水闸设计方案及闸室稳定计算

1、附录一：泄洪冲砂闸及溢流堰的水力计算1.1设计资料：根据设计任务书中提供的资料和该枢纽布置段的基本地形资料本工程中的 河流属于山溪性河流天然来水量多集中在洪水季节，平时来水量仅占全年来水量 的10%;河水中泥沙含量较大尤其是伴随洪水中的泥沙较多；再根据其地形资料来看本工程布置段的地形坡度比较合适，因此在选择泄洪冲砂闸地板高程 1852.40m。根据上述本工程中的泄洪冲砂闸为宽顶堰，堰顶高程 1852.40m,过闸水流 流态为堰流。汛期通过闸室的设计洪水流量 Q设=1088m3/s,校核洪水流Q校=1368 m3/s。因为泄洪冲砂闸为宽顶堰所以尺寸拟定用堰流公式：Q = mb v 2 g H 2

2、S -为淹没系数，取为1.0;m-为流量系数，因为是前面无坎的宽顶堰所以m=0.385;£ -为侧收缩系数，先假定为1.0；H-位总水头，初设阶段不考虑行进流速，即假设的堰上水头；b闸门净宽；来洪水时洪水将由溢流堰和泄洪冲砂闸两部分共同承担，这样可减去一部分 闸孔的净宽并设置溢流侧堰初步拟定溢流堰为折线形实用堰。初步拟定溢流堰堰顶高程 =进水闸设计流量的堰顶水头对应的水位+(0.2 0.3m)=进水闸闸底高程1853.60m +闸前水位1.40m +超高0.2m =1856.4m采用共同水位法和堰流公式计算两种工作情况下的特征洪水位：先假设一个水位，用堰流公式分别计算过堰流量和过闸流

3、量，二者相加 等于实际流接近计算工作情况下的洪水流量时， 该水位就为所求。因为泄洪冲砂闸为宽 顶堰所以尺寸拟定用堰流公式： 3Q -、. ； mb 2 g H 2S -为淹没系数，取为1.0m-为流量系数，因为是前面无坎的宽顶堰所以m=0.385;计算溢流堰时因为溢流堰为折线形实用堰 m=0.3.£ -为侧收缩系数，先假定为1.0;H-位总水头，初设阶段不考虑行进流速，即假设的堰上水头。b闸门净宽计算结果如附表1-1, 1-2 （a）设计洪水情况下：洪水流量 Q=1018 m/s。附表1-1设计洪水情况下泄洪冲砂闸水力计算表水位（m）过闸总流量（m/s）过堰总流量（m/s）实际总流量

4、（m/s）1855.81018.935.110543（b）校核洪水情况下：洪水流量 Q=1368 m/s附表1-2校核洪水情况下泄洪冲砂闸水力计算表水位（m过闸总流量（m/s）过堰总流量（m/s）实际总流量（m/s）1856.31251.7118.61370.3经过计算泄洪冲砂闸净宽96m,溢流堰长度95m,设计洪水位1855.8m校核 洪水位1856.30m。泄洪冲砂闸净宽为96m，每孔取净宽8m,边墩宽0.8m ,中墩宽1.0m缝墩1m。1.2泄洪冲砂闸地板渗透稳定计算1）地板渗流计算1、确定地基计算深度(1) 计算Te水平投影长度L0=10m,铅直投影长度S0=1.5m；因为=6.67&

5、gt;5;所以 Te =0.5 L0 =0.5 10=5m；所以地基不透水层的有效计算深度为 5.0m。(2) 计算各段Aa阻力系数1: S=1.5m, T=5m ；3-1.5 - 20.441 =0.687T2：L=0.75m，T=5m，3=5=0 ；3： S=0.5m, T=5m，.=3.1416；= 2ln 彳ctg |45 汇'1二 0.104：L=8.5m， S1 =0.5m， T=5m， S2 =0.5m；5：S=0.5m, T=5m，二=3.1416；= lnctg .45 汇 H>-0.10x = L -°.7S,$ ms7: S=1.5m, T=5m;

6、-7 =1.530.44仁 0.687 T(3) 计算各段水头损失hiAH总水头损失卄3.90m；;在卫34列表计算各段水头损失hi；附表1-3水头损失计算表:序号1234567_i0.6870.1500.1001.3600.1000.1500.687hi0.8280.1810.1211.640.1210.1810.828(4) 进出口水头损失值的修正1进口处修正系数B1 ；B, =1.21-一0.05912式中 S=1.5m,T=5m,T =5m;代入得曰=1.01;B1>1所以不用进行修正；2出口处修正系数B2IT =3.5m, T=5m,S=1.5m；B2=0.857 1.0,所以

7、出口处要修正。出口段水头损失减小值为：H7=0.828 0.857=0.710m；h=0.828-0.710=0.118mH6=0.181+0.118=0.299(5)计算各角隅点的渗压水头并列表：附表1-5各角隅点渗压水头h1h2h3h4h5h6h73.072.82.771.131.000.7102910090(6)绘制渗压水头分布图(7)闸底板水平段渗透坡降和渗流坡降的计算:1闸底板水平段平均渗透坡降Jx :闸底板的轮廓线由6点至11点，水平投影L = 8.50mH 6 H 111.64c1Jx 60.193 _ 0.22 0.281；L8.52出口处得出逸坡降Jo :出口处既11点至12

8、点，渗透距离为S=1.50m。j 也 土=0.47 ： 0.50 0.551 ；S1.5I J参见SL2652001水闸设计规范所以满足允许渗透比降。1.3泄洪冲砂闸地板抗滑稳定计算计算单元的确定根据水闸设计规范SL265 2001闸室稳定计算宜取相邻顺水流向永久 缝之间的闸段为计算单元，选取中间两孔闸室作为计算单元。附图1-4计算单元选取示意图:承载力计算自重荷载：根据水工钢筋混凝土结构学中钢筋混凝土按线性分布荷载为25 KN/n3。根据水闸的基本尺寸设计对其进行荷载计算。作用在水闸上的自重荷载有：底板：G = 10 1.0 20.5 1.5 0.5 丨 25 = 268.75KN闸墩：G

9、=0.5 5.40.5 4.5】10 25 = 1237.5KN闸门：根据水闸闸门为弧形露顶式BG0m所以G =KcKbB033HsH042Hs 设计水头；Kc 材料系数，本工程取1；Kb 孔门宽度系数，本工程 Kb=0.472；H 孔口高度；闸门：G 二 KcKbB0.33HsH 0.42 =1.0 0.472 80.33 2.9 4.10.4 4.16 吨 G=4.16 X 10=41.6KN工作桥，交通桥及其梁：G -19 4 0.3 255 19 0.3 0.5 25 =926.25KN根据算出的闸门的数据参考闸门与启闭设备采用双吊点卷扬式6 3724 -160型启闭机，该启闭机的自重

10、为 2.55吨。启闭机：G=2.55*10=25.5KN根据SL265-2001水闸设计规范中应该选取不同的荷载组合作为不同的 工况对闸室的稳定进行验算看闸室是否安全。第一种工况选为完建无水的状况附表1-6泄洪闸荷载计算成果表（完建无水期）何载名 称垂直力M（KN）力臂L(M)力矩 M(KN M)-（顺时 针）+ （逆时针）底板5106.250.0000.000闸墩3712.50.0000.000工作桥926.250.002.50.002316.25交通桥926.250.0021852.50闸门41.60.0020.0083.2启闭机25.50.0020.005110738.351852.52

11、450.45完建无水工况下的闸室稳定计算根据SL265-2001水闸设计规范中地基承载力公式：-W完建无水期基底压力的最大和最小值，kPa；x G作用在闸室上的全部竖向荷载，（包括基础底面的上的扬压M 作用在闸室上的竖向和水平荷载对于闸底板垂直于水流 方向的形心轴的力矩（kN.m）；2A 闸室基底的面积（m ）;W闸室基底面对于该底面垂直水流方向的形心轴的截面矩（m）；地基承载力不均匀性验算公式：=pmax < :PminPmaxZGminPmax式中min力）KN ；根据计算结果，判断是否满足要求p 10738.35 亠 597.95min 19 10910 19Pmax = 56.6

12、7K P aPmin = 56.35K P a根据SL265-2001水闸设计规范野云沟河床多是漂石、卵、碎石、角石、 砾砂及少量的粉土，粉砂胶结而成，所以属于中等坚实取2.0二吐=56 “.0仁：2.0pmin56.35所以满足要求第二种工况为上游为正常引水为下游无水的工况（此工况为最不利工况）正常当水期荷载计算及抗滑稳定验算：附图15水闸稳定计算水重作用力意图:S水二 2.7 3.9 0.8 2.3 0.5 =11.45m2水重：G =11.45 16 10 =1832KN”h(23(h1h2)二 1.42m1856.3P2P11852.40P2P1P2附图1-6水闸稳定计算水平压力作用力

13、意图:水平压力:R = Jgh2 16 75 10 3.92 16 -1216.8KNeJ 3.9 =1.3m33P2 =1 ；?gh21 =0.5 10 3.921 = 76.05KN渗透压力：W(3.07 0.71) 10/2 19 10 =3591 KN浮托力：W=(10 1 2 0.375) 9.5 10 =1045KN计算结果列于表：附表1-7泄洪闸闸室荷载计算成果表（正常挡水期）荷载名称垂直力M（kN）水平力P（kN）力臂（m）力矩M0 (kNm)+（逆时针）（顺时针）闸室10738.35水重18321.52748上游水压力1216.81.31581.8476.051.398.86

14、5浮托力1045渗透压力3591合计12570.3546361292.8527481680.717934.351292.851067.30根据SL265-2001水闸设计规范中地基承载力公式:Pmax minPm a x式中mi 完建无水期基底压力的最大和最小值，kPa；x g作用在闸室上的全部竖向荷载，（包括基础底面的上的扬压 力）KN ；x M 作用在闸室上的竖向和水平荷载对于闸底板垂直于水流 方向的形心轴的力矩（kN.m）；2A 闸室基底的面积（m ）;w 闸室基底面对于该底面垂直水流万向的形心轴的截面矩 /3、（m ）;地基承载力不均匀性验算公式:Pmin根据计算结果，判断是否满足要求p 9227.2 亠 1067.3ma< 二 10 19 _10 192Pmax =48.86 KPaPmin = 48.26KPa不均匀系数验算PmaxPmin48.8648.26-1.01 :故满足要求。闸室基底面的抗滑稳定计算:根据SL265-2001水闸设计规范中的闸室抗滑稳定计算公式:K式中：f 闸室与地基的摩擦系数；由张世儒水闸查表7-8."G 作用在闸室上