《水工建筑物》课程设计-兴化水闸工程

《水工建筑物》课程设计设计题目：兴化水闸工程目录TOC\o"1-3"\h\u15259一设计基本资料 图1-3交通桥剖面图（单位：cm）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。该地区地震烈度设计为6度，故可不考虑地震影响。该地区风速资料不全，在进行浪压力设计时，建议取计算。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0.8，底部高程0.5，顶高程1.3，迎水面直立，背流坡为1:1的斜坡，其断面见图枢纽布置图2-12.2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65），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，见枢纽布置图2-1。2.3进水闸进水闸（兴化闸）为带胸墙的开敞式水闸。共5孔，每孔净宽5.0。胸墙底部高程为8.1，闸顶高程为11.5，闸门顶高程为8.3。2.3.1闸室段闸底板为倒∏型钢筋混凝土平底板，缝设在底板中央。底板顶面高程为0.5，厚1.0，其顺水流方向长16。闸墩为钢筋混凝土结构，顺水流方向长和底板相等，中墩厚1.0，边墩与岸墙结合布置，为重力式边墙，既挡水，又挡土，墙后填土高程为12.5。闸墩上设有工作门槽和检修门槽。检修门槽距闸墩上游边缘1.5，工作门槽距闸墩上游边缘5.59，胸墙与检修门槽之间净距为3.09。闸门采用平面滚轮钢闸门，尺寸为5.4×7.8。启闭设备选用QPQ-63卷扬式启闭机。工作桥支承为实体排架，由闸墩缩窄而成。其顺水流长2.5，厚0.4,底面高程11.5，顶面高程16.5，排架上设有活动门槽。公路桥设在下游侧，为板梁式结构，其总宽为5.5。公路桥支承在排架上，排架底部高程9.0。2.3.2上游连接段铺盖为粘土铺盖，其顺水流方向长18.0,厚0.6。铺盖上游为块石护底，一直护至引水口。上游翼墙为浆砌石重力式反翼墙，迎水面直立，墙背为1:0.5的斜坡，收缩角为15°，圆弧半径为6.5。墙顶高程为11.0，其上设0.5高的混凝土挡浪板。墙后填土高程为10.5。翼墙底板为0.6厚的钢筋混凝土板，前趾长1.2，后趾长0.2。翼墙上游与铺盖头部齐平。翼墙上游为干砌块石护坡，每隔12设一道浆砌石格埂。块石底部设15的砂垫层。护坡一直延伸到兴化渠的入口处。2.3.3下游连接段闸室下游采用挖深式消力池。其长为26.0,深为1.0。消力池的底板为钢筋混凝土结构，其厚度为0.8。消力池与闸室连接处有1m宽的小平台，后以1:4的斜坡连接。消力池底板下按反滤的要求铺设厚0.3的砂、碎石垫层，既起反滤、过渡作用，又起排水作用。海漫长29.5，水平设置。前10为浆砌块石，后19.5为干砌块石，并每隔8m设一道浆砌石格埂。海漫末端设一构造防冲槽。其深为1.0，边坡为1:2。槽内填以块石。由于土质条件较好，防冲槽下游不再设护底。下游翼墙亦为浆砌石重力式反翼墙。迎水面直立，墙背坡度为1:0.5，圆弧半径为5.0。墙顶高程为9.5，其上设高0.5的挡浪板，墙后填土高程为8.5。下游翼墙底板亦为厚0.6的钢筋混凝土板，其前趾长1.2，后趾长0.2。翼墙下游端与消力池末端齐平。下游亦采用干砌块石护坡，护坡至10.5高程处。每隔8设一道浆砌石格埂。护坡延伸至与防冲槽下游端部齐平。三水力计算水力设计主要包括两方面的内容,即闸孔设计和消能防冲设计。3.1闸孔设计闸孔设计的主要任务:确定闸室结构型式、选择堰型、确定堰顶高程及孔口尺寸。3.1.1闸室结构型式该闸建在人工渠道上,故宜采用开敞式闸室结构。在运行中，该闸的挡水位达10.3～10.7,而泄水时上游水位为7.68～7.83,挡水位时上游最高水位比下游最高水位高出2.87，故拟设设置胸墙代替闸门挡水，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0.5。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=7.33下游水深h=7.82-0.5=7.32引水流量Q=450=(50+2×7.33)×7.33=473.96上游行近流速=450/473.96=0.949=1H0=H+V02/2g=7.33+0.9492/（2×9.8）=7.38h/H0=7.32/7.38=0.99>0.8,故属淹没出流。查SL265-2001表A•0•1-2，淹没系数s=0.36由宽顶堰淹没出流公式：对无坎宽顶堰，取流量系数m=0.385，假设侧收缩系数=0.96，则==38.082）引水冲淤保港：上游水深H=7.44-0.5=6.94下游水深h=7.38-0.5=6.88引水流量Q=100=(50+2×6.94)×6.94=443.33上游行近流速=100/443.33=0.23<0.5，可以忽略不计则H0≈H=6.94。h/H0=6.88/6.94=0.991>0.8,故属淹没出流。查SL265-2001表A•0•1-2，淹没系数s=0.344取流量系数m=0.385，并假设侧收缩系数=0.96，则得=9.81比较1）、2）的计算结果，<，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宜采用较大值38.08。拟将闸孔分为5孔，取每孔净宽为7.5m,则闸孔实际总净宽为B0=7.5×5=37.5。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1.0，墩头、墩尾均采用半圆形，半径为0.5。2复核过闸流量。对于中孔，b0=7.5，=b0+dz=7.5+1.0=8.5b0/=7.5/8.5=0.882查SL265-2001表A.0.1-1，得=0.980。对于边孔，b0=7.5，=b0+dz/2+=5+1/2+(50-38.08-41-0.52)=12.42，b0/=7.5/12.42=0.604查SL265-2001表A•0•1-1，得=0.941。则对于无坎平底宽顶堰，流量系数m=0.385,则×100%=100%=1.58%<5%满足引水灌溉的要求。×100%=100%=0.95%<5%满足引水冲於保港的要求。因此，该闸的孔口尺寸确定为：共分5孔，每孔净宽7.5，4个中墩各厚1.0，闸孔总净宽为37.5，闸室总宽度为41.5。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450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150待下游的水位稳定后,增大开度至300，待下游的水位稳定后,增大开度至450。1）当泄流量为150时：上游水深H=10.7-0.5=10.2下游水深采用前一级开度(即Q=50)时的下游水深t=7.2-0.5=6.7=(50+210.2)10.2=718.08上游行进流速=150/718.08=0.2090.5，可以忽略不计。假设闸门的开度e=0.89，=0.087<0.65，为孔流。查《水力学》表8.8，得垂直收缩系数/=0.610，则=/e=0.610×0.89=0.54=0.681t=6.7，故为淹没出流。由,查SL265-2001表A•0•3-2，得孔流淹没系数=0.492，因此有式中μ1—孔流流量系数。因此，该值与要求的流量150十分的接近，故所假定的闸门开度e=0.89正确。此时，跃后水深0.681<t=6.7，故发生淹没水跃。2）当泄流量为300时：上游水深H=10.7-0.5=10.2下游水深采用前一级开度(即Q=150)时的下游水深t=7.54-0.5=7.04=(50+210.2)10.2=718.08上游行进流速=300/718.08=0.4170.5，可忽略不计。假设闸门的开度e=1.83，e/H=0.179<0.65，为孔流。查《水力学》表8.8，得垂直收缩系数/=0.619，则hc=/e=0.619×1.83=1.13=0.471t=7.04，故为淹没出流。由,查SL265-2001表A•0•3-2，得孔流淹没系数=0.492，因此有式中μ1—孔流流量系数。因此，该值与要求的流量300十分的接近，故所假定的闸门开度e=1.83正确。此时，跃后水深0.471<t=7.04，故发生淹没水跃。3）当泄流量为450时：上游水深H=10.7-0.5=10.2下游水深采用前一级开度(即Q=300)时的下游水深t=7.78-0.5=7.28=(50+210.2)10.2=718.08上游行进流速=450/718.08=0.627m/s＞0.5m/s，不可忽略。假设闸门的开度e=3.12，e/H=0.306<0.65，为孔流。查《水力学》表8.8，得垂直收缩系数/=0.625，则hc=/e=0.625×3.12=1.95=0.358t=7.28，故为淹没出流。由,查SL265-2001表A•0•3-2，得孔流淹没系数=0.450，因此有式中μ1—孔流流量系数。因此，该值与要求的流量300m3/s十分的接近，故所假定的闸门开度e=3.12正确。此时，跃后水深0.450<t=7.28，故发生淹没水跃。求得泄水量为150，300、450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，见水面连接计算表3-1。表3-1水面连接计算序号Q(m3/s)e(m)/(m)（m）t(m)Q(m3/s)水面连接情况150.00.450.6100.271.056.500.52749.78淹没水跃2150.00.820.6100.500.7086.700.492150.84淹没水跃3300.01.670.6181.030.4937.040.492299.33淹没水跃（2）消力池的设计。1）消力池池深：由水面连接计算表可见，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=0.5。2）消力池长度：根据前面的计算，以泄流量350作为确定消力池长度的计算依据。略去行进流速V0，则总势能=(10.70-0.5)+1=11.2=350/（32.5+4）=9.59=0.95水跃长度：消力池与闸底板以1：4的斜坡段相连接，=0.5×4=2.0消力池长度为—长度校正系数（0.7～0.8)，取=0.75。取消力池长度为=23.0。3）消力池底板厚度计算：式中—消力池底板厚度计算系数,可采用（0.15～0.20），取=0.175。=350/（32.5+4）=9.59取消力池的池底板厚为t=0.8，前后等厚。在消力池底板的后半部设排水孔，孔径10,间距2，呈梅花形布置，孔内填以砂，碎石。消力池与闸底板连接处留有一宽为1米的平台，以便更好地促成出闸水流在池中产生水跃。消力池在平面上呈扩散状，扩散角取为10°。图3-1消力池布置图3.2.2海漫的设计(1）海漫长度计算。—河床土质系数，（河床为坚硬黏2土，取=7.0）-消力池出口处的单宽流量，取海漫的长度为。（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。海漫使用厚度40的块石材料，前10用浆砌块石，后18.5采用干砌块石。浆砌块石海漫上设排水孔，干砌块石上设浆砌块石格梗，格梗断面尺寸为40×60。海漫底部铺设15厚的砂粒垫层。图3-2海曼布置图3.2.3防冲槽设计（1）海漫末端河床冲刷深度计算。—海曼末端的可能冲刷的深度，—海曼末端的单宽流量，—河床土质的允许不冲流速，—海曼末端的水深，海漫末端的平均宽度：=1/2(50+50+2×2×（7.8-0.5）)=64.6==350/64.6=5.42对比较紧密的粘土地基，且水深大于3，可取为1.1，=7.28，则=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，故在海漫末端建一构造防冲槽。（2）防冲槽的构造。防冲槽为倒梯形断面，其底宽1.0，深1.0，边坡1：2，槽中抛以块石。图3-3防冲槽布置图图3-4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粘土地基，通常不采用垂直板桩防渗。故地下轮廓主要包括底板和防渗铺盖。4.1.1底板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。（1）底板顺水流方向的长度L。为了满足上部结构布置的要求，L必须大于交通桥宽、工作桥宽、工作便桥宽及其之间间隔的总和，即L约为12.0。从稳定和地基承载力的要求考虑，L可按经验公式估算L=（H+2h+a）(1+0.1ΔH)K因为H=10.2，2h=0.5，a=0.5，ΔH=3.7，K=1.0,则L=15.34综上所述，取底板顺水流方向长度L为16。（2）底板厚度d。根据经验，底板厚度为（1/5—1/7）单孔净跨，初拟d=1.0。（3）底板构造。底板采用钢筋混凝土构造，混凝土为。上下游两端各设0.5深的齿墙嵌入地基。底板分缝中设以“V”型铜片止水。4.1.2铺盖铺盖采用粘土结构，其长度一般为2-4倍的闸上水头或3—5倍上下游最大水位差，拟取18，铺盖厚度为0.6。铺盖上游端设0.5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0.3，其下设0.2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6.5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防渗长度验算闸基防渗长度。必须的防渗长度为L—闸基防渗长度,即闸基轮廓线防渗部分水平段和垂直段长度的总和，m—上,下游水位差，mC—允许渗径系数值,（中砂采用C值5～7）实际闸基防渗长度N，满足防渗要求。绕流防渗长度。必须的防渗长度为=3.7=7（回填土为砂壤土，且无反滤）因此实际闸基防渗长度N，满足防渗要求。图4-1地下轮廓布置图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浅，简化后的形式如下图：图4-2地下轮廓简化图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。由地下轮廓线简化图知：地下轮廓的水平投影长度=18+16=34，地下轮廓的垂直投影长度=1.5-0.6=0.9。=34/0.9=37.8>5，故地基的有效深度=0.5L0=0.534=17。（图4-2）过地下轮廓的角点、尖点，将渗流区域分成十个典型段。①、⑧段为进出口段，③、⑥、二段为内部水平段，②、④、⑤、⑦则为内部垂直段。计算过程如下：进口段及出口段阻力系数ζ①0.617.1故0.451⑧0.516.6故0.449内部垂直段阻力系数②0.517.0故0.029④0.917.0故0.053⑤0.516.6故0.030⑦0.516.6故0.030内部水平段阻力系数③0.50.917.0故1.001⑥0.50.516.6故0.922表4-1阻力系数计算表流段阻力系数计算公式分段进口段和出口段①0.617.10.451⑧0.516.60.449内部垂直段②0.517.00.029④0.917.00.053⑤0.516.60.030⑦0.516.60.030内部水平段③0.50.917.01.001⑥0.50.516.60.922则4.2.4渗透压力计算（1）设计情况：10.3-7.0=3.3。1）各段水头损失的计算，则表4-20.500.031.110.060.031.030.030.50进出口段进行必要的修正：进口处修正系数为底板埋深与底面以下的板桩入土深度之和，板桩上游侧底板下的地基透水层深度，17.017.10.5则=0.39<1.0，应予修正。进口段的水头损失修正为进口段水头损失的修正量为0.50－0.20=0.30修正量应转移给相邻各段，则h/=0.03+0.03=0.06h/=1.11+（0.30－0.03）=1.38出口处修正系数为16.616.60.5则=0.41<1.0，应予修正。出口段的水头损失修正为出口段水头损失的修正量为0.50－0.21=0.29修正量应转移给相邻各段，则h/=0.03+0.03=0.06h/=1.03+（0.29－0.03）=1.293）计算各角隅点的渗压水头：由上游出口段开始，逐次向下游从作用水头值中相继减去各分段的水头损失值，即可求得各角隅点的渗压水头值=3.33.3-=3.3-0.20=3.103.10-0.06=3.043.04-1.38=1.661.66-0.06=1.601.60-0.03=1.571.57-1.29=0.280.28-0.06=0.220.22-0.22=0.00作出渗透压力分布图：根据以上算得渗压水头值，并认为沿水平段水头损失呈线形变化，则其渗透压力分布图，如下图4-3所示图4-3设计洪水位时渗透压力分布图单位宽底板所受渗透压力：(+)×16×1=14.8t=145.04KN单位宽铺盖所受的渗透压力：(+)×18×1=42.3t=414.54KN（2）校核情况：10.7-7.0=3.7。1）各段水头损失的计算，则表4-30.560.041.250.070.041.150.040.562）进出口段进行必要的修正：进口处修正系数为17.017.10.5则=0.39<1.0，应予修正。进口段的水头损失修正为进口段水头损失的修正量为0.56－0.22=0.34修正量应转移给相邻各段，则h/=0.04+0.04=0.08h/=1.25+（0.34－0.04）=1.55出口处修正系数为16.616.60.5则=0.41<1.0，应予修正。出口段的水头损失修正为出口段水头损失的修正量为0.56－0.23=0.33修正量应转移给相邻各段，则h/=0.04+0.04=0.08h/=1.15+（0.33－0.04）=1.443）计算各角隅点的渗压水头：由上游出口段开始，逐次向下游从作用水头值Δh中相继减去各分段的水头损失值，即可求得各角隅点的渗压水头值=3.703.70-=3.70-0.22=3.483.48-0.08=3.403.40-1.55=1.851.85-0.07=1.781.78-0.04=1.741.74-1.44=0.300.30-0.08=0.220.22-0.22=0.004）作出渗透压力分布图：根据以上算得渗压水头值，并认为沿水平段水头损失呈线形变化，则其渗透压力分布图，如下图4-4所示。图4-4校核洪水位时渗透压力分布图单位宽底板所受渗透压力：(+)×16×1=16.32t=159.94KN单位宽铺盖所受的渗透压力：(+)×18×1=47.25t=463.05KN4.2.5抗渗稳定验算闸底板水平段的平均渗透坡降J为J===0.086＜[J]=0.4～0.5渗流出口处的平均逸出坡降J为J===0.44＜[J]=0.70～0.80闸基的防渗满足抗渗稳定的要求。五闸室布置与稳定计算5.1闸室结构布置闸室结构布置主要包括底板、闸墩、闸门、工作桥、交通桥等部分结构的布置和尺寸的拟定。5.1.1底板底板的结构、布置、构造与上述相同。5.1.2闸墩闸墩顺水流方向的长度取与底板相同，为16。闸墩为钢筋混凝土结构，中墩厚均为1.0m。边墩与岸墙合二为一，采用重力式结构。闸墩顶高程计算：闸墩上游部分（挡水时）=0.3设计情况：10.3+0.8+0.3=11.4校核情况：10.7+0.5+0.3=11.5闸墩上游部分（泄水时）设计情况：10.3+0.7=11.0校核情况：10.7+0.5=11.2取上述四者中的较大者，取为11.5。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9.0，其上设3根0.7×0.7，高2.0的柱子，柱顶设0.7×0.7，长4.7的小横梁，梁顶高程即为9.0+2.0+0.7=11.7。下游闸墩上搁置公路桥，桥面高程为12.5。闸墩上设检修门槽和工作门槽，检修门槽在上游，槽深为0.2，宽0.2，工作槽槽深为0.3，宽0.5。具体位置见图。闸墩上下游均为半圆形，其半径为0.5。5.1.3胸墙为了保证启吊闸门的钢丝绳不浸在水中，胸墙设在工作闸门的上游侧。胸墙顶与闸墩上游部分顶部同高取11.5m。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+（7.8-0.5）+0.3=8.1，取胸墙底部高程为8.1m。则胸墙高度为11.5-8.1=3.4。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0.3×0.5，下梁尺寸为0.4×0.8，板厚20。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。图5-1闸门采用平面滚轮钢闸门，为滑动式，门顶高程应高出胸墙底部高程0.2，即其高程为8.3，门高8.3-0.5=7.8，门宽6.5+20.2=6.9（工作闸门宽6.5+20.3=7.1）。根据经验公式G=0.073K1K2K3A0.93HS0.79,初估闸门自重。图5-1A=7.86.9=53.82m2；HS=10.7-0.5=10.2；对于工作闸门，=1.0，H/B=7.8/7.1=1.1,1＜H/B＜2，=1.0；=10.2＜60m，=1.0。初估门重=0.0731.01.01.0=18.62t=182.4KN，取闸门自重G=200KN初拟启门力（0.1～0.2）+1.2，闭门力（0.1—0.2）-0.9。其中为闸门自重，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面的水压力，作用在每米宽门下游面的水压力和门上总的水压力为：×9.8×(2.6+10.2)×7.6=476.7kN;×6.5×6.5×9.8=207.0kN，1753.1kN初估启门力：0.10×1753.1+1.2×200=415.3kN初估闭门力：0.10×1753.1-0.9×200=-4.69kN<0，表示闸门能靠自重关闭，不需加压重块帮助关闭。根据计算所需的启门力415.3kN，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-2×25。其机架外轮廓宽1962。（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，且两侧应留有足够的操作宽度。启闭机宽度+2×操作宽度+2×栏杆柱宽+2×栏杆外富裕宽度＝1.962+2×0.8+2×0.15+2×0.05=3.962。故取工作桥净宽4.0。工作桥为板梁式结构，预制装配。两根主梁高0.8，宽0.35，中间活动铺板厚6。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1.5。在启闭机机脚处螺栓处设两根横梁。其宽30，高50。工作桥设在实体排架上，排架的厚度即闸墩门槽处的颈厚为40cm，排架顺水方向的宽度为2.5m。排架的高程为：胸墙壁底缘高程+门高+富裕高度=8.1+7.8+0.6=16.5。图5-2工作桥结构图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。其结构构造及尺寸见设计基本资料。5.2闸室稳定计算取中间的一个独立的闸室单元分析，闸室结构布置见下图5-3。图5-3闸室结构布置图5.2.1荷载计算（1）完建期的荷载。完建期的荷载主要包括闸地板重力、闸墩重力、闸门重力、胸墙重力、工作桥及启闭机设备重力、公路桥重力和检修便桥重力、取混凝土、钢筋混凝土的容重为25。1）底板重力：16×1.0×15×25+0.5×（1+1.5）×0.5×15×25×2=5175.0KN2）闸墩重力：每个中墩重（0.5×3.14×0.52×11×25）+（0.5×3.14×0.52×8.5×25）+（4.25×1.0×11×25-0.2×0.2×2×11×25）+（2.5×1.0×11×25-2×0.3×0.5×11×25）+（2.5×0.4×5×25）+（8.25×1.0×8.5×25）+（3×0.7×0.7×2×25）+（4.7×0.7×0.7×25）=3952.4KN每个闸室单元有两个中墩，则2×3952.4=7904.8KN3）闸门重力为：200×2=400KN4）胸墙重力为：0.3×0.5×13×25＋0.4×0.8×13×25＋0.2×（3.4-0.4-0.3）×13×25=328.3KN5）工作桥及启闭机设备重力:工作桥重力：2×0.92×0.35×15×25+0.5×(0.08+0.12)×0.9×15×2×25+0.15×0.12×15×2×25+0.06×1.3×15×25=351.8KN考虑到栏杆及横梁重力等，取:410KN启闭机机身重40.7KN，考虑到机架混凝土及电机重，每台启闭机重48.0KN，启闭机重力2×48.0KN=96.0KN410+96.0=506KN6）公路桥重力:公路桥每米重约80KN,考虑到栏杆重,则公路桥重为:80×15+50=1250KN7）检修便桥重力：0.25×0.4×13.0×25×2+0.06×1.5×13×25=94.3KN考虑到栏杆及横梁重力等，取:155.0KN完建情况下作用荷载和力矩计算见下表5-1：（对底板上游下端B点求矩）表5-1完建情况下作用荷载和力矩计算各个部位重力力臂力矩正负底板5175.08.0041400.0闸墩①216.00.2962.6②2293.62.636032.2③1460.06.008760.0④3768.411.3842884.4⑤166.815.712620.4闸门400.05.842336.0工作桥4106.002460.0启闭机96.06.00576.0公路桥1250.012.4515562..5检修便桥155.01.60248.0胸墙328.34.891605.39合计15719.1108985.0（2）设计洪水情况下的荷载。在设计洪水情况下,闸室的荷载除此之外,还有闸室内水的重力、水压力、扬压力等。1）闸室内水的重力:4.79×9.8×13×9.8+7.6×0.8×13×9.8=5980.4+774.6=6755.06.5×9.91×13×9.8=8206.52）浪压力:首先计算波浪要素。由设计资料知：计算，h=0.8m，上游=9.8m，则上游波浪线壅高为：波浪破碎的临界水深：可见，上游平均水深大于,且大于，故为深水波。因此0.5×4×（0.25+0.8）×15×9.8=308.7KN（→）3）扬压力：b浮托力：7.5×9.8×16×15+2×0.5×(1.0+1.5)×0.5×9.8×15=14259.0KN(↑)渗透压力：0.28×9.8×16×15+0.5×（1.57-0.28）×16×9.8×15=2175.6KN(↑)4）静水压力：0.5×10×9.8×10×15=7350.0KN（→）0.5×（10×9.8+8×9.8+1.57×9.8）×1.3×15=1870.0KN（→）0.5×7.5×73.5×15=4134.4KN（←）0.5×（73.5+81.1）×0.5×15=579.8KN（←）设计洪水情况下荷载见下图5-4：图5-4设计洪水位时荷载图设计洪水情况下作用荷载和力矩计算见下表5-2：（对底板上游端B点求矩）表5-2设计洪水情况下作用荷载和力矩计算荷载竖向力水平力力臂力矩备注正负闸室结构重力15719.18.00125752.8上游水压力308.78.982772.1左为正右为负7350.03.8728444.51870.00.651215.5下游水压力4134.43.0012403.2579.80.25145.0浮托力14259.08.00114072渗透压力658.68.005268.8上为正下为负1517.05.338085.6水重力5980.42.4014353.0774.65.194020.28206.511.0590681.8合计30680.616434.69528.74714.2139974.6267239.9142464814.5127265.3（3）校核洪水情况下的荷载。在校核洪水情况下,闸室的荷载除此之外,还有闸室内水的重力、水压力、扬压力等。1）闸室内水的重力:4.79×9.8×13×10.2×10×9.8+7.6×0.8×13×9.8=6224.5+774.6=6999.1KN6.5×9.91×13×9.8=8206.5KN2）浪压力:首先计算波浪要素。由设计资料知：该地区风速资料不全，在进行浪压力设计时，建议取计算，h=0.5m，上游=10.2m，则上游波浪线壅高为波浪破碎的临界水深：可见，上游平均水深大于,且大于，故为深水波。因此0.5×2.5×（0.16+0.5）×15×9.8=121.3KN（→）3）扬压力：浮托力：7.5×9.8×16×15+2×0.5×(1.0+1.5)×0.5×9.8×15=17823.8KN(↑)渗透压力：0.30×9.8×16×15+0.5×（1.74-0.30）×16×9.8×15=2399.0KN(↑)4）静水压力：0.5×10.4×9.8×10.4×15=7949.8KN（→）0.5×（10.4×9.8+8×9.8+1.74×9.8）×1.3×15=1924.4KN（→）0.5×7.5×73.5×15=4134.4KN（←）0.5×（73.5+81.3）×0.5×15=580.5KN（←）校核洪水情况下荷载见下图5-5：图5-5校核洪水位时荷载图校核洪水情况下作用荷载和力矩计算见下表5-3：（对底板上游端B点求矩）表5-3校核洪水情况下作用荷载和力矩计算荷载竖向力水平力力臂力矩备注正负闸室结构重力15719.18.00125752.8上游水压力121.310.781307.6左为正右为负7949.84.4435297.11924.40.661270.1下游水压力4134.43.0012403.2580.50.25145.1浮托力17823.88.00142590.4渗透压力705.68.005644.8上为正下为负1693.45.339025.8水重力6224.52.4014938.8774.65.194020.28206.511.0590681.8合计30924.720222.89995.54714.9169809.3273266.410701.95280.6103459.15.2.2稳定计算(1）完建期。闸室基底压力计算闸室基底应力的最大值或最小值()；作用在闸室上的全部竖向荷载(包括闸室基础底面上的扬压力在内)()；作用在闸室上的全部竖向和水平向荷载对于基础底面垂直水流方向的形心轴的力矩()；闸室基底面的面积()；--闸室底板的长度().由完建情况下作用荷载和力矩计算表可知，15719.1，108985.0，另外，16，16×15=240，则-（偏上游）地基承载力验算。由上可知持力层为坚硬粉质粘土，标准贯入击数15～21击，查《水工建筑物（第五版）》图6-29得地基允许承载力350。因为基础的宽度远大于3，故地基允许承载力应修正。其中：8；1.5；为安全起见，取0.2,1.0；(浮重度)350+0.2×10.09×（8-3）+1.0×10.09（1.5-1.5）=360.1,地基承载力满足要求。不均匀系数计算。故基底压力不均匀系数满足要求。(2)设计洪水情况。闸室地基压力计算。由设计洪水情况下作用荷载和力矩计算表可知：14246，127265.3，则-（偏下游）地基承载力验算。由上可知，地基承载力满足要求。不均匀系数计算故基底压力不均匀系数满足要求。闸室抗滑稳定分析：临界压应力其中1.75；kN/m3；16,；60。故闸室不会发生深层滑动，仅需作表层抗滑稳定分析。其中：=0.9=17.1；。由于本闸齿墙较浅，可取故闸室抗滑稳定性满足要求。（3)校核洪水情况。闸室基底压力计算。由校核洪水情况下作用荷载和力矩计算表可知：10701.9，103459.1，则-（偏下游）地基承载力验算。由上可知，地基承载力满足要求。不均匀系数计算。基底压力不均匀系数不满足要求。但根据SD-133-84附录5的规定，对于地基良好，结构简单的中型水闸，在校核洪水位情况下，可以采用4.35。故基底压力不均匀系数满足要求。闸室抗滑稳定分析：显然，不必验算深层抗滑稳定性，只需验证表层抗滑稳定性，即临界压应力故闸室抗滑稳定性满足要求。六闸室结构设计6.1闸墩的设计闸墩顺水流方向的长度取与底板相同，为16。闸墩为钢筋混凝土结构，中墩厚均为1.0。边墩与岸墙合二为一，采用重力式结构。初拟定闸墩上游部分顶部高程为11.5，下游部分顶部高程为9.0，其上设3根0.7×0.7，高2.0的柱子，柱顶设0.7×0.7，长4.7的小横梁，梁顶高程即为9.0+2.0+0.7=11.7。闸墩上设检修门槽和工作门槽，检修门槽在上游，槽深为0.2，宽0.2，工作槽槽深为0.3，宽0.5。具体位置见图。闸墩上下游均为半圆形，其半径为0.5。6.2闸底板结构计算采用弹性地基梁法对底板进行结构计算。选定计算情况：完建期竖向力最大，故地基反力亦较大，底板内力较大，是底板强度的控制情况之一。由前述的计算知，在运用期，由于水的作用，不仅增加了闸室内的水重，而且产生了扬压力，地基反力的分布也与完建期有了很大的变化。显然，运用期上游水位高，下游水位低的情况也是底板结构计算的控制情况。故运用期选校核洪水位情况（此时上游水位最高）进行计算。6.2.1闸基地基反力计算（1）完建期。完建期内无水平荷载，故相应的地基应力就等于地基反力，可以直接运用，即（上游端）（下游端）校核洪水情况。此时有水平力作用，需要重新计算地基反力，见下表。校核洪水时荷载、力矩计算表6-1（对底板底面上游A点求矩）表5-3校核洪水情况下作用荷载和力矩计算荷载竖向力水平力力臂力矩备注正负闸室结构重力15719.18.00125752.8上游水压力121.310.781307.6左为正右为负7949.84.4435297.11924.40.661270.1下游水压力4134.43.0012403.2580.50.25145.1浮托力17823.88.00142590.4渗透压力705.68.005644.8上为正下为负1693.45.339025.8水重力6224.52.4014938.8774.65.194020.28206.511.0590681.830924.720222.89995.54714.9169809.3273266.410701.95280.6103459.1由校核洪水情况下作用荷载和力矩计算表可知：10701.9，103459.1，则-（偏下游）6.2.2不平衡剪力及剪力分配以胸墙与闸门之间的连线为界，将闸室分为上、下游段，各自承受其分段内的上部结构重力和其他荷载。（1）不平衡剪力计算。对完建期、校核洪水情况分别进行计算。不平衡剪力值见下表6-2。表6-2不平衡剪力计算表荷载完建情况校核洪水情况上游段下游段合计上游段下游段合计结构重力闸墩3029.384875.427904.83029.384875.427904.8底板1899.383275.635175.01899.383275.635175.0胸墙170.0170.0170.0170.0公路桥1250.01250.01010.01010.0工作桥165.0165.0410165.0165.0330.0检修便桥125.0155.0125.0125.0闸门400.0400.0400.0400.0启闭机48.048.096.048.048.096.05436.810014.115560.85436.7610014.0515560.8水重力6999.18206.515205.6扬压力-7349.3-12873.5-20222.8地基反力-5487.1-10064.4-15560.8-2737.3-8392.7-10544.2不平衡力50.350.30.02349.32349.90.6不平衡剪力50.350.30.02349.62349.60.0（2）不平衡剪力的分配。截面的形心轴至底板底面的距离如下图6-1所示。图6-1不平衡剪力分配计算图则=（1-0.04）=0.96每个闸墩分配的不平衡剪力为=0.486.2.3板条上荷载计算（1）完建期。1）上游段：均布荷载闸墩处的集中荷载