大环水闸计算书学习版

-.z.1根本设计资料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，围是当地的政治、经济、文化中心，保护耕地面积3万亩，保卫人口3.3万人。本次东堤加固工程围北起白沙冲南堤，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开展的前提条件。加固围现有排水、挡潮闸14座，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，水闸建立标准较低，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，建筑构造破损、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平安隐患，由于大环水闸原址10m围已建有多宗民房，给基坑开挖造成很大困难，水闸涌两岸也多为住宅，工程围堰选址较难，且产生较大的征地补偿费用，因此有必要对大环水闸进展移址重建。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"〔SL438-2008〕以及"水闸设计规"〔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Ⅲ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；河最高限制水位为0.80m；河正常蓄水位为-0.20m；河最低水位为-0.70m。1.4构造数据大环水闸为钢筋砼整体式构造，共1孔，净宽4m。闸顶高程3.20m，闸底板高程-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-Ⅱ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。闸根底底局部布淤泥厚度大，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。闸根底的主体局部建议采用钻孔桩根底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根底的天然地基持力层，但应在上部铺上垫层，必要时可采用地基加固处理措施。场地的地下水及地表水对混凝土具有碳酸型弱腐蚀性，对钢筋混凝土构造中的钢筋无腐蚀性，对钢构造具有弱腐蚀性。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，但其上局部布的软弱土层，即淤泥层属于震陷敏感的软弱地层。根据"建筑抗震设计规"〔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，设计根本地震加速度值为0.10g，地震动反响谱特征周期值为0.40s。-.z.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"SL265-2001第条规定，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平安超高之和；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；浪压力参与根本组合时，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；浪压力参与根本组合时，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计算公式闸顶高程按"水闸设计规"〔SL265－2001〕中有关规定进展计算，相关公式如下："水闸设计规"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—平安超高〔m〕，取A=0.3m；水文提供根本数据：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水文提供根本数据：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〔v0DHm〔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Lm4、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E*cel表计算，结果如下表2.2-1所示。波浪爬高包括两局部：h波浪爬高包括两局部：hphz-.z.表2.2-1水闸闸顶高程计算1、计算平均波高及hm/Hmhmhm/Hmghm/v02gD/v02gHm/v02v0HmD0.3230.0410.0046.2560.09728.007.78500.02、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/hm0.61935.0000.0411.9183、计算设计波浪平均周期Tm值gTm/v0=13.9(ghm/v02)0.5Tmv0hm2.52028.0000.3234、计算平均波长Lm(试算)Lm=(gTm2/2π)*th(2*πH/Lm)LmTmH(闸前水深)πΔ≤10-39.8722.5204.7803.1420.00085、计算波浪破碎的临界水深Hk=(Lm/4π)*ln[(Lm+2πhp)/(Lm-2πhp)]HkLmhpπ0.6549.8720.6193.1426、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≥0.6544.780＜4.936b.计算波浪中心线超出计算水位的高度hz=(πhp2/Lm)*cth(2πH/Lm)hzπhpLmH0.1223.1420.6199.8724.7806、闸顶高程计算Z=h0+hp+hz+AZh0hphzA3.8212.7800.6190.1220.3002.3闸顶高程确定根据"水闸设计规"SL265-2001第条规定，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平安超高之和；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。-.z.本工程可用理正软件计算，1、设计2、复核〔0.1-0.3m高差〕 3水力计算本工程可用理正软件计算，1、设计2、复核〔0.1-0.3m高差〕 3.1闸孔总净宽计算计算公式根据"水闸设计规"〔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"〔SL265-2001〕附录规定的水力计算公式：；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"〔SL265-2001〕附录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，采用如下公式进展计算：；；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"表-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"表-2查得。计算工况本次水闸规模复核，以排涝流量完全自排设计，各水闸水位按围地面控制高程来确定，闸底高程根据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。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：**********************************************************************计算工程：大环闸孔总净宽计算**********************************************************************[水闸型式简图][计算条件][根本参数]闸坎型式未设底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"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<0.900，所以，堰流为非高淹没度出流。3、淹没系数。无底坎宽顶堰淹没系数：σ=0.840。4、流量系数。根据"水闸设计规"取流量系数为：0.385。5、求解闸孔宽度：闸孔宽度侧收缩系数计算流量流量差(m)(m3/s)(m3/s)19.9631.25421172.453147.4532511.7961.0568585.86960.869047.7130.9764751.87526.875125.6710.9436536.86111.861394.6510.9299329.7874.786954.1400.9239526.3471.347143.8850.9212224.6500.350064.0120.9225725.4970.496703.9490.9218925.0730.072863.9170.9215624.8610.138713.9330.9217224.9670.032953.9410.9218125.0200.01995经过试算，满足设计流量的闸孔总净宽为：3.941(m)。3.1.4确定闸孔总净宽根据上述计算结果，大环水闸闸门总净宽为3.941m，实取水闸总净宽为4m、单孔。3.2水闸消能防冲计算工况1、工况选取，合理制定内外水位2、水力学，武大版，P210由于本水闸为原地区感潮河道的河口挡潮闸，当外江水位较高时，水处于关闭挡潮阶段，不进展过流，当需要引水时，外水位一般较低，过闸流量较小，而排涝时水位较高，流量较大，故本次消能防冲计算选择排涝工程进展复核，相应水位为河最高控制水位0.80m，过闸外水位差取0.30m1、工况选取，合理制定内外水位2、水力学，武大版，P210消能判别〔1〕判断是否需要建消力池单宽流量：行近流速水头：；河总水头：临界水深：由，查“矩形断面明渠收缩断面水深及水跃共轭水深求解图〞得，则。由共轭水深公式：，其中，则下游水深，即，水闸泄流发生淹没式水跃，无需建消力池。〔2〕结论根据上述计算可知，本水闸泄流时，跃后水深小于下游水位，为淹没式水跃，无需建消力池，只需加设辅助消能设施即可。故本工程在水闸进出口底板设分流式消力墩辅助消能，消力墩尺寸500×600×6000mm〔高×宽×长〕，每个消力墩之间间距1m。水闸进出口设5m长，0.50m厚干砌石护面，防止水流冲刷掏空闸底。-.z.4渗流稳定计算4.1渗流稳定计算公式防渗设计按外江设计防洪〔潮〕水位与堤最低水位〔按降低堤田面高程确定〕情况组合为最不利工况进展计算，按规推荐的改良阻力系数法进展计算，计算公式如下：①地基有效深度：当时，式中：—地基的有效深度，m；—地下轮廓的水平投影长度，m；—地下轮廓的垂直投影长度，m；②进、出口段：式中：—进出口段的阻力系数；—齿墙的入土深度，m；—地基的透水层深度，m；③部垂直段：式中：—部垂直段的阻力系数；④水平段：式中：—水平段的阻力系数；—水平段长度，m；、—进出口段板桩或齿墙的入土深度，m；⑤各分段水头损失值：式中：—各分段水头损失值，m；—各分段的阻力系数；修正局部需格外注意—总分段数。修正局部需格外注意⑥进、出口段修正后的水头损失值公式式中：—进、出口段修正后的水头损失，m；—进出口段水头损失值，m；—阻力修正系数，当计算的时，采用；—底板埋深与板桩入土深度之和，m；—板桩另一侧地基透水层深度，m；—修正后水头损失的减小值，m。⑦进、出口齿墙不规则部位水头损失修正公式当，且时，，4.2闸基渗流稳定计算本工程水闸闸基防渗轮廓主要由闸底板及其齿墙、沉箱组成，防渗轮廓总长34.85m，计算简图如下：4.2.1计算工况拟定本工程水闸闸基渗流稳定计算按水闸外水位差最大情况进展计算，即按外江设计防洪〔潮〕水位与堤最低水位〔按降低堤田面高程确定〕情况组合为最不利工况进展计算。水位组合：外江设计防洪潮水位2.59m，河最低水位-0.70m。计算过程本次水闸闸基渗流稳定计算采用E*CEL表格计算，其计算过程如下表4.2-1所示。-.z.表4.2-1渗透稳定计算表〔水位组合：外江设计防洪潮水位2.59m，河最低水位-0.70m〕改良阻力系数法一、确定地基计算深度Tc=11.925地基计算深度Te=11.925地基有效深度To=26.15透水地基实际深度Lo=23.85地下轮廓线的水平投影长度So=3.5地下轮廓线的铅直投影长度二、分段计算阻力系数设计外水位2.59设计水位-0.7水头差h3.29总段数11计算公式进/出口段部垂直段水平段i段数渗流段名称阻力系数ξi水头损失hi修正后渗透水头hiLSS1S2T坡降11进口段0.46670.69390.42931.522.550.28623水平段0.02380.03530.07060.50021.050.14132部垂直段0.04540.06750.1350122.050.13543水平段0.12240.18200.34385.51322.050.06352部垂直段0.13710.20380.2038322.050.06863水平段0.62200.92480.924811.850019.050.07872部垂直段0.13710.20380.2038322.050.06883水平段0.12240.18200.34385.53122.050.06392部垂直段0.04540.06750.1350122.050.135103水平段0.02380.03530.07060.50021.050.14111-1出口段0.46670.69390.42931.522.550.286∑2.2129计算正确计算正确三、进出口水头损失值及渗透压力局部修正进口段出口段h0'=β'h0=0.42930.4293Δh=h0-h0'=0.26460.2646S'=1.51.5T=22.5522.55T'=22.0522.05β'=0.61870.6187h'*=0.07060.0706h'y=0.13500.1350h'cd=0.34380.3438四、出口段渗透坡降〔出逸坡降〕出口段J=h0'/S'=0.286水平段J=h0/s=0.141五、渗透压力节点上下节点水头差节点水头经过修正间距长度03.29003290.0023850*Y〔*、Y〕10.42932.86072860.00430.00023850329023850,329020.07062.79002790.0070.0050023850286023850,286030.13502.65512655.00135.00023350279023350,279040.34382.31122311.00344.00550023350265523350,265550.20382.10742107.00204.00017850231117850,231160.92481.18261182.00925.001185017850210717850,210770.20380.9788978.00204.00060001182.006000,118280.34380.6349634.00344.0055006000978.006000,97890.13500.5000499.00135.000500634500,634100.07060.4293429.0070.00500500499500,499110.429300.00429.00004290,429计算正确计算正确计算正确000,0根据地质勘察报告，淤泥质土出口端渗透坡降允许值为0.35，水平段为0.25，由上述计算可知，水闸闸基出口段渗透坡降0.286＜0.35，水平段渗透坡降0.141＜0.25，满足渗透稳定要求。-.z.5水闸应力稳定计算5.1计算工况及荷载组合根据"水闸设计规"〔SL265-2001〕规定，计算闸室稳定和应力时的荷载组合分根本组合和特殊组合。计算工况荷载组合详见下表5.1-1：表5.1-1闸室稳定计算工况及荷载表计算工况闸外水位〔m〕闸水位〔m〕荷载组合自重静水压力扬压力浪压力风压力地震荷载根本组合完建期无水无水√设计挡潮期2.59-0.20√√√√√特殊组合Ⅱ正常蓄水+7度地震-0.36-0.20√√√√√√完建情况闸外水位及闸水位一样，取与闸室底板齐平，及-2.00m。设计挡潮情况外水位取30年一遇设计洪潮水位2.59m，相应闸水位取正常水位-0.20m。正常蓄水位遭遇7度地震情况，外江水位取多年平均低潮位-0.36m，水位取正常水位-0.20m。计算简图如以下图5.1-1所示图5.1-1水闸计算简图5.2计算公式包括水闸沿根底底面的抗滑稳定计算、闸室基底应力、基底应力不均均系数的计算。水闸沿根底底面的抗滑稳定计算根据"水闸设计规"〔SL265-2001〕，计算公式如下：式中：—沿闸室基底面的抗滑稳定平安系数；—作用在闸室上的全部竖向荷载〔kN〕；—作用在闸室上的全部水平荷载〔kN〕；—闸室基底面与地基之间的摩擦系数，根据地质勘察成果，淤泥质地基摩擦系数为0.15；在各种荷载组合工况下，水闸根底底面抗滑稳定平安系数允许值应满足，对于3级建筑物，抗滑稳定平安系数允许值如下：根本组合：特殊组合：水闸基底应力计算材料力学W：弯曲截面系数，通常当做矩形计算材料力学W：弯曲截面系数，通常当做矩形计算，式中：—闸室基底应力的最大值或最小值〔kPa〕；—作用在闸室上的全部竖向荷载〔包括闸室根底底面上的扬压力在，kN〕；—作用在闸室上的全部竖向和水平荷载对于根底底面水流方向的形心轴的力矩〔kN·m〕；—闸室基底面的面积〔m2〕；—闸室基底面对于该底面垂直水流方向的形心轴的截面矩〔m3〕；平均基底应力：基底应力不均匀系数：对于本工程地质情况，在各种荷载组合工况下，基底应力稳定计算应满足以下要求：在各种工况计算下：；根本组合：特殊组合：其中地震惯性力代表值根据"水工建筑物抗震设计规"规定，采用拟静力法进展计算。根据"水工建筑物抗震设计规"〔SL203-97〕第条：一般情况下，水工建筑物可只考虑水平向地震作用；第4.2.1条：一般情况下，水工建筑物抗震计算应考虑的地震作用力：建筑物自重和其上的荷载所产生的地震惯性力、地震动土压力、水平向地震动水压力。对地板底取矩〔1〕沿建筑物高度作用于各质点i的水平向地震惯性力代表值应按下式计算：对地板底取矩式中—作用在质点i的水平向地震惯性力代表值；—地震作用的效应折减系数，除另有规定外，取0.25；—集中在质点i的重力作用标准值；—质点i的动态分布系数，应按"水工建筑抗震设计规"〔SL203-97〕各类水工建筑物章节中的有关条文规定采用；—重力加速度。〔2〕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：注意！注意！式中：—水体质量密度标准值；—水深。5.3计算过程本次闸室应力稳定计算采用E*cel表格计算，其计算过程如下表5.3-1～5.3-7所示。-.z.表5.3-1根本组合：设计挡潮期风浪压力计算1、计算平均波高及hm/Hmhmhm/Hmghm/v02gD/v02gHm/v02v0HmD0.3220.0420.0046.2560.09528.007.59500.02、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/hm0.61735.0000.0421.9153、计算设计波浪平均周期Tm值gTm/v0=13.9(ghm/v02)0.5Tmv0hm2.52028.0000.3224、计算平均波长Lm〔试算〕Lm=(gTm2/2π)*th(2*πH/Lm)LmTmH(闸前水深)πΔ≤10-39.8572.5204.5903.1420.00195、计算波浪破碎的临界水深Hk=(Lm/4π)*ln[(Lm+2πhp)/(Lm-2πhp)]HkLmhpπ0.6529.8570.6173.1426、计算波浪压力a.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/24.590≥0.6524.590＜4.929b.计算波浪中心线超出计算水位的高度hz=(πhp2/Lm)*cth(2πH/Lm)hzπhpLmH0.1223.1420.6179.8574.590c.选择计算公式根据以上判断结果可判断采取公式公式二公式二P1=(1/2)*[(hp+hz)(γ*H+ps)+H*ps]公式二：P1γLmhphzHps18.3729.8109.8570.6170.1224.590.6487、计算波浪压力作用点〔离水闸底板距离H',适合于公式二〕H'hphzLm/2P1Hγ3.0280.6170.1224.92918.3724.5909.810表5.3-2特殊组合Ⅱ：正常蓄水遭遇7度地震风浪压力计算序号部位荷载重〔kN〕力臂〔m〕力矩〔kN·m〕备注垂直力水平力正负1构造自重7584.630.191434.81水重〔外江侧〕707.177.004950.18水重〔河侧〕1188.94-5.33-6337.03浮托力-1826.960.00渗透压力-95.403.98-379.22静水压力〔外江侧〕-53.790.55-29.41静水压力〔河侧〕64.800.6038.88浪压力10.011.1711.70启闭机房风压力26.988.50229.35地震力267.00904.02地震力向外江侧合计7558.37315.007568.93-6745.65水闸底板截面抵抗矩W(m3)474.02底板面积A(m2)141.8偏心距e0.109偏向外江侧最大基底应力kN/m255.04最小基底应力kN/m251.57平均基底应力kN/m253.30基底应力不均匀系数η1.067水平合力F315.00竖直合力G7558.3基底摩擦系数f0.15滑动稳定平安系数Kc3.599表5.3-3启闭机室风压力计算序号工程单位计算结果备注1计算点高度m11.80现对于海平面高度2启闭机室高度h1m3.503启闭机室宽度Bm5.804风振系数βz1.005地面粗糙度A类6风压高度变化系数μz1.487风荷载体型系数μs1.308当地根本风压ωokN/m20.55取50年一遇根本风压9启闭机室风荷载标准值ωk=βzμzμsωokN/m21.0610荷载分项系数1.3011启闭机室风荷载设计值F1=ωkh1BkN27.89表5.3-4根本组合：完建期〔水位：无水，外水位：无水〕序号部位荷载重〔kN〕力臂〔m〕力矩〔kN·m〕备注垂直力水平力正负1水闸底板1772.500.00对根底底面水流方

向的形心轴取矩2沉箱1311.000.000.003齿墙250.000.004消力齿27.000.005水闸闸墩3052.500.006刺墙277.25-2.18-603.027水闸顶板161.880.008胸墙45.002.1395.639启闭机室644.702.831821.2910启闭机14.002.8339.5511闸门28.802.8381.36合计7584.630.002037.82-603.02水闸底板截面抵抗矩W(m3)474.02底板面积A(m2)141.8偏心距e0.189偏向外江侧最大基底应力kN/m256.52最小基底应力kN/m250.46平均基底应力kN/m253.49基底应力不均匀系数η1.120表5.3-5根本组合：设计挡潮期〔水位-0.20m，外水位2.59m〕序号部位荷载重〔kN〕力臂〔m〕力矩〔kN·m〕备注垂直力水平力正负1构造自重7584.630.191434.812水重〔外江侧〕1979.217.0013854.463水重〔河侧〕1188.94-5.33-6337.034浮托力-2005.200.005渗透压力-1663.543.98-6612.566静水压力〔外江侧〕-421.361.53-644.687静水压力〔河侧〕64.800.6038.888浪压力-18.373.00-55.129启闭机房风压力-26.988.50-229.35合计7084.04-401.9215328.14-13878.74水闸底板截面抵抗矩W(m3)474.02底板面积A(m2)141.8偏心距e0.205偏向外江侧最大基底应力kN/m253.02最小基底应力kN/m246.90平均基底应力kN/m249.96基底应力不均匀系数η1.130水平合力F401.91竖直合力G7084.03基底摩擦系数f0.15滑动稳定平安系数Kc2.644-.z.表5.3-67度地震时相关系数及地震力计算(考虑地震力最不利情况，即地震力向外江侧)序号部位ahξGeiαig闸墩各部位重心高度闸墩总高度闸顶建筑物重心高度闸顶建筑物总高度地震力计算力臂地震力弯矩(kN)(Kn/m3)(m)(m)(m)(m)(kN)(m)(kN·m)1水闸底板0.980.251772.51.0009.815.20044.2670.2511.0672沉箱0.980.2513111.0009.815.20032.742-1.75-57.2983齿墙0.980.252501.0009.815.2006.244-0.5-3.1224消力齿0.980.25271.0589.810.3005.2000.7130.30.2145水闸闸墩0.980.253052.51.4529.812.3505.200110.6872.6287.7866刺墙0.980.25277.251.4529.812.3505.20010.0532.424.1287水闸顶板0.980.25161.8751.9529.814.9505.2007.8915.241.0348胸墙0.980.25451.7889.814.1005.2002.0104.18.2419启闭机室0.980.25644.7043.0009.816.90013.80048.30411.95577.22710启闭机0.980.25143.0009.815.00010.0001.04910.4510.96111闸门0.980.2528.81.3519.811.8255.2000.9721.8251.77312动水压力〔河侧〕0.980.259.812.063880.9722.006∑266.995904.018-.z.序号部位荷载重〔kN〕力臂〔m〕力矩〔kN·m〕备注垂直力水平力正负1构造自重7584.630.191434.81水重〔外江侧〕707.177.004950.18水重〔河侧〕1188.94-5.33-6337.03浮托力-1826.960.00渗透压力-95.403.98-379.22静水压力〔外江侧〕-53.790.55-29.41静水压力〔河侧〕64.800.6038.88浪压力10.011.1711.7启闭机房风压力26.988.50229.35地震力267.00904.02地震力向外江侧合计7558.37315.007569.31-6745.65水闸底板截面抵抗矩W(m3)474.02底板面积A(m2)141.8偏心距e0.109偏向外江侧最大基底应力kN/m255.04最小基底应力kN/m251.57平均基底应力kN/m253.30基底应力不均匀系数η1.067水平合力F315.0竖直合力G7558.373基底摩擦系数f0.15滑动稳定平安系数Kc3.599表5.3-7特殊组合：正常蓄水遭遇7度地震〔水位-0.20m，外水位-0.36m〕5.4水闸应力稳定计算结果根据上述，大环水闸应力稳定计算成果如下表5.4-1所示表5.4-1水闸应力稳定计算成果表工程计算工况基底应力及不均匀系数抗滑稳定平安系数不均匀系数允许值抗滑稳定平安系数允许值Pma*(kPa)Pmin(kPa)(kPa)ηKc[η][Kc]根本组合完建期56.5250.4653.491.120/1.501.25设计挡潮期53.0246.9049.961.1302.6441.501.25特殊组合Ⅱ正常蓄水遭遇7度地震55.0451.5753.301.0673.5992.001.05根据地质勘查报告显示，本工程根底坐落在淤泥层，其承载力约为50kPa。由成果表可知，水闸在各种荷载组合工况下均满足抗滑稳定要求，基底应力不均匀系数均满足规允许值要求，最大基底平均应力53.49kPa不满足地基承载力〔50kPa〕要求，最大基底应力56.52kPa满足1.2倍地基承载力〔60kPa〕要求。所以需对本工程进展根底处理，处理方法采用桩根底处理，采用外径400mmPHC高强度预应力管桩，相关容见根底处理章节。5.5临江侧挡土墙稳定分析本次水闸堤防连接段临江侧通过新建浆砌石挡土墙与原堤防顺接，浆砌石挡墙顶宽0.5m，底宽0.80m，墙顶高程1.00m，石墙净高1m，底部坐落在干砌石护坦上，护坦顶宽3m，通过分析可近似认为浆砌石挡墙根底为岩基，外江多年平均高潮水位为0.59m，多年平均低潮水位为-0.36m，外江水位对挡墙影响较小，同时考虑石墙墙身低矮，可满足稳定、抗滑等功能要求。图5.5-1浆砌石墙断面图-.z.6根底处理6.1计算根本资料本工程桩根底采用φ400预应力砼管桩，根底下卧层分别为淤泥质土和中风化砂岩，淤泥质土平均厚度约为23.40m，淤泥层较厚。本工程管桩为摩擦端承桩，桩端置于中粗砂层。水闸处桩长为26m，桩顶高程-2.70m。根据地勘资料，各层土的桩基特性指标建议值如表6.1-1表6.1-1各层土的桩基特性指标建议值指标岩土层序及名称预制桩钻〔冲〕孔灌注桩桩侧摩阻力特征值qsa(kPa)端阻力特征值qpa(kPa)桩侧摩阻力特征值qsa(kPa)端阻力特征值qpa(kPa)桩入土深度(m)桩入土深(m)9≤h≤1616＜h≤30h≤15h>15①填筑土不考虑其侧阻力②-1淤泥108②-2粉质粘土2825②-3中粗砂3630③砂质粘性土422500300034400500④-1全风化花岗岩703200350055600700④-2强风化花岗岩9640004500708009006.2计算公式6.2.1桩基应力分析根据"建筑地基根底设计规"〔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过桩群形心的*、y轴力矩；—桩i至群桩形心的*、y轴线的距离。单桩承载力应符合以下要求：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根本组合下为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"〔JGJ94-2008〕，单桩受水平力按以下公式计算：根据"水闸设计规"〔SL265-2001〕，泵房抗滑稳定按以下公式进展验算：—相应于荷载效应标准组合下，作用于桩基i顶处的水平力—单桩根底或群桩中基桩的水平承载力特征值；—抗滑稳定平安系数；—抗滑稳定平安系数允许值，根本组合下为1.20，特殊组合〔Ⅰ〕下为1.05，特殊组合〔Ⅱ〕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。考虑本泵闸为群桩根底，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，可按以下公式确定：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PHC—AB400(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进展计算。根据"建筑地基根底设计规"〔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进展单桩承载力计算，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"〔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)水闸抗滑稳定平安系数单桩竖向力(kN)单桩受力不均匀系数(kN)根本组合完建期079.49∞1.20585.07545.031.072.5挡潮期29.3579.492.711.20522.18481.741.082.5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E*cel表格计算，其计算过程如下表6.5-1～6.5-2所示。-.z.表6.5-1管桩单桩竖向承载力计算经历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)①填筑土不考虑侧阻力0.0000.000②-1淤泥22.00010.0000.000276.4600.000②-2粉质粘土0.00028.0000.0000.0000.000②-3中粗砂4.00036.0000.000180.9560.000③砂质粘性土0.00042.0003000.0000.000376.991∑26.000457.416376.991Ra=Qsa+Qpa=834.407-.z.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200000.00弹性模量比值αE7.14保护层厚度t0.03扣保护层厚度后直径d00.34桩身配筋率ρg0.01截面模量Wo0.01换算截面惯性矩Io0.00EI31.74桩顶允许水平位移χoa(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α0.64桩的水平位移系数v*(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d0.40sa/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ηi0.86桩的埋深h25.55换算埋深αh16.41桩顶约束效应系数ηr2.05ηi×ηr1.77承台侧向水平抗力效应系数ηl0.00承台底与地基土之间的摩擦系数μ0.18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ηb0.00群桩效应综合系数1.77群桩水平承载力特征值79.49-.z.表6.5-3桩基应力稳定计算〔完建期〕桩号iFkGknyiyi2*i*i2M*kMykM*k·yiMyk·*iQik107854.63141.62.569.692.1601434.8013774.08585.06509207854.63141.62.566.440.9601434.809182.72577.05839307854.63141.62.563.210.2401434.804591.36569.0517407854.63141.62.560001434.800561.045507854.63141.62.56-3.210.2401434.80-4591.36553.0383607854.63141.62.56-6.440.9601434.80-9182.72545.03161707854.63141.62.56-9.692.1601434.80-13774.08585.06509807854.6314-1.62.569.692.1601434.8013774.08585.06509907854.6314-1.62.566.440.9601434.809182.72577.058391007854.6314-1.62.563.210.2401434.804591.36553.03831107854.6314-1.62.560001434.800561.0451207854.6314-1.62.56-3.210.2401434.80-4591.36553.03831307854.6314-1.62.56-6.440.9601434.80-9182.72577.058391407854.6314-1.62.56-9.692.1601434.80-13774.08585.06509∑yi2=35.84∑*i2=573.44Qma*=585.06509Qmin=545.03161η=1.0734517单桩水平向受力=0单桩水平承载力=79.49Kc=∞-.z.表6.5-4桩基应力稳定计算〔设计挡潮期〕桩号iFkGknyiyi2*i*i2M*kMykM*k·yiMyk·*iQik107084.04141.62.569.692.1601449.4013914.24481.73835207084.04141.62.566.440.9601449.409276.16489.82652307084.04141.62.563.210.2401449.404638.08497.91469407084.04141.62.560001449.400506.00286507084.04141.62.56-3.210.2401449.40-4638.08514.09103607084.04141.62.56-6.440.9601449.40-9276.16522.1792707084.04141.62.56-9.692.1601449.40-13914.24481.73835807084.0414-1.62.569.692.1601449.4013914.24481.73835907084.0414-1.62.566.440.9601449.409276.16489.826521007084.0414-1.62.563.210.2401449.404638.08514.091031107084.0414-1.62.560001449.400506.002861207084.0414-1.62.56-3.210.2401449.40-4638.08514.091031307084.0414-1.62.56-6.440.9601449.40-9276.16489.826521407084.0414-1.62.56-9.692.1601449.40-13914.24481.73835∑yi2=35.84∑*i2=573.44Qma*=522.1792Qmin=481.73835η=1.0839477单桩水平向受力=29.351429单桩水平承载力=79.49Kc=2.7082157表6.5-5桩基应力稳定计算〔正常蓄水遭遇7度地震〕桩号iFkGknyiyi2*i*i2M*kMykM*k·yiMyk·*iQik107558.37141.62.569.692.160823.6607907.136526.09462207558.37141.62.566.440.960823.6605271.424530.69094307558.37141.62.563.210.240823.6602635.712535.28725407558.37141.62.56000823.6600539.88357507558.37141.62.56-3.210.240823.660-2635.712544.47989607558.37141.62.56-6.440.960823.660-5271.424549.07621707558.37141.62.56-9.692.160823.660-7907.136526.09462807558.3714-1.62.569.692.160823.6607907.136526.09462907558.3714-1.62.566.440.960823.6605271.424530.690941007558.3714-1.62.563.210.240823.6602635.712544.479891107558.3714-1.62.56000823.6600539.883571207558.3714-1.62.56-3.210.240823.660-2635.712544.479891307558.3714-1.62.56-6.440.960823.660-5271.424530.690941407558.3714-1.62.56-9.692.160823.660-7907.136526.09462∑yi2=35.84∑*i2=573.44Qma*=549.07621Qmin=526.09462η=1.0436834单桩水平向受力=22.5单桩水平承载力=79.49Kc=3.5328889-.z.7闸门计算7.1根本参数闸门尺寸：4.3×3.65m〔宽×高〕底坎高程：-2.00m设计外水位：2.59m；设计水位-0.20m；最高运行外水位：2.59m；最低运行水位：-0.70m；设计水位差：2.79m；最大运行水位差：3.29m。门叶构造材料：Q235B材