水電畢設(shè)：防洪閘除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)

1、學(xué)號(hào)密級(jí)武漢大學(xué)本科畢業(yè)論文黃天湖防洪閘除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)院（系）名稱：水利水電學(xué)院 專業(yè)名稱：水利水電工程 學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師:二o三年六月鄭重聲明本人呈交的學(xué)位論文，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所 取得的成果，所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實(shí)可靠。盡我所知，除文中已經(jīng) 注明引用的內(nèi)容外，本學(xué)位論文的研究成果不包含他人享有著作權(quán)的 內(nèi)容。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均已 在文屮以明確的方式標(biāo)明。本學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬于培養(yǎng)單位。日期:本人簽名:黃天湖防洪閘建成至今已運(yùn)行26年，因建閘施工年代較早，運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)， 由于年久失修，存在設(shè)備老化、進(jìn)口翼墻變形、進(jìn)口鋪蓋裂縫、閘室裂

2、縫、啟閉 機(jī)房裂縫、止水破損、出口消力池?fù)p毀等問(wèn)題，嚴(yán)重影響防洪閘的安全及正常運(yùn) 行。2011年中工武人設(shè)計(jì)院對(duì)黃天湖防洪閘的出險(xiǎn)加固工程進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)。在 本設(shè)計(jì)中，主更是在該初步設(shè)計(jì)（送審稿）的基礎(chǔ)上，首先對(duì)改建加固后的工程 進(jìn)行過(guò)流能力復(fù)核；然后分析新建閘室底板的受力情況，計(jì)算其閘基反力、不平 衡剪力以及彎矩，從而進(jìn)行配筋計(jì)算；再以中墩為例分析閘墩受力情況并進(jìn)行配 筋計(jì)算，重點(diǎn)計(jì)算閘門槽處配筋方案；最后繪制出詳細(xì)的配筋方案圖。關(guān)鍵詞：除險(xiǎn)加固工程 過(guò)流能力閘基反力不平衡剪力 配筋計(jì)算門槽應(yīng) 力abstracthuang tianhu flood control sluice has ru

3、n 26 years. due to the earlier construction of the sluice and long time running without repair, it has many problem now. such as the equipment aging, the deformation of inlet wing wall, the cracks of blanket, lock chamber and machine room, the sealing damaged, and the outlet stilling basin damaged a

4、ll the problem seriously affect the safety and normal operation of flood control sluice. this design is mainly on the basis of the preliminary design (2011). firstly, review the conveyance capacity of the reconstructed sluice . secondly, analysis the force of the new blanket, calculate its reaction

5、force of the base, the unbalanced cutting power of the water sluice bottom board, and its bending moment. then according to the calculations of the reinforcement situation draw reinforcement figure. lastly, analysis the force of the pier, and calculate its reinforcement ratio to draw reinforcement f

6、igure.keywords: danger removal and reinforcement projects ; conveyance capacity;reaction force of the base; unbalanced cutting power； reinforcing quantity第1章緒言11.1工程概況11.2工程效益和工程建設(shè)的必要性11.3工程現(xiàn)狀布置31.31程建設(shè)內(nèi)容簡(jiǎn)介31.4工程等別和標(biāo)準(zhǔn)41. 5設(shè)計(jì)原則與主要依據(jù)51.5. 1設(shè)計(jì)原則51.5.2采用的主要技術(shù)規(guī)范51.5.3設(shè)計(jì)依據(jù)51.6設(shè)計(jì)基本資料51.6. 1氣象條件51.6.2主要特征水位

7、61.6.3主要設(shè)計(jì)參數(shù)61.6.4地質(zhì)資料6第2章水閘過(guò)流能力復(fù)核7第3章 擴(kuò)建水閘結(jié)構(gòu)計(jì)算83. 1閘底板結(jié)構(gòu)計(jì)算93.1.1閘基反力的計(jì)算93.1.2不平衡剪力的計(jì)算163.1.3剪力分配百分比計(jì)算173. 1.4底板上荷載的計(jì)算183. 1.5彎矩計(jì)算213. 1.6配筋計(jì)算253. 2閘墩結(jié)構(gòu)計(jì)算253.2. 1閘墩底部縱向正應(yīng)力的計(jì)算263.2.2門槽應(yīng)力計(jì)算及配筋29第4章箱涵的結(jié)構(gòu)計(jì)算364. 1各項(xiàng)荷載分析計(jì)算364. 2荷載組合及計(jì)算簡(jiǎn)圖384. 3結(jié)構(gòu)計(jì)算394.3. 1保留閘室段計(jì)算394.3.2新建閘室段箱涵43第5章消力池計(jì)算48纟吉論50參考規(guī)范與文獻(xiàn)51致謝52

8、附圖一閘底板配筋詳圖附圖二閘室中墩配筋詳圖附圖三箱涵結(jié)構(gòu)配筋詳圖第1章緒言1.1工程概況黃天湖防洪閘位于公安縣閘口鎮(zhèn)虎渡河右岸民堤0+300米處，于1985年竣工 建成，現(xiàn)狀為5孔鋼筋栓箱涵式結(jié)構(gòu)，平板鋼質(zhì)閘門，卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)。根據(jù)水 利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)(sl252-2000)及水閘設(shè)計(jì)規(guī)范(sl265- 2001)標(biāo)準(zhǔn)劃分工程規(guī)模為中型水閘。該閘與黃天湖新閘、黃天湖老閘和黃山頭 泵站組成黃天湖樞紐工程，和公安縣閘口泵站樞紐工程一道承擔(dān)荊江分蓄洪區(qū) 54.43萬(wàn)甫農(nóng)田排澇和分洪后搶排余洪的任務(wù)，排區(qū)轄8個(gè)鎮(zhèn)、56萬(wàn)人，承雨面 積 923. 86 km2o黃天湖防洪閘于于1985年竣工建

9、成，原設(shè)計(jì)最大排水流量200m7so «灌 溉排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范(gb50288-99),黃天湖防洪閘為3級(jí)建筑物。黃天湖防洪閘工程分由進(jìn)水渠道、閘室段(拱涵)、消能段、出水渠道組成。1.2工程效益和工程建設(shè)的必要性黃天湖防洪閘位于公安縣黃山頭鎮(zhèn)，對(duì)應(yīng)虎渡河右岸民堤0+300米處，所屬 流域?yàn)殚L(zhǎng)江流域虎渡水，閘址控制流域面積54. 3km2,該工程于1984年興建，1985 年竣工收益，黃天湖防洪閘運(yùn)行方式為當(dāng)外河水位上漲時(shí)，關(guān)閉閘門，可防外水 倒灌；退落時(shí)，打開(kāi)閘門，排除內(nèi)澇漬水。是一座以防洪、排澇為主的屮型水利 樞紐工程。該閘與黃天湖新閘、黃天湖老閘和黃山泵站組成黃天湖樞紐丁程，和

10、 公安縣閘口泵站樞紐t：程一道承擔(dān)荊江分蓄洪區(qū)54. 43萬(wàn)由農(nóng)田排澇和分洪后搶 排余洪的任務(wù)，排區(qū)轄8個(gè)鎮(zhèn)、56萬(wàn)人，承雨面積923. 86平方公里。黃天湖防洪閘由于年久失修，存在設(shè)備老化、進(jìn)口翼墻變形、進(jìn)口鋪蓋裂縫、 閘室裂縫、止水破損、啟閉機(jī)房裂縫、出口消力池?fù)p毀等問(wèn)題。2009年3刀，受 公安縣水利局的委托，武漢大學(xué)設(shè)計(jì)研究總院對(duì)黃天湖防洪閘進(jìn)行了安全評(píng)價(jià)工 作，當(dāng)月，湖北省水利廳組織相關(guān)專家對(duì)湖北省公安縣黃天湖防洪閘安全評(píng)價(jià) 報(bào)告進(jìn)行了評(píng)審，認(rèn)定該閘為三類閘。黃天湖防洪閘建成至今已運(yùn)行26年，因建閘施工年代較早，運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，加z當(dāng)時(shí)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件，施工存在質(zhì)量缺陷、工程標(biāo)準(zhǔn)低、混凝

11、土裂縫、蜂窩麻面、止水老化等問(wèn)題，嚴(yán)重影響防洪閘的安全及正常運(yùn)行。黃天湖防洪閘主要存在的問(wèn)題如下：(1) 黃天湖防洪閘原設(shè)計(jì)排澇泄流量為200m3/s,而防洪閘正常排澇運(yùn)行時(shí), 過(guò)閘流量為181. 14m3/s,不能滿足過(guò)流能力要求，非常運(yùn)行(吐洪)時(shí)，過(guò)閘流 量219.43m3/s,能滿足過(guò)流能力要求，因此判定黃天湖防洪閘只能滿足吐洪要 求，但不滿足正常排澇要求，水閘泄流能力不滿足要求。涵閘所處虎右民大堤堤 頂高程也不足，無(wú)法抵御外河洪水，洪水期導(dǎo)致水流漫頂。(2) 通過(guò)對(duì)涵洞結(jié)構(gòu)穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算可知，混凝上拱圈在最不利荷載組合工況 運(yùn)行下，漿砌石拱座與隔墻基底應(yīng)力均大于規(guī)范允許值范圍內(nèi)，不滿足

12、規(guī)范要求, 而會(huì)導(dǎo)致閘基礎(chǔ)不均勻沉陷，破壞涵閘結(jié)構(gòu)。fl前涵閘閘室混凝土普遍存在不同 程度的老化、剝落現(xiàn)象，特別是受水流沖刷或水位變化部位存在嚴(yán)重氣蝕、剝落、 霜石、露筋、裂縫等現(xiàn)象。涵洞洞身斷裂，有明顯的貫穿式裂縫。啟閉機(jī)工作梁 混凝土老化、蜂窩麻面。啟閉機(jī)房結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易，墻體出現(xiàn)多處裂縫，天花板漏水嚴(yán) 重，內(nèi)外粉刷剝落。(3) 現(xiàn)有消力池雖能滿足水流消能要求，但消力池底板表層沖刷嚴(yán)重，混凝 土氣蝕、剝落人，干砌石海漫不滿足抗沖要求，水毀嚴(yán)重，塊石松動(dòng)，尾端部分 塊石基本沖走。出水渠道兩側(cè)邊坡脫坡。進(jìn)口鋪蓋與進(jìn)口渠道坡面水流沖刷嚴(yán)重, 塊石松動(dòng)，伴有跌窩。(4) 閘室上、下游兩側(cè)漿砌石扔墻結(jié)構(gòu)不

13、滿足穩(wěn)定要求，扌'勺墻墻體陳舊老化, 塊石風(fēng)化，砂漿剝落、破損，局部存在裂縫。(5) 閘門和啟閉設(shè)備老化銹蝕嚴(yán)重，底止水老化缺失，側(cè)止水損壞，關(guān)閉不 嚴(yán)，漏水嚴(yán)重。(6) 水閘無(wú)安全監(jiān)測(cè)設(shè)施，無(wú)管理房，缺乏必要的通訊設(shè)施。黃天湖防洪閘能否安全運(yùn)行，直接影響到荊江分蓄洪區(qū)54.43萬(wàn)市農(nóng)出排澇 和分洪后余洪搶排，以及8個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、56萬(wàn)人的生命財(cái)產(chǎn)安全。為此，對(duì)黃天湖防 洪閘進(jìn)行整險(xiǎn)加固是非常必要的。13工程現(xiàn)狀布置樞紐工程主要建筑物有穿堤涵閘、上卜游導(dǎo)墻、消力池等。黃天湖防洪閘為鋼筋混凝土穿堤涵閘，涵閘為拱涵結(jié)構(gòu)，進(jìn)口底板高程為 29. 8m,拱涵分5孔,單孔凈寬3.2m,拱涵由混凝土拱圈

14、與漿砌石拱座組成,混凝 土拱圈矢高1. 6m,厚為0. 4m,底板為圓弧形，厚0. 4m,漿砌石拱座為分體式結(jié)構(gòu), 側(cè)墻高1.6m,頂寬0. 6m,基礎(chǔ)寬1. 7m,厚0. 4m,隔墻高1.6m,寬0. 8m,基礎(chǔ)寬 1.2m,厚0. 4mo涵閘順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)27. 0m,每93m分縫一道,涵閘出口上部設(shè)有 混凝土排架，立柱斷面尺寸為0. 4mx0.4m,排架上設(shè)有磚混凝土啟閉房，有簡(jiǎn)易 混凝土便橋與堤頂連接，控制閘門為平板鋼閘門，門高4.0m,采用2臺(tái)20t與3 臺(tái)15t螺桿式啟閉機(jī)啟閉。涵閘進(jìn)口設(shè)有漿砌石鋪蓋，頂高程為29. 8m,長(zhǎng)6.8m,寬23.219.2m，底板 厚 l.omo涵閘出

15、口設(shè)有深挖式消力池，池身為m7. 5漿砌石結(jié)構(gòu)，池長(zhǎng)14.3m,池寬 19. 225. 6m，池深0. 5m,池底髙程為29. 3m,底板厚0. 5n)o消力池出口設(shè)有干砌 石海漫，長(zhǎng)15.0m,厚0.3m。閘室上、下游兩側(cè)設(shè)置有漿砌石結(jié)構(gòu)導(dǎo)墻，上游護(hù)岸長(zhǎng)6.8m,下游護(hù)岸長(zhǎng) 14. 3m,墻體為重力式,頂寬08m,基礎(chǔ)厚0. 8m,底寬2. 775m,外伸齒腳寬02m。1.31程建設(shè)內(nèi)容簡(jiǎn)介根據(jù)黃天湖防洪閘安全鑒定報(bào)告結(jié)論，確定木次建設(shè)的主要內(nèi)容如下：(1) 進(jìn)水渠對(duì)水閘進(jìn)水渠進(jìn)行清淤處理，結(jié)合防洪閘主體工程擴(kuò)孔后渠道設(shè)計(jì)斷面，對(duì) 進(jìn)水渠進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)斷面開(kāi)挖修整和預(yù)制六方塊護(hù)坡襯砌。(2) 閘室

16、和箱涵保留現(xiàn)有5孔閘室結(jié)構(gòu)，保留段長(zhǎng)4.5m,為防止閘墩混凝土碳化現(xiàn)象進(jìn)一步 加劇，影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，擬對(duì)閘室結(jié)構(gòu)混凝土采用丙乳砂漿、內(nèi)乳水泥凈漿防碳化 處理。閘室臨虎渡河側(cè)設(shè)工作門和檢修門各一扇，設(shè)計(jì)孔口尺寸為3.2 mx3.2m (寬x高)。對(duì)保留閘室結(jié)構(gòu)(長(zhǎng)4. 5m)的閘后拱涵進(jìn)行拆除重建，采用鋼筋混凝 土箱涵結(jié)構(gòu)，箱涵段全長(zhǎng)25.5m,分為2段：第一段長(zhǎng)10. 5m,第二段長(zhǎng)15m, 2 段結(jié)構(gòu)型式相同，單孔凈空尺寸均為3. 2mx3. 2m (寬x高)，底板和頂板厚度均為 0. 7m,考慮保留的閘室屮墩尺寸，側(cè)墻厚度均為0.4嘰 現(xiàn)有閘室與新建箱涵節(jié)間 及側(cè)墻之間設(shè)紫銅片止水。由于現(xiàn)有

17、5孔閘室不滿足設(shè)計(jì)過(guò)流能力，擬在保留現(xiàn)有5孔閘室的基礎(chǔ)上新 增2孔閘室，以滿足設(shè)計(jì)過(guò)流能力的要求。新增2孔閘室對(duì)稱布置于現(xiàn)有閘室左、 右兩側(cè)，結(jié)合閘后拱涵拆除重建，本次新建閘室順?biāo)鏖L(zhǎng)度設(shè)計(jì)為15m,單孔孔口 尺寸為4.2 mx3. 2m (寬x高)，底板厚1.2m,邊墩丿孚1. 0m,高4. 6m. 6.0m。閘 室臨虎渡河側(cè)設(shè)工作門和檢修門各一扇，設(shè)計(jì)孔口尺寸為3.2mx3.2m (寬x高)。 新建閘室后接15m長(zhǎng)鋼筋混凝土箱涵結(jié)構(gòu)，箱涵單孔凈空尺寸均為4. 2mx3. 2m(寬 x高)，底板和頂板厚度均為0. 7m,考慮新建的閘室邊墩尺寸，側(cè)墻厚度均為1. onio 新建閘室與箱涵節(jié)間及

18、邊墩z間設(shè)紫銅片止水。(3) 消力池及海漫為保證工程安全，本次加固擬將消力池及海漫段拆除重建。新建消力池仍采 用下挖擴(kuò)散式消力池。1.4工程等別和標(biāo)準(zhǔn)黃天湖防洪閘設(shè)計(jì)流量為200m3/so根據(jù)水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn) (sl252-2000)和水閘設(shè)計(jì)規(guī)范(sl265-2001 ),該防洪閘屬iii等工程、中 型規(guī)模。防洪標(biāo)準(zhǔn)按20年一遇設(shè)計(jì)、50年一遇校核。水閘閘室部分等主要建筑物 按3級(jí)，消力池、擋土墻及進(jìn)岀水渠等次要建筑物按4級(jí)建筑物設(shè)計(jì)，臨時(shí)建筑 物按5級(jí)建筑物設(shè)計(jì)。根據(jù)中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖(gb183062001),本區(qū)地震反應(yīng)譜特征值為 0.35s,地震動(dòng)峰值加速度為0. 0

19、5g,相應(yīng)地震基本烈度為vi度。但據(jù)湖北省地 震烈度區(qū)劃圖劃分，藕池黃山一一團(tuán)山寺三角形區(qū)域內(nèi)屬地震烈度vii度區(qū)， 故木工程區(qū)的地震烈度為度。15設(shè)計(jì)原則與主要依據(jù)1.5.1設(shè)計(jì)原則木次除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)不改變防洪閘的功能及規(guī)模，主要是解決黃天湖防 洪閘安全鑒定報(bào)告提岀的問(wèn)題，消除工程存在的安全隱患，同時(shí)，改變過(guò)去落 后的管理方式，引進(jìn)先進(jìn)可靠的運(yùn)行模式。1.5.2采用的主要技術(shù)規(guī)范1 水利水電t程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)(sl252-2000)2 水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(sl/t 191-2008)3 水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范(dl50771997)4 水閘設(shè)計(jì)規(guī)范(sl265-2001)15j水工

20、建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(sl203-97)1.5.3設(shè)計(jì)依據(jù)1 湖北省公安縣黃大湖防洪閘安全鑒定報(bào)告(武漢人學(xué)設(shè)計(jì)研究總院)2 湖北省公安縣黃天湖防洪閘除險(xiǎn)加固工程工程地質(zhì)勘察報(bào)告(武漢地質(zhì)工程勘察院)3 湖北省公安縣黃天湖防洪閘安全檢測(cè)報(bào)告(水利部泵站檢測(cè)中心)16設(shè)計(jì)基本資料1.6. 1氣象條件主要水文氣象特征值見(jiàn)表l-lo表1t 水文氣象特征值項(xiàng)目單位數(shù)值多年平均降水量mm1853.5多年平均徑流深mm1140多年平均氣溫°c16.4最高氣溫°c38.1最低氣溫°c-14.7多年平均最大風(fēng)速m/s151.6.2主要特征水位主要特征水位見(jiàn)表1-2o表1-2黃天湖防

21、洪閘水位特征值1內(nèi)河最低運(yùn)行水位m30.502內(nèi)河設(shè)計(jì)水位m34.003內(nèi)河最高運(yùn)行水位m34.004內(nèi)河最高防洪水位m42.005外河最低運(yùn)行水位m30.506外河設(shè)計(jì)水位m3&957外河故高運(yùn)行水位m33.238外河最高防洪水位m41.071.6.3主要設(shè)計(jì)參數(shù)水閘穩(wěn)定計(jì)算主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1-30表1-3水閘抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)及不均勻系數(shù)荷載組合地基類型抗滑安全系數(shù)不均勻系數(shù) （基底應(yīng)力最人值 與最小值之比）備注3級(jí)4、5級(jí)基本組合土基1.251.202.50堅(jiān)實(shí) 土基特殊組合i土基1.101.053.00堅(jiān)實(shí) 土基164地質(zhì)資料地基土體工程參數(shù)見(jiàn)下表14。表1-4地基土體工程參數(shù)一

22、覽表土層名稱承載力特征值壓縮模量抗剪強(qiáng)度（直剪）fak (kpa)es(mpa)<p(°)c (kpa)粉質(zhì)粘土（q畀）1807.51911-1粉質(zhì)粘土 （q嚴(yán)）24013.03413-2粉質(zhì)粘土（qf刨）32015.04216第2章水閘過(guò)流能力復(fù)核黃天湖防洪閘為穿堤涵閘，涵閘為鋼筋混凝土箱涵結(jié)構(gòu)，底板高程為29. 8m, 箱涵分7孔，屮間5孔單孔斷面尺寸為3. 2x3. 2m (寬x高)，兩側(cè)2孔單孔斷面 尺寸為4.2x3.加(寬x高。根據(jù)灌溉排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范(gb50288-99)規(guī)定，厶"5264)人時(shí)為短 洞，反之則為長(zhǎng)洞。本涵閘洞身長(zhǎng)30. oni,主要功能

23、為防洪與排澇，水閘上游最高 水位為42. 00m,對(duì)應(yīng)的下游水位是41. 07m；上游正常運(yùn)行水位為34. 00m,對(duì)應(yīng)的 下游水位是33.231】。上述水位均高出閘孔(或箱涵)頂板高程33. 00m,因此本次 涵閘過(guò)流能力復(fù)核按淹沒(méi)出流有壓短洞簡(jiǎn)化計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2-1。計(jì)算公式如下：q =叫 a2g(h()+ il - h)(n 取 0.014)(2-2)(2-3)(2-4)式中：q計(jì)算流量(m3/s)；%流量系數(shù)；人箱涵斷面面積(m2)h。計(jì)及流速水頭得箱涵進(jìn)口水頭(m)；i箱涵縱坡，平底，取l箱涵長(zhǎng)度，取乙=3()加；h箱涵出口水深(m)；工鼻局部水頭損失總和(m)；$進(jìn)口損失系數(shù)(

24、m),取=0. 1； §2攔污柵損失系數(shù)5),取§2二0;5閘門槽損失系數(shù)5）,取 哥二o. 1x2二0.2； 勺出口損失系數(shù)（m）,取勺二1.0；$進(jìn)口漸變段損失系數(shù)5）,取 氏二0.2；金出口漸變段損失系數(shù)（in）,取 比二0.5。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2-lo表2-1黃天湖防洪閘泄流能力計(jì)算表水位工況進(jìn)水側(cè)（內(nèi) 垸）水位出水側(cè)（外 江）水位現(xiàn)狀過(guò)閘流 量 q （m3/s）改造后過(guò)閘 流量 q（m'/s）涵閘底板高 程m正常運(yùn)行設(shè)計(jì)運(yùn)行水位 34.00m外河設(shè)計(jì)水位 33.23m135.25206.329.80非常運(yùn)行最高運(yùn)行水位 42.00m外河設(shè)計(jì)水位 41.07m1

25、48.64226.729.80從上表可以看出，對(duì)比黃天湖防洪閘原設(shè)計(jì)流量200 m3/s,現(xiàn)狀最犬泄流量 僅為148. 64 m3/s小于200 m3/s,不能滿足設(shè)計(jì)流量要求；而改造后的防洪閘， 無(wú)論是正常運(yùn)行或非常運(yùn)行工況泄流量均大于200 m3/so綜上所述，黃犬湖泄洪 閘擴(kuò)孔改造是必要的，且改造后的防洪閘能滿足設(shè)計(jì)要求。第3章 擴(kuò)建水閘結(jié)構(gòu)計(jì)算由于現(xiàn)有5孔閘室不滿足設(shè)計(jì)過(guò)流能力，擬在保留現(xiàn)有5孔閘室的基礎(chǔ)上新 増2孔閘室，以滿足設(shè)計(jì)過(guò)流能力的要求。新增2孔閘室對(duì)稱布置于現(xiàn)有閘室左、 右兩側(cè)，結(jié)合閘后拱涵拆除重建，本次新建閘室順?biāo)鏖L(zhǎng)度設(shè)計(jì)為15m,單孔孔口 尺寸為4.2 mx3.加（寬

26、x髙），底板厚1.2m,邊墩厚1.0m,髙4. 6叭6. 0mo閘 室臨虎渡河側(cè)設(shè)工作門和檢修門各一扇，設(shè)計(jì)孔口尺寸為3.2mx3.2m （寬x高）。 新建閘室后接15m長(zhǎng)鋼筋混凝土箱涵結(jié)構(gòu)，箱涵單孔凈空尺寸均為4. 2mx3. 2m（寬 x高），底板和頂板厚度均為0. 7m,考慮新建的閘室邊墩尺寸，側(cè)墻厚度均為1. 0mo 新建閘室與箱涵節(jié)間及邊墩z間設(shè)紫銅片止水。木章節(jié)對(duì)新建的閘室進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì) 算。3.1閘底板結(jié)構(gòu)計(jì)算新建閘室為平底板，閘底板高程為29.8m,尺寸為（長(zhǎng)x寬）15.0, 悍度為l2m。采熾?；A(chǔ)梁法。荷載計(jì)篦陸n取鋼筋混凝土容再;k看",素 混凝土容重為卩 m3 ,

27、漿砌石重度為“ m3，粘土飽和重度為m3 ,浮重 度為9. 4kn/m ；同時(shí)因?yàn)榈鼗鶠檎承酝粱?，故在?jì)算底板凈反力時(shí)應(yīng)計(jì)入全部底 板門重。3.1.1閘基反力的計(jì)算1 完建時(shí)期（未放水）參照初步設(shè)計(jì)圖紙分部計(jì)算，結(jié)杲列于表3-1中。表3-1對(duì)下游端b （928.6m）求矩部位重量(12 kn)力臂（米）力矩(lo3 kn米)備注mb (1 )mb (1 )底板 閘墩 閘門 啟閉機(jī) 啟閉機(jī)平臺(tái) 工作橋3. 6003.9750. 09410.0150.2120. 07657222779ooo55/27.0029.8130. 18820. 0300. 4240. 6044（1）重量計(jì)算分部 參照初步

28、設(shè)計(jì)（2）容重：鋼筋混 凝土 25kn/米混 凝土 24kn/米'（3）啟閉機(jī)重包括 混凝土墩重合計(jì)7.972658.0596（1）合力距中心的偏心距：二0.2176m （偏下游）（31）（2）用偏心受壓公式計(jì)算底板上、下游地基反力:(3-2)（3）求壓力分布不均勻系數(shù):"min lj(3-3)80.2467.41.19 < t = 23脫板布置及粋荷裁圖（單位:米）2.正常運(yùn)用情況水閘建成后，最不利情況為上下游水位差最大的情況。此時(shí)上游為設(shè)計(jì)水位 (34. om),下游水位為和應(yīng)于未放水的渠中水位(30.5m)。先計(jì)算上、下游水壓 力、浮托力、滲透壓力和水重，然后列表

29、計(jì)算偏心距和地基反力(水的容重取10kn/ 立方米)。(作用荷載如圖3-1所示)(1) 上游水壓力：底板上游依次連接箱涵和混凝土鋪蓋，接縫處03ni深處 設(shè)有止水銅片。根據(jù)初步設(shè)計(jì)小滲流計(jì)算可知，繞過(guò)鋪蓋和箱涵到止水銅片a處 的滲壓損失為l9m,下游岀口的水頭損失為0.22m。上游除有靜水壓力作用外還 受到風(fēng)浪作用影響，所以要考慮浪壓力，計(jì)算公式如下：波浪壅高：(3-4)波長(zhǎng)：(3-5)浪高增強(qiáng)系數(shù)：(3-6)波浪陡度：(3-7)風(fēng)浪中心線超高：h0 =cth2frh(3-8)211b浪壓力剩余強(qiáng)度：(3-9)其屮，d為吹程，單位km,取d二0.2km； w為計(jì)算風(fēng)速，根據(jù)規(guī)定止常運(yùn)用情 況下

30、的ill級(jí)閘計(jì)算風(fēng)速取多年平均風(fēng)速的15倍，故w=l. 5x15=22. 5m/s；cth(x)為雙曲余切函數(shù)，可先按雙曲正切函數(shù)公式th(x) = (exp (x) - exp (-x) / (exp(x) + exp(-x)求出th (x)后，再求其倒數(shù)既得；ch (x)為雙曲余弦函 數(shù)，計(jì)算公式為 ch(x) = (exp(x) + exp(-x) / 2計(jì)算得：|z028 £ = 00522 hg 0.172 i2lg =3.31. ih° = 0. 0281 ap訂惡fh會(huì)彳孚游冰短彩與溉壓力膽圖曲1°所汆 爐游水壓力及浪壓力圖分為 兩部分：止水銅片以上

31、為p2 + »止水銅片以下為。因核算得鋪蓋頂而浪壓力剩余強(qiáng)度a=,故可認(rèn)為在a點(diǎn)a為0。算得：2 r.p = 7.-(4.2 + 0.172 + 0.028) x 4. 2 +(4. 2 + 4. 5) x 0.312 lv二759 kn(3-10)p2=2.6x0.9x7.2 = 168.5 kn(3-11)=2 x 0. 9 x 7. 2=29. 2kn(3-12)(2) 下游水壓力：穩(wěn)定計(jì)算時(shí)的下游水位為30. 5m,下游出口的水頭損失為0. 22m,繪得下游水壓力圖如圖3-1中所示，計(jì)算得：p4 = 1 x 1 x 7. 2=36kn(3-13)p5 = 0.78 x o 9

32、 x 7 2 = 50.5 kn(3-14)kn(3-15)(3) 浮托力:wb 卡.9+1. 9 x1. 5+1 +1. 9x=2124 kn(3-16)(4) 滲透壓力：分三部分計(jì)算wx = 2 p 20. 46 x 0. 5x 7.2=丄1. 9 kn(3-17)w2 = 2 0 460. 51 ox 7 2=34. 6 kn(3-18)w3 = 2 q 51. 713 5x 7. 2=1069 2 kn(3 (5) 水重:gw1 = 2x0. 7x4. 2x1 = 5 & 8 kn(3-20)gw2 = 13 x 3.2 x 4.2 x 1 = 1747.2 kn(3-21)然

33、后列表計(jì)算正常運(yùn)用情況下力與力矩(對(duì)b點(diǎn)求炬)，列于表3-2屮。根據(jù) 表3-2可計(jì)算得：(1) 合力距屮心的偏心距：=0.83m (偏下游)(3-22)(2) 用偏心受壓公式計(jì)算底 板上、下游地基反力：(3-23)(3) 求壓力分布不均勻系數(shù):maxmin l._ 80.65-40.451.99 < r = 23(3-24)力的名稱垂直力(kn)水平力(kn)力臂力矩(kn-m)!t(m)mb (1 )mb (1 )水閘自重7972. 658059. 6上游水壓力及浪壓力759168.529.24. 5230. 450.3343375.88.76361. 2344.28下游水壓力50.5

34、0. 4522. 7329.20. 38. 76浮托力21247.41571811.90. 2833. 37滲透壓力34.61. 034.61069. 29. 4810136水重58.81747.21. 08. 558.814851. 2合計(jì)977& 63239. 7115. 7956. 773045. 429409. 5653& 9 1841-43636(1 )3.1.2不平衡剪力的計(jì)算以工作閘門的門槽為界分閘室為上、下游段，各自承擔(dān)其段內(nèi)的上部結(jié)構(gòu)重 量和其他荷載?，F(xiàn)列表計(jì)算不平衡剪力，如表3-3所示。表3-3不平衡剪力計(jì)算表(單位：kn)閘室結(jié)構(gòu)或荷載名稱完建時(shí)期正常運(yùn)用

35、吋期下游段上游段下游段上游段底板 閘墩 閘門 啟閉機(jī) 啟閉機(jī)平臺(tái) 工作橋水重 浮托力 滲透壓力 地基壓力5043987. 588-859.683096357794. 17.512476.5-7113. 105043987.58858.8-259-46. 5-849.313096357794. 17.512476.51747.2-1865-1069. 2-5690. 09不平衡剪力138-138-9898注：地基反力計(jì)算如下(1) 完建時(shí)期：十l (80.24 + 78.96)x - x 1.5 x 7.2 = 859.68 kn 下游段2i、亠宀(78.96 + 67.40)x- x 13.5

36、 x 7.2 = 7113.10 kn 上游段2(2) 正常運(yùn)用時(shí)期：下游段 ©0.65 + 76.63)x | x 1.5 x 7.2 = 849.31 kn上游段(7663 + 40.45)x| x 13.s x 7.2 = 5690.09 kn3.1.3剪力分配百分比計(jì)算先求截面的重心軸距截面底邊的垂直距離(截面示意圖如圖3-2)：_1x6x4. 2 + 1x4. 6x3. 5 +1.2 x 7.2x0. 6y =1x6 + 1x4.6 + 1.2x7.2=2.42m(3-25)各纖維層以上面積對(duì)截面重心軸的面積矩列表計(jì)算于表3-4屮：表3-4面積矩計(jì)算表v00.61.22.

37、425. 25.87.2s09. 1615.7217.219. 485. 790繪制s-y曲線如圖3-2所示，從圖上量的（或通過(guò)計(jì)算得）對(duì)應(yīng)于閘墩部分 的而積占總而積的86. 6%,底板占13. 4%,因此分配給閘墩的不平衡剪力為86. 6%, 分配給閘底板的不平衡剪力為13. 4%oyi.l 一_ 17.23-2剪力分配百分比計(jì)算3.1.4底板上荷載的計(jì)算1 完建時(shí)期（1）卜-游段：均布荷載口=底板自重不平衡剪力分配值(3-26)二44. 95 kn/米 i閘墩集中荷載p二閘墩口重+上部結(jié)構(gòu)重量-不平衡剪力分配值(3-27)= 124.66 kn/米 i(2)上游段： 均布荷載3096138

38、 x 0.1341q二 13.5 x 7.213.5 x 7.2 二32. 04 kn/米 i(3-28) 閘墩集中荷載357794.1 + 7.5 + 124 + 76.s138 x 0.866p=2 x 13.5米 1(3-29)2 x 13.513.5 x 2 二 148. 10 kn/2.正常運(yùn)用時(shí)期（1）卜-游段：均布荷載q=hii+ i" 1illi hill llllllll=28.93kn/米 i(3-30)閘墩集中荷載p=閘墩自重+上部結(jié)構(gòu)重量多算水重不平衡剪力分配值= 183.46kn/米(3-31)(2)上游段:均布荷載q=34kn/米 j (3-32)閘墩集中

39、荷載p= 109.71kn/米 i=32.(3-33)將以上板上荷載繪于圖3-3 ±ofoi)完建時(shí)期p = 109.71knp=109.71kn）正常運(yùn)用時(shí)期圖3-3底板荷載分布圖3.1.5彎矩計(jì)算1. 計(jì)算梁的柔度指標(biāo)計(jì)算公式如下：(3-34)式中：l為梁長(zhǎng)的一半,1=3.6m；h,為梁高,h=1.2m；es ,為基土的壓縮模量，防洪閘基礎(chǔ)位于第層粉質(zhì)粘土上，壓縮模 量 es=7. 5mpa ；ec為混凝土彈性模量，閘底板采用c25混凝土，ec=2.8x 104 mpa 代入計(jì)算得：101； g)= 10x7*2.8x104x(34-2)< 1.0=0.07故可將底板作為絕

40、對(duì)剛性梁來(lái)計(jì)算。2. 查表求內(nèi)力根據(jù)柔度指標(biāo)t和各種荷載，可查水閘設(shè)計(jì)規(guī)范的附錄ii求出梁上各有 關(guān)截面的內(nèi)力。將查表及其計(jì)算得具體成果匯列于表3-5中。并將表3-5中的彎 矩總和數(shù)值繪于圖3-4中。表3-5閘底板彎矩計(jì)算表段別g彎矩系數(shù)帀板上荷載產(chǎn)生的彎矩m （kn -m）板上荷載完建時(shí)期正常運(yùn)用時(shí)期均布荷載q集中荷載p （a 二±0,5 ）q| = 44.95q| = 32.04p = 124.66pj = 148.10lq| = 28.93刖=32.43p| = 18346.fj = 109.71.l(1)(2)二（i）x q/2二x pl(5)二(3) + (4)（6）=（1

41、）x q2二x pl(8) = (6) + (7)0.00.1370.1479.862.8142.651.492. 5143.80.10.1350.1478.662.8141.450.692.5143.10.20.1290.1575. 167.3142.44& 499. 1147.40.30.1200.1769.976.3146.245112.3157.3下游0.40.1080.1962. 985. 3148.240.5125.51660.50.0930. 2254.29& 7152.934.9145.3180.2段0.60.0750. 1643.771. 8115.528.

42、1105.7133.80.70.0550.1032.044. 976.920.66686. 70.80.0340. 0519.822.442.212.73345.80.90.0140. 028.2917. 25.213.218. 51.000000000續(xù)表3-5上游段0.00. 10.20.30.40.50.60.70.80.91.00. 1370. 1350. 1290. 1200. 1080.0930.0750.0550.0340.01400. 140. 140.150. 170.190.220.160.100.050.02056.956. 153.649.844.83& 631

43、. 122.814. 15.8074.674.68090.6101.3117.385. 353. 326.710.70131.5130.7133.5140.5146.1155.9116.476. 240.816.5057.656. 754.250.445.439. 131. 523. 114. 35.9055. 355. 359.267. 17586.963. 239. 519. 77.90112.9112113.5117.6120.412694.762. 63413.80結(jié)論：由表格中計(jì)算結(jié)果和所繪彎矩包絡(luò)圖可知，在底板上彎矩作用最大值為3.1.6配筋計(jì)算黃天湖防洪閘工程屬中型規(guī)模、iii等

44、工程，防洪閘是3級(jí)建筑物，所以結(jié)構(gòu) 重要性系數(shù)為ko = 1-0 .按正常運(yùn)行狀況設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)狀況屬持久狀況，設(shè)計(jì)狀況 系數(shù)去© = 10 o梁高 h 為 1200mm,髙度取 = 1200 i 70 = 1130mm，梁粉仙二loooim;f = 11 f =混凝土 c25, c * mm2 ;梁內(nèi)受力主筋為hrb335級(jí)鋼筋，y mm?；鋼筋混 凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)系數(shù)kd = l-2 o根據(jù)彎矩計(jì)算所得m| = 180. 2kn -m，計(jì)算受力鋼筋面積比（5寬板帶）:ydyo<pm 1.2 x 1.0 x 1.0 x 180.2 x 106a =aw 十 =0.0142fcbh0

45、211.9 x 1000 x 11302（3-35）(3-36)as = gbh f = 0. 0143x 1000x 1130x 11.900641mm(3-37)根據(jù)計(jì)算結(jié)果查水t鋼筋混凝土附表2-2得：底板層選用直徑為16rmn,間距為400rmn的hrb,因上、下游段最大正彎矩值 相差不大，為施工方便，底板層所配鋼筋相同。面層按構(gòu)造鋼筋012300配置。 受力鋼筋的垂直方向（順?biāo)鞣较颍┎贾脵C(jī)0300的分布鋼筋。鋼筋布置詳圖見(jiàn) 成果圖。3. 2閘墩結(jié)構(gòu)計(jì)算取高為4. 6m的中墩進(jìn)行計(jì)算。采用平面閘門的閘墩，除了閘門槽以外閘墩地面是受力最人的部位。3. 2. 1閘墩底部縱向正應(yīng)力的計(jì)算1

46、 完建時(shí)期出上節(jié)計(jì)算所得表3-1可知：1 sg =(3975 + 15 + 212 + 76.5) x- = 213 9.2 5 kn(3-38)z 、 1sm =(29813 + 30 + 424 + 604.4) x-= 154357 kn - m(3-39)墩底平面的形心軸至下游端的距離為(如圖3-5a)：/15x =xy+ 14x 1.0x(7 + 0.5) -2x0.4x0.3 x 0.7 2 x 0.6 x 0.3 x 2.2=卜j + 14 x 1.0 i 2 x 0.4 x 0.3 i 2 x 0.6 x 0.3109.9314.185=7.75 m(3-40)256 7 mj

47、 =忍目.97b= 120x f 97x(3-41)上式中，d為閘墩厚度，b為閘墩順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)度。偏心距為:（偏向下游）（3-42）從而計(jì)算閘墩底部應(yīng)力為：_ 2139.25 . 2139.25 x 0.53 x 7.75kn11 14.185 +256.7=185.0w （下游端）kn= 118.79m2 (上游端)2. 正常運(yùn)用時(shí)期閘門關(guān)閉，上游水位為34. om,下游水位為30. 5m0閘墩底部平面上的縱向正應(yīng)力列表計(jì)算如表3-6：表3-6墩底縱向正應(yīng)力計(jì)算表(以下游端為力矩中心)荷a 名 稱計(jì)算式鉛直力(kn)水平力(kn)力臂(m)力矩(knm)11閘 墩 自 重2139. 2515

48、435.7上 游 水 丿k 力 及 浪 壓 力4.2 z、(4.2 + 0.172 + 0.028) x 3.6 x 983259. 871.474792. 01下 游 水 壓 力86. 4360. 23320. 1402139. 2513173. 4310663.831=2.77m (偏下游)2139.2514.1852139.25 x 2.77 x 7.75256.7=329.71m2kn（下游端）kn= -16.55 (上游端)根據(jù)以上兩種計(jì)算悄況的成果，可知止常運(yùn)用情況下的縱向止應(yīng)力較人。閘n f = 11 9墩混凝土為c25號(hào)，其軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為c mm2，軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)27nf

49、 = ± 計(jì)值為'* mm2 ；黃天湖防洪閘工程屬屮型規(guī)模、iii等工程，防洪閘是3級(jí)建 筑物，故混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度安全系數(shù)為k=1.70 （按抗壓計(jì)算）或k=2.65 （按抗拉計(jì)算）。又因?yàn)?，查混凝土?gòu)件縱向彎曲系數(shù)表得¥ =0,截面抵抗矩的塑性系數(shù)取卩=155 ,故：2© = 16.55 kn/廿 < 丄甬 x 1. 27 x 心 x 1. 0 飛5 = 742.83 k壓應(yīng)力和拉應(yīng)力都在允許的范圍內(nèi)，所以，閘墩是安全的。3.2.2門槽應(yīng)力計(jì)算及配筋1.正常運(yùn)用情況下墩底剪應(yīng)力計(jì)算為了計(jì)算閘墩底部剪應(yīng)力，可以近似的引用材料力學(xué)中計(jì)算矩形截面梁的剪

50、應(yīng)力分布公式：qst =(3-43)jb式中:q、j作用于截面上的不平衡剪力和截面慣性矩；b截面上需要確定其剪應(yīng)力處纖維層的寬度，在閘墩部位，則為一閘段中各閘墩寬度之和；sn 一上述纖維層以外面積對(duì)小和軸的面積矩。現(xiàn)列表計(jì)算如表3-7所示，并將計(jì)算結(jié)果繪于圖3-5b中。4其中，q=32.382kn , j=256.7m, b=1.0mo表3-7墩底剪應(yīng)力計(jì)算表位置面積aa以® ）力臂a(m)面積矩囲）q lbqsn "jbkn/(/m2)s = a x as“ = 5n|i + s0-00012. 36201-17.4622.9332.93312. 36236. 2582-20.4 x 0.4 = 0.167.051. 1284.06112. 36250. 2