攔河閘設(shè)計(jì)計(jì)算書

1、南昌工程學(xué)院水工建筑物課程設(shè)計(jì)目錄1 基本資料31.1 工程概況31.2 地質(zhì)資料31.3 水文氣象31.4 建筑材料41.5 批準(zhǔn)的規(guī)劃成果42 閘孔設(shè)計(jì)52.1閘址的選擇52.2 閘型確定52.3 擬定閘孔尺寸及閘墩厚度52.4 校核泄洪能力73消能設(shè)計(jì)83.1消能防沖設(shè)計(jì)的控制情況83.2消力池尺寸及構(gòu)造133.3海漫設(shè)計(jì)153.4防沖槽設(shè)計(jì)163.5上下游岸坡防護(hù)184防滲排水設(shè)計(jì)184.1閘底地下輪廓線的布置184.2排水設(shè)備的細(xì)部構(gòu)造194.3防滲計(jì)算215閘室布置245.1 底板和閘墩245.2 閘門與啟閉機(jī)255.3 上部結(jié)構(gòu)275.4 閘室的分縫與止水296閘室穩(wěn)定計(jì)算296

2、.1 設(shè)計(jì)情況及荷載組合296.2 完建無水期地基承載力驗(yàn)算306.3 正常擋水期閘室抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算337上下游連接建筑物377.1上下游連接建筑物的作用377.2上游連接建筑物377.3 下游連接建筑物378 附圖378.1 水閘半平面布置圖378.2 水閘縱剖面圖379.結(jié)束語381 基本資料1.1 工程概況某攔河閘閘址以上流域面積2234平方公里，流域內(nèi)耕地面積288萬畝，河流平均縱坡1/6200。本工程屬三級(jí)建筑物。本工程投入使用后，在正常高水位時(shí)，可蓄水2230萬立米。上游5個(gè)縣25個(gè)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123

3、0座，可自流灌溉下游三縣21萬農(nóng)田，效益巨大，是解決某河流域農(nóng)田的灌溉動(dòng)脈，同時(shí)，也是解決地區(qū)淺層地下貧水區(qū)的重要水源。1.2 地質(zhì)資料(一)根據(jù)地質(zhì)鉆探資料，閘址附近地層中粉質(zhì)壤土，厚度約25m，其下為不透水層，其物理力學(xué)性質(zhì)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(shí)，內(nèi)摩擦角=230飽和含水量時(shí)，內(nèi)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(shù)f=0.365.地基應(yīng)力的不均勻系數(shù)=1.52.06.滲透系數(shù)K=9.29

4、15;10-3cms(二)本地區(qū)地震烈度為60以下1.3 水文氣象 (一)氣溫：本地區(qū)年最高氣溫42度，最低氣溫為-18度。(二)風(fēng)速：最大風(fēng)速V=20ms，吹程D=0.6Km。(三)降雨量：非汛期(16月及1012月)9個(gè)月河流平均最大流量為10m3/s；汛期(79月)3個(gè)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(shí)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，石料需從外地供給，距京廣線很近，交通條

5、件較好。經(jīng)調(diào)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(zhǔn)的規(guī)劃成果(一)灌溉用水季節(jié)，攔河閘的正常擋水位為58.69m，下游無水。(二)洪水標(biāo)準(zhǔn)。1.設(shè)計(jì)洪水位50年一遇，相應(yīng)的洪峰流量1119m3s，閘上游的洪水位為59.5m，相應(yīng)的下游水位59.35m。2.校核洪水位200年一遇，相應(yīng)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(shè)計(jì)2.1閘址的選擇 閘址、閘軸線的選擇關(guān)系到工程的安全可靠、施工難易、操作運(yùn)用、工程量及投資大小等方面的問題。在選擇過程中首先應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)、水流、施工管理應(yīng)用及拆遷情況等方面進(jìn)行分析研究，權(quán)

6、衡利弊，經(jīng)全面分析比較，合理確定。本次設(shè)計(jì)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(wù)是正常情況下攔河截水，以利灌溉，而當(dāng)洪水來臨時(shí)，開閘泄水，以保防洪安全。由于是建于平原河道上的攔河閘，應(yīng)具有較大的超泄能力，并利于排除漂浮物，因此采用不設(shè)胸墻的開敞式水閘。同時(shí)，由于河槽蓄水，閘前淤積對(duì)洪水位影響較大，為便于排出淤沙，閘底板高程應(yīng)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 由于已知上、下游水位，根據(jù)斷面面積公式A=(b+mh)h（b為河床底寬，m為邊坡系數(shù)，h為水深），可通過計(jì)算斷面面積。由資料可得b=

7、80m，m=2，設(shè)計(jì)高程：h上=59.5m、h下=59.35 m， 校核高程：h上=61m、h下=60.82 m馬道以下的面積A1=(80+4.98×2)×4.98=448.0008馬道到設(shè)計(jì)水位的面積A2=(80+4.98×2×2+6×2+2.6×2)=304.512馬道到校核水位的面積A3=(80+4.98×2×2+6×2+4.1×2)×4.1=492.492可得：A設(shè)計(jì)= A1 +A2=752.5128A校核= A1 +A3=940.4928列入下表，如表2-1所示：表2-1 上

8、游水頭計(jì)算 流量Q(m3/s)下游水深hs(m) 上游水深H(m) 過水?dāng)嗝娣e(m2) 行近流速(m/s) gv220上游水頭H0(m) 設(shè)計(jì)流量11197.437.58752.51281.487 0.113 7.693 校核流量1642.35 8.99.08940.49281.746 0.156 9.236 注：考慮壅高1520cm。閘門全開泄洪時(shí)，為平底板寬頂堰堰流，根據(jù)公式判別是否為淹沒出流。 表2-2 淹沒出流判別表計(jì)算情況下游水深 hs(m)上游水頭H0(m)流態(tài)設(shè)計(jì)水位7.437.693 7.436.154淹沒出流校核水位8.99.236 8.97.388淹沒出流

9、0; 按照閘門總凈寬計(jì)算公式 根據(jù)設(shè)計(jì)洪水和校核洪水兩種情況分別計(jì)算如下表。其中 為堰流側(cè)收縮系數(shù)，取0.96；m為堰流流量系數(shù)，取0.385。 B設(shè)計(jì)=1119/(0.96×0.385×0.574××7.6931.5)= 55.84 m B校核=1642.35/(0.96×0.586×0.385××9.2361.5)= 61.03m表2-3 閘孔總凈寬計(jì)算表流量Q(m3/s)下游水深hs(m) 上游水頭 H0(m) 淹沒系數(shù) (m) 設(shè)計(jì)流量11197.437.693 0.966 0.57455.84 校核流量1

10、642.35 8.99.236 0.964 0.58661.03 根據(jù)閘門設(shè)計(jì)規(guī)范中閘孔尺寸和水頭系列標(biāo)準(zhǔn)，選定單孔凈寬b=9m，同時(shí)為了保證閘門對(duì)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= (7×9)+(2×1.6+4×1.2)=71m由于閘基為軟基河床，選用整體式底板，縫設(shè)在閘墩上，中墩厚1.2m，縫墩厚1.6m，邊墩厚1m。如下圖所示。2.4 校核泄洪能力   根據(jù)孔口與閘墩的尺寸可計(jì)算側(cè)收縮系數(shù)，查水閘設(shè)計(jì)規(guī)范(規(guī)范表2-2)，結(jié)果如下：對(duì)于中孔 b0/bs =9/(9+1.2)=0.882，得 0.9803；靠縫墩

11、孔b0/bs =9/(9+1.6)=0.849，得 0.975；對(duì)于邊孔 b0/bs =9/( b0 +bb)=9/(9+9.08×2+6+(80-71)/2)=0.239，bb=h校核h底，得 0.910；所以 (1×0.9803+4×0.975+2×0.910)/(1+4+2)=0.957與假定接近，根據(jù)選定的孔口尺寸與上下游水位，進(jìn)一步換算流量:利用公式校核得：Q設(shè)計(jì)=0.96×0.574×0.385×63××7.6931.5=1262.6m3/s|(1262.6-1119)/1262.6 | =1

12、1.4%Q校核=0.96×0.586×0.385×63××9.2361.5=1695.6 m3/s|(1695.6-1642.35)/1695.6 | =3.1%列入下表得：表2-4 過流能力校核計(jì)算表計(jì)算情況堰上水頭H0(m)校核過流能力設(shè)計(jì)流量11197.6930.9660.5740.961262.5311.37%校核流量1642.359.2360.9640.5860.961695.493.13%設(shè)計(jì)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(jù)校核情況滿足要求，所以不再進(jìn)行孔口尺寸的調(diào)整。3消能設(shè)計(jì)3.1消能防沖設(shè)計(jì)的控制情況由于

13、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(shè)計(jì)水位或校核水位時(shí)閘門全開渲泄洪水，為淹沒出流無需消能。閘前為正常高水位58.69m，部分閘門局部開啟，只宣泄較小流量時(shí)，下流水位不高，閘下射流速度較大，才會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的沖刷河床現(xiàn)象，需設(shè)置相應(yīng)的消能設(shè)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=6.77m，閘門局部開啟情況，作為消能防沖設(shè)計(jì)的控制情況。為了降低工程造價(jià)，確保水閘安全運(yùn)行，可以規(guī)定閘門的操作規(guī)程，本次設(shè)計(jì)按1、3、5、7孔對(duì)稱方式開啟，分別對(duì)不同開啟孔數(shù)和開啟度進(jìn)行組合計(jì)算，找出消力池池深和池長(zhǎng)的控制條件。按公式(7)、(8)、(9)

14、、(11)計(jì)算：其中，本次設(shè)計(jì)取0=1.08，=0.95，=1.02，收縮系數(shù)則通過查表差值可得。當(dāng)開孔數(shù)n=1，e=0.8時(shí)，=0.616，=0.5852，Q=0.5852×0.8×9×1×=48.54hc=0.616×0.8=0.493q= Q/b=48.54/9=5.39hc=當(dāng)開孔數(shù)n=1，e=1.0時(shí)，=0.618，=0.5871，Q=0.5852×0.8×9×1×=60.87hc=0.618×1=0.618q= Q/b=60.87/9= 6.76hc=同理可算得其它情況的各值，將數(shù)據(jù)

15、列入表3-3。下游水深的計(jì)算則需要通過水閘所在的橫斷面圖，繪制下游水位和流量關(guān)系曲線，并采用明渠均勻流公式計(jì)算：由上述三個(gè)公式綜合得出一個(gè)流量公式：此外，由于河床n1和灘地n2的糙率不同，且n1< n2，由水力學(xué)上冊(cè)209頁可得等效糙率的計(jì)算公式為：nr=(當(dāng)渠道底部的糙率小于側(cè)壁的粗糙系數(shù)的糙率時(shí)采用)又由于本河道斷面有馬道，要分兩種情況計(jì)算：當(dāng)下游水深4.98m(馬道高程-底部高程=56.9-51.92=4.98m)時(shí)，分別取Hs=0、0.5、1、1.54、4.5、4.98m，然后通過上述公式計(jì)算可得Q=0、14.11、44.47、86.86436.36、529.73、626.05，

16、計(jì)算簡(jiǎn)圖如下：將數(shù)據(jù)代入表3-1，通過這些數(shù)據(jù)可以繪制出下游水位和流量關(guān)系曲線，如圖3-1。表3-1(Hs4.98)QbHs1+32總濕周nrA0.008000.008080.000.02250.0014.11800.52.248082.240.022740.5044.478014.478084.470.023082.0086.86801.56.718086.710.0232124.50139.548028.948088.940.0234168.00201.45802.511.188091.180.0235212.50271.8880313.428093.420.0237258.00350.3

17、1803.515.658095.650.0239304.50436.3680417.898097.890.0240352.00529.73804.520.1280100.120.0242400.50626.05804.9822.2780102.270.0243448.00當(dāng)下游水深4.98m(馬道高程-底部高程=56.9-51.92=4.98m)時(shí)，該斷面要考慮馬道，查水力學(xué)上冊(cè)210頁可知復(fù)式斷面明渠均勻流的流量計(jì)算方法：即將斷面分成、三個(gè)部分，再對(duì)每個(gè)部分應(yīng)用公式Q=AC得到：Q= AC=KQ= AC=KQ= AC=K則通過復(fù)式斷面渠道的流量，應(yīng)為通過各部分流量Q、Q、Q的總和，于是：Q=

18、(K+ K+K)計(jì)算簡(jiǎn)圖如下：A= A=(b1+)hA=(b1+ mh)h+(b2+ 2mh)h各部分濕周分別為1=3= b1+ h12= b2+ 2h各部分的水力半徑分別為R=R= A/1R= A/1各部分的流量模數(shù)分別為K=K= AC=K= AC=用excel將這些公式編入表格，可設(shè)計(jì)出這兩種情況的流量計(jì)算程序，通過變換Hs的值可以得出相應(yīng)的Q值。又因?yàn)橹笆褂每卓诹髁抗剿愠隽艘幌盗蠶值，則可以在excel里面用試算的方法反算出對(duì)應(yīng)的Hs值，結(jié)果如下表3-2：表3-2 Q 48.536 60.866 73.158 91.743 123.112 145.606 182.599 219.47

19、3 275.228 369.334 Hs1.054 1.209 1.352 1.551 1.854 2.052 2.355 2.634 3.022 3.614 Q 242.677 304.332 365.789 458.713 615.557 339.748 426.064 512.104 642.199 861.780 Hs2.800 3.213 3.593 4.123 4.929 3.434 3.942 4.409 5.430 6.330 將上述計(jì)算結(jié)果列入表3-3：表3-3 消力池池深池長(zhǎng)估算表開啟孔數(shù)n開啟高度 收縮系數(shù)泄流量Q單寬流量q收縮水深hc躍后水深 hc下游水深HsZ流態(tài)判別

20、消力池尺寸備注池深d水躍長(zhǎng)Lsj池長(zhǎng)Lj10.80.61648.545.390.4933.2671.05441.3666自由出流1.1119.1418.791.00.61860.876.760.6183.6281.20931.62261.0919.9220.771.20.61973.168.130.7433.9481.35171.86471.0520.7722.111.50.62191.7410.190.9324.3761.55052.20990.9721.6823.762.00.625123.1113.681.2504.9921.85352.74990.7922.5225.8230.80.6

21、16145.615.390.4933.2672.05240.2563自由出流1.2219.2419.141.00.618182.606.760.6183.6282.35510.29471.2720.6520.771.20.619219.478.130.7433.9482.63370.32861.3021.7922.111.50.621275.2310.190.9324.3763.02240.37351.3323.1423.76池深控制2.00.625369.3313.681.2504.9923.61440.43521.3424.7325.82限開50.80.616242.685.390.493

22、3.2672.79980.0721自由出流0.6616.9819.141.00.618304.336.760.6183.6283.2130.07470.6318.1020.771.20.619365.798.130.7433.9483.5930.07450.6018.9722.111.50.621458.7110.190.9324.3764.1230.07000.5319.9523.762.00.625615.5613.681.2504.9924.92920.05330.4121.0025.8270.80.616339.755.390.4933.2673.4340.0004淹沒出流1.00.6

23、18426.066.760.6183.6283.9421.20.619512.108.130.7433.9484.40851.50.621642.2010.190.9324.3765.432.00.625861.7813.681.2504.9926.333.2消力池尺寸及構(gòu)造1、消力池深度計(jì)算根據(jù)所選擇的控制條件，估算池深為1.5m，用(10)、(11)、(12)式計(jì)算挖池后的收縮水深hc和相應(yīng)的出池落差Z及躍后水深hc，驗(yàn)算水躍淹沒系數(shù)符合在1.051.10之間的要求。驗(yàn)算得2、消力池池長(zhǎng)根據(jù)池深為1.5m，用公式(13)、(14)計(jì)算出相應(yīng)的消力池長(zhǎng)度為25。3、消力池的構(gòu)造采用挖深式消力

24、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(shè)置排水孔，孔下鋪設(shè)反濾層，排水孔孔徑為10cm，間距為2m，呈梅花形布置。根據(jù)抗沖要求，按式16計(jì)算消力池底板厚度。 (16)其中 為消力池底板計(jì)算系數(shù)，取0.18； 為確定池深時(shí)的過閘單寬流量； 為相應(yīng)于單寬流量的上、下游水位差。，取消力池底板的厚度t=1.0m。消力池構(gòu)造尺寸見下圖：3.3海漫設(shè)計(jì)1、海漫長(zhǎng)度計(jì)算用公式(18)計(jì)算海漫長(zhǎng)度。其中為海漫長(zhǎng)度計(jì)算系數(shù)，根據(jù)閘基土質(zhì)為中粉質(zhì)壤土則選12 ,上游水深為6.77m，下游水深可由Q與Hs關(guān)系圖用差值法得出，也可在excel里面通過試算得出，單寬流量q

25、s=Q/L,L=71m，H=H-hs'，通過計(jì)算將結(jié)果列入表3-3。取計(jì)算表中的大值，確定海漫長(zhǎng)度為42m。表3-3 海漫長(zhǎng)度計(jì)算表流量Q上游水深 下游水深 q1006.771.6351.4085.13521.4382006.772.492.8174.28028.9693006.773.1854.2253.58533.9424006.773.7955.6342.97537.4075006.774.3457.0422.42539.7396006.774.8548.4511.91641.042626.056.774.988.8181.79041.2166506.775.4649.1551.

26、30638.8157006.775.67999.8591.09038.5012、海漫構(gòu)造因?yàn)閷?duì)海漫的要求為有一定的粗糙度以便進(jìn)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(zhǎng)的漿砌石水平段，因?yàn)闈{砌石的抗沖性能較好，其頂面高程與護(hù)坦齊平。后32米做成坡度為1：16的干砌石段，以使水流均勻擴(kuò)散，調(diào)整流速分布，保護(hù)河床不受沖刷。海漫厚度為0.6米，下面鋪設(shè)15cm的砂墊層。3.4防沖槽設(shè)計(jì)海漫末端河床沖刷坑深度按公式19計(jì)算，其中河床土質(zhì)的不沖流速可按下式計(jì)算。按不同情況計(jì)算如表3-4所示。 (20)式中 河床土質(zhì)的不沖流速，m/s； 查水力學(xué)可知此處取0.8m/s；

27、水力半徑， ； 海漫末端河床水深，m。校核情況：計(jì)算簡(jiǎn)圖見右圖H1=60.82-49.92=10.9A1= (80+80+10.9×2×2)×10.9×0.5=1109.621=80+10.9××2=128.746q”=Q校/80=20.53R1/5=1.2308=60.82-49.92=10.9d=1.1×q/ -t=7.45設(shè)計(jì)情況：計(jì)算簡(jiǎn)圖見下圖H 2=59.35-49.92=9.43A2=(80+80+9.43×2×2)×9.43×0.5=932.24982=80+9.43&#

28、215;×2=122.17q”=Q設(shè)/80=13.99R1/5=1.2308=59.35-49.92=9.43d=1.1×q/ -t=3.38將數(shù)據(jù)填入表3-4表3-4 沖刷坑深度計(jì)算表計(jì)算情況相應(yīng)過水水面積 濕周 校核情況20.531109.62128.7461.53851.230810.97.45設(shè)計(jì)情況13.99932.2498122.171.50151.20129.433.38根據(jù)水閘設(shè)計(jì)規(guī)范，防沖槽的深度一般取1.52m，底寬則為深度的23倍。所以確定防沖槽的深度為2m。采用寬淺式，底寬取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

29、下圖所示。3.5上下游岸坡防護(hù)為了保護(hù)上、下游翼墻以外的河道兩岸岸坡不受水流的沖刷，需要進(jìn)行護(hù)坡。采用漿砌石護(hù)坡，厚0.3米，下設(shè)0.1米的砂墊層。保護(hù)范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(shè)計(jì)4.1閘底地下輪廓線的布置1、防滲設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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)施，用以延長(zhǎng)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

30、止在滲流出口附近發(fā)生滲透變形。3、地下輪廓線布置(1)閘基防滲長(zhǎng)度的確定根據(jù)公式21計(jì)算閘基理論防滲長(zhǎng)度：其中 為滲徑系數(shù)，因?yàn)榈鼗临|(zhì)為中粉質(zhì)壤土，查表取7，H為上下游最大水頭差，為6.77m。L=7×6.77=47.39m(2)防滲設(shè)備 由于閘基土質(zhì)以粘性土為主，防滲設(shè)備采用粘土鋪蓋，閘底板上、下游側(cè)設(shè)置齒墻，為了避免破壞天然的粘土結(jié)構(gòu)，不宜設(shè)置板樁。 (3)防滲設(shè)備尺寸和構(gòu)造。閘底板順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)度根據(jù)公式(20)計(jì)算：L底=AH根據(jù)閘基土質(zhì)為中粉質(zhì)壤土A取2.0，代入數(shù)據(jù)得L底=A×H=2×6.77=13.54m。底板長(zhǎng)度綜合考慮上部結(jié)構(gòu)布置及地基承載力等要

31、求，確定為15m。閘底板厚度為t=9×1/6=1.5m，實(shí)際取為1.5m。齒墻具體尺寸見下圖。      (4)鋪蓋長(zhǎng)度根據(jù)3 到5倍的上、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2.5m以便和閘底板聯(lián)接。為了防止水流沖刷及施工時(shí)破壞粘土鋪蓋，在其上設(shè)置30cm厚的漿砌塊石保護(hù)層，10cm厚的砂墊層。4、校核地下輪廓線的長(zhǎng)度根據(jù)以上設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，實(shí)際的地下輪廓線布置長(zhǎng)度應(yīng)大于理論的地下輪廓線長(zhǎng)度，通過校核，滿足要求。鋪蓋長(zhǎng)度+閘底板長(zhǎng)度+齒墻長(zhǎng)度= 30+15+6.8=51.8m47.39m其中齒墻的長(zhǎng)度包括齒墻的下面的斜

32、邊3和兩個(gè)直角邊1和2，所以齒墻長(zhǎng)度為2×(1+1+1×)=6.8m，計(jì)算簡(jiǎn)圖如右圖：4.2排水設(shè)備的細(xì)部構(gòu)造1、排水設(shè)備的作用采用排水設(shè)備，可降低滲透水壓力，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)閘基土質(zhì)情況和水閘的工作條件，做到既減少滲壓又避免滲透變形。2、排水設(shè)備的設(shè)計(jì)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(yīng)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(fēng)化的砂石料，并滿足：被保護(hù)土壤的顆粒不得穿過反濾層；各層的顆

33、粒不得發(fā)生移動(dòng)；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(yīng)具有足夠的透水性，以保證排水通暢；同時(shí)還應(yīng)保證耐久、穩(wěn)定，其工作性能和效果應(yīng)不隨時(shí)間的推移和環(huán)境的改變而變差。本次設(shè)計(jì)中的反濾層由碎石，中砂和細(xì)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厚的細(xì)砂(見下圖)。鉛直排水設(shè)計(jì) 本工程在護(hù)坦的中后部設(shè)排水孔，孔距為2m，孔徑為10cm，呈梅花形布置，孔下設(shè)反濾層。側(cè)向排水設(shè)計(jì) 側(cè)向防滲排水布置(包括刺墻、板樁、排水井等)應(yīng)根據(jù)上、下游水位，墻體材料和墻后土質(zhì)以及地下水位變化等情況綜合考慮，并應(yīng)與閘基的防滲排水布置相適應(yīng)，在空間上形成防滲

34、整體。在消力池兩岸翼墻設(shè)23層排水孔，呈梅花形布置，孔后設(shè)反濾層，排出墻后的側(cè)向繞滲水流。3、止水設(shè)計(jì)凡具有防滲要求的縫，都應(yīng)設(shè)止水設(shè)備。止水分鉛直和水平止水兩種。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)在粘土鋪蓋保護(hù)層上的溫度沉陷縫、消力池與底板溫度沉陷縫、翼墻、消力池本身的溫度沉降縫內(nèi)。在粘土鋪蓋與閘底板沉陷縫中設(shè)置瀝青麻袋止水。其構(gòu)造詳圖見下圖。4.3防滲計(jì)算1、滲流計(jì)算的目的：計(jì)算閘底板各點(diǎn)滲透壓力；驗(yàn)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(jì)算方法有直線比例法、流網(wǎng)法和改進(jìn)阻力系數(shù)法，由于改進(jìn)阻力系數(shù)法計(jì)算結(jié)果精確，采用此種方法進(jìn)行滲流計(jì)算。 3、計(jì)算滲透

35、壓力(1)地基有效深度的計(jì)算。 根據(jù)公式(22)判斷L0/S0=185，地基有效深度 為Te=0.5×45=22.5m計(jì)算Te小于實(shí)際的地基透水層深度25m，所以取小值Te=22.5m。 (2)分段阻力系數(shù)的計(jì)算。通過地下輪廓的各角點(diǎn)和尖端將滲流區(qū)域分成9個(gè)典型段，如圖4所示。其中1、9段為進(jìn)出口段，用式(23)計(jì)算阻力系數(shù)；3、5、7段為內(nèi)部垂直段，用式(24)計(jì)算相應(yīng)的阻力系數(shù)；2、4、6、8段為水平段，用式(25)計(jì)算相應(yīng)的阻力系數(shù)。各典型段的水頭損失用式(26)計(jì)算。計(jì)算各斷面的水頭損失：在excel中編制公式可直接得出所有結(jié)果將計(jì)算結(jié)果列入表4-1中：表4-1 各段滲透壓力

36、水頭損失分段編號(hào) 分段名稱 進(jìn)口0.622.50.4480.9900.333水平01.921.9301.3092.8963.553垂直1.921.90.0870.1930.193水平002010.0500.1110.111垂直1210.0480.1050.105水平1.01.021130.5521.2221.222垂直1210.0480.1050.105水平002010.0500.1110.371出口1.521.50.4691.0370.777合計(jì)3.06H= 6.77H=6.77對(duì)于進(jìn)出口段的阻力系數(shù)修正，按公式(27)、(28)、(29)計(jì)算：修正后的水頭損失：阻力修正系數(shù)：將計(jì)算結(jié)果列入

37、表4-2：表4-2 進(jìn)出口段的阻力系數(shù)修正表 段 別SThoh進(jìn)口段0.621.90.340.333490.6573.553出口段2.5200.750.77690.2600.371(3)計(jì)算各角點(diǎn)的滲透壓力值。 用表4-1計(jì)算的各段的水頭損失進(jìn)行計(jì)算，總的水頭差為正常擋水期的上、下游水頭差6.77m。各段后角點(diǎn)滲壓水頭=該段前角點(diǎn)滲壓水頭此段的水頭損失值，結(jié)果列入表4-3。表4-3 閘基各角點(diǎn)滲透壓力值 H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 H9 H10 6.776.44 2.88 2.69 2.58 2.47 1.25 1.15 0.78 0.00 (4)驗(yàn)算滲流逸出坡降。 出口段

38、的逸出坡降為： J=hi/S=0.777/1.5=0.518，小于壤土出口段允許滲流坡降值 (查表得)，滿足要求，不會(huì)發(fā)生滲透變形。繪制閘底板的滲透壓力分布圖見右圖。5閘室布置5.1 底板和閘墩1、閘底板的設(shè)計(jì)(1)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。(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(shè)在閘墩中間。(3)長(zhǎng)度：根據(jù)前邊設(shè)計(jì)已知閘底板長(zhǎng)度為15m。(4)厚度根據(jù)前邊設(shè)計(jì)已知閘底板厚度為1.5m。2、閘墩設(shè)計(jì)(1)作用：分隔閘孔并支承閘門、工作橋等上部結(jié)構(gòu)，使水流順利

39、的通過閘室。(2)外形輪廓：應(yīng)能滿足過閘水流平順、側(cè)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(zhǎng)度采用與底板同長(zhǎng)，為15m。(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(yīng)根據(jù)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2.6m的凈距，以便于工作人員檢修。 (4)高度采用以下三種方法計(jì)算取較大值，根據(jù)計(jì)算墩高最大值為9.58m，1) =校核洪水位時(shí)水深+安全超高=9.08+0.5=9.58m。2) =設(shè)計(jì)洪水位時(shí)水深+安全超高=7.58+0.7=8.28m；3) =正常擋水位時(shí)

40、水深+ (波浪高加安全超高)=6.77+0.59+0.4=7.76m(式中波浪高度的計(jì)算請(qǐng)查閱相關(guān)書籍)另根據(jù)水閘設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定有防洪任務(wù)的攔河閘閘墩高程(9.58+51.92=61.5m)不應(yīng)低于兩岸堤頂高程(61.5m)，兩岸堤頂高程為61.5m，故經(jīng)比較后取閘墩高度為10.0m。縫墩尺寸見下圖。5.2 閘門與啟閉機(jī)閘門按工作性質(zhì)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(wǎng)水泥閘門；按結(jié)構(gòu)分為平面閘門、弧形閘門等。1、工作閘門基本尺寸為閘門高8m，寬9m，采用平面鋼閘門，雙吊點(diǎn)，滾輪支承。2、檢修閘門采用疊梁式，閘門槽深為20cm，寬為20cm，閘門型式如右圖所

41、示。3、啟閉機(jī)可分為固定式和移動(dòng)式兩種，常用固定式啟閉機(jī)有卷揚(yáng)式、螺桿式和油壓式。卷揚(yáng)式啟閉機(jī)啟閉能力較大，操作靈便，啟閉速度快，但造價(jià)高。螺桿式啟閉機(jī)簡(jiǎn)便、廉價(jià)，適用于小型工程，水壓力較大，門重不足的情況等。油壓式啟閉機(jī)是利用油泵產(chǎn)生的液壓傳動(dòng)，可用較小的動(dòng)力獲得很大的啟閉力，但造價(jià)較高。在有防洪要求的水閘中，一般要求啟閉機(jī)迅速可靠，能夠多孔同步開啟，這里采用卷揚(yáng)式啟閉機(jī)，一門一機(jī)。4、啟閉機(jī)的選型(1)根據(jù)水工設(shè)計(jì)手冊(cè)平面直升鋼閘門結(jié)構(gòu)活動(dòng)部分重量公式: (1)式中 閘門結(jié)構(gòu)活動(dòng)部分重量，t；閘門的支承結(jié)構(gòu)特征系數(shù)，對(duì)于滑動(dòng)式支承取0.8；對(duì)于滾輪式支承取1.0，對(duì)于臺(tái)車式支承取1.3。

42、閘門材料系數(shù)，普通碳素結(jié)構(gòu)鋼制成的閘門為1.0；低合金結(jié)構(gòu)鋼制成的閘門取0.8?？卓诟叨龋?m；孔口寬度，取9m。將數(shù)據(jù)代入公式：G=0.012×1.0×0.8×81.65×91.85=17.29t，閘門的重力=17.29×10³×9.8=169.442KN，考慮其它因素取閘門自重170KN。(2)初估閘門啟閉機(jī)的啟門力和閉門力，根據(jù)水工設(shè)計(jì)手冊(cè)中的近似公式： (2) (3) 式中 平面閘門的總水壓力，KN， ；啟門力，KN； 閉門力，KN；代入數(shù)據(jù)得： 總水壓力：P=1/2×10×6.77²

43、×9=2062.48(KN) 啟門力：FQ=0.11×2062.48+1.2×170=430.87(KN)閉門力：FW=0.11×2062.48-1.2×170=22.87(KN)由于閘門關(guān)閉擋水時(shí)，水壓力 P值最大。此時(shí)閘門前水位為6.77m，本次設(shè)計(jì)的水閘為中型水閘，系數(shù)采用0.11，經(jīng)計(jì)算啟閉力FQ為430.8728KN，閉門力FQ為22.8728KN。查水工設(shè)計(jì)手冊(cè)選用電動(dòng)卷揚(yáng)式啟閉機(jī)型號(hào)QPQ-2 40。5.3 上部結(jié)構(gòu)1、工作橋工作橋是為了安裝啟閉機(jī)和便于工作人員操作而設(shè)的橋。若工作橋較高可在閘墩上部設(shè)排架支承。工作橋設(shè)置高程與閘門

44、尺寸及形式有關(guān)。由于是平面鋼閘門，采用固定式卷揚(yáng)啟閉機(jī)，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(jù)工作需要和設(shè)計(jì)規(guī)范，工作橋設(shè)在工作閘門的正上方，用排架支承工作橋，橋上設(shè)置啟閉機(jī)房。由啟閉機(jī)的型號(hào)決定基座寬度為2m，啟閉機(jī)旁的過道設(shè)為1m，啟閉機(jī)房采用24磚砌墻，墻外設(shè)0.66m的陽臺(tái)(過人用)。因此，工作橋的總寬度為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+安全超高+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=61.92+9+1=71.92m工作橋細(xì)部構(gòu)造圖見下圖：工作橋細(xì)部構(gòu)造圖(單位：cm)2、交通橋交通橋

45、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(yīng)根據(jù)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(yīng)按交通部門制定的規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，一般公路單車道凈寬為4.5m，雙車道為79m。本次設(shè)計(jì)采用橋?qū)?m，其中人行道1m，具體尺寸如下圖所示。3、檢修橋檢修橋的作用為放置檢修閘門，觀測(cè)上游水流情況，設(shè)置在閘墩的上游端。采用預(yù)制T型梁和活蓋板型式。尺寸如下圖所示。5.4 閘室的分縫與止水水閘沿軸線每隔一定距離必須設(shè)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(chǎn)生裂縫?？p距一般為1530m，縫寬為22.5cm。整

46、體式底板閘室沉陷縫，一般設(shè)在閘墩中間，一孔、二孔或三孔一聯(lián)為獨(dú)立單元，其優(yōu)點(diǎn)是保證在不均勻沉降時(shí)閘孔不變形，閘門仍然正常工作。凡是有防滲要求的縫，都應(yīng)設(shè)止水設(shè)備。止水分鉛直和水平兩種。前者設(shè)在閘墩中間，邊墩與翼墻間以及上游翼墻本身；后者設(shè)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(nèi)。本次設(shè)計(jì)縫墩寬1.6m，縫寬為2cm，取中間三孔為一聯(lián)，兩邊各為兩孔一聯(lián)。6閘室穩(wěn)定計(jì)算6.1 設(shè)計(jì)情況及荷載組合1、設(shè)計(jì)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(yàn)算地基承載力的設(shè)計(jì)情況。正常擋水期時(shí)下游無水，

47、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(yàn)算閘室抗滑穩(wěn)定性設(shè)計(jì)情況。泄洪期工作閘門全開，水位差較小，對(duì)水閘無大的危害，故不考慮此情況。本設(shè)計(jì)地震烈度為6度，不考慮地震情況。2、完建無水期和正常擋水期均為基本荷載組合。取中間三孔一聯(lián)為單元進(jìn)行計(jì)算，需計(jì)算的荷載見表6-1所示。表6-1 荷載組合表荷載組合 計(jì)算情況荷 載 自重 靜水壓力 揚(yáng)壓力 泥沙壓力 地震力 浪壓力 基本組合 完建無水期 正常擋水期 6.2 完建無水期地基承載力驗(yàn)算1荷載計(jì)算荷載計(jì)算主要是閘室及上部結(jié)構(gòu)自重。在計(jì)算中以三孔一聯(lián)為單元，省略一些細(xì)部構(gòu)件重量，如欄桿、屋頂?shù)取Ａ貫閷?duì)閘底板上游端點(diǎn)所取。鋼筋混

48、凝土重度采用25KN/m3；混凝土重度采用23 KN/m3；水重度采用9.81 KN/m3；磚石重度采用19 KN/m3。完建無水期的荷載分布圖見右圖，荷載計(jì)算表見表6-2。通過各部分的構(gòu)造圖寫出計(jì)算步驟：閘底板(以中間3個(gè)閘門為一聯(lián))力矩對(duì)閘底板上有端點(diǎn)所取，見右圖。重力=(1.5×15+×2)×31×25=19762.5(KN)力臂長(zhǎng)=7.5m力矩=19762.5×7.5=148218.75 (KN·m)中墩：重力=1.2×10×15×2×25=9000(KN)力臂長(zhǎng)=7.5m力矩=9000

49、×7.5=67500(KN·m)縫墩：重力=1.6×10×15×25=6000(KN)力臂長(zhǎng)=7.5m力矩=6000×7.5=45000(KN·m)工作橋：重力=(30×80×4+460×20+×70×2)×28×25×10-4=1619.75(KN)力臂長(zhǎng)=3.4+0.2+2.6+0.4=6.6m力矩=1619.75×6.6=10690.35(KN·m)交通橋：重力=(40×50×3+20×60

50、0+110×20×2+10×10×2)×31×25=1751.5(KN)力臂長(zhǎng)=15-6/2=12m力矩=1751.5×12=21018(KN·m)檢修橋重力=(30×50×2+210×30)×31×25=720.75(KN) 力臂長(zhǎng)=3.4+0.1=3.5m力矩=3.5×720.75=2522.625(KN·m)啟閉機(jī)重力=235.44(KN) 力臂長(zhǎng)=6.6m力矩=235.44×6.6=1553.904(KN·m)將計(jì)算結(jié)

51、果填入表6-2：表6-2 完建無水期荷載計(jì)算表荷 載 自 重(KN) 力臂(m) 力 矩(KN.m) - + 閘底板 19762.57.5148218.75閘墩 中墩 90007.567500縫墩 60007.545000工作橋 1619.756.610690.35交通橋 1751.51221018檢修橋 720.753.52522.625啟閉機(jī) 235.446.61553.904啟閉機(jī)房 1209.606.67983.36排架 1011.006.66672.6閘門 621.156.64099.59合計(jì) 41931.69311569.1792、地基承載力驗(yàn)算根據(jù)荷載計(jì)算結(jié)果，采用公式(1)、(2)進(jìn)行地基承載力的驗(yàn)算，可得結(jié)論完建無水期的地基承載力能夠滿足要求，地基也不會(huì)發(fā)生不均勻沉陷。地基承載力公式為 ： (1)(2)偏心距：由公式e=,代入數(shù)值得: e=15/2-311569.179/41931.69=0.0696(m)地基承載力：由，代入數(shù)值得；地基承載力平均值KPaP=200(kpa) 地基不均勻系數(shù)