兴化水闸工程

1、课程设计文件课程设计文件农业水利工程专业农业水利工程专业课课程程设设计计说说明明书书水水 工工 建建 筑筑 物物 课课 程程设计题目：设计题目： 兴兴 化化 水水 闸闸 设设 计计 班班 级：级： 水水 利利 13411341 姓姓 名名 冯冯 德德 乾乾 指导教师：指导教师： 孙孙 立立 宇宇 长春工程学院水利与环境工程学院水 工 教 研 室 2016 年年 月月 日日目目 录录一、一、设计任务设计任务-1二、二、 设计基本资料设计基本资料-12.1 概述-12.1.1 防洪-12.1.2 灌溉-22.1.3 引水冲淤 -22.2 规划数据-22.2.1 孔口设计水位、流量-22.2.2 闸

2、室稳定计算水位组合-22.2.3 消能防冲设计水位组合-22.3 地质资料-32.3.2 闸基土工试验资料-32.4 闸的设计标准-32.5 其它有关资料 -32.5.1 闸上交通 -32.5.2 三材-42.5.3 地震资料 -42.5.4 风速资料 -4三、三、 枢纽布置枢纽布置 -43.1 防沙设施-43.2 引水渠的布置-53.3 进水闸布置-53.3.1 闸室段布置-53.3.2 上游连接段布置 -53.3.3 下游连接段布置 -6四、四、水力计算水力计算-6 4.1 闸孔设计 -64.1.1 闸室结构形式-64.1.2 堰型选择及堰顶高程的确定-64.1.3 孔口尺寸的确定 -6

3、4.2 消能防冲设计-84.2.1 消力池的设计-84.2.2 海漫的设计-114.2.3 防冲槽的设计-11五、五、防渗排水设计防渗排水设计-12 5.1 地下轮廓设计-125.1.1 底板-125.1.2 铺盖-135.1.3 侧向防渗 -135.1.4 排水、止水 -135.1.5 防渗长度验算-13 5.2 渗流计算-145.2.1 地下轮廓线的简化 -145.2.2 确定地基的有效深度 -145.2.3 渗流区域的分段和阻力系数的计算-145.2.4 渗透压力计算：-145.2.5 抗渗稳定验算-18六、六、 闸室布置与稳定计算闸室布置与稳定计算 -17 6.1 闸室结构布置-186

4、.1.1 底板-186.1.2 闸墩-186.1.3 胸墙-176.1.4 工作桥 -176.1.5 检修便桥-186.1.6 交通桥-18 6.2 闸室稳定计算-196.2.1 荷载计算-196.2.2 稳定计算-27七、七、 闸室结构设计闸室结构设计-27 7.1 闸墩设计-27 7.2 底板结构计算-287.2.1 闸基的地基反力计算 -287.2.2 不平衡剪力及剪力分配-337.2.3 板条上荷载的计算 -347.2.4 弯矩计算-357.2.5 裂缝校核 -39八、两岸连接建筑物八、两岸连接建筑物 -40九、九、水闸细部构造设计水闸细部构造设计-40十、十、基础处理基础处理 -40

5、十一、十一、总结总结 -41参考文献参考文献-420水闸课程设计计算说明书1、设计任务设计任务 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）

6、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。12.1.2 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

7、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。2表 2-2-1 下游水位流量关系

8、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）11.752.40重粉质壤土9132.400.7散粉质壤土80.7-16.7坚硬粉质粘土（局部含铁锰结核）1521 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 E0=4.0104KPa；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 =18KN/m3；

9、混凝土的弹性模量 Eh=2.3107KPa。 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。Q（m3/s）0.050.0100.0150.0200.0250.0300.0H下（m）7.07.207.387.547.667.747.783 10.0 15.0 450.0 15.0 10.0 110.0 2 2 10.0 15.0 55.0 70

10、.0 45.0 137.50 45.0 137.50 45.0 70.0 550.0 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 Ll=10hl 计算。3、 枢纽布置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

11、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43.2 引水渠的布置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 5 孔，每孔净宽 5.0m。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

12、.3.1 闸室段布置闸底板为倒型钢筋混凝平底板，缝设在底板中央。底板顶面高程为 0.5m，厚1.0m，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5.29，胸墙与检修门槽之间净距为 2.59。闸门采用平面滚轮钢闸门，尺寸为 4.8m7.8m。启闭设备选用 QPQ-225 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

13、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 0.85m 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。5翼墙上游为干砌块石护坡，每隔 12m 设一道浆砌石格

14、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 23m,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 26m，水平设置。前 10m 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

15、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。4、水力计算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

16、闸室结构。在运行中，该闸的挡水位达 10.3m10.7m,而泄水时上游水位为 7.44m7.83m,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。64.1.3 孔口尺寸的确定（

17、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 hs=7.78-0.5=7.28m引水流量 Q=300m /s3上游行近流速 V0=Q/A A=(b+mH)H=(50+27.33)7.33=473.962m V=300/473.96=0.633sm3 H0=H+V0 /2g (取 =1.0)2 =7.33+0.6332/29.8=7.35m hS /H0=7.28/7.4=0.990.8,故属淹没出流。查 SL265-2001 表 A01-2，淹没系数 S=0.36由宽顶堰淹没出流公式 23002 HgBmQs对

18、无坎宽顶堰，取 m=0.385，假设侧收缩系数=0.96，则 B01=2/302QHgm 2335.7819296.0385.0360300. =25.55m 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=100m3/s 上游行近流速 V0=Q/A A=(b+mH)H=(50+26.94)6.94=443.32m V =Q/A=100/443.3=0.23m/s0.8, 故属淹没出流。 查 SL265-2001 表 A01-2，得淹没系数 s=0.367 同样取 m=0.385，假设侧收缩系数=0.96，则得 B02=9

19、.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 25.55m。拟将闸孔分为 5 孔，取每孔净宽为 5.0m,则闸孔实际总净宽为B0=55.0=25.0m。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。 中闸孔侧收缩系数：400001171. 01zzzdbbdbb 边闸孔侧收缩系数：400002211

20、71. 01bzbzbbdbbbdbb 35.3m，=5m,=1.1m 带入求得：41 . 15550235. 7bb0bzd =0.971, =0.911zb则有 959. 05911. 0) 15(971. 0) 1(NNbz查表可得，对于无坎平底宽顶堰，m=0.385，则 smHgBmQOS/29.29335. 781. 9225959. 0385. 036. 0232/33/205%24.2%10030030029.293%100QQ-实Q实际过流能力满足引水灌溉的设计要求。2302 HgmQs2394. 6819296. 0385. 036. 0100.8因此，该闸的孔口尺寸确定为：

21、共分 5 孔，每孔净宽 5.0m，2 个中墩各厚1.1m，闸孔总净宽为 25.0m，闸室总宽度为 29.4m。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sm3级开启的。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sm3位稳定后,增大开度至 150，待下游的水位稳定后,增大开度至 300。sm3sm3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（Q=0）时的下游水深，7.0-0.5=6.5mth 208.7182

22、 .10)2 .10250()(mHmHBA上游行近流速0.5m/s,可忽略不计。smAQv/070. 008.718500假设闸门的开度 e=0.44m，0.65,为闸孔出流。043. 0He查阅水力学课本 P329 可知垂直收缩系数 =0.609，则有： mehc27. 044. 0609. 0 mghqhhccc356. 1127. 081. 9)4 .29/50(81221. 018123232 t=6.5m,故为淹没出流。 ch由，查表的淹没系数，因此有582. 0574. 12 .10574. 15 . 6 cchHht533. 0 0012gHeBQ (式中，u1 为孔流流量系数

23、)602. 0176. 060. 01He故smQ/96.492 .1081. 9244. 025602. 0533. 03 该值与要求的流量 50十分接近，故所假定的闸门开度 e=0.44 正确。sm /3此时，跃后水深 1.356m,故发生淹没式水跃。mht5 . 69以同样的步骤可求得泄水量 150、300时的闸门开度、跃后水深，sm3sm3并可判别不同泄水量时的水面连接情况，结果列如下表：表 4-2 水面连接计算Qech chth连接情况150.00.440.6090.2681.8566.5淹没式水跃2150.01.260.6160.7772.2556.7淹没式水跃3300.02.89

24、0.6241.803 1.0367.04淹没式水跃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sm3的计算依据。略去行进流速 V0，则： T0= H+d=10.2+0.5=10.7m h = c000=q/2g ，q=10.20， =0.952=5.88h =0.77c=4.88mchghqhcc181232水跃长度 L =6.9（-）=6.9（4.88-

25、0.77）=28.4mJchch消力池与闸底板以 1：4 的斜坡段相连接，LS=dp=0.54=2.0m,则消力池长度LSJ为 L= L +L =2.0+0.7528.4=23.3mSJSJ长度校正系数（0.70.8)取消力池长度为 21.5m。c)、消力池底板厚度计算：10 t=K1q式中K1消力池底板厚度计算系数,可采用（ 0.150.20） K1取 0.175 Q=300/（25+4.4）=10.2)/(3msmH=10.7-7.78=2.92m t=0.73m 由于消力池的池底板厚范围（0.51.2）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

26、cm,间距 2m，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=PqKS q=300/25.0+4.4+tg10(23+1)2=7.92 )/(3msmH=10.77.78=2.92m为海漫长度计算系数，取为 7.0sKsK=25.75mpL92. 292. 70 . 7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 10m 用浆砌块石,后 16m 采用

27、干砌块石。浆砌块石海漫上社排水孔,干砌块石上社浆砌块石格梗,格梗断面尺寸为40cm60cm。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 )( 1 . 10 shVqd海漫末端的平均宽度=1/2(50+50+227.04)B =64.08m=300/64.08=4.68Q )(3msm11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：0Vsh=-2.36md04. 71 . 168. 41 . 1L，满足要求。L2）绕流防渗长度。必须的防渗长度为L=CH H=3.7m,C=7（回填土为砂土，且无反滤） ，因此 L=2

28、5.9m实际防渗长度13 =+16=36.7mL15cos20L,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 L=16+20=36m;地下轮廓的垂直投影长度 S0=1

29、.3m。 L0/ S0=36/1.3=27.75,故地基的有效深度 Te=0.5 L0=18 m(图 5-2-1)。145.2.3 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ST10.417.90446进口段和出口段04415 . 123TS80.517.40.44820.518.0002841.118.0006150.517.40029内部垂直段TS14cotln270.517.400293S1=0.5S2=1.1T=18

30、.0L=20.01.049内部水平段TSSL217 . 06S1=0.5S2=0.5T=17.4L=16.00.879 则=2.96981i5.2.4 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,则iiHhh1 =0.50m h2 =0.03m h3 =1.16m h4 =0.07m h5 =0.03m h6 =0.98m 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115 =1.21- 1)059. 0(2)(1212TSTTT=18.0m T=17.9m

31、 S=0.4m则=0.341.0 应予修正 h =h1=0.17m111进口段水头损失的修正量为h=0.500.17=0.33修正量应转移给相邻各段h =0.03+0.03=0.062h =1.16+（0.330.03）=1.46m3同样对出口段修正如下=1.21-2)059. 0(2)(1212TSTT T=17.4m T=17.4m S=0.5m 则=0.3960，表示闸门不能靠自重关闭，需加压 10kN 重块帮助关闭。则闸门自重为G=200+10=210KN 根据计算所需的启门力 FQ=376.4kN，初选双调点手摇电动两用卷扬式启闭机（上海重型机械厂产品）QPQ-225。其机架外轮廓宽

32、 J=1962mm。2）工作桥的尺寸及构造。 （见图 6-1-2）工作桥的宽度不仅要满足启闭机布置的要求，且两侧应留有足够的操作宽度。B=启闭机宽度+2栏杆柱宽+2栏杆外富裕宽度1.962+20.8+20.15+20.05=3.962m。故取工作桥净宽 4.0m。工作桥为板梁式结构。预制装配。两根主梁高 0.8m，宽 0.35m，中间活动铺板厚 6cm。为了保证启闭机的机脚螺栓安置在主梁上，主梁间的净距为 1.5m。在启闭机机脚处螺栓处设两根横梁。其宽 30cm，高 50cm。工作桥设在实体排架上，排架的厚度即闸墩门槽处的颈厚为 50cm，排架顺水方向的宽度为 2.3m。排架的高程为：胸墙壁底

33、缘高程+门高+富裕高度=8.1+7.8+0.6=16.5m。在工作桥的下游侧布置公路桥，桥身结构为钢筋混凝土板梁结构，桥面总宽为 4.0m。6.1.5 检修便桥 为了便于检修、观测、在检修门槽处设置有检修便桥。桥宽 1.5m。桥身结构仅为两根嵌置于闸墩内的钢筋混凝土简支辆。梁高 40cm，宽 25cm。梁中间铺设厚 6cm 的钢筋混凝土板。6.1.6 交通桥 在工作桥饿下游侧布置公路桥，桥身结构为钢筋混凝土板梁结构，桥面总宽 5.5m。其结构构造及尺寸见本章第一节。206.2 闸室稳定计算 取中间的一个独立的闸室单元分析，闸室结构布置见图 6-2-1：图 6-2-1 闸室结构布置图 （单位：m

34、）6.2.1 荷载计算1）完建期的荷载.完建期的荷载主要包括闸地板重力 G1、闸墩重力 G2、闸门重力 G3、胸墙壁重力 G4、工作桥及启闭机设备重力 G5、公路桥重力 G6和检修便桥重力 G7、取混凝土、钢筋混凝土的容重为 25KN/m3。底板重力为：G1=161.012.225+1/2（1+1.5）0.512.2252=5261.3KN闸墩重力：每个中墩重G2=（0.53.1411.325）+（0.53.148.025）255. 0255. 021+(4.21.111.325)+(2.31.111.325)+（2.34.725）+（8.41.1825）+（30.670.71.825）+（4

35、.70.70.725）-(20.30.211.325)-(20.30.611.325)=4217.6KN每个闸室单元有两个中墩，则：G2=2G2=8435.2KN闸门重力为：G3=2002=400.0KN胸墙重力为：G4=0.30.51025+0.40.81025+0.2(3.7-0.4-0.3)1025=267.5KN 工作桥及启闭机设备重力如下工作桥重力：G5=20.920.3512.225+0.5(0.08+0.12)0.912.2225+0.150.1212.2225+0.061.312.225=286.1KN考虑到栏杆及横梁重力等，取: G5=350.0KNQPQ启闭机机身重 40.

36、7KN 混凝土及电机重，每台启闭机重 48.0KN,启闭机重力 G5=248.0KN=96.0KN G5= G5+ G5=350.0+96.0=446KN 公路桥重力:公路桥每米重约 80KN,考虑到栏杆重,则公路桥重为:G6=8012.2+50=1026.0KN检修便桥重力：G7=0.250.410.0252+0.061.51025=72.5KN考虑到栏杆及横梁重力等，取: G7=135.0KN22完建情况下作用荷载和力矩计算见下表 6-2-1：表表 6-2-16-2-1 完建情况下作用荷载和力矩计算表完建情况下作用荷载和力矩计算表( (对底板上端对底板上端 B B 点求力矩点求力矩) )力

37、矩(KNm)部位重力(KN)力臂(m)底板5261.38.042090.4（1）268.40.3285.89（2）2542.62.656737.9（3）1496.25.908827.6（4）3938.011.2544302.5闸墩（5）190.015.682979.2工作闸门400.05.792316.0工作桥350.05.902065.0启闭机96.05.90566.40公路桥1026.012.2512568.5检修便桥135.01.80243.0胸墙267.54.791281.3合62）设计洪水情况下的荷载。在设计洪水情况下,闸室的荷载除此之外,还有闸室内水的重力

38、、水压力、扬压力等。闸室内水重:W1=4.699.8109.8+7.60.8109.8+6.5109.919.8 =4504.3+595.8+6312.7 =1141.8 KN水平水压力:首先计算波浪要素。有设计资料知：ht=0.8m，Ll/hl=10，上游 =9.8m，则H23上游波浪线壅高为： =0.25mlllLHcthLhh22089.82cth80.8h20波浪破碎的临界水深： lllllljhLhLLH22ln4mHlj94. 08 . 020 . 88 . 020 . 8ln48可见，上游平均水深大于 Ll/2,且大于 Hlj，故为深水波。因此：P1=0.549.8(4+0.25

39、+0.8)12.2+0.569.8(4+10)12.2=1207.6+5021.5=6229.1 KN（）P2=0.59.8(8.33+9.75) 1.512.2=1610.6 KN（）P3=0.57.573.5 9.812.2=3452.9 KN（）P4=0.59.8(7.5+8.44) 0.715.2=586.7 KN（）浮托力：F=7.79.81612.2+20.5(1.0+1.5) 0.59.812.2 =14879.2 KN()渗透压力:U=0.309.81612.2+0.51.22169.812.2 =787.45+1549.50=1735.3 KN()设计洪水情况下的荷载图见（图

40、 6-2-2）, 设计洪水情况下的荷载计算表见 (表 6-2-2，设计洪水情况下荷载和力矩计算对 B 点取矩)24图图 6-2-26-2-2 设计洪水位时荷载图设计洪水位时荷载图表 6-2-2 设计洪水情况下荷载和力矩计算对 B 点取矩竖向力（kN）水平力（kN）力矩（）mkN 备注荷载名称力臂（m）闸室结构重6表6-2-1上游水压力1207.65021.51610.69.184.070.7311085.820437.51175.7下游水压力3452.9586.73.20.3411049.3199.5浮托力14879.28.0119033.6渗透压力534.81200

41、.58.05.334278.46398.7水重力4504.3595.86312.72.355.0911.0510585.13032.669755.327383.816614.56759.74039.6240185.6140959.5合计10769.3（）2720.1（）99226.1（）3）校核洪水位情况的荷载。校核洪水位情况时的荷载与设计洪水位情况的荷载计算方法相似。所不同的是水压力、扬压力是相应校核水位以下的水压力、扬压力。闸室内水重: Pv=4.6910.2109.8+7.60.8109.8+6.5109.919.8 =4688.1+595.8+6312.7=11596.6 KN水平水压

42、力:首先计算波浪要素。在校核水位下：ht=0.5m，Ll=5.0m，h0=0.16m,Hlj=0.59m25上游 =10.2m，故为深水波。因此：HP1=0.52.59.8(2.5+0.16+0.5)12.2+0.5(2.5+10.4)7.99.812.2=472.3+6092.2=6564.5 KNP2=0.59.8(8.53+9.94) 1.512.2=1646.9 KN（）P3=0.57.67.6 9.812.2=3452.9 KN（）P4=0.59.8(7.5+8.47)0.612.2=590.4 KN（）浮托力：F=7.79.81616.2+0.5(1.0+1.5) 0.59.812

43、.2 =14879.2 KN()渗透压力:U=0.349.81612.2+0.51.36169.812.2=630.5+1320.5=1951.0 KN() 校核洪水情况下的荷载图见（图 6-2-3）, 设计洪水情况下的荷载计算见 (表6-2-3，设计洪水情况下荷载和力矩计算对 B 点取矩)图 6-2-3 校核洪水位时荷载图26表 6-2-3 校核洪水情况下荷载和力矩计算对 B 点取矩竖向力（kN）水平力（kN）力矩（）mkN 备注荷载名称力臂（m）闸室结构重6表6-2-1上游水压力472.36092.21046.910.454.640.734935.528267.8

44、1202.2下游水压力3452.9590.43.20.3411049.3200.7浮托力14879.28.0119033.6渗透压力630.51320.58.05.335044.07038.3水重力4688.1595.86312.72.355.0911.0511017.03032.669755.327567.616830.28211.44043.3242324142365.9合计10737.4（）4168.1（）99958.1（）6.2.2 稳定计算1）完建期 闸室基底压力计算 )61 (maxminBeAGPGMBe2由表 6-2-1 可知，G=15971 KN，M=124113.6 KN.

45、m，另外，B=16m，A=1612.2=195.2m ,则227 =-=0.229m（偏上游）216124113.615971 = (16)=Pmaxmin195.215971160.229)74.79()88.85(下游端上游端地基承载力验算。由上可知 =（Pmax+Pmin）=（88.85+74.79）=88.12 kPaP2121持力层为坚硬粉质粘土，N63.5=1521 击，查表得地基允许承载力 R=350kPa。因为基础的宽度远大于 3m，故地基允许承载力应修正。 = )5 . 1() 3(DmBmRPDSB R其中：B=8m;D=1.5m; 为安全起见，取 mB=0.2,mD=1.

46、0;(浮容重)31/09.1069. 018 . 9) 174. 2(1) 1(mkNeGP =350+0.210.09（8-3）+1.010.09（1.5-1.5） R =360.1kPa , 地基承载力满足要求。 RP不均匀系数计算。由上可知 2.5 1.187minmaxPP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=10769.3 KN，M=99226.1 KN.m，则 =-=-1.21m（偏上游）21699226.110769.3 = (16)=Pmaxmin195.210769.3161.21)30.14()80.20(下游端上游端地

47、基承载力验算。由上可知 =（Pmax+Pmin）=55.17 kPaP21R地基承载力满足要求。不均匀系数计算。由上可知28 5 . 32.66minmaxPP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；在校核洪水位情况下，可以采用 3.5.故基地压力不均匀系数满要求。闸室抗滑稳定分析：临界压应力 )1 (2tgcBtgAPkp其中 A=1.75；=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,81.20kPaP258.5kPaPmaxkp稳定分析。 HAcGtgK

48、c00其中：取 0.9=17.1 ；c0 取c=20.0kPa。由于本闸齿墙较浅，可取031A=29.2m2，则 1.251.872720.1195.220.010769.3tg17.1ccKK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=10737.4 KN，M=99958.1 KN.m，则 =-=-1.31(偏下游）21699958.110737.4 = (16)=Pmaxmin195.210737.4161.31)27.98()82.03(下游端上游端地基承载力验算。由上可知 =（P+Pmin）=55.0kPaP21max R地基承载力满足要求。

49、不均匀系数计算。由上可知 3.5 2.93minmaxPP基地压力不均匀系数不满。但根据 SD-133-84 附录 5 的规定，对于地基良好，29结构简单的中型水闸，可以采用 3.0，在校核洪水位情况下，可以采用 3.5.故基地压力不均匀系数满要求。闸室抗滑稳定分析：临界压应力 1.10K1.734168.1.295120.04 .07371tg17.1HAcGtgKc00c闸室抗滑稳定性满足要求。7、 闸室结构设计闸室结构设计7.1 闸墩设计闸墩为钢筋混凝土结构，中墩厚 1.1 米，闸墩长与底板顺水流方向相同为 16 米，边墩与暗墙合而为一，采用重力式。闸墩上设置两道闸门工作闸和检修闸。工作

50、闸门槽距闸墩上游端 5.29米，工作闸门槽深 0.3 米，槽宽 0.6 米。闸墩上下游两端是 0.55 米的半圆形状。在闸墩的上游端设置检修闸门。检修闸门距离上游端 1.7 米处。槽宽 0.2 米，槽深 0.3 米。下有不设置检修门。闸门设置在底板上，其底部高程是 0.5 米，上游闸墩底部高程为 11.8 米，下游闸墩顶部高程是为 8.5 米，由上一节在计算知道在校核洪水位情况下水平方向上的水压力最大，这时门槽颈部应力计算不利情况，故门槽应力计算选校核洪水情况为计算情况。闸墩底部截面上的纵向正应力要求不出现拉应力，而最大拉应力也要小于混凝土的容许抗压强度。我们计算中发现情况符合。故闸墩不必配置

51、纵向受力钢筋，但要配置构造钢筋。加强闸墩与底板的连接，防止温度变化对闸墩不利影响。竖向配置情况是，配置 12 的钢筋，每米 3 根。其下插入底板 50cm，水平方向采用 8 的分布钢筋。在门槽出的配筋也是配置构造钢筋，配置 12 的钢筋间距与闸墩的一致。浇注 100 标号的混凝土作筑坝材料。 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 闸基的地基反力计算 = (16)=Pmaxmin195.215971160.229)74.79()88.85(下游端上游端30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maxmin底板底部基底应力，故尚应重新计算地

52、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）88.85kPaman （下游端）74.79kPamin2）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 7-3-1.e= = =-1.15 m( 偏下游)10737.498273.6216 1615. 16112.21610737.4maxmin = 31.20kPa78.80kPa)(上上上上上上上31表 7-3-1 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6表 6-2-10.5

53、2.59.8(2.5+0.16+0.5)12.2472.39.954699.40.5(2.5+10.4)9.87.912.26069.24.1425221.7上游水压力0.5(8.51+9.27)9.81.012.210970.49537.50.59.87.6212.23452.92.6下游水压力0.5（7.5+7.77）9.80.112.2100.80.18977.510.132浮托力14879.28.0119033.6表 6-2-3630.58.05044.0渗透压力1320.55.337038.3表 6-2-3闸室内水重力11596.683804.927567.616830.27661.

54、53552.9238377.1140103.5合计10737.4（）4108.6（）98273.6（ ）337.2.2 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 7-3-2 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=4.5m3 .111 . 120 . 12 .12)0 . 1235.11(35.111 . 126 . 02 .120 . 1f)3132(323nnffLJQQ底mdfn5 . 30 . 15 . 4mL1 . 6

55、22 .122)5 . 323 .11(1 . 13 .1123 .111 . 1121)6 . 02 . 2(2 .120 . 10 . 12 .121212323J =6064m=0.04)3132(323nnffLJQQ底Q则 =（1-0.04）=0.96墩QQQ每个闸墩分配不平衡剪力为=0.4821墩QQ34表 7-3-2 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3357.81672.9267.517513548.05077.43588.4102617540048.08435.25267.32

56、67.5102635013540096.03357.81672.9267.517513548.05077.43588.4102617540048.08435.25267.3267.5102635013540096.0结构重力5656.210314.8159715656.210314.815971水重力5283.96312.711596.6扬压力-6091.5-10738.7-16830.2地基反力-5789-10182-15971-2495.1-8242.1-10737.2不平衡力132.8（）132.8（）0.02353.5（）2353.3（）0.2（）不平衡剪力132.8（）132.8（）

57、0.02353.4（）2353.4（）0.07.2.3 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 .1249. 58 .13204. 02 .1249. 59 .1672q =24.90 KN/m () 闸墩处的集中荷载 49. 528 .13296. 049. 52481351755 .2675 .3357P =351.1 KN/m () （2）下游段： 均布荷载 KN/m ()94.272 .1251.108 .13204. 02 .1251.104 .3588q 闸墩处的集中荷载 251.108 .13296. 0251.10484001751

58、0264 .5077P35 =313.9 KN/m () 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)(/87.282 .1249. 54 .235304. 02 .1249. 55 .60911049. 59 .52832 .1249. 59 .1672mKNq闸墩处的集中荷载P=闸墩及其上部结构的重力-均布荷载中多计算的闸墩处的水重力-不平衡剪力的分配值，即下)(14.4949. 524 .235396. 01 . 11049. 59 .528349. 52481351755 .2678 .3357

59、P游段： 均布荷载 )(/67. 81091. 97 .631251.102 .1204. 04 .235351.102 .127 .107384 .3588mKNq 闸墩处的集中荷载 )(8 .36351.1024 .235396. 01 . 11091. 97 .631251.1024840017510264 .5077P7.2.4 弯矩计算 （1）梁的柔性指数。柔性指数按下式计算.柔性指数按下式计算3010hLEEth式中 E0地基土变形模量， E0=4.0;kPa41036Eh混凝土弹性模量， Eh=2.3；kPa710 梁高，m。h则94. 30 . 11 . 6103 . 2100

60、 . 410374t故按 t=5 查表计算。因 1t10,故为短梁。37表 7-3-3 底板弯矩计算表板带上荷载产生的弯矩板带荷载完建期校核洪水位情况均布荷载q集中荷载P 5.0q 上=24.9kN/mq 下=27.9kN/mP 上=351.1kNP 下=313.9kNq 上=28.9kN/mq 下=8.64kN/mP 上=49.14kNP 下=363.8kN段别(1）(2）(5）=(1)qL2(7）=(5)+(6)(8）=(1)qL2(9）=(2)PL(10）=（8）+（9）备注0.0 0.0800.0674.1 128.5 202.6 85.9 18.0 103.9 0.1 0.0790.