水閘課程設計報告南工

1、-PAGE . z.水利與生態(tài)工程學院水工建筑物課程設計水閘設計 班級： *： *： 指導教師：-. z.目錄1根本資料1.1工程概況1.2地質資料1.3水文氣象1.4建筑材料1.5批準的規(guī)劃成果2閘孔設計2.1閘址的選擇2.2閘型確實定2.3擬定閘孔尺寸及閘墩厚度2.4校核泄洪能力3消能設計3.1消能防沖設計的控制情況3.2消力池尺寸及構造3.3海漫設計3.4防沖槽設計3.5上下游岸坡防護4防滲排水設計4.1閘底地下輪廓線的布置4.2排水設備的細部構造4.3防滲計算5閘室布置5.1 底板和閘墩5.2 閘門與啟閉機5.3 上部構造5.4 閘室的分縫與止水6閘室穩(wěn)定計算6.1 設計情況及荷載組合

2、6.2 完建無水期地基承載力驗算6.3 正常擋水期閘室抗滑穩(wěn)定驗算7上下游連接建筑物7.1 上游連接建筑物7.2 下游連接建筑物水 閘 設 計1 根本資料 1.1工程概況及攔河閘的任務*攔河閘閘址以上流域面積2234平方公里，流域內耕地面積288萬畝，河流平均縱坡1/6200。本工程屬三級建筑物。本工程投入使用后，在正常高水位時，可蓄水2230萬立米。上游5個縣25個鄉(xiāng)已建成提灌站42處，有效灌溉面積25萬畝。閘上游開南、北兩干渠，配支干 23條，修建各種建筑物1230座，可自流灌溉下游三縣21萬農田，效益巨大，是解決*河流域農田的灌溉動脈，同時，也是解決地區(qū)淺層地下貧水區(qū)的重要水源。1.2地

3、質資料一根據地質鉆探資料，閘址附近地層中粉質壤土，厚度約25m，其下為不透水層，其物理力學性質如下：1、濕重度r濕=20.2KN/m3土壤干重度r干=16.0KNm3飽和重度r飽=22.2KNm3浮重度r浮=12.2KNm32.自然含水量時，內摩擦角=230飽和含水量時，內摩擦角=200土壤的凝聚力C=0.1KNm23.地基允許承載力P地基=150KPa4.混凝土、砌石與土基摩擦系數f=0.365.地基應力的不均勻系數=1.52.06.滲透系數K=9.2910-3cms(二)本地區(qū)地震烈度為60以下1.3文水氣象(一)氣溫：本地區(qū)年最高氣溫42度，最低氣溫為-18度。(二)風速：最大風速V=2

4、0ms，吹程D=0.6Km。(三)降雨量：非汛期(16月及1012月)9個月河流平均最大流量為10m3/s；汛期(79月)3個月河流平均最大流量為130m3/s。年平均最大流量36.1 m3/s，最大年徑流總量為9.25億m3。年平均最小流量15.6 m3/s，最小年徑流總量為0.42億m3。(四)冰凍：穎河流域冰凍時間短，凍土很薄，不影響施工。(五)上下游河道斷面1.4建筑材料本工程位于平原地區(qū)、山丘少，石料需從外地供應，距京廣線很近，交通條件較好。經調查本地區(qū)附近有較豐富的粘土材料。閘址處有足夠多的砂料。1.5批準的規(guī)劃成果(一)灌溉用水季節(jié)，攔河閘的正常擋水位為58.63m，下游無水。(

5、二)洪水標準。1.設計洪水位50年一遇，相應的洪峰流量1113m3s，閘上游的洪水位為59.5m，相應的下游水位59.35m。2.校核洪水位200年一遇，相應洪峰流量1642.35 m3s，閘上游的洪水位6l.00m，閘下游水位60.82m。2閘孔設計2.1 閘址的選擇閘址、閘軸線的選擇關系到工程的平安可靠、施工難易、操作運用、工程量及投資大小等方面的問題。在選擇過程中首先應根據地形、地質、水流、施工管理應用及拆遷情況等方面進展分析研究，權衡利弊，經全面分析比擬，合理確定。本次設計中閘軸線的位置已由規(guī)劃給出。2.2 閘型確定本工程主要任務是正常情況下攔河截水，以利灌溉，而當洪水降臨時，開閘泄水

6、，以保防洪平安。由于是建于平原河道上的攔河閘，應具有較大的超泄能力，并利于排除漂浮物，因此采用不設胸墻的開敞式水閘。同時，由于河槽蓄水，閘前淤積對洪水位影響較大，為便于排出淤沙，閘底板高程應盡可能低。因此，采用無底坎平頂板寬頂堰，堰頂高程與河床同高，即閘底板高程為51.92m。2.3 擬定閘孔尺寸及閘墩厚度由于上、下游水位，可推算上游水頭及下游水深，如表1所示：表1 上游水頭計算流量Qm3/s下游水深hsm 上游水深Hm 過水斷面積m2 行近流速m3/s 上游水頭H0m 設計流量1113 7.437.58 759.71 1.47 0.117.69 校核流量1642.35 8.9 9.08947

7、.69 1.730.15 9.23 注：考慮壅高1520cm。閘門全開泄洪時，為平底板寬頂堰堰流，根據公式1判別是否為淹沒出流。表2 淹沒出流判別表計算情況下游水深 hsm上游水頭H0m流態(tài)設計水位7.437.697.436.152淹沒出流校核水位8.909.238.97.384淹沒出流按照閘門總凈寬計算公式(2)，根據設計洪水和校核洪水兩種情況分別計算如下表。其中為堰流側收縮系數，取0.96；為堰流流量系數，取0.385。表3 閘孔總凈寬計算表流量Qm3/s下游水深hsm 上游水頭 H0m 淹沒系數m 設計流量1113 7.437.69 0.966 0.574 55.57 校核流量1642.

8、35 8.99.23 0.964 0.586 61.08 根據閘門設計規(guī)*中閘孔尺寸和水頭系列標準，選定單孔凈寬b=9m，同時為了保證閘門對稱開啟，防止不良水流形態(tài)，選用7孔，閘孔總寬度為：Lnb0+(n1)d=79+21.6+41.2=71m由于閘基為軟基河床，選用整體式底板，縫設在閘墩上，中墩厚1.2m，縫墩厚1.6m，邊墩厚0.5m。如圖1所示。圖1 閘孔尺寸布置圖 (單位：m)2.4 校核泄洪能力根據孔口與閘墩的尺寸可計算側收縮系數，查水閘設計規(guī)*規(guī)*表2-2，結果如下：對于中孔870，得.02.1990sbb980.01中； 靠縫墩孔849， 得.06.1990sbb975.02中；

9、對于邊孔239， 得.066.28990sbb910.03中；所以與假定接近，根據選定的孔口尺寸與上下游水位，進一步換算流量如下表所示：表4 過流能力校核計算表計算情況 堰上水頭H0m 校核過流能力設計流量1113 7.69 0.966 0.574 0.96 126213.4% 校核流量1642.35 9.23 0.964 0.5860.96 1694 3.1% 設計情況超過了規(guī)定5%的要求，說明孔口尺寸有些偏大，但根據校核情況滿足要求，所以不再進展孔口尺寸的調整。3 消能設計3.1 消能防沖設計的控制情況由于本閘位于平原地區(qū)，河床的抗沖刷能力較低，所以采用底流式消能。設計水位或校核水位時閘門

10、全開渲泄洪水，為淹沒出流無需消能。閘前為正常高水位58.63m，局部閘門局部開啟，只宣泄較小流量時，下流水位不高，閘下射流速度較大，才會出現(xiàn)嚴重的沖刷河床現(xiàn)象，需設置相應的消能設施。為了保證無論何種開啟高度的情況下均能發(fā)生淹沒式水躍消能，所以采用閘前水深H=6.71m，閘門局部開啟情況，作為消能防沖設計的控制情況。為了降低工程造價，確保水閘平安運行，可以規(guī)定閘門的操作規(guī)程，本次設計按1、3、5、7孔對稱方式開啟，分別對不同開啟孔數和開啟度進展組合計算，找出消力池池深和池長的控制條件。按公式7、8、9、11計算結果列入表1開啟孔數 n開啟高度e/H收縮系數泄流量單寬流量收縮水深躍后水深下游水深流

11、態(tài)判別消力池尺寸備注eQqhchHs池深d池長Lsj水躍長Lj10.80.12 0.6162 50.88 5.65 0.49 3.40 1.09 自由出流1.4 17.2 20.1 10.15 0.6180 63.79 7.09 0.62 3.78 1.24 1.4 18.4 21.8 1.20.18 0.6192 76.69 8.52 0.74 4.11 1.39 1.4 19.3 23.2 1.50.22 0.6208 96.11 10.68 0.93 4.56 1.60 1.4 20.4 25.0 20.30 0.6250 129.02 14.34 1.25 5.20 1.91 1.3

12、21.5 27.3 30.80.12 0.6162 152.64 5.65 0.49 3.40 2.11 自由出流1.4 17.2 20.1 10.15 0.6180 191.36 7.09 0.62 3.78 2.42 1.5 18.5 21.8 1.20.18 0.6192 230.07 8.52 0.74 4.11 2.71 1.5 19.6 23.2 1.50.22 0.6208 288.33 10.68 0.93 4.56 3.11 1.6 20.9 25.0 池深控制20.30 0.6250 387.05 14.34 1.25 5.20 3.72 1.6 22.4 27.3 限開5

13、0.80.12 0.6162 254.40 5.65 0.49 3.40 2.88 淹沒出流0.8 15.4 20.1 10.15 0.6180 318.93 7.09 0.62 3.78 3.31 0.8 16.5 21.8 1.20.18 0.6192 383.45 8.52 0.74 4.11 3.70 0.8 17.3 23.2 1.50.22 0.6208 480.56 10.68 0.93 4.56 4.24 0.7 18.3 25.0 20.30 0.6250 645.08 14.34 1.25 5.20 5.38 通過計算，為了節(jié)省工程造價，防止消力池過深，對開啟1孔開啟高度為

14、2.0米限開，得出開啟1孔開啟高度為2米為消力池的池深控制條件。3.2 消力池尺寸及構造1、消力池深度計算根據所選擇的控制條件，估算池深為1.6m，用10、11、12式計算挖池后的收縮水深hc和相應的出池落差Z及躍后水深hc，驗算水躍淹沒系數符合在1.051.10之間的要求。006.101.532.011.320cshZhd2、消力池池長根據池深為2m，用公式13、14計算出相應的消力池長度為22.4。3、消力池的構造采用挖深式消力池。為了便于施工，消力池的底板做成等厚，為了降低底板下部的滲透壓力，在水平底板的后半部設置排水孔，孔下鋪設反濾層，排水孔孔徑為10cm，間距為2m，呈梅花形布置。根

15、據抗沖要求，按式16計算消力池底板厚度。其中為消力池底板計算系數，取0.18；為確定池深時的過閘單寬流量；為相應于單寬流量的上、下游水位差。81 m.011.37.669.1018.0t取消力池底板的厚度m。圖1 消力池構造尺寸圖 (單位：高程m，尺寸cm)3.3 海漫設計1、海漫長度計算用公式18計算海漫長度結果列入表2。其中為海漫長度計算系數，根據閘基土質為中粉質壤土則選12。取計算表中的大值，確定海漫長度為40m。表2 海漫長度計算表流量Q上游水深H下游水深hsqsHLp1006.711.631.41 5.0821.38 2006.712.492.82 4.2228.87 3006.71

16、3.194.23 3.5233.79 4006.713.795.63 2.9237.23 5006.714.357.04 2.3639.47 6006.715.168.45 1.5538.92 7006.715.659.86 1.0638.23 2、海漫構造因為對海漫的要求為有一定的粗糙度以便進一步消除余能，有一定的透水性，有一定的柔性。所以選擇在海漫的起始段為10米長的漿砌石水平段，因為漿砌石的抗沖性能較好，其頂面高程與護坦齊平。后30米做成坡度為1：15的干砌石段，以使水流均勻擴散，調整流速分布，保護河床不受沖刷。海漫厚度為0.6米，下面鋪設15cm的砂墊層。3.4 防沖槽設計海漫末端河床

17、沖刷坑深度按公式19計算，其中河床土質的不沖流速可按下式計算。按不同情況計算如表3所示。20式中河床土質的不沖流速，m/s；查水力學可知此處取0.8m/s；水力半徑，；海漫末端河床水深，m。表3 沖刷坑深度計算表計算情況 相應過水水面積濕周校核情況 20.531109.62128.751.4781.18310.908.195設計情況 13.91932.25122.171.4421.5369.433.843根據計算確定防沖槽的深度為1.70m。采用寬淺式，底寬取3.4m，上游坡率為2，下游坡率為3，出槽后作成坡率為5的斜坡與下游河床相連。如圖2所示。圖2 海漫防沖槽構造圖 (單位：m)3.5 上

18、、下游岸坡防護為了保護上、下游翼墻以外的河道兩岸岸坡不受水流的沖刷，需要進展護坡。采用漿砌石護坡，厚0.3米，下設0.1米的砂墊層。保護*圍上游自鋪蓋向上延伸23倍的水頭，下游自防沖槽向下延伸46倍的水頭。4 防滲排水設計4.1 閘底地下輪廓線的布置1、防滲設計的目的防止閘基滲透變形；減小閘基滲透壓力；減少水量損失；合理選用地下輪廓尺寸。2、布置原則防滲設計一般采用防滲和排水相結合的原則，即在高水位側采用鋪蓋、板樁、齒墻等防滲設施，用以延長滲徑減小滲透坡降和閘底板下的滲透壓力；在低水位側設置排水設施，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

19、附近發(fā)生滲透變形。3、地下輪廓線布置1閘基防滲長度確實定。根據公式(2)計算閘基理論防滲長度為46.97m。其中為滲徑系數，因為地基土質為重粉質壤土，查表取7。97 m.4671.67L2防滲設備由于閘基土質以粘性土為主，防滲設備采用粘土鋪蓋，閘底板上、下游側設置齒墻，為了防止破壞天然的粘土構造，不宜設置板樁。3防滲設備尺寸和構造。1閘底板順水流方向長度根據公式(1)計算，根據閘基土質為重粉質壤土A取2.0。底板長度綜合考慮上部構造布置及地基承載力等要求，確定為18m。13.42 m71.62底L2閘底板厚度為8 m.1951t 實際取為1.5m。3齒墻具體尺寸見圖1。 4鋪蓋長度根據3 5倍

20、的上、下游水位差，確定為30m。鋪蓋厚度確定為：便于施工上游端取為0.6m，末端為1.5m以便和閘底板聯(lián)接。為了防止水流沖刷及施工時破壞粘土鋪蓋，在其上設置30cm厚的漿砌塊石保護層，10cm厚的砂墊層。4、校核地下輪廓線的長度根據以上設計數據，實際的地下輪廓線布置長度應大于理論的地下輪廓線長度，通過校核，滿足要求。鋪蓋長度+閘底板長度+齒墻長度= 30+14+6.8=50.8L理=46.97m4.2 排水設備的細部構造1、排水設備的作用采用排水設備，可降低滲透水壓力，排除滲水，防止?jié)B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，應根據閘基土質情況和水閘的工作條件，做到即減

21、少滲壓又防止?jié)B透變形。2、排水設備的設計1水平排水水平排水為加厚反濾層中的大顆粒層，形成平鋪式。反濾層一般是由23層不同粒徑的砂和砂礫石組成的。層次排列應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；相鄰兩層間，較小一層的顆粒不得穿過較粗一層的空隙；反濾層不能被阻塞，應具有足夠的透水性，以保證排水通暢；同時還應保證耐久、穩(wěn)定，其工作性能和效果應不隨時間的推移和環(huán)境的改變而變差。本次設計中的反濾層由碎石，中砂和細砂組成，其中上部為20cm厚的碎石，中間為10cm厚的中砂，下部為10cm厚

22、的細砂。圖2 反濾層構造圖 (單位：cm)2鉛直排水設計本工程在護坦的中后部設排水孔，孔距為2m，孔徑為10cm，呈梅花形布置，孔下設反濾層。3側向排水設計側向防滲排水布置包括刺墻、板樁、排水井等應根據上、下游水位，墻體材料和墻后土質以及地下水位變化等情況綜合考慮，并應與閘基的防滲排水布置相適應，在空間上形成防滲整體。在消力池兩岸翼墻設23層排水孔，呈梅花形布置，孔后設反濾層，排出墻后的側向繞滲水流。3、止水設計凡具有防滲要求的縫，都應設止水設備。止水分鉛直和水平止水兩種。前者設在閘墩中間，邊墩與翼墻間以及上游翼墻鉛直縫中；后者設在粘土鋪蓋保護層上的溫度沉陷縫、消力池與底板溫度沉陷縫、翼墻、消

23、力池本身的溫度沉降縫內。在粘土鋪蓋與閘底板沉陷縫中設置瀝青麻袋止水。 圖3 止水詳圖 (單位：cm)4.3 防滲計算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。2、計算方法有直線比例法、流網法和改良阻力系數法，由于改良阻力系數法計算結果準確，采用此種方法進展?jié)B流計算。3、計算滲透壓力1地基有效深度的計算。 根據公式(3)判斷56.1700SL地基有效深度22 m，445.05.00lTe大于實際的地基透水層深度25m，所以取小值22eTm。 2分段阻力系數的計算。通過地下輪廓的各角點和尖端將滲流區(qū)域分成9個典型段，如圖4所示。其中1、9段為進出口

24、段，用式(4)計算阻力系數；3、5、7段為內部垂直段，用式(5)計算相應的阻力系數；2、4、6、8段為水平段，用式6計算相應的阻力系數。各典型段的水頭損失用式(7)計算。結果列入表1中。 對于進出口段的阻力系數修正，按公式8、(9)、(10計算，結果如表2所示。 圖4 滲流區(qū)域分段圖單位：m5 閘室設計5.1 底板和閘墩1、閘底板的設計1作用閘底板是閘室的根底，承受閘室及上部構造的全部荷載，并較均勻地傳給地基，還有防沖、防滲等作用。2型式常用的閘底板有平底板和鉆孔灌注樁底板。由于在平原地區(qū)軟基上修建水閘，采用整體式平底板，沉陷縫設在閘墩中間。3長度根據前邊設計閘底板長度為14m。4厚度根據前邊

25、設計閘底板厚度為1.5m。2、閘墩設計1作用分隔閘孔并支承閘門、工作橋等上部構造，使水流順利的通過閘室。2外形輪廓應能滿足過閘水流平順、側向收縮小的，過流能力大的要求。上游墩頭采用半圓形，下游墩頭采用流線型。其長度采用與底板同長，為14m。3厚度為中墩1.2m，縫墩1.6m，邊墩1.0m。平面閘門的門槽尺寸應根據閘門的尺寸確定，檢修門槽深0.20m,寬0.20m,主門槽深0.3m,寬0.8m。檢修門槽與工作門槽之間留3.0m的凈距，以便于工作人員檢修。 4高度采用以下三種方法計算取較大值，根據計算墩高最大值為9.13m，另根據水閘設計規(guī)*中規(guī)定有防洪任務的攔河閘閘墩高程不應低于兩岸堤頂高程，兩

26、岸堤頂高程為61.50m，經比擬后取閘墩高度為10.00m。1=校核洪水位時水深+平安超高=9.08+0.5=9.13m。2=設計洪水位時水深+平安超高=8.9+0.7=9.6m；3=正常擋水位時水深+=6.71+0.59+0.4=7.7m式中波浪高度的計算請查閱相關書籍圖1 縫墩尺寸詳圖單位：cm5.2閘門與啟閉機閘門按工作性質可分為工作閘門、事故閘門和檢修閘門；按材料分為鋼閘門、混凝土閘門和鋼絲網水泥閘門；按構造分為平面閘門、弧形閘門等。1、工作閘門根本尺寸為閘門高8m，寬9m，采用平面鋼閘門，雙吊點，滾輪支承。2、檢修閘門采用疊梁式，閘門槽深為20cm，寬為20cm，閘門型式如圖2所示。

27、圖2 疊梁式檢修閘門示意圖3、啟閉機可分為固定式和移動式兩種常用固定式啟閉機有卷揚式、螺桿式和油壓式。卷揚式啟閉機啟閉能力較大，操作靈便，啟閉速度快，但造價高。螺桿式啟閉機簡便、廉價，適用于小型工程，水壓力較大，門重缺乏的情況等。油壓式啟閉機是利用油泵產生的液壓傳動，可用較小的動力獲得很大的啟閉力，但造價較高。在有防洪要求的水閘中，一般要求啟閉機迅速可靠，能夠多孔同步開啟，這里采用卷揚式啟閉機，一門一機。4、啟閉機的選型1根據水工設計手冊平面直升鋼閘門構造活動局部重量公式1，經過計算得16.9t，考慮其它因素取閘門自重174KN。1式中閘門構造活動局部重量，單位t；閘門的支承構造特征系數，對于

28、滑動式支承取0.8；對于滾輪式支承取1.0，對于臺車式支承取1.3。閘門材料系數，普通碳素構造鋼制成的閘門為1.0；低合金構造鋼制成的閘門取0.8。孔口高度，取8m；孔口寬度，取9m。2初估閘門啟閉機的啟門力和閉門力，根據水工設計手冊中的近似公式：2431.66KN1742.1202611.=0314.06 KN1742.1202611.0式中平面閘門的總水壓力，KN；啟門力，KN；閉門力，KN；由于閘門關閉擋水時，水壓力值最大。此時閘門前水位為6.71m，本次設計的水閘為中型水閘，系數采用0.11，經計算啟閉力為431.66KN，閉門力為14.06KN。查水工設計手冊選用電動卷揚式啟閉機型號

29、QPQ-240。5.3 上部構造1、工作橋是為了安裝啟閉機和便于工作人員操作而設的橋。假設工作橋較高可在閘墩上部設排架支承。工作橋設置高程與閘門尺寸及形式有關。由于是平面鋼閘門，采用固定式卷揚啟閉機，閘門提升后不能影響泄放最大流量，并留有一定的富裕度。根據工作需要和設計規(guī)*，工作橋設在工作閘門的正上方，用排架支承工作橋，橋上設置啟閉機房。由啟閉機的型號決定基座寬度為2m，啟閉機旁的過道設為1m，啟閉機房采用24磚砌墻，墻外設0.66m的陽臺過人用。因此，工作橋的總寬度為1+1+0.24+0.24+0.66+0.66=6m。由于工作橋在排架上，確定排架的高度即可得到工作橋高程。排架高度=閘門高+

30、平安超高+吊耳高度=8+0.5+0.5 =9m工作橋高程=閘墩高程+排架高+T型梁高=61.92m+9m+1m=71.92m。圖3 工作橋細部構造圖 (單位：cm)2、交通橋的作用是連接兩岸交通，供車輛和人通行。交通橋的型式可采用板梁式。交通橋的位置應根據閘室穩(wěn)定及兩岸連接等條件確定，布置在下游。僅供人畜通行用的交通橋，其寬度不小于3m；行駛汽車等的交通橋，應按交通部門制定的規(guī)*進展設計，一般公路單車道凈寬為4.5m，雙車道為79m。本次設計采用雙車道6m寬，并設有人行道平安帶為100cm，具體尺寸如圖4所示。圖4 交通橋細部構造圖 (單位：cm)3、檢修橋的作用為放置檢修閘門，觀測上游水流情

31、況，設置在閘墩的上游端。采用預制T型梁和活蓋板型式。尺寸如圖5所示。圖5 檢修橋細部構造圖 (單位：cm)5.4閘室的分縫與止水水閘沿軸線每隔一定距離必須設置沉陷縫，兼作溫度縫，以免閘室因不均勻沉陷及溫度變化產生裂縫?？p距一般為1530m，縫寬為22.5cm。整體式底板閘室沉陷縫，一般設在閘墩中間，一孔、二孔或三孔一聯(lián)為獨立單元，其優(yōu)點是保證在不均勻沉降時閘孔不變形，閘門仍然正常工作。但凡有防滲要求的縫，都應設止水設備。止水分鉛直和水平兩種。前者設在閘墩中間，邊墩與翼墻間以及上游翼墻本身；后者設在鋪蓋、消力池與底板，和混凝土鋪蓋、消力池本身的溫度沉降縫內。本次設計縫墩寬1.6m，縫寬為2cm，

32、取中間三孔為一聯(lián)，兩邊各為兩孔一聯(lián)。6 閘室穩(wěn)定設計6.1設計情況及荷載組合1、設計情況選擇水閘在使用過程中，可能出現(xiàn)各種不利情況。完建無水期是水閘建好尚未投入使用之前，豎向荷載最大，容易發(fā)生沉陷或不均勻沉陷，這是驗算地基承載力的設計情況。正常擋水期時下游無水，上游為正常擋水位，上下游水頭差最大，閘室承受較大的水平推力，是驗算閘室抗滑穩(wěn)定性設計情況。泄洪期工作閘門全開，水位差較小，對水閘無大的危害，故不考慮此種情況。本次設計地震烈度為6，不考慮地震情況。2、完建無水期和正常擋水期均為根本荷載組合。取中間三孔一聯(lián)為單元進展計算，需計算的荷載見表1所示。表1 荷載組合表荷載組合 計算情況荷載 自重

33、 靜水壓力 揚壓力 泥沙壓力 地震力 浪壓力 根本組合 完建無水期 正常擋水期 6.2完建元無水期荷載計算及地基承載力驗算荷載計算主要是閘室及上部構造自重。在計算中以三孔一聯(lián)為單元，省略一些細部構件重量，如欄桿、屋頂等。力矩為對閘底板上游端點所取。鋼筋混凝土重度采用25KN/m3；混凝土重度采用23KN/m3；水重度采用10 KN/m3；磚石重度采用19KN/m3。 圖1 完建無水期荷載分布圖表2 完建無水期荷載計算荷載 自重KN 力臂m 力矩KN.m -+ 閘底板 186007130200閘墩 中墩 8400758800縫墩 5600739200工作橋 1619.7558098.75交通橋

34、1875.51120630.5檢修橋 697.51.91325.25啟閉機 235.4451177.2啟閉機房 1209.656048排架 101155055閘門 621.1553105.75合計 36792.75 273640.452、地基承載力驗算根據荷載計算結果，采用公式1、2進展地基承載力的驗算，可得結論完建無水期的地基承載力能夠滿足要求，地基也不會發(fā)生不均勻沉陷。地基承載力計算偏心矩，代入數值得：4375.075.3679245.273640214e，代入數值得；86 KPa.68.67.100)1444.061(143175.36792minma*P地基承載力平均值， 代入數值得；

35、150 KPa78.84.286.6867.100PP地基不均勻系數，代入數值得：5.146.186.6867.1006.3 正常擋水期驗算1、正常擋水期荷載計算除閘室自重外，還有靜水壓力，水重，閘底板所受揚壓力由滲透計算中可得。由于浪壓力小于靜水壓力的5%，忽略不計。圖2 正常擋水期荷載分布圖表3 正常擋水期荷載計算表荷載名稱 垂直力KN 水平力KN 力臂m 力 矩KN.m -+ 閘室自重 36792.75273640.5上游水壓力 6818.792.2415274.15200.251.075569.38浮托力 7035.9749377.3滲透壓力 8354.54.6739015.5水 重

36、9952.762.827867.71合 計 46745.5115390.4322351.688392.831355.1112019.04233958.812、地基承載力驗算根據荷載計算結果，采用公式1、2進展地基承載力的驗算，可知正常擋水期的地基承載力及地基不均勻系數均滿足要求。偏心矩46.-011.3135581.233958214e地基承載力96 KPa.5754.88)1446.061(143111.31355minma*P地基承載力平均值150 KPa25.72296.5754.88PP地基不均勻系數5.149.196.5754.883、閘室抗滑穩(wěn)定計算閘底板上、下游端設置的齒墻深度為

37、1.0m，按淺齒墻考慮，閘基下沒有軟弱夾層?；瑒用嫜亻l底板與地基的接觸面，采用公式3進展計算，其中的閘底板與地基之間的摩擦系數，根據閘址處地層分布可知為重粉質壤土和細砂，查閘室根底底面與地基之間的摩擦系數表得0.36，允許的抗滑穩(wěn)定平安系數根據本工程主要建筑物為3級，查表得1.20。經計算閘室抗滑穩(wěn)定滿足要求?？够€(wěn)定平安系數，代入數值計算得：20.127.104.1201911.3135536.0KK7 上下游連接建筑物7.1 上下游連接建筑物的作用 1.擋住兩側填土，維持土壩及兩岸穩(wěn)定。 2.當水閘泄水或引水時，上游翼墻主要用于引導水流平順進閘，下游翼墻使出閘水流均勻擴散，減少沖刷。保持兩

38、岸或土壩邊坡不受過閘水流沖刷?？刂仆ㄟ^閘身兩側的滲流，防止與其相連的岸坡或土壩產生滲透變形。在軟弱的地基上設有獨立的暗墻時，可以減少地基沉降對閘身應力的影響。7.2 上游連接建筑物本次設計的上游連接建筑物采用圓弧式翼墻，這種布置是從邊墩開場，向上游用圓弧形的鉛直翼墻與河岸連接，上游圓弧半徑為20m。其優(yōu)點是水流條件好，但模板用量大，施工復雜。上游段采用的擋土墻形式有扶壁式和重力式兩種。從閘室向上游岸坡連接時，先采用扶壁式，當翼墻插入岸體一定深度時，再采用重力式擋土墻。具體構造如下圖。7.3 下游連接建筑物本次設計的下游連接建筑物采用鉛直的八字形翼墻，其擴散角采用7度，直到消力池末端，當進入海曼

39、后采用扭曲面與下游兩岸連接。下游連接建筑物采用懸臂式擋土墻來擋土，具體構造如下圖。7.4 閘室與岸坡連接建筑物閘室邊墩后采用空箱式擋土墻，上邊建有橋頭堡，橋頭堡的墻盡量坐落在空箱式擋土墻的豎墻上，用其來承載一定的重量。具體構造如圖。附：水閘課程設計任務書一、課程設計的目的課程設計是學生把所學的理論和生產實踐相結合的重要環(huán)節(jié)，所以通過課程設計要到達以下的目的：1、根據理論知識的學習，使所學的專業(yè)技能得到穩(wěn)固、擴大、深入和系統(tǒng)化；2、培養(yǎng)綜合運用所學知識解決實際工程問題的能力，初步掌握水利工程設計的方法和步驟；3、訓練和提高編寫設計文件，進展各種計算和繪制水利工程圖的能力和技巧；4、提高獨立鉆研問

40、題的能力，培養(yǎng)嚴肅認真，實事求是，刻苦鉆研的工作作風。二、設計的任務根據所給地形、地質、水文和其它有關資料及相應的規(guī)劃成果，在給定的閘軸線上進展開敞式水閘設計。1、閘孔型式選擇。2、通過水力計算，確定水閘閘孔尺寸、孔數及消能防沖形式和尺寸。3、按防滲要求布置閘基地下輪廓線。擬定防滲排設備的形式，尺寸和構造。計算滲透壓力。4、參照已建成類似工程，擬定底板、閘墩、邊墩、閘門、啟閉機、啟閉機橋、公路橋及檢修橋的形式和尺寸。5、閘室穩(wěn)定計算及地基應力驗算。6、擬定上、下游翼墻及護坡的形式、構造及尺寸。7、細部構造擬定。三、設計成果及要求設計成果包括設計圖，設計說明書，其要求如下。1、設計圖：一律用CA

41、D繪制，要求制圖正確，圖面飽滿，繪制清晰、比例適當、尺寸齊全。圖幅規(guī)定為1號圖，內容為水閘總體布置平面圖與縱剖面圖各1*；2、設計說明書：說明書的內容應包括本建筑物的設計原始資料。設計原理和根本構思以及各局部構造型式和尺寸。計算局部應列出使用的公式和參數并附有計算簡圖。計算結果盡可能以表格形式表達。四、課程設計時間安排1、了解任務書及熟悉資料1天2、閘孔設計1天3、消能設計1天4、防滲排水設計1天5、閘室布置1天6、閘室穩(wěn)定計算2天7、上下游連接建筑物1天8、畫圖和整理報告2天合計10天水閘設計根本資料一、工程概況及攔河閘的任務*攔河閘閘址以上流域面積2234平方公里，流域內耕地面積288萬畝

42、，河流平均縱坡1/6200。本工程屬三級建筑物。本工程投入使用后，在正常高水位時，可蓄水2230萬立米。上游5個縣25個鄉(xiāng)已建成提灌站42處，有效灌溉面積25萬畝。閘上游開南、北兩干渠，配支干 23條，修建各種建筑物1230座，可自流灌溉下游三縣21萬農田，效益巨大，是解決*河流域農田的灌溉動脈，同時，也是解決地區(qū)淺層地下貧水區(qū)的重要水源。二、地質資料一根據地質鉆探資料，閘址附近地層中粉質壤土，厚度約25m，其下為不透水層，其物理力學性質如下：1、濕重度r濕=20.2KN/m3土壤干重度r干=16.0KNm3飽和重度r飽=22.2KNm3浮重度r浮=12.2KNm32.自然含水量時，內摩擦角=

43、230飽和含水量時，內摩擦角=200土壤的凝聚力C=0.1KNm23.地基允許承載力P地基=150KPa4.混凝土、砌石與土基摩擦系數f=0.365.地基應力的不均勻系數=1.52.06.滲透系數K=9.2910-3cms(二)本地區(qū)地震烈度為60以下三、建筑材料本工程位于平原地區(qū)、山丘少，石料需從外地供應，距京廣線很近，交通條件較好。經調查本地區(qū)附近有較豐富的粘土材料。閘址處有足夠多的砂料。四、文水氣象(一)氣溫：本地區(qū)年最高氣溫42度，最低氣溫為-18度。(二)風速：最大風速V=20ms，吹程D=0.6Km。(三)降雨量：非汛期(16月及1012月)9個月河流平均最大流量為10m3/s；汛

44、期(79月)3個月河流平均最大流量為130m3/s。年平均最大流量36.1 m3/s，最大年徑流總量為9.25億m3。年平均最小流量15.6 m3/s，最小年徑流總量為0.42億m3。(四)冰凍：穎河流域冰凍時間短，凍土很薄，不影響施工。(五)上下游河道斷面五、批準的規(guī)劃成果(一)灌溉用水季節(jié)，攔河閘的正常擋水位為58.72m，下游無水。(二)洪水標準。1.設計洪水位50年一遇，相應的洪峰流量1144.45m3s，閘上游的洪水位為59.5m，相應的下游水位59.35m。2.校核洪水位200年一遇，相應洪峰流量1642.35 m3s，閘上游的洪水位6l.00m，閘下游水位60.82m。不同班不同組數據1正常擋水位：1班1組58.61，1班2組58.62，1班9組58.69；2班1組58.71，2班2組58.72，2班9組58.79