水閘設(shè)計大綱范本教材

1、FJD31140 FJD水利水電工程 技術(shù)設(shè)計階段水閘設(shè)計大綱范本水利水電勘測設(shè)計標準化信息網(wǎng) 1997年11月 水電站技術(shù)設(shè)計階段水閘設(shè)計大綱 主 編 單 位: 主編單位總工程師: 參 編 單 位: 主 要 編 寫 人 員: 軟 件 開 發(fā) 單 位: 軟 件 編 寫 人 員: 勘測設(shè)計研究院 年 月目 次1. 引 言 42. 設(shè)計依據(jù)文件和規(guī)范 43. 基本資料 54. 工程布置105. 水力設(shè)計116. 閘室穩(wěn)定計算127. 結(jié)構(gòu)設(shè)計148. 地基設(shè)計209. 觀測設(shè)計2410. 專題研究2411. 應(yīng)提供的設(shè)計成果241 引 言 水閘工程位于 省 市(縣)以 km處。在 河的 游。本工程

2、是以 為主，兼以 等綜合利用的水利工程。 本工程初步設(shè)計已于 年 月經(jīng) 審查通過。確定設(shè)計流量 m3/s，校核流量 m3/s。閘共 孔，閘孔寬度 m，閘底板高程 m。選用（寬×高） m× m的 閘門及 型啟閉機。 工程共需完成土石方工程 萬m3，砌石工程 萬m3，混凝土及鋼筋混凝土工程 萬m3。共需鋼筋 t，金屬結(jié)構(gòu)鋼材 t，木材 m3，水泥 t。永久占地 畝。需工程投資 萬元。 工程建成以后，可使 防洪標準從 提高到 ，可增加灌溉面積 萬畝，極大地促進 地區(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展和國民經(jīng)濟的建設(shè)。2 編制依據(jù)文件和規(guī)范2.1 有關(guān)本工程的主要文件(1) 水閘工程初步設(shè)計報告；(2)

3、水閘工程初步設(shè)計報告審批文件；(3) 水閘工程技術(shù)設(shè)計任務(wù)書；(4) 水閘工程 文件；(5) 水閘工程 紀要。2.2 主要設(shè)計規(guī)范(1) SDJ217-87水利水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計標準（平原、濱海 部分）（試行）；(2) SD133-84水閘設(shè)計規(guī)范；(3) SDJ214-87水利水電工程水文計算規(guī)范；(4) SL44-93水利水電工程設(shè)計洪水計算規(guī)范；(5) SDJ20-78水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（試行）；(6) SDJ10-78水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范（試行）；(7) GBJ9-87建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范。3 基 本 資 料3.1 工程等別與建筑物級別 按照SDJ217-87確定 樞紐工

4、程為 等工程，其主要建筑物 水閘為 級建筑物。3.2 洪水標準 (1) 設(shè)計洪水重現(xiàn)期為 a； (2) 校核洪水重現(xiàn)期為 a； (3) 施工期導(dǎo)流設(shè)計洪水重現(xiàn)期為 a。3.3 水位與流量 (1) 設(shè)計洪水流量Q= m3/s，相應(yīng)閘上水位 m，閘下水位 m； (2) 校核洪水流量Q= m3/s，相應(yīng)閘上水位 m，閘下水位 m； (3) 施工期導(dǎo)流工程設(shè)計洪水流量Q= m3/s，相應(yīng)閘上水位 m，閘下水位 m； (4) 控制運用條件下水閘分水流量Q= m3/s，相應(yīng)閘上水位 m，閘下水位 m； (5) 閘前蓄水位： 正常蓄水位 m； 最高蓄水位 m； 死水位 m； (6) 閘下游河（渠）道水位與流

5、量關(guān)系（見表1）；表1 下游河（渠）道水位與流量關(guān)系表 流 量m3/s水 位m (7) 潮水位（用于潮汐河道河口建閘）：正常潮水位 （重現(xiàn)期 a） m；最高潮水位 （重現(xiàn)期 a） m；最低潮水位 （重現(xiàn)期 a） m；3.4 泥 沙 水閘樞紐工程河段多年平均懸移質(zhì)沙量 萬t，多年平均推移質(zhì)沙量 萬t，工程建成后的 ，河段沖淤變化情況是 。為了實現(xiàn)樞紐工程分沙比 的目標，設(shè)沖（排）沙閘 孔，布置于 。3.5 氣 象3.5.1 氣 溫 (1) 多年平均氣溫 ； (2) 絕對最高氣溫 ； (3) 絕對最低氣溫 ； (4) 多年月平均氣溫，見表2。表2 多年月平均氣溫表 單位：月 份 123456789

6、101112多年月平均氣溫3.5.2 風(fēng)速與吹程 (1) 風(fēng)向 ； (2) 風(fēng)速多年平均最大風(fēng)速 m/s；多年實測最大風(fēng)速 m/s；多年平均風(fēng)速 m/s；設(shè)計采用風(fēng)速 m/s； (3) 吹程 km; (4) 風(fēng)壓 kN/m2。3.5.3 降雨量 (1) 最大年降雨量 mm； (2) 多年平均年降雨量 mm； (3) 最小年降雨量 mm。3.5.4 最大凍土深度 cm。3.5.5 無霜期：多年平均 d。3.6 地形資料 閘址區(qū)比例為1： 、1： 地形圖及斷面圖。3.7 地震烈度 根據(jù)地震烈度區(qū)劃（或根據(jù)工程的重要性委托地震部門完成的工程地震安全性評價工作報告）確定設(shè)計地震烈度為 度。3.8 地質(zhì)

7、資料提示：根據(jù)技術(shù)設(shè)計階段工程地質(zhì)與水文地質(zhì)勘察成果和勘察試驗報告等確定。3.8.1 地質(zhì)概況提示：簡述地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等概況。3.8.2 工程地質(zhì)資料(1) 基巖物理力學(xué)參數(shù)，見表3。表3 基巖物理力學(xué)參數(shù)表 項 目強風(fēng)化 巖弱風(fēng)化 巖微風(fēng)化 巖 容 重kN/m3 干容重kN/m3 彈性模量 EMPa 變性模量 E0MPa 泊松比 m 干抗壓強度MPa 濕抗壓強度MPa 抗剪摩擦系數(shù) f ¢ 巖石與混凝土間摩擦系數(shù) f 容許承載力 sMPa (2) 各土層的物理力學(xué)參數(shù)，見表4（按土類別分列）。表4 各土層的物理力學(xué)參數(shù)表（按土類別分列） 參 數(shù) 類 別 與 項 目單

8、位 土的物理力學(xué)參數(shù)平均值小 值平均值大 值平均值建議值天然狀態(tài)物理參數(shù)含 水 量%容 重干kN/m3濕kN/m3孔 隙 比飽 和 度%液 性 指 數(shù)土 粒 比 重流 性 限 度%塑 性 限 度%塑 性 指 數(shù)%壓 縮 模 量MPa力學(xué)參數(shù)壓縮系數(shù)a1-2MPa-1a1-3MPa-1抗剪強度飽和快剪粘聚力kPa內(nèi)摩擦角度飽和固結(jié)快剪粘聚力kPa內(nèi)摩擦角度貫 入 擊 數(shù)擊土的允許承載力kPa鉆孔灌注樁樁周極限摩阻力kPa3.8.3 水文地質(zhì)資料 (1) 地下水的埋藏條件 ，埋深 ； (2) 含水層的巖性 、厚度 、滲透系數(shù) ； (3) 地下水的補給來源 ；化學(xué)類型 ；礦化度 ；PH值 ；硬度 ；

9、對混凝土侵蝕性。3.9 交 通提示：簡述閘址內(nèi)外的交通條件及對閘上交通的要求。3.9.1 閘上交通橋的荷載標準 計算荷載汽車 級，驗算荷載掛車 。3.9.2 橋面寬度 凈寬 +2× 人行道（安全帶）。3.10 水工模型試驗資料提示：(1) 按照初步設(shè)計總體布置進行的水工模型試驗，應(yīng)提供經(jīng)試驗確定的工程布置的合理性、閘的泄流能力、閘前后流態(tài)及主要斷面的流速分布、可供技術(shù)設(shè)計選擇或修改的消能方案及確定控制運用的組合方式。 (2) 具有分沙排沙要求的水閘，應(yīng)通過渾水動床模型試驗確定分沙排沙工程措施所產(chǎn)生的分沙排沙效果、閘前后的沖淤變化規(guī)律。3.11 邊墩和翼墻后回填料的物理力學(xué)參數(shù)（見表5

10、）表5 回填料物理力學(xué)參數(shù)表 回填料名稱濕容重kN/m3飽和容重kN/m3內(nèi)摩擦角（°）凝 聚 力kN/m2回填石碴回 填 土回 填 沙3.12 主要材料特性參數(shù)3.12.1 各部位混凝土的標號，見表6。表6 各部位混凝土標號表 結(jié)構(gòu)部位強度標號抗?jié)B標號抗凍標號閘底板中墩、縫墩、邊墩鋪蓋、護坦翼 墻排 架公路橋橋板檢 修 橋人行便橋欄桿預(yù)制件橋頭堡樓板機 架 橋墊 層3.12.2 混凝土的設(shè)計強度、彈模及熱學(xué)參數(shù)，見表7。表7 混凝土的設(shè)計強度、彈模及熱學(xué)參數(shù)表 參 數(shù) 名 稱單 位混 凝 土 標 號100#150#200#250#容 重 gkN/m3彈性模量 EMPa泊 松 比 m

11、設(shè)計強度軸心抗壓RaMPa彎曲抗壓RwMPa抗 拉RLMPa抗 裂RfMPa熱學(xué)參數(shù)線膨脹系數(shù) a-1導(dǎo)熱系數(shù)W/(m·k)比 熱散熱系數(shù)絕熱溫升3.12.3 鋼筋的設(shè)計強度和彈性模量，見表8。表8 鋼筋的設(shè)計強度和彈性模量表 單位：MPa鋼筋種類 符 號受拉鋼筋設(shè)計強度（Rg）受壓鋼筋設(shè)計強度（Rg¢）彈性模量（Eg）I級鋼筋I(lǐng)I級鋼筋I(lǐng)II級鋼筋3.12.4 漿砌石體特性參數(shù) (1) 漿砌石體容重 kN/m3； (2) 漿砌石體彈性模量 MPa；(3) 漿砌石體抗壓強度 MPa。4 工 程 布 置提示：根據(jù)工程初步設(shè)計審批意見，結(jié)合技術(shù)設(shè)計階段地質(zhì)勘察和模型試驗成果，應(yīng)

12、對初步設(shè)計確定的工程布置作進一步優(yōu)化，使之更趨合理。工程布置不僅在于設(shè)計的建筑物能夠滿足擋水、過流、檢修等運行和管理要求，更重要的是在滿足穩(wěn)定安全的條件下，經(jīng)濟合理地使閘室與上、下游之間以及閘室中的工作閘門、檢修閘門與相應(yīng)啟閉設(shè)施和工作橋、檢修橋、交通橋等分部結(jié)構(gòu)布置上，均能達到最佳組合。4.1 閘的軸線位置 閘位于 ，閘的縱軸線與閘底板前緣交點坐標X= ，Y= ；與閘底板后緣交點坐標X= ，Y= 。 提示：閘的軸線位置應(yīng)在初設(shè)方案的基礎(chǔ)上進一步優(yōu)化： (1) 首先地質(zhì)條件有利于采用天然地基，避免軟弱地基和可能產(chǎn)生不均勻沉陷地基及可能產(chǎn)生液化的地基； (2) 水流條件較好，進出水閘的水流順暢；

13、 (3) 具有土石方工程量小、方便施工和管理等特點。4.2 閘室布置提示：閘室主要由閘墩、閘底板、工作閘門、檢修閘門、胸墻、工作橋、檢修橋、交通橋、啟閉機房等部分組成。閘室布置應(yīng)具有先進的啟閉方案，確保閘門啟閉靈活可靠；應(yīng)使交通和檢修、運行管理方便以及優(yōu)美的整體外觀造型，還能適應(yīng)抗震、過木、排沙、排冰等特殊要求。閘室分縫位置，應(yīng)根據(jù)閘室結(jié)構(gòu)型式，地基情況，通過綜合比較論證后確定。4.2.1 弧形閘門水閘閘室布置 水閘的閘室長度 m，共 孔，閘孔寬度 m，選用（寬×高） m× m的鋼質(zhì)弧形閘門。閘底板高程 m，支鉸中心高程 m，墩頂高程 m；工作橋橋面高程 m，橋面寬度 m；

14、交通橋橋面高程 m，橋面寬度 m。提示：一般弧形閘門的閘室布置均是在閘墩之上設(shè)排架和工作橋，利用弧門啟閉機啟閉弧形閘門。近年來隨著水利水電技術(shù)的不斷發(fā)展，在強地震區(qū)的水閘布置有了多種型式的改進，如取消弧形閘門啟閉機的排架和機架橋機房，即是一種新型結(jié)構(gòu)。這種布置是將弧形閘門啟閉機改為卷揚式平面閘門啟閉機，且布置于支鉸牛腿之上，利用滑輪系統(tǒng)傳遞啟門力，以達到降低建筑物高度，提高抗震性能之目的。有些大型工程還將卷揚啟閉機改為液壓啟閉機，不僅取消了工作橋，還取消了啟閉機房，收到了較好的抗震效果和經(jīng)濟效果。4.2.2 平面閘門閘室布置 水閘的閘室長度 m，共 孔，閘孔寬度 m，選用（寬×高）

15、m× m的 平面閘門。閘底板高程 m，墩頂高程 m；工作橋橋面高程 m，橋面寬度 m；交通橋橋面高程 m，橋面寬度 m。提示：閘室布置應(yīng)結(jié)合閘室穩(wěn)定分析最終確定閘門在閘室中的位置：閘前擋水水頭相對較高時，閘門位置偏向閘室上游；閘前擋水水頭相對較低時，閘門位置偏向閘室下游。4.3 防滲排水布置閘室前鋪蓋長 m，閘室下游設(shè)排水孔 排，排水孔下設(shè)反濾層。提示：防滲排水布置應(yīng)根據(jù)水閘上、下游的水位差和工程地質(zhì)條件等因素，結(jié)合水閘布置綜合考慮采用適當?shù)墓こ檀胧?，?gòu)成完整的防滲排水體系：軟基上的水閘防滲長度必須滿足地基土壤的允許坡降要求，否則應(yīng)采取加設(shè)齒墻或板樁等工程措施；在巖基上的水閘則在底板

16、上游端設(shè)灌漿帷幕；閘室岸墻兩側(cè)則加設(shè)刺墻來增加繞滲的滲徑長度。4.4 消能防沖布置提示：消能防沖布置應(yīng)根據(jù)初步計算，主要依據(jù)水工模型試驗確定，應(yīng)具有改善水閘進出水流條件，降低下游河（渠）道流速、減少工程數(shù)量、方便施工等特點。4.4.1 底流式消能防沖布置消力池長 m，池深 m，兩岸擴散角 ，采用 輔助消能工。海漫段長 m，底高程 m。4.4.2 挑流式消能防沖布置挑坎高程 m，長度 m，挑射角 ，反弧半徑 m，挑射距離 m，沖坑深度 m。4.5 兩岸聯(lián)接布置閘室上游翼墻型式 ，墻頂高程 m，墻體高度 m，長度 m。下游翼墻型式 ，墻頂高程 m，翼墻擴散角 度，墻體高度 m，長度 m。5 水 力

17、 設(shè) 計5.1 水閘的過水能力核算分別核算水閘在設(shè)計水位、校核水位等各種特征水位下的過水能力。提示：平原地區(qū)河道大中型水閘和水庫溢洪閘，多為平底或帶低堰的開敞式水閘，核算其過水能力時，應(yīng)注意閘前引渠與其它建筑物及攔魚、攔污設(shè)施等對過水能力的影響。5.2 消能防沖設(shè)施設(shè)計提示：根據(jù)水閘的水流條件、單寬流量、地質(zhì)條件、閘的控制運用方式，通過消能防沖計算初步成果，經(jīng)水工模型試驗，確定最終方案。5.3 擬定閘的控制運用方式提示：(1) 分別確定閘前各種水位時閘門開度與過閘流量的關(guān)系，并繪出曲線；還要結(jié)合工程具體情況確定閘門操作的開啟順序，供工程管理部門使用。 (2) 閘門控制應(yīng)盡量同步開啟，但由于實際

18、條件限制很難達到同步開啟?？捎芍虚g孔向兩側(cè)分段分級開啟或隔孔對稱開啟，關(guān)閘時則與上述順序相反，以避免閘下形成偏流造成集中沖刷。 (3) 控制運用方式可通過模型試驗確定各種特征水位、各種流量、與各種閘門開啟度的組合方式。6 閘室穩(wěn)定計算6.1 荷載計算提示：作用在水閘上的荷載按基本荷載和特殊荷載分別計算。計算范圍應(yīng)與閘室穩(wěn)定計算中選定的計算單元相適應(yīng)。6.1.1 基本荷載 (1) 水閘結(jié)構(gòu)自重及其設(shè)備自重提示：包括閘室底板、閘墩、胸墻、排架、工作橋、交通橋、檢修橋、啟閉機房、工作閘門和啟閉機等的自重。 (2) 土壓力提示：作用于邊墩背后的填土壓力，土基上一般按主動土壓力計算，巖基上一般按靜止土壓

19、力計算。回填土水上部分采用濕容重，水下部分采用浮容重另加靜水壓力計算。 (3) 泥沙壓力提示：在多泥沙或感潮淤沙河段建閘時，應(yīng)考慮泥沙淤積對閘室的作用力。 (4) 靜水壓力 分別計算正常擋水位和其他擋水位時的靜水壓力。提示：其他擋水位系指某些水閘在水閘樞紐中為達到分洪、分流、擋湖、控制運用要求等需關(guān)閉閘門時運用的擋水位。 (5) 揚壓力 分別計算正常擋水位、其他擋水位作用下包括滲透壓力和浮托力的揚壓力。提示：滲透壓力計算：在土基上可采用改進阻力系數(shù)法；在復(fù)雜地基上的大型工程可采用電擬試驗法；中型工程和簡單地基情況下可采用直線比例法。巖基上的滲透壓力可參照SDJ21-78計算。 (6) 波浪壓力

20、 波浪壓力按SDJ133-84附錄四公式計算。 (7) 風(fēng)壓力 風(fēng)壓力按GBJ9-87計算。 (8) 水重力提示：水重力作用于閘底板上。 (9) 淤沙壓力提示：根據(jù)淤沙高度及淤沙容重計算。 (10) 冰壓力 靜冰壓力和動冰壓力，參考水工設(shè)計手冊計算。6.1.2 特殊荷載 (1) 最高擋水位(校核條件)時作用于閘室的靜水壓力、揚壓力、波浪壓力。 (2) 地震力 按照工程設(shè)計地震烈度和建筑物級別分別計算水平向地震慣性力、豎向地震慣性力、地震動水壓力、地震動土壓力。 (3) 側(cè)向靜水壓力提示：某些孔檢修時檢修門與工作門之間的側(cè)向靜水壓力作用于閘墩上。6.2 荷載組合提示：對于平原地區(qū)兼有蓄水和排洪作

21、用的水閘以及大中型水庫的泄洪閘來說，荷載基本組合考慮施工完建情況和正常擋水情況；荷載特殊組合考慮最高擋水情況、檢修情況、地震情況。6.2.1 荷載基本組合(1) 施工建成情況水閘上、下游均無水。設(shè)計荷載為水閘結(jié)構(gòu)自重及其設(shè)備自重，邊孔計算時還應(yīng)考慮邊墩后土壓力。(2) 正常擋水情況水閘上游為正常擋水位，下游無水或最低水位。設(shè)計荷載為：水閘結(jié)構(gòu)自重及其設(shè)備自重，正常擋水位的靜水壓力、揚壓力、波浪壓力、風(fēng)壓力、土壓力，泥沙壓力。6.2.2 荷載特殊組合(1) 最高擋水情況水閘上游為最高擋水位（校核水位），下游無水或最低水位。設(shè)計荷載為：水閘結(jié)構(gòu)自重及其設(shè)備自重，最高擋水位的靜水壓力、揚壓力、波浪壓

22、力、土壓力，泥沙壓力。(2) 檢修情況水閘上游為正常擋水位或檢修水位。閘孔一孔檢修，相鄰閘孔正常擋水，設(shè)計荷載除考慮水閘結(jié)構(gòu)自重及其設(shè)備自重、靜水壓力、揚壓力、波浪壓力、土壓力之外，還要考慮作用在閘墩上的側(cè)向靜水壓力。(3) 地震情況水閘上游為正常擋水位，下游無水或最低水位。設(shè)計荷載為正常擋水情況的荷載加地震力。6.3 閘室穩(wěn)定計算6.3.1 確定計算單元提示：計算單元應(yīng)根據(jù)閘室布置情況來確定。大底板水閘應(yīng)取中聯(lián)閘室和邊聯(lián)閘室分別計算；分離式底板水閘取單個中墩和邊墩分別計算。6.3.2 穩(wěn)定計算提示：閘室穩(wěn)定計算主要確定基底壓力的最大值、最小值、平均值和基底壓力不均勻系數(shù)、坑滑穩(wěn)定安全系數(shù)，并

23、滿足規(guī)范規(guī)定和地質(zhì)勘察成果確定的容許值。若不能滿足其相應(yīng)的容許值，則需對閘室布置進行適當調(diào)整，直到滿足為止。計算成果見表9表9 閘室穩(wěn)定計算成果表計 算 內(nèi) 容荷 載 基 本 組 合荷 載 特 殊 組 合施工完建情 況正常擋水情 況最高擋水情 況檢修情況地震情況計 算水 位閘上，m閘下，m抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算值KC允許值KC基 底壓應(yīng)力kPa平均值s最大值smax最小值smin允許值s不均勻系數(shù)h計算要點如下：(1) 閘室結(jié)構(gòu)布置和受力情況對稱的閘孔，其基底壓力按偏心受壓公式計算。(2) 閘室結(jié)構(gòu)布置和受力情況不對稱的閘孔，其基底壓力按雙向偏心受壓公式計算。(3) 對于受雙向水平力作用的閘室，

24、應(yīng)驗算水平力的合力方向的抗滑穩(wěn)定性。(4) 對于巖基上水閘的抗滑穩(wěn)定計算，可參照SDJ21-78的規(guī)定。(5) 對于土基上的閘室抗滑穩(wěn)定計算，可參照SDJ133-84的規(guī)定。7 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計7.1 閘底板結(jié)構(gòu)計算7.1.1 閘底板的結(jié)構(gòu)型式提示：閘底板的結(jié)構(gòu)型式應(yīng)根據(jù)閘室布置的要求，結(jié)合地基特性和閘室穩(wěn)定計算綜合考慮確定。若地基為堅硬的土質(zhì)或巖基，通常采用平底板或平底板加低堰（如駝峰堰）結(jié)構(gòu)；跨度較小的水閘也可考慮采用反拱底板；若地基為承載力較小且閘室沉降量較大的軟弱地基，多采用樁基加小底板的型式。7.1.2 閘底板內(nèi)力計算提示：(1) 閘底板內(nèi)力計算方法應(yīng)根據(jù)底板結(jié)構(gòu)型式結(jié)合閘基條件來確定

25、。平底板的計算方法主要有：假定地基反力均勻分布的截面法、不考慮不平衡剪力分配的倒置梁法（只適用于小型水閘）、假定底板和地基都是彈性體的彈性地基梁法等。彈性地基梁法主要有三種不同的假定，即按文克爾假定的基床系數(shù)法、按半無限深的彈性地基梁法和按有限深的彈性地基梁法。彈性地基梁的計算方法很多，由于篇幅所限，此處只介紹按基床系數(shù)法計算彈性地基梁水閘底板內(nèi)力，其它如鏈桿法（日莫契金法）、郭爾布諾夫波薩多夫法等可參閱有關(guān)專著。 (2) 基床系數(shù)法計算彈性地基梁底板內(nèi)力，主要適用于巖基上的水閘底板或可壓縮土層厚度與地基梁半長之比較小的土基上的水閘底板（通常比值在0.25以下時適用）?；蚕禂?shù)法是將閘底板受力

26、的空間問題化為平面問題，在閘底板的垂直水流方向截取具有代表性的若干條帶，分別計算荷載基本組合和荷載特殊組合下的各種計算情況的荷載作用下的底板內(nèi)力。 閘底板內(nèi)力計算，采用彈性地基梁¾¾基床系數(shù)法進行。(1) 確定基床系數(shù)K提示：基床系數(shù)K是使單位面積的地基上產(chǎn)生單位變形所需的力，K值反映了地基特性，即地基堅硬或軟弱的程度，合理選擇K值對于計算成果的精確性和可靠性具有重要意義。K值的確定通常有三種途徑： (1) 按理論公式或經(jīng)驗公式確定； (2) 工程實踐積累數(shù)據(jù)； (3) 試驗確定。 如采用中國船舶工業(yè)總公司第九設(shè)計院編彈性地基梁及矩形板介紹的魏錫克建議的計算方法。該方法是利

27、用地基彈模、地基泊桑比、基礎(chǔ)梁的彈模、慣性矩和基礎(chǔ)梁寬度來計算基床系數(shù)。也可直接根據(jù)上海市政工程設(shè)計院等七設(shè)計院編著給水排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊中提供的基床系數(shù)表來確定。 根據(jù) 確定基床系數(shù)K= 。 (2) 判定基礎(chǔ)梁的屬性提示：基礎(chǔ)梁的屬性有剛性梁、短梁、長梁三類，是由基礎(chǔ)梁的折算長度確定的。而基礎(chǔ)梁的折算長度又與基礎(chǔ)梁的彈性特征長度有關(guān)?；A(chǔ)梁的彈性特征長度可由基床系數(shù)、彈模計算求得。 經(jīng)計算，基礎(chǔ)梁的彈性特征長度S= m，基礎(chǔ)梁的折算長度l= m。根據(jù)判別，水閘底板基礎(chǔ)梁的屬性為 。提示：若判定水閘底板基礎(chǔ)梁的屬性為長梁，尚需根據(jù)基礎(chǔ)梁的折算距離確定是按半無限長梁或無限長梁計算。 (3) 確

28、定基礎(chǔ)梁內(nèi)力計算簡圖提示：確定基礎(chǔ)梁內(nèi)力計算簡圖的步驟是： (1) 首先計算閘室上部荷載，并把上部荷載化為集中荷載作用于閘墩位置； (2) 底板自重、水重、浮托力、滲透壓力及地基反力化為均布荷載； (3) 門前與門后荷載分別計算，并將產(chǎn)生的不平衡剪力按其截面特性進行分配，分配后化為均布荷載； (4) 除均布荷載和集中力外，還要計算作用于閘墩底部的集中彎矩，如檢修情況弧形閘門與檢修閘門之間的水平力對檢修孔的縫墩及中墩產(chǎn)生的彎矩，邊聯(lián)底板荷載計算中邊墩后土壓力對邊墩產(chǎn)生的彎矩，閘墩水平地震慣性力產(chǎn)生的彎矩等。將各種荷載組合下的彎矩分別計算后按作用方向進行累加； (5) 將計算出的集中力、集中彎矩、

29、均布荷載的大小繪于相應(yīng)底板條帶圖上。 (4) 假定底板兩端自由計算底板內(nèi)力提示：先由相應(yīng)表中查出無單位內(nèi)力值，再計算在外荷載作用下彈性地基梁各截面內(nèi)力，即為底板兩端自由時的內(nèi)力 (5) 求出底板各截面抵抗內(nèi)力提示：假定底板端點有約束、轉(zhuǎn)角為零，計算端點彎矩，然后求出各截面抵抗內(nèi)力。 (6) 求基礎(chǔ)梁的實際內(nèi)力 將假定底板兩端自由求得的內(nèi)力與相應(yīng)斷面的抵抗內(nèi)力相迭加，即可求得基礎(chǔ)梁在設(shè)計荷載作用下的實際內(nèi)力。7.1.3 閘底板配筋計算7.1.4 閘底板抗裂計算7.2 閘墩結(jié)構(gòu)計算7.2.1 閘墩的結(jié)構(gòu)型式提示：閘墩的結(jié)構(gòu)型式，最常見的有實體閘墩和排架與實體相組合的閘墩；就受力條件來看，有分散傳遞

30、水推力并設(shè)置門槽的平面閘門閘墩，還有集中傳遞水推力的弧形閘門閘墩。7.2.2 弧形閘門實體閘墩結(jié)構(gòu)計算提示：弧形閘門閘墩受力較為復(fù)雜，主要有通過閘門支鉸傳遞的閘門推力、閘室上部結(jié)構(gòu)自重、水壓力、地震慣性力等?；⌒伍l門閘墩內(nèi)力計算一般采用彈性力學(xué)的方法，將閘墩視為一邊固定、三邊自由的彈性矩形板，利用程序計算；也可利用現(xiàn)有表格（如傅作新、沈潛民弧形門閘墩應(yīng)力計算附表）查表計算或利用有限單元法計算。7.2.2.1 荷載計算要點 (1) 上部荷載：為適應(yīng)程序計算，將上部荷載中的集中荷載按其位置分段簡化為均布荷載。 (2) 作用在弧門上的推力：作用在弧門上的推力包括水平水壓力和垂直上浮力，為適應(yīng)程序計算

31、，需將作用在支鉸點的力向閘墩角點平移。 (3) 檢修閘門與工作閘門之間的側(cè)向水壓力：當一孔檢修時，相鄰孔弧形閘門擋水，在檢修門與工作門之間的閘墩受到側(cè)向水壓力作用，計算中需將側(cè)向水壓力簡化為閘墩網(wǎng)格節(jié)點荷載。 (4) 閘墩地震慣性力：閘墩產(chǎn)生的水平向地震慣性力隨加速度分布系數(shù)的變化而改變，計算中將水平地震慣性力簡化為一均布荷載和若干作用在網(wǎng)格節(jié)點的集中荷載。豎向地震慣性力，其方向向上的作用效果是增加了閘墩的垃應(yīng)力，故一般選擇豎向地震慣性力的作用方向向上。 (5) 閘墩網(wǎng)格劃分提示：根據(jù)閘墩的高寬比確定網(wǎng)格數(shù)量?？扇￠l墩高度方向為5格，沿閘墩長度方向取8格或10格，以方便計算。對于支鉸附近應(yīng)力集

32、中處，可把網(wǎng)格加密。7.2.2.2 對稱力系產(chǎn)生的閘墩應(yīng)力 (1) 正常運用情況水壓力產(chǎn)生的應(yīng)力計算提示：正常運用情況下水壓力通過閘門門體傳至閘墩支鉸和牛腿，在閘墩兩側(cè)產(chǎn)生對稱的推力R。將推力R簡化到閘墩的中心平面，將閘墩作為半無限大直角角楔形體的一部分，根據(jù)平移后的力的大小并進行座標轉(zhuǎn)換，可利用彈性力學(xué)公式直接求出由對稱推力R產(chǎn)生的閘墩應(yīng)力。 (2) 邊界上的應(yīng)力消除提示：由于上述計算中是假定閘墩作為半無限大直角楔形體，而實際并非如此，因此，應(yīng)將閘墩邊界上的計算應(yīng)力消除。消除方法是將邊界上算得的應(yīng)力作為外荷載按大小相等，方向相反作用于需消除應(yīng)力的邊界上，并將閘墩視為短懸臂梁求解閘墩應(yīng)力分布，

33、求出的應(yīng)力再和原計算結(jié)果疊加，即消除了邊界應(yīng)力。 (3) 其它荷載作用產(chǎn)生的閘墩應(yīng)力提示：其它荷載包括閘墩自重、公路橋、工作橋等上部結(jié)構(gòu)荷載和墩尖水壓力等，其應(yīng)力值應(yīng)分別計算。其中墩尖水壓力產(chǎn)生的閘墩應(yīng)力可按懸臂梁受連續(xù)荷載計算；求上部荷載產(chǎn)生的閘墩應(yīng)力，可將閘墩視為半無限大直角楔形體，將集中荷載化為均布荷載后計算，并進行邊界應(yīng)力消除。7.2.2.3 不對稱力系產(chǎn)生的閘墩應(yīng)力 (1) 作用在閘墩上的不對稱力系提示：作用在閘墩上的不對稱力系中有多種作用力：閘門正常擋水時，斜支臂弧形門閘墩受到的垂直向分力；工作門檢修時在工作門和檢修門之間閘墩受到的側(cè)向水壓力；垂直水流向的地震慣性力等。 (2) 不

34、對稱力系產(chǎn)生的應(yīng)力計算 計算不對稱力系對閘墩作用而產(chǎn)生的應(yīng)力，可簡化為小撓度彈性薄板的彎曲問題。提示：由彈性理論可知，求解小撓度彈性薄板彎曲問題可歸結(jié)為尋求中央面撓度W（x、y）問題。根據(jù)求解撓度的基本方程式及劃分的閘墩正方形網(wǎng)格，利用解偏微分方程求某一荷載作用下網(wǎng)格節(jié)點處單位長度的內(nèi)力及相應(yīng)的正應(yīng)力sx、sy，剪應(yīng)力 txy、扭矩 Mxy。 7.2.2.4 閘墩應(yīng)力合成提示：根據(jù)確定的應(yīng)力計算情況和荷載組合，利用程序分別計算對稱力系產(chǎn)生的應(yīng)力和不對稱力系產(chǎn)生的應(yīng)力，并進行疊加，求出閘墩在實際受力狀態(tài)下的正應(yīng)力sx、sy 和剪應(yīng)力 txy，并求出相應(yīng)的主拉應(yīng)力s1,3和s1及其與x軸的夾角a，

35、將其應(yīng)力數(shù)值和分布繪制成圖，以給閘墩配筋計算和采取工程措施提供依據(jù)。7.2.2.5 閘墩溫度應(yīng)力計算提示：根據(jù)閘墩的實際尺寸、溫度變化幅度和地基約束條件等確定采用相應(yīng)的閘墩溫度應(yīng)力計算方法。如河海大學(xué)提出的閘墩中心軸斷面上的降溫拉應(yīng)力估算法、軟基上閘墩中溫度拉應(yīng)力近似計算法等。溫度應(yīng)力計算出后進行應(yīng)力合成。7.2.2.6 閘墩配筋計算 (1) 根據(jù)正應(yīng)力sx的大小和分布確定閘墩豎向鋼筋的配置。 (2) 根據(jù)正應(yīng)力sy的大小和分布確定閘墩水平向鋼筋的配置。 (3) 根據(jù)主拉應(yīng)力的大小和分布確定閘墩中輻射鋼筋的配置。提示：輻射鋼筋的計算主要有分割脫離體法和偏光彈性試驗法。對于大型水閘，應(yīng)按全部拉應(yīng)

36、力由輻射鋼筋承擔的原則計算。7.2.3 平面閘門實體閘墩結(jié)構(gòu)計算提示：平面閘門實體閘墩結(jié)構(gòu)計算一般均采用材料力學(xué)的方法。閘墩的計算假定，在垂直水流方向力的作用下按底部固結(jié)、頂部彈性支承的梁考慮，對于中小型工程也可按照固結(jié)于底板上的懸臂梁計算。 (1) 閘墩水平截面上的應(yīng)力按偏心受壓公式計算。 (2) 閘墩垂直截面上的應(yīng)力按重力法計算。 (3) 閘門槽應(yīng)力計算。提示：閘門槽應(yīng)力計算是閘墩結(jié)構(gòu)計算的主要部分，其計算方法有偏心受壓計算法、軸心受拉計算法、偏心受拉計算法等，應(yīng)結(jié)合工程實際情況確定。7.2.4 閘墩抗裂計算7.3 其它結(jié)構(gòu)設(shè)計7.3.1 上下游翼墻 (1) 翼墻結(jié)構(gòu)型式的確定提示：翼墻的

37、結(jié)構(gòu)型式應(yīng)根據(jù)擋土高度、地基特性、當?shù)亟ú馁Y源和施工條件等方面進行多方案經(jīng)濟技術(shù)比較確定。對于地基條件較好的水閘可考慮采用半重力式衡重式結(jié)構(gòu)；重力式擋土墻多適用于扭曲段聯(lián)接或中低擋土墻；對于擋土墻高度在10m以上或地基條件較差的翼墻多采用扶壁式、連拱空箱式或空箱減荷板式結(jié)構(gòu)；也可考慮采用加筋式擋土墻或錨桿式擋土墻等其它新型結(jié)構(gòu)型式。 (2) 翼墻穩(wěn)定計算提示：翼墻穩(wěn)定計算應(yīng)分別考慮施工完建、正常運用和地震情況下的抗滑穩(wěn)定、抗傾穩(wěn)定、地基承載力均能滿足要求，必要時還要驗算地基深層滑動穩(wěn)定性。翼墻設(shè)計的重點是合理選定設(shè)計土壓力的強度值，應(yīng)根據(jù)翼墻的實際變形條件確定是靜止土壓力還是主動土壓力或被動土

38、壓力。 (3) 結(jié)構(gòu)計算提示：重力式翼墻一般不需進行應(yīng)力分析，只有墻體過高而墻身厚度較薄的情況下才需應(yīng)力復(fù)核。懸臂式翼墻、扶壁式翼墻及連拱空箱式翼墻一般采用材料力學(xué)的方法計算內(nèi)力。7.3.2 其它結(jié)構(gòu) (1) 胸 墻提示：胸墻按其結(jié)構(gòu)型式分為活動胸墻和非活動胸墻，而以非活動胸墻居多。非活動胸墻又分為板式結(jié)構(gòu)和板梁式結(jié)構(gòu)（肋形結(jié)構(gòu)）。板式結(jié)構(gòu)胸墻內(nèi)力按單向板計算，板梁式結(jié)構(gòu)胸墻內(nèi)力按肋形結(jié)構(gòu)計算。 (2) 工作橋（亦稱機架橋）提示：工作橋是為了安置啟閉機械而設(shè)，橋面高程根據(jù)閘門提升高程、閘門高度及滑輪組尺寸來確定。工作橋支承于排架上或直接支承在閘墩上。工作橋結(jié)構(gòu)多為板梁式結(jié)構(gòu)，設(shè)有啟閉機房的工作

39、橋有四根縱梁，不設(shè)啟閉機房的工作橋有二根縱梁。主梁內(nèi)力按閘墩或排架為支座的簡支梁計算。 (3) 交通橋提示：結(jié)合水閘工程建橋是一種經(jīng)濟合理的工程布置方案。大中型水閘工程的兩岸連接道路也多是公路工程的一部分。閘上交通橋的設(shè)計標準應(yīng)根據(jù)通過閘區(qū)公路的實際標準和規(guī)劃標準綜合確定。交通橋的結(jié)構(gòu)型式應(yīng)優(yōu)先選用空心板、T形梁等具有標準設(shè)計圖的結(jié)構(gòu)。交通橋多支承于閘墩之上、也有的支承于閘墩上的排架之上。交通橋的結(jié)構(gòu)計算可參閱有關(guān)資料。 (4) 排 架提示：水閘上的排架最多用來支承安置啟閉機的工作橋，也有的用來支承交通橋，還有一種用來啟吊疊梁式檢修閘門的單排架。因此，將水閘上的排架分為單柱式（壁墻式）排架和剛

40、架式排架。單柱或排架按一端固定、一端自由的偏心受壓構(gòu)件計算內(nèi)力。剛架式排架的內(nèi)力計算應(yīng)按順水流方向和垂直水流方向用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法（如“無剪力分配法”等）分別計算。8 地 基 設(shè) 計提示：水閘工程與其它建筑物一樣，能否保持設(shè)計荷載作用下的地基穩(wěn)定性是工程設(shè)計成敗的關(guān)鍵。保持地基穩(wěn)定性，不僅要求基底應(yīng)力小于地基容許承載力，建筑物的穩(wěn)定安全系數(shù)大于其規(guī)定值，還要求建筑物的沉降量不超過容許值，并防止?jié)B透破壞的發(fā)生。地基設(shè)計要充分考慮利用天然地基的可能性。地基處理方案也應(yīng)進行多方案經(jīng)濟技術(shù)比較，以達到結(jié)構(gòu)合理、施工方便、效益顯著之目的。8.1 天然地基設(shè)計計算8.1.1 驗算地基的容許承載力提示：地基容許

41、承載力的確定可由以下途徑： (1) 缺乏地基土力學(xué)性能指標時，根據(jù)其物理狀態(tài)采用有關(guān)規(guī)范規(guī)定的地基容許承載力，必要時可考慮根據(jù)基礎(chǔ)特性對基本承載力進行修正；無實測資料時，也可根據(jù)經(jīng)驗采用類比法確定地基容許承載力； (2) 從地基變形的角度出發(fā)，根據(jù)地基中極限平衡區(qū)的開展范圍確定地基容許承載力； (3) 從地基的整體剪切破壞角度出發(fā)，根據(jù)地基發(fā)生整體剪切破壞時的極限荷載除以安全系數(shù)確定地基容許承載力。8.1.2 地基的穩(wěn)定性計算提示：水閘建成后，正常擋水并遭遇地震荷載時、或最高擋水位時，均可能承受最大水平向推力而使基礎(chǔ)喪失穩(wěn)定，并根據(jù)垂直荷載的大小產(chǎn)生表層滑動或深層滑動。水閘地基的穩(wěn)定性計算就是

42、指深層滑動的穩(wěn)定性計算。穩(wěn)定性的計算方法有圓弧法、折線法、塑性平衡理論計算法等，應(yīng)根據(jù)地基分層情況和工程特點確定相應(yīng)計算方法。8.1.3 地基沉降計算提示：土基尤其是軟土地基上的水閘，其沉降不均勻且沉降值較大時，可能造成閘室傾斜、底板開裂，嚴重地影響水閘的安全運用。因此，軟基上的水閘應(yīng)根據(jù)沉降計算成果來分析地基變形情況，以便選用合理的結(jié)構(gòu)型式，并由此確定施工速度和程序。8.1.3.1 選擇沉降計算斷面和計算點提示：(1) 斷面選擇：一般中孔閘室選擇一個斷面，邊孔閘室選擇一個或兩個斷面。 (2) 計算點：條形基礎(chǔ)選擇在基礎(chǔ)邊緣和中心點；長方形基礎(chǔ)選擇在基礎(chǔ)四角和中心點；中小型水閘可取底板兩端和中

43、點。8.1.3.2 確定壓縮層厚度提示：水工設(shè)計中傳統(tǒng)的壓縮層厚度確定方法，只與附加壓力的大小有關(guān)：一般土層用附加應(yīng)力等于自重應(yīng)力的20%的厚度，軟土地基用附加應(yīng)力等于自重應(yīng)力的10%的厚度作為壓縮層厚度。由于沒有考慮土層壓縮性大小的影響，顯然不太合理?，F(xiàn)改為按計算沉降量確定壓縮層厚度較符合實際。確定的方法是：在壓縮層下限向上取1米厚土層，計算的壓縮量值不大于在壓縮層范圍內(nèi)各土層壓縮量總和的2.5%，以此作為壓縮層厚度的確定條件。8.1.3.3 選定各計算層次的標準壓縮曲線提示：首先根據(jù)地質(zhì)剖面圖中所標明的不同土類及其變化情況確定壓縮計算層次，再確定各土層相應(yīng)的標準壓縮曲線。標準壓縮曲線是根據(jù)

44、所取有代表性的原狀土樣進行壓縮試驗結(jié)果計算所得。8.1.3.4 地基的應(yīng)力計算提示：應(yīng)力計算包括自重應(yīng)力、附加應(yīng)力和基坑開挖的卸荷應(yīng)力。 (1) 自重應(yīng)力：應(yīng)考慮地基中有粘土隔水層和含沙水層相間時對自重應(yīng)力的影響； (2) 附加應(yīng)力：一般按照均質(zhì)彈性半無限體理論且不考慮地層軟硬不均的影響的計算方法，通過積分求得矩形或條形基礎(chǔ)在分布荷載作用下基礎(chǔ)角點處的附加應(yīng)力。 (3) 卸荷應(yīng)力：基坑開挖時地基卸荷，計算隨開挖范圍而變化的地基應(yīng)力值減小的數(shù)量。8.1.3.5 最終沉降量計算提示：(1) 根據(jù)地基應(yīng)力計算成果，可以確定閘室各計算斷面中計算點在基坑開挖后的初始應(yīng)力和水閘建成后的最終應(yīng)力，并從各土層

45、的標準壓縮曲線上求得相應(yīng)的初始孔隙比和最終孔隙比，再求出各土層的壓縮量和總壓縮量，即為最終沉降量。 (2) 最終沉降量的修正： 按土的固結(jié)過程和固結(jié)度法進行修正。 按照沉降量與經(jīng)歷時間的經(jīng)驗關(guān)系式進行修正。8.1.3.6 水閘容許沉降量的確定提示：水閘容許沉降量尚無統(tǒng)一規(guī)定，根據(jù)工程運行經(jīng)驗可確定為：整體平底板水閘最大沉降量應(yīng)控制在100mm以內(nèi)，最大沉降差控制在30mm之內(nèi)；反拱底板水閘閘墩的最大沉降差應(yīng)控制在3mm之內(nèi)。8.2 閘基處理提示：(1) 平原地區(qū)水閘大多建造在第四紀松散覆蓋層上，經(jīng)常遇到松散砂性土、軟粘土、淤泥等軟弱地基，這些地基的地基土均具有標準貫入擊數(shù)小、承載力低、粘性土的

46、天然含水量高、砂性土的天然空隙比大等特點。不能滿足水閘對地基的要求，必須進行基礎(chǔ)處理。 (2) 水閘基礎(chǔ)處理的方法較多：有墊層法等淺層基礎(chǔ)處理；有砂井預(yù)壓、振沖擠密、強夯等中深層基礎(chǔ)處理；對深層處理則多采用樁基；對巖基水閘的閘基斷裂帶局部處理或濕陷性黃土、膨脹土、凍土等特殊土的閘基處理則應(yīng)采取相應(yīng)專門處理措施。確定地基處理方案要首先充分考慮利用天然地基的可能性，并進行多方案經(jīng)濟技術(shù)綜合比較，以求達到技術(shù)可靠、結(jié)構(gòu)合理、施工方便、效益顯著之目的。限于篇幅，本章只介紹淺層基礎(chǔ)處理的墊層法和深基礎(chǔ)的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。8.2.1 墊層法處理水閘淺層基礎(chǔ)提示：墊層法主要適用于閘基下為厚度不大于3.0m的軟

47、粘土或淤泥時的情況。墊層材料多采用中粗砂、碎石或重壤土等，其作用除增強了地基的穩(wěn)定性，減小了水閘的沉降量和不均勻沉降之外，還縮短了下臥軟土層的滲透固接時間，有利于抵抗深層滑動。8.2.1.1 確定墊層厚度提示：確定墊層厚度的方法主要有： (1) 根據(jù)下臥層的承載能力確定墊層厚度； (2) 按照極限平衡理論求地基中塑性開展區(qū)的范圍的方法確定墊層厚度； (3) 基礎(chǔ)延伸法：將墊層視為基礎(chǔ)來考慮； (4) 根據(jù)基礎(chǔ)邊緣地基的局部穩(wěn)定條件確定墊層厚度：使墊層厚度略大于基礎(chǔ)邊緣可能局部滑動的最大深度。8.2.1.2 確定墊層寬度 墊層寬度可根據(jù)滿足地基應(yīng)力擴散的要求來確定。8.2.2 鉆孔樁基礎(chǔ)設(shè)計提示：在軟弱地基上建造水閘，當?shù)鼗某休d能力和穩(wěn)定性不能滿足要求或水閘的不均勻沉降過大時，一般采用鉆孔樁基礎(chǔ)。必須指出，樁基水閘閘室布置多為低樁承臺加分離式底板的布置型式，其方案應(yīng)與平底板方案進行經(jīng)濟技術(shù)比較后確定。樁基設(shè)計依據(jù)“建筑樁基技術(shù)規(guī)范”JGJ94-94。8