水闸课程设计

1、水闸课程设计第一章 总述第一节概述其主要任务是拦蓄西通河的河本工程是西通河灌区第一级抽水站的拦河闸，水，抬高水位满足抽水灌溉的需要；洪水期能够宣泄洪水，保证两岸农田不被洪 水淹没。第二节基本资料（一）闸的设计标准根据水闸设计规范SD133-84（以下简称SD133-84）该闸按IV级建筑物 设计。（二）水位流量资料运用情况上游水位（米）下游流量（m3/s）正常蓄水198.000设计洪水198.3661.40校核洪水198.9079.70下游水位流量关系见表H 下(m)195.00196.00197.00197.50198.00198.15198.50198.65Q(m3/S)0.008.632

2、7.9641.0755.4061.4073.9879.70（三）地形资料闸址附近，河道顺直，河道横部面接近梯形，底宽18米，边坡1:1.5,河底高程195.00米，两岸地面高程199.20米。（四）闸基土质资料闸基河床地质资料柱状图如图所示-10设计，带-50校核。桥面净宽4.0m，总宽为3米，4米，5米三种规格闸门。层序高程（M）土质扌既况I195.00-191.8细砂II191.8183.32组砂III183.32粘土闸址附近缺乏粘性土料，但有足够数量的混凝土骨料和砂料。闸基细砂及墙后回 填砂料土工试验资料如下表；天然容重饱和容重内摩擦角凝聚力不均匀系数相对密实度细砂18.6420.612

3、20120.46砂土料18.2020.21320150.62其与混凝土底板之间的摩擦系数f=0.35。细砂允许承载力为150KN/m2，（五）其他资料1. 闸上交通为单车道，按汽 4.4m。2. 闸门采用平面钢闸门，有3. 该地区地震设计烈度为4度。4. 闸址附近河道有干砌石护坡。5. 多年平均最大风速12米/秒，吹程0.15公里。第三节工程综合说明书本工程为W级拦河闸。设计采用开敞式水闸。水闸由上游连接段、闸室段、下游连接段三部分组成。闸室段位于上、下游连接段之间。是水闸工程的主体。其作用是控制水位、 调节流量。包括闸门、闸墩、边墩、底板、工作桥、检修便桥、交通桥、启闭机 等。上游连接段的作

4、用是将上游来水平顺地引进闸室。包括两岸的翼墙、护坡、 铺盖、护底和防冲槽。下游连接段的作用是引导过闸水流均匀扩散。 通过消能防冲设施。以保证闸 后水流不发生有害的冲刷。包括消力池、海漫、防冲槽以及两岸的翼墙和护坡。第二章水力计算第一节 闸室的结构型式及孔口尺寸确定（一）闸孔型式的选择该闸建在天然河道上，河道横部面接近梯形，因此采用开敞式闸室结构。该 闸建在天然河道上，为了满足泄洪、冲沙、排污的要求，宜采用结构简单，施工 方便，自由出流范围较大的无坎宽顶堰，考虑到闸基持力层是粘细砂，土质一般， 承载能力不好，并参考该地区已建工程的经验，根据一般情况下，拦河闸的底板 顶面可与河底齐平。即闸底板顶面

5、（即堰顶）与西通河河底齐平，所以高程为 195.00 m。（二）闸孔尺寸的确定初拟孔口尺寸，该闸的尺寸必须满足拦洪灌溉以及泄洪的要求。Bo1.计算闸孔总净宽（1）在设计情况下:、上游水 H=198.36-195=3.36 m、下泄流量Q=61.40m3/s下游水深 hs=198.15-195.00=3.15 m则上游行近流速:V=Q/A根据和断面尺寸:A=(b+ mH ) H = ( 18+1.5 X 3.36)X 3.36 = 77.4 mHD=H+a v/2其中b为河道宽：b=18m m 为边坡比：m=1:1.5V0=Q/A =61.40/77.41=0.793m/s(取a= 1.0)=3

6、.36 + 0.7932/ ( 2X 9.81)=3.39 m故属于淹没出流。则 b =3.15/3.39=0.929>0.8 H。(2)校核情况：、上游水 H=198.9-195=3.9 m、下游水深 hs=198.65-195=3.65 m则上游行近流速:根据和断面尺寸:、下泄流量Q=79.70m3/sV0=Q/A2A=( b+ mH ) H = ( 18+1.5 X 3.9)X 3.9 = 93.02m其中b为河道宽：b=18m m 为边坡比：m=1:1.5V0=Q/A =79.7/93.02=0.86m/sHD=H+a v2/2g(取 a= 1.0 )=3.9 + 0.862/

7、( 2X 9.81 )=3.94 m则A =3.65/3.94=0.93>0.8 ,故属于淹没出流。(3)确定闸孔宽度由以上结果可得,则按水流成堰流时并且为淹没出流，计算根据水工建筑物，由宽顶堰淹没出流公式：田0/?爲用根据H-，查SL-265-2001,附录A.。1，查得淹没系数b =0.74，对无坎宽顶堰：m=0.385假设侧收缩系数=0.90H2v0車二2gHi在设计情况下:由公式所以，在设计情况下=8.66 m在校核情况下:79.7a-JD0.74 X 0.9Q X 0.335 XX 9.01=9.0 m整理上述计算如下表计算 情况上游水深H下游 水深hs流量Q行进流速行进 水头

8、H0淹没 系数6流量 系数m侧收 缩系 数£B0设计 情况 下3.363.1561.400.7933.390.740.3850.908.66校核 情况 下3.903.6579.700.863.940.740.3850.909.02.闸孔孔数n及单孔净宽b。单孔宽度bo根据水闸使用要求，闸门型式及启闭机容量等因素，并参照闸门尺寸选定。由B01 > B02比较得，取净宽较大的值，则取B0=9.0 m。以上为Bo的第一次近似值，据此可计算 的第二次近似值，按hs/H 0=0.93，及闸墩边形状，查水力学，得扁=0.502，也=0.70。侧收缩系数按式计算为:He = l-9,25i4

9、-n-lKo=1-0.2 X 0.7+ (3-1 )X 0.502 X 3.9/9 =0.85净宽B。的第二次计算近似值为F = Q 叹L ；0.74y 0.85 XQ.3B5 X 乳9护/5交耐口皿吋盘比=9.5 m再将净宽B。的第二次近似值代入式中，可得=0.86，再次试算后仍得=0.86，计算得出Bo2=9.4m,根据所给闸门的型号尺寸，则选择孔数n=3，每孔净宽b0=3.2 m，则闸孔总净宽Bo=3.2 X 3=9.6 m ,3.闸孔泄流能力校核 中墩采用钢筋混凝土结构，根据设计规范 SL265-2001,取中墩厚d=1.5m,墩首、墩尾均采用尖圆形。边墩厚度为1.0 m，墩首、尾采用

10、半圆形。3/2 9.6根据拟定的闸孔尺寸净宽B0=9.6m，用设计情况进行检验。根据堰流公式：m3 / sQ实 0.86 0.74 0.385 72 9.81=64.28则：竽卜 1°叹=| (64.28-61.40 ) /61.40| X 100% =4.7%< 5%实际过流能力满足泄水的设计要求由此得该闸的孔口尺寸确定为：选择孔数n=3,每孔净宽b0=3.2m, 2个中墩各厚d=1.5m，边墩厚度为1.0 m，闸孔总净宽B0=9.6m，闸室总长度B=3X 3.2+2 X 1.5=12.6 m。第二节消能防冲型式水闸闸门开启时，下泄水流具有较高能量，为防止高速水流及波状水跃的

11、冲 击等不利作用，闸下应采取防冲措施。（一）消能型式水闸上、下游水头一般较低，下游一般为土基，宜采用底流式消能。因此， 消能设计的主要任务是确定下游消力池深度与长度，护坦型式与构造、海漫长度 与构造一集防冲槽等。（二）消力池设计1 .消力池设计依据当过闸流量不变，上游水位较高时往往是消力池设计的依据，而实际运行中， 流量却是变化的。因而，消能设计依据应是上游为较高水位、下游为较低水位时， 通过某一流量，下泄水流能量E=y H最大时，相应的数据即为消力池设计依 据。为了降低工程造价、确保水闸安全运行，可以规定闸门的操作规程，本次设 中孔开启。分别开启不同高度进行计算，找出消力池池深和池长的控制条

12、件。 闸 门的开度拟分三级开启。第一级泄流量 8.63m3/s ;待下游水位稳定后，开度增 大至设计流量61.4m3/s ;最后待下游水位稳定后，再增大开度至最大下泄流量79.7m3/s。消力池尺寸计算表开启 咼度e垂直收缩系数泄 流 量Q单 宽 流 量q收缩水深he跃后 水深Mhe下游水深hs流 态he1h；池深d消 力 池 长 度Lsj水 跃 长Lj0.170.6128.190.650.100.881.00远 离 式 水 跃0.071.130.57.57.32.420.66698.567.823.800.673.15淹 没 式 水 跃3.910.97347.613.783.620.853.

13、65淹 没 式 水 跃其中按以下公式计算垂直收缩系数 与闸孔相对开度e/H有关，查水力学表9-8可得。泄流量：Q= eB0j2gH流量系数:消力池深度：d0hchsZ收缩水深：hc消能计算公式:hc1T02q2g 28q2齐1 gh30.25b1b7出池落差：Zq22g 2hsq22ghc2消力池长：Lsj = LsLj其中消力池与闸底板以1:4的斜坡段连接 水跃长度：Lj 6.9 hC' hchs是出池河床水深To是从消力池底板顶面算起的总势能工为水流动能校正系数取1.0。 P为水跃长度校正系数取0.75。水跃淹没系数0=1.05。流速系数0.95。2 .消力池深度d及消力池长度的计

14、算结论：通过计算上述计算可知，当闸孔开度为0.17 m时满足控制条件，其余两组都不满足条件，根据下列计算：以下泄流量Q=8.63m3 /S作为确定消力长度的计算依据。(1) 消力池力池深依据SL265-2001,附表B1.1,则计算出消力池的相关参数：q* 22g 2hsq20.721222 9.81 110.7 9.81 0.91 1其中Z为出池落差、=-0.006hs为出池河床水深、K为水流动能校正系数取1.0。0hC hsZ=1.05X 0.921-1+0.006=-0.0385d=-0.0385 m，但为了稳定泄流时的水流，根据规范则计算出消力池池深取池深d=0.5 m。(2) 消力池

15、长度计算:由前面的计算，以下泄流量8.63 m3/s作为确定消力池长度计算的依据。 略去行进流速Vo,则:T。d =3.9+0.5=4.4 m根据公式其中:则:h c1j。£=0.07 m订00.0214.4-! n .40.020.02hc720.25昇釘b20.07 r 8 0.6821亍 V 9.81 0.073=1.13m水跃长度：Lj 6.9 h； h=6.9(1.13-0.07)=7.3 m消力池与闸底板以1:4的斜坡段连接，Ls=dp=0.5 X4=2m，则消力池长度:Lsj=LSLj =2+0.75 X 7.3=7.5 m所以取消力池长度为7.5 m。3. 消力池底板

16、厚度t(1)消力池底板厚度，为减少作用于底板扬压力，消力池底板可以做成透水的, 始端厚度可按抗冲和抗浮要求确定。抗冲kiJqE抗浮k2U W Pm其中ki为消力池底板计算系数取0.18，q为消力池进口处的单宽流量，H为相应于单宽流量的上、下游水位差。 此结构按抗冲条件计算得：ki Jq 厂H消力池底板厚度计算表流量(m3/s)上游水 深(m)下游水 深hs( m)3q ( m /s m )H (m)t(m)8.633.901.000.682.900.1927.963.902.002.221.900.3141.073.902.503.261.400.3555.403.903.004.400.90

17、0.3761.403.903.154.870.750.3773.983.903.505.870.400.3579.703.903.656.320.250.32计算取最大值t=0.37 0.5，故取消力池池底厚度取t=0.5 m。(2)消力池构造消力池一般可用浆砌石或混凝土建成，下设0.3 m的卵石垫层，透水底板设排水孔，孔径0.2 m，孔距2m，梅花状布置，底部设反滤层。为使出闸水流在池中 产生水跃，在消力池与闸底板连接处留一宽为 1.5 m的平台，为了增强护坦班的 抗滑稳定性在消力池的末端设置齿墙，墙深 1m，宽为0.6 m(三) 防冲加固措施1. 海漫水流经过消力池，虽已消除了大部分多余能

18、量，但仍留有一定的剩余动能，特别是流速分布不均、脉动仍较剧烈，具有一定的冲刷能力。设置海漫等防冲加固设施，以使水流均匀扩散，并将流速分布逐渐调整到接近天 然河道的水流形态。(1)海漫的长度计算由式：Lp KsZsfHKs为海漫长度计算系数，根据闸基土质为河床为细砂取Ks=14.0，qs为消力池出口处的单宽流量。 海漫长度计算表流量(m3/s)上游水深(m)下游水 深hs( m)qs ( m3/s m )H(m)Lp (m)KsJqsJ H8.633.901.000.482.900.9012.6627.963.902.001.551.901.4620.4641.073.902.502.281.4

19、01.6422.9955.403.903.003.080.901.7122.9361.403.903.153.410.751.7224.0673.983.903.504.110.401.6122.5779.703.903.654.430.251.4920.84计算取表中最大值Lp = 24m，河床宽度为18m。(2)海漫构造。海漫使用厚度45cm的块石材料，海漫起始段做10m长的水平段 浆砌块石，其顶面高程与护坦齐平。水平段后做成 1： 10的斜坡干砌块石，以使 河流均匀扩散，调整流速分布，保护河床不受冲刷。浆砌块石海漫上设排水孔， 干砌块石上设浆砌块石格埂。海漫底部铺设 20cm厚的砂粒垫层

20、。2. 防冲槽海漫与下游渠道相交处，应设防冲槽，以保护海漫免受冲刷。按下列公式：dm 1.1hmVo流量Q单宽流qm海漫末端水深hmVd m设计洪水61.403.413.150.801.54校核洪水79.704.433.650.802.44根据计算防冲槽的深度太大，如按计算深度作为防冲槽深度、很不经济、施工也 困难。故取防冲槽深度为2.0 m，槽顶高程与海漫末端齐平，底宽取5m。上游 边坡系数为2，下游边坡系数为3。第三章 水闸防渗及排水设计第一节防渗设施及闸底轮廓布置地下轮廓的设计主要水闸的地下轮廓是指水闸底板与地基的接触部分，由不透水和透水部分组 成，对于砂土层地基通常采用直板桩和铺盖增加

21、防渗长度， 包括底板，防渗铺盖，板桩等的设计。1. 底板它既要满足上部结构布底板既是闸室的基础，又兼有防渗、防冲刷的作用。 置的要求，又要满足稳定及本身的结构强度等要求。(1) 底板顺水流方向的长度L:有经验公式：L=3.5H=3.5 X (198.90-195.00)=13.6为了满足上部结构布置的要求，L必须大于交通桥宽、工作桥、工作便桥及 其之间间隔的总和，即取 L=14.0 m。(2) 底板厚度d:根据经验，底板厚度为(1/51/7 )单孔净跨，一般为1.02.0 m由此初 拟底板厚度d=1.0 m(3) 底板构造：底板采用钢筋混凝土结构，采用 C20混凝土，上下游两端各设1.0 m深

22、的齿 墙嵌入地基，底板分缝设以“ V”型铜片止水，由于地基为砂性土的细砂地基， 抵抗渗流变形的能力较差，渗流系数也较大，由此得在底板两端分别设置不同深 度的板桩，由于一般为水头的(0.61.0 )倍，由水头大小可知，上游端设板桩 深为3.0 m，下游端不设板桩。2. 铺盖8m。铺盖用钢筋混凝土结构，采用 C20,其长度为上下游最大水位差的(35) 倍，则取铺盖L=12.0 m，铺盖厚度为0.5 m。铺盖两端各设设0.5 m深的小齿墙， 其头部不再设防冲槽，为了防止上游河床的冲刷，铺盖上游设块石护底，厚为 0.3 m，其下设0.2 m厚的砂石垫层。顺水流方向设置永缝，缝距为3. 板桩(1)根据工

23、程经验：用钢筋混凝土板桩，板桩长度3m，厚度0.2 m,宽度以便相互贴紧，板 桩顶填塞可塑性较从边墩开始向上游延0.4 m。(2)板桩的构造：采用现场预制，桩的两侧做成舌槽形， 桩与闸室的连接形式是把板桩顶嵌入底板面特留的的凹槽内， 大的不透水材料4. 其它防渗设施 侧向防渗主要靠上游翼墙和边墩，则上游翼墙为曲线形式，伸至铺盖头部，以半径为7.0米的圆弧插入岸坡。闸底板的上、下游端均设置齿 墙，用来增强闸室的抗滑稳定，并延长渗径，齿墙深1m综上所述闸基防渗的计算必须的防渗长度满足：L=C H H为上下游最大水位差，则 H=3.9m,C为允许渗径系数值，由于为砂性土则取C=9.0。得最小允许防渗

24、长度 L=C- H=3.9X 9.0=35.1 m。则地下轮廓布 置见下图。实际闸基防渗长度L:L=0.5+0.5+0.7+11+0.7+0.5+3+1+1.4+10+1.4+1+1.5=36.0 m则L=36.0 m > L=35.1 m闸基防渗长度满足要求-' 一-y 厂V. V：汽八y.第二节防渗和排水设计及渗透压力计算采用改进阻力系数法进行渗流计算为了便于计算，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 端的齿墙均较浅，可以将它们简化成短板的形式如下图：ininII I-1.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

25、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Lo=12+14=26m;地下轮廓的垂直投影长度 S=195.00-190.00=5m。L o/S=26/5=5.2 > 5时，故地基的有效深度Te=0.5 Lo=13m而地基的实际计算深度 T =195.0-183.32=11.68m.则T < Te，故地基的实际计算深度Te=T=11.68m。各流段阻力系数为2.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，将渗流区域分成八个典型段。如上图，1、8段为进出口段，2、4、5、7则为内部垂直段，3、6、二段为内部水平段。(1)设计洪水位情况编 号名 称计算公式ST Lih

26、ihi'进 出 口 段3 -S 21.5 0.441T1.011.680.4780.4330.2941.510.980.5170.4680.397内 部 垂 直 段2SIn cot 1 4T0.511.180.0450.0410.0824.511.180.4570.4144.010.680.3790.3431.010.680.0910.0820.155内 部 水 平 段L 0.7 S1S2S1=0.5S2=4.5T =11.18L=120.7600.6880.786T51 =4.052 =1.0T =10.68L=14.00.9830.890 H=198.36-195.00=3.36m

27、。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。 各流段的水头损失的计算hi i ,则得hi =0.433mh2 =0.041mh3 =0.688mh4=0.414mh5 =0.343mh6=0.890h7 =0.082mh8 =0.468m 进出口段进行必要的修正：进出口修正系数 4为'12(5)'+ 2 + 0.0S9lT =11.18m T =11.68m S =1m则得：01=0.68 vB=1.0故需要修正进水口段水头损失的修正为：h1i X h1=0.68 X 0.433=0.294m进口段水头损失的修正量为: h=hi hi =0.434-0.294=0

28、.140m修正量应转移给相邻各段h2 + h3=0.73>0.140所以h2 =0.041 2=0.082mh3 =0.688+ (0.139-0.041 ) =0.786m.同样对出口段修正如下212（訂制耳+059T =10.68m T =11.68m S =2m则得：Ps =0.849 vB=1.0故亦需要修正出口段的水头损失修正为hg = B2 X h 8 =0.397m进口段水头损失的修正量为:h = h8 - h8=0.467-0.397=0.070m将该修正量转移给相邻各段，则h； =0.085+0.070=0.155 计算各角点的修正后的渗压水头：由上游进口段开始，逐次向

29、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:H1 =3.36mH2 = H1- h1'=3.066mH3 = H2- h2=2.984mH 4 = H 3 - hs =2.198mH 5 = H 4 - h4 =1.784mH6 = H5- h5=1.441mH 7 = H 6 - h6=0.551mH 8 = H 7 - h? =0.396mH 9 = H 8 - hg =0 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，则作出设计洪水位是渗透压力分布图H = I. it设计洪水位时渗透压力分布图 单位宽度底板所受

30、渗透压力：P =0.5 X ( H 6 + H7 ) X 14X 1=0.5 X( 1.441+0.551 ) X 14 X 1=136.91 kN单位宽铺盖所受的渗透压力:P2=0.5 X (H3 + H4) X 12X 1=0.5 X( 2.984+2.198 ) X 12 X 1=304.49 kN2.校核洪水位情况各流段阻力系数为编 号名 称计算公式ST Lihihi'进 出 口 段3 -S 21.5 -0.441T1.011.680.4780.5020.3411.510.980.5170.5430.461内 部 垂 直 段2,. SIn cot 1 4T0.511.180.0

31、450.0470.0944.511.180.4570.4804.010.680.3790.3981.010.680.0910.0960.178L 0.7 S1S2S1=0.5S2=4.5T =11.18L=120.7600.7990.913TS1=4.0S2 =1.0T =10.68L=14.00.9831.033各流段的水头损失的计算hi i ,则得h1 =0.502mh2=0.047mh3 =0.799mh4=0.480mh5=0.398m人6=1.033 H=198.90-195.00=3.90m。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.h7=0.096mh8=0.343

32、m进出口段进行必要的修正：进出口修正系数 4为1112(¥)' + 2竽+059|T'=11.18m T =11.68m S'=1m则得：01=0.68 VB=1.0故需要修正进水口段水头损失的修正为：h；半i X h1=0.68 X 0.502=0.341m进口段水头损失的修正量为: h=h1 h1'=0.502-0.341=0.161m修正量应转移给相邻各段h2 + h3=0.846>0.047 h3 =0.799+( 0.161-0.047)=0.913m.所以h2 =0.047 2=0.094m同样对出口段修正如下212（訂制耳+0啊T

33、=10.68m T =11.68m S =2m则得：編=0.849 vB=1.0故亦需要修正出口段的水头损失修正为hg = P2 X h 8 =0.461m进口段水头损失的修正量为:h = h8 - h8 =0.543-0.461=0.082m将该修正量转移给相邻各段，则h； =0.096+0.082=0.178计算各角点的修正后的渗压水头：由上游进口段开始，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：H1 =3.9mH2 = H1- h1'=3.559mH3 = H2- h2=3.465mH4 = H3- h3=2.552mH5 = H4-

34、 h4=2.072mH 6 = H 5 - h5=1.674mH7 = H 6- h6=0.641mH8 = H7- h7 =0.461mH9 = H8- h8 =0.000根据以上计算作出校核洪水位是渗透压力分布图,如图H J：H，=：r IH = 一 - rH =H.=日加校核洪水位时渗透压力分布图 单位宽度底板所受渗透压力：=0.5 X ( H 6+ H7)X 14X 1=158.97 kN单位宽铺盖所受的渗透压力:P2=0.5 X ( H 3+ H4)X 12X 1=353.87 kN3. 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:(1)闸底板水平段的平均渗透坡降J

35、x为:设计情况J X0.07-0.10Jxh6 7匸聾 0.063614校核情况Jxh6 7匸1.003140.072Jx 0.07-0.10(2)渗流出口处的平均逸出坡降为 设计情况Jh8s0.3971.50.2650.3-0.35校核情况Jh8J 0Ts0.4611.50.307Jo0.3-0.35 ,所以闸基的防渗满足抗渗稳定的要求。第三节排水设施及细部构造为加厚反滤层中的大颗粒层，形成平铺式。排水反滤层一般是 2-3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。反滤层的材料应该是能抗风化的砂石料，并满足被保护土壤的颗粒不得穿过 反

36、滤层，各层次的粒不得发生移动，相邻两层间，较小一层的颗粒不得穿过较粗 一层的空隙，反滤层不能被阻塞。应具有足够的透水性，以保证排水畅通。同时 还应保证耐久、稳定，其工作性能和效果应不随时间的推移和环境的改变而变差。 本次设计中的反滤层有碎石、中砂和细砂组成，其中上部为20cm厚的碎石，中间为10cm厚的中砂，下部为10cm厚的细砂。第四章闸室布置第一节闸底板、闸墩(1)闸底板采用整体式平底板。详细叙述见第三章第一节。底板顺水流方向的长度L=14m底板厚度d=1.0m。（2）闸墩闸墩承受闸门传来的水压力，也是坝顶桥梁的支撑。闸墩顺水方向的长度取与底板相同，取 14.0m。闸墩为钢筋混凝土结构，中

37、 墩厚均为1.5m。边墩与岸墙合二为一，采用重力式结构。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相应的安全超高；挡水时应高于设计或 校核洪水位加波浪计算高度加安全超高。水位高程安全加高波浪计算 高程闸顶高程闸墩高程挡水时设计洪水 位198.360.30.2198.863.86校核洪水 位198.900.20.2199.304.30泄水时设计洪水 位198.360.50.2199.064.06校核洪水 位198.900.40.2199.504.500.15公里，计算破浪高:由已知的多年平均最大风速为12m/s,吹程为 根据官厅水库公式：0.2 mh1 0.0166Vo%D%0.0

38、166 12%0.15%泄水时：设计洪水位时为 0.5m。其安全超高查SL265-2001，表4.2.4得，校核洪水位时为0.4m;挡水时：设计洪水位时为 0.3m。校核洪水位时为0.2m。 依据表格得，闸墩高度为4.5m。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。由于校核洪水位时下游最高水位=198.65m,由此取闸墩下游部分的顶部高程为=199.2m,闸墩上设两道门槽（检修门槽和工作门槽），检修门槽在上游，槽深为 0.2m，宽0.4m，工作槽槽深为0.40m,宽0.5m。两者相距2.0m。具体位置见下 图。下游不设检修门，闸墩下游头部均为流线形。dill第二节闸门和启闭

39、机闸门采用露顶式平面钢闸门，则闸门顶高程为199.40m,闸门高4.4m,门宽为 4.0m。查SL265-2001和水闸，根据经验公式：G KZKckgH1.43B0.08初估闸门自重.G为门重，10KN B墩高度4.5m, B为孔口宽度为3.2m，采用滚轮式支承Kz=1.0，Kc采用普通低合金钢结构 Kc=0.8，由于H< 5.0m,取Kg =0.156，则得门自重G 1.0 0.80.156 4.51.43 3.20.0811.77kN ,为满足要求则取门G 120kN。根据经验公式，初估计启门力Fq0.1 0.2 P 1.2G，闭门力Fw0.1 0.2 P 0.96G。则P为作用在

40、门上的总水压力（见图）不计浪压力的影响，作用在每米宽门上游面的水压力:Ph =1/2 X 9.81 X 3.9 X 3.9=74.60 kN作用在每米宽门上游面的水压力:P下=1/2 X 3.65 X 3.65 X 9.81=65.35 kN则门上总的水压力为：当处于开启状态时:P = Ph X 3.2=238.72 kNFq=0.2 X 74.6+1.2 X 12.0=62.41 kN当处于关闭状态时:P=( Ph - P下) X 3.2= (74.6-65.35 )X 3.2=29.6 kNFw =0.2 X 29.6-0.9 X 15.0=-7.58 kNFw <0,表示闸门能靠自

41、重关闭，则不需加压重块帮助关闭，根据计算所需的启门力FQ=62.14kN，初选单吊点卷扬式启闭机 QPQ-80机架外轮廓J=1473mm（查闸门与启闭设备P240-242）。第三节 工作桥、公路桥、检修便桥（一）工作桥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度， 其宽度B=启闭机宽度+2X栏杆柱宽+2X操作宽度+2X栏杆外富裕宽度=1.473+2X 1.0+2 X 0.2+2 X 0.1=4.073m，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0.4m，中间活动铺板厚0.1m。其结构见图。T：1.2m。在启闭为了保证启闭机的机脚螺栓安

42、置在主梁上，主梁间的净距为 机机脚处螺栓处设两根横梁，其宽0.3m,高为0.5m，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 0.7m,排架顺水流方向的长度为2.2m，宽0.6m。 则排架高=门高+富裕高度+上游顶高程=4.4+0.6+199.4=204.4m。（二）公路桥在下游闸墩部分搁置公路桥，桥面高程为 =200.30m,梁的截面尺寸0.4 X 0.7m，桥面净宽为4.0m，总宽4.4m。（三）检修便桥为了便于对闸门进行检修、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梁，梁高0.4m,宽0.2cm。梁中间铺设厚0.1m的钢筋

43、混凝土板。由于检修闸门使用频率低，故不需设固定启 闭机，检修时可采用临时启闭设备。第四节 闸室的分缝和止水设备水闸沿轴线每隔一定距离必须设置沉陷缝， 兼作温度缝，以免闸室因不均匀 沉陷及温度变化产生裂缝。缝距一般为 15-30m缝宽为2-3cm。整体式底板闸室 沉陷缝。一般设在闸墩一孔、两孔或三孔一联为独立单元。其优点是保证在不均 匀沉降时闸孔不变形，闸门仍正常工作。凡是有防渗要求的缝，都应该设止水设备。止水分铅直和水平两种，前者设 在闸墩中间，边墩与翼墙以及上游翼墙本身。后者设在铺盖，消力池与底板和混 凝土铺盖，以及消力池本身的温度沉降缝内。本次设计缝宽为20mm横缝设在闸墩之间，闸墩与底板

44、连在一起。止水设备： 铅直止水设在闸墩中间，边墩与翼墙间采用水平止水设备。第五章闸室稳定计算第一节荷载及其组合n n I- I -（一）荷载情况水闸承受的荷载主要由：自重、水重、水平水压力、扬压力、浪压力、地震 等。荷载组合分基本组合和特殊组合。基本组合按完建无水期和设计洪水位情况, 特殊组合按校核洪水位情况荷载组合计算情况自重静水压力扬压力浪压力地震何载基本组合完建无水 期V设计洪水 位情况VVVV特殊组合校核洪水 位情况VVVV（二）荷载计算1.完建期的荷载荷载计算主要是闸室及上部结构自重，取中间闸室为单元进行计算。完建期的荷载主要包括闸底板重力 G，闸墩重力G2，闸门重力G3、工作桥及启

45、闭机设备重力G4、公路桥重力G5和检修便桥重力G6、取钢筋混凝土的容重为 25kN / m3。底板重力为G=14X 1 X 9.4 X 25+0.5 X( 2+1)X 1X 9.4 X 25X 2=3995kN闸墩重力G2 :则每个中墩重:G2 =1.55 X 1.5 X 4.5 X 25+0.4 X 1.1 X 4.5 X 25+0.7 X 0.5 X 4.2 X25+5.95 X 1.5 X 4.2 X 25+2 X 1.03 X 4.5 X 25+2X 1.03 X 4.2X 25+2X 1.5 X 4.5 X 25=2070.49 kN每个闸室单元有两个中墩，则：G2=2G2=2X 2

46、070.49=4141 kN闸门重G3=12kN，贝ffi个闸门重G3=24.0 kN工作桥重力G4 :G4 = (4.9 X 0.6 X 0.7+5.2 X 0.6 X 0.7+0.6 X 0.7 X 1) X 2X25+0.4 X 0.8 X 9.4 X 2X 25+0.1 X4X 9.4 X25+9.4 X 2X 0.5 X( 0.1+0.02 ) X 1 X 25+0.7 X 0.1 X 9.4 X 2X 25=516.4 kN考虑到栏杆机横梁重等取G4=520kN查闸门与启闭设备QPQ-8（启闭机机身重15.0 kN，考虑到混凝土及电机重，每台启闭机重20kN ,启闭机重力g4=2X

47、 20=40.0 kN公路桥重力G5：X 2X 25Gs =0.4 X 0.7 X 9.4 X 2 X 25+4.4 X 0.4 X 9.4 X 25+0.2 X 1X 9.4=639.2 kN考虑到栏杆重,取公路桥重为：G5=650kN 检修便桥重力G6 :G6=O.2 X 0.5 X 9.4 X 25X 2+1.1 X 0.1 X 9.4 X 25=72.85kN考虑到栏杆及横梁重力等去检修桥重：G6 =85kN 。完建情况下作用荷载和力矩计算表(对底板上游端B点求力矩)部位重力(KN)力臂(m)力矩(kN m)/底板39957.027965闸门123.1337056125.566闸墩41

48、417.028987工作桥5205.52860启闭机203.1362.6205.5110公路桥6509.86370检修便桥853.13266.05合计9455667242.设计洪水情况下的荷载在设计洪水情况下，闸室的荷载除了闸室本身的重力外，还有闸室内水的重 力、浪压力、水压力、扬压力等。闸室内水重W,：hiO.O166V0%D%10.4h10'810.40.20.82.9mhz比 cothL2 HL23.14 0.2 q 2 3.14 3.36coth 0.04m2.92.9则波浪破碎的临界水深为:H=3.36> L/2=2.9/2=1.45 故为深水波：则相关荷载计算值如下：

49、W=3.36 X 6.4 X 5.75 X 9.81=1212.99 kN水平水压力：首先计算波浪要素。由设计资料可知：多年平均最大风速为12m/s，吹程为0.15公里，计算破浪高：51/0.0166 12/40.15"30.2 mF3=0.5 X 0.7 X 9.4 X 9.81=23.1kN ()设计洪水位时荷载图P =0.5 X 1.45 X 9.81 X (0.2+0.04+1.45) X 9.4+0.5 X (1.45+3.36+0.3)X 9.81 X 2.21 X 9.4=647.16kN ()F2=0.5X( 2.496+3.804)X 9.81X 9.4X 1.7=504.3kN ()2F4=0.5 X( 0.7+2+0.552 ) X 9.81 X 9.4 X 1.3=199.1 kN浮托力：F =0.5 X (1+2) X 2X 1 X 9.81 X 9.4+1 X 10X 9.4 X 9.81+2 X 2X 1 X 9.4 X 9.81=1601 kN ( t )渗透压力：U =0.5 X( 2.496+0.2 X 2.496) X 0.5 X 9.4 X 9.81 X 13.