水闸设计步骤

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1、水闸设计步骤水闸设计步骤一、拟定闸孔形式比较最高水位与地面高程，确定闸孔结构形式。二、选用堰型与堰顶高程根据闸基土质与运行要求，确定堰型三、利用堰流公式初步拟定闸孔宽度。渠道断面面积：A平均流速：平底堰：0.65时为堰流，否则为闸孔出流；H曲线形堰：he 0.7时为堰流，否则为闸孔出流。Hhe 闸门幵度计入行进流速的上游水深：式中:H 上游水深;流速系数，取1.00 ；V。上游行进流速。10 / 62A .4 v 0.9时用下式计算过流能力:H 0Q mB 2gH3/2盂 O72 时；（水闸设计规范公式A.0.1-6)hsH；hs则需设消力池。出池落差验算淹没安全系数：应满足 =1.o1.1o

2、的要求 四、计算消力池的长消力池长度Ls按水闸设计规范公式（B.1.2 ）计算：Lsj LsL j式中：Ls 消力池坡段水平投影长度；水跃长度校正系数，取为0.75 ；Lj水跃长度，6.9 （ hc hc）五、计算消力池底板的厚度消力池底板厚度按水闸设计规范（B.1.3-1 ）计算t & q H式中：t消力池底板始端厚度；H 闸孔泄流时的上下水位差；匕消力池底板计算系数；q 过闸单宽流量。考虑到消力池底板的抗浮要求，现取消力池底板厚度为m o六、确定消力池的构造七、计算海漫长度对于,q H在19之间的情况，可按水闸设计规范（B.2.1 ）计算:Lp ks_qs H式中：Lp海谩长度（m ）；q

3、s消力池末端单宽流量;ks 海漫长度计算系数；H 闸孔泄流时上下水位差。八、计算冲刷坑的深度，确定防冲槽的尺寸海漫末端的河床冲刷深度 按水闸设计规范公式（B.3.1 ）计算式中：dm 海漫末端河床深度；qm 海漫末端单宽流量hm 海漫末端河床水深。V。一一河流土质允许不冲流速Vo的计算：断面面积：A b mb h湿周： b 2h 1 m2水力半径：不冲流速：Vo VrR0.2闸基渗流计算一、渗流计算水位组合二、下轮廓线布置，验算防渗长度（一）地下轮廓线的设计步骤（1）根据水闸的上下游水位差大小和地基土质条件选择地下轮廓的形状和尺寸。初步拟定其不透水层部分的长度 （即防渗长度）时，一般均采用渗径

4、系数 法。（2）选用适当的方法对初步拟定的布置方案进行渗流计算，求出闸底所受 的渗透压力以与渗透坡降，特别时渗流出口处的坡降。（ 3）验算闸基与地基的稳定性，包括地基土的抗渗稳定性。（4）根据稳定和经济合理的要求，对初拟的底下轮廓线进行修改。在修改 底下轮廓线的形状和尺寸时， 应结合总体布置和闸室的结构布置与设计进行综合 考虑。（二）用渗径系数法初步拟定闸基的防渗长度按水闸设计规范公式（ 4.3.2 ）计算：L C H式中：L 闸基防渗长度；C 渗径系数，查水闸设计规范表4.3.2 ；H 上下游最大水位差。（三）初步拟定闸室沿水流方向的长度L （2.5 4.5） H式中：L 闸室沿水流方向的长

5、度；H 上下游水位差。则初拟闸底板长度 m ；闸底板厚度取闸孔净宽的 1/61/8 可初拟底板 厚度为m ，底板上下游的齿墙宽度为m ，齿墙深度均为 m ，上游齿墙的作用是降低闸底板上的渗透压力， 下游的齿墙是减小出逸坡降， 有助于防止地基产生渗透变形。（四）验算防渗长度（五）地下轮廓线布置水闸地基防渗长度初基轮廓线形状与尺寸确定，即进行地下轮廓线的布置。布置的总的原则是滞渗步确定以后，可根据设计要求和地基土壤的特性，并参考已有的类似的水闸工程资料进行闸与导渗相结合。通常在闸室底板上游一侧布置防渗设施（如铺盖、板桩与齿墙等），用来延长渗径、减小底板渗透压力、降低 闸基渗流坡降等，这叫滞流；在下

6、游侧布置排水设施， 使渗透水流尽快地安全排 走，以防止发生渗透变形，并减小底板渗透压力，这叫导流。三、渗流计算采用改进阻力系数法来进行渗流计算。（一）地基有效深度的确定C.2.1-1 ）计算，有效深度:当苧5时，可按水闸设计规范公式（S0Te O.5Lo当L V 5时，可按水闸设计规范公式（C.2.1-2 ）计算，有效深度:式中：Te土基上水闸的地基有效深度（ m ）;Lo 地下轮廓的水平投影长度；So 地下轮廓的垂直投影长度。（二）计算各典型段的阻力系数表3-1各渗流区段几何参数和阻力系数表段号段别Si（ Si,S2）（m）T (m)L（ m）备注1进口段各渗流区段的阻力系 数可根据段别和区

7、段 的几何特性（S,T,L） 按下列公式计算1、进出口段：2、内部垂直段：2Sy 一1 nctg 1 一ya 4T3、水平段：2内部水平段3内部垂直段4内部水平段5内部垂直段6内部水平段7内部垂直段8内部水平段9内部垂直段10内部水平段11内部垂直段12内部水平段13内部垂直段14内部水平段15出口段计算得:水闸设计步骤（三）计算各典型段的渗压水头损失根据式计算式中：H ；表3 2各典型段渗压水头损失计算表渗压水头损失Hhih2hah4h5hsh7h8h9doh12人3hi4人5h设计正向设计反向校核正向12 / 62当底板有倾斜段时，阻力系数为Lx 027（Ti T2）T T2S2.T2In

8、Ti水闸设计步骤(四) 进、出口水头损失值的修正(1 )进口处修正系数 ：1.2112TS1220.059TT进口段水头损失应修正为： hoho进口段水头损失减小值为：h (1)ho按相应公式修正各段的水头损失值为:(2)出口处修正系数2 :1.2112TS1220.059TT出口段水头损失应修正为:13 / 62水闸设计步骤表3-3 :渗压水头损失计算汇总于表渗压水头损失（m）hih2hah4hshshzh8hohii23hi4h15h设计 情 况正向挡水修正前修正后反向挡水修正前修正后校 核 情 况正向挡水修正前修正后(五) 计算各渗流角点处的渗压水头由上游进口段幵始，逐次向下游，从作用水

9、头值相继减去各分段水头损失值，即可求得各角隅点的渗压水头值。表3-4 各角点渗压水头计算汇总表渗压水头(m)h2H3H4H5H6H7H8H9出0Hu出2已3HgH 15H16设正向挡计水情反向挡况水校核正向挡情水况16 / 62水闸设计步骤（六）绘制闸底渗透压力分布图根据以上算得的渗压水头值，并认为沿水平段的水头损失呈线性变化，绘 出如图所示的渗压力分布图：1、计情况正向挡水2、计情况反向挡水2、校核情况正向挡水（七）验算渗透坡降表3-5出口渗透坡降计算表参数水位情况h。（ m）S（m）J备注设计正向各水位组合情况的出口渗透坡降按式（C.2.6）计算：J=ho/s/设计反向校核正向闸室结构布置

10、一、闸室底板的布置二、闸墩的布置拟定闸墩顺水流方向的长度，闸墩厚度，闸墩高度，门槽位置和尺寸。闸墩分中墩和边墩两种。中墩上游部分（以闸门分界）的顶部高程一般 高出设计（校核）水位，以使闸上交通桥既不防碍过水，也不受波浪的影 响。中墩下游部分的顶部高程可以适当降低。边墩是闸室与两岸连接的闸 墩，边墩顶部高程，在泄洪时应高出设计或校核水位加安全超高值，关门 时应高出设计或校核洪水位加安全超高值。该两项安全保证条件应同时得 到满足，以便使上游来水不漫过边墩顶部，确保闸室安全。表4- 1安全超高数值表安全超咼泄洪时挡水时设计洪水位校核洪水位泄洪时：设计（校核）洪水位 +关门时：设计（校核）洪水位 +（

11、2hi ho）表4 2 闸顶咼程计算表水位情况设计水位（m）安全超咼（m ）闸顶咼程（m ）设计正向泄洪设计反向挡水泄洪 挡水校核正向泄洪挡水三、闸门结构的布置拟定闸门高度，闸门形式，估算闸门重量，估算闸门启闭所用的启门力和闭门力（一）计算胸墙底缘高程Z 堰顶高程堰顶下游水深（二）估算闸门重量米用直升式平面钢闸门，初拟拟闸门高度为6.5m :估算闸门重量:G0.073k1k2k3A97Hs079 9.8式中：ki闸门工作性质系数，取值1.0 ；k2-孔口高度比修正系数，取值1.0 ；k3-水头修正系数，取值为1.0 ；H孔口高度；B孔口宽度。（三）估算闸门启闭力选定启闭机：启门力：Fq0.1

12、0.12 P 1.2G闭门力：Fw(0.10.12)P 0.9G表4 3 OPQ-2 X12.5t型闸门启闭机外形主要尺寸型号外形主要尺寸(mm )悬挂点（(mm )ABEFIJHh1h2dDCe表4 4 OPQ-2 X12.5t型闸门启闭机外形主要尺寸为了安置闸门的启闭设备与工作人员操作的需要，通常要设置工作桥，并在闸墩上修建支墩或排架来支承工作桥。（一）工作桥的总宽度确定总宽度二基座宽度+2 X（操作宽度）+2 X（栏杆柱尺寸）（二）工作桥高程与排架尺寸的确定堰顶以上至工作桥底梁之间的净高为：h h, h2 e式中：h,为相应于最大过闸流量的堰顶水深；h2为闸门高度，；e为富裕高度。五、交

13、通桥、工作便桥形式的拟定六、分缝和止水的布置七、两岸连接建筑物的布置水闸两端与河岸连接时，需设置连接建筑物，其组成部分有岸墙，上下游 翼墙。（一）上下游翼墙的布置（二）岸墙的布置闸室稳定计算一、闸室结构荷载计算取相邻顺水流向永久缝之间的闸段作为计算单元。闸室所受荷载如图 5-1所示：图5 1闸室荷载示意图（一）闸室自重与弯矩计算表5-1 :闸室自重与弯矩计算表（以底板中点为矩心）构件名称算式重力(KN )力臂 (m )力矩(KNm )闸墩底板工作桥交通桥检修便桥排架活动门槽启闭机闸门胸墙合计注：1、采用钢筋砼容重取为 24KN/m 3;2、所有弯矩以逆时针为正，顺时针为负（二）计算水重与其弯矩

14、表5-2 :水重和弯矩计算表（以底板中点为矩心）计算情况算式水重（KN）力臂（m）力矩（KNm）设计情况正 向 挡 水上游水重下游水重反 向 挡 水上游水重下游水重校核情况正 向 挡 水上游水重下游水重（三）扬压力的计算1、浮托力的计算表5-3 :浮托力和弯矩计算表（以底板中点为矩心）计算情况算式浮托力（KN）力臂（m）力矩（KNm）设正向挡计水情反向挡况水校核正向挡情水况2、渗透压力的计算计算简图如图所示参照前表数据与图，列表计算如下:表5-4 :渗透压力和弯矩计算表（以底板中点为矩心）渗透压力力矩计算情算式力臂(KN况（KN）（mm）)设计情 况正 向 挡 水设计情 况反 向 挡 水校 核

15、 情 况正 向 挡 水（四）水平水压力的计算表5-5 :水平压力和弯矩计算表（以底板中点为矩心）计算情况算式水平压力（KN）力臂（m）力矩（m）设计情 况正 向 挡 水上游止 水 以 上止水 以 下下游止 水 以 上止 水 以 下设 计 情 况反 向 挡 水上游止 水 以 上止 水 以 下下游止 水 以 上止 水 以 下校 核 情 况正 向 挡 水上游止 水 以 上止 水 以 下下游止 水 以 上止水 以 下闸室结构荷载汇总将各种荷载分完建、设计情况和校核情况分别进行汇总，如表所示(一) 设计情况正向挡水闸室结构荷载计算汇总表5-6 :设计情况正向挡水闸室结构荷载计算汇总表荷载名称垂直力(KN

16、)水平力(KN)力臂(m)力矩(KN.m)顺时针逆时针闸室机构自重上游Pl水压P2力P3下游P4水压P5力P6浮托力渗透压力水重上游下游合计（二）设计情况反向挡水闸室结构荷载计算汇总表5-7设计情况反向挡水闸室结构荷载计算汇总表荷载名称垂直力（KN）水平力（KN）力臂(m)力矩(KN.m)顺时针逆时针闸室机构自重23.64.15上P1游P2水压P3力下P4游水压力PPp6O力 托 浮飙力渗水 重上 游下游(三) 校核情况正向挡水闸室结构荷载计算汇总表5-8 :校核情况正向挡水闸室结构荷载计算汇总表荷载名称垂直力(KN)水平力(KN)力臂(m)力矩(KN.m)ATJ针 时针 时 逆机重 室 自

17、闸构nnn上 游水 压 力p3下游水 压 力P5p6力 托 浮施力渗水 重上游下游三、抗滑稳定计算根据水闸设计公式（5-18 ）计算:式中：o = 0.9=W所有作用在闸室上垂直力的总和;P作用在闸室上所有水平力的总和;Co = 0.3 C =A 底板与地基的接触面积，A=BL=现列表5-9计算抗稳定安全系数如下：表5-9 :闸室抗滑稳定分析计算参数设计正向设计反向校核正向C (kPa)0()Tg 0W (kN )P (kN )Kc四、基底压力计算基底压力的分布与底板刚度、 尺寸、砌置深度与地基性质等因素有关, 呈曲线分布。由于闸墩在顺水流方向刚度很大，可近似地把基底压力作为直线分布，这与实际

18、情况较接近，其压强按水闸设计规范公式（734-1 ）计算：式中：闸室基底应力的最大值或最小值；maxminG 作用在闸室上的全部竖向荷载（包括闸室基础底面上的扬压力在内）；M 作用在闸室上的全部竖向和水平向的荷载对于基础底面 垂直水流方向的形心轴的力矩；A闸室基底面的面积 A=BL=；W闸室基底面对于该底面垂直水流方向的形心轴的截面矩现根据上式列表5-10计算基底压力如下：表5-10基底压力计算表计算参数完建期设计正向设计反向校核正向G（ KN）M （ kN?m）max ,-、（kPa）min z .、（kPa）（kPa）max / min五、地基允许承载力计算（一）完建期完建期采用太沙基极限

19、承载力公式计算极限承载力1Pu0.4 bN odNq 1.2CNcK式中：Pu 地基所能承受的竖向极限荷载;地基土的重度；0基础埋深范围内土的重度；d基础埋深，取为；K地基承载力安全系数；N ,Nq,Nc承载力系数；承载力系数与的关系表得：N 6.8, Nq1巳 0.4 bN 0dNq 1.2CNc 2（二）运行期对均质地基、基础底面完全光滑，在中心荷载作用下，利用汉森极限承载力公式计算竖向地基承载力R丄 0.5 BBN SiKqN q Sqd q i q cNcSc dcic式中:R按汉森公式计算的土质地基允许承载力;土的容重，水下用浮容重；K 地基承载力安全系数，取为2.0 ；S、Sq、S

20、c基础的形状系数;Iqic荷倾斜系数;51 / 62dq、de深度系数;N、Nq、Ne基础的形状系数;当为设计情况正向档水时计算地基承载力如下:作用在基底上的竖向荷载：P作用在基底上的水平荷载：查水闸设计规范表H.0.7-2，表 H.0.7-3，表 H.0.7-4，得倾斜系数:ir, iq查水闸设计规范表 H.0.7-1，得承载力系数：N , Nq , Ne形状系数为：S 1 0.4 B L ;Sq Se 1 0.2 B L基底面以上的有效边荷载：q D深度系数：dq de 1 0.35 D B地基允许承载力为：R列表计算地基极限承载力和容许承载力：表5-11 :地基容许承载力计算计算参数设计

21、正向设计反向校核正向P (Kpa)(Kpa)tgiiqicNNqNcSSqScq (Kpa)dqdeR (Kpa)第六章闸室底板结构计算一、计算闸底板顺水流方向的地基反力表6-1 地基反力汇总表地基反力完建期设计正向设计反向校核正向Pmaxpmin二、计算不平衡剪力以胸墙与闸门之间的连接为界（闸门的侧止水布置在上游侧）分闸室 为上、下游段，各自承担其分段内的上部结构重力和其他荷载，计算不平 衡剪力如表表6 - 2不平衡剪力计算表荷载名称完建期设计正向上游段下游段小计上游段下游段小计结构 重 力闸墩底板胸墙父通桥工作桥便桥启闭机闸门排架合计水重力浮托力渗透压力地基反力不平衡力不平衡剪力表6 2

22、:不平衡剪力计算表荷载名称设计反向校核正向上游段下游段小计上游段下游段小计结闸墩构底板重胸墙力父通桥工作桥便桥启闭机闸门排架合计水重力浮托力渗透压力地基反力不平衡力不平衡剪力三、不平衡剪力分配值的计算设A , A2分别为剪力分配图中分配给闸墩和底板的相对剪力面积，则不平衡剪力按下式计算：Aihih2Sydyhih22di2d2 h-jhiy2dyg 0.6 i 3h3 3h：h2 h；为了计算方便，求A2时取y坐标向下为正则得A2yoLh2yoy yy dy iL2y3 3y22 6闸墩:底板:表6 - 3不平衡剪力分配计算表上游侧下游侧Q墩Q底QQ墩Q底Q完建期设计正向设计反向校核正向四、弹

23、性地基梁的荷载计算分配给闸墩的不平衡剪力可近似地按集中力考虑，此时通过中墩传给地基 梁的荷载N i和通过缝墩传给地基梁的荷载N 2为NiGiN2 G2Qdi2di 2d2Q2di 2d2式中：Gi中墩重（包括上部结构）G2缝墩重（包括上部结构）分配给底板的不平衡剪力按均匀分布考虑并与底板自重q，水重q2，浮托力q3，和渗透压力q4等相加，则可得到地基梁上的均布荷载。Qq qi q2 q? q42b式中：qi底板自重q2水重q3浮托力q4渗透压力表6 4弹性地基梁荷载计算表荷载时期均布荷载（KN/m ）集中荷载（KN）qiq2q3q4qGiG2RR2上游段宀兀建情况设 计 正 向设 计 反 向校

24、 核 情 况下游段宀兀建情况设 计 正 向设 计 反 向校 核 情 况五、边荷载的计算边荷载计算简图如图6-2所示:（一）完建期（二）设计情况正向挡水（三）设计情况反向挡水（四）校核情况正向挡水六、弯矩计算先计算梁的柔性指数，查表6 10和6 11得EoKN/m 2 ；取EhKN/m 2，所以梁的柔性指数为：式中：Eg 基土的变形模量；Eh 混凝土的变形模量；l地基梁的半梁长度；h底板厚度按短梁查郭氏表，荷载参见图。根据板条上荷载情况和数值，查附录与，得各有关断面的弯矩系数 M， 并计算各个时期的弯矩值。查表计算的成果汇于表6-5 o表6 5 弯矩计算汇总表段别E弯距系数M板带上荷载边荷载均布

25、集中荷载P)P荷载qPi ( a= 0.3P2)(a= 1.0/l上 游段O1 a.20au4 a.500.70.80.901下游段o1 a.20a4 a.500.70.80.901表6 5续表:板带上荷载产生的弯距值完建时期q上=Pl上=P2上=q下二Pl下二P2下二二 *q*7.60*7.60(7)=或XPl二+表6 5续表:板带上荷载产生的弯距值设计情况正向挡水q上=q下二Pl上=P2上=Pl下二P2下二E二x qi二或x Pl(11)二 +(10)表6 5续表:板带上荷载产生的弯距值设计情况反向挡水q上=q下二Pl上=P2上=Pl下二P2下二E(12)=x qi(13)二或X Pl(1

26、4)二 +(10)表6 5续表:板带上荷载产生的弯距值校核情况正向挡水q上=Pl上二P2上=q下二Pl下二P2下二（15）=x qi(16)=或X Pl(17) =(12) +(13)表6 5续表:边荷载产生的弯距值 M B完建时期设计情况正向挡水Pl=P 2=P 10=（上）Pl=P 2=叩 10=（下 ）P11 =P 12=P15=（上）P11 =P 12=P15（下 ）P1=P2 =P 10= （上 ）P11 =P 12=P15=（上 ）P1=P 2=叩 10 =（下 ）P11 =P 12=P15（下 ）（18）=X 0.01P（19）=X 0.01F（20）=X 0.011”21）=（5）X 0.011表6 5续表:边荷载产生的弯距值M B设计情况反向挡水校核洪水情况Pl=P 2=叩 10=（上）Pll =P 12=Pl5（上）P1=P 2=叩 10=（上 ）P11 =P 12;=P15（上）Pl=P 2=叩 10=（下 ）Pll, =p 12=Pi5（下）P1=P 2=叩 10=（下）P11 =P 12=P15（下 ）（22）=X 0.01PT23）=（5）X 0.011干24）=X 0.011p（25）= （5）X 0.01