中型灌区干渠渠首水闸设计毕业设计.doc

扬州大学本科生毕业设计 a 摘 要 本闸位于江苏省高邮市某中型灌区干渠渠首，为渠首取水水工建筑物。建筑物等 级为一级。计算得本工程设 3 孔，每孔净宽 5.0m，闸底板长 17m，闸底板厚 1.0 程采 用平面钢闸门，采用 qpq-12.5 的单吊点卷扬式启闭机。经计算设计消力池长为 15m， 深 1.0，消力池底板厚为 0.5m，海漫长为 20m。上下游翼墙结构形式采用钢筋混凝土 扶壁式挡土墙。 本工程中防渗计算采用改进阻力系数法，底板内力按弹性地基梁法计算。本工程 设计主要由水力设计、消能防冲设计、闸基渗流计算、闸室结构布置、闸室稳定计算、 闸室结构计算、两岸连接建筑物布置、两岸连接建筑物结构计算等几个部分组成。 关键词关键词：水力计算 稳定计算 结构计算 边荷载 弹性地基梁 扬州大学本科生毕业设计 b abstract this floodgate located at jiangsu province gaoyou some medium irrigation area main channel canal head, takes the water hydraulic engineering structure for the canal head. the building rank is first-level. calculates this project to suppose 3, each extends 5.0m only, floodgate ledger wall long 17m, floor or bottom of sluice gate thickness of slab 1.0m. this project uses the plane steel strobe, uses qpq-12.5 shan disodium to hoist the type gate. after the computation design toe basin length is 15m, deep is 1m, the toe basin bottom thickness of slab is 0.5m, and the sea long is 21m. the upstream and downstream wing wall structural style uses the reinforced concrete buttress type bulkhead. in this project the anti-seepage computation uses the improvement resistance method of correlates, the ledger wall androgenic force according to elastically the foundation beam law computation. the this engineering design mainly by the water power design, disappears can against flush the design, the floodgate base transfusion computation, the brake chamber structural arrangement, the brake chamber stable computation, the brake chamber structure computation, both banks connection building arrangement, both banks connection building structure computation and so on several parts to be composed. key word: water power computation stable computation structure computation load elastically foundation beam 扬州大学本科生毕业设计 i 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文） ，是我个人在指导教师的 指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和 致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不 包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。 对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的 说明并表示了谢意。 作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期： 使用授权说明使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文） 的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本； 学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅 览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在 不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名： 日 期： 扬州大学本科生毕业设计 ii 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 扬州大学本科生毕业设计 iii 目目 录录 1.综合说明综合说明1 1.1 工程概况.1 1.2 水文.1 1.3 工程地质资料.1 1.4 回填土资料.1 1.5 地震设计烈度.2 1.6 其他资料.2 2.工程布置与设计工程布置与设计3 2.1 工程总体布置.3 2.2 工程设计.3 2.2.1 闸孔设计3 2.2.2 消能设计5 2.2.3 防渗设计8 2.2.4 闸基渗流计算10 3 闸室布置闸室布置15 3.1 底板布置.15 3.2 闸墩.15 3.3 工作桥.16 3.4 交通桥.16 3.5 检修桥.17 3.6 胸墙.17 3.7 闸室段布置图.17 4 稳定分析稳定分析19 4.1 完建无水期荷载计算及地基承载力验算.19 4.2 闸室有水情况下的荷载计算.21 5 结构设计结构设计32 扬州大学本科生毕业设计 iv 5.1 底板设计32 5.1.1 闸室底板内力计算.32 5.1.2 闸底板配筋计算及裂缝校核49 5.2 闸墩设计.52 5.3 闸门设计.56 5.3.1 闸门结构形式及布置56 5.3.2 面板设计58 5.3.3 水平次梁顶梁和底梁的设计60 5.3.4 主梁设计63 5.3.5 横隔板设计68 5.3.6 边梁设计69 5.3.7 滚轮轨道设计.72 5.3.8 闸门启闭力和吊座计算.72 5.4 工作桥设计.74 5.4.1 工作桥布置74 5.4.2 工作桥上部结构计算75 5.4.3 支墩的计算与配筋87 5.5 交通桥设计.94 5.5.1 设计资料94 5.5.2 设计计算.94 5.6 两岸连接建筑物设计106 5.6.1 两岸连接建筑物结构106 5.6.2 稳定分析.109 5.6.3 结构计算116 参考文献参考文献.129 致谢致谢.130 扬州大学本科生毕业设计 1 1.综合说明 1.1 工程概况 本闸位于江苏省高邮市某中型灌区干渠渠首，为渠首取水水工建筑物。 1.2 水文 根据防洪标准 （gb-50201-94） ， 水利水电工程等级划分及洪水标准 （sl252- 2000）的规定，建筑物级别为 1 级。设计水位组合见表 1.2.1。 表 1.2.1 闸孔设计时水位及流量组合 外河水位(m)干渠水位(m)引水流量(m3/s) 6.005.6060 表 1.2.2 消能防冲设计时水位及流量组合 外河水位(m)干渠水位(m)引水流量(m3/s) 4.04.060 表 1.2.3 闸室稳定计算时水位组合表 工况外河水位(m)干渠水位(m) 设计情况8.153.00 校核情况8.53.00 地震情况7.804.50 1.3 工程地质资料 建筑物底板下土层为粉质粘土，土层物理力学指标为：凝聚力c32kpa，擦角 =18，地基土允许承载力r=220kpa。 1.4 回填土资料 回填土采用砂壤土，假设其内摩擦角=28，c=0，湿容重 18kn/m3，饱和容重 为 20 kn/m3，浮容重 10 kn/m3。 扬州大学本科生毕业设计 2 1.5 地震设计烈度 地震设计烈度：7，设计基本地震加速度值为 0.10g。 1.6 其他资料 上下游河道断面相同均为梯形，河底宽 20.0m，河底高程3.0m，边坡 1：2.5， 外河堤顶高程10.5m，干渠渠顶高程6.0m。两岸路面高程10.5m。交通桥荷载标 准：公路级，交通桥总宽 8.0m，净宽 7.0m。 扬州大学本科生毕业设计 3 2.工程布置与设计 2.1 工程总体布置 本工程为灌区进水闸，共有三段，上下游段和闸室段。上下游段都设置翼墙，闸 室和上下游河道的连接都采用圆弧形翼墙。本水闸总净宽为 15m，共设 3 孔，每孔净 宽 5m。闸室段设计有交通桥、工作桥、检修桥、闸门、闸墩。工作桥上设置卷扬式启 闭机，闸门采用潜孔式平面钢闸门。上游段设置 10m 浆砌块石护坡、16m 长的混凝土 铺盖。下游设置 15m 的消力池和 20.5m 长的海漫，在海漫末端还设置了一个防冲槽。 2.2 工程设计 2.2.1 闸孔设计 1、闸孔型式的确定 本工程的主要任务是拦蓄上游河水，确保灌溉用水，应具有较大的泄水能力，在 洪水时期还应担负着泄洪的任务，对于灌溉水质有一定的要求，便于排砂排淤，所以 采用无底坎宽顶堰孔口。 2、闸底板高程的确定 本水闸担任着拦蓄上游河水、确保灌溉用水的任务，需要较大的单宽流量，可以 降低堰顶的高程，使堰顶高程与河床同高，即闸底板高程为 3.0m。 3、闸孔尺寸及前沿宽度的确定 已知上下游水位，可推算上游水头及下游水深。计算见下表 2.2.1.1 表 2.2.1.1 上游水头计算表 流量 q （m3/s） 下游水深 hs（m） 上游水深 h（m） 过水断面积 （m2） 行近水速 v0（m/s） v0/2g (m) 上游水头 h0（m） 602.6382.50.7270.0273.027 由于水闸闸槛高程较低、挡水高度较大，闸上水位变幅较大，所以闸式结构选用 胸墙式。设置胸墙底高程为 5.80。由于闸孔设计时外河水位6.00，高于胸墙底 高程，所以为孔流。因此闸孔总流量公式为， 00 2ghhbq e /hh e 1 扬州大学本科生毕业设计 4 ，he孔口高度（m） ，式中 孔口流量系数， 2 11 1 /hh e er/h ./. 16 718240 孔流流速系数，孔流垂直收缩系数，计算系数，r胸墙底圆弧半径（m） ， 孔流淹没系数，则计算闸孔总净宽可用公式。 00 2ghhq/b e 由于孔流淹没系数和 b0都是未知的，不能直接求得，需试算。 q=q/b0，e0=hc+q2/（2*9.8hc2） ，先假定=0.5，计算见下 181 2 3 2 c c c /ghq h h 表 2.2.1.2： 表 2.2.1.2 闸孔总净宽计算表 迭 次 孔流淹 没系数 闸孔总净宽 b0（m） 单宽流量 q(m3/s.m) 跃前水深 hc（m） 跃后水深 hc（m ） (hs-hc)/(h- hc) 10.517.343.460.492.000.6 20.5216.73.590.512.030.59 30.5316.440.582.10.56 根据水利水电工程钢闸门设计规范中闸孔尺寸和水头系列标准，选定单孔净 宽 b0=5.0m，同时为了保证闸门对称开启，防止不良水流形态，选用 3 孔闸，取中墩厚 1m，边墩厚 0.8m，见图 2.2.1.1 所示。闸孔总宽为： m170 . 1230 . 5b 图 2.2.1.1 闸孔尺寸布置图 （单位：cm） 泄洪能力校核 查水闸设计规范按公式计算，所得 q=57.1m3/s 与实际相差 00 2ghhbq e 4.8%，满足要求。 扬州大学本科生毕业设计 5 2.2.2 消能设计 为了保证水闸的正常运用，防止河床冲刷，一方面尽可能消除水流的动能，消除 波状水跃，并促使水流横向扩散，防止折冲水流出现；另一方面要保护河床及河岸， 防止剩余动能引起的冲刷。要解决以上问题，就是要有一个好的消能设施。工程实际 中经常采用底流消能方式。底流消能由消力池、海漫、和防冲槽三部分组成。消力池 紧接闸室，在池中利用水跃进行消能。海漫紧接消力池，其作用是继续消除水流的剩 余动能，使水流扩散并调整流速分布，以减小底部流速。海漫末端设置防冲槽。 消力池常用的有三种：下挖式消力池。即降低护坦高程而形成的消力池，适用 于闸下尾水深度小于跃后水深的情况。突槛式消力池（即消力墙式消力池） 。适用于 闸下尾水深度略小于跃后水深的情况。如果地基开挖困难，或因冬季要求放空池中积 水以防止冰冻时，则可不开挖而直接在护坦末端修建低堰，抬高池内水位，从而形成 突槛式消力池。综合式消力池。当闸下尾水深度远小于跃后水深，且计算出的消力 池深度又较深时，可采用下挖式消力池与突槛式消力池相结合的综合式。工程中经常 采用的是下挖式消力池，本次设计也采用下挖式消力池设计。 2.2.2.1 消力池的设计 1、消力池深度计算 根据水闸设计规范中公式，zhhd s c 0 02 22 2 0 3 g/qhth cc ，进行试算。式中：d：消力池 250 2 1 3 3 1 8 1 2 . c c ) b b )( gh q ( h h 2 2 2 2 2 22 c s gh q hg q z 深度；：水跃淹没深度系数，取；：跃后水深；：收缩水深；：水 0 1.05 0 c h c h 流动能校正系数，取 1.0；q：过闸单宽流量；：消力池首端宽度；：消力池末端 1 b 2 b 宽度； ：由消力池底板顶面算起的总势能，；：出水池落差；： 0 tdht 00 z s h 出水池河床水深；：流速系数，取 1.0。上游水深计算见表 2.2.2.1.1。 扬州大学本科生毕业设计 6 表 2.2.2.1.1 上游水深计算表 流量 q（m3/s ） 闸室水深 h（m） 下游水深 hs（m） 过水断面积 （m2） 行近流 速(m/s)g v 2 2 0 闸前水头 h0（m） 604.01.01200.50.0134.013 由于，通过试算得到 hc=0.42m，=2.26mht=1m。为远)hg/(qhh cc 2 22 0 2 c h 驱式水跃，需建消力池。 消力池高度未降低时，取 10m。9.52m0.422.266.90.75 j ll ，求得 b2=20.53m。假设=1.37m，然后依次求l)(bb10tan2 12 t0 hhcd ，消力池深计算见表表 2.2.2.1.2。dzhht cc 0 表 2.2.2.1.2 消力池深计算表 (m) c h 迭 次 (m) d 0 (m) t 1234 (m) c h (m) z (m) d 11.374.38300.340.360.362.360.520.96 20.964.97300.360.370.372.440.531.03 31.035.04300.370.37 2.440.531.03 根据上表，实际取1.03md 2、消力池长度确定 1）水跃长度 lj计算 根据规范 )h(h.l c cj 96 2）消力池长度计算 根据规范，消力池长度，取 15m，b2=22.29m，采用14.82m0.7 jssj lll 22.3m。其中为消力池斜坡段水平投影长度，取 4，为水跃长度校 s l)d(ls43d 正系数，取 0.75。 3、消力池底板厚度计算 根据抗冲要求，消力池底板始端厚度按公式计算，其中为消力 1 t hqkt 111 k 扬州大学本科生毕业设计 7 池底板计算系数，可采用 0.150.20，取=0.17，为确定池深时的过闸单宽流量， 1 kq 为闸孔泄水时的上下游水位差。由于本次工程设计消力池底板下无扬压力作用， h 不考虑抗浮要求时的消力池底板厚度。求得消力池底板厚为 0.42m。 取 0.5m。 4、消力池构造 本次工程采用下挖式消力池，为了便于施工，消力池底板做成等厚，为了降低护 坦底部的渗透压力，可在护坦下设铅直排水孔，并在护坦底部铺设反滤层，排水孔设 在水平底板的后半部，排水孔直径为 6cm，间距为 1.5m，按梅花形排列，反滤层厚为 30cm，分三层，从上到下依次为 10cm 厚中石子，10cm 厚小石子，10cm 厚砂。 护坦与闸室、岸墙及翼墙间需要沉陷缝分开，以适应不均匀沉降。 下游翼墙顺水流方向的投影长度应大于或等于消力池长度，平均扩散角宜采用 7 度到 12 度，本次设计选用 10 度，则消力池末端的宽度为 22.3m。 消力池构造尺寸见图 2.2.1.2。 1930 中石子10 小石子10 砂10 15000 1000 1700 4300 9500 700 1000 图 2.2.1.2 消力池构造尺寸图（单位：高程 m，尺寸 mm） 2.2.2.2 海漫与防冲槽计算 1、海漫计算 1）海漫长度 根据规范，海漫的长度，其中为海漫长度计算系数，由于河床 ssp hqkl s k 土质为粉质粘土，所以取为 9.5；为消力池末端单宽流量；为闸孔泄水时上下游 s q h 水位差。上述公式仅适用于=19 范围内。 s hq ，取 21m。2.3237(60/22.3) s hq20.51m2.329.5 p l 2）海漫构造 对于海漫要求表面有一定的粗糙度，以利于进一步消能，具有一定的透水性，以 便使渗透水自由排出，降低扬压力，具有一定的柔性，以适应下游河床可能的冲刷变 扬州大学本科生毕业设计 8 形，所以在海漫的起始段为 7m 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 13.5m 为干砌石段，保护河床不受冲刷，海漫厚度取为 0.4m， 下铺设 20cm 的垫层，10cm 的小石子，10cm 厚的砂。 2、防冲槽计算 海漫末端的河床冲刷深度可用公式计算，其中为海漫末端单宽 m m m h v q .d 0 11 m q 流量；为河床土质允许的不冲流速，可按公式计算，由土质决定， 0 v 11 45 00 vv r 0 v r 为水力半径；为海漫末端的河床水深。海漫冲刷深度见表 2.2.2.2.1。 m h 表 2.2.2.2.1 海漫冲刷坑深度计算 3 (m /s m) m q 相应过水断面积 a（） 2 m 湿周 (m) 4 1 r 0 (m/s) v (m) m h (m) m d 2.6924.827.690.970.7762.351.46 防冲槽深度一般取 1.52.0m，所以取 1.5m，底宽，取 m d m 21)d(l l=1.5m，上游边坡取为 1：3，下游边坡取为 1：3。海漫构造尺寸见图 2.2.2.2.1。 m d 浆砌块石10 石子10 砂10 干砌块石10 石子10 砂10 400 图 2.2.2.2.1 海漫防冲槽构造图 （单位：高程 m，尺寸 mm） 2.2.3 防渗设计 1、防渗设计的目的和原则 防渗设计的目的是防止闸基渗透变形，减小闸基渗透变形，减小闸基渗透压力， 减少水量损失，合理选用地下轮廓尺寸。 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 扬州大学本科生毕业设计 9 置排水设施，如面层排水孔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。 2、防渗计算 （1）闸基防渗长度的确定 根据规范，闸基防渗长度应满足公式，其中为上下游最大水位差；hclh 为允许渗径系数，与河床土质有关，因为地基土持力层为粉质粘土，取为 3，则c 16.5m5.53l （2）防渗设备 由于闸基土为粉质粘土，防渗设备采用混凝土铺盖，闸底板上下游侧设置齿墙。 （3）防渗设备的尺寸和构造 闸底板顺水流方向的长度应满足闸室整体稳定性和地基允许承载力的要求， l底=（1.54.5）hmax，取 4；hmax为上下游最大水位差，所以 ，取 17m。16.5m5.53 上 l 闸底板厚度，为闸孔净宽，所以 0 8 1 6 1 )b(t 0 b ，取 1.0m。0.71m5 7 1 t 齿墙取为深 0.7m，宽 0.7m，见图 2.2.3.1 所示 1700 1000 150001000 1：1 1：1 700 图 2.2.3.1 闸底板尺寸构造图 （单位：高程 m，尺寸 mm） 铺盖长度一般采用上下游最大水位差的 24 倍，取 16m 长， ；铺盖厚度确定： 为了便于施工，铺盖厚度取为 0.5m，在顺水流方向设置永久缝，铺盖前端设置齿墙， 深 0.5m，宽 0.7m。扩散角为 8。 3、校核地下轮廓线长度 地下轮廓线布置如下图 2.2.3.2 所示： 扬州大学本科生毕业设计 10 1530 1 23 4 5 6 7 8 9 10 11 12 7010010070 70 100 70 20 50 100 图 2.2.3.2 地下轮廓线布置图 （单位：高程 m，尺寸 mm） 根据以上的设计数据，实际的地下轮廓线布置长度应大于理论的地下轮廓 16.5m37.18m 0.91.013.621.4140.71.01.215.30.70.51 上上上上上上上上上上上上上 上 上 hcl l 通过校核，满足要求。 4、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工作条件， 做到既减小渗压又避免渗透变形。 （2）排水设备的设计 水平排水：水平排水为加厚反虑层中的大颗粒层，形成平铺式。排水反虑层一 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。消力池下面的反滤层为 10cm 中石子，10cm 小石 子，10cm 砂；海漫下面设置 2 层，10cm 石子，10cm 砂。 铅直排水设计：本工程在消力池后部设排水孔，孔距为 1.5m，孔径为 6cm，呈 梅花形布置，孔下设置反滤层。 2.2.4 闸基渗流计算 1、渗流计算的目的和计算方法 计算闸底板各点渗透压力，验算地基土在初步拟定的底下轮廓线下的渗透稳定性。 计算方法有直线的比例法、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，因此采用此法进行渗流计算。 1）用改进阻力系数法计算闸基渗流 （1）地基有效深度的计算 扬州大学本科生毕业设计 11 根据与 5 比较得出，为地下轮廓线水平投影的长度，为 33m；为地下轮廓 0 0 s l 0 l 0 s 线垂直投影的长度，为 1.7m。则，所以地基有效深度5上19.4 1.7 33 0 0 s l ，取 tc=16.5m。16.5m50 0 l.te （2）分段阻力系数的计算 为了计算的简便，特将地下轮廓线进行简化处理，通过底下轮廓线的各角点和尖 端将渗流区域分成 11 个典型段，如图 2.2.4.1 所示。其中、段为进口段和出口段， 用公式计算阻力系数，、段为内部垂直段，用公式441051 2 3 0 .) t s (. 计算阻力系数，、段为水平段，用公式) t s ( ctg y 1 4 ln 2 计算阻力系数。其中为入土深度，各典型段的水头损失 t )s(s.l x 21 70 12 sss， 按公式计算，对于进出口段的阻力系数修正，按公式，式中 n i i ii h h 1 00 hh ，计算，其中为进出口段修正后 ). t s () t t ( . 0590212 1 211 2 0 1)h(h 0 h 的水头损失值，为进出口段损失值，为阻力修正系数，当时，取， 0 h 1.0 1.0 为齿墙外侧埋深，为齿墙底部至计算深度线的铅直距离。其计算见表 2.2.4.1： s t 扬州大学本科生毕业设计 12 1500 10010070 1650 1 23 4 5 6 7 89 10 11 12 90 图 2.2.4.1 渗流区域分段图 （单位：cm） 表 2.2.4.1 各段渗透压力水头损失 （单位：m） i hi 分段 编号 分段 名称 s (m) s1 (m) s2 (m) t (m) l (m) 设计情况 校核情 况 地震 情况 进口1.0 16.5 0.4630.7720.8240.495 垂直 0015.50.70.0450.0750.0800.048 水平0.5 16 0.0310.0520.0550.033 垂直 0.51.21615.30.0821.4701.5700.942 水平1.2 16 0.0750.1250.1340.080 垂直 0014.81.00.0680.1130.1210.073 水平0.7 15.5 0.0450.0750.0800.048 垂直 0.70.715.515.00.9051.5091.6110.967 水平0.7 15.5 0.0450.0750.0800.048 垂直 0014.81.00.0680.1130.1210.073 出口0.9 15.7 0.4620.7700.8230.494 合计 3.0895.155.53.3 扬州大学本科生毕业设计 13 表 2.2.4.2 进出口段的阻力系数修正表 （单位：m） h0h 段别 s t t 设计 情况 校核 情况 地震 情况 设计 情况 校核 情况 地震 情况 进口段 1.016.515.5 0.5460.4220.4500.2700.3500.3740.225 出口段 0.915.714.80.210.1620.1730.1040.6080.6500.390 （3）计算各角点的渗透压力值 用上表所计算的水头损失进行计算，总的水头差分别为 5.15m，各段后角点渗压水 头=该段前点渗压水头此段的水头损失，结果列入表 2.2.4.3： 表 2.2.4.3 闸基各角点渗透压力值 （单位：m） 渗压 水头 （m） h1h2h3h4h5h6h7h8h9h10h11h12 设计 情况 5.154.734.304.252.782.652.542.460.950.880.160 校核 情况 5.55.054.604.542.972.842.722.641.030.950.180 地震 情况 3.33.032.762.731.791.711.641.590.620.570.110 （4）算渗流逸出坡降 出口段的逸出坡降分别为，由水闸设计规范可查得0.19 0.9 0.173 s h j 0.60，则小于地基土出口段允许渗流坡降值 0.70，满足要求，不会发生渗透变形。 水平段渗透坡降 由于地基土为粉砂，由水闸设计规范可查得，水平段允许坡降取为 0.4。j 设计水位组合的情况下： 第段 j l h j i i 0.096 15.3 1.47 上上 扬州大学本科生毕业设计 14 第段 j l h j i i 0.1 15 1.509 上上 校核水位组合的情况下： 第段 j l h j i i 0.103 15.3 1.570 上上 第段 j l h j i i 0.107 15 1.611 上上 地震水位组合的情况下： 第段 j l h j i i 0.06 15.3 0.942 上上 第段 j l h j i i 0.064 15 0.967 上上 所以满足要求，不会发生渗透变形。 扬州大学本科生毕业设计 15 3 闸室布置 3.1 底板布置 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。 2、形式：本次设计闸室底板采用整体式平底板。 3、长度：根据前面设计，知闸底板长度为 17m。 4、厚度：根据前面设计，知闸底板厚度为 1.0m。 5、底板齿墙深为 0.7m，可以增加闸室稳定性和加长防渗长度。 3.2 闸墩 1、作用：分隔闸孔并支承闸门、工作桥等上部结构，使水流顺利通过闸门。 2、外形轮廓：应能满足过闸水流平顺、侧向收缩小，过流能力大的要求，上游墩 头采用半圆形，闸墩长度取决于上部结构布置及闸孔形式，一般与底板同长或者稍短 一些，本次设计取与闸底板同长为 17m。 3、厚度：闸墩厚度必须满足稳定要求和强度要求，中墩厚度为 1.0m，边墩厚度为 0.8m。平面闸门槽尺寸应根据闸门的尺寸确定，检修门槽深 0.2m，宽 0.30m，主门槽 深 0.30m，宽 0.7m。检修门槽和工作门槽之间留 2.0m 的净距，以便工作人员检修。 4、高度：闸墩高程应根据校核情况决定， 闸墩顶部高程为：顶=校核水位+波浪高度+安全超高=8.5+0.5+0.3=9.3m 选用闸墩墩顶高程为 9.3m，且略低于两岸堤顶高程。由下面的计算可知，本次设 计滚轮采用简支式滚轮，选用荷载重为 20t 的滚轮，滚轮直径为 40cm，闸墩的主门槽 尺寸为：700mm300mm。 闸墩尺寸见图 3.2.1： 60 20 3050 150 100 20 20 30 60 20 5015030 970 40 30 70 200 图 3. 2 闸墩尺寸详图 （单位：cm） 扬州大学本科生毕业设计 16 3.3 工作桥 工作桥是为了安装启闭机和便于工作人员操作而设置的桥，若工作桥较高可在闸 墩上设置排架支承。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，并保留一定的富裕度。 工作桥高度视闸门形式，闸孔水面线而定，对于平面闸门采用固定式启闭机时工 作桥纵梁底缘高程=闸墩高程+闸门高+11.5m=9.3+3+1=13.3m。 工作桥的纵梁高取为 800mm；工作桥横梁高为纵梁的 2/33/4，取 480mm，宽度 为高度的 1/31/2，取 300mm，铺盖板厚度为 80mm，预制宽度有两个尺寸分别为 500mm 和 550mm，长 1540mm。 工作桥尺寸布置见图 3.3。 600 1400 300300 600 80 80 100 图 3.3 工作桥构造图（单位：mm） 3.4 交通桥 交通桥的作用是连接两岸的交通，供车辆和人通行，交通桥的形式可采用板梁式， 位置应根据闸室稳定及两岸的连接条件确定，布置在下游。本次设计交通桥荷载等级 为公路级，桥面净宽为 7.0m，采用钢筋混凝土铰接板铰接而成，加上每边宽 0.5m 的人行道，交通桥共宽为 8m。 交通桥采用预制装配式钢筋混凝土简支板桥，预制板材料为混凝土 c25，铺装层 为混凝土 c25，填缝采用混凝土 c30，主筋采用 hr335，其它采用 r235 钢筋。 本次设计交通桥由 8 块宽 1.0m 厚 30cm 的钢筋混凝土实心板铰接而成，上铺 5 8cm 厚的沥青混凝土，人行道比车道高 25cm，车道做成一定的坡度。交通桥断面如下 图 3.4 所示： 扬州大学本科生毕业设计 17 图 3.4 交通桥构造图 （单位：mm） 3.5 检修桥 本工程设置检修桥，目的是为了在闸门检修时期放下检修门，挡住上游来水，把 闸门吊出闸室进行检修。其构造尺寸如下图 3.5 所示： 502001100 700200 图 3.5 检修桥构造图（单位：mm） 3.6 胸墙 为了施工方便，采用等厚度的平板，厚 50cm，高 3.5m，底部板厚 50cm，胸墙简 支在闸墩上，砼标号为 r200，采用钢筋按校荷水位计算。其构造尺寸如下图 3.6 所示： 图 3.6 检修桥构造图（单位：mm） 3.7 闸室段布置图 水闸的闸室段布置如下图 3.7 所示 扬州大学本科生毕业设计 18 1000 1000 3. 0 6. 0 2. 0 5007500500 1: 1 1: 1 8000 1500 12. 3 13. 3 3400 400 图 3.7 闸室段布置图 （单位：mm） 扬州大学本科生毕业设计 19 4 稳定分析 水闸在使用过程中，可能会出现各种不利情况，完建无水期是水闸建好尚未投入 使用之前，竖向荷载最大，容易发生沉陷或不均匀沉陷。本次设计稳定计算需要考虑 设计水位组合、校核水位组合和地震情况，本次设计地震烈度为 7 度，需要考虑地震 情况。 完建无水期和设计水位组合为基本荷载组合，校核水位情况和地震水位情况为特 殊组合，取整个底板验算其稳定。荷载计算情况见表 4： 表 4 荷载组合 荷载 荷载组合计算情况 自重静水压力扬压力泥沙压力地震力浪压力 完建无水期 基本组合 正常挡水期 校核水位情况 特殊组合 地震水位情况 4.1 完建无水期荷载计算及地基承载力验算 1、荷载计算 荷载计算主要是闸室及上部结构自重，力矩为对闸底板前游齿墙底部顶点取，钢 筋混凝土重度采用 24.5kn/m3，水重度采用 9.8 kn/m3。闸室底板的计算宽度为 ，完建无水期的荷载分布见图 4.1.1，闸室完建无水期荷m 6 . 1828 . 020 . 130 . 5 载计算情况见表 4.1.1： 工作桥 排架 便桥 闸门 底板 闸墩 交通桥 扬州大学本科生毕业设计 20 图 4.1.1 完建无水期荷载分布图 2、地基承载力验算 根据荷载计算结果，进行地基承载力验算，由设计资料可知地基承载力为 ，则： 220kpap (偏下游)0.01 21939.95 186691 2 17 2 g mb e 上 上 kpa 69.14 69.63 17 0.016 1 1718.6 21939.956 1 max min b e a g p 地基应力平均值： 220kpa.385kpa96 2 69.1463. 96 2 minmax p pp p 地基不均匀系数： 1.51.01 69.14 69.63 min max p p 根据计算结果，可得出结论为：完建期的地基承载力能够满足要求，地基也不会 发生不均匀沉降。 扬州大学本科生毕业设计 21 表 4.1.1 完建无水期荷载计算 部位算式 自重 （kn ） 力臂 （m） 力矩（ ）mkn 闸门 2 . 353105.64.315456 闸底 板 5 . 246 . 1177 . 04 . 317217 2 1 7 . 117 8608.1 7 8.573169 闸墩 5 . 24 20 . 33 . 98 . 017 20 . 33 . 9 7 . 04 . 06 . 03 . 0 15 .1125 . 15 . 014 . 3 2 10262. 81 8.688260 胸墙 5 . 24155 . 0 4 1 3 . 05 . 033 . 0 2 458.03.91786 启闭 机 331.1442.924.65200 工作 桥 26 . 121535 . 1 5 . 2448 . 0 34 . 04 . 1 5 . 24398 . 5 6 . 02 . 01 . 0 2 1 4 . 108 . 0 28 . 03 . 0 408.984.651902 工作 便桥 6 . 1823 . 1 5 . 246 .1814. 01 . 12 . 05 . 1114.91.25144 交通 桥 894.17145.1116001219200 排架386.112338.584.651574 合计 21939. 95 186691 4.2 闸室有水情况下的荷载计算 闸室有水期荷载除闸室自重外，还有静水压力、水重和闸底板所受的扬压力。闸 室有水情况下的荷载分布图见图 4.2.1。 扬州大学本科生毕业设计 22 交通桥 闸墩 底板 闸门 便桥 排架 工作桥 上游水压力 图 4.2.1 有水期的闸室荷载分布图 （1）设计水位期 1、自重 g=21939.95kn 2、水重 上游水位为 8.15m，对底板前齿墙底3321.8kn4.3155.159.8 上上 gvg 部顶点的力臂为 2.15m，则。m7142kn2.153321.8 上上 m 下游：设计水位情况为无水情况，下游水重都为 0。 3、扬压力 扬压力=渗透压力+浮托力，浮托力有下游水深引起。 设计水位情况下：下游水位为 3.0m，则 1）浮托力计算 浮托力的计算简图如图 4.2.2 所示 16.7 9.8 图 4.2.2 设计情况闸室浮托力分布图 齿坎底的压强 16.7kpa1.7109.8101.0 33 底板底的压强 9.8kpa1.0109.8101.0 33 则浮托力。3445.3kn18.629.8)(16.71.0)(1.7 2 1 179.8 扬州大学本科生毕业设计 23 2）渗透压力计算 渗透压力计算简图如图 4.2.3 所示： 2.65 2.54 2.46 0.95 0.88 0.16 16.7 9.8 图 4.2.3 设计时期渗透压力分布图 渗透力 f： 5529.6kn9.818.6116 . 0 88 . 0 2 1 1546 . 2 95 . 0 2 1 0 . 165 . 2 54. 2 2 1 扬压力=3445.3+5529.6=8975kn 4、水平水压力 水平水压力计算简图见图 4.2.4。混凝土铺盖：1 点处止水表面 p1=静水压力，止水 底面=止水处的浮托力+c 点渗透压力，2 点处 p2=2 点处扬压力。 1 p 图 4.2.4 上游水压力示意图 a、上游 上游水压力的计算简图，如右图 4.2.4 2 1 52.43kn/m5.359.8 ghp 2 1 29.2kn/m2.789.80.29.8p 扬州大学本科生毕业设计 24 2 2 42.63kn/m2.659.89.81.7 . p 上游水压力：3300.1kn171.542.6329.2 2 1 5.351752.43 2 1 f b、下游 3 4 5 图 4.2.5 上游水压力示意图 下游水压力的计算简图，如上图 4.2.5 58.33kn18.60.89.8 2 1 2 3 f 131.24kn18.60.90.889 4 .f 73.82kn18.60.99.80.9 2 1 5 f 闸室荷载汇总见表 4.2.1。 表 4.2.1 闸室荷载汇总表 竖向力（kn）水平力（kn）力矩（）mkn 荷载名称 + 自重21939.95 186691 上游3321.8 7142 水重 下游0 渗透压 力 5529.6 31334.4 扬压力 浮托力 3445.3 29285 上游 3300.1 8462.1 水平水 压力下游 263.41 149.26 合计25261.758974.93300.1263.41202295.160769 扬州大学本科生毕业设计 25 根据荷载计算结果，进行地基承载力验算： (偏下游)0.19m 16286.85 141526.1 2 17 2 g mb e 上 上 kpa 48.05 54.95 17 0.196 1 1718.6 16286.856 1 max min b e a g p 地基应力平均值： maxmin 54.95+48.05 =51.5kpa1.5，则自立板起至离立板 1.5 倍 扶壁净距为止部分按三边固定一边自由的双向板计算，在此以外的部分按单向连续板 计算。 （1）前 1.53.0=4.5m 的板面按双向板的内力计算 计算简图如图 5.6.3.3 所示： 完建无水期： 扬州大学本科