水閘設計計算說明書

1、農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)課程設計計算說明書水 工 建 筑 物 課 程 設 計設計題目： 興 化 水 閘 工 程 班 級： 水 利 0841 姓 名 高 傳 山 學 號： 0806421114 指導教師： 孫 立 宇 長春工程學院水利與環(huán)境工程學院水 工 教 研 室2011 年 06 月 22 日目 錄1 設計任務32 設計基本資料32.1 概述32.1.1 防洪42.1.2 灌溉42.1.3 引水沖淤42.2 規(guī)劃數(shù)據(jù)42.2.1 孔口設計水位、流量42.2.2 閘室穩(wěn)定計算水位組合42.2.3 消能防沖設計水位組合42.3 地質(zhì)資料52.3.1 閘基土質(zhì)分布情況52.3.2 閘基土工試驗資料52.4

2、 閘的設計標準52.5其它有關(guān)資料52.5.1 閘上交通52.5.2 該地區(qū)“三材”供應充足。62.5.3 該地區(qū)地震烈度設計為6度，故可不考慮地震影響。62.5.4 該地區(qū)風速資料不全，在進行浪壓力設計時，建議取計算。63 樞紐布置63.1 防沙設施63.2 引水渠的布置63.3 進水閘布置63.3.1 閘室段布置73.3.2 上游連接段布置73.3.3 下游連接段布置74 水力計算84.1 閘孔設計84.1.1 閘室結(jié)構(gòu)形式84.1.2 堰型選擇及堰頂高程的確定84.1.3 孔口尺寸的確定84.2 消能防沖設計104.2.1 消力池的設計104.2.2 海漫的設計124.2.3 防沖槽的設

3、計135 防滲排水設計135.1 地下輪廓設計135.1.1 底板135.1.2 鋪蓋14 側(cè)向防滲145.1.4 排水、止水145.1.5 防滲長度驗算145.2 滲流計算155.2.1 地下輪廓線的簡化155.2.2 確定地基的有效深度165.2.3 滲流區(qū)域的分段和阻力系數(shù)的計算165.2.4 滲透壓力計算：165.2.5 抗?jié)B穩(wěn)定驗算196 閘室布置與穩(wěn)定計算196.1 閘室結(jié)構(gòu)布置196.1.1 底板196.1.2 閘墩196.1.3 胸墻206.1.4 工作橋206.1.5 檢修便橋216.1.6 交通橋216.2 閘室穩(wěn)定計算216.2.1 荷載計算226.2.2 穩(wěn)定計算297

4、 閘室結(jié)構(gòu)設計317.1 邊墻設計317.1.1 邊墻斷面擬定317.1.2 墻身截面強度驗算327.1.3 邊墻穩(wěn)定分析337.2 底板結(jié)構(gòu)計算41 選定計算情況417.2.2 閘基的地基反力計算417.2.3 不平衡剪力及剪力分配437.2.4 板條上荷載的計算447.2.5 邊荷載計算457.2.6 彎矩計算467.2.7 配筋計算527.2.8 裂縫校核528. 兩岸連接建筑物539. 水閘細部構(gòu)造設計5310. 基礎處理5311. 總結(jié)54參考文獻54附 錄55水閘課程設計計算說明書1 設計任務興化閘為無壩引水進水閘，該樞紐主要由引水渠、防沙設施和進水閘組成，本次設計主要任務是確定興

5、化閘的型式、尺寸及樞紐布置方案；并進行水力計算、防滲排水設計、閘室布置與穩(wěn)定計算、閘室底板結(jié)構(gòu)設計等，繪出樞紐平面布置圖及上下游立視圖。2 設計基本資料2.1 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2-2-1。該閘的主要作用有防洪、灌溉和引水沖淤。 7.0 北 至大成港 9.0 渠 化 11.0 興閘管所興化閘 興 化 河 興 化 鎮(zhèn)圖2-2-1 閘址位置示意圖（單位：m）2.1.1 防洪當興化河水位較高時，關(guān)閘擋水，以防止興化河水入侵興化渠下游兩岸農(nóng)田，保護下游的農(nóng)田和村鎮(zhèn)。2.1.2 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。2.1.3 引水沖淤 在枯水季節(jié)，引興化河

6、水北上至下游的大成港，以沖淤保港。2.2 規(guī)劃數(shù)據(jù)興化渠為人工渠道，其剖面尺寸如圖2-2所示。渠底高程為0.5m，底寬50.0m，兩岸邊坡均為1:2。該閘的主要設計組合有以下幾方面： 11.8 0.5 50.0 圖2-2 興化渠剖面示意圖（單位：m） 2.2.1 孔口設計水位、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，此時閘上游水位為7.83m，閘下游水位為7.78m；在冬季枯水季節(jié)由興化閘自流引水送至下游大成港沖淤保港，引水流量為100m3/s，此時相應的閘上游水位為7.44m，下游為7.38m。2.2.2 閘室穩(wěn)定計算水位組合 （1）設計情況：上游水

7、位10.3m，浪高0.8m，下游水位7.0m。 （2）校核情況：上游水位10.7m，浪高0.5m，下游水位7.0m。 2.2.3 消能防沖設計水位組合（1）消能防沖的不利水位組合：引水流量為300m3/s，相應的上游水位10.7m，下游水位為7.78m。（2）下游水位流量關(guān)系下游水位流量關(guān)系見表2-2-1。表2-2-1 下游水位流量關(guān)系Q（m3/s）0.050.0100.0150.0200.0250.0300.0H下（m）7.07.207.387.547.667.747.782.3 地質(zhì)資料2.3.1 閘基土質(zhì)分布情況根據(jù)鉆探報告，閘基土質(zhì)分布情況見表2-3-1。 表2-3-1 閘基土層分布層

8、序高程（m）土質(zhì)情況標準貫入擊數(shù)（擊）11.752.40重粉質(zhì)壤土9132.400.7散粉質(zhì)壤土80.7-16.7堅硬粉質(zhì)粘土（局部含鐵錳結(jié)核）15212.3.2 閘基土工試驗資料根據(jù)土工試驗資料，閘基持力層為堅硬粉質(zhì)粘土，其內(nèi)摩擦角=190，凝聚力C=60.0Kpa；天然孔隙比e=0.69，天然容重=20.3KN/m3，比重G=2.74，變形模量=KPa；建閘所用回填土為砂壤土，其內(nèi)摩擦角=260，凝聚力C=0，天然容重=18KN/m3；混凝土的彈性模量Eh=KPa。 2.4 閘的設計標準根據(jù)水閘設計規(guī)范SL265-2001，興化閘按級建筑物設計。 2.5其它有關(guān)資料 2.5.1 閘上交通根

9、據(jù)當?shù)亟煌ú块T建議，閘上交通橋為單車道公路橋，按汽-10設計，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2-5-1，每米橋長約重80KN。 10.0 15.0 450.0 15.0 10.0 110.0 2 2 10.0 15.0 55.0 70.0 45.0 137.50 45.0 137.50 45.0 70.0 550.0 圖 2-5-1 交通橋剖面圖 （單位：cm） 2.5.2 該地區(qū)“三材”供應充足。閘門采用平面鋼閘門，尺寸自定，由于廠設計加工制造。 2.5.3 該地區(qū)地震烈度設計為6度，故可不考慮地震影響。2.5.4 該地區(qū)風速資料不全，在進行浪壓力設

10、計時，建議取計算。3 樞紐布置興化閘為無壩引水進水閘。整個樞紐主要由引水渠、防沙設施和進水閘等組成。3.1 防沙設施閘所在河流為少泥沙河道，故防沙要求不高，僅在引水口設攔沙坎一道即可。攔沙坎高0.8m，底部高程0.5m，頂高程1.3m，迎水面直立，背流坡為1:1的斜坡，其斷面見圖3-1：圖3-1 樞紐布置圖 - 剖面3.2 引水渠的布置興化河河岸比較堅穩(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，使水流平順的進入引水口，引水口上、下游邊角修成圓弧形。引水

11、渠在平面上布置成不對稱的向下游收縮的喇叭狀，見圖3-1。3.3 進水閘布置進水閘（興化閘）為帶胸墻的開敞式水閘。共3孔，每孔凈寬8.5m。胸墻底部高程為8.1m，閘頂高程為11.8m，閘門頂高程為8.3m。3.3.1 閘室段布置閘底板為倒型鋼筋混凝土平底板，縫設在底板中央。底板頂面高程為0.5m，厚1.2m，其順水流方向長16m。閘墩為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，順水流方向長和底板相等，中墩厚1.1m，邊墩與岸墻結(jié)合布置，為重力式邊墻，既擋水，又擋土，墻后填土高程為11.8m。閘墩上設有工作門槽和檢修門槽。檢修門槽距閘墩上游邊緣1.7m，工作門槽距閘墩上游邊緣5.49m，胸墻與檢修門槽之間凈距為2.79m

12、。閘門采用平面滾輪鋼閘門，尺寸為8.7m×7.8m。啟閉設備選用QPQ-63卷揚式啟閉機。工作橋支承為實體排架，由閘墩縮窄而成。其順水流長2.3m，厚0.5m,底面高程11.8m，頂面高程16.5m，排架上設有活動門槽。公路橋設在下游側(cè)，為板梁式結(jié)構(gòu)，其總寬為5.5m。公路橋支承在排架上，排架底部高程8.5m。3.3.2 上游連接段布置鋪蓋為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其順水流方向長20m,厚0.4m。鋪蓋上游為塊石護底，一直護至引水口。上游翼墻為漿砌石重力式反翼墻，迎水面直立，墻背為1:0.5的斜坡，收縮角為15°，圓弧半徑為6.6m。墻頂高程為11.0m，其上設0.8m高的混凝土擋

13、浪板。墻后填土高程為10.8m。翼墻底板為0.6m厚的鋼筋混凝土板，前趾長1.2m，后趾長0.2m。翼墻上游與鋪蓋頭部齊平。翼墻上游為干砌塊石護坡，每隔12m設一道漿砌石格埂。塊石底部設15cm的砂墊層。護坡一直延伸到興化渠的入口處。3.3.3 下游連接段布置閘室下游采用挖深式消力池。其長為21.5m,深為0.5m。消力池的底板為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其厚度為0.7m。消力池與閘室連接處有1m寬的小平臺，后以1:4的斜坡連接。消力池底板下按過濾的要求鋪蓋鋪設厚0.3m的砂、碎石墊層，既起反濾、過渡作用，又起排水作用。海漫長24m，水平設置。前8m為漿砌塊石，后16m為干砌塊石，并每隔8m設一道漿砌石

14、格埂。海漫末端設一構(gòu)造防沖槽。其深為1.0m，邊坡為1:2。槽內(nèi)填以塊石。由于土質(zhì)條件較好，防沖槽下游不再設護底。下游翼墻亦為漿砌石重力式反翼墻。迎水面直立，墻背坡度為1:0.5，其擴散角為10°，圓弧半徑為4.8m。墻頂高程為8.5m，其上設高0.8m的擋浪板，墻后填土高程為8.0m。下游翼墻底板亦厚0.6m鋼筋混凝土板，其前趾長1.2m，后趾長0.2m。翼墻下游端與消力池末端齊平。下游亦采用干砌塊石護坡，護坡至9.8m高程處。每隔8m設一道漿砌石格埂。護坡延伸至與防沖槽下游端部齊平。4 水力計算水力設計主要包括兩方面的內(nèi)容,即閘孔設計和消能設計。4.1 閘孔設計閘孔設計的主要任務

15、: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。4.1.1 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)。在運行中，該閘的擋水位達10.3m10.7m,而泄水時上游水位為7.44m7.83m,擋水位時上游最高水位比下游最高水位高出2.87m，故擬設設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，從而減少工程費用。綜上所述：該閘采用帶胸墻的開敞式閘室結(jié)構(gòu)。4.1.2 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]到閘基持力層是堅硬粉質(zhì)粘土,土質(zhì)良好,承載能力大,并參

16、考該地區(qū)已建在工程的經(jīng)驗,擬取閘底板頂面與興化渠渠底齊平，高程為0.5m。4.1.3 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 V0=Q/A A=(b+mH)H=(50+2×7.33)×7.33=473.96m2 V=300/473.96=0.633 H0=H+V0/2g (取=1.0) =7.33+0.6332/（2×9.8）=7.35m hS /H0=7.28/7.35=0.99>0

17、.8,故屬淹沒出流。查SL265-2001表A·0·1-2，淹沒系數(shù)S=0.36由寬頂堰淹沒出流公式 對無坎寬頂堰，取m=0.385，假設側(cè)收縮系數(shù)=0.96，則 = =25.54m2）引水沖淤保港 上游水深 H=7.44-0.5=6.94m 下游水深 h=7.38-0.5=6.88m 引水流量 Q=100 上游行近流速 V0=Q/A A=(b+mH)H=(50+2×6.94)×6.94=443.3 V=Q/A=100/443.3=0.23m/s<0.5m/s,可以忽略不計，則H0H=6.94m。 hS /H0=6.88/6.94=0.99>

18、0.8, 故屬淹沒出流。查 SL265-2001表A·0·1-2，得淹沒系數(shù)s=0.36同樣取m=0.385，并假定，則得 B0=B02= =9.28m比較1）、2）的計算結(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宜采用較大值25.54m。擬將閘孔分為3孔，取每孔凈寬為8.5m,則閘孔實際總凈寬為B0=3×8.5=25.5m。由于閘基土質(zhì)條件較好，不僅承載能力較大，而且堅硬、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1.1m，墩

19、頭、墩尾均采用半圓形，半徑為0.55m。（2）復核過閘流量對于中孔，b0=8.5m bs=b0+=8.5+1.1=9.6m b0/bs=8.5/9.6=0.885查SL265-2001表A.0.1-1，得z=0.981。對于邊孔，b0=8.5m，=45.46m， b0/bs=0.19查SL265-2001表A·0·1-1，得eb=0.909。則：=z（N-1）+eb/N =0.957。對于無坎平底寬底堰，m=0.385,則 ×100%=100%<5%實際過流能力滿足引水灌溉的設計要求。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1.1

20、m，閘孔總凈寬為25.5m，閘室總寬度為27.7m。4.2 消能防沖設計消能防沖設計包括消力池、海漫及防沖槽等三部分。4.2.1 消力池的設計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300往是分級開啟的。為了節(jié)省計算工作量,閘門的開度擬分三級,流量50;待下游的水位穩(wěn)定后,增大開度至150，待下游的水位穩(wěn)定后,增大開度至300。Ø 當泄流量為50時:上游水深H=10.7-0.5=10.2m; 下游水深可采用前一級開度(即Q=0)時的下游水深t=7.0-0.5=6.5m; 上游行進流速=0.069m/s(<0.5m/s),可以忽略不計。 假設閘門的開度e=0.44m

21、. =0.043<0.65,為孔流。查水力學(河海大學出版社)，得=0.612，則： h=e=0.612×0.44=0.27m = =1.44m <t=6.5m,故為淹沒出流。由(t)/(H-)=0.58,查SL265-2001表A·0·3-2（采用插值法），得孔流淹沒系數(shù)=0.53，所以有 Q=1eB0 1=0.600.176=0.592式中 1孔流流量系數(shù)。因此 Q=0.518×0.592×0.44×25.5×=49.8該值與要求的流量50十分的接近，才所假定的閘門開度e=0.44正確。此時，躍后水深1.44

22、<t=6.5m,故發(fā)生淹沒水躍。以同樣的步驟可求得泄水量為150、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4-2.將結(jié)果列如下表：表4-2 水面連接計算序號Q（）E(m) (m)t (m)水面連接情況150.00.440.6120.271.446.50淹沒水躍2150.01.300.6170.802.366.70淹沒水躍3300.02.730.6231.703.007.04淹沒水躍2）消力池的設計a)、消力池池深：由表4-2可見，在消能計算中，躍后水深均小于相應的下游水深，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)

23、造消力池。取池深d=0.5m。b)、消力池長度：根據(jù)前面的計算 ，以泄流量300作為確定消力池長度的計算依據(jù)。略去行進流速V0，則： T= H+d=10.2+0.5=10.7m h= =q²/2g，q=10.83，=0.95=6.62h=0.82m=5.01m水躍長度 L=6.9（-）=6.9×（5.01-0.82）=28.91m消力池與閘底板以1：4的斜坡段相連接，LS=dp=0.5×4=2.0m,則消力池長度LSJ為 L= L+L=2.0+0.75×28.91=23.68m長度校正系數(shù)（0.70.8)取消力池長度為23.5m。c)、消力池底板厚度計算

24、：t=k式中 K消力池底板厚度計算系數(shù),可采用（ 0.150.20） K取0.175 Q=300/（25.5+2.2）=10.83H=10.7-7.78=2.92m t=0.75m 由于消力池的池底板厚范圍（0.51.2）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排水孔,孔徑10 cm,間距2 m，呈梅花行布置,孔內(nèi)填以砂，碎石。消力池與閘底板連接處留有1米的平臺,以便更好地促成出閘水流在池中產(chǎn)生水躍。消力池在平面上呈擴散狀，擴散角度10°。4.2.2 海漫的設計1）海漫的長度為： L= q=300/25.5+2.2+tg10°×(23.5

25、+1)×2=8.26 H=10.77.78=2.92m為海漫長度計算系數(shù)，取為7.0L=21.97m取海漫的長度為26.0m。2）海漫的布置和結(jié)構(gòu)。由于下游水深較大,為了節(jié)省開挖量,海漫布置成水平的.海漫使用厚度40cm的塊石材料,前8m用漿砌塊石,后18m采用干砌塊石。漿砌塊石海漫上設排水孔,干砌塊石上設漿砌塊石格梗,格梗斷面尺寸為40cm×60cm。海漫底部鋪設15cm厚的砂粒墊層。4.2.3 防沖槽的設計1）海漫末端河床沖刷深度為海漫末端的平均寬度=1/2(50+50+2×2×7.04)=64.08m=300/64.08=4.68對比較緊密的黏土地

26、基，且水深大于3m， 可取為1.1m/s,=7.04m,則：=-2.36m<0,表示海漫出口不形成沖刷坑，理論上可以不建防沖槽。但為了保護海漫頭部，故在海漫末端一防沖槽。2）防沖槽的構(gòu)造。防沖槽為倒梯形斷面（見圖4-2-1）。其底寬1.0m，深1.0m，邊坡1：2，槽中拋以塊石。綜上所列其布置圖如下圖4-2-1：圖4-2-1 消力池、海漫、防沖槽布置 （單位：cm）5 防滲排水設計5.1 地下輪廓設計對于黏土地基，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。5.1.1 底板底板既是閘室的基礎,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

27、度等要求。1）底板順水流方向的長度L。為了滿足上部結(jié)構(gòu)布置的要求,L必須大于交通橋?qū)?、工作橋?qū)挕⒐ぷ鞅銟驅(qū)捈捌渲g間隔的總和，即L約為12.0m。從穩(wěn)定和地基承載力的要求考慮，L可按經(jīng)驗公式估算 L=（H+2h+a）(1+0.1H)K因為H=10.2m,2h=0.5m,a=0.5m,H=3.7m,K=1.0,則 L=15. 34m綜上所述，取底板順水流方向長度L為16m2）底板厚度d。根據(jù)經(jīng)驗，底板厚度為（1/51/7）單孔凈跨， 初擬d=1.2m。3）底板構(gòu)造。底板采用鋼筋混凝土構(gòu)造，混凝土為。上下游兩端各設0.5m深的齒墻嵌入地基。底版分縫中設以“V”型銅止水片。5.1.2 鋪蓋鋪蓋采用鋼

28、筋混凝土結(jié)構(gòu)，其長度一般為24倍閘上水頭或35倍上下游水位差，擬取20m，鋪蓋厚度為0.4m。鋪蓋上游端設0.5m深的小齒墻，其頭部不再設防沖槽。為了防止上游河床的沖刷，鋪蓋上游設塊石護底，厚0.3m，其下設0.2m厚的砂石墊層。5.1.3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。5.1.4 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

29、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。 5.1.5 防滲長度驗算1）閘基防滲長度。必須的防滲長度為L=CH H=3.7m。當反濾有效時，C=3；當反濾失效時，C=4。因此L=11.114.8m實際閘基防滲長度=0.4+0.5+0.7+19+1.3+1.0+0.7+13+0.7+1.0+0.6=38.9m>L，滿足要求。2）繞流防滲長度。必須的防滲長度為L=CH H=3.7m,C=7（回填土為砂壤土，且無反濾），因此 L=25.9m實際防滲長度 =+16=36.7m>L,滿足防滲要求其地下輪廓布置見下圖5-1-1：圖5-1-1 地

30、下輪廓布置 （單位： m）5.2 滲流計算采用改進阻力系數(shù)法進行滲流計算。5.2.1 地下輪廓線的簡化為了便于計算，將復雜的地下輪廓進行簡化。由于鋪蓋頭部及底板上下游兩端的齒墻均淺，簡化后的形式如下圖5-2-1：圖5-2-1 地下輪廓簡化圖 （單位： m）5.2.2 確定地基的有效深度根據(jù)鉆探資料，閘基透水層深度很大。故在滲流計算中必須取一有效深度，代替實際深度。由地下輪廓線簡化圖知：地下輪廓的水平投影長度=16+20=36m;地下輪廓的垂直投影長度S0=1.7-0.4=1.3m。L0/ S0=36/1.3=27.7>5,故地基的有效深度 Te=0.5 L0=18 m(圖5-2-1)。5

31、.2.3 滲流區(qū)域的分段和阻力系數(shù)的計算過地下輪廓的角點、尖點，將滲流區(qū)域分成十個典型段。1、8段為進出口段，3、6、二段為內(nèi)部水平段，2、4、5、7則為內(nèi)部垂直段。表5-2-1 各流段阻力系數(shù)為流段阻力系數(shù)為段號ST進口段和出口段=1.5（）+0.44110417.9044680617.30.451內(nèi)部垂直段=lnctg(1-)20518.0002841.318007251.317.2002970.517.20029內(nèi)部水平段=3S1=0.5S1=0.5T=18.0L=20.01.0416S1=0.5S2=0.5T=17.2L=16.00.890則=2.9865.2.4 滲透壓力計算：1）設

32、計洪水位時：H=10.3-7.0=3.3m。根據(jù)水流的連續(xù)條件，經(jīng)過各流段的單寬滲流流量均應相等。a）任一流段的水頭損失h=,則h1 =0.49m h2 =0.03m h3 =1.15m h4 =0.08m h5 =0.03m h6 =0.99m h7 =0.03m h8 =0.50m b）進出口段進行必要的修正：進出口修正系數(shù)為 =1.21- T´=18m T=17.9m S=0.4m則=0.34<1.0 應予修正。進口段的水頭損失修正為h´= h=0.17m進口段水頭損失的修正量為h=0.490.17=0.32m修正量應轉(zhuǎn)移給相鄰各段h´=0.03+0.

33、03=0.06mh´=1.17+（0.330.03）=1.44m同樣對出口段修正如下=1.21- T´=17.2m T=17.3m S=0.6m 則=0.440<1.0,故亦需修正。出口段的水頭損失修正為h´= h=0.22m修正量h=0.500.22=0.28mh´=0.03+0.03=0.06mh=0.99+(0.280.03)=1.24mc）計算各角隅點的滲壓水頭：由上游出口段開始，逐次向下游從作用水頭值h中相繼減去各分段的水頭損失值，即可求得各角隅點的滲壓水頭值H1 = 3.3m H2 = 3.3-h1´=3.3-0.17=3.1

34、3m H3 = H2- h2´m =3.13-0.06=3.07m H4 = H3- h3´m =3.07-1.44=1.63mH5 = H4- h4´m =1.63-0.08=1.55mH6 = H5- h5´m =1.55-0.03=1.52mH7 = H6- h6´m =1.52-1.24=0.28mH8 = H7- h7´m =0.28-0.06=0.22mH9 = H8- h8´m =0.22-0.22=0.00md）作出滲透壓力分布圖：根據(jù)以上算得滲壓水頭值，并認為沿水平段水頭損失呈線形變化，則其滲透壓力分布圖，

35、如圖5-2-2:圖5-2-2 設計洪水位是滲透壓力分布圖 （單位： m）單位寬度底板所受滲透壓力：P=( H6+ H7)×16×1=14.4t=141.12 單位寬鋪蓋所受的滲透壓力：P=( H+ H)×20×1=47.0t=460.62）同樣的步驟可計算出校核情況下的滲透壓力分布，即 H=4.7-1.0=3.7mH1 =3.70m H2 =3.51m H3 =3.45m H4 =1.83m H5 =1.74m H6 =1.70m H7 =0.33m H8 =0.25m H9 =0.00m 根據(jù)以上計算作出滲透壓力分布圖,如圖5-2-3：圖5-2-3 校

36、核洪水位是滲透壓力分布圖 （單位： m）單位寬度底板所受滲透壓力：P=( H6+ H7)×16×1=×(1.70+0.33)×16×1=16.24t=159.15單位寬鋪蓋所受的滲透壓力：P=( H3+ H4)×20×1=×(3.45+1.83)×20×1=52.8t=517.445.2.5 抗?jié)B穩(wěn)定驗算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為J=0.086J=0.40.5滲流出口處的平均逸出坡降J為J=0.417J=0.700.80閘基的防滲滿足抗?jié)B穩(wěn)定的要

37、求。6 閘室布置與穩(wěn)定計算6.1 閘室結(jié)構(gòu)布置閘室結(jié)構(gòu)布置主要包括底板、閘墩、閘門、工作橋和交通橋等部分結(jié)構(gòu)的布置和尺寸的擬定。6.1.1 底板底板的結(jié)構(gòu)、布置、構(gòu)造與上面的相同。6.1.2 閘墩順水方向的長度取與底板相同，取16m。閘墩為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，中墩厚均為1.1m。邊緣與岸墻合二為一，采用重力式結(jié)構(gòu)。閘墩上游部分的頂部高程在泄洪時應高于設計或校核洪水位加安全超高；關(guān)門時應高于設計或校核洪水位加波浪計算高度加安全超高。設計洪水位的超高計算：=10.3+0.8+0.7=11.8m校核洪水位的超高計算：=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

38、的高度只要比下游最高水位適當高些，不影響泄流即可。可大大低于上游部分的高度，而其上設有排架擱置公路橋。初擬定閘墩下游部分頂部高程為8.5m，其上設3根0.7m×0.67m，高1.8m的柱子，柱頂設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。閘墩上設檢修門槽和工作門槽，檢修門槽在上游，槽深為0.3m，寬0.2m，工作槽槽深為0.3m，寬0.5m。具體位置見圖。閘墩上下游均為半圓形，其半徑為0.55m。6.1.3 胸墻為了保證啟吊閘門的鋼絲繩不浸在水中，胸墻設在工作閘門的上游側(cè)

39、。胸墻頂與閘墩上游部分頂部同高取11.8m。胸墻底部高程應以不影響引水為準。=堰頂高程+堰頂下游水深+=0.5+7.28+0.3=8.08 m，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。6.1.4 工作橋1）啟閉機選型。閘門采用平面滾輪鋼閘門，為滑動式，門頂高程應高出胸墻0.2m，即其高程為8.3m，門高7.8m，門寬8.5+20.2=8.9m。根據(jù)經(jīng)驗公式：G=0.073K1K2K3A0.93HS0.79,初估閘

40、門自重。A=66.3m2;HS=10.2m；對于工作閘門，K1=1.0，H/B=7.8/9.1=0.86, H/B1，K2=1.1;HS=10.260m，K3=1.0。則門重G=25.95t=254.31KN，取門自重G=260KN。初擬啟門力FQ=（0.10.2）P+1.2G，閉門力FW（0.10.2）P-0.9G。其中G為閘門自重，P為作用在門上的總水壓力，不計浪壓力的影響，作用在每米寬門上游面的水壓力，作用在每米寬門下游面的水壓力和門上總的水壓力為：P上=1/2×9.8×(2.6+10.2) ×7.6=476.7kN;P下=1/2×6.5×

41、;6.5 ×9.8=207.0kN，P=（P上-P下）×8.5=2292.45kNFQ=0.10×2292.45+1.2×260=541.2kNFW=0.10××260=-4.76kNFW<0，表示閘門能靠自重關(guān)閉，不需加壓重塊幫助關(guān)閉。根據(jù)計算所需的啟門力FQ=541.2kN，初選單吊點手搖電動兩用卷揚式啟閉機（上海重型機械廠產(chǎn)品）QPQ-63。其機架外輪廓寬J=1962mm。2）工作橋的尺寸及構(gòu)造。（見圖6-1-2）工作橋的寬度不僅要滿足啟閉機布置的要求，且兩側(cè)應留有足夠的操作寬度。B=啟閉機寬度+2×欄桿柱寬+2

42、×欄桿外富裕寬度1.962+2×0.8+2×0.15+2×0.05=3.962m。故取工作橋凈寬4.0m。工作橋為板梁式結(jié)構(gòu)。預制裝配。兩根主梁高0.8m，寬0.35m，中間活動鋪板厚6cm。為了保證啟閉機的機腳螺栓安置在主梁上，主梁間的凈距為1.5m。在啟閉機機腳處螺栓處設兩根橫梁。其寬30cm，高50cm。工作橋設在實體排架上，排架的厚度即閘墩門槽處的頸厚為50cm，排架順水方向的寬度為2.3m。排架的高程為：胸墻壁底緣高程+門高+富裕高度=8.1+7.8+0.6=16.5m。6.1.5 檢修便橋為了便于檢修、觀測、在檢修門槽處設置有檢修便橋。橋?qū)?

43、.5m。橋身結(jié)構(gòu)僅為兩根嵌置于閘墩內(nèi)的鋼筋混凝土簡支輛。梁高40cm，寬25cm。梁中間鋪設厚6cm的鋼筋混凝土板。6.1.6 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。其結(jié)構(gòu)構(gòu)造及尺寸見本章第一節(jié)。6.2 閘室穩(wěn)定計算 取中間的一個獨立的閘室單元分析，閘室結(jié)構(gòu)布置見圖6-2-1：圖6-2-1 閘室結(jié)構(gòu)布置圖 （單位： m）6.2.1 荷載計算1）完建期的荷載.完建期的荷載主要包括閘地板重力G、閘墩重力G、閘門重力G、胸墻壁重力G、工作橋及啟閉機設備重力G、公路橋重力G和檢修便橋重力G、取混凝土、鋼筋混凝土的容重為25KN/。底板重力為：G=16

44、5;1.2×19.2×25+0.5×（1+1.5）×0.5×19.2×25×2=9816KN閘墩重力：每個中墩重G=（0.5×3.14××11.3×25）+（0.5×3.14××8.0×25）+（4.2×1.1×11.3×25-0.2×0.3×2×11.3×25）+（2.3×1.1×11.3×25-2×0.3×0.5×

45、11.3×25）+（2.3×0.5×4.7×25）+（8.4×1.1×8×25）+（3×0.67×0.7×1.8×25）+（4.7×0.7×0.7×25）=4234.6KN每個閘室單元有兩個中墩，則：G2=2 G=8469.2KN閘門重力為：G3=260×2=520.0KN胸墻重力為：G4=0.5×0.3×17×25+0.8×0.417×25+0.2×(3.7-0.4-0.3)×

46、;17×25=454.75KN 工作橋及啟閉機設備重力如下:工作橋重力：G5=2×0.92×0.35×19.2×25+0.5×(0.08+0.12)×0.9×19.2×2×25+0.15×0.12×19.2×2×25+0.06×1.3×19.2×25=450.24KN考慮到欄桿及橫梁重力等，取: G5=510KNQPQ-63啟閉機機身重58.8KN，考慮到機架混凝土及電機重，每臺啟閉機重66KN,啟閉機重力 G5=2×

47、;66.0KN=132.0KN G5= G5+ G5=510+132.0=642KN公路橋重力:公路橋每米重約80KN,考慮到欄桿重,則公路橋重為: G6=80×19.2+50=1586.0KN檢修便橋重力：G7=0.25×0.4×17.0×25×2+0.06×1.5×17×25=123.25KN考慮到欄桿及橫梁重力等，取: G7=180.0KN完建情況下作用荷載和力矩計算見下表6-2-1：表6-2-1 完建情況下作用荷載和力矩計算表(對底板上端B點求力矩)部位重力(KN)力臂(m)力矩(KN·m)底板9

48、816.08.078528閘墩（1）268.30.3285.9（2）2542.52.656737.6（3）1530.25.99028.2（4）3938.011.2544302.5（5）190.015.682979.2閘門520.05.742984.8工作橋510.01.83009.0啟閉機132.05.9778.8公路橋1586.05.919428.5檢修便橋180.012.25324.0胸墻454.84.792178.5合計21667.81703652）設計洪水情況下的荷載。在設計洪水情況下,閘室的荷載除此之外,還有閘室內(nèi)水的重力、水壓力、揚壓力等。閘室內(nèi)水重:W1=4.69×9.

49、8×17×9.8+7.6×0.8×17×9.8+6.5×17×10.01×9.8 =7657.3+1012.9+10839.8=19510 KN設計洪水情況下的荷載圖見（圖5-2-2）, 設計洪水情況下的荷載計算表見 (表5-2-2，設計洪水情況下荷載和力矩計算對B點取矩)水平水壓力:首先計算波浪要素。有設計資料知：h=0.8m，L/h=10，上游 =9.8m，則上游波浪線壅高為：=0.25m波浪破碎的臨界水深：可見，上游平均水深大于Ll/2,且大于Hlj，故為深水波。因此：P1=0.5×4×9

50、.8×(4+0.25+0.8) ×19.2+0.5×6×9.8×(4+10) ×19.2=1900.4+7902.7=9803.1KN（）P2=0.5×9.8×(8.33+9.75) ×1.5×19.2=2551.4KN（）P3=0.5×7.6×74.48×19.2=5434.1KN（）P4=0.5×9.8×(7.5+8.42) ×0.6×19.2=904.3KN（）浮托力：F=7.7×9.8×16

51、5;19.2+0.5×(1.0+1.5) ×0.5×9.8×19.2 =23416.5KN()滲透壓力:U=0.28×9.8×16×19.2+0.5×1.24×16×9.8×19.2 =843+1866.5=2709.5KN()設計洪水情況下的荷載圖見（圖6-2-2）, 設計洪水情況下的荷載計算表見 (表6-2-2，設計洪水情況下荷載和力矩計算對B點取矩)圖6-2-2 設計洪水位時荷載圖表6-2-2 設計洪水情況下荷載和力矩計算（對B點取矩）荷載名稱豎向力（KN）水平力（KN）力臂（m）力矩（KN×m）備注閘室結(jié)構(gòu)重力21667.8