大环水闸计算书(学习版)

1、精选优质文档-倾情为你奉上精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业专心-专注-专业精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业1 基本设计资料1.1工程概况沙堆东堤位于沙堆镇的东南部，虎跳门水道右岸，现状东堤堤围总长21km，其中未达标堤围长16.950km。沙堆东堤是新会区万亩以上重点堤围，围内是当地的政治、经济、文化中心，保护耕地面积3万亩，捍卫人口3.3万人。本次东堤加固工程范围北起白沙冲南堤，南至白沙围尾端，整段堤围形成了一条闭合防线，是沙堆镇抵抗台风暴潮侵袭，阻挡西江洪水和虎跳门水道海潮的重要防洪（潮）屏障，是沙堆镇经济社会可持续稳定发展的前提条件。加固范围内现有排水、挡潮闸14座，

2、均为小型水闸。大环水闸位于沙堆东堤下游，桩号1+780处，主要功能为挡潮、排涝。原大环水闸建于上世纪五六十年代，由于受当时历史条件限制，水闸建设标准较低，闸室已经向临江侧偏移，虽已经采取纠偏措施改善水闸受力状况，但水闸现状进一步向临江侧偏移趋势明显，同时由于工程运行时间较长，建筑结构破损、钢筋外露、闸门锈蚀、启闭设备不灵活等问题使得该水闸的运行存在较大的安全隐患，由于大环水闸原址10m范围内已建有多宗民房，给基坑开挖造成很大困难，水闸内涌两岸也多为住宅，工程内围堰选址较难，且产生较大的征地补偿费用，因此有必要对大环水闸进行移址重建。选址为原水闸临外江侧约32m（交通桥中心距），重建后大环水闸为

3、1孔净宽4m的开敞式水闸，闸底板高程-2.00m，闸顶板高程3.20m，交通桥宽7m。1.2水闸设计标准根据海堤工程设计规范（SL438-2008）以及水闸设计规范（SD265-2001），位于防洪（挡潮）堤上的水闸，其级别不得低于防洪（挡潮）堤的级别，确定大环水闸为等工程，主要建筑物级别为3级，次要建筑物级别为4级，临时建筑物级别为5级。大环以挡潮为主，兼负引水灌溉功能，故不校核排涝能力（50-100年一遇），只以历史最高潮水位作为校核潮水标准。水闸的防洪（挡潮）标准为30年一遇，根据水文计算，相应外江虎跳门水道的设计潮水位为2.59m；校核防洪（挡潮）水位取临时最高潮水位2.78m。大环以

4、挡潮为主，兼负引水灌溉功能，故不校核排涝能力（50-100年一遇），只以历史最高潮水位作为校核潮水标准。水闸排涝标准按10年一遇24小时暴雨所产生的径流量，城镇、鱼塘1天排干，农田3天排干设计，相应设计最大过闸流量取最大洪峰流量为25m3/s。1.3特征水位外江设计洪潮水位为2.59m（P=3.33%）；外江校核洪潮水位为2.78m（历史最高潮水位）；外江多年平均高潮水位为0.59m；外江多年平均低潮水位为-0.36m；内河最高限制水位为0.80m；内河正常蓄水位为-0.20m；内河最低内水位为-0.70m。1.4结构数据大环水闸为钢筋砼整体式结构，共1孔，净宽4m。闸顶高程3.20m，闸底板

5、高程-2.00m，水闸闸室顺水流方向总长23.85m，前后干砌石护坦长5.00m。闸顶设交通桥，宽7m，设计荷载等级按公路-级折减设计。1.5工程地质根据地质勘察报告，闸址处原始地貌为珠江三角洲淤积、冲积平原地貌。闸基础底部分布淤泥厚度大，具有高压缩性，承载力小，震动下易发生触变，产生抗滑稳定与沉降变形问题。中粗砂、残积土和基岩承载力较高，是良好持力层。闸基础的主体部分建议采用钻孔桩基础或地基加固处理措施。对其他挡墙等次要部位，因一般荷载较小，可采用天然地基型式，以浅层淤泥层作为建筑物基础的天然地基持力层，但应在上部铺上垫层，必要时可采用地基加固处理措施。场地内的地下水及地表水对混凝土具有碳酸

6、型弱腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性，对钢结构具有弱腐蚀性。1.6地震设防烈度根据本阶段勘察结果，结合区域地质资料综合分析，勘察场地及附近未发现有影响场地稳定性的地质构造和不良地质作用，场地是稳定的，但其上部分布的软弱土层，即淤泥层属于震陷敏感的软弱地层。根据建筑抗震设计规范（GB50011-2001）及中国地震动峰值加速度区划图（GB18306-2001），该地区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，地震动反应谱特征周期值为0.40s。2 闸顶高程计算根据挡水和泄水两种运用情况确定，取较大者，难点：波浪计算高度。根据水闸设计规范SL265-2001第4.2.4条规定，

7、水闸闸顶高程不应低于正常水位（或最高挡水位）加波浪计算高度与相应安全超高之和；位于防洪（挡潮）堤上的水闸，其闸顶高程不得低于防洪（挡潮）堤堤顶高程。故大环水闸闸顶高程计算确定如下：根据挡水和泄水两种运用情况确定，取较大者，难点：波浪计算高度。2.1计算工况水闸规：附录E.0.1；浪压力参与基本组合时，50年一遇；参与特殊组合时，选多年平均最大风速（气象站提供）大环水闸挡潮工况下，外江历史最高潮水位为2.78m（珠基，下同），设计风速采用重现期为50年的年平均最大风速25.5m/s。水闸规：附录E.0.1；浪压力参与基本组合时，50年一遇；参与特殊组合时，选多年平均最大风速（气象站提供）2.2计

8、算公式闸顶高程按水闸设计规范（SL2652001）中有关规定进行计算，相关公式如下： 水闸设计规范水闸规4.2.4：不同级别、不同工况水闸规4.2.4：不同级别、不同工况式中： Z闸顶高程（m）；h0计算潮水位（m）；A安全超高（m），取A=0.3m；水文提供基本数据：计算风速（注意扩大系数）、风区长度、风区内平均水深（注意那种工况）。1、由三数据（水文提供基本数据：计算风速（注意扩大系数）、风区长度、风区内平均水深（注意那种工况）。1、由三数据（v0 D Hm（极可能要做相应修改）推出hm，根据hm和Hm及水闸规表E.0.1-2，推出hp2、由hm、v0推出Tm3、根据Tm、H经试算推出Lm

9、4、根据Lm，计算波浪破碎的临界水深及hz（水闸规E.0.2）5、根据H、Hk、Lm/2之间关系推波浪压力P（浪压力用在闸室稳定计算、工况不同，压力不同）6、根据浪压力断面型式求浪压力作用点，（形心）。v0计算风速（m/s）； D风区长度（m）；本工程取500m。Hm风区内的平均水深（m）； Tm平均波周期(s)；Lm平均波长(m)；H 闸前水深（m）；hp相应于波列累积频率5%的波高（m）；hz波浪中心线超出计算水位的高度（m）。根据上述，采用Excel表计算，结果如下表2.2-1所示。波浪爬高包括两部分：h波浪爬高包括两部分：hp hz表2.2-1 水闸闸顶高程计算1、计算平均波高及hm/

10、Hmhmhm/Hmghm/v02gD/v02gHm/v02v0HmD0.323 0.041 0.004 6.256 0.097 28.00 7.78 500.0 2、计算设计波浪波列累计频率波高hP水闸级别波列累计频率P(%)hm/Hmhp/hm0.619 35.000 0.041 1.918 3、计算设计波浪平均周期Tm值gTm/v0=13.9(ghm/v02)0.5Tmv0hm2.520 28.000 0.323 4、计算平均波长Lm(试算)Lm=(gTm2/2)*th(2*H/Lm)LmTmH(闸前水深)10-39.872 2.520 4.780 3.142 0.0008 5、计算波浪破

11、碎的临界水深Hk=(Lm/4)*ln(Lm+2hp)/(Lm-2hp)HkLmhp0.654 9.872 0.619 3.142 6、计算hza.判别闸前水深H与临界水深Hk及与(Lm/2)关系H关系HkH关系Lm/24.780 0.654 4.780 4.936 b.计算波浪中心线超出计算水位的高度hz=(hp2/Lm)*cth(2H/Lm)hzhpLmH0.122 3.142 0.619 9.872 4.780 6、闸顶高程计算Z=h0+hp+hz+AZh0hphzA3.821 2.780 0.619 0.122 0.300 2.3闸顶高程确定根据水闸设计规范SL265-2001第4.2.

12、4条规定，挡水时，水闸闸顶高程不应低于正常蓄水位（或最高挡水位）加波浪计算高度与相应安全超高之和；位于防洪（挡潮）堤上的水闸，其闸顶高程不得低于防洪（挡潮）堤堤顶高程。则本次设计的闸顶高程取水闸两侧堤防堤顶高程为4.20m。本项目可用理正软件计算，1、设计 2、复核（0.1-0.3m高差）3 水力计算本项目可用理正软件计算，1、设计 2、复核（0.1-0.3m高差）3.1闸孔总净宽计算3.1.1计算公式根据水闸设计规范（SL265-2001），各水闸采用过流计算公式如下：（1）对于平底闸，当为堰流时，水闸的泄流能力计算根据水闸设计规范（SL265-2001）附录A.0.1规定的水力计算公式：；

13、式中：水闸泄流量（m3/s）；淹没系数； 侧收缩系数，按水力学的弗朗西斯公式计算确定； 流量系数，取0.385； 水闸过流净宽（m）； 堰顶算起的下游水深（m）； 计入行近流速水头的堰上水深（m），近似采用堰上水头。（2）对于平底闸，当堰流处于高淹没度时（），水闸的泄流能力计算根据水闸设计规范（SL265-2001）附录A.0.2规定的水力计算公式：；式中：水闸的泄流流量（m3/s）； 淹没堰流的综合流量系数； 水闸过流净宽（m）； 重力加速度，采用9.81m/s2； 由堰顶算起的下游水深（m）； 计入行近流速水头的堰上水深（m），近似采用堰上水头。（3）当过闸泄流过程为孔口出流时，采用如下公

14、式进行计算：；式中：孔口高度（m）； 孔流流速系数，采用0.95m； 孔流流量系数，按水闸设计规范表A.0.3-1查得； 孔流垂直收缩系数； 计算系数； 胸墙底圆弧半径（m）； 孔流淹没系数，按水闸设计规范表A.0.3-2查得。3.1.2计算工况 本次水闸规模复核，以排涝流量完全自排设计，各水闸内水位按围内地面控制高程来确定，闸底高程根据内外侧河道底高程综合确定，过闸水头差取0.15m，推求各水闸相应的总净宽。3.1.3计算成果根据上述，本次水闸规模复核使用理正岩土5.6水力学计算软件计算，其计算成果如下：*计算项目：大环闸孔总净宽计算*- 水闸型式简图 - 计算条件 -基本参数闸坎型式未设底

15、坎的宽顶堰闸门型式平板闸门计算目标计算闸门总净宽判断水流状态的标准he/H0.650上游水位(m)0.700下游水位(m)0.550堰顶高程(m)-2.000行进流速水头(m)0.150闸门开启高度he(m)3.500设计闸孔数1设计流量Q(m3/s)25.000判断高淹没度的标准hs/H00.900流量系数计算流量系数值0.385收缩系数计算上游河道宽度bs(m)9.000淹没系数计算- 计算过程 -1、判断水流状态。 水流状态：因为 he/H = 1.296 0.650。所以属于堰流。 根据水闸设计规范SL265-2001附录A计算。2、判断是否高淹没度出流。 因为实际淹没度：0.895

16、15填筑土不考虑其侧阻力-1淤泥108-2粉质粘土2825-3中粗砂3630砂质粘性土422500300034400500-1全风化花岗岩703200350055600700-2强风化花岗岩9640004500708009006.2计算公式6.2.1桩基应力分析根据建筑地基基础设计规范（GB50007-2002），单桩受力按以下公式计算：式中：相应于荷载效应标准组合时，作用于桩基承台顶面的竖向力； 桩基承台自重及承台上自重标准值； 相应于荷载效应标准组合轴心竖向力作用下任一单桩的竖向力； 桩基的桩数； 相应于荷载效应标准组合竖向力作用下第i根桩的竖向力； 相应于荷载效应标准组合作用于承台底面通

17、过桩群形心的x、y轴力矩； 桩i至群桩形心的x、y轴线的距离。 单桩承载力应符合下列要求：式中：单桩竖向承载力特征值； 单桩受力不均匀系数； 单桩受力不均匀系数允许值，单桩受力最大、最小应力之比的允许值基本组合下为2.5，特殊组合下为3.0； 桩基受力最大、最小值。6.2.1抗滑稳定计算根据建筑桩基技术规范（JGJ94-2008），单桩受水平力按以下公式计算：根据水闸设计规范（SL265-2001），泵房抗滑稳定按以下公式进行验算：相应于荷载效应标准组合下，作用于桩基i顶处的水平力单桩基础或群桩中基桩的水平承载力特征值；抗滑稳定安全系数；抗滑稳定安全系数允许值，基本组合下为1.20，特殊组合（

18、）下为1.05，特殊组合（）下为1.00。单桩水平承载力特征值按以下公式计算：式中：桩身抗弯刚度，对于钢筋混凝土桩，； 桩顶允许水平位移； 桩顶水平位移系数。考虑本泵闸为群桩基础，桩基水平承载力特征值考虑由承台、桩群、土互相作用产生的群桩效应，可按下列公式确定：式中：群桩效应综合系数。6.3单桩竖向和水平承载力计算初步拟定采用PHCAB400(95)7A预应力砼管桩，桩长23m，相关地质参数根据江门市新会区沙堆东堤达标加固工程勘察报告（初步设计阶段）中的钻孔ZK7进行计算。根据建筑地基基础设计规范（GB50007-2002），单桩竖向承载力特征值按下式计算：式中：单桩竖向承载力特征值； 桩端端

19、阻力特征值、桩侧阻力特征值，由当地静载试验结果统计分析算得； 桩底横截面面积； 桩身周边长度； 第i层岩土的厚度。本次计算根据地勘资料选取钻孔ZK7进行单桩承载力计算，计算过程详见单桩承载力计算表 ，取单桩承载力特征值根据建筑桩基技术规范（JGJ94-2008），单桩水平承载力特征值,考虑群桩效应，。计算过程详见单桩水平承载力特征值计算表。6.4水闸闸桩基稳定计算结果表6.4-1 大环水闸闸桩基稳定计算结果荷载组合计算工况单桩水平承载力(kN)水闸抗滑稳定安全系数单桩竖向力(kN)单桩受力不均匀系数 (kN)基本组合完建期079.491.20585.07545.031.072.5挡潮期29.3

20、579.492.711.20522.18481.741.082.5特殊组合设计运用遭遇7度地震22.5079.493.531.00549.08526.091.043.06.5计算过程本次桩基应力及抗滑稳定计算采用Excel表格计算，其计算过程如下表6.5-16.5-2所示。表6.5-1 管桩单桩竖向承载力计算经验系数法计算单桩竖向承载力特征值管桩桩外直径(m)0.4桩身周长(m)1.257 桩端面积(m2)0.126 桩顶高程(m)-2.45桩长（m）26钻孔ZK7土层编号土层名称土层厚度li(m)qsia(kPa)qpia(kPa)Qsa(kN)Qpa(kN)填筑土不考虑侧阻力0.000 0

21、.000 -1淤泥22.000 10.000 0.000 276.460 0.000 -2粉质粘土0.000 28.000 0.000 0.000 0.000 -3中粗砂4.000 36.000 0.000 180.956 0.000 砂质粘性土0.000 42.000 3000.000 0.000 376.991 26.000 457.416 376.991 Ra=Qsa+Qpa=834.407 表6.5-2 管桩单桩水平承载力计算圆桩直径d0.40 壁厚0.10 砼弹性模量Ec28000.00 钢筋弹性模量.00 弹性模量比值E7.14 保护层厚度t0.03 扣保护层厚度后直径d00.34

22、 桩身配筋率g0.01 截面模量Wo0.01 换算截面惯性矩Io0.00 EI31.74 桩顶允许水平位移oa(mm)10.00 桩身的计算宽度bo0.99 桩侧土水平抗力系数的比例系数m3.50 桩的水平变形系数0.64 桩的水平位移系数vx(本工程桩端为半固半铰型式，水平位移系数取值需综合考虑）1.40 单桩水平承载力Rha45.02 群桩效应桩距sa3.20 桩径d0.40 sa/d8.00 沿水平荷载方向的每排桩数n17.00 沿垂直水平荷载方向的每排桩数n22.00 桩的相互影响效应系数i0.86 桩的埋深h25.55 换算埋深h16.41 桩顶约束效应系数r2.05 ir1.77

23、承台侧向水平抗力效应系数l0.00 承台底与地基土之间的摩擦系数0.18 承台底地基土分担的竖向总荷载标准值Pc0.00 承台摩阻效应系数b0.00 群桩效应综合系数1.77 群桩水平承载力特征值79.49 表6.5-3 桩基应力稳定计算（完建期）桩号iFkGknyiyi2xixi2MxkMykMxkyiMykxiQik107854.63141.62.569.692.1601434.8013774.08585.06509207854.63141.62.566.440.9601434.809182.72577.05839307854.63141.62.563.210.2401434.804591

24、.36569.0517407854.63141.62.560001434.800561.045507854.63141.62.56-3.210.2401434.80-4591.36553.0383607854.63141.62.56-6.440.9601434.80-9182.72545.03161707854.63141.62.56-9.692.1601434.80-13774.08585.06509807854.6314-1.62.569.692.1601434.8013774.08585.06509907854.6314-1.62.566.440.9601434.809182.72577

25、.058391007854.6314-1.62.563.210.2401434.804591.36553.03831107854.6314-1.62.560001434.800561.0451207854.6314-1.62.56-3.210.2401434.80-4591.36553.03831307854.6314-1.62.56-6.440.9601434.80-9182.72577.058391407854.6314-1.62.56-9.692.1601434.80-13774.08585.06509yi2=35.84xi2=573.44Qmax=585.06509Qmin=545.0

26、3161=1.单桩水平向受力=0单桩水平承载力=79.49Kc=表6.5-4 桩基应力稳定计算（设计挡潮期）桩号iFkGknyiyi2xixi2MxkMykMxkyiMykxiQik107084.04141.62.569.692.1601449.4013914.24481.73835207084.04141.62.566.440.9601449.409276.16489.82652307084.04141.62.563.210.2401449.404638.08497.91469407084.04141.62.560001449.400506.00286507084.04141.62.56-3

27、.210.2401449.40-4638.08514.09103607084.04141.62.56-6.440.9601449.40-9276.16522.1792707084.04141.62.56-9.692.1601449.40-13914.24481.73835807084.0414-1.62.569.692.1601449.4013914.24481.73835907084.0414-1.62.566.440.9601449.409276.16489.826521007084.0414-1.62.563.210.2401449.404638.08514.091031107084.0

28、414-1.62.560001449.400506.002861207084.0414-1.62.56-3.210.2401449.40-4638.08514.091031307084.0414-1.62.56-6.440.9601449.40-9276.16489.826521407084.0414-1.62.56-9.692.1601449.40-13914.24481.73835yi2=35.84xi2=573.44Qmax=522.1792Qmin=481.73835=1.单桩水平向受力=29.单桩水平承载力=79.49Kc=2.表6.5-5 桩基应力稳定计算（正常蓄水遭遇7度地震）桩

29、号iFkGknyiyi2xixi2MxkMykMxkyiMykxiQik107558.37141.62.569.692.160823.6607907.136526.09462207558.37141.62.566.440.960823.6605271.424530.69094307558.37141.62.563.210.240823.6602635.712535.28725407558.37141.62.56000823.6600539.88357507558.37141.62.56-3.210.240823.660-2635.712544.47989607558.37141.62.56-6

30、.440.960823.660-5271.424549.07621707558.37141.62.56-9.692.160823.660-7907.136526.09462807558.3714-1.62.569.692.160823.6607907.136526.09462907558.3714-1.62.566.440.960823.6605271.424530.690941007558.3714-1.62.563.210.240823.6602635.712544.479891107558.3714-1.62.56000823.6600539.883571207558.3714-1.62

31、.56-3.210.240823.660-2635.712544.479891307558.3714-1.62.56-6.440.960823.660-5271.424530.690941407558.3714-1.62.56-9.692.160823.660-7907.136526.09462yi2=35.84xi2=573.44Qmax=549.07621Qmin=526.09462=1.单桩水平向受力=22.5单桩水平承载力=79.49Kc=3.7 闸门计算7.1基本参数闸门尺寸：4.33.65m（宽高）底坎高程：-2.00m设计外水位：2.59m；设计内水位-0.20m；最高运行外水位

32、：2.59m；最低运行内水位：-0.70m；设计水位差：2.79m；最大运行水位差：3.29m。门叶结构材料：Q235B材料允许应力：=0.9160=144Mpa，=0.995=85.5Mpa运行条件：静水启闭，启闭时最大内外水位差0.30m7.2结构布置本闸门为潜孔式闸门，采用4主梁，5纵梁布置，面板布置在靠内水侧。闸门支撑跨度为4.34m，梁格布置简图如图8.2-1所示：图7.2-1 闸门计算简图7.3门叶结构计算7.3.1面板面板厚度按下式计算：，根据闸门结构布置，采用最大水位差计算，其计算结果如表7.3-1：表7.3-1 面板计算结果表区格号板板板板板短边a（mm）7401000800

33、730380长边b（mm）11201120112011201120b/a1.51 1.12 1.40 1.53 2.95 Ky0.454 0.356 0.436 0.458 0.500 区格中心水头h（m）1.312.183.083.844.42区格中心水压q（N/mm）0.013 0.022 0.031 0.038 0.044 强度储备系数0.90.90.90.90.9弹塑性调整系数1.51.51.51.51.5容许应力（N/mm）160160160160160面板计算厚度t（mm）1.02 1.80 2.49 2.97 1.94 根据计算结果并考虑闸门制作安装的刚度需求以及闸门的锈蚀厚度，选定面板厚度为8m