節(jié)制閘初步設(shè)計模板

表3-3流量Q下渠道下游水深hs及出流情況Q(m3/s)hs(m)A(m2)C(m1/2/s)R(m)Q(m3/s)）X(m)hc''-h0(m)狀態(tài)57.9540.764117.32338.1690.75558.000155.4182.730自由出流112.3601.133174.86140.7221.113112.000157.0693.491自由出流163.2181.419219.72742.2451.388163.000158.3463.898自由出流210.5271.656257.21743.3201.614211.000159.4064.103自由出流254.2881.850288.12144.1071.798254.000160.2764.120自由出流294.5002.024315.79544.7511.961295.000161.0504.011自由出流3.2.4多種開啟方式下開啟高度對出流狀態(tài)影響閘門按1、3、5、7、9、11孔對稱方式開啟。對于閘門不同開啟孔數(shù)，以及不同開啟度進行組合計算，得到表3-4，方法同前。表3-4多種開啟方式下的出流狀態(tài)參數(shù)Ne(m)H(m)Q(m3/s)hc''(m)h0(m)hc''-hs(m)狀態(tài)設(shè)計情況10.87.957.9543.4950.7642.730自由出流1.67.9112.3604.6241.1333.491自由出流2.47.9163.2185.3171.4193.898自由出流3.27.9210.5275.7591.6564.103自由出流47.9254.2885.9701.8504.120自由出流4.87.9294.5006.0342.0244.011自由出流30.87.9173.8633.4951.4762.019自由出流1.67.9337.0814.6242.1912.433自由出流2.47.9489.6545.3172.7402.576自由出流3.27.9631.5825.7593.1902.569自由出流47.9762.8645.9703.5692.401自由出流4.87.9883.5006.0343.8962.138自由出流50.87.9289.7723.4952.0031.492自由出流1.67.9561.8024.6242.9741.650自由出流2.47.9816.0905.3173.7151.602自由出流3.27.91052.6365.7594.3241.435自由出流47.91271.4395.9704.8351.135自由出流4.87.91472.5016.0345.2780.757自由出流70.87.9405.6813.4952.4491.045自由出流1.67.9786.5234.6243.6360.989自由出流2.47.91142.5265.3174.5400.777自由出流3.27.91473.6905.7595.2800.479自由出流47.91780.0155.9705.9050.065自由出流4.87.92061.5016.0346.442-0.407淹沒出流90.87.9521.5903.4952.8460.649自由出流1.67.91011.2444.6244.2200.404自由出流2.47.91468.9625.3175.2690.048自由出流3.27.91894.7455.7596.128-0.369淹沒出流47.92288.5915.9706.852-0.882淹沒出流4.87.92650.5016.034——————110.87.9637.4993.4953.2050.290自由出流1.67.91235.9654.6244.756-0.131淹沒出流2.47.91795.3985.3175.934-0.617淹沒出流3.27.92315.7995.759——————47.92797.1675.970——————4.87.93239.5016.034——————3.3消力池設(shè)計3.3.1消力池形式的選定消力池有三種類型：1、挖深式消力池，適用于閘下尾水深度小于躍后水深1.0~1.5m的情況。2、突檻式消力池，適用于閘下尾水深度略小于躍后水深的情況。3、綜合式消力池，適用于閘下尾水深度小于躍后水深1.5~3.0m的情況。本工程采用挖深式消力池。3.3.2消力池池深的計算（1）水位組合由計算表3-4分析知：閘門開1孔，開度e=4m時，下游出流狀態(tài)最不好。因此取閘門開1孔，初始開度e=4m，初始流量Q=254(m3/s)時，為消力池的設(shè)計情況。消力池池深計算水位組合見表3-5。表3-5消力池池深計算水位組合表計算情況閘上水位（m）閘下水位(m)初始流量(m3/s)()設(shè)計情況7.91.85254校核情況同上（2）消力池池深計算消力池池深計算步驟如下首先假設(shè)=0.5m；1)閘前流速=（3-4），m/s；2)閘前總水頭H0=H+（3-5），m；3)由消力池底板頂面算起的總勢能T0=H0+d（3-6），m；4)過閘單寬流量q=Q/B（3-7），m2/s；5)由公式（3-8）迭代計算收縮斷面水深，=（3-9），m，（流速系數(shù)由《水學(xué)力》[3]查得取0.98）；6)躍后水深（3-10），m，（近似為1）；7)出池落差（3-11），m；8)池深（3-12），m，(若取,若帶入此時的d值重新計算)。式中：為出池河床水深，m；為水躍淹沒系數(shù)，可采用1.05-1.10,取1.05；為消力池首段寬度，m；為消力池末段寬度，m；為水流動能矯正系數(shù)，可采用1.0-1.05，取1。計算結(jié)果列表如表3-6。表3-6消力池池深計算參數(shù)A(m2)Q(m3)V(m/s)H0(m)Q(m3/m·s)d0(m)T0(m)hc(m)(m)△Z(m)D(m)設(shè)計情況1326254.30.197.925.430.58.42.396.339.21-4.4設(shè)計情況是指：先假設(shè)消力池池深為0.5m帶入計算最后求得d＜0.5m。因此取d=0.5m。3.3.3消力池長度的計算（1）按設(shè)計情況計算1）水躍長度的計算LJ＝6.9(h"C-hC)（3-13）由表3-6可知-最大為h"C-hC=3.94m，則LJ＝6.9×3.94=27.2m。2）消力池長度的計算LsJ＝Ls+βLJ（3-14）式中：β為水躍長度校正系數(shù),可采用0.7～0.8，取β=0.8；Ls為消力池斜坡段長度。本設(shè)計斜坡段采用1:4的坡度，則Ls為2m；則LsJ＝Ls+βLJ=2+0.8×27.2=23.8m。（2）校核情況同設(shè)計情況。3.3.4消力池底板厚度的計算根據(jù)抗沖要求，計算消力池底板厚度，計算按如下公式（3-15）式中：t為消力池底板始端厚度，m；ΔH'為閘孔泄水時的上,下游水位差，m；k1為消力池底板計算系數(shù),可采用0.15～0.20，取0.2。q、ΔH'，設(shè)計情況同計算消力池池深情況，可知q=25.4，ΔH'=5.51m；則=1.54m，取1.6m。為了便于施工，消力池的底板作成等厚。為了增強護坦板的抗滑穩(wěn)定，在消力池末端設(shè)置齒墻，齒墻深度取為0.7m，齒墻底寬取0.7m，斜坡比取1:1。3.4海漫設(shè)計3.4.1海漫長度的計算當=1～9，且消能擴散良好時，海漫長度計算可按公式（3-16）式中：為海漫長度，m；為消力池末端單寬流量，m2/s；為閘孔泄水時上下游水位差，m；為海漫長度計算系數(shù)，按下表3-7查得，取Ks=10。表3-7海漫長度計算系數(shù)河床土質(zhì)粉砂、細沙中砂、粗砂粉質(zhì)壤土粉質(zhì)粘土堅硬粘土14～1312～1110～98～7設(shè)計情況下時，Q=2300m3/s，對應(yīng)下游水深為hs=6.87m，水面寬度為b=179.48m，則qs=12.8m3/m.s，△H=1.03m。分設(shè)計與校核兩種情況計算取大值，計算結(jié)果如表3-8所示。表3-8海漫長度計算表參數(shù)Q(m3/s)hs(m)b(m)(m3/s.m)(m)(m)設(shè)計情況23006.87179.4812.81.0310363.6校核情況同上因此確定海漫長度為Lp=36m。3.4.2海漫構(gòu)造的確定因為對海漫要求有一定的粗糙度，以便進一步消除余能，并有一定的透水性、有一定的柔性，因此選擇在海漫的起始段為10m長的漿砌石水平段，因為漿砌石的抗沖性能較好，其頂面高程與護坦齊平。后26m做成坡度為1:10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(shè)反濾層，其中上部為30cm厚的大礫石層，中間為20cm厚的小礫石層，下部為10cm厚的砂層。3.5沖刷坑及防沖槽設(shè)計3.5.1沖刷坑深度的計算海漫末端的河床沖刷深度計算可按公式（3-17）式中：為海漫末端河床沖刷深度，m；為海漫末端單寬流量，m2/s；為河床土質(zhì)允許不沖流速，m/s，由《水力學(xué)》[3]表6-5查得該渠道=0.8m/s；為海漫末端河床水深，m。設(shè)計情況下，海漫末端河床水深=6.87+20/10=8.87m，其它數(shù)據(jù)同表3-8。海漫末端的河床沖刷深度計算如表3-9。表3-9沖刷坑深度的計算參數(shù)Q(m3/s)b(m)(m2/s)(m/s)(m)(m)設(shè)計情況2300179.4812.80.88.878.73校核情況同上3.5.2防沖槽尺寸的確定一般=1.5～2.0m，即當1.5～2.0m，取=1.5～2.0m。由于計算出的=8.73m＞2m，取=2m。底寬b=(2～3)，取b=3×=6m，上游坡率m1=2~3，取m1=2，下游坡率m2=3。防沖槽的斷面面積，根據(jù)下游河床沖至最深時，石塊坍塌在沖刷坑上游坡面所需要的面積A確定，應(yīng)滿足A=（為堆石自然形成的護面厚度，取用>0.5m；n為上游邊坡系數(shù)），A的最小值應(yīng)為A===2.24m2。初定防沖槽深度為=2m，底寬b=6m。上游邊坡m1=2，下游邊坡m2=3，則其斷面面積為A=22m2，滿足要求。

4防滲排水設(shè)計4.1地下輪廓線布置4.1.1防滲設(shè)計目的防止閘基滲透變形，減小閘基滲透壓力，減小水量損失，合理選用地下輪廓尺寸。4.1.2布置原則防滲設(shè)計一般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(shè)備，用以延長滲徑、減小滲透坡降和閘底板下的滲透壓力；在低水位側(cè)設(shè)置排水設(shè)施，如面層排水、排水孔排水或減壓井與下游連通，使地下滲水盡快排出，以減小滲透壓力，并防止在滲流出口附近發(fā)生滲透變形。4.1.3地下輪廓線的確定（1）防滲長度的擬定防滲長度初擬值按如下公式計算L=C·（4-1）式中：L為閘基防滲長度，包括水平段、鉛直段及傾斜段；為上、下游最大水位差，m；C為允許滲徑系數(shù)，按《水閘設(shè)計規(guī)范》[2]表4.3.2選用，如下表4-1。表4-1允許滲徑系數(shù)地基類別排水條件粉砂細砂中砂粗砂中礫細礫粗礫夾卵石輕粉質(zhì)砂壤土輕砂壤土壤土粘土有慮層13～99～77～55～44～33～2.511～79～55～33～2無慮層7～44～3設(shè)計情況下的最大水位差=7.9m，本水閘持力層為粘土。由表4-1查得允許滲徑系數(shù)C=3。則=C·=3×7.9=23.7m。（2）防滲設(shè)備由于閘基土質(zhì)以黏性土為主，防滲設(shè)備采用黏土鋪蓋，閘底板上、下游側(cè)設(shè)置齒墻，為了避免破壞天然的黏土結(jié)構(gòu)，不宜設(shè)置板樁。(3）防滲設(shè)備尺寸及構(gòu)造1）閘底板順水流方向長度L=·A，據(jù)閘基土質(zhì)為粉質(zhì)黏土，從《水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計指南》[8]，知道A取2.5～4.0，取A=2.5；為上下游最大水頭差，取7.9m。閘底板順水流方向長度L=2.5×7.9=19.8m，經(jīng)綜合考慮上部結(jié)構(gòu)布置及地基承載力等要求，確定閘底板長度為20m；2）底板厚度必須滿足強度和剛度的要求，大、中型水閘可?。?/6～1/8）l0(l0為閘孔凈寬)，一般為1.0～2.0m,最薄不宜小于0.6m，則閘底板厚度取1.5m；3）閘室底板的上、下游端均宜設(shè)置齒墻,齒墻深度可采用0.5～1.5m，齒墻深度取為0.7m，齒墻底寬取0.7m，斜坡比取1:1。4）鋪蓋長度3～5倍上下游最大水頭差,取24m，為便于施工，上游端厚取為0.6m，末端取為1.5m，鋪蓋下游齒墻深度采用0.7m，以便和閘底板連接。（4）校核地下輪廓線的長度實際的地下輪廓線布置長度應(yīng)大于理論的地下輪廓線長度。根據(jù)以上設(shè)計數(shù)據(jù)，則，閘基防滲長度=鋪蓋長度+閘底板長度+齒墻長度=24+20+5.8m=49.8m＞23.7m，經(jīng)過校核，滿足要求。4.2排水設(shè)施、止水設(shè)備布置4.2.1排水設(shè)施的作用采用排水設(shè)備，可降低滲透壓力，排除滲水，避免滲透變形，增加下游的穩(wěn)定性。排水的位置直接影響滲透壓力的大小和分布，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況和水閘的工作條件，做到既減小滲壓又避免滲透變形。4.2.2排水設(shè)施設(shè)計（1）鉛直排水為了降低底板下部的的滲透壓力，本工程在護坦設(shè)排水孔，孔距為2m，孔徑為10cm，呈梅花形布置，孔后設(shè)反濾層。（2）水平排水水平排水為加厚反濾層中的大顆粒層形成平鋪層。排水反濾層一般由2—3層不同粒徑的沙礫石組成。層次排列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(yīng)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，各層的顆粒不得發(fā)生移動，相鄰的兩層間，較小一層的顆粒不得穿過較粗的一層的空隙，反濾層不能被阻塞，應(yīng)具有足夠的透水性，以保證排水通暢，同時還應(yīng)該保證耐久、穩(wěn)定，其工作性能和效果應(yīng)不隨時間的推移和環(huán)境的改變而改變。本設(shè)計中的反濾層由碎室、中砂、和細砂組成，其中上部為30cm厚的大礫石層，中間為20cm厚的小礫石層，下部為10cm厚的砂層。4.2.3止水設(shè)備設(shè)計凡是有防滲要求的縫，都應(yīng)設(shè)止水設(shè)備。止水分鉛直止水和水平止水兩種。前者設(shè)在閘墩中間、邊墩與翼墻間以及上游翼墻鉛直縫中，后者設(shè)在黏土鋪蓋保護層上的溫度沉降縫、消力池與底板溫度沉降縫、翼墻和消力池本身的溫度沉降縫內(nèi)。本水閘設(shè)計中鉛直止水采用在鉛直縫間設(shè)置紫銅片和瀝青油毛氈，水平止水采用溫度沉降縫間設(shè)置止水片，縫下采用瀝青麻布封底止水。4.3滲流計算4.3.1滲流計算的目的計算閘底板各點滲透壓力，驗算地基土在初步擬定的地下輪廓線下的滲透穩(wěn)定性。4.3.2計算方法計算方法有直線法、流網(wǎng)法和改進阻力系數(shù)法，由于改進阻力系數(shù)法方便實用，采用此種方法進行滲流計算。4.3.3計算地基有效深度地基有效深度確定可用公式當，Te=0.5L0（4-2），（4-3）式中：L0為地下輪廓的水平投影長度；S0為地下輪廓的垂直投影長度。當計算的Te值大于地基實際深度時，Te值應(yīng)按地基實際深度采用。本設(shè)計中地下輪廓的水平投影長度L0=鋪蓋長+閘底板長度=24+20=44m，地下輪廓的垂直投影長度S0=2.2m。因為，則地基有效深度Te=0.5×44=22m。由于Te大于實際地基透水層T=11.2m，則取Te=11.2m。4.3.4計算各典型段的阻尼系數(shù)（1）分段經(jīng)過地下輪廓的各角點與尖端將滲流區(qū)域分成9個典型段，九個典型段中1、9段為進出口段3、5、7段為內(nèi)部垂直段2、4、6、8段為內(nèi)部水平段。如圖4-1。圖4-1改進阻力系數(shù)法分區(qū)示意圖（2）各典型段的幾何特征及阻尼系數(shù)計算見表4-2。表4-2各典型段阻尼系數(shù)計算表段號段別S（m）T（m）L（m）備注1進口段0.611.2——0.46各典型段阻尼系數(shù)計算公式：①進、出口段②內(nèi)部垂直段③內(nèi)部水平段2內(nèi)部水平段00.710.1523.32.253內(nèi)部垂直段0.710.15——0.074內(nèi)部水平段0091.40.165內(nèi)部垂直段0.79.7——0.076內(nèi)部水平段0.70.79.718.61.827內(nèi)部垂直段0.79.7——0.078內(nèi)部水平段0090.70.089出口段1.511.2——0.51∑5.6445.494.3.5各典型段滲壓水頭損失計算各典型段滲壓水頭損失按公式（4-4）計算，由于設(shè)計與校核情況相同，因此只需按照其中一種情況計算即可，各典型段滲壓水頭損失具體計算結(jié)果見表4-3。表4-3各典型段滲壓水頭損失計算表計算情況分段編號123456789(m)0.462.250.070.160.071.820.070.080.517.9（m）0.663.240.100.230.102.620.100.120.734.3.6進、出口段修正及各區(qū)段滲壓水頭損失調(diào)整（1）阻力修正系數(shù)，進、出口水頭損失與修正后水頭損失值的計算按公式（4-5）其中：（4-6）；為進、出口水頭損失，m；為修正后的進出后損失值，m；為阻力修正系數(shù)，當1時，取=1.0；為底板埋深與板樁入土深度之和，或為齒墻外側(cè)埋深，m；為板樁另一側(cè)地基透水層深度,或為齒墻底部至計算深度線的垂直距離，m；——地基透水層深度，m。則修正后進、出口段水頭損失將減少△h=（1-）（4-7）。具體計算結(jié)果如表4-4。表4-4進、出口水頭損失與修正后水頭損失值計算表計算情況(m)(m)(m)(m)(m)△h(m)進口0.611.211.20.580.660.380.28出口2.211.211.20.930.730.680.05（2）其它各段休整后的水頭損失進口段后一段水頭損失，先用進口段后一段水頭損失與進口段損失減少值相比較；出口段前一段水頭損失，先用出口段前一段水頭損失與出口段損失減少值相比較。若hx≥△h，則按hx’=hx+△h修正；若hx＜△h，則與進或出口段的后或前二段水頭損失的和相比較；若hx+hy≥△h，則按hx’=2hx，hy’=hy+△h-hx修正；若hx+hy＜△h，則按hx’=2hx，hy’=2hy,，hCD’=hCD+△h-(hx+hy)修正；hCD為與進出口段相鄰的第三個典型流段的水頭損失。h2=3.24≥△h1=0.28，則按h2’=h2+△h=3.24+0.28=3.52m修正；h8=0.12≥△h1=0.05，則按h8’=h8+△h=0.12+0.05=0.17m修正；其它段不變。（3）修正后的各典型段滲壓水頭損失則修正后的各典型段滲壓水頭損失見表4-5。表4-5修正后的各典型段滲壓水頭損失計算表計算情況分段編號（1）(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(m)0.462.250.070.160.071.820.070.080.517.9（m）0.383.520.100.230.102.620.100.170.684.3.7各滲流角點處的滲壓水頭的計算用前面算得的各段的水頭損失進行計算，總的水頭差為7.9m。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，計算結(jié)果見表4-6。表4-6各滲流角點處的滲壓水頭的計算表滲壓水頭(m)設(shè)計情況7.97.5243.93.673.570.950.850.680根據(jù)各角點處的滲壓水頭，作閘底滲壓水頭力分布圖如圖4-2。圖4-2閘底板滲透壓力分布圖（長度:mm,水頭:m）4.3.8驗算滲流逸出坡降因為的滲透破壞可能性最大，因此算出口處即可。出口段的滲流逸出坡降J可用公式（4-8）計算。則出口段的滲流逸出坡降。查《水工建筑物》[1]311頁表6-5，可知道出口段土質(zhì)為軟黏土的允許滲流逸出坡[J]為0.6~0.7，J=0.31＜[J]，滿足要求，不會發(fā)生滲透變形。

5閘室結(jié)構(gòu)布置5.1閘室底板5.1.1底板作用閘底板是閘室的基礎(chǔ)，承受閘室及上部結(jié)構(gòu)的全部荷載，并較均勻地傳給地基，還有防沖、防滲等作用。5.1.2底板形式同閘孔寬度設(shè)計的選定情況，用整體式平底板，沉陷建設(shè)在閘墩中間。5.1.3長度同前面布置地下輪廓線時選定的尺寸，閘底板長度為20m。5.1.4厚度同前面布置地下輪廓線時選定的尺寸，閘底板厚度為1.5m。齒墻深度取0.7m，齒墻底寬取0.7m，斜坡比取1:1。5.2閘墩5.2.1作用分隔閘孔并支承閘門、工作橋等上部結(jié)構(gòu)，使水流平順地經(jīng)過閘室。5.2.2閘墩長度及高度（1）閘墩長度的選定閘墩長度的選定應(yīng)滿足兩個因素：①閘墩長度應(yīng)滿足上部結(jié)構(gòu)布置要求；②要使閘室基底荷載強度順水流方向的分布在各種工作條件下都比較均為避免閘室上下端產(chǎn)求，生過大的不均勻沉降而傾斜。根據(jù)工程經(jīng)驗，一般情況下該值等于底板長度，也能夠大于底板長度，但伸出的閘墩懸臂長度一般不宜超過閘墩底板厚度的1倍。初步擬定本節(jié)制閘閘墩的順水流方向的長度與閘底長度相同，為20m。（2）閘墩高度的選定閘墩頂部高程=設(shè)計水位+浪高+波浪中心至靜水面距離+安全超高；閘墩頂部高程=校核水位+浪高+波浪中心至靜水面距離+安全超高。取兩者中的大值（本工程僅有設(shè)計情況）。平均波高和平均波周期計算按莆田試驗站公式（5-1）（5-2）式中：為平均波高，m；為計算風速，m/s；為風區(qū)長度，m；為風區(qū)內(nèi)平均水深，m；為平均波周期，s。然后由《水閘設(shè)計規(guī)范》[2]表E.0.1-2查得波高與平均波高的比值/進而求的，根據(jù)水閘的級別為2級，可由表E.0.1-1查的波列累計頻率為2%，則=。具體計算見表5-1。表5-1平均波高和平均波周期計算表設(shè)計情況(m)(km)(m/s)(m)/(s)(m)7.92220.0212.230.550.05平均波長和波浪中心線超出計算水位的高度計算分別按下式（5-3）（5-4）式中：為平均波長，m；為閘前水深，m；為波浪中心線超出計算水位的高度，m。采用試算的方法得出，計算結(jié)果見表5-2。表5-2平均波長及波浪中心線超出計算水位的高度設(shè)計情況(m)(s)(m)(m)(m)7.90.550.050.470.02安全超高由《水閘設(shè)計規(guī)范》[2]表4.2.4水閘安全超高下限值查的為0.4m。綜上閘墩高程計算見表5-3。表5-3閘墩高程計算表設(shè)計情況閘前水位(m)浪高(m)波浪中心至靜水面距離(m)安全超高(m)閘墩頂高程(m)7.90.050.020.48.37由閘墩高程計算表可初步擬定閘墩高程為8.4m。5.2.3閘墩尺寸擬定（1）根據(jù)《水閘設(shè)計規(guī)范》[2]實施指南4.2.12～4.2.14條的規(guī)定條規(guī)定：閘墩厚度應(yīng)根據(jù)閘孔孔徑、受力條件、結(jié)構(gòu)工程和施工方法確定，平面閘門閘墩門槽處最小厚度不宜小于0.4m。兼做岸墻的邊墩還應(yīng)考慮承受側(cè)向土壓力的作用，其厚度應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)抗滑穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)強度的需要計算確定?；炷梁蜕俳罨炷灵l墩的厚度約為0.9～1.4m?？p寬一般為2.0~3.0cm。閘墩厚度同閘孔寬度設(shè)計的選定情況，縫墩、中墩、邊墩，它們的厚度依次是1.6m、1.2m、1m，其中縫墩中縫寬為3cm。閘墩的外形輪廓設(shè)計應(yīng)能滿足過閘水流平順、側(cè)向收縮小、過流能力大的要求。上游墩頭可采用半圓形，下游墩頭采用流線形，本設(shè)計上、下游墩頭均采用半圓形。（2）根據(jù)《水閘設(shè)計規(guī)范》[2]實施指南4.2.14條規(guī)定，工作閘門門槽應(yīng)設(shè)在閘墩水流較平順部位，深度一般為0.3m，其寬深比宜取1.6～1.8。根據(jù)管理維修需要設(shè)置的檢修閘門門槽，其與工作閘門門槽之間的凈距離不宜小于1.5m。檢修門槽深約0.15~0.20m，寬約0.15~0.30m。當設(shè)有兩道檢修閘門門槽時，閘墩和底板必須滿足檢修期的結(jié)構(gòu)強度要求。初步擬定工作閘門的門槽深度取0.3m，寬度取0.5m，位于閘墩上游段5m處；設(shè)一道檢修閘門，檢修門槽深度取0.2m，寬度取0.3m，距離工作門槽上游邊緣2m處；具體尺寸見圖5-1，5-2。圖5-1縫墩尺寸布置圖（單位：m）圖5-2中墩尺寸布置圖（單位：m）5.3閘門與胸墻5.3.1閘門與胸墻尺寸根據(jù)《水閘設(shè)計規(guī)范》[2]規(guī)定初步擬定：閘門采用平面鋼閘門，雙節(jié)點滾輪支撐。工作閘門的高程=堰頂高程+堰頂上游水深+安全超高=0+7.9+0.4=8.3m，寬度同閘孔凈寬取值為10m。胸墻作用是擋水，借以減少閘門的高度和重量以及啟閉噸位，另外胸墻與閘墩相連，能夠增加閘室垂直水流方向的剛度，在地震地區(qū)對提高抗震能力的好處。由于上游水頭過大，采用上游胸墻。當孔徑大于6m時宜采用板梁式，本閘孔徑為10m，因此采用板梁式。胸墻頂宜與閘頂齊平，胸墻底高程以不影響閘孔過水為準，初步擬定胸墻高度為3.1m，胸墻迎水面底部宜做成圓弧形，設(shè)在閘門上游。則閘門高度為8.4-3=5.3m。具體尺寸見圖5-3。圖5-3孔胸墻的尺寸（單位：cm）5.3.2閘門重量與啟閉機選定（1）根據(jù)中國水利水電出版社《水工鋼結(jié)構(gòu)》附錄十一露頂式平面閘門自重的估算公式：當5m≤H≤8m，閘門自重計算按公式（5-5）式中：H、B為分別為孔口高度及寬度，m；為閘門行走支承系數(shù)；對滑動式支承=0.81，對滾輪式支承=1.0，對于臺車式支承=1.3；為材料系數(shù)：閘門用普通碳素鋼時=1.0，用低合金鋼時=0.8；為孔口高度系數(shù)：當H＜5m時，=0.156，5m＜H＜8m時，=0.13。則閘門自重為（2）閘門啟門力和閉門力估算閘門啟閉所需的啟門力和閉門力由近似公式（5-6）（5-7）式中：為啟門力，kN；為閉門力，kN；為閘門上的總水壓力，kN，（5-8）；為閘門自重，kN。計算結(jié)果如表5-4。表5-4閘門啟門力和閉門力計算表計算情況(m)(m)b(m)(kN)(kN)(kN)(kN)設(shè)計情況7.97.6103058.1105431.8211.3由計算結(jié)果能夠看出＞0因此閘門在關(guān)閉時需要增加配重塊。表5-4計算所得啟門力，初步選用平面閘門雙吊點卷揚式啟閉機，根據(jù)《閘門與啟閉機》選定啟閉機型號如下：啟閉機型號：QPQ-2×25、啟門力50T、自重4.07T、地腳螺栓的間距G=1825mm、啟閉機的寬度為J=1895mm。5.4閘上橋的布置5.4.1工作橋工作橋按機座寬按1.9m，兩邊操作寬度為2×0.8=1.6m，欄桿高1.2m，欄桿預(yù)留尺寸2×0.2=0.4m，因此工作橋總寬擬定為4m。由于工作橋在排架上，確定牌架高程即得工作橋的高程。排架高度=閘門高+安全超高+吊耳高度=5.3+0.4+0.5=6.2m；支墩具體尺寸見圖5-4。圖5-4工作橋排架布置圖（單位：cm）工作橋高程=閘墩高程+排架高度+T型梁高度=8.4+6.2+0.9=15.5m。具體尺寸見圖5-5。圖5-5工作橋尺寸及布置圖（單位：cm）5.4.2交通橋交通橋采用0.5m厚斜空心板，由于交通橋的標準是公路Ⅱ，雙車道。則公路橋面寬度定為7m，兩邊人行道各為0.8m,欄桿的厚度取0.15m，欄桿高1.2m,交通橋總寬度為9m。交通橋的具體尺寸見圖5-6。圖5-6交通橋布置圖（單位：cm）5.4.3檢修橋由于檢修橋置于檢修門槽上，橋?qū)?.5m，由兩塊鋼筋混凝土平板組成，橋中間留有1.5m空隙，上鋪15cm厚的鋼筋混凝土的活動鋪板，底高程與閘墩一樣8.4m，攔桿高1.2m。具體尺寸見圖5-7。圖5-7檢修橋布置圖（單位：cm）

6閘室穩(wěn)定計算水閘竣工時，地基所受的壓力最大，沉降也較大。過大的沉降，特別是不均勻沉降，會使閘室傾斜，影響水閘的正常運行。當?shù)鼗惺芎奢d過大，超過其容許承載力時，將使地基整體發(fā)生破壞。水閘在運行期間，受水平推力的作用，有可能沿地基面或深層滑動。因此，必須分別驗算水閘在剛建成、運行、檢修以及施工期等不同工作情況下的穩(wěn)定性。荷載組合水閘承受的主要荷載有：自重、水重、水平水壓力、揚壓力、浪壓力、泥沙壓力和土壓力等。6.1荷載組合分為基本組合(完建情況、設(shè)計情況)和特殊組合(校核情況)?；窘M合包括：完建情況、正常蓄水位情況、設(shè)計洪水位情況。特殊組合包括：施工情況、檢修情況、校核洪水位情況。需計算的荷載見表6-1。表6-1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浪壓力地震荷載土壓力其它荷載基本組合完建情況√———————設(shè)計情況√√√—√——√特殊組合校核情況√√√—√——√6.2閘室穩(wěn)定要求閘穩(wěn)定分析取中間三聯(lián)孔為計算單元，分別計算不同荷載組合下閘室穩(wěn)定性。根據(jù)《水閘設(shè)計規(guī)范》[2]的7.3.2條規(guī)定，土基上的閘室穩(wěn)定計算應(yīng)滿足以下三條：（1）在各種計算情況下，閘室平均基底應(yīng)力不大于地基允許承載力，最大基底應(yīng)力不大于地基允許承載力的1.2倍；（2）閘室基底應(yīng)力的最大值與最小值之比不大于規(guī)定的允許值，見表6-2；（3）沿閘室基底面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不小于規(guī)定的允許值，見表6-3。表6-2土基上閘室基底應(yīng)力最大值與最小值之比η的允許值［η］地基土質(zhì)荷載組合基本荷載特殊荷載松軟1.502.00中等堅實2.002.50堅實2.503.00表6-3土基上沿閘室基底面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)的允許值Kc荷載組合水閘級別1234,5基本組合1.351.301.251.20特殊組合Ⅰ1.201.151.101.05Ⅱ1.101.051.051.00注：1.特殊組合Ⅰ適用于施工情況,檢修情況及校核洪水位情況；2.特殊組合Ⅱ適用于地震情況。6.3荷載計算取中間三聯(lián)孔為計算對象，底板順水流方向長度20m，底板寬度32m。閘室荷載分別計算如下?；炷林囟葹?5kN/m3，水重度采9.81kN/m3，以下荷載彎矩以逆時針為正，水平力以向上為正，豎向荷載以向下為正。6.3.1自重閘室結(jié)構(gòu)自重具體計算見表6-4。表6-4閘室結(jié)構(gòu)自重計算表（以底板順水流方向形心為矩心）構(gòu)件名稱算式重力（kN）力臂（m）力矩（kN.m）底板32×20×1.5×252400000縫墩1.6×20×8.4×25672000中墩1.2×20×8.4×25×21008000胸墻(0.35×0.45+0.25×0.25+0.25×3.1)×30×25746.35.54104.4交通橋32×9×0.5×2536005.5-19800工作橋(0.2×0.6+0.4×0.9+0.15)×2×32×25100855040工作橋排架(0.5×0.8×6×6+0.2×2.2×32)×2571253560檢修橋(0.2×0.6+0.4×0.9+0.15)×2×32×1.5×2515128.1512322.8閘門105×331551575啟閉設(shè)備4.07×9.81×3119.85599合計49110.77401.26.3.2水重（1）水位組合水重計算水位組合見表6-5。表6-5穩(wěn)定計算水位組合表計算情況閘上水位（m）閘下水位（m）設(shè)計情況7.97.6（2）根據(jù)上下游水深分別計算其水重，閘室水重具體計算見表6-6。表6-6閘室水重計算表（以底板順水流方向形心為矩心）計算情況算式水重（kN）（kN）力臂（m）（m）力矩（kN·m）設(shè)計情況上游7.9×4.75×30×9.8111043.67.6284152.2下游7.6×15×30×9.8133550.22.5-83875.56.3.3浮托力計算根據(jù)靜水力學(xué)原理及設(shè)計情況下下游水位7.6m，確定閘底板所承受浮托力強度，其值計算見表6-7。表6-7浮托力計算表（以底板順水流方向形心為矩心）計算情況算式浮托力(KN)力臂(m)力矩（KN·m)設(shè)計情況9.1×32×20×9.81-60704.3006.3.4水平水壓力水平水壓力如計算表6-8。表6-8水平水壓力計算表（以底板順水流方向形心為矩心）設(shè)計情況水位（m）算式水平水壓力（kN）力臂（m）力矩(kN·m)上游7.9P10.5×7.92×30×9.81-9183.632.63-24180.5下游7.6P20.5×7.62×30×9.818499.392.5321531.796.3.5浪壓力波浪要素計算由5.2.1已求得。計算情況平均波高（m）波高（m）平均波周期（s）平均波長（m）（m）設(shè)計情況0.0210.050.550.470.02由《水閘設(shè)計規(guī)范》[2]知，其它波浪要素與浪壓力計算按以下公式（1）臨界水深，（6-1）（2）當且時，為深水波，此時單位長度上的浪壓力為（6-2）H為擋水建筑物迎水面的水深，m。（3）當且時，為淺水波，則單位長度上的浪壓力計算按下式（6-3）（6-4）式中：為建筑物底面處的剩余浪壓力強度，。具體計算結(jié)果見表6-9。表6-9浪壓力要素計算表計算情況H(m)(m)(m)(m)波浪類型()()設(shè)計情況7.90.020.470.02深水波——0.05浪壓力計算見表6-10。表6-10浪壓力要素計算表（以底板順水流方向形心為矩心）計算情況算式浪壓力(kN)力臂(m)力矩(kN.m)設(shè)計情況0.05×30-1.57.9-126.3.6滲透壓力計算滲透壓力計算見表6-11。表6-11滲透壓力計算表（以底板順水流方向形心為矩心）計算情況算式滲透壓力(kN)力臂(m)力矩(kNm)設(shè)計情況9.81×0.3×20×32/2-1000.63.33-3335.36.3.7閘室荷載匯總閘室荷載匯總見表6-12。表6-12閘室荷載匯總表（以底板順水流方向形心為矩心）閘室擋水方向荷載名稱豎向力(kN)水平向力(kN)力矩(kN.m)設(shè)計情況自重49110.707401.2水重上游11043.6084152.2下游33550.20-83875.5浪壓力5.2-1.5-12浮托力-60704.300滲透壓力-1000.60-3335.3水平水壓力上游0-9183.63-24180.5下游08499.3921531.79合計3.8-685.741681.896.3.8基底壓力不均勻系數(shù)計算根據(jù)偏心受壓公式分運行與完建期計算基底壓力和基底壓力不均勻系數(shù)，具體計算見表6-13，6-14。表6-13運行期基底壓力不均勻系數(shù)計算表計算情況∑W(kN)∑M(kN·m)偏心距e(m)pmax()pmin()η［η］設(shè)計情況3.81681.890.05347.8146.321.032.0表6-14完建期基底壓力不均勻系數(shù)計算表∑W(kN)∑M(kN.m)偏心距e(m)pmax()pmin()η［η］49110.77401.20.15175.4968.961.092.0注：表中不均勻系數(shù)，e為豎向力對底板中心的偏心距（6-5），（m），負號表示重心偏向下游，由《土力學(xué)》[7]基底壓力的最大值與最小值=（6-6），kN/m2。由計算結(jié)果可知運行期與完建期基底壓力不均勻系數(shù)都滿足要求。6.3.9閘室抗滑穩(wěn)定計算閘基抗滑穩(wěn)定計算按公式Kc=（6-7）式中：Kc為沿閘室基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；為閘室基底面與地基之間的摩擦系數(shù)；對黏性土可取0.20~0.45，本工程取0.2；為作用在閘室上的全部豎向荷載，kN；為作用在閘室上的全部水平向荷載，kN。具體計算結(jié)果與結(jié)論見表6-15。表6-15閘室抗滑穩(wěn)定計算表計算情況∑W(kN)∑H(kN)Kc［Kc］結(jié)論設(shè)計情況3.8-685.74461.3滿足規(guī)范安全要求6.3.10地基承載力驗算完建期地基承載力驗算具體計算見表6-16。表6-16地基承載力驗算表Pmax［P］=1.2結(jié)論75.4972.228096滿足要求由計算結(jié)果可知地基承載力滿足要求。

7平面鋼閘門設(shè)計7.1設(shè)計參數(shù)根據(jù)前面設(shè)計成果提出如下設(shè)計參數(shù)：①閘門形式：潛孔式平面鋼閘門；②孔口凈寬：10m；③設(shè)計水頭：下游無水，上游水位7.9m；④結(jié)構(gòu)材料：碳素鋼Q235；⑤行走支承：采用簡支式滾輪支撐。7.2閘門結(jié)構(gòu)的形式及布置7.2.1閘門尺寸的確定閘門的主要尺寸見圖7-1與圖7-2，取：(1)閘門高度：H=5.3m；(2)閘門的荷載跨度為兩側(cè)止水的間距：=10m；(3)閘門的計算跨度：10+2×0.2=10.2m。圖7-1閘門主要尺寸圖（單位：cm）7.2.2主梁布置主梁采用實腹式組合梁，選雙主梁，為使兩個主梁在設(shè)計水位時所受的水壓力相等，兩個主梁的位置應(yīng)對稱于水壓力合力的作用線，水壓力與水壓力作用線計算如下，計算簡圖見圖7-2。=5.7m；y=7.9-5.7=2.2m；273kN/m。要求下懸臂a≥0.12Hs=0.95，且a≥0.4m，取a=1m，上懸臂c≤0.45h=3.6m；主梁間距：，取2.4m；則上懸臂≤0.45h，滿足要求。圖7-2水壓力作用點計算與主梁布置圖（單位：cm）7.2.3梁格布置梁格采用復(fù)式布置和等高連接，水平次梁穿過橫隔板上的預(yù)留孔并被橫隔板所支承。水平次梁為連續(xù)梁，其間距應(yīng)上疏下密，使面板各區(qū)格需要的厚度大致相等，梁格布置的具體尺寸詳見附圖。7.2.4聯(lián)結(jié)系的布置和形式（1）橫向聯(lián)結(jié)系：根據(jù)主梁的跨度，決定布置四道橫隔板，其間距為2m，橫隔板兼作豎向次梁。（2）縱向聯(lián)結(jié)系：設(shè)在兩個主梁下翼緣的豎直平面內(nèi)，采用斜桿式桁架。7.3面板設(shè)計根據(jù)《鋼閘門設(shè)計規(guī)范》[5]關(guān)于面板的計算，先估算面板的厚度，在主梁截面選擇之后再驗算面板的局部彎曲與主梁整體彎曲的折算應(yīng)力。估算面板厚度假定梁格布置尺寸如附圖，則面板厚度計算按下式（7-1）式中：為彈塑性薄板支承長邊中點彎應(yīng)力系數(shù)，按《鋼閘門設(shè)計規(guī)范》[5]附錄I表I.1～表I.3采用；α為彈塑性調(diào)整系數(shù)，時，；時，；p為面板計算區(qū)格中心的水壓力強度，；[σ]為鋼材的抗彎容許應(yīng)力按《鋼閘門設(shè)計規(guī)范》[2]表6.2.1—2采用，取160；為面板計算區(qū)格的短邊和長邊長度，mm，從面板與主（次）梁的連接焊縫算起。不同區(qū)格的面板厚度計算表見下表7-1。表7-1不同區(qū)格的面板厚度計算表區(qū)格tⅠ867.52.310.7130.03030.14708.23Ⅱ817.52.450.5000.03870.13917.34Ⅲ767.52.610.5000.04890.15647.75Ⅳ7352.720.5000.05690.16878.00Ⅴ567.53.520.5000.06390.17876.78Ⅵ392.55.100.5000.07060.18794.93Ⅶ342.55.840.7500.07480.23695.42注：①面板邊長都從面板與梁格的連接焊縫算起，主梁上翼緣寬度為200mm。②區(qū)格Ⅰ、Ⅶ中系數(shù)由三邊固定一邊簡支板查得，Ⅱ至Ⅵ由四邊固定查得。根據(jù)上表計算，選用面板厚度。7.4水平次梁、頂梁和底梁設(shè)計7.4.1荷載與內(nèi)力計算水平次梁和頂、底梁都是支承在橫隔板上的連續(xù)梁，作用在它們上面的水壓力計算按下式（7-2）式中：為是次梁軸線處的水壓強度，kN/m2；、為分別為水平次梁軸線到上、下相鄰梁之間的距離，m。現(xiàn)列計算見表7-2。表7-2水平次梁和頂、底梁水壓力計算梁號梁軸線處水壓強度P（kN/m2）梁間距（m）(m)(kN/m)1（頂梁）25.7510.46311.9230.9252（水平次梁）34.8260.93832.6670.953（上主梁）44.1450.92540.8340.94（水平次梁）52.9740.85045.0280.85（水平次梁）60.8220.75045.6170.76（下主梁）67.6890.61341.4930.5257（水平次梁）72.8390.47534.5990.4258（底梁）77.0090.21316.403根據(jù)表7-2的計算，水平次梁計算荷載取45.62，水平次梁為五跨連續(xù)梁，跨度為2m（圖7-4）。由《水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)》[4]得水平次梁彎曲時的邊跨中彎矩為=；圖7-4水平次梁計算簡圖和彎矩圖（單位：cm）支座B處的負彎矩為。7.4.2截面選擇根據(jù)最大彎矩求出次梁所需要的截面抵抗矩為?？紤]利用面板作為次梁截面的一部分，初選，由《水工鋼結(jié)構(gòu)》[6]附錄三表4查得：，，，；，h=160mm。面板參加次梁工作有效寬度（1）對跨間正彎矩段按式及，然后取其中較小值；（2）對于支座負彎矩段按式計算。按5號梁計算，設(shè)梁間距b=。確定上式中面板的有效寬度系數(shù)時，需要知道梁彎矩零點之間的距離與梁間距之比值。對于第一跨中正彎矩段取，對于支座負彎矩段取。根據(jù)查《水工鋼結(jié)構(gòu)》[6]表6-1。對，得=0.72，；對于，得=0.329，。對第一跨中選用B=540mm，對支座段選用B=247mm。截面如圖7-5，計算要素見表7-3，括號內(nèi)為支座處組合截面尺寸。圖7-5面板參加水平次梁工作后的組合截面圖（單位：mm）表7-3截面要素計算表部位面積()中心線距離()慣性矩截面模()第一跨中組合截面2515+540×10=7915=589345000+45000+2515×582+540×10×272=21787060=160199支座段組合截面2515+247×10=4985=429345000+45000+2515×422+247×10×432=18393490=1507667.4.3水平次梁的強度驗算由于支座B處彎矩最大（圖7-4），而截面模量較小，故只需驗算支座B處截面的抗彎強度。即說明水平次梁選用滿足要求。梁的剪應(yīng)力一般很小，可不必驗算。7.4.4水平次梁的撓度驗算受均布荷載的等跨連續(xù)梁，最大撓度發(fā)生在邊跨，由于水平次梁在B支座處截面的彎矩已經(jīng)求得，則邊跨撓度計算可近似地按下式==故水平次梁選用滿足強度和剛度要求。7.4.5頂梁和底梁頂梁所受荷載較小，但考慮水面漂浮物的撞擊