水閘課程設(shè)計(jì)

目錄一、設(shè)計(jì)基本資料 11.1概述 11.1.1防洪 11.1.2灌溉 11.1.3引水沖淤 11.2規(guī)劃數(shù)據(jù) 21.2.1孔口設(shè)計(jì)水位、流量 31.2.2閘室穩(wěn)定計(jì)算水位組合 31.2.3消能防沖設(shè)計(jì)水位組合 31.3地質(zhì)資料 31.3.1閘基土質(zhì)分布情況 31.3.2閘基土工試驗(yàn)資料 41.4閘的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 41.5其它有關(guān)資料 41.5.1閘上交通 4二、樞紐布置 52.1防沙設(shè)施 52.2引水渠的布置 62.3進(jìn)水閘布置 62.3.1閘室段布置 62.3.2上游連接段 72.3.3下游連接段 7三、水力計(jì)算 73.1閘孔設(shè)計(jì) 83.1.1閘室結(jié)構(gòu)形式 83.1.2堰型選擇及堰頂高程的確定 93.1.3孔口尺寸的確定 93.2消能防沖設(shè)計(jì) 123.2.1消力池的設(shè)計(jì) 123.2.2海漫的設(shè)計(jì) 163.2.3防沖槽設(shè)計(jì) 17四、防滲排水設(shè)計(jì) 184.1地下輪廓線設(shè)計(jì) 184.1.1底板 184.1.2鋪蓋 194.1.3側(cè)向防滲 194.1.4排水、止水 194.1.5防滲段長度驗(yàn)算 194.2滲流計(jì)算 204.2.1地下輪廓線的簡化 204.2.2確定地基透水層的有效深度 214.2.3滲流區(qū)域分段及阻力系數(shù)的計(jì)算 214.2.4滲透壓力計(jì)算 224.2.5抗?jié)B穩(wěn)定驗(yàn)算 27五、閘室布置及穩(wěn)定計(jì)算 285.1閘室結(jié)構(gòu)布置 285.1.1底板 285.1.2閘墩 295.1.3胸墻 305.1.4工作橋 315.1.5檢修便橋 325.1.6交通橋 325.2閘室穩(wěn)定計(jì)算 335.2.1荷載計(jì)算 335.2.2穩(wěn)定計(jì)算 39六、閘室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 426.1閘墩的設(shè)計(jì) 426.2閘底板結(jié)構(gòu)計(jì)算 436.2.1閘基地基反力計(jì)算 436.2.2不平衡剪力計(jì)算 446.2.3板條上荷載的計(jì)算 47七、兩岸連接建筑物設(shè)計(jì) 50八、水閘細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì) 51九、基礎(chǔ)處理 52十、參考文獻(xiàn) 53一、設(shè)計(jì)基本資料1.1概述興化閘建在興化鎮(zhèn)以北的興化渠上，閘址地理位置見圖1-1。該閘的主要作用有防洪、灌溉和引水沖淤。1.1.1防洪當(dāng)興化河水位較高時，關(guān)閘擋水，以防止興化河水入侵興化渠下游兩岸農(nóng)田，保護(hù)下游的農(nóng)田和村鎮(zhèn)。1.1.2灌溉灌溉期引興化河水北調(diào)，以灌溉興化渠兩岸的農(nóng)田。1.1.3引水沖淤在枯水季節(jié)，引興化河水北上至下游的大成港，以沖淤保港。7.0北渠9.0化至大成港11.0興閘管所興化閘化河興興化鎮(zhèn)圖1-1閘址位置示意圖（單位：m）1.2規(guī)劃數(shù)據(jù)興化渠為人工渠道，其剖面尺寸如圖1-2所示。渠底高程為0.5m，底寬50m，兩岸邊坡均為1:2，該閘主要有以下幾種設(shè)計(jì)組合：圖1—2興化渠剖面示意圖1.2.1孔口設(shè)計(jì)水位、流量根據(jù)規(guī)劃要求，在灌溉期由興化閘自流引興化河水灌溉，引水流量為300m3/s，此時相應(yīng)的閘上游水位為7.83m，下游水位為7.78m；冬季枯水季節(jié)，由興化閘自流引水送至下游的大成港沖淤保港，引水流量為100m31.2.2閘室穩(wěn)定計(jì)算水位組合（1）設(shè)計(jì)情況：上游水位10.3m，浪高0.8m，下游水位6.9m。（2）校核情況：上游水位10.7m，浪高0.5m，下游水位7.0m。1.2.3消能防沖設(shè)計(jì)水位組合（1）消能防沖的不利水位組合是：引水流量為400m3（2）下游水位流量關(guān)系下游水位流量關(guān)系見表1-1。1.3地質(zhì)資料1.3.1閘基土質(zhì)分布情況根據(jù)鉆探報(bào)告，閘基土質(zhì)分布情況見表2-2。1.3.2閘基土工試驗(yàn)資料根據(jù)土工試驗(yàn)資料，閘基持力層為堅(jiān)硬粉質(zhì)粘土，其內(nèi)摩擦角φ=190，凝聚力C=60.0Kpa，天然孔隙比e=0.69，天然容重γ=20.3KN/m3，比重G=2.74，變形模量E0=4.0×107KPa；建閘所用回填土為砂壤土，其內(nèi)摩擦角φ=260，凝聚力C=0，天然容重γ=18KN/m3；混凝土的彈性模量Eh=2.3×101.4閘的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》SL265-2001，興化閘按Ⅲ級建筑物設(shè)計(jì)。1.5其它有關(guān)資料1.5.1閘上交通根據(jù)當(dāng)?shù)亟煌ú块T建議，閘上交通橋?yàn)閱诬嚨拦窐?，按?10設(shè)計(jì)，履帶-50校核。橋面凈寬為4.5m，總寬5.5m，采用板梁式結(jié)構(gòu)，見圖1-3，每米橋長約重80KN。圖1-3交通橋剖面圖（單位：mm）1.5.2該地區(qū)“三材”供應(yīng)充足。閘門采用平面鋼閘門，尺寸自定，由工廠設(shè)計(jì)加工制造。1.5.3該地區(qū)地震烈度設(shè)計(jì)為6度，故可不考慮地震影響。1.5.4該地區(qū)風(fēng)速資料不全，在進(jìn)行浪壓力設(shè)計(jì)時，建議取L1=10h二、樞紐布置興化閘為無壩引水進(jìn)水閘。整個樞紐主要由引水渠、防沙設(shè)施和進(jìn)水閘等組成。2.1防沙設(shè)施閘所在河流為少泥沙河道，故防沙要求不高，僅在引水口設(shè)攔沙坎一道即可。攔沙坎高1m，底部高程0.5m，頂高程1.5m，迎水面直立，背流坡為1:1的斜坡。圖2-1樞紐布置圖2.2引水渠的布置興化河河岸比較堅(jiān)穩(wěn)，引水渠可以盡量短（大約65m），使興化閘靠近興化河河岸。為了保證有較好的引水效果，引水角取35°，并將引水口布置在興化河凹岸頂點(diǎn)偏下游水深較大的地方。為了減輕引水口處的回流，使水流平順的進(jìn)入引水口，引水口上、下游邊角修成圓弧形。引水渠在平面上布置成不對稱的向下游收縮的喇叭狀，見圖2-1。2.3進(jìn)水閘布置2.3.1閘室段布置閘室段是水閘的主體部分，通常包括底板、閘墩、閘門、（胸墻）、工作橋、交通橋等。底板是閘室的基礎(chǔ)，它將閘室上部結(jié)構(gòu)的重量及荷載較均勻地傳給地基，并且具有防沖和防滲的作用。閘墩是用來分隔閘孔并支承閘門、工作橋用于安裝啟閉設(shè)備，便于工作人員操作。交通橋則是為了連接兩岸的交通。2.3.2上游連接段上游連接段的主要作用是使水流平順地進(jìn)入閘孔，同時保護(hù)兩岸及河床免受沖刷并具有防滲作用。上游連接段一般包括上游翼墻、鋪蓋、護(hù)底、上游防沖槽、上游護(hù)坡等部分。上游翼墻的主要作用是使閘室和上游岸坡平順連接，以保證水流平順地進(jìn)入閘孔。鋪蓋的位置緊靠閘室底板的上游，其主要作用是防滲和防沖。在鋪蓋的上游設(shè)置護(hù)底，用以保護(hù)河床。根據(jù)水流的抗沖能力，必要時宜在上游護(hù)底首端增設(shè)防沖槽。另外，為了保護(hù)河床兩岸不受沖刷，還需在上游兩岸設(shè)置護(hù)坡。2.3.3下游連接段下游連接段包括下游翼墻、護(hù)坦（消力池）、海漫、下游防沖槽、下游護(hù)坡。下游翼墻能引導(dǎo)出閘水流均勻擴(kuò)散，并具有防沖和側(cè)向防滲的作用。護(hù)坦的主要作用是消減過閘水流的能量，防止沖刷河床。海漫則是用來進(jìn)一步消除下泄水流的剩余動能，并調(diào)整流速分布。為了防止下游河床的沖刷坑向上游發(fā)展，應(yīng)在海漫的末端設(shè)置防沖槽，而下游護(hù)坡的作用與上游護(hù)坡相同，是用來保護(hù)岸坡免遭沖刷。三、水力計(jì)算水力設(shè)計(jì)主要包括兩方面的內(nèi)容,即閘孔設(shè)計(jì)和消能設(shè)計(jì)。3.1閘孔設(shè)計(jì)閘孔設(shè)計(jì)的主要任務(wù):確定閘室結(jié)構(gòu)形式、選擇堰型、確定堰頂高程及孔口尺寸。3.1.1閘室結(jié)構(gòu)形式該閘建在人工渠道上,故宜采用開敞式閘室結(jié)構(gòu)。閘孔的形式一般有寬頂堰孔口、低實(shí)用堰孔口以及胸墻孔口等三種。寬頂堰孔口：寬頂堰是水閘中最常用的一種型式，盡管它的流量系數(shù)較小、易產(chǎn)生波狀水躍，但是它有利于泄洪、沖沙、排污、排冰，而且構(gòu)造簡單、施工方便。低實(shí)用堰孔口：水閘底板采用實(shí)用堰，一般多為低堰。目前常用的低堰有WES堰、駝峰堰和梯形堰三種。常用于上游水位允許有較大壅高的山區(qū)河道，自由泄流時的流量系數(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，但其泄流能力受下游水位影響較大。胸墻式孔口：對于上游水位變幅較大的水閘，可以通過設(shè)置胸墻減小閘門及工作橋的高度，但這種結(jié)構(gòu)型式不利于排冰、排污和通航。由于在運(yùn)行中，該閘的擋水位達(dá)10.3m～10.7m,而泄水時上游水位為7.44m～7.83m,擋水位時上游最高水位比下游最高水位高出3.26m，故擬設(shè)置胸腔代替閘門擋水，以減小閘門高度，減小作用在閘門上的水壓力，減小啟門力，并降低工作橋的高度，從而減少工程費(fèi)用。綜上所述：該閘采用帶胸墻的開敞式閘室結(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人工渠道上,宜采用結(jié)構(gòu)簡單,施工方便,自由出流范圍較大的平底板寬頂堰?？紤]到閘基持力層是堅(jiān)硬粉質(zhì)粘土,土質(zhì)良好,承載能力大,并參考該地區(qū)已建在工程的經(jīng)驗(yàn),擬取閘底板頂面與興化渠渠底齊平，高程為0.5m。3.1.3孔口尺寸的確定（1）初擬閘孔尺寸。該閘的孔口必須滿足引水灌溉和引水沖淤保港的要求。1）引水灌溉上游水深H=7.83-0.5=7.33m下游水深=7.78-0.5=7.28m引水流量Q=300m/s上游行近流速V0A=(b+mH)H=(50+2×7.33)×7.33=473.96m2V0=300/473.96=0.633H0=H+V0/2g(取=1.0)=7.33+0.6332/（2×9.8）=7.35mhS/H0=7.28/7.35=0.99>0.8,故屬淹沒出流。由SL265-2001查表（3-1）淹沒系數(shù)σs=0.36由寬頂堰淹沒出流公式（3-1）對無坎寬頂堰，取m=0.385，假設(shè)側(cè)收縮系數(shù)=0.968，則（3-2）=300=25.3m2）引水沖淤保港上游水深H=7.44-0.5=6.94m下游水深hS=7.38-0.5=6.88m引水流量Q=100上游行近流速V0=Q/AA=(b+mH)H=(50+2×6.94)×6.94=443.3V=Q/A=100/443.3=0.23m/sH0=H+V0/2g(取=1.0)=6.94+0.232/（2×9.8）=6.94mhS/H0=6.88/6.94=0.99>0.8,故屬淹沒出流。由SL265-2001查表（A.0.1-2）淹沒系數(shù)σs由寬頂堰淹沒出流公式（3-3）對無坎寬頂堰，取m=0.385，假設(shè)側(cè)收縮系數(shù)=0.968，則=100=9.2m比較1）、2）的計(jì)算結(jié)果，B02<B01，可見引水灌溉情況是確定閘孔尺寸的控制情況，故閘孔凈寬B0擬將閘孔分為3孔，取每孔凈寬為8.5m,則閘孔實(shí)際總凈寬為B0=3×8.5=25.5由于閘基土質(zhì)條件較好，不僅承載能力較大，而且堅(jiān)硬、緊密。為了減少閘孔總寬度，節(jié)省工作量，閘底板宜采用整體式平底板。擬將分縫設(shè)在各孔底板的中間位置，形成倒∏型底板。中墩采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚1.5m，墩頭、墩尾均采用半圓形，半徑為0.75m。（2）校核泄洪能力根據(jù)孔口與閘墩的尺寸可計(jì)算側(cè)收縮系數(shù)，查水閘設(shè)計(jì)規(guī)范SL265-2001表3-2可知：對于中孔：b0bs=8.58.5+1.5對于邊孔：b0bs所以，ε=所以，Q實(shí)=σεmB0=0.36×0.932×0.385×25.5×=289.6Q實(shí)際過流能力滿足引水灌溉的要求。因此，該閘的孔口尺寸確定為：共分3孔，每孔凈寬8.5m，2個中墩各厚1.5m，閘孔總凈寬為25.5m，閘室總寬度為28.5m。3.2消能防沖設(shè)計(jì)消能防沖設(shè)計(jì)包括消力池、海漫及防沖槽等三部分。3.2.1消力池的設(shè)計(jì)（1）上下游水位連接形態(tài)的判別,閘門從關(guān)閉狀態(tài)到泄流量為300m3/s往是分級開啟的。為了節(jié)省計(jì)算工作量,閘門的開度擬分三級,流量100m3/s;待下游的水位穩(wěn)定后,增大開度至200m3當(dāng)泄流量為100m3上游水深H=10.2-0.5=9.7m;下游水深可采用前一級開度(即Q=0)時的下游水深ht=6.9-0.5=6.4上游行進(jìn)流速v0=QA=100673.2=0.15m/s（v0h=e=0.615×0.84=0.52mhc''==2.22m<ht=6.88m,故為淹沒出流。由《水力學(xué)》(清華大學(xué)出版社)表9.8查得φ=0.95，于是μ=ε'φ過閘流量為Q=μeB2g(H0-=0.58×0.84×25.5×=100.7m該值與要求的流量100十分的接近，才所假定的閘門開度e=0.84正確。此時，躍后水深hc''=2.22<ht以同樣的步驟可求得泄水量為200、300時的閘門開度、躍后水深，并可判別不同泄水量時水面的連接情況，見表3.3。（2）消力池的設(shè)計(jì)1)消力池池深：由表3-3可知，在消能計(jì)算中，躍后水深均小于相應(yīng)的下游水深，出閘水流已發(fā)生了淹沒水躍，故從理論上講可以不必建消力池。但是為了穩(wěn)定水躍，通常需建一構(gòu)造消力池。取池深d=0.5m。2）消力池池長：根據(jù)前面的計(jì)算，以泄流量300作為確定消力池長度的計(jì)算依據(jù)。則h=e=0.626×3.05=1.91mh==3.51m消力池的長度要保證水躍發(fā)生在池內(nèi)，故消力池的長度與水躍長度有關(guān)。消力池的總長度包括斜坡的水平投影長和護(hù)坦水平段的長度，其計(jì)算公式如下。Lsj=L式中LsjLsβ水躍長度修正系數(shù)，可取0.7～0.8；Lj自由水躍的采用SL265-2001中推薦的公式計(jì)算。Lj=6.9（h由表3.3可知，hc''=3.51m，hc=Lj=6.9×（3.51-1.91消力池與閘底板以1：4的斜坡段相連接，LS=0.5×4=2.0m,則消力池長度LsjLsj=L取消力池長為13m。3）消力池的底板厚度：下泄水流在消力池內(nèi)流態(tài)十分紊亂，池底要承受高速水流上的沖擊力、脈動壓力以及揚(yáng)壓力等，受力比較復(fù)雜，因此消力池的底板必須具有足夠的抗沖性、整體性和穩(wěn)定性。為了滿足要求，消力池底板的厚度應(yīng)根據(jù)抗沖和抗浮的穩(wěn)定性分別計(jì)算。消力池的底板根據(jù)抗沖要求，可用下式計(jì)算t=k1q?H'式中t消力池底板始端的厚度，m；k1q消力池進(jìn)口處的單寬流量，m3/(s?m)?H故t=0.15×11.76×3.7=0.7由于消力池的池底板厚范圍（0.5～1.2）所以取消力池的池底板厚為0.8m,前后等厚。在消力池底板的后半部設(shè)排水孔,孔徑10cm,間距2m，呈梅花行布置,孔內(nèi)填以砂，碎石。3.2.2海漫的設(shè)計(jì)盡管水流在消力池內(nèi)已消除了大部分能量，但仍有較大的余能，紊動的現(xiàn)象仍很劇烈，特別是流速分不清不均，底部流速分布不均底部流速較大，對河床仍有較大的沖刷能力，因此在消力池后仍需設(shè)置海漫護(hù)底，從而保護(hù)河床免遭水流沖刷。（1）海漫的長度。海漫長度應(yīng)根據(jù)可能出現(xiàn)的最不利的水位和流量的組合情況進(jìn)行計(jì)算。SL265-2001中建議，當(dāng)qsLp=ksq式中Lpksqs消力池末端的單寬流量，m?H故Lp=8×11.76×3.7=44.05（2）海漫的布置和構(gòu)造：由于下游水深較大,為了節(jié)省開挖量,海漫布置成水平的。海漫在構(gòu)造上應(yīng)具有一定的柔性、透水性、抗沖性和表面粗糙性。柔性是為了在一定程度上能適應(yīng)河床的變形；透水性是為了消除底部承受的滲透壓力；抗沖性是為了確保海漫自身不會發(fā)生沖刷破壞，從而達(dá)到保護(hù)河床的目的；表面粗糙性則是為了消耗水流的余能。前20m采用漿砌石，粒徑大于30cm塊石，砌筑厚度為0.5m，內(nèi)部設(shè)有排水孔，下部設(shè)反濾層。后24m采用粒徑大于30cm的塊石砌筑而成，厚度為0.5m，在砌石下面鋪設(shè)碎石、粗砂墊層。為了提高其抗沖能力，每隔6～10m設(shè)置一道漿砌石石梗。3.2.3防沖槽設(shè)計(jì)水流經(jīng)過海漫后，仍具有一定的沖刷能力。如要河床完全不受沖刷，必須將海漫設(shè)置的很長，但這樣做不經(jīng)濟(jì)。因此，常在海漫末端設(shè)置防沖槽。防沖槽一般為堆石結(jié)構(gòu)，其作用是當(dāng)海漫末端發(fā)生河床底部沖刷時，防沖槽的塊石將會自動滾入倍沖刷的河床上，從而阻止沖刷進(jìn)一步向上游發(fā)展，確保海漫安全。防沖槽的尺寸應(yīng)根據(jù)沖刷深度確定，海漫末端的河床沖刷深度可按下式計(jì)算：dm=1.1q式中dm海漫末端河床沖刷深度，mqm海漫末端的單寬流量，mv0河床土質(zhì)允許不沖流速，m/shm海漫末端的河水深度，m海漫末端的平均寬度B''q''=300/64.56=4.65對比較緊密的黏土地基，且水深大于3m，v0可取為1.1m/s，hs''dm=1.1×4.651.1-7.28dm<0,表示海漫出口不形成沖刷坑，理論上可以不建防沖槽。但為了保護(hù)海漫頭部，故在海漫末端一防沖槽。圖3-1消力池、海漫、防沖槽布置圖四、防滲排水設(shè)計(jì)4.1地下輪廓線設(shè)計(jì)對于黏土地基，通常不采用垂直板樁防滲。故地下輪廓主要包括底板，防滲鋪蓋。4.1.1底板（1）底板長度：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)度等要求。由《水工建筑物》（中國水利水電出版社）可知，底板長度可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)擬定，對于粘性土地基，?。?.5～4.0）H，則有：L=4H=4×3.7=14.8m綜上所述，取底板順?biāo)鞣较騆為15m。（2）底板厚度d：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，底板為（15～17）單孔凈跨，一般為1.0～2.0（3）底板構(gòu)造。底板采用鋼筋混凝土構(gòu)造，混凝土為C15。上下游兩端各設(shè)0.5m深的齒墻嵌入地基。底版分縫中設(shè)以“V”型銅止水片。4.1.2鋪蓋鋪蓋采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其長度一般為2—4倍閘上水頭或3—5倍上下游水位差，擬取4倍上下游水位差，即16m，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。上游翼為曲面式反翼墻，收縮角取15，延伸至鋪蓋頭部以半徑為6.6m的圓弧插入岸坡。4.1.4排水、止水為了減小作用于閘底板上的壓力，在整個消力池底板下部設(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、上游翼墻與邊墻之間的永久性縫中，均設(shè)以銅片止水。閘底板與消力池、消力池與下游翼墻、下游翼墻與邊墩之間的永久性分縫，雖然沒有防滲要求，但為了防止閘基土與墻后填土被水流帶出，縫中鋪貼瀝青油毛氈。4.1.5防滲段長度驗(yàn)算（1）閘基防滲長度。必須的防滲長度為L=C?H?H=3.7m.當(dāng)反濾層有效時，C=3；當(dāng)反濾失效時，C=4.因此L=11.1～14.8m實(shí)際閘基防滲長度L'=1+0.5+1.4+0.5+0.5+15+16=34.9L'（2）繞流防滲長度。必須的防滲長度為L=C?H（4-1）?H=3.7m，C=7（回填土為壤土，且無反濾）。因此L=7×3.7=25.9m實(shí)際防滲長度L'L'圖4-1地下輪廓布置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地下輪廓線的簡化為了便于計(jì)算，將復(fù)雜的地下輪廓進(jìn)行簡化。由于鋪蓋頭部及底板上下游兩端的齒墻均較淺，可以將它們簡化成短板樁。圖4-2地下輪廓簡化1，2，3為進(jìn)口段；4為鋪蓋水平段；5，6為板樁垂直段；7底板水平段；8齒墻垂直段；9齒墻水平段；10為出口段。4.2.2確定地基透水層的有效深度根據(jù)鉆探資料，閘基透水層深度很大。故在滲流計(jì)算中必須取一有效深度，代替實(shí)際深度。由地下輪廓線的簡化圖知：地下輪廓線的水平投影長度L0=31+15=46m；地下輪廓的垂直投影長度S0=2.0-0.5=1.5m。L0/S4.2.3滲流區(qū)域分段及阻力系數(shù)的計(jì)算1、計(jì)算阻力系數(shù)（1）進(jìn)口段：將齒墻簡化為短板柱，板樁入土深度為0.5m，鋪蓋厚度為0.5m。故S1=0.5+0.5=1.0m；T1=23.5m;而另一側(cè)的S2=0.5m,T2=23m。計(jì)算進(jìn)口處阻力系數(shù)ξ01為ξ01=1.5(S1（2）鋪蓋水平段：S1=1m,S2=1.5m,L1=31m,T=23m，計(jì)算鋪蓋水平段阻力系數(shù)ξx1ξx1=L（3）板樁垂直段：S1=1.5m，T1=23m，S2=0m，T2=21.6m，故板樁垂直段阻力系數(shù)ξy1ξy1=2（4）底板水平段：S1=0m，S2=0.5m，L2=14m，T=22.1m，故底板水平阻力系數(shù)ξx2計(jì)算為

ξx2=（5）齒墻垂直段：S=0.5m，T=22.1m，故齒墻垂直段的阻力系數(shù)ξy2ξy2=2（6）齒墻水平段：S1=S2=0，T=21.6m，L3=1.0m，計(jì)算齒墻水平段阻力系數(shù)ξx3ξx3=L（7）出口段：出口段中S=0.50m，T=22.5m，計(jì)算其阻力系數(shù)ξ02為ξ02=1.5(ST)4.2.4滲透壓力計(jì)算1、設(shè)計(jì)工況：求各分段的滲透水頭損失值由式hi=ξi?Hi=1（1）進(jìn)口段：h1=0.550m（2）鋪蓋水平段：h2=1.472m（3）板樁垂直段：h3=0.070m（4）底板水平段：h4=0.713m（5）齒墻垂直段：h5=0.027m（6）齒墻水平段：h6=0.053m（7）出口段：h7=0.515m2、進(jìn)出口水頭損失值的修正（1）進(jìn)口處修正。計(jì)算修正系數(shù)ββ'1=1.21-112==0.48<1.0，應(yīng)予以修正。進(jìn)口段水頭損失值應(yīng)修正為h'進(jìn)口段水頭損失減小值?h1故鋪蓋水平段水頭損失值應(yīng)修正為h'出口處修正。出口處修正系數(shù)β'2β'2=1.21-=1=0.出口段水頭損失應(yīng)修正為h'?采用《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》中相應(yīng)的修正公式得h'驗(yàn)算?H=3、算各角隅點(diǎn)的滲壓水頭由上游進(jìn)口段開始，逐次向下游從總水頭3.7m相繼減去各分段水頭損失值，即可求得各角點(diǎn)的滲壓水頭值：H1=3.4m，H2=3.136m，H3=1.378m，H4=1.308m，H5=0.334m，H6=0.281m，H7=0.175，H8=0。4、繪制滲壓水頭分布圖根據(jù)以上算的的滲壓水頭值，并認(rèn)為沿水平段的水頭損失呈線性變化，即可繪出圖。見圖4-3。圖4-3設(shè)計(jì)洪水位滲透壓力圖5、閘底滲透壓力計(jì)算單位寬度閘底板滲透壓力P1P==121kN單位寬度防滲鋪蓋滲透壓力P2P==686kN2、校核工況：求各分段的滲透水頭損失值由式hi=ξi?Hi=1（1）進(jìn)口段：h1=0.598m（2）鋪蓋水平段：h2=1.602m（3）板樁垂直段：h3=0.077m（4）底板水平段：h4=0.776m（5）齒墻垂直段：h5=0.029m（6）齒墻水平段：h6=0.058m（7）出口段：h7=0.560m2、進(jìn)出口水頭損失值的修正（1）進(jìn)口處修正。計(jì)算修正系數(shù)β'==0.48<1.0，應(yīng)予以修正。進(jìn)口段水頭損失值應(yīng)修正為h'進(jìn)口段水頭損失減小值?h1故鋪蓋水平段水頭損失值應(yīng)修正為h'出口處修正。出口處修正系數(shù)β'2β=1=0.出口段水頭損失應(yīng)修正為h'?采用《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》中相應(yīng)的修正公式得h'驗(yàn)算?H=3、算各角隅點(diǎn)的滲壓水頭由上游進(jìn)口段開始，逐次向下游從總水頭3.7m相繼減去各分段水頭損失值，即可求得各角點(diǎn)的滲壓水頭值：H1=3.7m，H2=3.416m，H3=1.5m，H4=1.423m，H5=0.364m，H6=0.306m，H7=0.19,H8=0。4、繪制滲壓水頭分布圖根據(jù)以上算的的滲壓水頭值，并認(rèn)為沿水平段的水頭損失呈線性變化，即可繪出圖，如圖4-4.圖4-4設(shè)計(jì)洪水位滲透壓力圖5、閘底滲透壓力計(jì)算單位寬度閘底板滲透壓力P1P==134KN單位寬度防滲鋪蓋滲透壓力P2P==762KN4.2.5抗?jié)B穩(wěn)定驗(yàn)算求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平段的平均滲透坡降（1）滲流出口平均坡降為J0=h0S'=（2）底板水平段平均滲透坡降為Jx=h4'L故閘基的防滲滿足抗?jié)B穩(wěn)定的要求。五、閘室布置及穩(wěn)定計(jì)算5.1閘室結(jié)構(gòu)布置開敞式水閘閘室由底板、閘墩、閘門、工作橋和交通橋等組成。5.1.1底板（1）底板長度：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)度等要求。由《水工建筑物》（中國水利水電出版社）可知，底板長度可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)擬定，對于粘性土地基，?。?.5～4.0）H，則有：L=4H=4×3.7=14.8m綜上所述，取底板順?biāo)鞣较騆為15m。（2）底板厚度d：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，底板為（15～17）單孔凈跨，一般為1.0～2.0m，d=（3）底板構(gòu)造。底板采用鋼筋混凝土構(gòu)造，混凝土為C20。上下游兩端各設(shè)0.5m深的齒墻嵌入地基。底版分縫中設(shè)以“V”型銅止水片。5.1.2閘墩閘墩結(jié)構(gòu)型式應(yīng)根據(jù)閘室結(jié)構(gòu)抗滑穩(wěn)定性和閘墩縱向剛度要求確定，一般宜采用實(shí)體式。閘墩外形輪廓應(yīng)能滿足過閘水流平順、側(cè)向收縮小，過流能力大的要求。上下游墩頭采用半圓形。閘墩上游部分的頂面高程應(yīng)滿足以下兩個要求：①水閘擋水時，不應(yīng)低于水閘正常蓄水位加波浪計(jì)算高度與相應(yīng)的安全超高之和；②泄洪時，不應(yīng)低于水閘設(shè)計(jì)（或校核）洪水位與相應(yīng)安全超高值之和。各種運(yùn)用情況下水閘安全超高見表5.1。閘墩下游部分的頂面高程可根據(jù)需要適當(dāng)降低。表5.1水閘安全超高下限值水閘級別運(yùn)用情況1234、5擋水時正常蓄水位0.70.50.40.3最高當(dāng)水位0.50.40.30.2泄水時設(shè)計(jì)洪水位1.51.00.70.5校核洪水位1.00.70.50.4閘墩長度取決于上部結(jié)構(gòu)布置和閘門的形式，一般與底板同長或稍短些。此設(shè)計(jì)取與底板同長15m。閘墩厚度應(yīng)根據(jù)閘孔孔徑、受力條件、結(jié)構(gòu)構(gòu)造要求和施工方法確定。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般漿砌石閘墩厚0.8～1.5m，混凝土閘墩厚1～1.6m，少筋混凝土墩厚0.9～1.4m，鋼筋混凝土墩厚0.7～1.2m。閘墩在門槽處厚度不宜小于0.4m。此設(shè)計(jì)采用鋼筋混凝土閘墩，中墩厚為1.5m，邊緣與岸墻合二為一，采用重力式設(shè)計(jì)。閘墩上游部分的頂部高程在泄洪時應(yīng)高于設(shè)計(jì)或校核洪水位加安全超高；關(guān)門時應(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：=10.3+0.8+0.7=11.8m校核洪水位的超高計(jì)算：=10.7+0.5+0.5=11.7m取上述二者中的較大者，取為11.8m。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8.5m，其上設(shè)3根0.67m×0.7m，高1.8m的柱子，柱頂設(shè)0.7m×0.7m，長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11.8m，與兩岸大堤齊平。平面閘門的門槽尺寸應(yīng)根據(jù)閘門的尺寸確定，一般檢修門槽深0.15～0.25m，寬約0.15～0.30m，主門槽深一般不小于0.3m，寬約0.5～1.0m。檢修門槽與工作門槽之間應(yīng)留1.5～2.0m的凈距，以便于工作人員檢修。此設(shè)計(jì)檢修門槽深0.2m，寬0.25m。主門槽深0.5m，寬0.5m。5.1.3胸墻胸墻的主要作用是擋水，從而減小閘門的高度及重量，同時，胸墻與閘墩相連，可以提高閘室在垂直水流方向上的剛度。胸墻的頂部高程與閘頂高程齊平，胸墻底緣迎水面做成圓弧形或橢圓形，以利于過閘水流平順通過。胸墻頂與閘墩上游部分頂部同高取11.8m。胸墻底部高程應(yīng)以不影響引水為準(zhǔn)。=堰頂高程+堰頂下游水深+=0.5+7.28+0.3=8.08m，取胸墻底部高程為8.1m。則胸墻高度為3.7m。胸墻采用鋼筋混凝土板梁式結(jié)構(gòu)，簡支于閘墩上。上梁尺寸為0.3m×0.5m,下梁尺寸為0.4m×0.8m，板厚20cm。下梁下端的上游面做成圓弧形，以利過水。5.1.4工作橋（1）啟閉機(jī)選型：閘門采用平面滾輪鋼閘門，為潛孔式。門頂應(yīng)高出胸墻底緣0.2m，即其高程為8.3m。門高8.3-0.5=7.8m，門寬為8.5+2×0.25=9m。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式G=0.073k1k2k3A0.93Hs0.79初估閘門自重。A=70.2m2；H則門自重G=0.073×1.0×1.1×1.0×70.20.9310.20.79=214.5kN，取門重G=220kN，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，初估啟門力FQ=（0.1～0.2）P+1.2G，閉門力Fw=（0.1～0.2）P-0.9G。其中G為閘門的重力，P為作用在門上的總水壓力。不計(jì)浪壓力的影響，作用在每米寬門上游的水壓力P上=1/2×9.8×（2.6+10.2）×7.8=489.2kN，作用在每米寬門下游的水壓力PP=P上FQ=0.1P+1.2G=0.1×1834.3+Fw=0.1P-0.9G=0.1×1834.3-Fw<0,表示閘門能靠自重關(guān)閉，不需要加壓重塊幫助關(guān)閉。根據(jù)計(jì)算所需啟閉力FQ=447.4,初選雙吊點(diǎn)手搖電動兩用卷揚(yáng)式啟閉機(jī)（上海重型機(jī)械廠產(chǎn)品）QPQ-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)有足夠的操作寬度。B=啟閉機(jī)寬度+2×操作寬度+2×欄桿柱寬+2×欄桿外富余寬度=1.962+2×0.15+2×0.8+2×0.05=3.962，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0.35m，中間活動板厚6cm。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)腳螺栓處，設(shè)兩根橫梁。橫梁寬30cm，高50cm。工作橋設(shè)在實(shí)體排架上，排架的厚度為閘墩門槽處的頸厚即50cm，排架順?biāo)鞣较驅(qū)挾葹?.3m。排架頂部高程為?=胸墻底緣高程+門高+富余高度=8.1+7.8+0.6=16.5m。5.1.5檢修便橋?yàn)榱吮阌跈z修、觀測、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)的鋼筋混凝土簡支梁。梁高40cm，寬25cm。梁中間鋪設(shè)厚6cm的鋼筋混凝土板。5.1.6交通橋在工作橋的下游側(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5.5m。具體如圖5-1所示。5-1交通橋結(jié)構(gòu)圖5.2閘室穩(wěn)定計(jì)算5.2.1荷載計(jì)算（1）底板重力G1=15×1.4×25×28.5+（2）閘墩重力G2G2閘門重力：G（3）胸墻重力：G（4）工作橋及啟閉機(jī)重力：工作橋重考慮到欄桿及橫梁重等工作橋每米重約為27kN，則G5啟閉機(jī)QPQ-2x25單臺機(jī)身重40.7kN，考慮到機(jī)架混凝土及電機(jī)重，每臺啟閉機(jī)重48kN，啟閉機(jī)重力為：G則G（5）公路橋重力：公路橋每米重約80kN，考慮到欄桿重另加50kN，則公路重G（6）檢修便橋重力：檢修便橋每米重約為10.2kN，則檢修便橋重G（7）閘室內(nèi)水的重力：G（8）水平水壓力PPP（9）浪壓力已知hlh波浪破碎的臨界水深HijP（10）浮托力F=7×9.8×15×28.5+（11）滲透壓力（具體見4.2.4滲透壓力計(jì)算）U=1荷載和力矩計(jì)算簡圖見圖5.2圖5-2閘室結(jié)構(gòu)布置圖5.2.2穩(wěn)定計(jì)算穩(wěn)定計(jì)算分為完建無水期、設(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位三種工況（1）完建無水期1）閘室基底壓力驗(yàn)算閘室地基壓力計(jì)算，由上表5-2-1可知：∑W=32671kN，∑M=233800kN·m。則e=152-23380032671=0.34σminmax=∑σmax=76.79kPa<σ=400kPa（查《水工建筑物》（中國水利水電出版社σmη=σmaxσ因此，基底壓力滿足要求。2）閘室抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算地基產(chǎn)生深層滑動的臨界壓力(浮容重)（5-4）σ=317.5kPaσkp>Kc=tanφ其中：φ0=0.9φ=17.1°因此，閘室抗滑穩(wěn)定性滿足要求。Kc（2）設(shè)計(jì)洪水位1）閘室基底壓力驗(yàn)算閘室地基壓力計(jì)算，由上表1可知：∑W=28617kN，∑M=226538kN·m。則e=152-226538σσmax=67.33kPa<σmη=因此，基底壓力滿足要求。2）閘室抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算地基產(chǎn)生深層滑動的臨界壓力σ=317.5kPaσkp>σmaxK其中：φ0=0.9φ=17.1°因此，閘室抗滑穩(wěn)定性滿足要求。（3）校核洪水位1）閘室基底壓力驗(yàn)算閘室地基壓力計(jì)算，由上表1可知：∑W=27828kN，∑M=233106kN·m。則e=152-233106σσmax=65.89kPa<σmη=因此，基底壓力滿足要求。2）閘室抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算地基產(chǎn)生深層滑動的臨界壓力σ=317.5kPaσkp>σmaxK其中：φ0=0.9φ=17.1°因此，閘室抗滑穩(wěn)定性滿足要求。六、閘室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6.1閘墩的設(shè)計(jì)閘墩的設(shè)計(jì)見本設(shè)計(jì)5.1.26.2閘底板結(jié)構(gòu)計(jì)算6.2.1閘基地基反力計(jì)算在上一節(jié)5.2.2計(jì)算地基應(yīng)力σmax完建無水期：σminmax校核洪水位：σ6.2.2不平衡剪力計(jì)算（1）計(jì)算單元的選取。由于底板上的荷載在順?biāo)鞣较蚴怯型蛔兊?，而地基反力是連續(xù)變化的，所以作用在單寬板條及閘墩上的力是不平衡的，維持板條及墩條上力的平衡的差值?Q=Q1-Q2（2）根據(jù)已知條件列表計(jì)算見表6-1注：（6）=（1）+（2）+（3）+