水闸课程设计

目录一、设计基本资料 11.1概述 11.1.1防洪 11.1.2灌溉 11.1.3引水冲淤 11.2规划数据 21.2.1孔口设计水位、流量 31.2.2闸室稳定计算水位组合 31.2.3消能防冲设计水位组合 31.3地质资料 31.3.1闸基土质分布情况 31.3.2闸基土工试验资料 41.4闸的设计标准 41.5其它有关资料 41.5.1闸上交通 4二、枢纽布置 52.1防沙设施 52.2引水渠的布置 62.3进水闸布置 62.3.1闸室段布置 62.3.2上游连接段 72.3.3下游连接段 7三、水力计算 73.1闸孔设计 83.1.1闸室结构形式 83.1.2堰型选择及堰顶高程的确定 93.1.3孔口尺寸的确定 93.2消能防冲设计 123.2.1消力池的设计 123.2.2海漫的设计 163.2.3防冲槽设计 17四、防渗排水设计 184.1地下轮廓线设计 184.1.1底板 184.1.2铺盖 194.1.3侧向防渗 194.1.4排水、止水 194.1.5防渗段长度验算 194.2渗流计算 204.2.1地下轮廓线的简化 204.2.2确定地基透水层的有效深度 214.2.3渗流区域分段及阻力系数的计算 214.2.4渗透压力计算 224.2.5抗渗稳定验算 27五、闸室布置及稳定计算 285.1闸室结构布置 285.1.1底板 285.1.2闸墩 295.1.3胸墙 305.1.4工作桥 315.1.5检修便桥 325.1.6交通桥 325.2闸室稳定计算 335.2.1荷载计算 335.2.2稳定计算 39六、闸室结构设计 426.1闸墩的设计 426.2闸底板结构计算 436.2.1闸基地基反力计算 436.2.2不平衡剪力计算 446.2.3板条上荷载的计算 47七、两岸连接建筑物设计 50八、水闸细部构造设计 51九、基础处理 52十、参考文献 53一、设计基本资料1.1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1-1。该闸的主要作用有防洪、灌溉和引水冲淤。1.1.1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。1.1.2灌溉灌溉期引兴化河水北调，以灌溉兴化渠两岸的农田。1.1.3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。7.0北渠9.0化至大成港11.0兴闸管所兴化闸化河兴兴化镇图1-1闸址位置示意图（单位：m）1.2规划数据兴化渠为人工渠道，其剖面尺寸如图1-2所示。渠底高程为0.5m，底宽50m，两岸边坡均为1:2，该闸主要有以下几种设计组合：图1—2兴化渠剖面示意图1.2.1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，此时相应的闸上游水位为7.83m，下游水位为7.78m；冬季枯水季节，由兴化闸自流引水送至下游的大成港冲淤保港，引水流量为100m31.2.2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6.9m。（2）校核情况：上游水位10.7m，浪高0.5m，下游水位7.0m。1.2.3消能防冲设计水位组合（1）消能防冲的不利水位组合是：引水流量为400m3（2）下游水位流量关系下游水位流量关系见表1-1。1.3地质资料1.3.1闸基土质分布情况根据钻探报告，闸基土质分布情况见表2-2。1.3.2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φ=190，凝聚力C=60.0Kpa，天然孔隙比e=0.69，天然容重γ=20.3KN/m3，比重G=2.74，变形模量E0=4.0×107KPa；建闸所用回填土为砂壤土，其内摩擦角φ=260，凝聚力C=0，天然容重γ=18KN/m3；混凝土的弹性模量Eh=2.3×101.4闸的设计标准根据《水闸设计规范》SL265-2001，兴化闸按Ⅲ级建筑物设计。1.5其它有关资料1.5.1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1-3，每米桥长约重80KN。图1-3交通桥剖面图（单位：mm）1.5.2该地区“三材”供应充足。闸门采用平面钢闸门，尺寸自定，由工厂设计加工制造。1.5.3该地区地震烈度设计为6度，故可不考虑地震影响。1.5.4该地区风速资料不全，在进行浪压力设计时，建议取L1=10h二、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。2.1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1m，底部高程0.5m，顶高程1.5m，迎水面直立，背流坡为1:1的斜坡。图2-1枢纽布置图2.2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2-1。2.3进水闸布置2.3.1闸室段布置闸室段是水闸的主体部分，通常包括底板、闸墩、闸门、（胸墙）、工作桥、交通桥等。底板是闸室的基础，它将闸室上部结构的重量及荷载较均匀地传给地基，并且具有防冲和防渗的作用。闸墩是用来分隔闸孔并支承闸门、工作桥用于安装启闭设备，便于工作人员操作。交通桥则是为了连接两岸的交通。2.3.2上游连接段上游连接段的主要作用是使水流平顺地进入闸孔，同时保护两岸及河床免受冲刷并具有防渗作用。上游连接段一般包括上游翼墙、铺盖、护底、上游防冲槽、上游护坡等部分。上游翼墙的主要作用是使闸室和上游岸坡平顺连接，以保证水流平顺地进入闸孔。铺盖的位置紧靠闸室底板的上游，其主要作用是防渗和防冲。在铺盖的上游设置护底，用以保护河床。根据水流的抗冲能力，必要时宜在上游护底首端增设防冲槽。另外，为了保护河床两岸不受冲刷，还需在上游两岸设置护坡。2.3.3下游连接段下游连接段包括下游翼墙、护坦（消力池）、海漫、下游防冲槽、下游护坡。下游翼墙能引导出闸水流均匀扩散，并具有防冲和侧向防渗的作用。护坦的主要作用是消减过闸水流的能量，防止冲刷河床。海漫则是用来进一步消除下泄水流的剩余动能，并调整流速分布。为了防止下游河床的冲刷坑向上游发展，应在海漫的末端设置防冲槽，而下游护坡的作用与上游护坡相同，是用来保护岸坡免遭冲刷。三、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。3.1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。3.1.1闸室结构形式该闸建在人工渠道上,故宜采用开敞式闸室结构。闸孔的形式一般有宽顶堰孔口、低实用堰孔口以及胸墙孔口等三种。宽顶堰孔口：宽顶堰是水闸中最常用的一种型式，尽管它的流量系数较小、易产生波状水跃，但是它有利于泄洪、冲沙、排污、排冰，而且构造简单、施工方便。低实用堰孔口：水闸底板采用实用堰，一般多为低堰。目前常用的低堰有WES堰、驼峰堰和梯形堰三种。常用于上游水位允许有较大壅高的山区河道，自由泄流时的流量系数较大，水流条件较好，选用适宜的堰面曲线可以消除波状水跃，但其泄流能力受下游水位影响较大。胸墙式孔口：对于上游水位变幅较大的水闸，可以通过设置胸墙减小闸门及工作桥的高度，但这种结构型式不利于排冰、排污和通航。由于在运行中，该闸的挡水位达10.3m～10.7m,而泄水时上游水位为7.44m～7.83m,挡水位时上游最高水位比下游最高水位高出3.26m，故拟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。3.1.2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。3.1.3孔口尺寸的确定（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=7.78-0.5=7.28m引水流量Q=300m/s上游行近流速V0A=(b+mH)H=(50+2×7.33)×7.33=473.96m2V0=300/473.96=0.633H0=H+V0/2g(取=1.0)=7.33+0.6332/（2×9.8）=7.35mhS/H0=7.28/7.35=0.99>0.8,故属淹没出流。由SL265-2001查表（3-1）淹没系数σs=0.36由宽顶堰淹没出流公式（3-1）对无坎宽顶堰，取m=0.385，假设侧收缩系数=0.968，则（3-2）=300=25.3m2）引水冲淤保港上游水深H=7.44-0.5=6.94m下游水深hS=7.38-0.5=6.88m引水流量Q=100上游行近流速V0=Q/AA=(b+mH)H=(50+2×6.94)×6.94=443.3V=Q/A=100/443.3=0.23m/sH0=H+V0/2g(取=1.0)=6.94+0.232/（2×9.8）=6.94mhS/H0=6.88/6.94=0.99>0.8,故属淹没出流。由SL265-2001查表（A.0.1-2）淹没系数σs由宽顶堰淹没出流公式（3-3）对无坎宽顶堰，取m=0.385，假设侧收缩系数=0.968，则=100=9.2m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拟将闸孔分为3孔，取每孔净宽为8.5m,则闸孔实际总净宽为B0=3×8.5=25.5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1.5m，墩头、墩尾均采用半圆形，半径为0.75m。（2）校核泄洪能力根据孔口与闸墩的尺寸可计算侧收缩系数，查水闸设计规范SL265-2001表3-2可知：对于中孔：b0bs=8.58.5+1.5对于边孔：b0bs所以，ε=所以，Q实=σεmB0=0.36×0.932×0.385×25.5×=289.6Q实际过流能力满足引水灌溉的要求。因此，该闸的孔口尺寸确定为：共分3孔，每孔净宽8.5m，2个中墩各厚1.5m，闸孔总净宽为25.5m，闸室总宽度为28.5m。3.2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。3.2.1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300m3/s往是分级开启的。为了节省计算工作量,闸门的开度拟分三级,流量100m3/s;待下游的水位稳定后,增大开度至200m3当泄流量为100m3上游水深H=10.2-0.5=9.7m;下游水深可采用前一级开度(即Q=0)时的下游水深ht=6.9-0.5=6.4上游行进流速v0=QA=100673.2=0.15m/s（v0h=e=0.615×0.84=0.52mhc''==2.22m<ht=6.88m,故为淹没出流。由《水力学》(清华大学出版社)表9.8查得φ=0.95，于是μ=ε'φ过闸流量为Q=μeB2g(H0-=0.58×0.84×25.5×=100.7m该值与要求的流量100十分的接近，才所假定的闸门开度e=0.84正确。此时，跃后水深hc''=2.22<ht以同样的步骤可求得泄水量为200、300时的闸门开度、跃后水深，并可判别不同泄水量时水面的连接情况，见表3.3。（2）消力池的设计1)消力池池深：由表3-3可知，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。2）消力池池长：根据前面的计算，以泄流量300作为确定消力池长度的计算依据。则h=e=0.626×3.05=1.91mh==3.51m消力池的长度要保证水跃发生在池内，故消力池的长度与水跃长度有关。消力池的总长度包括斜坡的水平投影长和护坦水平段的长度，其计算公式如下。Lsj=L式中LsjLsβ水跃长度修正系数，可取0.7～0.8；Lj自由水跃的采用SL265-2001中推荐的公式计算。Lj=6.9（h由表3.3可知，hc''=3.51m，hc=Lj=6.9×（3.51-1.91消力池与闸底板以1：4的斜坡段相连接，LS=0.5×4=2.0m,则消力池长度LsjLsj=L取消力池长为13m。3）消力池的底板厚度：下泄水流在消力池内流态十分紊乱，池底要承受高速水流上的冲击力、脉动压力以及扬压力等，受力比较复杂，因此消力池的底板必须具有足够的抗冲性、整体性和稳定性。为了满足要求，消力池底板的厚度应根据抗冲和抗浮的稳定性分别计算。消力池的底板根据抗冲要求，可用下式计算t=k1q∆H'式中t消力池底板始端的厚度，m；k1q消力池进口处的单宽流量，m3/(s∙m)∆H故t=0.15×11.76×3.7=0.7由于消力池的池底板厚范围（0.5～1.2）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10cm,间距2m，呈梅花行布置,孔内填以砂，碎石。3.2.2海漫的设计尽管水流在消力池内已消除了大部分能量，但仍有较大的余能，紊动的现象仍很剧烈，特别是流速分不清不均，底部流速分布不均底部流速较大，对河床仍有较大的冲刷能力，因此在消力池后仍需设置海漫护底，从而保护河床免遭水流冲刷。（1）海漫的长度。海漫长度应根据可能出现的最不利的水位和流量的组合情况进行计算。SL265-2001中建议，当qsLp=ksq式中Lpksqs消力池末端的单宽流量，m∆H故Lp=8×11.76×3.7=44.05（2）海漫的布置和构造：由于下游水深较大,为了节省开挖量,海漫布置成水平的。海漫在构造上应具有一定的柔性、透水性、抗冲性和表面粗糙性。柔性是为了在一定程度上能适应河床的变形；透水性是为了消除底部承受的渗透压力；抗冲性是为了确保海漫自身不会发生冲刷破坏，从而达到保护河床的目的；表面粗糙性则是为了消耗水流的余能。前20m采用浆砌石，粒径大于30cm块石，砌筑厚度为0.5m，内部设有排水孔，下部设反滤层。后24m采用粒径大于30cm的块石砌筑而成，厚度为0.5m，在砌石下面铺设碎石、粗砂垫层。为了提高其抗冲能力，每隔6～10m设置一道浆砌石石梗。3.2.3防冲槽设计水流经过海漫后，仍具有一定的冲刷能力。如要河床完全不受冲刷，必须将海漫设置的很长，但这样做不经济。因此，常在海漫末端设置防冲槽。防冲槽一般为堆石结构，其作用是当海漫末端发生河床底部冲刷时，防冲槽的块石将会自动滚入倍冲刷的河床上，从而阻止冲刷进一步向上游发展，确保海漫安全。防冲槽的尺寸应根据冲刷深度确定，海漫末端的河床冲刷深度可按下式计算：dm=1.1q式中dm海漫末端河床冲刷深度，mqm海漫末端的单宽流量，mv0河床土质允许不冲流速，m/shm海漫末端的河水深度，m海漫末端的平均宽度B''q''=300/64.56=4.65对比较紧密的黏土地基，且水深大于3m，v0可取为1.1m/s，hs''dm=1.1×4.651.1-7.28dm<0,表示海漫出口不形成冲刷坑，理论上可以不建防冲槽。但为了保护海漫头部，故在海漫末端一防冲槽。图3-1消力池、海漫、防冲槽布置图四、防渗排水设计4.1地下轮廓线设计对于黏土地基，通常不采用垂直板桩防渗。故地下轮廓主要包括底板，防渗铺盖。4.1.1底板（1）底板长度：底板既是闸室的基础,又兼有防渗、防冲刷的作用。它既要满足上部结构布置的要求,又要满足稳定及本身的结构强度等要求。由《水工建筑物》（中国水利水电出版社）可知，底板长度可根据经验拟定，对于粘性土地基，取（2.5～4.0）H，则有：L=4H=4×3.7=14.8m综上所述，取底板顺水流方向L为15m。（2）底板厚度d：根据经验，底板为（15～17）单孔净跨，一般为1.0～2.0（3）底板构造。底板采用钢筋混凝土构造，混凝土为C15。上下游两端各设0.5m深的齿墙嵌入地基。底版分缝中设以“V”型铜止水片。4.1.2铺盖铺盖采用钢筋混凝土结构，其长度一般为2—4倍闸上水头或3—5倍上下游水位差，拟取4倍上下游水位差，即16m，铺盖厚度为0.5m。铺盖上游端设0.5m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0.3m，其下设0.2m厚的砂石垫层。4.1.3侧向防渗侧向防渗主要靠上游翼墙和边墩。上游翼为曲面式反翼墙，收缩角取15，延伸至铺盖头部以半径为6.6m的圆弧插入岸坡。4.1.4排水、止水为了减小作用于闸底板上的压力，在整个消力池底板下部设砂砾石排水，其首部紧抵闸底板下游齿墙。闸底板与铺盖、铺盖与上游翼墙、上游翼墙与边墙之间的永久性缝中，均设以铜片止水。闸底板与消力池、消力池与下游翼墙、下游翼墙与边墩之间的永久性分缝，虽然没有防渗要求，但为了防止闸基土与墙后填土被水流带出，缝中铺贴沥青油毛毡。4.1.5防渗段长度验算（1）闸基防渗长度。必须的防渗长度为L=C∆H∆H=3.7m.当反滤层有效时，C=3；当反滤失效时，C=4.因此L=11.1～14.8m实际闸基防渗长度L'=1+0.5+1.4+0.5+0.5+15+16=34.9L'（2）绕流防渗长度。必须的防渗长度为L=C∆H（4-1）∆H=3.7m，C=7（回填土为壤土，且无反滤）。因此L=7×3.7=25.9m实际防渗长度L'L'图4-1地下轮廓布置4.2渗流计算采用改进阻力系数法进行渗流计算。4.2.1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较浅，可以将它们简化成短板桩。图4-2地下轮廓简化1，2，3为进口段；4为铺盖水平段；5，6为板桩垂直段；7底板水平段；8齿墙垂直段；9齿墙水平段；10为出口段。4.2.2确定地基透水层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。由地下轮廓线的简化图知：地下轮廓线的水平投影长度L0=31+15=46m；地下轮廓的垂直投影长度S0=2.0-0.5=1.5m。L0/S4.2.3渗流区域分段及阻力系数的计算1、计算阻力系数（1）进口段：将齿墙简化为短板柱，板桩入土深度为0.5m，铺盖厚度为0.5m。故S1=0.5+0.5=1.0m；T1=23.5m;而另一侧的S2=0.5m,T2=23m。计算进口处阻力系数ξ01为ξ01=1.5(S1（2）铺盖水平段：S1=1m,S2=1.5m,L1=31m,T=23m，计算铺盖水平段阻力系数ξx1ξx1=L（3）板桩垂直段：S1=1.5m，T1=23m，S2=0m，T2=21.6m，故板桩垂直段阻力系数ξy1ξy1=2（4）底板水平段：S1=0m，S2=0.5m，L2=14m，T=22.1m，故底板水平阻力系数ξx2计算为

ξx2=（5）齿墙垂直段：S=0.5m，T=22.1m，故齿墙垂直段的阻力系数ξy2ξy2=2（6）齿墙水平段：S1=S2=0，T=21.6m，L3=1.0m，计算齿墙水平段阻力系数ξx3ξx3=L（7）出口段：出口段中S=0.50m，T=22.5m，计算其阻力系数ξ02为ξ02=1.5(ST)4.2.4渗透压力计算1、设计工况：求各分段的渗透水头损失值由式hi=ξi∆Hi=1（1）进口段：h1=0.550m（2）铺盖水平段：h2=1.472m（3）板桩垂直段：h3=0.070m（4）底板水平段：h4=0.713m（5）齿墙垂直段：h5=0.027m（6）齿墙水平段：h6=0.053m（7）出口段：h7=0.515m2、进出口水头损失值的修正（1）进口处修正。计算修正系数ββ'1=1.21-112==0.48<1.0，应予以修正。进口段水头损失值应修正为h'进口段水头损失减小值∆h1故铺盖水平段水头损失值应修正为h'出口处修正。出口处修正系数β'2β'2=1.21-=1=0.出口段水头损失应修正为h'∆采用《水闸设计规范》中相应的修正公式得h'验算∆H=3、算各角隅点的渗压水头由上游进口段开始，逐次向下游从总水头3.7m相继减去各分段水头损失值，即可求得各角点的渗压水头值：H1=3.4m，H2=3.136m，H3=1.378m，H4=1.308m，H5=0.334m，H6=0.281m，H7=0.175，H8=0。4、绘制渗压水头分布图根据以上算的的渗压水头值，并认为沿水平段的水头损失呈线性变化，即可绘出图。见图4-3。图4-3设计洪水位渗透压力图5、闸底渗透压力计算单位宽度闸底板渗透压力P1P==121kN单位宽度防渗铺盖渗透压力P2P==686kN2、校核工况：求各分段的渗透水头损失值由式hi=ξi∆Hi=1（1）进口段：h1=0.598m（2）铺盖水平段：h2=1.602m（3）板桩垂直段：h3=0.077m（4）底板水平段：h4=0.776m（5）齿墙垂直段：h5=0.029m（6）齿墙水平段：h6=0.058m（7）出口段：h7=0.560m2、进出口水头损失值的修正（1）进口处修正。计算修正系数β'==0.48<1.0，应予以修正。进口段水头损失值应修正为h'进口段水头损失减小值∆h1故铺盖水平段水头损失值应修正为h'出口处修正。出口处修正系数β'2β=1=0.出口段水头损失应修正为h'∆采用《水闸设计规范》中相应的修正公式得h'验算∆H=3、算各角隅点的渗压水头由上游进口段开始，逐次向下游从总水头3.7m相继减去各分段水头损失值，即可求得各角点的渗压水头值：H1=3.7m，H2=3.416m，H3=1.5m，H4=1.423m，H5=0.364m，H6=0.306m，H7=0.19,H8=0。4、绘制渗压水头分布图根据以上算的的渗压水头值，并认为沿水平段的水头损失呈线性变化，即可绘出图，如图4-4.图4-4设计洪水位渗透压力图5、闸底渗透压力计算单位宽度闸底板渗透压力P1P==134KN单位宽度防渗铺盖渗透压力P2P==762KN4.2.5抗渗稳定验算求闸底板水平段的平均渗透坡降和出口处的平均逸出坡降闸底板水平段的平均渗透坡降（1）渗流出口平均坡降为J0=h0S'=（2）底板水平段平均渗透坡降为Jx=h4'L故闸基的防渗满足抗渗稳定的要求。五、闸室布置及稳定计算5.1闸室结构布置开敞式水闸闸室由底板、闸墩、闸门、工作桥和交通桥等组成。5.1.1底板（1）底板长度：底板既是闸室的基础,又兼有防渗、防冲刷的作用。它既要满足上部结构布置的要求,又要满足稳定及本身的结构强度等要求。由《水工建筑物》（中国水利水电出版社）可知，底板长度可根据经验拟定，对于粘性土地基，取（2.5～4.0）H，则有：L=4H=4×3.7=14.8m综上所述，取底板顺水流方向L为15m。（2）底板厚度d：根据经验，底板为（15～17）单孔净跨，一般为1.0～2.0m，d=（3）底板构造。底板采用钢筋混凝土构造，混凝土为C20。上下游两端各设0.5m深的齿墙嵌入地基。底版分缝中设以“V”型铜止水片。5.1.2闸墩闸墩结构型式应根据闸室结构抗滑稳定性和闸墩纵向刚度要求确定，一般宜采用实体式。闸墩外形轮廓应能满足过闸水流平顺、侧向收缩小，过流能力大的要求。上下游墩头采用半圆形。闸墩上游部分的顶面高程应满足以下两个要求：①水闸挡水时，不应低于水闸正常蓄水位加波浪计算高度与相应的安全超高之和；②泄洪时，不应低于水闸设计（或校核）洪水位与相应安全超高值之和。各种运用情况下水闸安全超高见表5.1。闸墩下游部分的顶面高程可根据需要适当降低。表5.1水闸安全超高下限值水闸级别运用情况1234、5挡水时正常蓄水位0.70.50.40.3最高当水位0.50.40.30.2泄水时设计洪水位1.51.00.70.5校核洪水位1.00.70.50.4闸墩长度取决于上部结构布置和闸门的形式，一般与底板同长或稍短些。此设计取与底板同长15m。闸墩厚度应根据闸孔孔径、受力条件、结构构造要求和施工方法确定。根据经验，一般浆砌石闸墩厚0.8～1.5m，混凝土闸墩厚1～1.6m，少筋混凝土墩厚0.9～1.4m，钢筋混凝土墩厚0.7～1.2m。闸墩在门槽处厚度不宜小于0.4m。此设计采用钢筋混凝土闸墩，中墩厚为1.5m，边缘与岸墙合二为一，采用重力式设计。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安全超高；关门时应高于设计或校核洪水位加波浪计算高度加安全超高。设计洪水位的超高计算：=10.3+0.8+0.7=11.8m校核洪水位的超高计算：=10.7+0.5+0.5=11.7m取上述二者中的较大者，取为11.8m。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。可大大低于上游部分的高度，而其上设有排架搁置公路桥。初拟定闸墩下游部分顶部高程为8.5m，其上设3根0.67m×0.7m，高1.8m的柱子，柱顶设0.7m×0.7m，长4.7m的小横梁，梁顶高程即为8.5+1.8+0.7=11.0。下游闸墩上搁置公路桥，桥面高程为11.8m，与两岸大堤齐平。平面闸门的门槽尺寸应根据闸门的尺寸确定，一般检修门槽深0.15～0.25m，宽约0.15～0.30m，主门槽深一般不小于0.3m，宽约0.5～1.0m。检修门槽与工作门槽之间应留1.5～2.0m的净距，以便于工作人员检修。此设计检修门槽深0.2m，宽0.25m。主门槽深0.5m，宽0.5m。5.1.3胸墙胸墙的主要作用是挡水，从而减小闸门的高度及重量，同时，胸墙与闸墩相连，可以提高闸室在垂直水流方向上的刚度。胸墙的顶部高程与闸顶高程齐平，胸墙底缘迎水面做成圆弧形或椭圆形，以利于过闸水流平顺通过。胸墙顶与闸墩上游部分顶部同高取11.8m。胸墙底部高程应以不影响引水为准。=堰顶高程+堰顶下游水深+=0.5+7.28+0.3=8.08m，取胸墙底部高程为8.1m。则胸墙高度为3.7m。胸墙采用钢筋混凝土板梁式结构，简支于闸墩上。上梁尺寸为0.3m×0.5m,下梁尺寸为0.4m×0.8m，板厚20cm。下梁下端的上游面做成圆弧形，以利过水。5.1.4工作桥（1）启闭机选型：闸门采用平面滚轮钢闸门，为潜孔式。门顶应高出胸墙底缘0.2m，即其高程为8.3m。门高8.3-0.5=7.8m，门宽为8.5+2×0.25=9m。根据经验公式G=0.073k1k2k3A0.93Hs0.79初估闸门自重。A=70.2m2；H则门自重G=0.073×1.0×1.1×1.0×70.20.9310.20.79=214.5kN，取门重G=220kN，根据经验公式，初估启门力FQ=（0.1～0.2）P+1.2G，闭门力Fw=（0.1～0.2）P-0.9G。其中G为闸门的重力，P为作用在门上的总水压力。不计浪压力的影响，作用在每米宽门上游的水压力P上=1/2×9.8×（2.6+10.2）×7.8=489.2kN，作用在每米宽门下游的水压力PP=P上FQ=0.1P+1.2G=0.1×1834.3+Fw=0.1P-0.9G=0.1×1834.3-Fw<0,表示闸门能靠自重关闭，不需要加压重块帮助关闭。根据计算所需启闭力FQ=447.4,初选双吊点手摇电动两用卷扬式启闭机（上海重型机械厂产品）QPQ-2工作桥的尺寸及构造。工作桥的宽度不仅要满足启闭机布置的要求，且两侧有足够的操作宽度。B=启闭机宽度+2×操作宽度+2×栏杆柱宽+2×栏杆外富余宽度=1.962+2×0.15+2×0.8+2×0.05=3.962，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1.2m。在启闭机机脚螺栓处，设两根横梁。横梁宽30cm，高50cm。工作桥设在实体排架上，排架的厚度为闸墩门槽处的颈厚即50cm，排架顺水流方向宽度为2.3m。排架顶部高程为∇=胸墙底缘高程+门高+富余高度=8.1+7.8+0.6=16.5m。5.1.5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梁。梁高40cm，宽25cm。梁中间铺设厚6cm的钢筋混凝土板。5.1.6交通桥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5.5m。具体如图5-1所示。5-1交通桥结构图5.2闸室稳定计算5.2.1荷载计算（1）底板重力G1=15×1.4×25×28.5+（2）闸墩重力G2G2闸门重力：G（3）胸墙重力：G（4）工作桥及启闭机重力：工作桥重考虑到栏杆及横梁重等工作桥每米重约为27kN，则G5启闭机QPQ-2x25单台机身重40.7kN，考虑到机架混凝土及电机重，每台启闭机重48kN，启闭机重力为：G则G（5）公路桥重力：公路桥每米重约80kN，考虑到栏杆重另加50kN，则公路重G（6）检修便桥重力：检修便桥每米重约为10.2kN，则检修便桥重G（7）闸室内水的重力：G（8）水平水压力PPP（9）浪压力已知hlh波浪破碎的临界水深HijP（10）浮托力F=7×9.8×15×28.5+（11）渗透压力（具体见4.2.4渗透压力计算）U=1荷载和力矩计算简图见图5.2图5-2闸室结构布置图5.2.2稳定计算稳定计算分为完建无水期、设计洪水位、校核洪水位三种工况（1）完建无水期1）闸室基底压力验算闸室地基压力计算，由上表5-2-1可知：∑W=32671kN，∑M=233800kN·m。则e=152-23380032671=0.34σminmax=∑σmax=76.79kPa<σ=400kPa（查《水工建筑物》（中国水利水电出版社σmη=σmaxσ因此，基底压力满足要求。2）闸室抗滑稳定验算地基产生深层滑动的临界压力(浮容重)（5-4）σ=317.5kPaσkp>Kc=tanφ其中：φ0=0.9φ=17.1°因此，闸室抗滑稳定性满足要求。Kc（2）设计洪水位1）闸室基底压力验算闸室地基压力计算，由上表1可知：∑W=28617kN，∑M=226538kN·m。则e=152-226538σσmax=67.33kPa<σmη=因此，基底压力满足要求。2）闸室抗滑稳定验算地基产生深层滑动的临界压力σ=317.5kPaσkp>σmaxK其中：φ0=0.9φ=17.1°因此，闸室抗滑稳定性满足要求。（3）校核洪水位1）闸室基底压力验算闸室地基压力计算，由上表1可知：∑W=27828kN，∑M=233106kN·m。则e=152-233106σσmax=65.89kPa<σmη=因此，基底压力满足要求。2）闸室抗滑稳定验算地基产生深层滑动的临界压力σ=317.5kPaσkp>σmaxK其中：φ0=0.9φ=17.1°因此，闸室抗滑稳定性满足要求。六、闸室结构设计6.1闸墩的设计闸墩的设计见本设计5.1.26.2闸底板结构计算6.2.1闸基地基反力计算在上一节5.2.2计算地基应力σmax完建无水期：σminmax校核洪水位：σ6.2.2不平衡剪力计算（1）计算单元的选取。由于底板上的荷载在顺水流方向是有突变的，而地基反力是连续变化的，所以作用在单宽板条及闸墩上的力是不平衡的，维持板条及墩条上力的平衡的差值∆Q=Q1-Q2（2）根据已知条件列表计算见表6-1注：（6）=（1）+（2）+（3）+