精品资料（2021-2022年收藏）进水闸、冲沙闸坝段水力及结构计算书

1、1计算书名称：计算书名称：进水闸、冲沙闸坝段水力及结构计算书进水闸、冲沙闸坝段水力及结构计算书 2目目 录录1 工程概况工程概况.12 水力计算水力计算.12.1 进水闸坝段过水能力计算.12.2 消能防冲设计.32.3 冲砂闸过水能力复核.42.4 消能防冲设计.53 稳定及应力计算稳定及应力计算.63.1 基本资料与数据.63.2 结构简化.63.3 计算公式.63.4 荷载计算及组合.83.5 计算成果.93.6 冲沙闸荷载计算.123.7 计算成果.133.8 计算简图.17311 工程概况工程概况某调水工程由关山低坝引水枢纽和穿越秦岭山区的输水隧洞两大部分组成，按其供水对象及性质，根

2、据防洪标准（GB5020194）和水利水电工程等级划分及洪水标准（SL2522000），工程等别为三等中型工程,主要建筑物按 3 级建筑物设计。低坝无调节引水枢纽由拦河坝、冲砂闸、进水闸和输水暗渠四部分组成，前三部分在平面上呈一条直线南北方向并列布置，输水暗渠紧接进水闸并连接进水闸和输水隧洞。两个闸均设在坝的左侧。坝轴线位于两河口下游 95m，关山村上游约 1km 处，此处河谷宽度 74m，河床宽度约 60m，高程为 1467.2m，河床漂卵石覆盖层厚 512m，最大 15m，其下的基岩为黑云片麻岩和斜长片麻岩，岩石强风化层厚约 23m，岩体分类为类，岩层倾向上游，对防渗有利。进水闸位于冲砂闸

3、左侧，设计流量 13.5m3/s，单孔布置，孔口尺寸3.0m2.5m，设潜孔式弧形工作闸门和平面检修闸门。闸室后接 4m 长的 1:4陡坡，陡坡后接消力池，消力池池长 14m，池深1.0m，底板厚度1.0m，为C20钢筋混凝土结构；消力池后与输水暗渠相 接。2 水力计算水力计算2.1 进水闸坝段过水能力计算进水闸坝段过水能力计算2.1.1 引水渠内水深的确定Q=3/22/11RAin式中 Q引水渠流量,13.5m3/s； n引水渠糙率,0.015； A、R、b、h、m 分别为过水断面面积、湿周、水力半径、渠道底宽、水深及边坡系数，其表达式如下： A=(b+mh)h =b+2h；21m R=A2

4、12)(mhbhmhb2故 13.5=1/0.015（3+0 h）h(1/1000)1/23/2)23). 03(hhh经试算求得：h=2.282m2.1.2 过流能力复核设计流量下的渠内水深为 h=2.282m，进口闸底板高程取为 1469.00m，即下游水位为 1471.282m，进口翼墙为圆弧形翼墙。按无坎宽顶堰流计算。 最低引水位为 1471.50m，则 H0=1471.50-1469.0+(13.543)2/19.6=2.56m,下游水深为 hs=2.282m=0.8613.5 m3/s 故满足引流要6 .1923求。 考虑到进水闸前根据引水需求需设置拦污栅，故在最低引水位时还需计入

5、拦污栅的局部水头损失，初步估计其水头损失为 h=0.6v2/2g，则 H0=1471.50-1469.0+v2/2g-0.8 v2/2g=2.53m下游水深为 hs=2.282m=0.9010.90Hhs53. 2282. 2此时，宽顶堰流处于高淹没出流状态，其流量公式为：Q=hsB02/10)(2hsHg3式中 淹没堰流的综合流量系数，可按下式计算=0.877+(hs/H0-0.65)2=0.0877+(0.901-0.65)2=0.94Q=0.942.2823(2.53-2.282)1/2= 14.17m3/s13.5 m3/s 故满足引流要求。g2 由于引水渠道的引水流量最大只能达到 1

6、3.5，故在 1471.5 水位及其以上，应压闸运行，以保证流量不大于 13.5。2.2 消能防冲设计消能防冲设计消力池深 d 可按下式计算d=0hc-hs-Zhc= 1)(8123hchhckhc3-T0hc2+q2/(2g2)=0Z=q2/(2g2hs2)- q2/(2ghc2)式中d-消力池深度（m） ；0-水跃的淹没系数(一般取 1.01.05)；hc-以下游原河床高程为基准算出的收缩断面的跃后水深；hc-收缩水深；-水流动能校正系数，可采用 1.01.05；q-单宽流量（m2/s） ；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）

7、 ；Z-出池落差（m） ；hs-下游河床水深（m） 。经试算得：4d=0.79Z=0.107消力池长 Lsj 可按下式计算：Lsj=LjLj=6.9(hc-hc)式中Lsj-消力池长度（m） ；Ls-消力池斜坡段水平投影长度（m） ；-水跃长度校正系数，可采用（0.70.8） ；Lj-自由水跃长度（m） 。故 Lj=6.9（3.03-0.396）=18.22Lsj=Lj=+0.729.39=17.66取池深 1.0m,池长 14m。2.3 冲砂闸过水能力复核冲砂闸过水能力复核该冲砂闸设计最大过流量 Q=42m3/s，在非洪水期可根据冲砂要求适时开闸放水，在洪水期可关闭闸门或压闸运行，保证下泄流

8、量不大于 42m3/s。进口闸底板高程为 1467.50m，设计孔口尺寸为 43.5（高宽） 。按无坎宽顶堰流计算，进口翼墙为圆弧形翼墙。1471.50 水位时过水能力的计算出流形态判断忽略行进水头则 H0=1471.50-1467.50=4.0m,下游水深为 hs2.25m(校核洪水位时下游水深 hs=1469.75-1467.50=2.25m)42 m3/s 故满足要求。6 .19232.4 消能防冲设计消能防冲设计 采用设计洪水工况作为消能防冲的设计标准。hc= 1)(8123hchhckhc3-T0hc2+q2/(2g2)=0Z=q2/(2g2hs2)- q2/(2ghc2)式中0-水

9、跃的淹没系数(一般取 1.01.05)；hc-以下游原河床高程为基准算出的收缩断面的跃后水深；hc-收缩水深；-水流动能校正系数，可采用 1.01.05；q-单宽流量（m3/s） ；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） ；hs-下游河床水深（m） 。经试算得：d=1.32Z=1.51消力池长 Lsj 可按下式计算：6Lsj=LjLj=6.9(hc-hc)式中Lsj-消力池长度（m） ；Ls-消力池斜坡段水平投影长度（m） ；-水跃长度校正系数，可采用（0.70.8） ；Lj-自由水跃长度（m） 。故 Lj=6

10、.9（4.7-1.08）=24.99Lsj=Ls+Lj=9+0.7524.99=18.74综合考虑斜坡式护坦长取 18m。3 稳定及应力计算稳定及应力计算3.1 基本资料与数据基本资料与数据（1）工程等别：等 建筑物级别：3 级（2）水位： 溢流堰顶高程： 1471.50 m 设计洪水位： 1475.55 m 相应下游水位 1469.10m 校核洪水位： 1476.66 m 相应下游水位 1469.75m（3）闸基与基岩抗剪摩擦系数 f=0.6，抗剪断摩擦系数 f=0.7，抗剪断凝聚力 c=200kN/m2，地基承载力 f=500 kN/m2。（4）砼容重 =24kN/m3，（5）扬压力按无帷

11、幕，无排水计算。（6）地震设计烈度：7 度（7）水容重 =10KN/m3根据已成工程经验和可研成果，拟定进水闸坝段体型及尺寸如计算简图。3.2 结构简化结构简化进水闸坝段的稳定及基底应力计算时，取整个进水闸坝段作为研究对象，即坝 0-006.5坝 0-012.5，基底面取至 1467.50m 高程。73.3 计算公式计算公式3.3.1 稳定计算公式分别采用剪摩公式 K=fG/H 和抗剪断公式 K=（fG+CA）/H 计算。式中：K沿闸基面的抗滑稳定安全系数； f闸基面与地基之间的摩擦系数，取 0.6； G作用在闸上的全部竖向荷载（包括扬压力） ； H作用在冲砂闸坝段上的全部水平荷载； K沿闸基

12、面的抗剪断稳定安全系数； f坝闸基面与地基之间的抗剪断摩擦系数； C闸基与基底面之间的抗剪断粘结力； A闸基地面的面积。3.3.2 基地应力计算公式P=WMAG式中 M作用在闸室上的全部竖向和水平向荷载对基础底面形心轴的力矩； W闸室基底面对于该底面形心轴的截面矩。3.3.3 荷载计算公式3.3.3.1 自重 计算公式： G=V 式中：浆砌石或混凝土容重； V体积；3.3.3.2 静水压力 计算公式： F=1/2h2B 式中 水容重（KN /m3） ； h水深（m） ；8 B计算宽度（m） ；3.3.3.3 波浪压力 当 HHk HLm/2 时 计算公式：PL=1/4Lm（h5%+hZ）B 式

13、中：PL迎水面上的浪压力标准值（KN /m） ； 水的重度（ KN /m3） ； Lm平均波长（ m） ； H5%累计频率为5%的波高（ m） ； hZ 波浪中心线至计算水位的高度（m） ，按下式计算： hz=（h5% 2/Lm）cth（2H/ Lm） H挡水建筑物迎水面前的水深（m）3.3.3.4 扬压力 U 计算公式： U=(hL+1/2h0L)B 式中： h、 h0下游水深、上下游水位差；L 、B 计算长度、计算宽度；3.3.3.5 地震荷载 （查自水工建筑物抗震设计规范 ）3.3.3.5.1水平向地震惯性力： 计算公式： Fi=h GEii/g 式中： Fi 作用在质点 i 的水平向地

14、震惯性力代表值 i 质点 i 的动态分布系数，按下式计算： n 坝体计算质点总数； H 坝高，溢流坝的 H 应算至闸墩顶；hi 质点 i 的高度；hj 质点 j 的高度； GE 产生地震惯性力的建筑物总重力作用的标准值；GEi 集中在质点 i 的重力作用标准值；GEj 集中在质点 j 的重力作用标准值； 地震作用的效应折减系数，取 0.25；njjEjiiHhGGHh144)/(41)/(414.19 h 水平向设计地震加速度代表值，取 0.1g；g 重力加速度；3.3.3.5.2 地震动水压力： 单位宽度坝面的总地震动水压力作用在水面以下 0.54H0 处，其代表值F0 按下式计算： 式中：

15、 水体质量密度标准值； H0 水深； 地震作用的效应折减系数，取 0.25； h 水平向设计地震加速度代表值，取 0.1g；3.43.4 荷载计算及组合荷载计算及组合3.4.1 进水闸荷载计算3.4.1.1 重力总重：G=14589.4 kN3.4.1.2 水压力水的重力 Pv=RV=0水的水平力：上游 PH 上=H上221下游：PH 下=H下221 3.4.1.3 扬压力 U=（H2+H) 112.38213.4.1.4 地震荷载水平向地震总惯性力 F=hGi/g地震动水压力 P0=0.65hH263.4.2 荷载组合选择最不利荷载组合进行稳定计算，即基本组合（1）1471.50 水位情况基

16、本组合（2）设计洪水位情况特殊组合（1）校核洪水位情况特殊组合（2）1471.50 水位+地震情况20065.0HaFwh103.5 计算成果计算成果3.5.1 抗滑稳定计算成果表抗滑稳定计算表（挡水）抗滑稳定计算表（挡水）基本组合（基本组合（1 1）基本组合（基本组合（2 2）特殊组合（特殊组合（1 1）特殊组合（特殊组合（2 2）荷载荷载水平向水平向竖向竖向水平向水平向竖向竖向水平向水平向竖向竖向水平向水平向竖向竖向自重自重14589.414589.414589.414589.4水重水重601.31698.91894.9980.0静水压力静水压力292.51615.32164.0292.5

17、扬压力扬压力-2231-3941.9-4410.9-2230.8地震荷载地震荷载547.1地震动水压力地震动水压力93.3合计合计292.512959.91615.312346.32164.012073.4932.913338.6K K（允许值）（允许值）1.081.081.031.00K K（实际值）（实际值）26.584.593.358.58K K（允许值）（允许值）3.003.002.502.30K K（实际值）（实际值）80.7914.3610.6325.62稳定性判断稳定性判断稳定稳定稳定稳定抗滑稳定计算表（过水）抗滑稳定计算表（过水）3.5.2 应力计算成果表底板纵向地基反力底板纵

18、向地基反力(1471.50 水位）水位）部位部位铅直力铅直力水平力水平力力臂力臂力矩力矩(Mx)(Mx)闸墩闸墩9381.94320.54645126.294底板底板3237.0000基本组合（基本组合（1 1）基本组合（基本组合（2 2）特殊组合（特殊组合（1 1）特殊组合（特殊组合（2 2）荷载荷载水平向水平向竖向竖向水平向水平向竖向竖向水平向水平向竖向竖向水平向水平向竖向竖向自重自重14589.414589.414589.414589.4水重水重1890.02260.92455.21890.0静水压力静水压力365.51391.10.01831.5365.5扬压力扬压力-2230.8-3

19、941.9-4410.9-2230.8地震荷载地震荷载547.1地震动水压力地震动水压力93.3合计合计365.514248.61391.112908.41831.512633.61005.914248.6K K（允许值）（允许值）1.081.081.031.00K K（实际值）（实际值）23.395.574.148.50K K（允许值）（允许值）3.003.002.502.30K K（实际值）（实际值）67.1216.9612.7824.39稳定性判断稳定性判断稳定稳定稳定稳定11检修槽检修槽-110.2080.975-107.453胸墙胸墙570.24-0.9141-521.256检修平台

20、检修平台31.7448-2.0496-65.0641梁板梁板 1 191.49047.155654.6138梁板梁板 2 217.4245.392.3472梁板梁板 3 314.37844.60166.15502梁板梁板 4 4190.042560.869165.147梁板梁板 5 517.424-1.3-22.6512门槽门槽 1 1-137.763.7-509.712门槽门槽 2 2-51.840.702-36.3917前胸墙前胸墙500.45.90492954.812闸门重力闸门重力20-0.8-16启闭机启闭机30-0.8-24闸房（房顶）闸房（房顶）2340.55128.7侧墙侧墙4

21、81.650.55264.9075梁梁71.4240.5539.2832水重水重601.33.12441878.83水压力水压力292.5-1.5-438.75扬压力扬压力-2230.82.167-4834.14合计合计12959.894404795.667应力应力131.77026599.65642底板纵向地基反力底板纵向地基反力(1475.55 水位）水位）部位部位铅直力铅直力水平力水平力力臂力臂力矩（力矩（Mx)Mx)闸墩闸墩9381.943200.54645126.294底板底板3237000检修槽检修槽-110.2080.975-107.453胸墙胸墙570.240-0.9141-5

22、21.256检修平台检修平台31.74480-2.0496-65.0641梁板梁板 1 191.490407.155654.6138梁板梁板 2 217.42405.392.3472梁板梁板 3 314.378404.60166.15502梁板梁板 4 4190.0425600.869165.147梁板梁板 5 517.4240-1.3-22.6512门槽门槽 1 1-137.7603.7-509.712门槽门槽 2 2-51.8400.702-36.3917前胸墙前胸墙500.45.90492954.812闸门重力闸门重力200-0.8-16启闭机启闭机300-0.8-24闸房（房顶）闸房（

23、房顶）23400.55128.7侧墙侧墙481.6500.55264.9075梁梁71.42400.5539.2832水重水重1698.86504.9088338.029水压力水压力01615.3-2.683-4333.9312扬压力扬压力-2015.322.167-8542.15合计合计14272.89303651.675应力应力139.66314115.21底板纵向地基反力底板纵向地基反力(1476.66 水位）水位）部位部位铅直力铅直力水平力水平力力臂力臂力矩力矩(Mx)(Mx)闸墩闸墩9381.943200.54645126.294底板底板3237000检修槽检修槽-110.2080.

24、975-107.453胸墙胸墙570.240-0.9141-521.256检修平台检修平台31.74480-2.0496-65.0641梁板梁板 1 191.490407.155654.6138梁板梁板 2 217.42405.392.3472梁板梁板 3 314.378404.60166.15502梁板梁板 4 4190.0425600.869165.147梁板梁板 5 517.4240-1.3-22.6512门槽门槽 1 1-137.7603.7-509.712门槽门槽 2 2-51.8400.702-36.3917前胸墙前胸墙500.405.90492954.812闸门重力闸门重力200

25、-0.8-16启闭机启闭机300-0.8-24闸房（房顶）闸房（房顶）23400.55128.7侧墙侧墙481.6500.55264.9075梁梁71.42400.5539.2832水重水重1894.904.9679411.968水压力水压力02164.0-3.053-6606.79扬压力扬压力-2484.3002.67-11777.1合计合计14272.89300-782.193应力应力124.8176130.05550底板纵向地基反力底板纵向地基反力(1471.50 水位水位+ +地震）地震）部位部位铅直力铅直力水平力水平力力臂力臂力矩力矩(Mx)(Mx)闸墩闸墩9381.943200.5

26、4645126.294底板底板3237000检修槽检修槽-110.20800.975-107.453胸墙胸墙570.240-0.9141-521.256检修平台检修平台31.74480-2.0496-65.0641梁板梁板 1 191.490407.155654.6138梁板梁板 2 217.42405.392.3472梁板梁板 3 314.378404.60166.15502梁板梁板 4 4190.0425600.869165.147梁板梁板 5 517.4240-1.3-22.651213门槽门槽 1 1-137.7603.7-509.712门槽门槽 2 2-51.8400.702-36.

27、3917前胸墙前胸墙500.405.90492954.812闸门重力闸门重力200-0.8-16启闭机启闭机300-0.8-24闸房（房顶）闸房（房顶）23400.55128.7侧墙侧墙481.6500.55264.9075梁梁71.42400.5539.2832水重水重601.30.03.11878.8水压力水压力0.0292.5-1.5-438.8扬压力扬压力-2230.80.02.17-4834.1地震力地震力547.1008-5.94-3249.78地震动水地震动水93.25631-2.43-226.613合计合计12959.8944001319.276应力应力120.13056211

28、1.29610由计算结果可知地基最大压应力为 139.66kN/m2，小于地基承载力 500 kN/m2，且无拉应力出现，故满足要求。3.63.6 冲沙闸荷载计算冲沙闸荷载计算3.6.1 重力总重：G= 18582.5 kN3.6.2 水压力水的重力 Pv=RV=0水的水平力：上游 PH 上=H上221下游：PH 下=H下221 3.6.3 扬压力 U=（H2+H) 112.38213.6.4 地震荷载水平向地震总惯性力 F=hGi/g地震动水压力 P0=0.65hH26.53.6.2 荷载组合选择最不利荷载组合进行稳定计算，即基本组合（1）1471.50 水位情况基本组合（2）设计洪水位情况

29、特殊组合（1）校核洪水位情况特殊组合（2）1471.50 水位+地震情况143.7 计算成果计算成果3.7.1 抗滑稳定计算成果表抗滑稳定计算表（挡水）抗滑稳定计算表（挡水）基本组合（基本组合（1 1）基本组合（基本组合（2 2）特殊组合（特殊组合（1 1）特殊组合（特殊组合（2 2）荷载荷载水平向水平向竖向竖向水平向水平向竖向竖向水平向水平向竖向竖向水平向水平向竖向竖向自重自重18582.518582.518582.518582.5水重水重980.01698.91894.9980.0静水压力静水压力1058.83192.13977.21058.8扬压力扬压力-3080-7952.0-8948

30、.8-3080.0地震荷载地震荷载696.8地震动水压力地震动水压力313.4合计合计1058.816482.53192.112329.43977.211528.62069.016482.5K K（允许值）（允许值）1.081.081.031.00K K（实际值）（实际值）9.342.321.744.78K K（允许值）（允许值）3.003.002.502.30K K（实际值）（实际值）18.635.274.099.53稳定性判断稳定性判断稳定稳定稳定稳定抗滑稳定计算表（过水）抗滑稳定计算表（过水）基本组合（基本组合（1）基本组合（基本组合（2）特殊组合（特殊组合（1）特殊组合（特殊组合（2）

31、荷载荷载水平向水平向竖向竖向水平向水平向竖向竖向水平向水平向竖向竖向水平向水平向竖向竖向自重自重18582.518582.518582.518582.5水重水重1890.02260.92455.21890.0静水压力静水压力498.81498.10.01972.4498.8扬压力扬压力-3080.0-7952.0-8948.8-3080.0地震荷载地震荷载696.8313.4合计合计498.817392.51498.112891.41972.412088.91509.017392.5K（允许值）（允许值）1.081.081.031.00K（实际值）（实际值）20.925.163.686.92K

32、（允许值）（允许值）3.003.002.502.30K（实际值）（实际值）53.6015.7411.6717.72稳定性判断稳定性判断稳定稳定稳定稳定3.7.2 应力计算成果表底板纵向地基反力底板纵向地基反力(1471.50 水位）水位）部位部位铅直力铅直力水平力水平力力臂力臂力矩力矩(Mx)(Mx)15闸墩闸墩42420.7443156.048底板底板12930.9600胸墙胸墙-409.8482.383-976.668检修平台检修平台420-0.5-210梁板梁板 1 136.967.155264.4488梁板梁板 2 2115.085.3609.924梁板梁板 3 320.164.601

33、92.75616梁板梁板 4 416.1280.86914.01523梁板梁板 5 5224.64-1.3-292.032门槽门槽 1 120.163.774.592门槽门槽 2 2-159.360.702-111.871闸门重力闸门重力-73.440.7-51.408启闭机启闭机300.721闸房（房顶）闸房（房顶）2342.05479.7侧墙侧墙481.652.05987.3825梁梁71.4242.05146.4192水重水重980.04.54410.158水压力水压力1058.8-1.83-1937.51扬压力扬压力-30802.67-8223.6合计合计16100.5490-1546

34、.65应力应力138.57639148.933409底板纵向地基反力底板纵向地基反力(1475.55 水位）水位）部位部位铅直力铅直力水平力水平力力臂力臂力矩力矩(Mx)(Mx)闸墩闸墩424200.7443156.048底板底板12930.96000胸墙胸墙-409.84802.383-976.668检修平台检修平台4200-0.5-210梁板梁板 1 136.9607.155264.4488梁板梁板 2 2115.0805.3609.924梁板梁板 3 320.1604.60192.75616梁板梁板 4 416.12800.86914.01523梁板梁板 5 5224.640-1.3-2

35、92.032门槽门槽 1 120.1603.774.592门槽门槽 2 2-159.3600.702-111.871闸门重力闸门重力-73.4400.7-51.408启闭机启闭机3000.721闸房（房顶）闸房（房顶）23402.05479.7侧墙侧墙481.6502.05987.3825梁梁71.42402.05146.4192水重水重1698.86504.9088338.02901.630水压力水压力03192.1-3.183-10160.416扬压力扬压力-2744.002.67-21231.8合计合计17155.3790-18849.9应力应力90.059463216.2866底板纵向地基反力底板纵向地基反力(1476.66 水位）水位）部位部位铅直力铅直力水平力水平力力臂力臂力矩力矩(Mx)(Mx)闸墩闸墩424200.7443156.048底板底