1、攔河閘設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)目錄1 基本資料3 工程概況3 地質(zhì)資料3 水文氣象3 建筑材料4 批準(zhǔn)的規(guī)劃成果42 閘孔設(shè)計(jì)55 閘型確定5 擬定閘孔尺寸及閘墩厚度5 校核泄洪能力73消能設(shè)計(jì)88131516184防滲排水設(shè)計(jì)181819215閘室布置24 底板和閘墩24 閘門(mén)與啟閉機(jī)25 上部結(jié)構(gòu)27 閘室的分縫與止水296閘室穩(wěn)定計(jì)算29 設(shè)計(jì)情況及荷載組合29 完建無(wú)水期地基承載力驗(yàn)算30 正常擋水期閘室抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算337上下游連接建筑物373737 下游連接建筑物378 附圖37 水閘半平面布置圖37 水閘縱剖面圖37381 基本資料 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

2、地面積288萬(wàn)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(wàn)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(wàn)畝。閘上游開(kāi)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(wàn)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。 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=土壤干重度r干=m3飽和重度r飽=m3浮重度r浮=m3，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=

3、m2P地基=150KPa、砌石與土基摩擦系數(shù)f=×10-3cms(二)本地區(qū)地震烈度為60以下 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=。(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。 m3/s，。 m3/s，。(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 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。 批準(zhǔn)

4、的規(guī)劃成果(一)灌溉用水季節(jié)，下游無(wú)水。(二)洪水標(biāo)準(zhǔn)。，相應(yīng)的洪峰流量1119m3s，。， m3s，。2 閘孔設(shè)計(jì) 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(wèn)題。在選擇過(guò)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)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。 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(lái)臨時(shí)，開(kāi)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(kāi)敞式水閘。同時(shí)，由于河槽蓄水，閘前淤積對(duì)洪水位影響

5、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(wú)底坎平頂板寬頂堰，堰頂高程與河床同高，。 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(guò)計(jì)算斷面面積。由資料可得b=80m，m=2，設(shè)計(jì)高程：h上=、h下= m， 校核高程：h上=61m、h下= m馬道以下的面積A1=(80+×2)×=馬道到設(shè)計(jì)水位的面積A2=(80+×2×2+6×2+×2)=馬道到校核水位的面積A3=(80+×2×2+6×2+×2)

6、5;=可得：A設(shè)計(jì)= A1 +A2=A校核= A1 +A3=列入下表，如表2-1所示：表2-1 上游水頭計(jì)算 流量Q(m3/s)下游水深hs(m) 上游水深H(m) 過(guò)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(mén)全開(kāi)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(méi)出流。 表2-2 淹沒(méi)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7.4

7、37.693 7.436.154淹沒(méi)出流校核水位8.99.236 8.97.388淹沒(méi)出流  按照閘門(mén)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)，；m為堰流流量系數(shù)，。 B設(shè)計(jì)=1119/(××××)= m B校核=(××××)= 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(méi)系數(shù) (m) 設(shè)計(jì)流量11197.437.693 0.966 0.57455.84 校核流量1642.35 8.99.236 0.964 0.58

8、661.03 根據(jù)閘門(mén)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(mén)對(duì)稱(chēng)開(kāi)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×+4×)=71m由于閘基為軟基河床，選用整體式底板，縫設(shè)在閘墩上，邊墩厚1m。如下圖所示。 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+)=，得 ；靠縫墩孔b0/bs =9/(9+)=，得 ；對(duì)于邊孔 b0/bs =9/( b0 +bb)=9/(9+×2+6+(80-71)

9、/2)=，bb=h校核h底，得 ；所以 (1×+4×+2×)/(1+4+2)=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)=×××63××=|()/ | =%Q校核=×××63××= m3/s|()/ | =%列入下表得：表2-4 過(guò)流能力校核計(jì)算表計(jì)算情況堰上水頭H0(m)校核過(guò)流能力設(shè)計(jì)流量11197.6930.9660.5740.961262.5311.37%校核流量1642.359.2360.9640.5860.9616

10、95.493.13%設(shè)計(jì)情況超過(guò)了規(guī)定5%的要求，說(shuō)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)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(shè)計(jì)水位或校核水位時(shí)閘門(mén)全開(kāi)渲泄洪水，為淹沒(méi)出流無(wú)需消能。，部分閘門(mén)局部開(kāi)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(wú)論何種開(kāi)啟高度的情況下均能發(fā)生淹沒(méi)式水躍消能，所以采用閘前水深H=，閘門(mén)局部開(kāi)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(mén)的操作規(guī)程，本次設(shè)計(jì)按1、3、5、7孔對(duì)稱(chēng)方式開(kāi)啟，

11、分別對(duì)不同開(kāi)啟孔數(shù)和開(kāi)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)、(11)計(jì)算：其中，本次設(shè)計(jì)取0=，=，=，收縮系數(shù)則通過(guò)查表差值可得。當(dāng)開(kāi)孔數(shù)n=1，e=，=，=，Q=××9×1×=hc=×=q= Q/b=hc=當(dāng)開(kāi)孔數(shù)n=1，e=，=，=，Q=××9×1×=hc=×1=q= Q/b=hc=同理可算得其它情況的各值，將數(shù)據(jù)列入表3-3。下游水深的計(jì)算則需要通過(guò)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

12、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(yè)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(馬道高程-底部高程=)時(shí)，分別取Hs=0、1、4、，然后通過(guò)上述公式計(jì)算可得Q=0、，計(jì)算簡(jiǎn)圖如下：將數(shù)據(jù)代入表3-1，通過(guò)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(Hs)QbHs1+32總濕周nrA0.008000.008080.000.02250.0014.11800.52.248082.240.022740.5044.478014.4780

13、84.470.023082.0086.86801.56.718086.710.0232124.50139.548028.948088.940.0234168.00201.45802.511.188091.180.0235212.50271.8880313.428093.420.0237258.00350.31803.515.658095.650.0239304.50436.3680417.898097.890.0240352.00529.73804.520.1280100.120.0242400.50626.05804.9822.2780102.270.0243448.00當(dāng)下游水深(馬道高程

14、-底部高程=)時(shí)，該斷面要考慮馬道，查水力學(xué)上冊(cè)210頁(yè)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(guò)復(fù)式斷面渠道的流量，應(yīng)為通過(guò)各部分流量Q、Q、Q的總和，于是：Q=(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(guò)變換Hs的值

15、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 91.743 123.112 145.606 182.599 219.473 275.228 369.334 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 Hs2.8

16、00 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(kāi)啟孔數(shù)n開(kāi)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1.1119.1418.791.00.61860.876.760.6183.6281.20931.62261.0919.9220.771.20.61973.168.130.7433.9481.35171.8

17、6471.0520.7722.111.50.62191.7410.190.9324.3761.55052.20990.9721.6823.762.00.625123.1113.681.2504.9921.85352.74990.7922.5225.8230.80.616145.615.390.4933.2672.05240.2563自由出流1.2219.2419.141.00.618182.606.760.6183.6282.35510.29471.2720.6520.771.20.619219.478.130.7433.9482.63370.32861.3021.7922.111.50.62

18、1275.2310.190.9324.3763.02240.37351.3323.1423.76池深控制2.00.625369.3313.681.2504.9923.61440.43521.3424.7325.82限開(kāi)50.80.616242.685.390.4933.2672.79980.0721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.

19、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(méi)出流1.00.618426.066.760.6183.6283.9421.20.619512.108.130.7433.9484.40851.50.621642.2010.190.9324.3765.432.00.625861.7813.681.2504.9926.331、消力池深度計(jì)算根據(jù)所選擇的控制條件，用(10)、(11)、(12)式計(jì)算挖池

20、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)算得2、消力池池長(zhǎng)，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)，； 為確定池深時(shí)的過(guò)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=。消力池構(gòu)造尺寸見(jiàn)下圖：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

21、粉質(zhì)壤土則選12 ,，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(guò)試算得出，單寬流量qs=Q/L,L=71m，H=H-hs'，通過(guò)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

22、.042626.056.774.988.8181.79041.2166506.775.4649.1551.30638.8157006.775.67999.8591.09038.5012、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。，下面鋪設(shè)15cm的砂墊層。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

23、)式中 河床土質(zhì)的不沖流速，m/s； 查水力學(xué)； 水力半徑， ； 海漫末端河床水深，m。校核情況：計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)右圖H1=A1= (80+80+×2×2)××=1=80+××2=q”=Q校/80=R1/5=d=×q/ -t=設(shè)計(jì)情況：計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)下圖H 2=A2=(80+80+×2×2)××=2=80+××2=q”=Q設(shè)/80=R1/5=d=×q/ -t=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(guò)水水面積 濕周 校核情況20.531109.621

24、28.7461.53851.230810.97.45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，2m，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。如下圖所示。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，。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)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)

25、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，。L=7×=(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

26、水流方向長(zhǎng)度根據(jù)公式(20)計(jì)算：L底=AH，代入數(shù)據(jù)得L底=A×H=2×=。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求，確定為15m。閘底板厚度為t=9×1/6=，。齒墻具體尺寸見(jiàn)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：，。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(guò)校核，滿足要求。鋪蓋長(zhǎng)度+閘底板長(zhǎng)度+齒墻長(zhǎng)度= 30+15+

27、=其中齒墻的長(zhǎng)度包括齒墻的下面的斜邊3和兩個(gè)直角邊1和2，所以齒墻長(zhǎng)度為2×(1+1+1×)=，計(jì)算簡(jiǎn)圖如右圖：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(guò)反濾層；各層的

28、顆粒不得發(fā)生移動(dòng)；相鄰兩層間，較小一層的顆粒不得穿過(guò)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(jiàn)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

29、滲整體。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(jiàn)下圖。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)算滲透壓力(1)地

30、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T(mén)e=×45=計(jì)算Te小于實(shí)際的地基透水層深度25m，所以取小值Te=。 (2)分段阻力系數(shù)的計(jì)算。通過(guò)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 各段滲透壓力水頭損失分段編號(hào) 分段名稱(chēng) 進(jìn)口0.6

31、22.50.4480.9900.333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)果列入表4-2：表4-2 進(jìn)出口段的阻力系數(shù)

32、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、。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。 出口段的逸出坡降為： J=hi/S=，小于壤土出口段允許滲流坡降

33、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(jiàn)右圖。5閘室布置 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。2、閘墩設(shè)計(jì)(1)作用：分隔閘孔并支承閘門(mén)、工作橋等上部結(jié)構(gòu)，使水流順利的通過(guò)閘室。(2)外形輪廓：應(yīng)能滿足過(guò)閘水流平順、側(cè)向收縮小的，過(guò)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

34、用與底板同長(zhǎng)，為15m。(3)厚度，。平面閘門(mén)的門(mén)槽尺寸應(yīng)根據(jù)閘門(mén)的尺寸確定，,。，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，1) =校核洪水位時(shí)水深+安全超高=+=。2) =設(shè)計(jì)洪水位時(shí)水深+安全超高=+=；3) =正常擋水位時(shí)水深+ (波浪高加安全超高)=+=(式中波浪高度的計(jì)算請(qǐng)查閱相關(guān)書(shū)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(+=)不應(yīng)低于兩岸堤頂高程()，?？p墩尺寸見(jiàn)下圖。 閘門(mén)與啟閉機(jī)閘門(mén)按工作性質(zhì)可分為工作閘門(mén)、事故閘門(mén)和檢修閘門(mén)；按材料分為鋼閘門(mén)、混凝土閘門(mén)和鋼絲網(wǎng)水泥閘門(mén)；按結(jié)構(gòu)分為平面閘門(mén)、弧形閘門(mén)等。1、工作閘門(mén)基本尺寸為閘門(mén)高8m，寬

35、9m，采用平面鋼閘門(mén)，雙吊點(diǎn)，滾輪支承。2、檢修閘門(mén)采用疊梁式，閘門(mén)槽深為20cm，寬為20cm，閘門(mén)型式如右圖所示。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?yè)P(yáng)式、螺桿式和油壓式。卷?yè)P(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(mén)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(kāi)啟，這里采用卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)，一門(mén)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(mén)結(jié)構(gòu)活動(dòng)部分重量公式: (1)式中 閘門(mén)結(jié)構(gòu)活

36、動(dòng)部分重量，t；閘門(mén)的支承結(jié)構(gòu)特征系數(shù)，；，。 閘門(mén)材料系數(shù)，；?？卓诟叨龋?m；孔口寬度，取9m。將數(shù)據(jù)代入公式：G=××××=，閘門(mén)的重力=×10³×=，考慮其它因素取閘門(mén)自重170KN。(2)初估閘門(mén)啟閉機(jī)的啟門(mén)力和閉門(mén)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(mén)的總水壓力，KN， ；啟門(mén)力，KN； 閉門(mén)力，KN；代入數(shù)據(jù)得： 總水壓力：P=1/2×10ײ×9=(KN) 啟門(mén)力：FQ=×+×170=(KN)閉門(mén)力：FW=×&

37、#215;170=(KN)由于閘門(mén)關(guān)閉擋水時(shí)，水壓力 P值最大。，本次設(shè)計(jì)的水閘為中型水閘，。查水工設(shè)計(jì)手冊(cè)選用電動(dòng)卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)型號(hào)QPQ-2 40。 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(mén)尺寸及形式有關(guān)。由于是平面鋼閘門(mén)，采用固定式卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)，閘門(mén)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(mén)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(guò)道設(shè)為1m，啟閉機(jī)房采用24磚砌墻，(過(guò)人用)。因此，工作橋的總寬度為6m。由于工

38、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(mén)高+安全超高+吊耳高度=8+ =9m工作橋高程=閘墩高程+排架高+T型梁高=+9+1=工作橋細(xì)部構(gòu)造圖見(jiàn)下圖：工作橋細(xì)部構(gòu)造圖(單位：cm)2、交通橋交通橋的作用是連接兩岸交通，供車(chē)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(chē)等的交通橋，應(yīng)按交通部門(mén)制定的規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，雙車(chē)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(mén)，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

39、和活蓋板型式。尺寸如下圖所示。 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2。整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(mén)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)。，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 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(guò)程中，可能出現(xiàn)

40、各種不利情況。完建無(wú)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(wú)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(yàn)算閘室抗滑穩(wěn)定性設(shè)計(jì)情況。泄洪期工作閘門(mén)全開(kāi)，水位差較小，對(duì)水閘無(wú)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(wú)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(jiàn)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(wú)水期 正常擋水期 完建無(wú)水期地基承載力驗(yàn)算1荷載

41、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。鋼筋混凝土重度采用25KN/m3；混凝土重度采用23 KN/m3； KN/m3；磚石重度采用19 KN/m3。完建無(wú)水期的荷載分布圖見(jiàn)右圖，荷載計(jì)算表見(jiàn)表6-2。通過(guò)各部分的構(gòu)造圖寫(xiě)出計(jì)算步驟：閘底板(以中間3個(gè)閘門(mén)為一聯(lián))力矩對(duì)閘底板上有端點(diǎn)所取，見(jiàn)右圖。重力=(×15+×2)×31×25=(KN)力臂長(zhǎng)=力矩=×= (KN·m)中墩：重力=×10×15×2×25=

42、9000(KN)力臂長(zhǎng)=力矩=9000×=67500(KN·m)縫墩：重力=×10×15×25=6000(KN)力臂長(zhǎng)=力矩=6000×=45000(KN·m)工作橋：重力=(30×80×4+460×20+×70×2)×28×25×10-4=(KN)力臂長(zhǎng)=+=力矩=×=(KN·m)交通橋：重力=(40×50×3+20×600+110×20×2+10×10×

43、2)×31×25=(KN)力臂長(zhǎng)=15-6/2=12m力矩=×12=21018(KN·m)檢修橋重力=(30×50×2+210×30)×31×25=(KN) 力臂長(zhǎng)=+=力矩=×=(KN·m)啟閉機(jī)重力=(KN) 力臂長(zhǎng)=力矩=×=(KN·m)將計(jì)算結(jié)果填入表6-2：表6-2 完建無(wú)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 60007.5450

44、00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(mén) 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(wú)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/(m)地基承載力：由，代入數(shù)值得；地基承載力

45、平均值KPaP=200(kpa) 地基不均勻系數(shù)：由公式 ，代入數(shù)值得； =。 正常擋水期閘室抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算1、荷載計(jì)算正常擋水期荷載計(jì)算除閘室自重外，還有靜水壓力，水重，閘底板所受揚(yáng)壓力由滲透計(jì)算中可得。由于浪壓力小于靜水壓力的5%，忽略不計(jì)。根據(jù)上圖可計(jì)算各部分壓力：閘室自重：-G=(KN)力臂長(zhǎng)=力矩=×=(KN·m)上游水壓力：P1：-P1=1/2ײ××31=(KN)力臂長(zhǎng)=力矩=×=(KN·m)P2：+P2=(KN)通過(guò)右圖可計(jì)算得力臂長(zhǎng)=力矩=×=(KN·m)浮托力：+F浮=（15××+3×）×31=(KN)力臂長(zhǎng)=力矩=×=(KN·m)滲透壓力：+用虛線將滲透壓力分布圖分成8個(gè)部分，如下圖，分別計(jì)算它們的面積和形心位置：面積：A=×15+×14+1/2×+×14+×1+1/2××13+×1+1/2××1=F滲=××31= (KN)形心點(diǎn)位置離A點(diǎn)位置：X=