得hc=4.60-1.05×池內(nèi)躍后水深?c''=?c21+8αq2g出池落差Δz=α×q22g(φ×?s')2?α×q22g(?c'')2=1.05×3.672/[2×9.8(0.95×3水躍淹沒系數(shù)σ=(d+?s'+Δz)/?c''=(0.5+3.80+0.015)當(dāng)1.05≤σ≤1.10時假設(shè)正確，故不滿足要求，重新假設(shè)池深d進(jìn)行計算。假設(shè)消力池深度為d=0.8m。從消力池底面算起的閘前總水頭為：T0=Z2-Z3+d+V02/(2g)=50.40-46.30+0.8+池內(nèi)收縮水深hc=T0-α×q22ghc×φ2,代入上式，得hc=4.90-1.05×池內(nèi)躍后水深?c''=?c21+8αq2g出池落差Δz=α×q22g(φ×?s')2?α×q22g(?c'')2=1.05×3.672/[2×9.8(0.95×3水躍淹沒系數(shù)σ=(d+?s'+Δz)/?c''=(0.8+3.80+0.017)當(dāng)1.05≤σ≤1.10時假設(shè)正確,故當(dāng)消力池深度為d=0.8m時，滿足要求。（2）消力池長度計算池內(nèi)收縮水深hc為0.41，池內(nèi)躍后水深?c''為4.32m水躍長度Lj=6.9(?c''—hc)=6.9×(4.32—0.41)=13.8m斜坡段水平投影長度Ls為4m。水躍長度校正系數(shù)β可采用0.7～0.8，取0.7。消力池長度Lsj=Ls＋βLj=4+0.7×13.8=13.66m，為安全起見，將消力池全長設(shè)為14m，斜坡段為4m，坡比1∶5。（3）消力池底板厚度計算閘孔泄水時，上下游水位差ΔH’為0.3m。收縮斷面處的單寬流量q=Q/b=11/3=3.67m3/s，消力池底板計算系數(shù)k1可取范圍0.15～0.20，為安全起見，本設(shè)計取0.20。底板厚度t=k1qΔH’=0.2×3.67×根據(jù)已建水閘經(jīng)驗，消力池底板末端厚度不應(yīng)小于0.5m，故為安全起見，消力池底板整體采用厚度為0.5m的混凝土結(jié)構(gòu)。總結(jié)計算成果：下游消能設(shè)施消力池全長14.1m。閘室出口采用挖深式消力池，其中斜坡段長4.1m，坡比為1:5，水平段長10m，池深0.8m。消力池斜坡段底寬4.0m。底板采用C20混凝土，厚0.5m。第4章防滲排水4.1資料分析處理水閘為節(jié)制閘，地處高朗鄉(xiāng)石莊村東北，場區(qū)地層由第四系全新統(tǒng)輕粉質(zhì)壤土、重粉質(zhì)壤和粉細(xì)砂組成，地質(zhì)結(jié)構(gòu)為粘砂多層結(jié)構(gòu)，地層分布較穩(wěn)定。設(shè)計閘底板主要位于第②層重粉質(zhì)壤土，局部位于③層重粉質(zhì)壤土層中。上部第①層輕粉質(zhì)壤土具弱～中等透水性，下伏重粉質(zhì)壤土具微～弱透水性，二者差異性明顯。4.2計算工況的選取節(jié)制閘在的運用枯水期或灌溉期要關(guān)閘截流，此時閘上游有水，下游無水，會有較大的水頭差，滲流壓力也較大。當(dāng)閘上游水位為校核水位時，下游無水，上下游水位差最大，滲流壓力最大，對閘基滲流破壞最為嚴(yán)重。因此，選定校核工況這一最不利工況進(jìn)行閘基的防滲排水設(shè)計，滲流分析需對各種可能出現(xiàn)的工況進(jìn)行計算，計算出的滲流壓力用于閘基抗滑穩(wěn)定計算中的滲透壓力。計算工況：（1）設(shè)計工況（設(shè)計水位）：閘上游為十年一遇設(shè)計水位，閘下無水。（2）校核工況（校核水位）：閘上游為二十年一遇校核水位，閘下無水。（4）正常蓄水工況（灌溉期水位）：閘上游為灌溉水位，閘下無水。4.3地下輪廓線的確定黏性土地基不易發(fā)生管涌破壞，但依然要進(jìn)行必要的防滲措施。由于底板與其接觸的渠道土體之間，不能形成有效的抗滑力，故在閘底板之前，要設(shè)置防滲鋪蓋，延長滲徑，能夠有效降低作用在底板上的滲流壓力，從而提高閘室的抗滑穩(wěn)定性，重點計算鋪蓋設(shè)置后，地下輪廓線的長度能否滿足防滲要求。由于該水閘是平面鋼閘門式水閘，水流經(jīng)連接段、鋪蓋后進(jìn)入閘室段，閘室段底部擬采用的是厚0.5m的C30鋼筋混凝土外加厚0.1m的C15混凝土墊層，且土基不設(shè)防滲帷幕與防滲墻以及板樁，因此，水閘的地下防滲輪廓由鋪蓋以及閘室段的底板組成。根據(jù)水閘底板順?biāo)鞣较蜷L度與最大水位差的比值在閘基土質(zhì)為重粉質(zhì)壤土?xí)r為2.0～3.0，且校核工況下，上游與下游的水位差為?H=4.10m，因此可取底板順?biāo)鞣较虻拈L度為8m，水閘底板為整體式平底板，底板厚度應(yīng)為閘孔凈寬的15～18，所以閘底板的總厚度取0.6m。為了保證閘室的抗滑穩(wěn)定，閘底板的上下游端均應(yīng)設(shè)有淺齒墻，以增強閘室穩(wěn)定，延長滲徑，其深度不小于0.5～1.0m。當(dāng)?shù)鼗鶠榱捷^大的砂礫石或卵石，且不宜打板樁時，可采用深齒墻或防滲墻與埋藏不很深的不透水層連接。深齒墻宜布置在底板或鋪蓋的上游側(cè)。深齒墻與底板或鋪蓋連接處均用接縫分開，接縫中設(shè)置止水，以保證其不透水，該水閘不設(shè)板樁，因此采用深齒墻，厚0.5m，其他部分齒墻厚度0取鋪蓋長度為5m，設(shè)計為鋼筋混凝土鋪蓋，鋪蓋越厚，防滲效果越好，且鋪蓋厚度不得小于0.4m，為滿足防滲要求，鋪蓋的厚度取0.5m，鋪蓋末端與閘室底板連接的部分要加厚，鋪蓋與閘底板間要設(shè)置水平止水設(shè)施，鋪蓋末端的齒墻，取0.3m，則鋪蓋末端總厚度為0.5+0.3=0.8m，滿足鋪蓋末端厚度為0.8~10m的要求?；炷吝x用C20砼，并配置構(gòu)造鋼筋。鋪蓋過長需要設(shè)施伸縮縫，一般間隔15m設(shè)置，但是由于此設(shè)計中鋪蓋只有5m，故不設(shè)伸縮縫。表4-1允許滲徑系數(shù)表排水條件地基類別粉砂細(xì)砂中砂粗砂中礫、細(xì)礫粗粒夾卵石輕粉質(zhì)砂壤土砂壤土壤土重粉質(zhì)壤土有反濾層13-99-77-55-44-33-2.511-79-55-33-2無反濾層————————7-44-3當(dāng)確定完底板尺寸后就可以得到地下輪廓線的長度。圖4-1地下輪廓線示意圖（單位：mm）地下輪廓線的長度為：0.5+0.3+0.3+0.5+3.6+0.5+0.3+0.3+0.5+0.7+6.4+0.7+0.5+0.5+0.6=16.2m，可以用公式L=CH初步判斷該地下輪廓線長度是否符合要求，其中H為上下游水頭差，m。C為滲徑系數(shù)，查表可得重粉質(zhì)壤土C=2～3，取C=3。最不利工況時，?H=4.10m，故L=12.3m＜16.2m，因此符合要求。為避免閘基發(fā)生滲流破壞，閘下游要設(shè)置反濾層，反濾層的作用是濾土排水，對閘基在滲流逸出處遭受管涌，流土等滲流變形破壞有很好的效果。排水一般采用粒徑1~2cm的卵石、礫石或碎石平鋪在護(hù)坦和漿砌石海漫的底部，或深入閘底板下游齒墻稍前方，厚約0.2-0.3m，在排水與地基接觸處易發(fā)生流變形，應(yīng)做好反速層。3.4滲流分析閘基滲流屬于有壓滲流。研究閘基滲流問題時，閘基壓力在實際工程中是空間問題，但我們一般簡化為平面問題考慮，假簡化方法如下：假定地基面是均勻的，各向同性的，滲水視作是不可壓縮的，滿足達(dá)西定律。閘基滲流的實際情況十分復(fù)雜，很難精確求解，所以，在實際工程中常采用一些近似而實用的方法，有流網(wǎng)法，改進(jìn)的阻力系數(shù)法，簡單直線法。根據(jù)3.2的計算，已確定防滲設(shè)計滿足要求，為更精確的求解滲流區(qū)域內(nèi)的滲流壓力與滲流坡降，采用直線法進(jìn)行滲流計算。圖4-2閘基防滲圖如圖4-2所示，將閘基分成1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14，將各段展開成直線，得到直線法的閘基滲壓分布圖(a)圖4-3閘基滲壓分布圖(a)任一點的滲流壓強?x?x=HLx4.4.1校核水位下滲流分析校核水位為H=4.10m。計算可得各點的滲流壓強為：表4-2各點滲壓水頭計算匯總表點位1234567滲壓(m)4.13.903.823.702.782.662.58點位891011121314滲壓(m)2.512.382.200580.400.280因為水平滲徑的消能效果僅為垂直滲徑的1/3，則為了增加滲流計算準(zhǔn)確性，將水平滲徑按消能效果折算成垂直滲徑，得滲徑總長度L’，重新進(jìn)行滲流計算。得閘基滲流分布圖(b)圖4-4閘基滲壓分布圖(b)此時任一點的滲流壓強hx由式4.2計算：?x=HL’x計算可得各點的滲流壓強為：表4-3各點滲壓水頭計算匯總表點位1234567滲壓(m)4.13.626.563.462.752.652.59點位891011121314滲壓(m)2.412.312.170.900.760.660由表4-3可知，校核水位下，閘室底板的滲流壓力分布圖圖4-5校核水位下閘基滲流壓力分布圖4.4.2設(shè)計水位下滲流分析設(shè)計水位為H=3.6m將水平滲徑按消能效果折算成垂直滲徑，得滲徑總長度L’，進(jìn)行設(shè)計水位下的滲流計算圖4-6滲流分析圖計算可得各點的滲流壓力為：表4-4各點滲壓水頭計算匯總表點位1234567滲壓(m)3.6042.412.322.27點位891011121314滲壓(m)2.112.031.900.790.660.580.00由表4-4可知，設(shè)計水位下，閘室底板的滲流壓力分布圖：圖4-7設(shè)計水位的閘基滲流分布圖4.4.3灌溉水位下滲流分析灌溉水位為H=2.95m將水平滲徑按消能效果折算成垂直滲徑，得滲徑總長度L’，進(jìn)行灌溉水位下的滲流計算圖4-8滲流分析圖計算可得各點的滲流壓力為：表4-5各點滲壓水頭計算匯總表點位1234567滲壓(m)2.952.612.562.491.981.901.86點位891011121314滲壓(m)1.731.661.560.640.540.470.00由表4-5可知，灌溉水位下，閘室底板的滲流壓力分布圖圖4-9灌溉水位下閘基滲流分布圖第5章閘室穩(wěn)定計算5.1資料的分析和處理水閘為節(jié)制閘，地處高朗鄉(xiāng)石莊村東北，場區(qū)地層由第四系全新統(tǒng)輕粉質(zhì)壤土、重粉質(zhì)壤和粉細(xì)砂組成，地質(zhì)結(jié)構(gòu)為粘砂多層結(jié)構(gòu)，地層分布較穩(wěn)定。上部土層結(jié)構(gòu)較疏松，具中等～高壓縮性，為中硬土，承載力標(biāo)準(zhǔn)值90～120kPa。工程場區(qū)地貌單元屬黃淮沖洪積平原，整體上場區(qū)地形較平坦。場區(qū)地震動峰值加速度為0.05g，相當(dāng)于地震基本烈度Ⅵ度，場地類別為Ⅲ類場地。閘室材料采用C30鋼筋混凝土，墊層采用C15混凝土，厚0.1m。閘門為平面鋼閘門，1扇，啟閉機選用160kN固定卷揚機1臺。進(jìn)口段包括進(jìn)口護(hù)砌段和漸變段，總長25m。出口段由消力池段和海漫段組成。5.2計算工況的選取閘室穩(wěn)定計算只計算順?biāo)鞣较?，主要考慮以下三種工況：（1）完建工況（竣工期）：閘室上、下游均無水，僅考慮永久荷載及可變作用中的風(fēng)荷載和人群荷載。（2）設(shè)計工況（設(shè)計水位）：閘上游為十年一遇設(shè)計水位，下游為設(shè)計水位對應(yīng)水位。（3）校核工況（校核水位）：閘上游為二十年一遇校核水位，下游為校核水位對應(yīng)水位。（4）正常蓄水工況（灌溉期水位）：閘上游為灌溉水位，閘下無水。5.3閘室布置5.3.1閘墩平面輪廓閘墩外形平面尺寸設(shè)計應(yīng)考慮到過水時水流不會被過大的阻礙過流，能夠平順通過，同時，水閘的橫向斷面收縮幅度要小、能夠通過滿足要求的下泄流量，所以本水閘閘墩迎水面采用半圓形，下游離水面采用尖角型，閘墩順?biāo)鞣较蜷L度選用與底板相同的尺寸，8m。閘墩的厚度不僅要滿足過閘室結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的要求，還要使其與閘的整體外形相協(xié)調(diào)，參考《水工設(shè)計手冊》（第七卷）閘孔凈寬為3m時，邊墩厚度應(yīng)為0.8～1.0m，取厚度為1.0m。5.3.2墩頂高程水閘擋水時，閘頂高程應(yīng)大于等于水閘最高擋水位、波浪計算高度與相應(yīng)安全超高之和，波浪高度為0.2m，水閘安全超高下限取0.7m，最高擋水位為二十年一遇的校核水位4.10m，故閘墩高度為5.0m，墩頂高程為51.30m。5.3.3門槽尺寸在閘墩的水流較平順部位設(shè)置工作閘門，其門槽寬深比取1.6～1.8。門槽寬：閘門擋水高度H為4.01m，閘門凈寬b0為3.0故門槽寬W=0.0035Hb門槽深D=12.5W圖5-1閘墩平面輪廓圖（單位：mm）5.4閘室荷載5.4.1閘室各部分自重1、閘墩規(guī)范中C30鋼筋混凝土的重度在2.4~2.5噸每立方米，取γ=2.4t/m3則閘墩重G1=(1×1×0.5+6.5×1-0.12×0.3+0.5×0.5π)×5×2.4×9.8×2=1822.6kN，閘墩重心到底板底面中心點的距離為L1=0.25m，力矩為455.65kN·m。2、閘門根據(jù)閘門的實際工作性質(zhì)，采用平面鋼閘門，工作閘門基本尺寸取為高3m，寬度取3m。采用整體平板鋼閘門，雙吊點，滾輪支承。根據(jù)水閘金屬結(jié)構(gòu)特性技術(shù)表，閘門重5t。閘門G2=49kN，力臂L2=1.5m。力矩為73.5kN·m。建設(shè)類別門體型式孔口尺寸(B×H)m材料閘門單重(t)埋件單重(t)型式啟門力(kN)單重(t)重建平板鋼閘門2×2Q235-B43手電螺桿式800.521平板鋼閘門2.3×2.5Q235-B4.53柴油螺桿式800.521平板鋼閘門3×3Q235-B54固定卷揚機1601.9平板鋼閘門3.5×3.5Q235-B5.53.5固定卷揚機1602.3平板鋼閘門4×3.5Q235-B6.53.5固定卷揚機2×1002.33、啟閉機啟閉機選用1臺固定卷揚機（單臺啟門力160kN）,每臺固定卷揚機重1.9t，啟閉機G3=18.62kN，力臂L3=1.5m，力矩為27.93kN·m。4、閘室底板閘室底板總寬5.0m，順?biāo)鞣较蜷L8.0m。圖5-2閘室底板縱剖圖（單位：mm）閘底板縱剖面積S=8×0.6+(0.8+0.5)×0.5×0.5×2=5.45m閘底板總重G4=5.45×5×2.4×9.8=640.92kN力臂L4=0，力矩為0。5、啟閉機房磚墻：啟閉機房外墻高取2.8m，順?biāo)鞣较蜷L4m，寬4m，厚度取0.25m，磚墻容重為18KN/m3，因此G5=(4+4)×0.25×2.8×2×18=201.6kN，力臂長L5=1.5m。力矩為302.4kN·m。6、啟閉機房頂蓋啟閉機房頂蓋自重及風(fēng)雪荷載按4.5KN/m2計算，所以G6=4×4×4.5=72kN，力臂為屋頂重心到底板上游端的距離，L6=1.5m。力矩為108kN·m。7、工作橋工作橋的尺寸如圖5-3：圖5-3工作橋縱剖圖（單位：mm）工作橋縱剖面積S=4.7×0.9+0.3×4-1.45×0.3×2=4.56m工作橋的寬度不僅要滿足啟閉機布置的要求，在兩側(cè)應(yīng)留有足夠的操作寬度。工作橋?qū)挾热?m工作橋重G7=4.56×4×2.4×9.8=429kN，力臂L7=1.5m，力矩為643.5kN·m。8、排架總共有6根排架，且排架柱截面尺寸為0.4m×0.4m，高取3m(安全加高0.5~1.0)，故G8=0.4×0.4×3×2.4×9.8×6=67.7kN，且圍繞啟閉機房對稱分布，因此力臂L8=1.5m。力矩為101.55kN·m。表5-1閘室自重表荷載自重（KN）力臂（m）力矩（kN·m）閘門491.573.5閘墩1822.60.25455.65閘底板640.9200啟閉機18.621.527.93頂蓋721.5108磚墻201.61.5302.4工作橋4291.5643.5排架67.71.5101.55總計3301.441712.535.4.2水體自重計算作用在水閘底板上的水重計算：按其實際體積與重度計算（水的重度一般為9.81kN/m3），本河道非多泥沙河道，故不考慮含沙量對水重的改變。底板順?biāo)鞣较蜷L8m，閘門位于上游側(cè)2.5m處，底板計算寬度為5m，閘孔凈寬3m。水重計算如下：（1）正常蓄水位情況：上游水重：9.81×(49.25-46.30)×2.5×3=217.0kN力臂2.75m，力矩596.9kN·m下游水重，灌溉期下游無水，無水重。（2）設(shè)計工況上游水重：9.81×(49.90-46.30)×2.5×3=264.9kN力臂2.75m，力矩728.4kN·m下游水重：9.81×(49.80-46.30)×5.5×3=566.5kN力臂1.25m，力矩-708.2kN·m（3）校核工況上游水重：9.81×(50.40-46.30)×2.5×3=301.7kN力臂2.75m，力矩829.6kN·m下游水重：9.81×(50.10-46.30)×5.5×3=615.1kN力臂1.25m，力矩-768.9kN·m表5-2水體自重表計算工況水重（KN）力臂（m）力矩（KN·m）正常蓄水上游水位2172.75596.9下游水位———設(shè)計水位上游水位264.92.75728.4下游水位566.51.25-708.2校核水位上游水位301.72.75829.6下游水位615.11.25-7揚壓力計算（1）浮托力計算此次設(shè)計中水閘的底板高程為?46.30m,底板的底面高程為?45.80m，水閘的計算寬度為5m，浮托力的詳情計算如下：①正常蓄水：下游無水，無浮托力。②設(shè)計工況：9.8×(8×4.0+(0.8+0.5)×0.5×0.5×2)×5×1=1599.85kN力臂0力矩0③校核工況：9.8×(8×4.3+(0.8+0.5)×0.5×0.5×2)×5×1=1717.45kN力臂0力矩0表5-3浮托力計算表計算工況浮托力（KN)力臂（m）力矩（KN·m）正常蓄水———設(shè)計工況1599.8500校核工況1717.4500（2）滲透壓力計算根據(jù)第3章滲透壓力的計算，繪制出了滲透壓力分布圖，可以根據(jù)滲透壓力分布圖來計算閘室底板的滲透壓力，此次設(shè)計中水閘的底板長度為8.0m，計算的寬度為5m。滲透壓力的詳細(xì)計算如下。滲透壓力在閘室段為梯形，力臂的長度可以采用式（5.1）、式（5.2）計算：l1=2a+b3(a+b)Hl2=H2?其中：l1l2a-梯形的的短底邊長度，m；b-梯形的長底邊長度，m;H—梯形的高，m。①正常蓄水：9.8×(1.43+0.47)×8×0.5×5=372.4kN力臂:1.25m力矩：-465.5kN·m②設(shè)計工況：9.8×(2.11+0.58)×8×0.5×5=527.24kN力臂:0.76m力矩：-400.7kN·m校核工況：9.8×(2.41+0.66)×8×0.5×5=601.72kN力臂:0.76m力矩：-457.3kN·m表5-4滲透壓力計算表計算工況滲透壓力（KN)力臂（m）力矩(kN·m)正常蓄水372.41.25-465.5設(shè)計工況527.240.76-400.7校核工況601.720.76-4水平水壓力計算第3章防滲設(shè)計中鋪蓋選用混凝土鋪蓋，閘室上、下游的水平水壓力主要與其上、下游的水位有關(guān)，上游的鋪蓋段與閘室段之間設(shè)有止水，水平止水片布置在距上面0.3m處。因此在計算上游水平水壓力時要分開計算，要計算止水片以上和止水片以下兩種情況。水的重度γ為9.81kN/m，底板相鄰沉陷縫L為5m，水壓力根據(jù)式（5.3）、式（5.4）計算：止水片以上：P1=12γ止水片以下：P2=12(式中：H2pc、p?'水平水壓力的詳細(xì)計算如下。（1）設(shè)計工況：圖5-4設(shè)計工況的水平水壓力示意圖設(shè)計工況下的水平水壓力計算情況如下。上游eq\o\ac(○,1)止水以上：水平水壓力：9.8×0.5×3.92×5=372.65kN力臂1.6m，力矩-596.24kN·meq\o\ac(○,2)止水以下：水平水壓力：9.8×0.5×5×0.8×[(2.27+3.8)+(2.11+4.6)]=250.49kN力臂0.1m，力矩25.05kN·m下游水平水壓力：9.8×0.5×4.62×5=518.42kN力臂1.03m，力矩534.0kN·m（2）校核工況：圖5-5校核工況的水平水壓力示意圖校核工況下的水平水壓力計算情況如下。（a）上游eq\o\ac(○,1)止水以上：水平水壓力：9.8×0.5×4.42×5=474.32kN力臂1.77m，力矩-839.55kN·meq\o\ac(○,2)止水以下：水平水壓力：9.8×0.5×5×0.8×[(2.59+4.1)+(2.41+4.9)]=274.4kN力臂0.1m，力矩27.4kN·m（b）下游水平水壓力：9.8×0.5×4.92×5=411.85kN力臂1.13m，力矩664.7kN·m（3）灌溉工況：圖5-6灌溉工況的水平水壓力示意圖灌溉工況下的水平水壓力計算情況如下。（a）上游eq\o\ac(○,1)止水以上：水平水壓力：9.8×0.5×3.252×5=258.8kN力臂1.4m，力矩-362.32kN·meq\o\ac(○,2)止水以下：水平水壓力：9.8×0.5×5×0.8×（1.86+1.73）=70.36kN力臂0.1m，力矩7kN·m（b）下游灌溉工況下，下游無水，無水平水壓力。表5-5水平水壓力計算表計算工況水平水壓力（kN）力臂（m）力矩（kN·m）設(shè)計工況上游止水以上372.651.6-596.24止水以下250.490.125.05續(xù)表5-5計算工況水平水壓力（kN）力臂（m）力矩（kN·m）設(shè)計工況下游518.421.03534.0校核工況上游止水以上474.321.77-839.55止水以下2下游411.851.4-362.32灌溉工況上游止水以上258.81.4-362.32止水以下70.360.17下游———5.4.5荷載匯總（1）完建期閘室上、下游均無水，僅考慮永久荷載。表5-6閘室自重表荷載自重（KN）力臂（m）力矩（kN·m）閘門491.573.5閘墩1822.60.25455.65閘底板640.9200啟閉機18.621.527.93頂蓋721.5108磚墻201.61.5302.4工作橋4291.5643.5排架67.71.5101.55總計3301.441712.53（2）設(shè)計工況表5-7設(shè)計工況荷載匯總計算工況荷載名稱豎向力(kN)水平力(kN)力矩(kNm)閘室自重3301.4401712.53水重上游264.9—728.4下游566.5—-708.2浮托力-1599.85—0滲透壓力-527.24—-400.7水平上游止水以上—372.65-596.24止水以下—250.4925.05水壓力下游—-518.42534.0合計2005.75104.721294.84（3）校核工況表5-8校核工況荷載匯總計算工況荷載名稱豎向力(kN)水平力(kN)力矩(kNm)校核工況閘室自重3301.4401712.53水重上游301.7—829.6下游615.1—-768.9浮托力-1717.45—0滲透壓力-601.72—-457.3水平水壓力上游止水以上—474.32-839.55止水以下—274.427.4下游—-411.85664.7合計1899.07336.871168.48（4）灌溉工況表5-9灌溉工況荷載匯總計算工況荷載名稱豎向力(kN)水平力(kN)力矩(kNm)灌溉工況閘室自重3301.4401712.53水重上游217.0—596.9下游———浮托力———滲透壓力-372.4—-465.5水平水壓力上游止水以上—258.8-362.32止水以下—70.367下游————合計3146.04329.161488.615.5應(yīng)力計算本節(jié)制閘建設(shè)在土質(zhì)地基之上，但是土質(zhì)地基過于松軟，易被剪切力破壞，又易于被壓縮，從而產(chǎn)生壓縮沉降，閘室的各個部分具有自身重力，在閘室建設(shè)、建成和運用時會有許多外部荷載的組合作用，在基本荷載或特殊荷載作用時，會導(dǎo)致沉降影，產(chǎn)生安全隱患，影響正常施工或使用。各種沉降中最為危險的就是不均勻沉降，當(dāng)產(chǎn)生不均勻沉降時，水閘整體會傾斜甚至傾覆，閘體結(jié)構(gòu)也會發(fā)生斷裂。所以，在在本章水閘設(shè)計中，重中之重是計算地基的沉降。為了將土質(zhì)地基的壓縮變形情況考慮充足，可要進(jìn)行精密有效的計算，進(jìn)而在眾多水閘型式中選出滿足安全要求的一種，合理安排施工程序，工程進(jìn)度調(diào)度要滿足要求，對地基要采取充分的處理措施。此次設(shè)計中水閘為單孔過流，結(jié)構(gòu)布置以及閘室受力都是均勻的，閘室段計算寬度為5.0m,底板計算長度為8.0m，基地應(yīng)力的大小根據(jù)式（5.5）進(jìn)行計算。Pminmax=G其中，G—作用在基底的所有豎向力的總和，kN；M—所有外力對底板的底面中心點的力矩總和，kN·m；b—閘室段的計算寬度，5.0m；L—底板的計算長度，8.0m。不均勻系數(shù)的大小根據(jù)式（5.6）進(jìn)行計算：max式中：η—基底壓應(yīng)力分布不均勻系數(shù)；[η]—基底壓力分布不均勻系數(shù)的容許值?；讘?yīng)力以及不均勻系數(shù)的詳細(xì)計算如下。（1）完建期：G=3301.44kNM=1712.53kN·mPminmax=3301.44=90.7450.43=（2）設(shè)計工況：G=2005.75kNM=1294.84kN·mPminmax=2005.75=43.9825..87=（3）校核工況：G=1899.07kNM=1168.48kN·mPminmax=1899.07=59.6025.91=（4）灌溉工況：G=3146.04kNM=1488.61kN·mPminmax=3146.04=96.4050.74=表5-10基底應(yīng)力不均勻系數(shù)計算表計算工況G（kN）M（kNm）Pmax（kN）Pmin（kN）完建期3301.441712.5390.7450.