水闸设计论文44481.doc

目录摘 要1abstract11绪论21.1水闸除险加固背景21.2台子水闸工程概况21.3水文地质条件31.3.1气象31.3.2设计洪水计算31.3.3水文地质31.3.4地震32枢纽布置设计52.1枢纽布置52.2泄水方案比选53水力计算63.1过流能力验算63.2闸孔宽度确定73.2.1泄水闸闸孔宽度确定73.2.2进水闸闸孔宽度确定83.3消能设计93.3.1消力池设计103.3.2海漫设计143.3.3防冲槽设计143.4附属建筑物154闸室稳定计算164.1水闸荷载作用164.2基底应力计算214.3抗滑稳定计算224.4渗流稳定计算254.4.1渗流计算254.4.2渗流稳定校核295结构计算305.1底板的结构稳定计算305.1.1弹性地基梁法305.1.2底板配筋计算325.2闸墩结构计算335.2.1闸墩应力计算335.2.2闸槽应力计算34结 束 语36沈阳农业大学学士学位论文摘 要 水闸是一种低水头挡水兼泄水的水工建筑物，依靠可以升降启闭的闸门控制水位、调节流量，在防洪、灌溉、排水、航运、发电等水利工程中应用的十分广泛。本次设计的台子水闸工程位于内蒙古赤峰市西辽河上游老哈河水系英金河二级支流西路嘎河中游。台子水闸工程对当地农牧业经济发展至关重要。 根据设计资料，结合当地水文、地质条件，按照水闸设计相关规范规定，设计该水闸结构型式。根据河道洪水季节行洪要求，确定水闸工程中的堰、泄水闸的型式、尺寸，根据当地灌区灌溉要求，确定水闸工程中进水闸的型式、尺寸。确定水闸工程的整体工程布置之后，对水闸进行泄流、供水能力复核计算，渗流计算，消能工的设计、复核以及闸室的稳定计算。完成水闸设计文本内容并绘制相关工程布置图。 通过台子水闸工程的整体设计计算，工程图纸绘制以及设计说明书的编写，能过对大学本科所学专业知识加以系统的整合、运用，是一次学以致用的实践过程。同时，通过此次水闸工程设计，认识到水利工程对于国民经济发展、生活水平的提高的巨大重要性，作为一个水利人，要认识到自己的肩头责任。关键词：水闸设计；泄流供水；消能防冲 37abstract sluice is a low water head and the water retaining water leakage of the hydraulic structures. relying on the control of opening and closing can lift the water level, adjust flow, in flood control, irrigation drainage, shipping, power generation and so on of the application of water conservancy project is very extensive. the design of thetaizi sluice located in xi luga river middle reaches of two tributaries of jinying river, chifeng city, neimenggu province ,west liaohe river taizi sluice is critical to the economic development of local agriculture and animal husbandry. design data, combined with the local hydrological and geological conditions, in accordance with the gate design specification to determine the type of gate design. according to the requirements of the river flood season flood, determine the weir sluice, drain the water gate type, size, requirements according to the local irrigation district irrigation sluice intake of types, sizes. determine the sluice of the overall project layout, the sluice discharge, review the calculation of water supply capacity, seepage calculation, the energy dissipation the workers in the design, review, and the chamber of the stability calculation. completion of the gate design text content and layout drawing related engineering. through the calculation of the overall design of the taizi sluice, the engineering drawing and design specification preparation, can the undergraduate professional knowledge of system integration, the use of time to apply our knowledge of the practice process.at the same time, through the sluice design, we recognize the tremendous importance of water conservancy projects for economic development, improvement of living standards, as a water person, to recognize our own responsibility.keywords：the design of sluice； flood discharge and water supply energy dissipation and erosion preventing1绪论1.1水闸除险加固背景 我国是一个人均水资源紧缺的国家，加之水资源在时间和空间分布不均，导致水资源供需矛盾更加尖锐。随着经济社会的发展，水利事业在国民经济建设中占有越来越重要的作用。在国家十二五规划中，更是提出要大力发展水利事业，加强水利基础设施建设。 水闸作为重要的取水建筑物，在水利工程中广泛应用。但目前现存的水闸工程有较多因运行期过长，不同程度的存在着破损问题，影响着工程效益的发挥。水闸除险加固的任务和编制原则：（1）坚持全面规划、统筹兼顾、标本兼治、综合治理的原则，按照各地区病险水闸的不同特点，研究综合性的除险加固措施，恢复和完善病险水闸应有的防洪减灾和兴利效益。（2）掌握已实施的病险水闸除险加固工程情况，总结经验，并对工程遗留问题进行规划补充和完善。（3）规划体现可行性和科学性，做好各项前期工作，包括注册登记、安全鉴定、初步设计等。1.2台子水闸工程概况 台子水闸工程位于赤峰市西辽河上游老哈河水系英金河二级支流西路嘎河中游，赤峰市松山区老府镇境内，距赤峰市区70km，地里坐标东经1181625.44，北纬421152.07。于1968竣工投入使用，由于工程设计标准偏低，在运行中年久失修，虽然在1985年进行了部分工程除险加固，但最终没有彻底解决工程的病险问题，灌溉引水受到限制，该工程是以灌溉为主兼顾防洪等综合利用水闸。台子水闸工程原有工程由溢流坝、泄洪闸、进水闸组成。溢流坝采用折线型实用堰，溢流坝坝顶高程为744.08m，下游坝底高程为742.08m，坝高1.5m，坝顶宽度1m，坝长为80m，溢流坝两侧都设有进水闸和泄洪闸，左右岸各设有2孔泄洪闸，泄洪闸位于溢流坝和进水闸之间，每孔净宽1.5m，闸室长度为5m，闸底板高程742.58m，木制闸门。左右岸泄洪闸外侧设有2孔进水闸，左右岸闸孔净宽相同为1.2m，右岸设计过闸流量为2m3/s，左岸设计过闸流量为1m3/s。 台子水闸工程的工程原设计洪峰流量为539.45m3/s，校核洪峰流量为623.1m3/s。根据水利水电工程等级划分及洪水标准，该水闸为等，主要建筑物为3级，次要建筑物为4级。依据台子水闸工程安全鉴定报告书中的水闸安全鉴定成果结论以及上级主管部门的意见本次设计的主要任务是：(1)拆除重建供水闸，重做消能防冲设施；(2)拆除重建泄洪闸，重做消能防冲设施；(3)新建启闭机室，增加闸门及启闭设备；(4)维修加固上游防洪堤，恢复建设下游防洪堤，并增加防护措施；(5)新建管理房、安设电气设施、完善观测设施及管理设施。 1.3水文地质条件1.3.1气象 本流域属于温带季风型半干旱气候区，具有明显大陆性特征。冬季寒冷干燥，降水稀少，最低气温零下28摄氏度；夏季酷热，降水集中，最高气温达39摄氏度。年平均气温约为57摄氏度，一月份平均气温最低，约在零下15摄氏度左右，七月份气温最高，约为50摄氏度左右。 流域内六个雨量站，据19582001年共39年的降水资料统计，多年平均降水量为425.5mm，最大685mm（1959年），最小283.5mm（1966年），年际变化2.4倍，多年平均最大一日降水量为70mm，69月降水量约占全年的80%左右，78月的降水量占全年的6070%。 风向多西北风，风力最大78级，一般为23级，夏秋季风小。流域内多年平均蒸发量为1988.5mm。结冻期约为160天，冻土深1.42m。1.3.2设计洪水计算 根据内蒙水设院98年大洪水后对赤峰地区“各水文站及重点水库设计洪峰流量成果”，采用的年限是截止到1998年，考虑到资料年限延长后枯水年偏多，对工程较为不利，从安全角度出发本次设计洪水计算仍采用内蒙水设院计算成果，根据松山地实测洪水资料，采用面积比法计算得出：p%=5时，q=540m3/s, p%=2时，q=610m3/s。1.3.3水文地质 本区属干旱的中低山区水文地质类型。其地下水类型为：松散堆积层孔隙水，碎屑孔隙裂隙层间水，基岩裂隙水三大类型。松散堆积层孔隙水分布于河谷冲积平原、山前坡洪积扇裙与黄土丘陵区。以河谷冲积平原富水性最强，含水层为全新统及上更新统冲积砂砾石层。勘察范围内地下水位埋深约0.5-1.5m。 区内地下水主要补给来源为大气降水，次为区外河谷潜水补给。地下水动态变化受气候、地貌及含水层埋藏条件等因素控制。一般规律是8-9月份水量最大，水位最高，5月份或12月至次年3月份水量最小，水位最低。区内沟谷水系发育，地形切割较深，沟谷坡降大。本区地表水，地下水径流条件良好，河流是本区地下水地表水排泄的良好通道。1.3.4地震 据2001年国家地震局编制的国家标准（gb18306-2001）中国地震动参数区划图，工程区地震动峰值加速度为0.05g ,地震烈度为7度。根据水工建筑物抗震设计规范，需要考虑抗震设计。2枢纽布置设计2.1枢纽布置 台子水闸工程位于二道子河水库下游西路嘎河中游，汛期有泄洪要求。河道两岸有需要灌溉的灌区，因此，台子水闸需要满足灌区供水需要。西路嘎河河道较宽，不宜全河段布置闸室，因此，综合考虑泄洪、供水要求，采取闸坝联合布置。 考虑原水闸工程将泄水闸布置在溢流坝两侧，坝脚处常年淤积，泄水闸常年泄水冲刷，河道断面已形成主河槽位于河道两侧的复式断面。此次台子水闸的工程布置依据河道复式断面，河道中间设置溢流坝，泄水闸紧靠溢流坝，左右岸对称布置，泄水闸之外布置供水闸，因左右岸灌区需要灌水量不同，左右岸供水闸闸室净宽不同。进水闸上游侧布置胸墙。修建工作桥，启闭机室。2.2泄水方案比选 经过水文计算，水闸的设计洪峰流量对应河道内20年一遇洪峰流量540m3/s，校核洪峰流量对应河道来水量50年一遇的洪峰流量610m3/s。根据国家水利水电工程等级划分及洪水标准(sl252-2000)中规定，依据水闸的过闸流量，台子水闸工程为等，主要建筑物为3级，次要建筑物为4级，临时建筑物等级为5级。方案一：全河段布置泄水闸方案二：闸坝联合布置对于方案一来说，因台子水闸地处二道子河水库下游，只在在汛期和上游水库放水时会遭遇较大流量，大部分时间泄水流量都较小，全河段布置泄水闸远远可以满足这些泄流要求，同时，这种布置方式工程造价较高，是一种资源浪费，在经济上讲是非常不合理的。对于方案二来说，闸坝联合布置，汛期或上游水库放水，河道水位抬高，闸坝都能起到泄流作用，可以满足泄水需要。在非汛期，泄水量较小，单独开启两侧的泄水闸就可以满足泄水要求。这种布置方案在满足泄洪需要的同时，施工简单，工程造价低。3水力计算3.1过流能力验算图31 下游河道断面简图台子水闸下游河道断面如上图所示，两侧主河槽河宽4.0m，河滩地宽80.0m。根据公式 （3-1） （3-2） （3-3） （3-4）式中：b主河槽底宽度4.0m；河滩地底宽80.0m 过水面积； 湿周； n渠道糙率，0.025； i渠道比降，0.0005； h断面深度； r水力半径； c谢才系数； q过水量。该河道断面为复式断面，计算结果见表31。通过计算得，当通过设计流量q=540 m3/s，从河滩地算起的水深为1.41m，通过校核流量q=610 m3/s，从河滩地算起的水深为1.52m。表31 下游河道流量水位关系b1（m）b2（m）m1m2下游水位h(m)h（m）a1（m2）80412742.4861.41111280412742.61.521122a2（m2）a（m2）x1（m）x2（m）x（m）r（m）cq（m3/s）15.4143829.38100.81.42235.35540.316.4154829.63101.31.52535.76610.23.2闸孔宽度确定3.2.1泄水闸闸孔宽度确定水闸闸孔总净宽应根据闸槛形式和布置、上下游水位衔接要求、泄流状态等因素计算确定。水闸的过闸水流流态一般分为两种：一种是泄流时水流不受任何阻挡，呈堰流状态；另一种是泄流时水流受到闸门或胸墙的阻挡，呈孔流状态。在水闸的整个运用过程中，这两种流态均有可能出现，且在一定的边界条件下又是可以相互转化的。闸孔出流的闸门开度增大到一定值时，闸前水位下降而不和闸门底缘接触，则水流性质由闸孔出流过渡为堰流；反之，如原为堰流，当闸门开度减小到能对水流起控制作用时，水流即过渡为闸孔出流。此次台子水闸泄水闸的闸槛型式是无坎高的平底宽顶堰，平底宽顶堰堰流情况下，闸孔泄流能力按式（3-5）计算。 (3-5)单孔闸 （3-6）式中：b-闸孔总净宽度，m；h-计入行近流速水头的堰上水深，m；m-流量系数，无坎高的平底宽顶堰，其进口局部水头损失接近于零，其堰流流量系数最大值取0.385；g-重力加速度，可取为9.81，m/s2；-堰流侧收缩系数，对于单孔闸，按公式（3-6）计算；bo-闸孔净宽，m；bs为上游河道一半水深处的宽度，m；n-闸孔数；暂拟定闸孔净宽为4.0m，则bo=4.0m，bs=6.0m，经计算，堰流侧收缩系数=0.948。对于有坎宽顶堰，流量系数可按别列津斯基（a.p.）公式计算：当时， (3-7)当时， m=0.32而此次泄水闸的闸槛型式是无坎高的平底宽顶堰，进口局部水头损失接近于零，故其堰流流量系数取最大值m=0.385。堰流淹没系数s可按公式（3-8）计算或按表32查得 （3-8）表32 宽顶堰淹没系数值0.720.750.780.800.820.840.860.880.90.911.00.990.980.970.950.930.90.870.830.80.920.930.940.950.960.970.980.990.9950.9980.770.740.70.660.610.550.470.360.280.19河道下游水深hs=2.40m，闸前水头ho=4.08m，因此淹没系数=1.0闸孔净宽 （3-9）其中q=72.165m/s2，=1.0，m=0.385，=0.948，h=4.08m。经计算：求得单孔闸门净宽为3.9m。闸孔总宽度的确定，主要涉及两个问题：一个是过闸单宽流量的大小；另一个是闸室总宽度与河道总宽度的关系。如果采用的闸室总宽度过小，使单宽流量过大，将增加闸下游消能布置的困难，甚至影响水闸工程的安全；反之，如果采用的闸孔总净宽过大，使闸室单宽流量过小，工程量加大，造成浪费。一般来说，采用的闸孔总净宽度要略大于计算值，以留有余地（以超过计算值3%-5%）为宜。同时，还要求闸室总宽度大体上与上、下游河道宽度（即通过设计流量的平均过水宽度）相适应。因此，泄水闸闸孔净宽设为4.0m。3.2.2进水闸闸孔宽度确定进水闸闸底板高程高于天然河底高程，为有坎宽顶堰，堰高p=1.5m，堰上水头h=1.5m，按公式（3-10）计算流量系数m当时， （310）求得m=0.337。对于进水闸的堰流侧收缩系数，按公式（3-6）计算；bo为闸孔净宽，对于河道南侧，假定为2.0m，对于河道北侧，假定为1.5m；bs为上游河道一半水深处的宽度，6.0m；经计算，南侧进水闸=0.913，北侧进水闸=0.909。对于进水闸淹没系数，南侧，下游渠道水深ht1=0.88m；北侧，下游渠道水深ht2=0.69m。闸前水深h=1.5m，查表32得南北岸淹没系数均为=1.0。计算南岸侧进水闸闸孔净宽计算按式（3-9），其中，q=2.0m3/s，=1.0，=0.913，m=0.337，h=1.5m。求得南侧进水闸b=0.83m，考虑到在灌溉需水季节，闸前水位常常无法达到正常蓄水位（达不到引水设计水头h=1.5m），进而无法满足灌溉需求，进而将南侧进水闸闸孔净宽定为b=2.0m。计算北岸侧进水闸闸孔净宽计算按式（3-9），其中，q=1.0m3/s，=1.0，=0.909， m=0.337， h=1.5m。求得南侧进水闸b=0.42m，考虑到在灌溉需水季节，闸前水位常常无法达到正常蓄水位（达不到引水设计水头h=1.5m），进而无法满足灌溉需求，进而将南侧进水闸闸孔净宽定为b=1.5m。3.3消能设计水流经过水闸流向下游时，因具有较大的上下游水位差，同时闸孔宽度一般都小于上下游河宽，使过闸水流比较集中，单宽流量加大。因此过闸水流具有较大的动能，若不采取适当的消能防冲措施，势必冲刷下游河道，甚至威胁水闸安全。根据水闸的运行要求，其上下游水位、过闸流量以及泄流方式等常常是复杂多变的，因此，水闸闸下消能防冲设施必须在各种可能出现的水力条件下，都能满足消散动能、扩散水流的要求，且应与下游河道有良好的衔接。过闸水流特点：(1) 出闸水流流速较大，紊动强烈。(2) 闸上、下游水位多变，出流形式多变，闸门开启程序也有变化。因此，底流式消能要求修筑的消力池或其他形式的消能方式，应在可能发生的工作情况下，都能满足水跃共轭水深的要求。（3）当水闸上、下游水位差小时，过闸水流会在下游形成波状水跃，消能效果不佳，挟有余能的水流会冲刷下游渠道，影响渠道稳定性。（4）多孔水闸常因闸门的开启不当，形成折冲水流，冲毁消能防冲设施和下游渠道，若上游渠道不顺直，来水流势不匀称，或下游翼墙布置不当，扩散角太大，也极易形成折冲水流。故在设计水闸的消能防冲设施的同时，必须做好总体布置，同时应制定合理的闸门控制调度方案。底流式消能可用于各类地基上中、低水头的各类泄水建筑物，在水闸工程中应用非常普遍。底流式消能方式通常为消力池，消力池的作用是促成水跃，并保护地基免受冲刷。其主要方式有三种：深挖式消力池，即降低护坦高程所形成的消力池。尾坎式消力池，即护坦高程不降低，在其末端修筑消能坎形成的平底消力池。综合式消力池，是一种常用的、既有深挖又筑有低坎的消力池型式。本次泄水闸采用深挖式消力池。3.3.1消力池设计深挖式消力池，消力池应满足的条件： (3-11) (3-12) （3-14） （3-15） （3-16） （3-17） 式中： d-消力池深度，m； -水跃淹没系数，可采用1.051.10；-跃后水深 ，m；-收缩水深，ma-水流动能校正系数，可用1.001.05；q-过闸单宽流量，；b1-消力池首端宽度，m；b2-消力池末端宽度，m；t0-由消力池底板顶面算起的总势能，m；z-出池落差 ，m；-出池河床水深，m；fr-跃前断面水流的弗如德数 ； -流速系数，一般取0.95。对于泄水闸在设计洪水流量情况下：根据水跃动量方程，按公式（3-13）求出闸下收缩断面的水深hc。其中：有消力池底板顶面算起的总势能to=6.58m；水流动能校正系数=1.0；按设计流量时的单宽流量q=18.04；g为重力加速度，取9.81；流速系数=0.95。经试算求得收缩水深hc=2.0m。进而计算得弗如德数fr=2.03。根据式（3-12）计算收缩水深的共轭跃后水深，消力池斜坡段以向两侧扩散，消力池首端宽度=8m，消力池末端宽度=12.20m，设计单宽流量q=18.04，收缩断面水深=2.0m。经计算，跃后水深=3.92m。在求得收缩断面水深，跃后水深后按式（3-11）计算消力池深：水跃淹没系数=1.05，跃后水深=3.92m，出池河床水深=2.4m，出池落差z=1.52m。计算得消力池池深d=0.196m。在校核洪水流量情况下：对于泄水闸，根据水跃动量方程，按公式（3-13）求出闸下收缩断面的水深hc。其中：有消力池底板顶面算起的总势能to=6.78m；水流动能校正系数=1.0；按校核流量时的单宽流量q=19.12；g为重力加速度，取9.81；流速系数=0.95。经试算求得收缩水深hc=2.1m。进而计算得弗如德数fr=2.01。根据式（3-12）计算收缩水深的共轭跃后水深，消力池斜坡段以向两侧扩散，消力池首端宽度=8m，消力池末端宽度=12.20m，设计单宽流量q=19.12，收缩断面水深=2.1m。经计算，跃后水深=4.05m。在求得收缩断面水深，跃后水深后按式（3-11）计算消力池深：水跃淹没系数=1.05，跃后水深=4.05m，出池河床水深=2.52m，出池落差z=1.53m。计算得消力池池深d=0.2025m。综合考虑，泄水闸消力池池深取d=0.5m。消力池池长按公式（3-15）计算为13.25m。计算消力池底板厚度满足抗冲要求按式（3-16），其中为消力池底板计算系数取0.15，q为泄水闸单宽流量取18.04，是泄水时上下游水位差，取3.76m，求得t=0.88m。对于溢流坝在设计洪水流量情况下：根据水跃动量方程，按公式（3-12）求出闸下收缩断面的水深hc。其中：有消力池底板顶面算起的总势能to=5.58m；水流动能校正系数=1.0；按设计流量时的单宽流量q=4.97；g为重力加速度，取9.81；流速系数=0.95。经试算求得收缩水深hc=0.5m。进而计算得弗如德数fr=5.04。根据式（3-13）计算收缩水深的共轭跃后水深，消力池首端宽度=80m，消力池末端宽度=80m，设计单宽流量q=4.97，收缩断面水深=0.5m。经计算，跃后水深=2.93m。在求得收缩断面水深，跃后水深后按式（3-11）计算消力池深：水跃淹没系数=1.05，跃后水深=2.93m，出池河床水深=1.41m，出池落差z=1.52m。计算得消力池池深d=0.147m。在校核洪水流量情况下：对于溢流坝，根据水跃动量方程，按公式（3-12）求出闸下收缩断面的水深hc。其中：有消力池底板顶面算起的总势能to=5.78m；水流动能校正系数=1.0；按设计流量时的单宽流量q=5.72；g为重力加速度，取9.81；流速系数=0.95。经试算求得收缩水深hc=0.6m。进而计算得弗如德数fr=3.93。根据式（3-13）计算收缩水深的共轭跃后水深，消力池首端宽度=80m，消力池末端宽度=80m，设计单宽流量q=5.72，收缩断面水深=0.6m。经计算，跃后水深=3.05m。在求得收缩断面水深，跃后水深后按式（3-11）计算消力池深：水跃淹没系数=1.05，跃后水深=3.05m，出池河床水深=1.52m，出池落差z=1.41m。计算得消力池池深d=0.152m。综合考虑，溢流坝消力池池深取d=0.5m。消力池池长按公式（3-15）计算为16.9m。计算消力池底板厚度满足抗冲要求按式（3-16），其中为消力池底板计算系数，取0.15，q为泄水闸单宽流量取5.72，是泄水时上下游水位差，取3.76m，求得t=0.45m。对于进水闸。根据水跃动量方程，按公式（3-12）求出闸下收缩断面的水深hc。其中：有消力池底板顶面算起的总势能to=2.0m；水流动能校正系数=1.0；按设计流量时的单宽流量q=1.0；g为重力加速度，取9.81；流速系数=0.95。经试算求得收缩水深hc=0.2m。根据式（3-13）计算收缩水深的共轭跃后水深，消力池首端宽度=2m，消力池末端宽度=2m，设计单宽流量q=1，收缩断面水深=0.2m。经计算，跃后水深=0.91m。而进水闸渠道水深=1.0。经计算进水闸，不需要修建消力池。3.3.2海漫设计流出消力池的水流，紊动的现象能很强烈，底部流速较大，流速分布也未恢复到正常状态，对河床仍有较强的冲刷能力。所以，对护坦以下的河床，一般设置海海漫护底，以免引起严重冲刷。海漫长度计算： （3-18）式中：ks经验系数，由河床土质决定，细沙和沙壤土取1012. 消力池末端单宽流量，；最不利情况下的上下游水位差。计算得泄水闸的海漫长度=25.0m。计算得溢流坝的海漫长度 =38.8m。海漫采用铅丝石笼。3.3.3防冲槽设计海漫末端的可能冲刷深度： (3-19)式中：t海漫末端的可能冲刷深度(m) ； q海漫末端的单宽流量，； t 海漫末端的水深(m)。v0河床土质的不冲流速(m/s),查表3-2。表33 河床土质的不冲流速土质不冲流速土质不冲流速轻壤土0.600.80重壤土0.701.00中壤土0.650.85粘土0.750.95计算得：泄水闸冲刷深度=2.0m，防冲槽底宽6.0m，上游坡率1:3，下游坡率1:2，防冲槽总宽度16.0m。 溢流坝冲刷深度=2.0m，防冲槽底宽6.0m，上游坡率1:3，下游坡率1:2，防冲槽总宽度16.0m。3.4附属建筑物闸室上部桥梁有工作桥和启闭机室。其结构型式根据闸孔孔径、闸门启闭机型式及容量、设计标准等分别选用板式、梁板式或板拱式，其与闸墩的连接型式应与地板分缝位置及胸墙支撑型式统一考虑。本设计采用预制构件，现场吊装。为便于泄水闸闸门启闭，工作桥高5.0m，排架柱宽0.4m。启闭机室高3.0m，室内宽度2.2m。4闸室稳定计算闸室稳定计算宜取相邻顺水流向永久分缝之间的闸段作为计算单元。土基上的闸室稳定计算应满足以下要求：在各种情况下（一般控制在完建情况下），闸室平均基底应力不大于地基允许承载力，最大基底应力不大于地基允许承载力的1.2倍；在各种情况下（多数控制在设计洪水位情况下或校核洪水位情况下），要求闸室基底应力的最大值和最小值之比（即基底压力分布不均匀系数）不得大于规定的允许值。以免产生过大的不均匀沉降；水闸运行期，无论是验算表层抗滑稳定性，还是校核深层抗滑稳定性，其抗滑稳定安全系数不得小于规定的允许值。4.1水闸荷载作用作用于闸室上的荷载主要有结构自重、水重、水平水压力、扬压力、土压力、泥沙压力、风压力、浪压力、地震荷载等。水闸结构自重 水闸结构自重包括底板自重、闸墩自重、胸墙自重、工作桥及启闭机自重、交通桥和检修桥自重等。水闸结构自重按几何尺寸及材料容重计算确定。台子水闸闸门采用露顶式平面钢闸门，闸门高度4.0m，其重量计算按公式（4-1）：当时 （4-1）式中：h、b-分别为孔口高度和宽度，h=3.7m，b=4.0m；-闸门行走支承，台子水闸为滑动式支承， =0.81；-材料系数，该闸门为普通碳素钢，=1.0；-孔口高度系数，当h5m时，=0.156。表41水闸结构自重计算表结构重量（kn）距上游闸脚距离（m）闸门60.901 4.290 启闭机重82.404 4.290 工作桥597.000 4.400 交通桥366.000 4.400 排架783.000 4.400 闸墩重3440.000 4.000 闸底板重1536.000 4.000 启闭机室重1161.2164.400 （二）水重作用在水闸底板上的水重按其实际体积及水的容重计算确定，水的容重取10kn/m3。在校核洪水位时，作用于闸底板的水重最大。 (4-2)表42 各种工况下水重计算结果1）设计工况上游水重（kn）1280.7936下游水重（kn）441.371522）校核工况上游水重（kn）1343.5776下游水重（kn）477.15843）正常蓄水工况上游水重（kn）627.84下游水重（kn）0（三）水平水压力作用于水闸上的静水压力应根据水闸的不同运用情况时的上、下游水位组合条件计算确定。对水闸闸室稳定起控制作用的，往往不是校核洪水位时的水位组合条件，而是上有可能出现的最高挡水位（也可能是达到或接近设计或校核洪水位时才开闸放水的水位）。图41上游水压力示意图上游水压力： （4-3）式中：为水容重，取10；为底板顶面以上的上游水深；为底板相邻沉降缝的长度。计算得=1109kn。(四) 浪压力作用于水闸上的浪压力应根据水闸闸前风向、风速、风区长度（吹程），风区内的平均水深以及闸前实际波态的计算确定。a.平均波高和平均周期可按莆田试验站公式计算： (4-4) (4-5) 式中：平均波高（m）； 计算风速（m/s），取32.7m/s；风区长度（m），取152.5m。风区内的平均水深（m），可由沿风向做出的地形剖面图求得，其计算水位应与相应计算情况下的静水位一致；平均波周期（s）。b.平均波长与平均波周期的关系可按下列公式换算 (4-6) 式中： 平均波长（m）； 闸前水深（m）。c.作用于水闸铅直或近似铅直迎水面上的浪压力，应根据闸前水深和实际波态，分别按下列规定进行计算:当 和时，可按下列公式计算： (4-7) (4-8) (4-9)式中：作用于水闸迎水面上的浪压力（kn/m2）；波浪中心线超出计算水位的高度（m）；使波浪破碎的临界水深（m）。当 和时，可按下列公式计算： (4-10) （4-11） 式中 ：闸墩（闸门）底面处的剩余浪压力强度（kpa）。表4- 3 浪压力计算结果1）设计工况浪压力p1(kn) 44.07 2）校核工况浪压力p1(kn) 24.99 3）正常蓄水工况浪压力p1(kn) 27.88 （五）地震荷载台子水闸工程地区地震烈度为7度，根据水工建筑物抗震设计规范，需要考虑抗震设计。总水平向地震惯性力按式（4-12）计算： （4-12）式中：是水平向地震系数，为地面水平最大加速度的统计平均值与重力加速度的比值，当设计烈度为7、8、9度是，分别为0.1,0.2,0.4。是综合影响系数，可取0.25。是地震惯性力系数，反应结构的弹性对动力反应的影响。是结构重量。计算结果见表44表4- 4 地震惯性力计算结果wi自重结构重心距闸墩顶高度结构重心距闸底板高度闸顶机架高度iq0地震惯性力(kn)闸门60.90126.11.0001.523启闭机重549.3605.2593.16743.491工作桥318.0005.6593.25625.882交通桥0.0000.3592.078-排架495.0002.82592.62832.519闸墩重3440.0002.156.11.00086.000闸底板重1536.0001.00038.400启闭机室重720.0007.110.4583.35860.4414.2基底应力计算闸底板下土质主要是细砂或粗砂土，相应的地基允许承载力为450kpa。闸室基底面与地基之间的摩擦系数根据水闸设计规范取f=0.5。计算公式（1）闸沿基础地面的抗滑稳定安全系数按下列公式计算： （4-12） 式中：抗滑稳定安全系数；作用在闸基础面以上的全部竖向荷载（包括闸基础上的扬压力在内），kn；作用在闸基础面以上的全部水平荷载, kn；f闸基础底面与地基之间的摩擦系数，本设计取0.5。表45 泄水闸抗滑稳定计算结果工 况水位值（m）抗滑稳定系数抗滑稳定系数允许值正常工况（设计）上游水位746.163.840 1.25下游水位742.486正常工况（校核）上游水位744.088.888 1.250 下游水位741.08特殊工况（校核）上游水位746.363.319 1.1下游水位742.6特殊工况（地震）上游水位744.084.516 1.000 下游水位741.08由表45可以看出，计算所得抗滑稳定系数大于抗滑稳定系数允许值，闸室结构稳定。（2）闸基础底面应力根据结构布置及受力情况，按下列公式计算： (4-13) 式中：闸基础底面应力的最大值或最小值，kpa；作用在闸基础地面以上的全部竖向荷载（包括闸首基础底面上的扬压力在内）kn； 作用在闸基础底面上的全部竖向和水平向荷载对于基础底面垂直水流方向的形心轴的力矩，knm；闸基础底面的面积，m2；w闸基础底面对于该底面垂直水流方向的形心轴的截面矩，m3。表46 闸基础底面应力工况地基应力（kn/m2）不均匀系数最大值最小值地基允许承载力计算值允许值正常工况（设计）82.568.04501.212.0正常工况（校核）75.2678.304500.9612.0特殊工况（设计）83.5758.244