广州市大沥水闸课程设计计算书

目录第一章概述第一节流域概况.................................2第二节枢纽任务.................................2第三节闸址水文气象..............................2第四节闸址地质................................2第五节设计参考数据............................7第六节设计成果要求.............................8第二章枢纽工程布置第一节枢纽总体布置概述.........................9第二节建筑物布置..............................9第三章水闸设计第一节水闸型式的选择............................10第二节水力设计..............................13第三节防渗排水设计............................20第四节结构设计................................27第六章参考文献................................35第一章概述第一节流域概况xx水闸位于xx市某区xx村，处于xx航道北边，水流自北向南汇入珠江，流域内地势北高南低，流域属珠江三角洲河区。枢纽任务本工程是主要承担排涝任务，并结合挡潮等综合效益的工程。建设本工程是十分必要的。本次设计的主要任务是对该枢纽中的水闸进行全面的结构选型设计和定性的论证枢纽总体布置方案,进行初步设计。闸址水文气象本地区地处北回归线以南，属热带海洋季风气候，温暖湿润，无霜期长达346天，季候风明显且多受强风和海潮侵袭。降雨主要是冷暖气流相遇而形成的锋面雨以及夏季台风引起的台风雨，雨量充沛，年内降雨分布不均，暴雨多集中于夏秋两季，为年内降雨的80%，冬季雨量稀少。多年平均气温21.3℃，最高气温37.7℃，最低气温-1.9℃，七八月份平均气温28.6℃，一月平均气温13.3℃。年均日照总时数1953.5小时，日照率50%，年太阳辐射总量109千卡/厘米。常年季节性风向，冬季偏北风，夏冬季多偏东南风，最大风力九级，风速23m3/s。xx水闸所处的珠江干流属感潮河段，受潮汐的影响明显，涨潮历时短，落潮历时长，年最高潮位多出现在汛期，最低潮位出现在冬季枯水期，潮差的年际变化不大，年内变化相对较大，汛期潮差略大于枯水期潮差，根据《xx市江河流域（区域）防洪(潮)规划》东江北干流洪潮水面线成果，200年一遇设计洪潮水位为2.58m。xx水闸断面20年一遇24小时暴雨形成的设计排涝洪峰流量Q=58.0m3/s。闸址地质xx水闸工程闸址，共布置5个钻孔。场地属珠江三角洲平原地貌，单元钻孔高程为-1.49-3.39m。本场地岩性上部为素填土，其下伏地层有第四系冲积层，白垩系泥质粉砂岩。本场地经钻探，未发现有构造断裂痕迹。本场地地下水主要为第四系冲积层的孔隙性潜水，主要含水层是砂层。本场地从ZK3和河涌取水样2组。根据水质简易分析试验成果，HCO3-含量1.659～1.734mmol/L，pH值7.0～7.1，侵蚀CO2含量4.52～6.69mg/l，Mg2+含量2.31～5.10mg/l，SO42-含量43.67～44.81mg/l，（详见附表），按《水利水电工程地质勘察规范》所附环境水对混凝土腐蚀的评价标准，本区地下水对建筑物混凝土无腐蚀性。勘察表明，拟建场地下部岩土大体可分9层，自地面向下各层情况如下所述：第四系素填土（层号1）（1）素填土褐黄色，主要由中细砂和少量碎石块组成。碎石块约占15～30%，大小1-12cm。结构较松散。分布在ZK1，ZK3孔可见，最薄处为2.00米，见于ZK3号孔；最厚处为4.00米，见于ZK1号孔，平均厚度为3.00米。层顶最高处标高为3.39米，见于ZK1号孔；层顶最低处标高为2.85米，见于ZK3号孔，平均标高为3.12米。第四系冲积层（层号2）（2-1）淤泥灰黑色，饱和，流塑。分布在ZK1，ZK2，ZK4，ZK5孔可见，最薄处为3.10米，见于ZK1号孔；最厚处为6.60米，见于ZK4号孔；平均厚度为5.56米，层顶最高处标高为-0.61米，见于ZK1号孔；层顶最低处标高为-1.49米，见于ZK5号孔，平均标高为-1.12米。（2-2）淤泥质土灰黑色，饱和，流塑。仅分布在ZK3孔可见，厚度为4.25米，层顶标高为0.85米。（2-3）粉质粘土黄白色，稍湿，可塑。质较纯。全场地分布，最薄处为1.70米，见于ZK1号孔；最厚处为4.75米，见于ZK3号孔，平均厚度为3.58米。层顶最高处标高为-3.40米，见于ZK3号孔；层顶最低处标高为-7.82米，见于ZK4号孔，平均标高为-6.03米。（2-4）中砂灰白色，饱和，稍密。含少量粘粒。分布在ZK1，ZK4，ZK5孔可见，最薄处为2.30米，见于ZK5号孔；最厚处为4.10米，见于ZK4号孔，平均厚度为2.95米。层顶最高处标高为-5.41米，见于ZK1号孔；层顶最低处标高为-12.12米，见于ZK4号孔，平均标高为-9.24米。（2-5）粗砂灰白色，饱和，中密。含少量粘粒。仅分布在ZK2孔可见，厚度为4.00米，层顶处标高为-12.17米。（2-6）砾砂灰白色，饱和，中密。含少量粘粒。分布在ZK1，ZK3，ZK5孔可见，最薄处为3.80米，见于ZK5号孔；最厚处为9.20米，见于ZK3号孔，平均厚度为7.25米。层顶最高处标高为-7.86米，见于ZK1号孔；层顶最低处标高为-12.49米，见于ZK5号孔，平均标高为-9.50米。基岩白垩系（K）（层号3）。（3-1）强风化泥质粉砂岩褐红色，风化较强烈，岩芯呈半岩半土状，岩芯用手可掰断。夹少量中风化岩块。全场地分布，最薄处为8.50米，见于ZK1号孔；最厚处为10.70米，见于ZK5号孔，平均厚度为9.58米。层顶最高处标高为-16.17米，见于ZK2号孔；层顶最低处标高为-17.35米，见于ZK3号孔，平均标高为-16.53米。（3-2）中等风化泥质粉砂岩褐红色，风化较弱，岩芯呈短柱状、块状。岩质较硬，锤击无回弹。全场地分布。最薄处为3.10米，见于ZK3号孔；最厚处为4.20米，见于ZK1号孔，平均厚度为3.66米。层顶最高处标高为-25.11米，见于ZK1号孔；层顶最低处标高为-26.99米，见于ZK5号孔；平均标高为-26.11米。标准贯入试验统计成果见表1。表1标准贯入试验统计表层号岩性样本数最大值最小值平均值标准差变异系数标准值2-1淤泥4111///2-2淤泥质土1//2///2-3粉质粘土81268.41.770.217.22-4中砂3151314.0///2-5粗砂1//24.0///2-6砾砂5282024.4///3-1强风化岩9985679.816.20.2069.8岩石力学性质参数统计成果见表2。表2岩石天然抗压强度统计成果表层号岩性样本数最大值最小值平均值3-2中等风化泥质粉砂砂岩37.06.66.87砂土渗透系数统计成果见表3。表3渗透系数统计表层号岩土名称渗透系数(cm//s)2-1淤泥5.21×10--63.04×10--68.62×10--72-2淤泥质土9.26×10--79.26×10--72-3粉质粘土3.27×10--66.62×10--67.42×10--75.24×10--63.26×10--62.06×10--52-4中砂1.04×10--21.04×10--22-5粗砂2.17×10--22.17×10--22-6砾砂5.82×10--27.06×10--28.29×10--2砂土物理力学指标结果见统计表4表4砂土物理力学指标结果统计表层号土名状态指标类别颗粒组成（mm）休止角（。）天然重度内摩擦角（。）>22～0.50.5～0.2550.25～0.00750.075～0..05Φ(。)Φ’(。)kN/m32-4中砂稍密组数11111393318.031最大值最小值平均值10.630.441.216.11.72-5粗砂中密组数11111403418.535最大值最小值平均值14.240.226.317.61.72-6砾砂中密组数22222413518.836最大值30.941.018.216.51.9最小值28.734.712.414.31.4注：休止角、天然然重度、内摩摩擦角参考《xx地区建筑基坑支护技术术规定》（GJB022-98）平均值29.837.915.315.41.7场地地貌单元单一，据现场5个钻孔揭露，在堪察深度范围内，岩石除见一些节理，裂隙外，尚未发现岩层遭受强烈挤压，扭曲和断裂等不良地质构造因素。另据区域地质图，无区域性断裂从场地及其附近经过，因此基底岩石构造稳定性良好。本场地地震基本烈度属7度区，设计基本加速度值为0.10g,场地土由软弱土，中软土，中硬土及基岩组成，综合评价为中硬场地土类别，属《建筑抗震设计规范》（GB50011－2001）II类场地。本次钻探揭露最大深度为27.10米，已揭穿整个第四系沉积层。本场地在钻探深度内未发现有不良的构造现象。各岩土层作为基础持力层的评价：1．第四系冲积层的淤泥，软塑状粉质粘土，粗砂等力学强度低，埋深浅，不宜作为拟建建筑物地基基础持力层。2．残积层之粉土，中密状，局部密实状，具一定的力学强度，但埋深浅。不宜作为拟建建筑物的基础持力层。3．强风化岩具有较高的力学强度，埋深不大，可考虑作为拟建建筑物的摩擦型桩的桩端持力层；中风化岩石强度较高，埋深不大，可作为拟建建筑物嵌岩桩桩基持力层。设计参考数据（1）水（潮）位①闸下潮位：采用200年一遇设计高潮位：2.58m（珠基，下同），排涝相应潮位：2.10m，最低低潮位：-1.21m。②闸上水位：设计水位为2.30m，最低水位与闸下最低低潮位基本相同为-1.21m。（2）设计排涝流量设计排涝标准为20年一遇，设计排涝流量Q设＝58.0m3/s。②墙后回填土内摩擦角：φ＝130，c=10kPa湿容重：γ湿＝19kN/m3浮容重：γ浮＝9kN/m3（3）材料容重及水容重钢筋混凝土：γ＝25kN/m3混凝土：γ＝24kN/m3浆砌石：γ＝20kN/m3水：γ＝10kN/m3（4）抗滑稳定安全系数：基本荷载组合：Kc≥1.30特殊荷载组合：Kc≥1.15;（5）多年平最大风速为23m/s.第六节设计成果要求（一）计算书设计计算书是工程设计的重要工作内容，计算书应注明章节，并要求层次分明，书写清楚。一律打印，计算附图、曲线可用铅笔按比例绘制附入相应的计算部分或用计算机绘图。计算部分可以用软件计算，但要求必须有手算部分对常用公式可直接列出，对规范或参考文献中的公式要著明来源（作者、书名、出版社、年月）计算过程尽量做到表格化，既便于计算，也便于审核。主要计算成果汇成总表后放置在前面，首页应有目录，要求计算书整理成册，以便查阅。（二）设计说明书设计说明书是毕业设计的主要成果，要表达设计得的设计思想、方法和分析能力。设计说明书是设计主要成果的说明，而不是对计算过程的描述。对所采用的设计参数应说明其根据、对比方案要做综合分析，经过充分论证，作出明确的结论，并附有图纸。在说明书中，需要指明设计的某些理论根据及参考文献，但对理论本身可不加以说明。设计说明书要求章节分明，简明扼要，文理通顺，字迹工整。书中既有计算数据，又有分析论证和明确的结论，必要时应使用插图与附表，附在所需说明的相应部分。说明书要求打印成册，附图用铅笔按比例绘制。（三）工程设计图工程设计图是工程师的语言，是设计成果的主要表达方式，应严格按照“水利水电工程制图”绘制，要求制图正确，布局合理，主次分明，比例适当，线条清晰，尺寸齐全，必要时就在有简明的注解。图纸为白绘图纸，用计算机出图，可先绘出草图，经指导教师审查后，再绘制成正式设计图。采用2号图幅，按规范图纸形式出图。枢纽工程布置枢纽总体布置概述闸址选择一般根据工程所担负的任务，确定一个建闸的范围，然后在范围内选择几个可能的位置。通过经济技术比较选出一个较为优越的闸址。闸枢纽应选择在以下地方：河流顺直、稳定；主河槽较窄、两岸陡.本工程中A到D这一河段河流顺直,主河槽宽度都较接近,河底高程也相差不大,考虑到要在水闸上设交通桥,两岸已建建筑物的布置,在C处有较多的空地可以布置公路,且C处离珠江不远,故将闸址选在C处.建筑物布置闸枢纽建筑物有排涝挡潮闸、横堤,考虑到工程任务和现实需要，整个枢纽布置较为简单。排涝挡潮闸主要由上游连接段、闸室段和下游连接段三部分组成.(一).上游连接段上游连接段处于水流行近区,主要作用是引导水流从河道平稳地进入闸室,同时有防冲、防渗作用.上游连接段包括钢筋混凝土铺盖、护底、上游防冲槽和两岸翼墙。河床宽度为14m，宽度不较大，采用八字形翼墙连接段，两岸翼墙均采用钢筋混凝土扶壁式挡土墙。(二).下游连接段从闸室出来的水流具有相当的能量,下游连接段的主要作用是消除下泄水流的动能,顺利与下游河床水流连接,避免发生不利冲刷现象.下游连接段包括护底坦、海漫、防冲槽和下游翼墙,下游翼墙也是采用八字形.(三).闸室段闸室段是控制水流,并连接两岸和上、下游连接段的主体.闸室段包括闸门、闸墩、底板、工作桥、交通桥、启闭机房等。水闸设计水闸型式的选择1.堰型选择xx水闸的主要作用是挡潮和排涝，且它是建在珠江三角洲平原地区的软土地基上的，因此根据其运用情况、水流流态、地形和地质等条件综合考虑，采用开敞式宽顶堰.这种型式结构简单,施工方便,地基应力均匀,泄流能力大,上游水位壅高较小,有利于完成冲砂、排污等其他任务。虽然宽顶堰自由泄流时的流量系数较小，但具有泄流能力稳定、地基应力分布均匀、结构简单和施工方便等优点；而且宽顶堰具有泄流能力稳定和地基应力分布均匀的优点。2.闸底板形式与高程的确定闸室底板的作用是承受上部荷载,防止水流冲刷,延长闸下渗径.根据C－C断面河床剖面图，并参考不远处C－C断面河床剖面图，再考虑水闸的主要作用是排涝和挡潮，要求在可能的条件下将底板高程尽量定得低一点，可将底板高程定为-1.0m。底板形式采用钢筋混凝土整体式平底板，它的优点是洪水泄水稳定，构造简单，施工方便,且有利于加快排沙与泄洪。3.闸顶高程的确定水闸闸顶高程应根据挡潮和排涝两种运行情况确定。水闸安全超高下限值参照《水闸设计规范》规定，如下表所示水闸级别运用情况1234、5挡水时正常蓄水位0.70.50.40.3最高挡水位0.50.40.30.2泄水时设计洪水位1.51.00.70.5校核洪水位1.00.70.50.41）挡潮时，闸顶高程不应低于设计最高潮位加波浪计算高度与相应安全超高值之和。设计高潮位为2.58m，水闸级别取为二级,安全超高下限值由《水闸设计规范》查得为0.4m，波浪计算高度按下式算得：h浪＝hl/2＋hzhl＝0.0166V05/4D1/3＝0.0166×235/4×0.21/3＝0.49mL＝10.4hl0.8＝10.4×0.490.8＝5.88mhz＝πhl2/Lcth（2πH/L）＝3.14×0.492/5.88×cth（2×3.14×3.3/5.88）＝0.13m其中，H＝2.3－（－1.0）＝3.3m因此，h浪＝0.49/2＋0.13＝0.375mh挡＝2.58＋0.375＋0.4＝3.36m2）排涝时，闸顶高程不应低于设计洪水位与相应安全超高值之和。设计水位为2.30m，安全超高下限值由《水闸设计规范》查得为0.5m，因此，h排＝2.3＋1.0＝3.3m同时,综合考虑水闸本身安全和闸上交通布置的需要、闸基的沉降以及水闸与两岸堤防的连接等,取挡潮闸闸顶高程为3.60m.4.闸底板尺寸的初步拟定1）厚度底板厚度必须满足强度、刚度、抗渗及抗冲的要求，可取1/5～1/7的闸孔净宽，一般为1.2～2.0m，最薄也不宜小于0.7m。在底板上下游两端设有浅齿墙，深度为0.5～1.5m，以增加闸室的稳定性和延长防渗长度。底板混凝土应满足强度、抗渗及防冲等要求。本工程初步设计时底板厚度大致取为1.0m,齿墙深度为0.5m。2）总宽度由于本设计仅设一个闸孔，故底板总宽度应等于闸孔总宽度加上两边墩厚度，取边墩底厚度为2.5m，则底板总宽度＝7＋2.5×2＝12m。3）顺水流方向的长度底板长度（顺水流方向）一般受上部结构布置控制，但要满足闸室抗滑稳定和基底压力较均匀等要求。初拟底板长度L时，除满足闸室上部结构布置的要求外，还可参考以下两种经验数据：(1)L约为上游水深的1.5～2.5倍，坚实地基取下限值，松散地基取上限值；(2)L约为上下游最大水位差的2～4倍，在相同的情况下，砂土地基L稍小些，粘土地基L稍大些。本工程中底板顺水流方向的长度，初步设计阶段可大致根据经验确定。由于河床表层淤泥被换中细砂，故底板长度可取（2.0～4.0）H（H为上下游最大水位差，本设计为2m）。考虑到要满足闸室的布置及稳定，这里取闸底板长L=8.0m.5.边墩的设计本设计由于采用是单孔水闸，故只有边墩，采用重力式边墩，其作用是承受迎水面的水压力、背水面的回填土压力和渗流压力，同时也支承闸门、工作桥及交通桥等上部结构，其型式和尺寸应满足结构要求。1）选定边墩型式边墩材料采用钢筋混凝土，与闸底板一起整体现浇。头部及尾部与上下游翼墙连接处采用半圆形,边墩长取等于底板长度8m。3）门槽位置和尺寸的确定门槽中心线分别距距墩头5.00m及墩尾3.00m，其深度取0.30m，宽取0.60m。4）边墩厚度的确定定边墩墩顶厚度取11.0m，墩底厚度度取2.5m,挡水侧垂直,挡土侧放坡坡。5）边墩横剖剖面如右下图6.闸门型式尺尺寸的拟定选用钢闸门，门宽宽B＝7+0.22×2＝7.4m，闸闸门厚度取0.5m，由于露顶顶式闸门顶部部应在可能出出现的最高挡挡水位以上有有0.3～0.5m的超高高。本水闸最最高挡水高度度为2.58m，闸底高程程为－1.0m，选定闸门门高度为4.0m，相应的超超高值为0.42m，满足规范范要求。8.工作桥、检修便桥桥和交通桥的的设计1）工作桥、检检修便桥和交交通桥的高程程的选定工作桥、检修便桥桥和交通桥的的梁底高程均均应高出设计计高潮位0..5m以上，若有有流冰，应高高出流冰面以以上0.2mm。本水闸位位处亚热带地地区，所在河河涌不存在流流冰情况，因因此工作桥、检检修便桥和交交通桥的梁底底只考虑需要要高出设计高高潮位0.55m以上。本设计的设计高潮潮位为2.558m，则工工作桥、检修修便桥和交通通桥的梁底高高程不应低于于2.58++0.5=33.08m。考虑到闸顶高程为为3.6m，为使检修修便桥、交通通桥桥面与边边墩顶面平齐齐，其梁底高高程取为3.1m，即检修便便桥、交通桥桥梁高取0.5m。由于工作作桥在墩顶以以上设置，因因此其梁底高高程必然满足足要求。工作桥梁面高程视视闸门型式及及闸孔水面线线而定，对采采用固定式启启闭机的平面面闸门，工作作桥横梁底部部高程与闸室室底板高程的的差值约等于于闸门高度的的2倍再加1.0～1.5mm的富裕高度度,即H＝2h＋e＝2×4＋1.0＝＝9m，即桥面高高程为8.5m2）工作桥、检修便便桥和交通桥桥的型式及尺尺寸的确定a．工作桥供安设启启闭机和操作作启闭设备之之用，采用现现浇梁板式结结构。设置在在闸墩之上，用用四根柱子支支承。为保护护桥上启闭设设备免收雨水水淋蚀，设置置一启闭机室室。工作桥宽宽度根据闸室室布置情况确确定，过程如如下工作桥宽＝机墩底底宽＋两侧操操作所需宽度度＋围护结构构尺寸＝1.0＋2×0.6＋2×0.115＋2×0.180=2.866m取2.90m..闸室宽取为3.550m.b．交通桥采用现浇浇梁板式结构构，布置于闸闸室上游侧。由于于水闸上游不不远处有一过过车交通桥，故故不再在水闸闸上设置过车车道，而仅做做成2.5m宽的人行便便桥。c．检修便桥采用现现浇梁板式结结构，其一端端与闸室下游端平齐，另另一端则与闸闸门槽相接，方方便检修，其其桥宽为2..0m。第二节水力设计计一、闸孔孔径的选选择水闸闸孔孔径应根根据工程投资资、闸门形式式、运用要求求等因素来确确定，必要时时需参照闸门门系列要求进进行选择。1.闸孔总净宽B0计计算确定闸孔净宽要兼兼顾泄流能力力与消能防冲冲这两个矛盾盾的因素。由由于设计排涝涝流量不大，闸闸门可初步估估计采用单孔孔，闸孔形式式采用宽顶堰堰，堰顶与渠渠底同高。根据《水闸设计规规范SL2655-20011》，水闸的的闸孔净宽B0可按公式（--1）～（A.0.11-6）计算：（-1）单孔闸（-2）多孔闸，闸墩墩头头为圆弧形时时（-3）（-4）（-5）（-6）式中——闸孔总宽度（m）；；Q———过闸流量（mm3/s）；——计入行近流速水头头的堰上水深深（m）；g——重力加速度，可采采用9.81（m/s2）；m——堰流流量系数，可可采用0.385；——堰流侧收系数，对对于单孔闸可可按公式（--2）计算求得得或由表A.0.11-1查得；对于于多孔闸可按按公式（A.0.11-3）计算求得得；b0——闸孔净宽（m）；；bs——上游河道一半水深深处的宽度（m）；N——闸孔数；——中闸孔侧收系数，可可按公式（--4）计算求得得或由表A.0.11-1查得，但表表中bs为b0+dz；dz——中闸墩厚度（m）；；——边闸孔侧收系数，可可按公式（--5）计算求得得或由表A.0.11-1查得，但表表中bs为；bb——边闸墩顺水流向边边缘线至上游游河道水边线线之间的距离离（m）；——堰流淹没系数，可可按公式（--6）计算求得得或由表A.0.11-2查得；hs——由堰顶算算起的下游水水深（m）。则：V0=Q/w=58..0/35=1.65771m/s，bs=10.5m,hs＝2.1-（-1.0）＝3.1mm，H＝2.1－（－1..0）＝3.1mm，H0=H+＝3.3＋＝3.4400m，m=0.32+0..01,对于本工程程，P＝0，故m＝0.32＋0.001×3/00.46＝0.3855采用试算法，应用用单孔时的公公式，具体试试算如下表所所示：序号流量Q（m3/s）上游水深H（m）上游流速V0（mm/s）下游水深hs（mm）堰上水深H0（mm）闸孔净宽b0(mm)上游河道半深宽bbs(m)侧收缩系数ε淹没系数σ流量系数m总净宽B0（mm）158.03.31.65713.13.44010.00010.50.9920.8250.3856.515258.03.31.65713.13.4409.00010.50.9760.8250.3856.618358.03.31.65713.13.4408.00010.50.9620.8250.3856.718458.03.31.65713.13.4407.00010.50.9480.8250.3856.814558.03.31.65713.13.4406.00010.50.9360.8250.3856.903658.03.31.65713.13.4406.50010.50.9420.8250.3856.859758.03.31.65713.13.4406.80010.50.9460.8250.3856.832858.03.31.65713.13.4406.83010.50.9460.8250.3856.829958.03.31.65713.13.4406.82910.50.9460.8250.3856.829由上表的试算可知知，闸孔的净净宽为B0＝6.8299m，取B0＝7m，采用单个闸闸孔。2、验算过闸单宽流流量q：据《水利计算手册册》查得[q]=9～12m3/s.m通过设计流量时：：q=Q设/B孔==58/7==8.29mm3/s.m＜9～12m3/s.m∴满足要求二.消能防冲设施的设设计与计算水闸下游消消能防冲设施施必须在各种种可能出现的的水力条件下下,都能满足消消散动能与均均匀扩散水流流的要求,且应与下游游河道有良好好的衔接,还与水闸形式式、闸门的运运用管理等密密切有关.1.计算工况初步拟定，消能防防冲计算工况况为：上游20年一遇的设设计排涝流量量Q设＝58.0m3/s，上游设设计水位为11.0m，相应下游游水位取最低低低潮位2..1m。2.消力池的设计计算算先根据《水力计算算手册》（武武汉水利电力力学院水力学学教研室编）判判别是否需要要建立消力池池：如跃后水水深＜出池河河床水深，则不需建立立消力池；如如跃后水深＞＞出池河床水水深，则需建建立消力池.由＝，，查表得：则故产生淹没水跃。可可不需设置消消力池。故按按构造处理，设一钢筋砼护底,并在护底下设置排水孔,排水孔孔径一般为15cm，间距为2.5m，呈梅花形排列。排水孔内充填碎石这样，既能使渗水通过，又有助于避免水流中的泥沙堵塞排水孔。排水孔底部必须设置反滤层。降低护坦底部的渗透压力.再在参照《水力学》中消力池长度采用经验公式Lk=（0.7～0.8）Lj,,Lj=6.9（-）.如果需要设消力池,则池长为Lk=（0.7～0.8）Lj=（0.7～0.8）×6.9×(2.63-1.30)=6.42～7.34m.底板厚度要求分别满足抗冲及抗浮要求，按以下公式计算：t=k1t=kk2t—消力池底板始端厚厚度；ΔH’—闸孔泄水时的上、下下游水位差；；K1—消力池底板计算系系数，可采用用0.15～0.20；K2—消力池底板安全系系数，可采用用1.1～1.3；U—作用在消力池底面面的扬压力；；W—作用在消力池底板板顶面的水重重；Pm—作用在消力池底板板上的脉动压压力，其值可可取跃前收缩缩断面流速水水头值的5%；gb——池底板的饱和重度度。（1）、抗冲K1取0.2，ΔH’==0.2m，q=8.29m3/s.m则t=0.2×=00.39m（2）、抗浮因在护底的底板下下设置排水孔孔，故扬压力力可忽略不计计，抗冲计算算所得的底板板厚度已能满满足抗浮要求求。考虑到护底后还有有一段海漫,故取可钢筋砼护底底长4m，厚0.5m,护底下设排水水孔同时,为改善消能能效果,调整水流的的流速分布,在护底的近近末端处可设设置一些消能能墩,消能墩高度度可取0.5m..3.海漫的设计计计算经过护坦段消能的的水流,虽已消除了了大部分多余余能量,但仍具有一定定的剩余能量量，流速分布布不均匀，具具有一定的冲冲刷能力,为能加速跃跃后段水流紊紊动的衰减过过程，为此，护护坦后还需设设置海漫和防防冲槽等防冲冲加固设施，以以使水流均匀匀扩散，使之之达到接近天天然河道的水水流状态,以保护河床床免受冲刷..3.1海漫长度海漫长度取决于消消力池出口的的单宽流量、上上下游水位差差、地质条件件、尾水深度度及水流扩散散情况以及海海漫本身的粗粗糙程度等因因素。根据可可能出现的最最不利水位流流量组合情况况，若=1～9，且消能扩扩散良好时，海海漫长度可按按以下公式计计算：=（《水闸设计计规范》（B.2.1））式中：—海漫起端端的单宽流量量—泄流时的上下游水水位差（m）—河床土质系数，是是一个经验系系数，当河床床为粉砂、细细砂时，取14～13；当河床为为中砂、粗砂砂及粉壤土时时用12～11；当河床为为粉质土时，取10～9；当河床为坚硬土时，取8～7.本设计中，取=12，消力池末端宽为8m，则=58/8=7.225所以取=22m.3.2海漫的布置置及构造为了使水流更好地地扩散，海漫漫在平面上采采取向两侧逐逐渐扩散的布布置方式；海海漫的结构应应该具有一定定的柔性,能够适应地地基的不均匀匀沉陷。海漫还应该该是透水的,,能够顺利地地排出渗水,,降低扬压力力.海漫表面应应该做成粗糙糙的,以加大与水水流的摩擦,,有利于消除余余能和调整流流速分布.海漫一般做做成等于或缓缓于1:10的斜斜坡,下面设垫层层.海漫所用的材料，前前段约1/44左右海漫长长度的范围内内，并做成水水平.采用浆砌石石块，余下的的后段，采用用干砌石结构构,并做成1:110的斜坡。块石石直径大于330㎝，其实实厚度为50㎝。为防止渗渗流带走基土土，在海漫底底层设厚度为为20cm的碎石垫层；；并在海漫上上加设排水孔孔。3.闸门控制运运用方式的拟拟定在水闸运用中，闸闸门的启闭操操作是关键，要要求控制过闸闸流量和时间间准确、及时时，保证工程程和操作人员员的安全，防防止闸门受漂漂浮物的冲击击或由剧烈震震动以及高速速水流引起的的破坏。下游游最低水位时时(始流条件),提升闸门开开度不能太大大.在此开度下,待下游水位位上升到相应应水位(即趋于稳定),可继续提升升至一定高度度.一般规定闸闸门分二次或或三次开启，初初始开启度为为0.5～1.0mm。开启闸门时,应视下游水水位上涨情况况,分级缓慢地地提升到应开开高度,保证下游一一定水位,避免突然上上提,使下游出现现水位与开度度极不相应的的情况.为便于观察察下游水位,可在下游1000米处,安装水尺一一组,进行观测验验证.4.防冲槽的设计计算算4.1防冲槽的作作用水流经过海漫后，仍仍具有一定的的冲刷能力，为为防护海漫，在在海漫末端挖挖槽抛石加固固，形成一道道防冲槽，旨旨在下游河床床冲刷到最大大深度时，海海漫仍不遭破破坏。4.2下游冲刷深深度的计算：：冲刷坑深度按以下下公式计算：：hd=1.1（《水水闸设计规范范》（B.3.1））式中:qm—海漫漫末端单宽流流量；[v0]—河床土土质的不冲速速，查表得0.775m/shm—海漫末端河床水深深。海漫末端河床宽取取为12m。qm=58/12=4..83m3/（s.m）则hd=1.1=1.11×=2.34m防冲槽大多采用宽宽浅式，其深深度一般取1.55～2.5m，底底宽取2～3倍的深度，上上游坡率=22～3，下游坡率率=1.5～2。本工程取,底宽，上上游坡率=22，下游坡率率=1.5。4.3上下游两岸岸护坡和上游游河床防护设设计上游水流流向闸室室段，流速逐逐渐加大，为为保证河床和和河岸不受冲冲刷，在河床床设铺盖，一一方面为满足足防渗要求，另另一方面，也也为保护河床床不受冲刷，上上游翼墙设于于铺盖段。紧紧邻铺盖段河河床和岸坡用用浆砌块石作作护面，然后后再砌护10米长的一段段干砌石。水闸下游河床和岸岸坡防冲，除除护坡、海漫漫、防冲槽和和下游翼墙外外，防冲槽以以上两岸需设设置护坡，其其结构与海漫漫一致，在防防冲槽下游两两岸还应护砌砌15米长的一段段干砌块石..第三节防渗排水水设计3.1水闸的防渗长长度及地下轮轮廓的布置水闸渗径长度必须须满足闸基防防渗长度要求求,初步拟定所所需防渗长度度:采用《水闸设计规规范》中的勃莱公式式：式中：L——闸基基防渗长度（m）——上、下游水位差（m）C——渗径系数，有有反滤层砂壤壤土，C=5～7则=(5～7)x22=10～14m闸底板的长度为88m，因此需要要增设铺盖来来延长渗径。由由于挡潮闸为为双向水流，因因此可在水闸上游游处增设一7m长的钢筋混凝凝土铺盖。材材料采用混凝凝土，混凝土土标号采用C20，板厚为0.5m。在铺盖与与底板接触的的一端应适当当加厚并用沉沉降缝分开。3.2防渗计算方方法的选择水闸防渗布置应根根据闸基地质质条件和水闸闸上下游水位位差等因素综综合分析确定定。本工程为为中小型水闸闸，地下轮廓廓线较为简单单，且地基均均匀不复杂，故故可采用计算算简便的直线线法计算。初初拟地下轮廓廓线的形状如如下：图1地下轮廓线线布置图将地下轮廓线按实实际尺寸展开开,得渗径长度:＝(1+7+8+1..3+0.5+－0.5×44)=18.73m>144m因此，满足防渗要要求。3.3渗流验算按改进阻力系数法法及直线比例例法进行验算算，计算得到到各角点的渗渗透压力值，列列成表格。并并计算底版承承受的单宽渗渗透压力值及及总压力值。改改进阻力系数数法计算步骤骤如下：确定地基有效深度度根据《水闸设计规规范》,土基上水闸闸的地基有效效深度可按公公式（C.2.11-1）或公式（C.2.11-2）计算：当时当时式中：Te——地地基上水闸地地基的地基有有效深度（m）；——地下轮廓的水平投投影长度（m）；——地下轮廓的垂直投投影长度（m）。值从地下轮廓的最最高点铅直向向下起算，若若不透水层的的埋深，则用用有效深度TTe进行计算算；若，应按按实际透水层层深度进行计计算。经计算=16m=0.5+1.00=1.5mm则=0.5x16=88m即按用有效深度计计算。地基分段和阻力系系数计算先将实际的地下轮轮廓进行适当当简化，使之之成为垂直的的和水平的两两个主要部分分。简化时，出出口处的齿墙墙，以便得出出实有的出口口坡降。用通过已经简化了了的地下轮廓廓不透水部分分各角点和板板桩尖端的等等势线，将地地基分段，一一般分为内部部水平段、内内部垂直段、进进口、出口段段。各基本分段的的阻力系数按按以下公式计计算。进口、出口段阻力力系数按以下下公式计算（2）内部垂直段的阻力力系数的计算算公式为（3）水平段的阻力系系数的计算公公式为式中S—齿墙或板桩桩的入土深度度（m）T—地地基有效深度度或实际深度度（m）表3-1各典型段阻阻力系数计算算表分段

编号分段名称①进口段0.5——8.0—0.4630.31②内部水平段—0.50.57.570.8400.56③内部铅直段0.5——7.5—0.0670.04④内部铅直段0.5——7.2—0.070.05⑤内部水平段—0.50.57.28.01.010.68⑥内部铅直段0.5——7.2—0.070.05⑦出口段0.5——7.2—0.4670.31=2.987求各分段的水头损损失采用公式：其中：—总水头损损失，亦即水水闸的上下游游水位差。（m）计算结果见下表所所示（（m））H1H2H3H4H5H6H7H82.01.691.131.091.040.360.310渗压水头分布图或或渗流坡降线线各分段的水头损失失求出以后，以以渗流出口处处开始，逐段段向上游累加加其水头损失失值，即个得得出相邻各计计算角点的渗渗压水头值。最最后用直线连连接各水头代代表线段的端端点，就能绘绘出渗压分布布图或渗流坡坡降线。进出口水头损失的的修正当进出口板桩较短短时，进出口口处的渗流坡坡降线将呈急急变曲线的形形式。为精确确计，应进行行修正。修正正计算式为：：式中：—按以上诸诸式算出的进进出口水头损损失值；（m）—修正后的水头损失失值；（m）—修正系数，按计算算其中：—底板（包包括齿墙）的的埋深与板桩桩入土深度之之和；（m）—板桩另一侧的地基基透水层深度度；（m） —板桩出口侧水层深深地基的透度度。（m）当计算的时，采用用。时，应修正正，修正后其其水头损失减减小值为。解：进口段应修正则修正后其其水头损失减减小值为：出口板桩前的水力力坡降也随之之变化：应修正，修正后其其水头损失减减小值为：S/T/β/△hh0/进口1.08.00.5540.1380.172出口1.37.00.8250.0540.256出口板桩前的水力力坡降变化范范围a可按下式计计算修正时按原水力坡坡降线，根据据及值，分别定定出点及点，连接接，即为修正正后的水力坡坡降线。如下下图修正后各段水头损损失如下表①②③④⑤⑥⑦∑hi/0.1720.6980.040.050.680.1040.2562.0H1H2H3H4H5H6H7H82.01.8281.131.091.040.360.2560修正后的渗压分布布图根据修正后各段水水头损失值，计计算底板上承承受的单宽渗渗透压力及总总压力值。修正后的渗压分布布图验算抗渗稳定性J=<[J0][J0]—出口段段容许坡降值值，对于中砂砂，出口段容容许坡降值为为(0.35～0.40))下游出口处的逸出出坡降为：<0.35～0.440该值小于容许值，满满足要求。3.4排水设计计由于本闸为挡潮闸闸，其排水设设施的任务是是：在挡潮时时将闸基中的的渗水有计划划地排到铺盖盖上游，而排排涝时将渗水水排到闸底板板下游，从而而减小闸底板板的渗透压力力，增加闸室室稳定性。上游端排水在铺盖之前铺设一一层600mm厚的干砌石石，在其下设设置一层200mm厚砂垫层。下游端排水经过以上消能防冲冲计算，下游游段可不设消消力池，改为为设一长为22m的护底,并在护底下下设置排水孔孔,排水孔孔径径取为15cm，间距为1.5m，呈梅花状状排列。护底底后与海漫连连接。海漫前段约约1/4左右是采用浆砌石石块,由于浆砌石石不透水，故故通过内设排排水孔来解决决排水问题，并并在孔底铺设设200mm厚碎石垫层层作为反滤层层，排水孔孔孔径取为10cm，间距为1.2m，呈梅花状状排列。考虑到本水闸上下下游水头差较较小，而上下下游的翼墙长长度也足够长长，且翼墙、边边墩后回填土土采用渗透系系数较小的粘粘土，故认为为侧向绕渗稳稳定性满足要要求，翼墙不不再设排水孔孔。3.5闸室与与上下游连接接段的设计3.5.1上游连连接段设计1）铺盖采用混凝土铺盖，其其上游端的最最小厚度由施施工条件确定定，取0.5m；在铺盖与与底板连接处处将其厚度加加厚；将底板板前端做成倾倾斜面，使铺铺盖能借助自自重及其上的的荷载与底板板紧贴；在连连接处铺设毛毛毡等止水材材料，一端用用螺栓固定在在斜面上，另另一端埋入铺铺盖中。此外外，为了防止止铺盖在施工工期间遭受破破坏和运行期期间被水流冲冲刷，应在其其表面铺设砂砂层，然后在在砂层上在铺铺设单层块石石护面。2）翼墙上游翼墙除挡土外外，最主要的的作用是将上上游来水平顺顺地导入闸室室，其次是配配合铺盖起防防渗作用，因因此，其平面面布置要与上上游进水条件件和防渗设施施相协调。上上游翼墙顺水水流向的投影影长度应大于于或等于铺盖盖长度，使其其能与铺盖形形成空间防渗渗体系。本设计上下游翼墙墙布置均采用八字形型式，即即翼墙从边墩墩开始，向上上下游用斜面与岸边连连接。由于闸闸室顶高程与与上游段设计计堤防高程不不同，墙顶高高程由与闸室室同高的3.6m，向上游延延伸做一1：10的缓坡过渡渡到与堤顶高高程同高的3.2m。3）护坡、护底为保护水闸上游岸岸坡免受进闸闸水流的冲刷刷，在没有堤堤防的情况下下，应设置护护坡，具体做做法如下：在在靠近翼墙处处做成浆砌石石，而往上游游延伸连接干干砌石，保护护范围根据允允许冲刷流速速而定，取10m。干砌石护护坡每隔6～10m设置浆砌石石埂一道，其其断面尺寸为为300mmm×600mmm。在护坡的的坡脚以及护护坡与河岸土土坡交接处做做一深0.5m的齿墙，以以保护坡顶。护护坡下面铺设设各厚100mm的卵石及粗粗砂垫层。考虑到翼墙部位水水流收缩，流流速加大，会会对上游河底底造成冲刷，在在铺盖表面铺铺设0.15m厚砂层，然然后在砂层上上在铺设单层层0.2m厚浆砌块石石形成护底，砂砂层与块石层层间设置0.05m厚反滤层。下游连接段设计1）海漫下游海漫设计同上上。2）翼墙下游翼墙除挡土外外，其主要作作用是导引出出闸水流沿翼翼墙均匀扩散散，避免在墙墙前出现回流流漩涡等不利利流态。本设计下游翼墙布布置采用扭曲曲面的型式，即即翼墙的迎水水面从边墩端端部的铅直面面向下游延伸伸渐变为与其其相连的河岸岸坡度为止，成成为扭曲面。3）护坡、护底在与翼墙连接的一一段河岸，由由于水流流速速较大和回流流漩涡，在没没有堤防的情情况下，也需需要加做护坡坡。其做法类类同于上游护护坡。第四节结构设计计4.1荷载及其组组合1.荷载作用示意图（以以排涝期为例例）其中，G1——底底板自重；G2——边墩自重；G3——工作桥自重重；G4——交通桥自重重；G5——检修便桥自重；GG6——闸门自重；G7——启闭机自重重；G8——工作桥其它它结构构件自自重（包括墙墙体、柱子、窗窗户、屋顶等等）；G9——回填土自重重；W1——闸室上游段段水自重；W2——闸室下游段段水自重；P1——闸室上游段段静水压力；P2——闸室下游段段静水压力；PF——浮托力；PS——渗流压力；P3——回填土压力力2.荷载的组合本次计算的工况包包括：竣工期期、挡潮期和和排涝期。荷荷载组合：包包括自重、水水重、扬压力力、静水压力力、土压力,取整个闸室室段计算（计计算简图见上上）.各计算工况的荷载载组合见下表表荷载组合表计算工况荷载自重水重静水压力扬压力回填土压重力PSPF竣工期√－－－√√挡潮期√√√√√√排涝期√√√√√√3.荷载的计算1）自重，列列表计算如下下名称编号材料容重计算式作用力（KN）（KN/m3）底板G125[1.5×8-((6+7)/2×00.5]×112×252625边墩G225(1+2.5)/22×4.6××8×2×253220工作桥G325[4×0.5×0.5××(8-3.66)+4×0.5×0.3×7+4×0.5×0.3×2+7×2×0.15]]×25770交通桥G425(2.4×0.2++0.5×00.30×2)××7×25136.5检修便桥G525(2.0×0.155+0.5××0.25××2)×7××2596.25闸门G6784×7.4×0..1×78230.88启闭机G7－－5其它G8－－160回填土G9191.5/2×4..6×8×2×1991048.8合计8292.432）水的自重、静水压压力、扬压力力的计算按不不同工况分开开计算：a．竣工期：完建时期，闸室内内无水，因此此无水重、静静水压力和扬扬压力，其荷荷载仅为自重重。b．挡潮期：此时最不不利工况为水水闸上游水位位为1.0mm，下游水位位为2.588m，闸室所受的的水重、静水水压力及扬压压力列表计算算如下（水的的容重取10KN//m3）荷载编计算式作用力（KN）号垂直力水平力水的W12×4.75×77×10665重力W23.58×2.775×7×10689.15扬压力PF[1.5×8-((6+7)/2×00.5]×112×10-1050PS渗透压力图及如下下图所示-1157.1静水压力P122×10/2×8160P23.582×100/2×8-512.7合计-825.95-352.7注：作用力的方向向以向右为正正，向左为负负；向下为正正，向上为负负。下同。渗透压力图c．排涝期此时最不利工况为为水闸上游水水位为1.00m，下游水水位为－1.0m，闸室所受受的水重、静静水压力及扬扬压力列表计计算如下（水水的容重取10KN//m3）荷载编号计算式作用力（KN）垂直力水平力水的W12×4.75×77×10665重力W200扬压力PF[1.5×8-((6+7)/2×00.5]×112×10-1050PS渗透压力图及如下下图所示-491.1静水压力P122×10/2×8160P200合计-876.1160渗透压力图5.2闸室稳定分分析1.闸室稳定计计算的要求1）在各种工况下，闸闸室平均基底底应力不大于于地基允许承承载力，最大大基底应力不不大于地基允允许承载力的的1.2倍。2）不发生明显的倾倾斜，闸室基基底应力的最最大值与最小小值之比不大大于规范规定定的容许值，如如下表：土基上闸室基底应应力最大值与与最小值之比比的允许值地基土质荷载组合基本组合特殊组合松软1.52.0中等坚硬、紧密2.02.5坚硬、紧密2.53.0本水闸基底为淤泥泥，属于松软软地基，但考考虑需要进行行地基处理，将将其表层3米厚的淤泥泥换成中砂，处处理后基底土土应属于中等等坚硬、紧密密，因此闸室室基底应力的的最大值与最最小值之比允允许值η取2.00。3）沿闸室基底面的的抗滑稳定安安全系数不小小于规范规定定值，具体如如下：基本荷载组合：KKc≥1.30特殊荷载组合：KKc≥1.152.闸室稳定计算1）闸室地基承载力力验算本设计由于将原河河床表3m厚的淤泥泥层置换成中中砂层，故其其地基承载力力验算应该包包括对中砂地地基的承载力力验算和对中中砂层下的淤淤泥层的承载载力验算。砂土承载力标准值值（kPa）取决于其其贯数，对应应关系如下表表 N土类名称6153050中、粗砂粉、细砂180140250180340250500340根据设计资料，可可认为本设计计的砂垫层标标贯数为13，由内插法法求得对应的的中砂层承载载力标准值[R]＝234.44kPa。由资料可知，该河河床的淤泥层层呈流塑状态态，根据工程程经验估得其其承载力标准准值[R’]＝50kPa。砂垫层的压力扩散散角θ的取值可参参考下表z/b换填材料中粗砂、砾、碎石石、石屑粉质粘土、粉煤灰灰灰土0.2520