某水閘設(shè)計(jì)計(jì)算書

一、基本資料水位水閘計(jì)洪水位(P=1%)堤防設(shè)計(jì)洪水位(P=2%)歷史最高洪水位內(nèi)河最高控制水位內(nèi)河設(shè)計(jì)運(yùn)行水位2工程等級(jí)及標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)圍為2級(jí)堤圍，其主要建筑物為2級(jí)建筑物，次要建筑物為3級(jí)，臨時(shí)性建筑物為4級(jí)。3風(fēng)浪計(jì)算要素計(jì)算風(fēng)速根據(jù)《河道堤防、水閘及泵站水文水利計(jì)算》中“相應(yīng)年最高潮位日的最大風(fēng)速計(jì)算成果表”查得為V=36m/s(P=2%)。吹程在1：500實(shí)測地形圖上求得D=300m閘前平均水深Hm=4地質(zhì)資料根據(jù)××××××××××××院提供的《**水閘工程勘察報(bào)告》。5地震設(shè)防烈度根據(jù)《×××省地震烈度區(qū)劃圖》，*屬7度地震基本烈度地區(qū)，故×××水閘重建工程地震烈度為7度。6規(guī)定的安全系數(shù)對(duì)于2級(jí)水閘，規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)見下表。表荷載組合抗滑安全系數(shù)〔kc〕閘室基底應(yīng)力最大值與最小值之比的允許值基本荷載組合特殊荷載組合正常潮水位+地震二、基本尺寸的擬定及復(fù)核1抗?jié)B計(jì)算2.1.1滲徑復(fù)核如下圖擬定的水閘底板尺寸：如下圖擬定的水閘底板尺寸：L=+*2+6+++++*2++++*2++*2+6++=根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》SL265-2001第4.3.2條表水閘閘基為換砂基礎(chǔ)，滲徑系數(shù)取C=7則：∴L實(shí)〉L∴滿足滲透穩(wěn)定要求。閘室引堤頂高程計(jì)算閘側(cè)堤頂高程按《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286—98）中的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行計(jì)算。其公式為：式中：Y—堤頂超高（m）。R—設(shè)計(jì)波浪—平均波高（m）?！骄ㄖ芷冢╯）。V—計(jì)算風(fēng)速（m/s）。F—風(fēng)區(qū)長度（m）。L—堤前波浪的波長（m）。d—水域的平均水深。K—綜合摩阻系數(shù)，取K=×10-6。β—風(fēng)向與垂直于堤軸線的法線的夾角（度）。Rp—累積頻率為p的波浪、設(shè)計(jì)工況的設(shè)計(jì)閘頂高程計(jì)算閘頂高程按《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》中的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行計(jì)算。其計(jì)算公式為：式中：Z—閘頂高程（m）。h0—計(jì)算潮水位（m）。A—安全超高（m）。hm—平均波高（m）。v0—計(jì)算風(fēng)速（m/s）。D—風(fēng)區(qū)長度（m）。Hm—風(fēng)區(qū)內(nèi)的平均水深（m）。Tm—平均波周期（s）。Lm—平均波周長（m）。H—閘深水深（m）。hp—相應(yīng)于波列累積頻率p的波高（m）。hz—波浪中心線超出計(jì)算水位的高度（m）。設(shè)計(jì)工況的設(shè)計(jì)根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》，位于防洪（擋潮）堤上的水閘，其堤頂高程不得低于防洪（擋潮）堤堤頂?shù)母叱?，則本次設(shè)計(jì)的閘室頂高程取為。三、閘室穩(wěn)定計(jì)算閘室穩(wěn)定及閘底應(yīng)力計(jì)算采用兩種組合三種工況基本荷載組合:a.外江設(shè)計(jì)水位(H0=、閘內(nèi)正常水位(H1=b.完建期特殊荷載組合:c.外江平均低潮水位、閘內(nèi)正常水位(H1=，加地震荷載閘室穩(wěn)定計(jì)算按設(shè)計(jì)洪水位組合計(jì)算水重、靜水壓力、揚(yáng)壓力、浪壓力+土壓力+風(fēng)壓力+閘室自重，閘前設(shè)計(jì)水位為，閘后設(shè)計(jì)水位為，風(fēng)速取。其中鋼筋混凝土梁、板、墻、邊墩容重取25KN/m3。荷載計(jì)算：（1）底板重：(18**+**3**25=2208KN；（2）閘墩1：***2*25=3166KN；閘墩2：+/2***2*25=914KN；閘墩3：***4*25+***2*25=582KN交通橋:***25+*+*+***25*2=315KN橋面鋪裝：6***25=83KN（4）閘門：65KN；架**2+4*****6)**19+*20)*+334=520KN；（6）閘外水重:**5*10=；（7）閘內(nèi)水重:*5**10=；（8）閘外水壓力1：*2*5*10=KN；（9）閘外水壓力2：**10*5=KN（10）閘外水壓力3：*5***10=KN；（9）閘內(nèi)水壓力1:*2*5*10=KN；閘內(nèi)水壓力2：5***10=KN；閘內(nèi)水壓力3：*5***10=KN；(10)浮托力:(18*+*3)**10=；(11)滲透壓力1:*18/2**10=KN；滲透壓力2:*18**10=；KN；(12)地震慣性力:底板:***2208*=閘墩:****=閘頂剛架***520*4/=52KN穩(wěn)定計(jì)算：建成無水情況下水閘穩(wěn)定計(jì)算豎向力豎向力水平力水平力力臂逆時(shí)針順時(shí)針底板2208919872邊墩1邊墩2邊墩320491836邊墩4174邊墩520451交通橋橋面鋪裝工作便橋閘門65汽車荷載2002050剛架合計(jì)8079合力矩X===偏心矩e=-x==地基應(yīng)力P=（1）==(KN/m2)(KN/m2)η==2、設(shè)計(jì)洪水情況:設(shè)計(jì)洪水情況下水閘穩(wěn)定計(jì)算豎向力豎向力水平力水平力力臂逆時(shí)針順時(shí)針上部結(jié)構(gòu)8079閘前水重閘后水重閘前水壓力1閘前水壓力2閘前水壓力3閘后水壓力1閘后水壓力2閘后水壓力3浮托力9235010滲透壓力160滲透壓力290合計(jì)101004489372948504647752①求綜合摩擦系數(shù)；根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》中閘室基礎(chǔ)底面與地基土之間的摩擦系數(shù)可按公式f0=（∑Gtgφ0+C0A）/∑G計(jì)算。對(duì)于粘性土地基，φ0值可采用室內(nèi)飽和固結(jié)快剪試驗(yàn)內(nèi)摩擦角φ值的90%，C0值可采用室內(nèi)飽和固結(jié)快剪試驗(yàn)?zāi)哿值的30%。根據(jù)根據(jù)國家電力公司中南勘測設(shè)計(jì)研究院提供的《×××市番禺區(qū)靈山鎮(zhèn)×××水閘工程勘察報(bào)告》×××水閘閘基為換砂基礎(chǔ)，取C=3KPa，φ=?！郈0=×3=；φ0=×=；∴f0=（Gtgφ0+C0A）/G=（×+×18×）/=；∴，綜合摩擦系數(shù)f=；②抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；Kc=f∑G/∑H=×/=＞[Kc]=③抗傾穩(wěn)定安全系數(shù):KL=M抗/M傾=85046/37294=＞[KL]=；∴滿足抗滑、抗傾穩(wěn)定要求。④抗浮穩(wěn)定安全系數(shù):Kf=∑V/∑U=10100/4489=＞[Kf]=∴滿足抗浮穩(wěn)定要求。合力矩X===偏心矩e=-x==地基應(yīng)力P=（1）==(KN/m2)(KN/m2)η==3、正常蓄水+地震荷載情況:(地震慣性力方向指向閘內(nèi))正常蓄水位+地震荷載情況下水閘穩(wěn)定計(jì)算豎向力豎向力水平力水平力力臂逆時(shí)針順時(shí)針上部結(jié)構(gòu)8079閘前水重閘后水重閘前水壓力1閘前水壓力2閘前水壓力3閘后水壓力1閘后水壓力2閘后水壓力3浮托力9235010滲透壓力160滲透壓力290地震慣性力2821296合計(jì)97434489372945254抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；Kc=f∑G/∑H=×5254)/=＞[Kc]=抗傾穩(wěn)定安全系數(shù):KL=M抗/M傾=37294=＞[KL]=；∴滿足抗滑、抗傾穩(wěn)定要求?？垢》€(wěn)定安全系數(shù):Kf=∑V/∑U=9743/4489=＞[Kf]=合力矩X===偏心矩e=-x==地基應(yīng)力P=（1）==(KN/m2)(KN/m2)η==通過計(jì)算在上述三種工況下，閘室均能滿足抗滑、抗傾穩(wěn)定要求，基底應(yīng)力不均勻系數(shù)滿足規(guī)范要求；4、正常蓄水+地震荷載情況:(地震慣性力方向指向閘外)豎向力豎向力水平力水平力力臂逆時(shí)針順時(shí)針上部結(jié)構(gòu)8079閘前水重閘后水重閘前水壓力1閘前水壓力2閘前水壓力3閘后水壓力1閘后水壓力2閘后水壓力3浮托力9235010滲透壓力160滲透壓力290地震慣性力2821296合計(jì)97434489385905254抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；Kc=f∑G/∑H=×5254)/=＞[Kc]=抗傾穩(wěn)定安全系數(shù):KL=M抗/M傾=153241/63359=＞[KL]=；∴滿足抗滑、抗傾穩(wěn)定要求?？垢》€(wěn)定安全系數(shù):Kf=∑V/∑U==＞[Kf]=合力矩X===偏心矩e=-x==地基應(yīng)力P=（1）==66(KN/m2)(KN/m2)η==通過計(jì)算在上述三種工況下，閘室均能滿足抗滑、抗傾穩(wěn)定要求，基底應(yīng)力不均勻系數(shù)滿足規(guī)范要求；但基底應(yīng)力較大，需進(jìn)行基礎(chǔ)處理。四、空箱翼墻穩(wěn)定及墻底應(yīng)力計(jì)算采用兩種工況

a.完建期`b.外江設(shè)計(jì)水位(H0=、閘內(nèi)正常水位(H1=鋼筋混凝土容重取25KN/m3，填土天然容重取m3填土飽和容重取m3填土等代內(nèi)摩擦角取300工況一：底板：*11**25=KN墻身：1239+8*25=1439KN土體重：(1*6*+**=KN土壓力：*4.9/3/2*6*+*3/2**KN=KN浮力：*5*11+*5/2**10=荷載名稱荷載（KN）力臂力矩底板墻身1439土體重土壓力浮力合計(jì) =KNKN翼墻底面積：A=11*5+5*2=合力矩X===偏心矩e=-x==地基應(yīng)力P=（1）==(KN/m2)(KN/m2)η==工況二：正常運(yùn)行期底板：*11**25=KN墻身：1239+8*25=1439KN土體重：**19+6**+**=KN前址水重：**11*10=308KN空箱水重：（*3+**）**10=KN土壓力：1/2**（^2/3*+^2/3*6）=KN**^2/3*+**^2/3*6=1130KN1/2*09*^2/3*=149KN浮力：*5*11+*5/2**10=荷載名稱荷載（KN）力臂力矩底板墻身1439土體重前址水重308154空箱水重土壓力土壓力土壓力水壓力浮力合計(jì) =KNKN翼墻底面積：A=11*5+5*2=合力矩X===偏心矩e=-x==地基應(yīng)力P=（1）==(KN/m2)(KN/m2)η==五、樁基計(jì)算：1、樁基中各樁承受垂直荷載計(jì)算：對(duì)于各種不同應(yīng)用時(shí)期，各基樁所承受的荷載也各不一樣，現(xiàn)分別計(jì)算如下：施工剛建成時(shí)期：總垂直力G＝15016KN總力矩M＝基樁編號(hào)YI(m)Yi2(m2)MYiMYi/ΣYi2N/n(t)Ni=N/n+MYi/ΣY123456789101112131415-3063198.由上面計(jì)算結(jié)果，列出各樁可能承受的最大垂直荷載見表基樁12345678Ni(t)120119118116115115114112基樁9101112131415Ni(t)11010910610510310199根據(jù)佛山地勘院提供地質(zhì)勘測結(jié)果，兩個(gè)鉆孔數(shù)據(jù)不盡相同。故按地質(zhì)條件差者作設(shè)計(jì)計(jì)算依據(jù)。初擬300x300方樁地層巖性層底高程長度(m)側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值摩擦力(KN)低液~15~20kpa貝殼層~30kpa低液限粘土~20kpa60粉土治沙~20~30kpa42低液限粘土~20kpa12即：單樁承載力＝÷=139KN>120KN閘室滿足要求。.水平承載力驗(yàn)算(5.4.2-2)(5.4.1)閘室單樁水平承載力滿足要求3、樁基沉降量計(jì)算s=4樁基沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)距徑比=長徑比基礎(chǔ)長寬比由附錄H查得、、分別為=，=，=Z=查附錄G得mmmm＜150mm滿足規(guī)范要求地基沉降量計(jì)算根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GBJ7-89第5.2.5條，地基最終沉降量按下式計(jì)算：式中s—地基最終沉降量(mm)；s’—按分層總和當(dāng)計(jì)算出的地基沉降量； 沉降量計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù),n—地基沉降計(jì)算深度范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)；po—基礎(chǔ)底面處的附加壓力（kpa）；Esi—基礎(chǔ)底面下第i層土的壓縮模量（Mpa）;zi、zi-1—基礎(chǔ)底面至第i層土、第i-1層土底面的距離(m)；、—基礎(chǔ)底面計(jì)算點(diǎn)至第i層土第i-1層土底面范圍內(nèi)平均附加應(yīng)力系數(shù)。地基沉降計(jì)算深度按下式計(jì)算：式中—在計(jì)算深度范圍內(nèi)，第層出不窮土的計(jì)算沉降值； —在由計(jì)算深度向上取厚度為的土層計(jì)算沉降值，。地基沉降量計(jì)算取完建期閘內(nèi)無水荷載組合工況進(jìn)行計(jì)算，該工況下對(duì)應(yīng)地基應(yīng)力為pmax=,pmin=,平均值p=。參考02孔地質(zhì)資料，閘室底板以下依次分別為淤泥、粉砂，土層土的相關(guān)物理指標(biāo)為：1）淤泥：濕密度r=m3,壓縮模量Es=,地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk=83kpa；2）粉砂：變形模量Es=；3）低液限粘土：變形模量Es=計(jì)算基礎(chǔ)底面處的附加應(yīng)力∵p=,r=17kN/m2,d=∴p0=p-pc=p-rd=×=計(jì)算各分層地基沉降量采用列表進(jìn)行計(jì)算各分層地基沉降量：分層zi(m)z/bl/bEsi(Mpa)(mm)(mm)(mm)1210939∵∴計(jì)算深度z=10m已滿足地基沉降量計(jì)算要求計(jì)算地基最終沉降量∵∴查表5.2.5得∴2、樁端土層地基校核（建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GBJ7－89）摩擦角取加權(quán)平均值：+++/=矩形基礎(chǔ)（5.1.7-2）pcz==92kN/m2f=fk+ηbγ(b-3)+ηdγ0(5.1.3)=140+）=289kN∴pz+pcz=140kN<f=289kN3、下臥土層地基校核（建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GBJ7－89）摩擦角取加權(quán)平均值：+++矩形基礎(chǔ)（5.1.7-2）pcz==m2f=fk+ηbγ(b-3)+ηdγ0(5.1.3)=60+）=177kN∴pz+pcz=<f=177kN4、在水平力作用下按彈性地基無限長梁計(jì)算樁長C35砼彈性模量E＝m2粘土的彈性抗力系數(shù)K=12x103t/m3樁的截面慣性距I＝BH3/12=12=樁在土中的變形系數(shù)：考慮樁長h≥t+π/α1,故系數(shù)m=n=1,地面至第一彈性0點(diǎn)距離t按下式求解：α13+α1t2-t-1/2α1=0取樁長5、樁的彎矩計(jì)算現(xiàn)在樁長h=>t+π/α1,為彈性地基的無限長梁，系數(shù)m=n=1,樁頂截面彎矩：6、鋼筋計(jì)算M=樁的計(jì)算長度l0==需考慮η的影響。e0=M/N==>h/30=30=故實(shí)際偏心距e0=235mm計(jì)算。ζ1=rdN=××300×300/××104=>1取ζ1=1∵l0/h=14<15∴取ζ2=1=ηe0=×235=237mm>=90mm按大偏心受壓計(jì)算。按對(duì)稱配置ζ＇=VdN/fcbh0=××104/×300×250=αs=ζζ)=x=×250=41<2a＇=25×2=50e’=ηe0-h/2+a＇=237-150+25=112mm∴As=As＇=rdNe’/fy(h0-a＇)=配3φ14=462mm2七、水閘閘門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(一)基本數(shù)據(jù)鋼材料采用Q235鋼,焊條采用E43系列焊條，容許應(yīng)力拉應(yīng)力[σ]=160N/mm2,剪應(yīng)力τ=95N/mm2,容許撓度[f/l]=l/600水頭差H=動(dòng)載系數(shù)取(二)面板計(jì)算為方便計(jì)算,不計(jì)風(fēng)浪壓力之影響.閘門梁系布置假定見如下示意圖:確立面板厚度公式σmax=kpa/t2b/a=1500/600=<3按附錄表九得k= p=γgh=t≥a(kp/α[σ])1/2=600×=考慮銹蝕面板厚度取8mm鋼板(三)主梁計(jì)算（1）計(jì)算跨度L0==（2）彎矩q=（3）截面選擇W=M/[σ]=1600=450cm3主梁采用I32aWx=>450cm3（4）撓度計(jì)算fmax=5/384(qL4/EI)=5/384*×5254×10／×106×=<[f]=l/600=(四)啟閉力按控制水頭差300mm計(jì)算，設(shè)計(jì)外水位，內(nèi)水位T啟＝(Tzd+Tzs)+nG+PxW=1/2x=Tzd=f2W=閘門自重G=65KN下吸力Px=止水摩阻力Tzs=f3Pzs=+（+）++=采用2x80KN卷揚(yáng)機(jī)六、結(jié)構(gòu)計(jì)算-------------------------------------------------------------------計(jì)算項(xiàng)目:連續(xù)梁計(jì)算7-------------------------------------------------------------------[基本信息]砼強(qiáng)度等級(jí):C25配筋計(jì)算as(mm):50縱筋級(jí)別:Ⅱ級(jí)箍筋級(jí)別:Ⅰ級(jí)箍筋間距:200(mm)活載準(zhǔn)永久值系數(shù):支座彎矩調(diào)幅系數(shù):%左支座固接右支座固接跨號(hào)跨長截面寬度(mm)截面高度(mm)支座類型支座剛度A(cm2)I(cm4)(kN/m)110001000鉸支---21000800鉸支---310001000鉸支---抗震設(shè)計(jì)烈度:7度恒載分項(xiàng)系數(shù)=活載分項(xiàng)系數(shù)=程序不考慮梁自重所有跨都有的恒載=(標(biāo)準(zhǔn)值,kN/m)所有跨都有的活載=(標(biāo)準(zhǔn)值,kN/m)[內(nèi)力配筋計(jì)算結(jié)果]跨號(hào):1左中右上部彎矩(kN-m):下部彎矩(kN-m):剪力(kN):上部縱筋(mm*mm):237519002375下部縱筋(mm*mm):237519002375抗剪箍筋(mm*mm):300300300跨號(hào):2左中右上部彎矩(kN-m):下部彎矩(kN-m):剪力(kN):上部縱筋(mm*mm):232615002326下部縱筋(mm*mm):187515001875抗剪箍筋(mm*mm):300300300跨號(hào):3左中右上部彎矩(kN-m):下部彎矩(kN-m):剪力(kN):上部縱筋(mm*mm):237519002375下部縱筋(mm*mm):237519002375抗剪箍筋(mm*mm):300300300[選筋、撓度、裂縫結(jié)果]___________________________________________________________________________________跨號(hào):1左中右上部縱筋(mm2):5D22+1D25(2392)5D22(1901)5D22+1D25(2392)下部縱筋(mm2):5D22+1D25(2392)5D22+1D25(2392)5D22+1D25(2392)箍筋(mm2/m):d12@150(1508)d12@150(1508)d12@150(1508)裂縫(mm):本跨最大撓度:(mm)跨號(hào):2左中右上部縱筋(mm2):5D22+1D25(2392)4D22(1521)4D25+1D22(2344)下部縱筋(mm2):5D22(1901)5D22(1901)5D22(1901)箍筋(mm2/m):d12@150(1508)d12@150(1508)d12@150(1508)裂縫(mm):本跨最大撓度:(mm)跨號(hào):3左中右上部縱筋(mm2):5D22+1D25(2392)5D22(1901)5D22+1D25(2392)下部縱筋(mm2):5D22+1D25(2392)5D22+1D25(2392)5D22+1D25(2392)