兴化水阀结构设计毕业论文.doc

1 兴化水阀结构设计毕业论文兴化水阀结构设计毕业论文 1 设计任务 兴化闸为无坝引水进水闸 该枢纽主要由引水渠 防沙设施和进水闸组成 本次设计主要 任务是确定兴化闸的型式 尺寸及枢纽布置方案 并进行水力计算 防渗排水设计 闸室布置 与稳定计算 闸室底板结构设计等 绘出枢纽平面布置图及上下游立视图 2 设计基本资料 2 1 概述 兴化闸建在兴化镇以北的兴化渠上 闸址地理位置见图 2 2 1 该闸的主要作用有防洪 灌溉和引水冲淤 7 0 北 至大成港 9 0 渠 化 11 0 兴 闸管所 兴化闸 兴 化 河 兴 化 镇 图 2 2 1 闸址位置示意图 单位 m 2 1 1 防洪 当兴化河水位较高时 关闸挡水 以防止兴化河水入侵兴化渠下游两岸农田 保护下游的 农田和村镇 2 2 1 2 灌溉 灌溉期引兴化河水北调 以灌溉兴化渠两岸的农田 2 1 3 引水冲淤 在枯水季节 引兴化河水北上至下游的大成港 以冲淤保港 2 2 规划数据 兴化渠为人工渠道 其剖面尺寸如图 2 2 所示 渠底高程为 0 5m 底宽 50 0m 两岸边坡 均为 1 2 该闸的主要设计组合有以下几方面 11 8 0 5 50 0 图 2 2 兴化渠剖面示意图 单位 m 2 2 1 孔口设计水位 流量 根据规划要求 在灌溉期由兴化闸自流引兴化河水灌溉 引水流量为 300m3 s 此时闸上 游水位为 7 83m 闸下游水位为 7 78m 在冬季枯水季节由兴化闸自流引水送至下游大成港冲 淤保港 引水流量为 100m3 s 此时相应的闸上游水位为 7 44m 下游为 7 38m 2 2 2 闸室稳定计算水位组合 1 设计情况 上游水位 10 3m 浪高 0 8m 下游水位 7 0m 2 校核情况 上游水位 10 7m 浪高 0 5m 下游水位 7 0m 2 2 3 消能防冲设计水位组合 1 消能防冲的不利水位组合 引水流量为 300m3 s 相应的上游水位 10 7m 下游水位 为 7 78m 2 下游水位流量关系 下游水位流量关系见表 2 2 1 表 2 2 1 下游水位流量关系 Q m3 s 0 050 0100 0150 0200 0250 0300 0 H下 m 7 07 207 387 547 667 747 78 3 2 3 地质资料 2 3 1 闸基土质分布情况 根据钻探报告 闸基土质分布情况见表 2 3 1 表 2 3 1 闸基土层分布 层序高程 m 土质情况标准贯入击数 击 11 75 2 40重粉质壤土9 13 2 40 0 7散粉质壤土 8 0 7 16 7 坚硬粉质粘土 局部含铁锰结核 15 21 2 3 2 闸基土工试验资料 根据土工试验资料 闸基持力层为坚硬粉质粘土 其内摩擦角 190 凝聚力 C 60 0Kpa 天然孔隙比 e 0 69 天然容重 20 3KN m3 比重 G 2 74 变形模量 0 E KPa 建闸所用回填土为砂壤土 其内摩擦角 260 凝聚力 C 0 天然容重 4 104 18KN m3 混凝土的弹性模量 Eh KPa 7 10 32 2 4 闸的设计标准 根据 水闸设计规范 SL265 2001 兴化闸按 级建筑物设计 2 5 其它有关资料 2 5 1 闸上交通 根据当地交通部门建议 闸上交通桥为单车道公路桥 按汽 10 设计 履带 50 校核 桥 面 净宽为 4 5m 总宽 5 5m 采用板梁式结构 见图 2 5 1 每米桥长约重 80KN 10 0 15 0 450 0 15 0 10 0 110 0 2 2 10 0 15 0 55 0 70 0 45 0 137 50 45 0 137 50 45 0 70 0 4 550 0 图 2 5 1 交通桥剖面图 单位 cm 2 5 2 该地区 三材 供应充足 闸门采用平面钢闸门 尺寸自定 由于厂设计加工制造 2 5 3 该地区地震烈度设计为 6 度 故可不考虑地震影响 2 5 4 该地区风速资料不全 在进行浪压力设计时 建议取计算 ll h10 L 3 枢纽布置 兴化闸为无坝引水进水闸 整个枢纽主要由引水渠 防沙设施和进水闸等组成 3 1 防沙设施 闸所在河流为少泥沙河道 故防沙要求不高 仅在引水口设拦沙坎一道即可 拦沙坎高 0 8m 底部高程 0 5m 顶高程 1 3m 迎水面直立 背流坡为 1 1 的斜坡 其断面见图 3 1 图 3 1 枢纽布置图 剖面 3 2 引水渠的布置 兴化河河岸比较坚稳 引水渠可以尽量短 大约 65m 使兴化闸靠近兴化河河岸 为了 保证有较好的引水效果 引水角取 35 并将引水口布置在兴化河凹岸顶点偏下游水深较大 的地方 为了减轻引水口处的回流 使水流平顺的进入引水口 引水口上 下游边角修成圆弧 形 引水渠在平面上布置成不对称的向下游收缩的喇叭状 见图 3 1 3 3 进水闸布置 进水闸 兴化闸 为带胸墙的开敞式水闸 共 3 孔 每孔净宽 8 5m 胸墙底部高程为 8 1m 闸顶高程为 11 8m 闸门顶高程为 8 3m 3 3 1 闸室段布置 闸底板为倒 型钢筋混凝土平底板 缝设在底板中央 底板顶面高程为 0 5m 厚 1 2m 其顺水流方向长 16m 闸墩为钢筋混凝土结构 顺水流方向长和底板相等 中墩厚 1 1m 边墩与岸墙结合布置 为重力式边墙 既挡水 又挡土 墙后填土高程为 11 8m 闸墩上设有工作门槽和检修门槽 检修门槽距闸墩上游边缘 1 7m 工作门槽距闸墩上游边缘 5 49m 胸墙与检修门槽之间净距为 5 2 79m 闸门采用平面滚轮钢闸门 尺寸为 8 7m 7 8m 启闭设备选用 QPQ 63 卷扬式启闭机 工 作桥支承为实体排架 由闸墩缩窄而成 其顺水流长 2 3m 厚 0 5m 底面高程 11 8m 顶面高 程 16 5m 排架上设有活动门槽 公路桥设在下游侧 为板梁式结构 其总宽为 5 5m 公路桥支承在排架上 排架底部高 程 8 5m 3 3 2 上游连接段布置 铺盖为钢筋混凝土结构 其顺水流方向长 20m 厚 0 4m 铺盖上游为块石护底 一直护至 引水口 上游翼墙为浆砌石重力式反翼墙 迎水面直立 墙背为 1 0 5 的斜坡 收缩角为 15 圆弧半径为 6 6m 墙顶高程为 11 0m 其上设 0 8m 高的混凝土挡浪板 墙后填土高程为 10 8m 翼墙底板为 0 6m 厚的钢筋混凝土板 前趾长 1 2m 后趾长 0 2m 翼墙上游与铺盖头 部齐平 翼墙上游为干砌块石护坡 每隔 12m 设一道浆砌石格埂 块石底部设 15cm 的砂垫层 护 坡一直延伸到兴化渠的入口处 3 3 3 下游连接段布置 闸室下游采用挖深式消力池 其长为 21 5m 深为 0 5m 消力池的底板为钢筋混凝土结构 其厚度为 0 7m 消力池与闸室连接处有 1m 宽的小平台 后以 1 4 的斜坡连接 消力池底板下 按过滤的要求铺盖铺设厚 0 3m 的砂 碎石垫层 既起反滤 过渡作用 又起排水作用 海漫长 24m 水平设置 前 8m 为浆砌块石 后 16m 为干砌块石 并每隔 8m 设一道浆砌石 格埂 海漫末端设一构造防冲槽 其深为 1 0m 边坡为 1 2 槽内填以块石 由于土质条件较 好 防冲槽下游不再设护底 下游翼墙亦为浆砌石重力式反翼墙 迎水面直立 墙背坡度为 1 0 5 其扩散角为 10 圆弧半径为 4 8m 墙顶高程为 8 5m 其上设高 0 8m 的挡浪板 墙后填土高程为 8 0m 下游 翼墙底板亦厚 0 6m 钢筋混凝土板 其前趾长 1 2m 后趾长 0 2m 翼墙下游端与消力池末端齐 平 下游亦采用干砌块石护坡 护坡至 9 8m 高程处 每隔 8m 设一道浆砌石格埂 护坡延伸至 与防冲槽下游端部齐平 6 4 水力计算 水力设计主要包括两方面的内容 即闸孔设计和消能设计 4 1 闸孔设计 闸孔设计的主要任务 确定闸室结构形式 选择堰型 确定堰顶高程及孔口尺寸 4 1 1 闸室结构形式 该闸建在人工渠道上 故宜采用开敞式闸室结构 在运行中 该闸的挡水位达 10 3m 10 7m 而泄水时上游水位为 7 44m 7 83m 挡水位时 上游最高水位比下游最高水位高出 2 87m 故拟设设置胸腔代替闸门挡水 以减小闸门高度 减小作用在闸门上的水压力 减小启门力 并降低工作桥的高度 从而减少工程费用 综上所述 该闸采用带胸墙的开敞式闸室结构 4 1 2 堰型选择及堰顶高程的确定 该闸建在少泥沙的人工渠道上 宜采用结构简单 施工方便 自由出流范围较大的平底板宽 顶堰 考虑到闸基持力层是坚硬粉质粘土 土质良好 承载能力大 并参考该地区已建在工程的 经验 拟取闸底板顶面与兴化渠渠底齐平 高程为 0 5m 4 1 3 孔口尺寸的确定 1 初拟闸孔尺寸 该闸的孔口必须满足引水灌溉和引水冲淤保港的要求 1 引水灌溉 上游水深 H 7 83 0 5 7 33m 下游水深 7 78 0 5 7 28m s h 引水流量 Q 300m s 3 上游行近流速 V0 Q A A b mH H 50 2 7 33 7 33 473 96m2 V 300 473 96 0 633sm 3 H0 H V0 2g 取 1 0 2 7 33 0 6332 2 9 8 7 35m hS H0 7 28 7 35 0 99 0 8 故属淹没出流 查 SL265 2001 表 A 0 1 2 淹没系数 S 0 36 由宽顶堰淹没出流公式 2 3 00 g2mHBQ S 7 对无坎宽顶堰 取 m 0 385 假设侧收缩系数 0 96 则 2 2 3 001 HgmQB S 2 3 5 371 8926 9085 3036 0 300 25 54m 2 引水冲淤保港 上游水深 H 7 44 0 5 6 94m 下游水深 h 7 38 0 5 6 88m 引水流量 Q 100sm 3 上游行近流速 V0 Q A A b mH H 50 2 6 94 6 94 443 3sm 3 V Q A 100 443 3 0 23m s0 8 故属淹没出流 查 SL265 2001 表 A 0 1 2 得淹没系数 s 0 36 同样取 m 0 385 并假定 则得 6 90 B0 B02 9 28m 比较 1 2 的计算结果 B02 B01 可见引水灌溉情况是确定闸孔尺寸的控制情况 故闸 孔净宽 B0宜采用较大值 25 54m 拟将闸孔分为 3 孔 取每孔净宽为 8 5m 则闸孔实际总净宽为 B0 3 8 5 25 5m 由于闸基土质条件较好 不仅承载能力较大 而且坚硬 紧密 为了减少闸孔总宽度 节 省工作量 闸底板宜采用整体式平底板 拟将分缝设在各孔底板的中间位置 形成倒 型底板 中墩采用钢筋混凝土结构 厚 1 1m 墩头 墩尾均采用半圆形 半径为 0 55m 2 复核过闸流量 对于中孔 b0 8 5m bs b0 8 5 1 1 9 6m b0 bs 8 5 9 6 0 885 查 SL265 2001 表 A 0 1 1 得 z 0 981 对于边孔 b0 8 5m 45 46m b0 bs 0 19 s b 2 3 0s 2 Hgm Q 2 3 4 9681926 9085 30360 100 8 查 SL265 2001 表 A 0 1 1 得 b 0 909 则 z N 1 b N 0 957 对于无坎平底宽底堰 m 0 385 则 2 3 00 2 HgBmQ S 2 3 35 7 81 9 2 5 25957 0 385 036 0 sm 5 298 3 100 100 5 Q QQ 实 300 300 5298 50 实际过流能力满足引水灌溉的设计要求 因此 该闸的孔口尺寸确定为 共分 3 孔 每孔净宽 8 5m 2 个中墩各厚 1 1m 闸孔总 净宽为 25 5m 闸室总宽度为 27 7m 4 2 消能防冲设计 消能防冲设计包括消力池 海漫及防冲槽等三部分 4 2 1 消力池的设计 1 上下游水位连接形态的判别 闸门从关闭状态到泄流量为 300往是分级开启的 sm 3 为了节省计算工作量 闸门的开度拟分三级 流量 50 待下游的水位稳定后 增大开度至sm 3 150 待下游的水位稳定后 增大开度至 300 sm 3 sm 3 当泄流量为 50时 sm 3 上游水深 H 10 7 0 5 10 2m 下游水深可采用前一级开度 即 Q 0 时的下游水深 t 7 0 0 5 6 5m 上游行进流速 0 069m s 0 5m s 可以忽略不计 0 V A Q 1718 50 0 V 假设闸门的开度 e 0 44m 0 043 0 65 为孔流 查 水力学 河海大学出版社 H e 得 0 612 则 h e 0 612 0 44 0 27m c c h gh q h c c 1 8 1 2 3 2 1 27 0 81 9 7 27 50 8 1 2 27 0 3 2 c h 9 1 44m t 6 5m 故为淹没出流 c h 由 t H 0 58 查 SL265 2001 表 A 0 3 2 采用插值法 得孔流淹没系 c h c h 数 0 53 所以有 Q 1eB0 0 2gH 1 0 60 0 176 0 592 H e 式中 1 孔流流量系数 因此 Q 0 518 0 592 0 44 25 5 2 108192 49 8sm 3 该值与要求的流量 50十分的接近 才所假定的闸门开度 e 0 44 正确 此时 跃后sm 3 水深 1 44 t 6 5m 故发生淹没水跃 以同样的步骤可求得泄水量为 150 300时的闸门开度 跃后水深 并可判s m3sm 3 别不同泄水量时水面的连接情况 见表 4 2 将结果列如下表 表 4 2 水面连接计算 序号 Q sm 3 E m m hc h m t m 水面连接情况 1 50 00 440 6120 271 446 50淹没水跃 2 150 01 300 6170 802 366 70淹没水跃 3 300 02 730 6231 703 007 04淹没水跃 2 消力池的设计 a 消力池池深 由表 4 2 可见 在消能计算中 跃后水深均小于相应的下游水深 出闸 水流已发生了淹没水跃 故从理论上讲可以不必建消力池 但是为了稳定水跃 通常需建一构 造消力池 取池深 d 0 5m b 消力池长度 根据前面的计算 以泄流量 300作为确定消力池长度的计算依据 sm 3 略去行进流速 V0 则 T H d 10 2 0 5 10 7m 00 10 h c 0 0 0 q 2g q 10 83 0 95 2 6 62 h 0 82m c 5 01m c h gh q h c c 1 8 1 2 3 2 水跃长度 L 6 9 6 9 5 01 0 82 28 91m J c h c h 消力池与闸底板以 1 4 的斜坡段相连接 LS dp 0 5 4 2 0m 则消力池长度 LSJ为 L L L 2 0 0 75 28 91 23 68m SJSJ 长度校正系数 0 7 0 8 取消力池长度为 23 5m c 消力池底板厚度计算 t k1 q 式中 K 消力池底板厚度计算系数 可采用 0 15 0 20 K 取 0 175 11 Q 300 25 5 2 2 10 83 3 msm H 10 7 7 78 2 92m t 0 75m 由于消力池的池底板厚范围 0 5 1 2 所以取消力池的池底板厚为 0 8m 前后等厚 在 消力池底板的后半部设排水孔 孔径 10 cm 间距 2 m 呈梅花行布置 孔内填以砂 碎石 消力 池与闸底板连接处留有 1 米的平台 以便更好地促成出闸水流在池中产生水跃 消力池在平面 上呈扩散状 扩散角度 10 4 2 2 海漫的设计 1 海漫的长度为 L P qKS q 300 25 5 2 2 tg10 23 5 1 2 8 26 3 msm H 10 7 7 78 2 92m 为海漫长度计算系数 取为 7 0 s k s k 11 L 21 97m P 7652507 取海漫的长度为 26 0m 2 海漫的布置和结构 由于下游水深较大 为了节省开挖量 海漫布置成水平的 海漫使用 厚度 40cm 的块石材料 前 8m 用浆砌块石 后 18m 采用干砌块石 浆砌块石海漫上设排水孔 干 砌块石上设浆砌块石格梗 格梗断面尺寸为 40cm 60cm 海漫底部铺设 15cm 厚的砂粒垫层 4 2 3 防冲槽的设计 1 海漫末端河床冲刷深度为 s h v q d 0 1 1 海漫末端的平均宽度 1 2 50 50 2 2 7 04 64 08m B 300 64 08 4 68 q 3 msm 对比较紧密的黏土地基 且水深大于 3m 可取为 1 1m s 7 04m 则 0 v s h 2 36m d 04 7 1 1 68 4 1 1 L 满足要求 L 2 绕流防渗长度 必须的防渗长度为 L CH H 3 7m C 7 回填土为砂壤土 且无反滤 因此 L 25 9m 实际防渗长度 16 36 7m L 15cos 20 L 满足防渗要求 L 其地下轮廓布置见下图 5 1 1 图 5 1 1 地下轮廓布置 单位 m 5 2 渗流计算 采用改进阻力系数法进行渗流计算 5 2 1 地下轮廓线的简化 为了便于计算 将复杂的地下轮廓进行简化 由于铺盖头部及底板上下游两端的齿墙均浅 简化后的形式如下图 5 2 1 图 5 2 1 地下轮廓简化图 单位 m 5 2 2 确定地基的有效深度 14 根据钻探资料 闸基透水层深度很大 故在渗流计算中必须取一有效深度 代替实际深度 由地下轮廓线简化图知 地下轮廓的水平投影长度 16 20 36m 地下轮廓的垂直投影长 0 L 度 S0 1 7 0 4 1 3m L0 S0 36 1 3 27 7 5 故地基的有效深度 Te 0 5 L0 18 m 图 5 2 1 5 2 3 渗流区域的分段和阻力系数的计算 过地下轮廓的角点 尖点 将渗流区域分成十个典型段 1 8 段为进出口段 3 6 二 段为内部水平段 2 4 5 7 则为内部垂直段 表 5 2 1 各流段阻力系数为 流段阻力系数为 段号 ST 10 417 90 446 进口段和出口 段 1 5 0 441 T S 2 3 80 617 30 451 20 518 00 028 41 3180 072 51 317 20 029 内部垂直段 ln ctg 1 2 4 T S 70 517 20 029 3 S1 0 5 S1 0 5 T 18 0 L 20 0 1 041 内部水平段 T SSL 7 0 21 6 S1 0 5 S2 0 5 T 17 2 L 16 0 0 890 则 2 986 8 1i i 5 2 4 渗透压力计算 1 设计洪水位时 H 10 3 7 0 3 3m 根据水流的连续条件 经过各流段的单宽渗流流 量均应相等 a 任一流段的水头损失 h 则 i H i h1 0 49m h2 0 03m 15 h3 1 15m h4 0 08m h5 0 03m h6 0 99m h7 0 03m h8 0 50m b 进出口段进行必要的修正 进出口修正系数为 1 1 21 1 059 0 2 12 1 2 T S T T T 18m T 17 9m S 0 4m 则 0 34 1 0 应予修正 进口段的水头损失修正为 1 h h 0 17m 11 1 进口段水头损失的修正量为 h 0 49 0 17 0 32m 修正量应转移给相邻各段 h 0 03 0 03 0 06m 2 h 1 17 0 33 0 03 1 44m 3 同样对出口段修正如下 1 21 2 059 0 2 12 1 2 T S T T T 17 2m T 17 3m S 0 6m 则 0 440 1 0 故亦需修正 2 出口段的水头损失修正为 h h 0 22m 8 28 修正量 h 0 50 0 22 0 28m h 0 03 0 03 0 06m 7 h 0 99 0 28 0 03 1 24m 6 c 计算各角隅点的渗压水头 由上游出口段开始 逐次向下游从作用水头值 h 中相继 减去各分段的水头损失值 即可求得各角隅点的渗压水头值 16 H1 3 3m H2 3 3 h1 3 3 0 17 3 13m H3 H2 h2 m 3 13 0 06 3 07m H4 H3 h3 m 3 07 1 44 1 63m H5 H4 h4 m 1 63 0 08 1 55m H6 H5 h5 m 1 55 0 03 1 52m H7 H6 h6 m 1 52 1 24 0 28m H8 H7 h7 m 0 28 0 06 0 22m H9 H8 h8 m 0 22 0 22 0 00m d 作出渗透压力分布图 根据以上算得渗压水头值 并认为沿水平段水头损失呈线形变 化 则其渗透压力分布图 如图 5 2 2 图 5 2 2 设计洪水位是渗透压力分布图 单位 m 单位宽度底板所受渗透压力 P H6 H7 16 1 14 4t 141 12 1 2 1 KN 单位宽铺盖所受的渗透压力 P H H 20 1 47 0t 460 6 2 2 1 34 KN 2 同样的步骤可计算出校核情况下的渗透压力分布 即 H 4 7 1 0 3 7m H1 3 70m H2 3 51m H3 3 45m H4 1 83m H5 1 74m H6 1 70m 17 H7 0 33m H8 0 25m H9 0 00m 根据以上计算作出渗透压力分布图 如图 5 2 3 图 5 2 3 校核洪水位是渗透压力分布图 单位 m 单位宽度底板所受渗透压力 P H6 H7 16 1 1 70 0 33 16 1 16 24t 159 15 1 2 1 2 1 KN 单位宽铺盖所受的渗透压力 P H3 H4 20 1 3 45 1 83 20 1 52 8t 517 44 2 2 1 2 1 KN 5 2 5 抗渗稳定验算 闸底板水平段的平均渗透坡降和出口处的平均逸出坡降闸底板水平段的平均渗透坡降为 J 0 086 J 0 4 0 5 X X L h 6 16 37 1 X 渗流出口处的平均逸出坡降 J 为 0 J 0 417 J 0 70 0 80 0 7 S h 6 0 26 0 0 闸基的防渗满足抗渗稳定的要求 6 闸室布置与稳定计算 6 1 闸室结构布置 闸室结构布置主要包括底板 闸墩 闸门 工作桥和交通桥等部分结构的布置和尺寸的拟 定 6 1 1 底板 底板的结构 布置 构造与上面的相同 6 1 2 闸墩 顺水方向的长度取与底板相同 取 16m 闸墩为钢筋混凝土结构 中墩厚均为 1 1m 边缘 与岸墙合二为一 采用重力式结构 18 闸墩上游部分的顶部高程在泄洪时应高于设计或校核洪水位加安全超高 关门时应高于设 计或校核洪水位加波浪计算高度加安全超高 设计洪水位的超高计算 10 3 0 8 0 7 11 8m 1 校核洪水位的超高计算 10 7 0 5 0 5 11 7m 2 取上述二者中的较大者 取为 11 8m 闸墩下游部分的高度只要比下游最高水位适当高些 不影响泄流即可 可大大低于上游部 分的高度 而其上设有排架搁置公路桥 初拟定闸墩下游部分顶部高程为 8 5m 其上设 3 根 0 7m 0 67m 高 1 8m 的柱子 柱顶设 0 7m 0 7m 长 4 7m 的小横梁 梁顶高程即为 8 5 1 8 0 7 11 0 下游闸墩上搁置公路桥 桥面高程为 11 8m 与两岸大堤齐平 闸墩上设检修门槽和工作门槽 检修门槽在上游 槽深为 0 3m 宽 0 2m 工作槽槽深为 0 3m 宽 0 5m 具体位置见图 闸墩上下游均为半圆形 其半径为 0 55m 6 1 3 胸墙 为了保证启吊闸门的钢丝绳不浸在水中 胸墙设在工作闸门的上游侧 胸墙顶与闸墩上游部分顶部同高取 11 8m 胸墙底部高程应以不影响引水为准 堰 ZB 顶高程 堰顶下游水深 0 5 7 28 0 3 8 08 m 取胸墙底部高程为 8 1m 则胸墙高度为 3 7m 胸墙采用钢筋混凝土板梁式结构 简支于闸墩上 上梁尺寸为 0 3m 0 5m 下梁尺寸为 0 4m 0 8m 板厚 20cm 下梁下端的上游面做成圆弧形 以利过水 6 1 4 工作桥 1 启闭机选型 闸门采用平面滚轮钢闸门 为滑 动式 门顶高程应高出胸墙 0 2m 即其高程为 8 3m 门高 7 8m 门宽 8 5 20 2 8 9m 根据经验公式 G 0 073K1K2K3A0 93HS0 79 初估闸门自重 A 66 3m2 HS 10 2m 对于工作闸门 K1 1 0 H B 7 8 9 1 0 86 H B 1 K2 1 1 HS 10 2 60m K3 1 0 则门重 G 25 95t 254 31KN 取门自重 G 260KN 初拟启门力 FQ 0 1 0 2 P 1 2G 闭门力 FW 0 1 0 2 P 0 9G 其中 G 为闸门自重 P 为作用在门上的总水压力 不计浪压力的影响 作用在每米宽门 19 上游面的水压力 作用在每米宽门下游面的水压力和门上总的水压力为 P上 1 2 9 8 2 6 10 2 7 6 476 7kN P下 1 2 6 5 6 5 9 8 207 0kN P P上 P下 8 5 2292 45kN FQ 0 10 2292 45 1 2 260 541 2kN FW 0 10 2292 45 0 9 260 4 76kN FW 地基承载力满足要求 R P 不均匀系数计算 由上可知 2 5 1 11 min max P P 基地压力不均匀系数满足要求 2 设计洪水情况 闸室地基压力计算 由表 6 2 2 可知 G 15051 8KN M 14882 7KN m 则 KNH016 16 28 1 49m 偏上游 2 16 15051 8 142882 7 16 P max min 307 2 15051 8 16 1 49 上上上21 62 上上上76 37 地基承载力验算 由上可知 Pmax Pmin 49kPa P 2 1 R 地基承载力满足要求 不均匀系数计算 由上可知 5 33 5 min max P P 但根据 SD133 84 附录五的规定 对于地基良好 结构简单的中型水闸 的采用直可 以适当的增大 本闸闸基土质良好 在设计洪水位情况下 可采用 3 0 闸室抗滑稳定分析 临界压应力 1 2 tgcBtgAPkp 其中 A 3 5 10 09kN m3 B 16m 19 c 60kPa o 故闸室不会发生深层滑动 仅需作表层抗滑稳定分 76 37kPaP355 9kPaP maxkp 析 H AcGtg Kc 00 其中 取 0 9 17 1 c 取c 12 0kPa 由于本闸齿墙较浅 可取 A 307 2m 则 0 0 5 1 2 1 251 38 6016 1 307 212 015051 8tg17 1 cc KK 闸室抗滑稳定性满足要求 3 校核洪水情况 闸室基底压力计算 由表 6 2 3 可知 G 15018 1KN M 144091 6KN m 则 KNH 36597 1 59 偏上游 2 16 15018 1 144091 6 16 P max min 307 2 15018 1 16 1 59 上上上19 74 上上上78 04 29 地基承载力验算 由上可知 P Pmin 48 89kPa 1 25 边墙抗滑稳定符合要求 C K 2 设计洪水情况 在设计洪水情况下 边墙受力发生了改变 除了结构本身的重力荷载外 还有水的作用 另外闸门关闭挡水 边墙除了受横向力作用外 还有纵向的水推力 整个边墙成了一 个空间受力整体 边墙的荷载及力矩计算 对边墙底板形心轴求 矩 见图 7 1 47 1 4 见表 7 1 4 7 1 4 32 墙后地下水位近似按相应处底板下的扬压力值推算 边墙上游端 H 上 1 0 1 52 2 52m 边墙下 游端 H 下 1 0 0 28 1 28m 则墙后的平均低下水位 边墙底板所受的m HH H9 1 2 下上 扬压力的平均值为 79 4kpa 8 3951 3 0 124 5 916 9 95866 165 9 7 14226 165 9 5 188515 22 22 L Jy MyB Jx Mx A G P 则 PA 87 7kpa PB 80 7kpa PC 160 3kpa PD 167 3kpa 图 7 1 47 1 4 RkpaP 124 07 2 7 80 3 167 25 1 59 1 9 4709 6 856 12165 9 5 18851 1 17 22 CC K tg K 可见 边墙地基的承载力 基地压力不均匀系数及边墙的抗滑稳定性均符合要求 3 校核洪水情况 校核洪水情况与设计洪水情况边墙的受力相似 只是 1 墙前水位有所 变化 们上游为 10 7m 门下游为 1 0m 2 墙后地下水位改变了 3 平均扬压力mH02 2 值为 80 56kpa 校核洪水时的作用荷载及力矩计算见表表表 7 1 57 1 5 4 3723 4 6 125 5 916 1 89926 165 9 1 17336 165 9 9 19092 22 22 L Jy MyB Jx Mx A G P 则 PA 98 6kpa PB 83 9kpa PC 158 7kpa PD 167 3kpa 表 7 1 3 完建期边墙荷载及力矩积算表 对 B 点取矩 竖向力 KN 水平力 KN 力臂 m 力矩 KNm 备注 荷载名 称 计算式 填土闸 室 闸室 填土 墙身重 力 0 233 110 18 0 0 230 125 5 5 10 2 1 207 9 634 0 3 65 5 80 758 8 3677 2 33 底板重 力 0 250 15 97 0 0 250 15 075 3 0 250 15 05 0 2 1 0 250 15 06 0 0 250 15 05 0 2 1 166 3 46 9 3 1 7 5 3 1 4 75 1 88 3 92 9 20 8 73 789 9 88 2 12 2 69 0 27 1 上部结 构重力 53 23 50154 0见墙身强度计算 小计11225608 6 土 重 力 W1 W2 W3 0 180 195 0 45 5 0 180 125 5 5 10 2 1 0 180 15 102 0 93 2 496 1 37 8 6 78 7 55 9 40 631 9 3745 6 355 3 土 压 力 E1 E2 0 180 1 6 1215 0 0 180 1 0 12 2 1 2 6 0 4 0 75 6 2021 6 2 26 45 2 g t 1749 10 0518 00 010341 42097 2 合计 1749 1 518 0 填土 闸 室 8244 2 1 表表 7 1 47 1 4 设计洪水情况下边墙作用荷载及力矩计算表 对底板形心取矩 设计洪水情况下边墙作用荷载及力矩计算表 对底板形心取矩 竖向力 KN 顺流向水平力 KN 垂直流向水平力 KN 力臂 m 力矩 Mx KN m 力矩 My KN m 荷载名称计 算 式 上游 下游 下游 上游 闸室 填土 填土 闸室 xY 备注 11 3 0 8 16 233326 7 1 10 0 00 3659 4 墙身重力 0 5 10 5 5 25 16 2310143 0 1 05 0 00 10650 2 0 7 9 5 16 252660 0 0 00 0 00 0 0 3 75 9 5 16 25750 0 2 88 0 00 2160 0 0 5 0 5 0 5 16 2550 0 0 83 0 00 41 5 0 6 0 5 16 2550 0 3 98 0 00 199 0 底板重力 0 5 0 5 0 5 16 25120 0 4 45 0 00 534 0 胸墙重力454 8 4113 7 1 25 3 21 365 142 1 检修便桥重 力 180 0 445 1 25 6 25 281 3 56 3 公路桥重力 1586 0 4396 5 1 25 4 25 1685 1 495 6 2 工作桥重力 510 0 4127 5 1 25 2 10 267 8 159 4 启闭机重力 132 0 433 1 25 2 10 69 3 41 3 工作桥排架 重力 4 7 0 5 2 3 25135 1 1 25 2 10 283 7 168 9 W1 0 95 16 5 45 181491 1 2 03 0 00 3026 9 W2 0 5 5 25 3 7 3 09 1 6 18 3995 3 2 29 0 00 9149 2 W3 0 5 3 70 7 40 16 102190 4 3 31 0 00 7250 2 土 重 力 W4 0 2 3 10 16 18 0 2 7 4 0 16 10 415 4 4 65 0 00 1933 0 土 18kN m 浮 10kN m E1 0 15 12 16 18 0 ka202 2 6 00 0 00 1213 2 E2 0 5 3 9 16 18 0 ka854 2 9 40 0 00 8029 5 按朗金公式计算土 压力系数 ka E3 3 9 8 10 16 10 0 ka1971 2 4 05 0 00 7983 4 土 压 力 E4 0 5 8 10 16 10 0 ka2047 0 2 70 0 00 5527 0 ka tan 45 26 2 tan 32 0 39 扬压力79 4 9 5 1612068 8 0 00 0 00 水重力8676 2 4 8206 5 42167 6 3 13 5 26 11401 6 67845 9 3 2710 3 13 3 05 8265 5 8482 3 0 5 9 8 10 5 5 492965 8 3 50 0 00 10380 3 墙前水压力 0 5 9 8 7 2 10 012542 7 2 40 0 00 6102 5 底板止水以下近似按 静水压力计算 墙后水压力 0 5 9 8 8 10 165143 8 2 70 0 00 13888 3 上游水压力 0 5 9 8 9 8 3 251592 4 0 00 3 97 6321 8 不计浪压力 下游水压力 0 5 9 8 6 5 3 25672 8 0 00 2 87 1930 9 30920 3 12068 8 1592 4 672 8 5508 5 10218 4 16022 3 14599 6 49245 8 58832 7 合 计 18851 5 856 6 上游 下游 4709 9 填土 闸室 1422 7 9586 9 表 7 1 5 校核洪水情况下边墙作用荷载及力矩计算表 对底板形心取矩 竖向力 KN 顺流向水平力 KN 垂直流向水平力 KN 力臂 m 力矩 Mx KN m 力矩 My KN m 荷载名称计 算 式 上游 下游 下游 上游 闸室 填土 填土 闸室 xY 备注 边墙及上部结构重力 17950 5 1685 1 1267 1 11383 2 6924 5 录制表 2 4 8 土重力W10 95 16 5 45 181491 1 2 03 0 00 3026 9 土 18kN m 4 W2 0 5 5 75 3 76 2 98 16 18 3866 4 2 28 0 00 8815 4 W30 5 3 76 7 52 16 102662 0 3 30 0 00 7464 6 W40 2 2 98 16 18 0 2 7 52 16 10412 3 4 65 0 00 1917 2 浮 10kN m E10 15 12 16 18 0 ka202 2 6 00 0 00 1213 2 土压力 E20 5 3 78 16 18 0 ka802 4 9 480 00 7606 8 按朗金公式 计算土压力 系数 ka E33 78 8 22 16 10 0 ka1938 9 4 11 0 00 7968 7 土压力 E40 5 8 22 16 10 0 ka2108 1 2 74 0 00 5776 2 ka tan 45 26 2 ta n 32 0 39 扬压力80 56 9 5 1612445 1 0 00 0 00 2245 7 3 13 5 26 11812 4 7029 水重力8982 7 4 10839 8 4 2710 3 13 3 05 8265 5 8482 3 墙前水压力0 5 9 8 10 5 5 493196 1 3 63 0 00 11601 8 不计浪压力 5 0 5 9 8 7 2 9 912542 7 2 40 0 00 6102 5 墙后水压力0 5 9 8 8 22 165297 4 2 70 0 00 14303 0 上游水压力0 5 9 8 10 2 3 251656 8 0 00 4 1 6792 9 下游水压力0 5 9 8 6 5 3 25672 8 0 00 2 87 1930 9 31338 12245 1 1656 8 672 8 5738 8 10349 16743 5 15010 4 50311 6 59303 7 合 计 19092 9 984 0 上游 下 游 4610 2 填土 闸室 1733 1 8992 1 6 1 7 2 底板结构计算 采用弹性地基梁法对底板进行结构计算 7 2 1 选定计算情况 完建期竖向力最大 故地基反力亦较大 底板内力较大 是底板强度的控制情况之一 由 第五节的计算知 在运用期 由于水的作用 不仅增加了闸室内的水重 而且产生了扬压力 地基反力的分布也与完建期有了很大的变化 显然 运用期上游水位高 下游水位低的情况也 是底板结构计算的控制情况 故运用期选校核洪水位情况 此时上游水位最高 进行计算 7 2 2 闸基的地基反力计算 在上一节中计算地基应力 P P时 求的是齿墙底部基底的应力 而不是底板底部 maxmin 基底应力 故尚应重新计算地基反力 1 完建期 完建期内无水平荷载 故在上一节中相应的地基应力就等于地基反力 可以直 接运用 即 上游端 74 16kPa man 下游端 66 91kPa min 2 校核洪水情况 此时有水平力作用 需要重新计算地基反力 见表 7 2 1 e 1 38 m 偏下游 15018 1 140834 8 2 16 16 38 1 6 1 19 216 15018 1 max min 23 6kPa 74 2kPa 上上上上 上上上 1 表 7 2 1 校核洪水时荷载 力矩计算表 对底板底面上游 A 点求矩 竖向力水平力力矩 荷载名称计算式 力臂 备注 闸室结构 21667 8 17036 5 0 表 6 2 1 0 5 2 5 9 8 2 5 0 16 0 5 1 9 2 743 29 95 7394 8 0 5 2 5 10 4 9 8 7 9 19 2 9587 7 4 14 39693 1 上游水压力 0 5 8 55 9 45 9 8 1 0 19 2 1693 4 0 49829 8 0 5 9 8 7 6 19 2 2 5434 1 2 63 下游水压力 0 5 7 6 7 74 9 8 0 1 19 2 144 30 05 14291 7 7 2 浮托力 23416 5 8 0 18733 2 表 6 2 3 993 58 07948 渗透压力 2062 2 5 33 10991 5 表 6 2 3 闸室内水重力 19822 5 14312 2 5 41490 3 26472 2 12024 3 5578 4 36140 5 2 22057 0 4 合计 15018 1 6445 9 140834 8 1 7 2 3 不平衡剪力及剪力分配 以胸墙与闸门之间的连线为界 将闸室分为上 下游段 各自承受其分段内的上部结构重 力和其他荷载 1 不平衡剪力 对完建期 校核洪进行计算 不平衡剪力值见表 7 2 2 表 7 2 2 不平衡剪力计算表 单位 KN 完建情况下校核洪水情况下 荷载名称 上游段下游段小计上游段下游段小计 闸墩 底板 胸墙 公路桥 工作桥 检修便桥 闸门 启闭机 3357 8 3462 2 454 75 255 0 180 66 0 5111 4 6353 8 1586 0 255 0 520 0 66 0 8469 2 9816 0 454 75 1586 0 510 0 180 0 520 0 132 0 3357 8 3462 2 454 75 255 0 180 66 0 5111 4 6353 8 1586 0 255 0 520 0 66 0 8469 2 9816 0 454 75 1586 0 510 0 180 0 520 0 132 0 结构 重力 7775 81389221667 87775 81389221667 8 水重力8982 710839 819822 5 扬压力 9585 0 16887 2 26472 2 地基反力 7685 9 13981 921667 8 3135 0 11884 0 15019 0 不平衡力89 9 89 9 0 04038 5 4039 4 0 9 不平衡剪力89 9 89 9 0 04038 95 4038 95 0 0 2 不平衡剪力的分配 截面的形心轴至底板底面的距离如图 7 3 1 所示 即 3 8m 3 111 122 12 19 2 1 2 3 11 3 111 126 02 192 1 f 3 1 3 2 323 nnffL J Q Q 底 mdfn6 22 18 3 mL6 9 2 2 19 2 6 2 2 3 11 1 1 3 112 3 111 1 12 1 6 08 3 2 192 12 12 19 12 1 2 323 J 734 5 4 m 0 06 3 1 3 2 323 nnffL J Q Q 底 Q 2 则 1 0 06 0 94 墩 Q Q Q 每个闸墩分配不平衡剪力为 0 47 2 1 墩 Q Q 7 2 4 板条上荷载的计算 1 完建期板条荷载见图 7 3 2 a 1 上游段 均布荷载 2 1949 5 9 8906 0 2 1949 5 2 3462 q 32 8 KN m 闸墩处的集中荷载 49 5 2 9 8997 0 49 5 2 6618025575 454 8 3357 P 385 16KN m 2 下游段 均布荷载 KN m 5 31 2 1951 10 9 8906 0 2 1951 10 8 6353 q 闸墩处的集中荷载 251 10 9 8994 0 251 10 665202551586 4 5111 P 362 64KN m 3 图 7 3 2 板条荷载图 a 完建期 b 校核洪水情况 2 校核水位情况的板条荷载见图 7 3 2 b 1 上游段 均布荷载 86 35 2 1949 5 95 403806 0 2 1949 5 9585 1749 5 7 8982 2 1949 5 2 3462 mKNq