拦河闸设计计算书

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1、南昌工程学院水工建筑物课程设计目录1 基本资料31.1 工程概况31.2 地质资料31.3 水文气象31.4 建筑材料41.5 批准的规划成果42 闸孔设计52.1闸址的选择52.2 闸型确定52.3 拟定闸孔尺寸及闸墩厚度52.4 校核泄洪能力73消能设计83.1消能防冲设计的控制情况83.2消力池尺寸及构造133.3海漫设计153.4防冲槽设计163.5上下游岸坡防护184防渗排水设计184.1闸底地下轮廓线的布置184.2排水设备的细部构造194.3防渗计算215闸室布置245.1 底板和闸墩245.2 闸门与启闭机255.3 上部结构275.4 闸室的分缝与止水296闸室稳定计算296

2、.1 设计情况及荷载组合296.2 完建无水期地基承载力验算306.3 正常挡水期闸室抗滑稳定验算337上下游连接建筑物377.1上下游连接建筑物的作用377.2上游连接建筑物377.3 下游连接建筑物378 附图378.1 水闸半平面布置图378.2 水闸纵剖面图379.结束语381 基本资料1.1 工程概况某拦河闸闸址以上流域面积2234平方公里，流域内耕地面积288万亩，河流平均纵坡1/6200。本工程属三级建筑物。本工程投入使用后，在正常高水位时，可蓄水2230万立米。上游5个县25个乡已建成提灌站42处，有效灌溉面积25万亩。闸上游开南、北两干渠，配支干 23条，修建各种建筑物123

3、0座，可自流灌溉下游三县21万农田，效益巨大，是解决某河流域农田的灌溉动脉，同时，也是解决地区浅层地下贫水区的重要水源。1.2 地质资料(一)根据地质钻探资料，闸址附近地层中粉质壤土，厚度约25m，其下为不透水层，其物理力学性质如下：1、湿重度r湿=20.2KN/m3土壤干重度r干=16.0KNm3饱和重度r饱=22.2KNm3浮重度r浮=12.2KNm32.自然含水量时，内摩擦角=230饱和含水量时，内摩擦角=200土壤的凝聚力C=0.1KNm23.地基允许承载力P地基=150KPa4.混凝土、砌石与土基摩擦系数f=0.365.地基应力的不均匀系数=1.52.06.渗透系数K=9.2910-

4、3cms(二)本地区地震烈度为60以下1.3 水文气象 (一)气温：本地区年最高气温42度，最低气温为-18度。(二)风速：最大风速V=20ms，吹程D=0.6Km。(三)降雨量：非汛期(16月及1012月)9个月河流平均最大流量为10m3/s；汛期(79月)3个月河流平均最大流量为130m3/s。年平均最大流量36.1 m3/s，最大年径流总量为9.25亿m3。年平均最小流量15.6 m3/s，最小年径流总量为0.42亿m3。(四)冰冻：颖河流域冰冻时间短，冻土很薄，不影响施工。(五)上下游河道断面1.4 建筑材料本工程位于平原地区、山丘少，石料需从外地供给，距京广线很近，交通条件较好。经调

5、查本地区附近有较丰富的粘土材料。闸址处有足够多的砂料。1.5 批准的规划成果(一)灌溉用水季节，拦河闸的正常挡水位为58.69m，下游无水。(二)洪水标准。1.设计洪水位50年一遇，相应的洪峰流量1119m3s，闸上游的洪水位为59.5m，相应的下游水位59.35m。2.校核洪水位200年一遇，相应洪峰流量1642.35 m3s，闸上游的洪水位6l.00m，闸下游水位60.82m。2 闸孔设计2.1闸址的选择 闸址、闸轴线的选择关系到工程的安全可靠、施工难易、操作运用、工程量及投资大小等方面的问题。在选择过程中首先应根据地形、地质、水流、施工管理应用及拆迁情况等方面进行分析研究，权衡利弊，经全

6、面分析比较，合理确定。本次设计中闸轴线的位置已由规划给出。2.2 闸型确定 本工程主要任务是正常情况下拦河截水，以利灌溉，而当洪水来临时，开闸泄水，以保防洪安全。由于是建于平原河道上的拦河闸，应具有较大的超泄能力，并利于排除漂浮物，因此采用不设胸墙的开敞式水闸。同时，由于河槽蓄水，闸前淤积对洪水位影响较大，为便于排出淤沙，闸底板高程应尽可能低。因此，采用无底坎平顶板宽顶堰，堰顶高程与河床同高，即闸底板高程为51.92m。2.3 拟定闸孔尺寸及闸墩厚度 由于已知上、下游水位，根据断面面积公式A=(b+mh)h（b为河床底宽，m为边坡系数，h为水深），可通过计算断面面积。由资料可得b=80m，m=

7、2，设计高程：h上=59.5m、h下=59.35 m， 校核高程：h上=61m、h下=60.82 m马道以下的面积A1=(80+4.982)4.98=448.0008马道到设计水位的面积A2=(80+4.9822+62+2.62)=304.512马道到校核水位的面积A3=(80+4.9822+62+4.12)4.1=492.492可得：A设计= A1 +A2=752.5128A校核= A1 +A3=940.4928列入下表，如表2-1所示：表2-1 上游水头计算 流量Q(m3/s)下游水深hs(m) 上游水深H(m) 过水断面积(m2) 行近流速(m/s) gv220上游水头H0(m) 设计流

8、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：考虑壅高1520cm。闸门全开泄洪时，为平底板宽顶堰堰流，根据公式判别是否为淹没出流。表2-2 淹没出流判别表计算情况下游水深 hs(m)上游水头H0(m)流态设计水位7.437.693 7.436.154淹没出流校核水位8.99.236 8.97.388淹没出流 按照闸门总净宽计算公式 根据设计洪水和校核洪水两种情况分别计算如下表。其中 为堰流侧收缩系数，取0.96；m为堰流流量系数，取0.385。 B设计=1119/(0

9、.960.3850.5747.6931.5)= 55.84 m B校核=1642.35/(0.960.5860.3859.2361.5)= 61.03m表2-3 闸孔总净宽计算表流量Q(m3/s)下游水深hs(m) 上游水头 H0(m) 淹没系数 (m) 设计流量11197.437.693 0.966 0.57455.84 校核流量1642.35 8.99.236 0.964 0.58661.03 根据闸门设计规范中闸孔尺寸和水头系列标准，选定单孔净宽b=9m，同时为了保证闸门对称开启，防止不良水流形态，选用7孔，闸孔总宽度为：Lnb0+(n1)d= (79)+(21.6+41.2)=71m由

10、于闸基为软基河床，选用整体式底板，缝设在闸墩上，中墩厚1.2m，缝墩厚1.6m，边墩厚1m。如下图所示。2.4 校核泄洪能力 根据孔口与闸墩的尺寸可计算侧收缩系数，查水闸设计规范(规范表2-2)，结果如下：对于中孔 b0/bs =9/(9+1.2)=0.882，得 0.9803；靠缝墩孔b0/bs =9/(9+1.6)=0.849，得 0.975；对于边孔 b0/bs =9/( b0 +bb)=9/(9+9.082+6+(80-71)/2)=0.239，bb=h校核h底，得 0.910；所以 (10.9803+40.975+20.910)/(1+4+2)=0.957与假定接近，根据选定的孔口尺

11、寸与上下游水位，进一步换算流量:利用公式校核得：Q设计=0.960.5740.385637.6931.5=1262.6m3/s|(1262.6-1119)/1262.6 | =11.4%Q校核=0.960.5860.385639.2361.5=1695.6 m3/s|(1695.6-1642.35)/1695.6 | =3.1%列入下表得：表2-4 过流能力校核计算表计算情况堰上水头H0(m)校核过流能力设计流量11197.6930.9660.5740.961262.5311.37%校核流量1642.359.2360.9640.5860.961695.493.13%设计情况超过了规定5%的要求

12、，说明孔口尺寸有些偏大，但根据校核情况满足要求，所以不再进行孔口尺寸的调整。3消能设计3.1消能防冲设计的控制情况由于本闸位于平原地区，河床的抗冲刷能力较低，所以采用底流式消能。设计水位或校核水位时闸门全开渲泄洪水，为淹没出流无需消能。闸前为正常高水位58.69m，部分闸门局部开启，只宣泄较小流量时，下流水位不高，闸下射流速度较大，才会出现严重的冲刷河床现象，需设置相应的消能设施。为了保证无论何种开启高度的情况下均能发生淹没式水跃消能，所以采用闸前水深H=6.77m，闸门局部开启情况，作为消能防冲设计的控制情况。为了降低工程造价，确保水闸安全运行，可以规定闸门的操作规程，本次设计按1、3、5、

13、7孔对称方式开启，分别对不同开启孔数和开启度进行组合计算，找出消力池池深和池长的控制条件。按公式(7)、(8)、(9)、(11)计算：其中，本次设计取0=1.08，=0.95，=1.02，收缩系数则通过查表差值可得。当开孔数n=1，e=0.8时，=0.616，=0.5852，Q=0.58520.891=48.54hc=0.6160.8=0.493q= Q/b=48.54/9=5.39hc=当开孔数n=1，e=1.0时，=0.618，=0.5871，Q=0.58520.891=60.87hc=0.6181=0.618q= Q/b=60.87/9= 6.76hc=同理可算得其它情况的各值，将数据列

14、入表3-3。下游水深的计算则需要通过水闸所在的横断面图，绘制下游水位和流量关系曲线，并采用明渠均匀流公式计算：由上述三个公式综合得出一个流量公式：此外，由于河床n1和滩地n2的糙率不同，且n1 n2，由水力学上册209页可得等效糙率的计算公式为：nr=(当渠道底部的糙率小于侧壁的粗糙系数的糙率时采用)又由于本河道断面有马道，要分两种情况计算：当下游水深4.98m(马道高程-底部高程=56.9-51.92=4.98m)时，分别取Hs=0、0.5、1、1.54、4.5、4.98m，然后通过上述公式计算可得Q=0、14.11、44.47、86.86436.36、529.73、626.05，计算简图如

15、下：将数据代入表3-1，通过这些数据可以绘制出下游水位和流量关系曲线，如图3-1。表3-1(Hs4.98)QbHs1+32总湿周nrA0.008000.008080.000.02250.0014.11800.52.248082.240.022740.5044.478014.478084.470.023082.0086.86801.56.718086.710.0232124.50139.548028.948088.940.0234168.00201.45802.511.188091.180.0235212.50271.8880313.428093.420.0237258.00350.31803.

16、515.658095.650.0239304.50436.3680417.898097.890.0240352.00529.73804.520.1280100.120.0242400.50626.05804.9822.2780102.270.0243448.00当下游水深4.98m(马道高程-底部高程=56.9-51.92=4.98m)时，该断面要考虑马道，查水力学上册210页可知复式断面明渠均匀流的流量计算方法：即将断面分成、三个部分，再对每个部分应用公式Q=AC得到：Q= AC=KQ= AC=KQ= AC=K则通过复式断面渠道的流量，应为通过各部分流量Q、Q、Q的总和，于是：Q=(K+ K

17、+K)计算简图如下：A= A=(b1+)hA=(b1+ mh)h+(b2+ 2mh)h各部分湿周分别为1=3= b1+ h12= b2+ 2h各部分的水力半径分别为R=R= A/1R= A/1各部分的流量模数分别为K=K= AC=K= AC=用excel将这些公式编入表格，可设计出这两种情况的流量计算程序，通过变换Hs的值可以得出相应的Q值。又因为之前使用孔口流量公式算出了一系列Q值，则可以在excel里面用试算的方法反算出对应的Hs值，结果如下表3-2：表3-2 Q 48.536 60.866 73.158 91.743 123.112 145.606 182.599 219.473 275

18、.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 将上述计算结果列入表3-3：表3-3 消力池池深池长估算表开启孔数n开启高度 收缩系数泄流量Q单宽流量q收缩水深hc跃后水深 hc下游水深HsZ流态判别消力池尺寸

19、备注池深d水跃长Lsj池长Lj10.80.61648.545.390.4933.2671.05441.3666自由出流1.1119.1418.791.00.61860.876.760.6183.6281.20931.62261.0919.9220.771.20.61973.168.130.7433.9481.35171.86471.0520.7722.111.50.62191.7410.190.9324.3761.55052.20990.9721.6823.762.00.625123.1113.681.2504.9921.85352.74990.7922.5225.8230.80.616145

20、.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限开50.80.616242.685.390.4933.267

21、2.79980.0721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淹没出流1.00.618426

22、.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消力池尺寸及构造1、消力池深度计算根据所选择的控制条件，估算池深为1.5m，用(10)、(11)、(12)式计算挖池后的收缩水深hc和相应的出池落差Z及跃后水深hc，验算水跃淹没系数符合在1.051.10之间的要求。验算得2、消力池池长根据池深为1.5m，用公式(13)、(14)计算出相应的消力池长度为25。3、消力池的构造采用挖深式消力池。为了便

23、于施工，消力池的底板做成等厚，为了降低底板下部的渗透压力，在水平底板的后半部设置排水孔，孔下铺设反滤层，排水孔孔径为10cm，间距为2m，呈梅花形布置。根据抗冲要求，按式16计算消力池底板厚度。 (16)其中 为消力池底板计算系数，取0.18； 为确定池深时的过闸单宽流量； 为相应于单宽流量的上、下游水位差。，取消力池底板的厚度t=1.0m。消力池构造尺寸见下图：3.3海漫设计1、海漫长度计算用公式(18)计算海漫长度。其中为海漫长度计算系数，根据闸基土质为中粉质壤土则选12 ,上游水深为6.77m，下游水深可由Q与Hs关系图用差值法得出，也可在excel里面通过试算得出，单宽流量qs=Q/L

24、,L=71m，H=H-hs，通过计算将结果列入表3-3。取计算表中的大值，确定海漫长度为42m。表3-3 海漫长度计算表流量Q上游水深 下游水深 q1006.771.6351.4085.13521.4382006.772.492.8174.28028.9693006.773.1854.2253.58533.9424006.773.7955.6342.97537.4075006.774.3457.0422.42539.7396006.774.8548.4511.91641.042626.056.774.988.8181.79041.2166506.775.4649.1551.30638.8157

25、006.775.67999.8591.09038.5012、海漫构造因为对海漫的要求为有一定的粗糙度以便进一步消除余能，有一定的透水性，有一定的柔性。所以选择在海漫的起始段为10米长的浆砌石水平段，因为浆砌石的抗冲性能较好，其顶面高程与护坦齐平。后32米做成坡度为1：16的干砌石段，以使水流均匀扩散，调整流速分布，保护河床不受冲刷。海漫厚度为0.6米，下面铺设15cm的砂垫层。3.4防冲槽设计海漫末端河床冲刷坑深度按公式19计算，其中河床土质的不冲流速可按下式计算。按不同情况计算如表3-4所示。 (20)式中 河床土质的不冲流速，m/s； 查水力学可知此处取0.8m/s； 水力半径， ； 海漫

26、末端河床水深，m。校核情况：计算简图见右图H1=60.82-49.92=10.9A1= (80+80+10.922)10.90.5=1109.621=80+10.92=128.746q”=Q校/80=20.53R1/5=1.2308=60.82-49.92=10.9d=1.1q/ -t=7.45设计情况：计算简图见下图H 2=59.35-49.92=9.43A2=(80+80+9.4322)9.430.5=932.24982=80+9.432=122.17q”=Q设/80=13.99R1/5=1.2308=59.35-49.92=9.43d=1.1q/ -t=3.38将数据填入表3-4表3-4

27、 冲刷坑深度计算表计算情况相应过水水面积 湿周 校核情况20.531109.62128.7461.53851.230810.97.45设计情况13.99932.2498122.171.50151.20129.433.38根据水闸设计规范，防冲槽的深度一般取1.52m，底宽则为深度的23倍。所以确定防冲槽的深度为2m。采用宽浅式，底宽取4m，上游坡率为2，下游坡率为3，出槽后作成坡率为5的斜坡与下游河床相连。如下图所示。3.5上下游岸坡防护为了保护上、下游翼墙以外的河道两岸岸坡不受水流的冲刷，需要进行护坡。采用浆砌石护坡，厚0.3米，下设0.1米的砂垫层。保护范围上游自铺盖向上延伸23倍的水头，

28、下游自防冲槽向下延伸46倍的水头。4防渗排水设计4.1闸底地下轮廓线的布置1、防渗设计的目的防止闸基渗透变形；减小闸基渗透压力；减少水量损失；合理选用地下轮廓尺寸。2、布置原则防渗设计一般采用防渗和排水相结合的原则，即在高水位侧采用铺盖、板桩、齿墙等防渗设施，用以延长渗径减小渗透坡降和闸底板下的渗透压力；在低水位侧设置排水设施，如面层排水、排水孔排水或减压井与下游连通，使地下渗水尽快排出，以减小渗透压力，并防止在渗流出口附近发生渗透变形。3、地下轮廓线布置(1)闸基防渗长度的确定根据公式21计算闸基理论防渗长度：其中 为渗径系数，因为地基土质为中粉质壤土，查表取7，H为上下游最大水头差，为6.

29、77m。L=76.77=47.39m(2)防渗设备 由于闸基土质以粘性土为主，防渗设备采用粘土铺盖，闸底板上、下游侧设置齿墙，为了避免破坏天然的粘土结构，不宜设置板桩。 (3)防渗设备尺寸和构造。闸底板顺水流方向长度根据公式(20)计算：L底=AH根据闸基土质为中粉质壤土A取2.0，代入数据得L底=AH=26.77=13.54m。底板长度综合考虑上部结构布置及地基承载力等要求，确定为15m。闸底板厚度为t=91/6=1.5m，实际取为1.5m。齿墙具体尺寸见下图。 (4)铺盖长度根据3 到5倍的上、下游水位差，确定为30m。铺盖厚度确定为：便于施工上游端取为0.6m，末端为2.5m以便和闸底板

30、联接。为了防止水流冲刷及施工时破坏粘土铺盖，在其上设置30cm厚的浆砌块石保护层，10cm厚的砂垫层。4、校核地下轮廓线的长度根据以上设计数据，实际的地下轮廓线布置长度应大于理论的地下轮廓线长度，通过校核，满足要求。铺盖长度+闸底板长度+齿墙长度= 30+15+6.8=51.8m47.39m其中齿墙的长度包括齿墙的下面的斜边3和两个直角边1和2，所以齿墙长度为2(1+1+1)=6.8m，计算简图如右图：4.2排水设备的细部构造1、排水设备的作用采用排水设备，可降低渗透水压力，排除渗水，避免渗透变形，增加下游的稳定性。排水的位置直接影响渗透压力的大小和分布，应根据闸基土质情况和水闸的工作条件，做

31、到既减少渗压又避免渗透变形。2、排水设备的设计水平排水 水平排水为加厚反滤层中的大颗粒层，形成平铺式。反滤层一般是由23层不同粒径的砂和砂砾石组成的。层次排列应尽量与渗流的方向垂直，各层次的粒径则按渗流方向逐层增大。反滤层的材料应该是能抗风化的砂石料，并满足：被保护土壤的颗粒不得穿过反滤层；各层的颗粒不得发生移动；相邻两层间，较小一层的颗粒不得穿过较粗一层的空隙；反滤层不能被阻塞，应具有足够的透水性，以保证排水通畅；同时还应保证耐久、稳定，其工作性能和效果应不随时间的推移和环境的改变而变差。本次设计中的反滤层由碎石，中砂和细砂组成，其中上部为20cm厚的碎石，中间为10cm厚的中砂，下部为10

32、cm厚的细砂(见下图)。铅直排水设计 本工程在护坦的中后部设排水孔，孔距为2m，孔径为10cm，呈梅花形布置，孔下设反滤层。侧向排水设计 侧向防渗排水布置(包括刺墙、板桩、排水井等)应根据上、下游水位，墙体材料和墙后土质以及地下水位变化等情况综合考虑，并应与闸基的防渗排水布置相适应，在空间上形成防渗整体。在消力池两岸翼墙设23层排水孔，呈梅花形布置，孔后设反滤层，排出墙后的侧向绕渗水流。3、止水设计凡具有防渗要求的缝，都应设止水设备。止水分铅直和水平止水两种。前者设在闸墩中间，边墩与翼墙间以及上游翼墙铅直缝中；后者设在粘土铺盖保护层上的温度沉陷缝、消力池与底板温度沉陷缝、翼墙、消力池本身的温度

33、沉降缝内。在粘土铺盖与闸底板沉陷缝中设置沥青麻袋止水。其构造详图见下图。4.3防渗计算1、渗流计算的目的：计算闸底板各点渗透压力；验算地基土在初步拟定的地下轮廓线下的渗透稳定性。2、计算方法有直线比例法、流网法和改进阻力系数法，由于改进阻力系数法计算结果精确，采用此种方法进行渗流计算。 3、计算渗透压力(1)地基有效深度的计算。 根据公式(22)判断L0/S0=185，地基有效深度 为Te=0.545=22.5m计算Te小于实际的地基透水层深度25m，所以取小值Te=22.5m。 (2)分段阻力系数的计算。通过地下轮廓的各角点和尖端将渗流区域分成9个典型段，如图4所示。其中1、9段为进出口段，

34、用式(23)计算阻力系数；3、5、7段为内部垂直段，用式(24)计算相应的阻力系数；2、4、6、8段为水平段，用式(25)计算相应的阻力系数。各典型段的水头损失用式(26)计算。计算各断面的水头损失：在excel中编制公式可直接得出所有结果将计算结果列入表4-1中：表4-1 各段渗透压力水头损失分段编号 分段名称 进口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1.01.021130.5521.2221.2

35、22垂直1210.0480.1050.105水平002010.0500.1110.371出口1.521.50.4691.0370.777合计3.06H= 6.77H=6.77对于进出口段的阻力系数修正，按公式(27)、(28)、(29)计算：修正后的水头损失：阻力修正系数：将计算结果列入表4-2：表4-2 进出口段的阻力系数修正表 段 别SThoh进口段0.621.90.340.333490.6573.553出口段2.5200.750.77690.2600.371(3)计算各角点的渗透压力值。 用表4-1计算的各段的水头损失进行计算，总的水头差为正常挡水期的上、下游水头差6.77m。各段后角点

36、渗压水头=该段前角点渗压水头此段的水头损失值，结果列入表4-3。表4-3 闸基各角点渗透压力值 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)验算渗流逸出坡降。 出口段的逸出坡降为： J=hi/S=0.777/1.5=0.518，小于壤土出口段允许渗流坡降值 (查表得)，满足要求，不会发生渗透变形。绘制闸底板的渗透压力分布图见右图。5闸室布置5.1 底板和闸墩1、闸底板的设计(1)作用：闸底板是闸室的基础，承受闸室及上部结构的全部荷载，并较均匀地传给地基，还有防冲、防渗等作用

37、。(2)型式：常用的闸底板有平底板和钻孔灌注桩底板。由于在平原地区软基上修建水闸，采用整体式平底板，沉陷缝设在闸墩中间。(3)长度：根据前边设计已知闸底板长度为15m。(4)厚度根据前边设计已知闸底板厚度为1.5m。2、闸墩设计(1)作用：分隔闸孔并支承闸门、工作桥等上部结构，使水流顺利的通过闸室。(2)外形轮廓：应能满足过闸水流平顺、侧向收缩小的，过流能力大的要求。上游墩头采用半圆形，下游墩头采用流线型。其长度采用与底板同长，为15m。(3)厚度为中墩1.2m，缝墩1.6m，边墩1.0m。平面闸门的门槽尺寸应根据闸门的尺寸确定，检修门槽深0.20m,宽0.20m,主门槽深0.3m,宽0.8m

38、。检修门槽与工作门槽之间留2.6m的净距，以便于工作人员检修。 (4)高度采用以下三种方法计算取较大值，根据计算墩高最大值为9.58m，1) =校核洪水位时水深+安全超高=9.08+0.5=9.58m。2) =设计洪水位时水深+安全超高=7.58+0.7=8.28m；3) =正常挡水位时水深+ (波浪高加安全超高)=6.77+0.59+0.4=7.76m(式中波浪高度的计算请查阅相关书籍)另根据水闸设计规范中规定有防洪任务的拦河闸闸墩高程(9.58+51.92=61.5m)不应低于两岸堤顶高程(61.5m)，两岸堤顶高程为61.5m，故经比较后取闸墩高度为10.0m。缝墩尺寸见下图。5.2 闸

39、门与启闭机闸门按工作性质可分为工作闸门、事故闸门和检修闸门；按材料分为钢闸门、混凝土闸门和钢丝网水泥闸门；按结构分为平面闸门、弧形闸门等。1、工作闸门基本尺寸为闸门高8m，宽9m，采用平面钢闸门，双吊点，滚轮支承。2、检修闸门采用叠梁式，闸门槽深为20cm，宽为20cm，闸门型式如右图所示。3、启闭机可分为固定式和移动式两种，常用固定式启闭机有卷扬式、螺杆式和油压式。卷扬式启闭机启闭能力较大，操作灵便，启闭速度快，但造价高。螺杆式启闭机简便、廉价，适用于小型工程，水压力较大，门重不足的情况等。油压式启闭机是利用油泵产生的液压传动，可用较小的动力获得很大的启闭力，但造价较高。在有防洪要求的水闸中

40、，一般要求启闭机迅速可靠，能够多孔同步开启，这里采用卷扬式启闭机，一门一机。4、启闭机的选型(1)根据水工设计手册平面直升钢闸门结构活动部分重量公式: (1)式中 闸门结构活动部分重量，t；闸门的支承结构特征系数，对于滑动式支承取0.8；对于滚轮式支承取1.0，对于台车式支承取1.3。 闸门材料系数，普通碳素结构钢制成的闸门为1.0；低合金结构钢制成的闸门取0.8。孔口高度，取8m；孔口宽度，取9m。将数据代入公式：G=0.0121.00.881.6591.85=17.29t，闸门的重力=17.29109.8=169.442KN，考虑其它因素取闸门自重170KN。(2)初估闸门启闭机的启门力和

41、闭门力，根据水工设计手册中的近似公式： (2) (3) 式中 平面闸门的总水压力，KN， ；启门力，KN； 闭门力，KN；代入数据得： 总水压力：P=1/2106.779=2062.48(KN) 启门力：FQ=0.112062.48+1.2170=430.87(KN)闭门力：FW=0.112062.48-1.2170=22.87(KN)由于闸门关闭挡水时，水压力 P值最大。此时闸门前水位为6.77m，本次设计的水闸为中型水闸，系数采用0.11，经计算启闭力FQ为430.8728KN，闭门力FQ为22.8728KN。查水工设计手册选用电动卷扬式启闭机型号QPQ-2 40。5.3 上部结构1、工作

42、桥工作桥是为了安装启闭机和便于工作人员操作而设的桥。若工作桥较高可在闸墩上部设排架支承。工作桥设置高程与闸门尺寸及形式有关。由于是平面钢闸门，采用固定式卷扬启闭机，闸门提升后不能影响泄放最大流量，并留有一定的富裕度。根据工作需要和设计规范，工作桥设在工作闸门的正上方，用排架支承工作桥，桥上设置启闭机房。由启闭机的型号决定基座宽度为2m，启闭机旁的过道设为1m，启闭机房采用24砖砌墙，墙外设0.66m的阳台(过人用)。因此，工作桥的总宽度为6m。由于工作桥在排架上，确定排架的高度即可得到工作桥高程。排架高度=闸门高+安全超高+吊耳高度=8+0.5+0.5 =9m工作桥高程=闸墩高程+排架高+T型

43、梁高=61.92+9+1=71.92m工作桥细部构造图见下图：工作桥细部构造图(单位：cm)2、交通桥交通桥的作用是连接两岸交通，供车辆和人通行。交通桥的型式可采用板梁式。交通桥的位置应根据闸室稳定及两岸连接等条件确定，布置在下游。仅供人畜通行用的交通桥，其宽度不小于3m；行驶汽车等的交通桥，应按交通部门制定的规范进行设计，一般公路单车道净宽为4.5m，双车道为79m。本次设计采用桥宽6m，其中人行道1m，具体尺寸如下图所示。3、检修桥检修桥的作用为放置检修闸门，观测上游水流情况，设置在闸墩的上游端。采用预制T型梁和活盖板型式。尺寸如下图所示。5.4 闸室的分缝与止水水闸沿轴线每隔一定距离必须

44、设置沉陷缝，兼作温度缝，以免闸室因不均匀沉陷及温度变化产生裂缝。缝距一般为1530m，缝宽为22.5cm。整体式底板闸室沉陷缝，一般设在闸墩中间，一孔、二孔或三孔一联为独立单元，其优点是保证在不均匀沉降时闸孔不变形，闸门仍然正常工作。凡是有防渗要求的缝，都应设止水设备。止水分铅直和水平两种。前者设在闸墩中间，边墩与翼墙间以及上游翼墙本身；后者设在铺盖、消力池与底板，和混凝土铺盖、消力池本身的温度沉降缝内。本次设计缝墩宽1.6m，缝宽为2cm，取中间三孔为一联，两边各为两孔一联。6闸室稳定计算6.1 设计情况及荷载组合1、设计情况选择水闸在使用过程中，可能出现各种不利情况。完建无水期是水闸建好尚

45、未投入使用之前，竖向荷载最大，容易发生沉陷或不均匀沉陷，这是验算地基承载力的设计情况。正常挡水期时下游无水，上游为正常挡水位，上下游水头差最大，闸室承受较大的水平推力，是验算闸室抗滑稳定性设计情况。泄洪期工作闸门全开，水位差较小，对水闸无大的危害，故不考虑此情况。本设计地震烈度为6度，不考虑地震情况。2、完建无水期和正常挡水期均为基本荷载组合。取中间三孔一联为单元进行计算，需计算的荷载见表6-1所示。表6-1 荷载组合表荷载组合 计算情况荷 载 自重 静水压力 扬压力 泥沙压力 地震力 浪压力 基本组合 完建无水期 正常挡水期 6.2 完建无水期地基承载力验算1荷载计算荷载计算主要是闸室及上部

46、结构自重。在计算中以三孔一联为单元，省略一些细部构件重量，如栏杆、屋顶等。力矩为对闸底板上游端点所取。钢筋混凝土重度采用25KN/m3；混凝土重度采用23 KN/m3；水重度采用9.81 KN/m3；砖石重度采用19 KN/m3。完建无水期的荷载分布图见右图，荷载计算表见表6-2。通过各部分的构造图写出计算步骤：闸底板(以中间3个闸门为一联)力矩对闸底板上有端点所取，见右图。重力=(1.515+2)3125=19762.5(KN)力臂长=7.5m力矩=19762.57.5=148218.75 (KNm)中墩：重力=1.21015225=9000(KN)力臂长=7.5m力矩=90007.5=67

47、500(KNm)缝墩：重力=1.6101525=6000(KN)力臂长=7.5m力矩=60007.5=45000(KNm)工作桥：重力=(30804+46020+702)282510-4=1619.75(KN)力臂长=3.4+0.2+2.6+0.4=6.6m力矩=1619.756.6=10690.35(KNm)交通桥：重力=(40503+20600+110202+10102)3125=1751.5(KN)力臂长=15-6/2=12m力矩=1751.512=21018(KNm)检修桥重力=(30502+21030)3125=720.75(KN) 力臂长=3.4+0.1=3.5m力矩=3.5720

48、.75=2522.625(KNm)启闭机重力=235.44(KN) 力臂长=6.6m力矩=235.446.6=1553.904(KNm)将计算结果填入表6-2：表6-2 完建无水期荷载计算表荷 载 自 重(KN) 力臂(m) 力 矩(KN.m) - + 闸底板 19762.57.5148218.75闸墩 中墩 90007.567500缝墩 60007.545000工作桥 1619.756.610690.35交通桥 1751.51221018检修桥 720.753.52522.625启闭机 235.446.61553.904启闭机房 1209.606.67983.36排架 1011.006.66

49、672.6闸门 621.156.64099.59合计 41931.69311569.1792、地基承载力验算根据荷载计算结果，采用公式(1)、(2)进行地基承载力的验算，可得结论完建无水期的地基承载力能够满足要求，地基也不会发生不均匀沉陷。地基承载力公式为 ： (1)(2)偏心距：由公式e=,代入数值得: e=15/2-311569.179/41931.69=0.0696(m)地基承载力：由，代入数值得；地基承载力平均值KPaP=200(kpa) 地基不均匀系数：由公式 ，代入数值得； =92.69/87.67=1.057=2.5。6.3 正常挡水期闸室抗滑稳定验算1、荷载计算正常挡水期荷载计

50、算除闸室自重外，还有静水压力，水重，闸底板所受扬压力由渗透计算中可得。由于浪压力小于静水压力的5%，忽略不计。根据上图可计算各部分压力：闸室自重：-G=41931.69(KN)力臂长=7.5m力矩=41931.697.5=311569.179(KNm)上游水压力：P1：-P1=1/26.779.8131=6969.12(KN)力臂长=6.77/6=2.257m力矩=6969.122.257=15726.98(KNm)P2：+P2=4166.307(KN)通过右图可计算得力臂长=1.152m力矩=4166.3071.152=4799.236(KNm)浮托力：+F浮=（151.59.81+39.8

51、1）31=7754.805(KN)力臂长=7.5m力矩=7754.8057.5=58161.04(KNm)渗透压力：+用虚线将渗透压力分布图分成8个部分，如下图，分别计算它们的面积和形心位置：面积：A=0.7815+0.3714+1/20.37+0.114+1.221+1/21.2213+0.111+1/20.111=27.78F渗=27.789.8131=8448.18 (KN)形心点位置离A点位置：X=6.46m力臂长=6.46m力矩=6.468448.18=54575.24(KNm)水重 -G水=6.226.77319.81=12764.27力臂长=3.1m力矩=12764.713.1=

52、39570.61(KNm)将以上计算结果填入表6-3：表6-3 正常挡水期荷载计算表荷载名称 垂直力(KN) 水平力(KN) 力臂(m) 力 矩(KN.m) - + 闸室自重 41931.69311569.179上游水压力 6969.122.25715726.98 4166.3071.1524799.236浮托力 7754.8057.558161.04渗透压力 8448.185.3645281.92水 重 12764.273.139570.61合 计 54696.416202.985366866.769108242.238493.41511135.427 -258624.572、地基承载力验算

53、根据荷载计算结果，采用公式(1)、(2)进行地基承载力的验算，可知正常挡水期的地基承载力及地基不均匀系数均满足要求。偏心距：由公式e=,代入数值得: e=15/2-258624.57/38493.415=0.78(m)地基承载力：由，代入数值得；地基承载力平均值KPaP=200(kpa) 地基不均匀系数：由公式 ，代入数值得； =108.65/57=1.9=2.0。3、闸室抗滑稳定计算闸底板上、下游端设置的齿墙深度为1.0m，按浅齿墙考虑，闸基下没有软弱夹层。滑动面沿闸底板与地基的接触面，采用公式(3)进行计算，其中的闸底板与地基之间的摩擦系数，根据闸址处地层分布可知为重粉质壤土和细砂，查闸室基础底面与地基之间的摩擦系数表得0.45，允许的抗滑稳定安全系数根据本工程主要建筑物为3级，查表得1.20。经计算闸室抗滑稳定满足要求。抗滑稳定安全系数 ： （3）代入数值计算得；7上下游连接建筑物7.1上下游连接建筑物的作用(1)挡住两侧填土，维持土坝及两岸的稳定。(2)当水闸泄水或引水时，上游翼墙主要用于引导水流平顺进闸，下游翼墙使出闸水流均匀扩散，减少冲刷。(3)保持两岸或土坝边坡不受过闸水流的冲刷。(4)控制通过闸身两侧的渗流，防止与其相连的岸坡或土坝产生渗透变形。(