大环水闸计算书(学习版)模板

大环水闸计算书（学习版）

1基本设计资料

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,o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,。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，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1孔净宽4m的

开敞式水闸，，，交通桥宽7m。

根据《海堤工程设计规范》（SL438-）以及《水闸设计规范》（SD265-）,

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m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。

大坏以挡潮为王，

兼负引水灌溉功

水闸的防洪（挡潮）标准为30年）。^文计算,；校核防洪（挡

潮）。

水闸排涝标准按一遇24小时翥雨所产生的径流量，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25nl3/s。

（P=%）；

（历史最高潮水位）;

大环水闸为钢筋砂整体式结构，共1孔，净宽4m。，，，。闸顶设交通桥,

宽7m,设计荷载等级按公路-II级折减设计。

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

它挡墙等次要部位，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。

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》(GB500U-)及《中国地震动峰值加速度

区划图》(GB18306-),该地区抗震设防烈度为7度，，。

2闸顶高程计算

根据《水闸设计规范》，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用全超剧之和；位于防洪（挡潮）堤上的水闸，

其闸顶高程不得低于防洪（挡潮）堤堤顶高枭、蔓大环水闸闸顶高程计算确

定如厂-乂、、、

・i根据挡水和泄水i

!Tn?a」二rai匡vn玲1

大环水闸挡潮工况下，（珠基，下同），。

V二水闸规：；浪压力

闸顶高程按《水闸设计规范》（SL265-）中有关参与基本组合时，

公式如下：----------------------

Z=%）+%+h+A《水闸设计规范》

2

帆27rH

h.=——cth------

4%

式中：Z一闸顶高程(m)；

ho一计算潮水位（m）；

A一安全超高（m）,取A=；

乩一平均波高（m）；

水文提供基本数据:

计算风速（注意扩大

系数）、风区长度、

Vo—计算风速(m/s)；

D—风区长度(m)；本工程取500mo

上一风区内的平均水深(m)；

工一平均波周期(s)；

L一平均波长(m)；

H一闸前水深(m)；

hp一相应于波列累积频率5%的波高(m)；

A一波浪中心线超出计算水位的高度(m)o

根据上述，采用Excel表计算，o

水闸闸顶高程计算

1、计算平均波高及儿/乩

222

h.h/凡ghB/v0gD/vogH„/v0VoH0D

0.3230.0410.0046.2560.09728.007.78500.0

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(%)h/上hp/ha

0.61935.0000.0411.918

3、计算设计波浪平均周期T.值

205

gVv0=13.9(ghyv0)-

T.Voha

2.52028.0000.323

4、计算平均波长L(试算)

L=(gT；/2n)*th(2*nH/L.)

L.T„H(闸前水深)冗A^IO-3

9.8722.5204.7803.1420.0008

5、计算波浪破碎的临界水深

=

Hk(L/4n)*ln[(L+2nhp)/(L.-2nhp)]

JI

LLhP

0.6549.8720.6193.142

6、计算hz

a.判别闸前水深H与临界水深仄及与(L./2)关系

H关系HkH关系L/2

4.78020.6544.780<4.936

b.计算波浪中心线超出计算水位的高度

2

hz=(nhp/L.)*cth(2nH/L)

冗

hzhPLH

0.1223.1420.6199.8724.780

6、闸顶高程计算

Z=ho+hp+hz+A

ZhohPhzA

3.8212.7800.6190.1220.300

根据《水闸设计规范》，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。。

3水力计算

本项目可用理正软件计算,

根据《水闸设计规范》（SL265-）,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-）:

,/h

Q=&mB。而£2;5=2.31奈1—占

"oI〃o7

式中：。一水闸泄流量（m^/s）；5—淹没系数；

£一侧收缩系数，按水力学的弗朗西斯公式计算确定；

m—流量系数，；

B。一水闸过流净宽（01）;

久一堰顶算起的下游水深（m）；

乩一计入行近流速水头的堰上水深（m）,近似采用堰上水头

H(>xH。

（2）对于平底闸，当堰流处于高淹没度时（儿/"020.9）,水闸的泄流

能力计算根据《水闸设计规范》（SL265-）:

,,、（人丫

0=4。〃*。/2g（“°一而;〃。=0.877+寸-065

式中：。一水闸的泄流流量（m'/s）；

〃。一淹没堰流的综合流量系数；

织一水闸过流净宽（m）；

g—重力加速度,;

〃、一由堰顶算起的下游水深（m）；

“。一计入行近流速水头的堰上水深(m),近似采用堰上水头

H°aH。

(3)当过闸泄流过程为孔口出流时，采用如下公式进行计算:

Q=cr刈稣艰8％;〃=(p£

0.4

2

16—

2.718he

式中：/ze—孔口高度(m)；

。一孔流流速系数,；

〃一孔流流量系数，按《水闸设计规范》;

£一孔流垂直收缩系数；

几一计算系数；

「一胸墙底圆弧半径(m)；

。一孔流淹没系数，按《水闸设计规范》。

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，，推求各水

闸相应的总净宽。

根据上述，一水力学计算软件计算，其计算成果如下:

^^Si^T4^

计算项目：大环闸孔总净宽计算

^^^1^Fj»^Tj>^Fj»^Tj»^^^1^lj«a^Lji

#*T^•^Ts

^T%^TH^TW<^%^TWi^piB^TM^T%

［水闸型式简图］

0下总水位

O

工

理的商卷

77777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777

［计算条件］

［基本参数］

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0.650

准he/H

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3.500

he(m)

设计闸孔数1

设计流量Q(m3/s)25.000

判断高淹没度的标0.900

准hs/HO

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=>O所以属于堰流。

根据《水闸设计规范》SL265-附录A计算。

2、判断是否高淹没度出流。

因为实际淹没度：<,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：。=o

4、流量系数。

根据《水闸设计规范》取流量系数为：。

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)

经过试算，满足设计流量的闸孔总净宽为：(m)o

根据上述计算结果，，实取水闸总净宽为4m、单孔。

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，不进行过流，当需要引水时，内外水位一般较低，过闸流

量较小，而排涝时内水位较高，流量较大，故本次消能防冲计算选择排涝工

程进行复核,，，。

1、工况选取，合理制定内外水位

(1)判断是否需要建消/

单宽流量：q=Q/B=2574^6.25/w3/(5'm)

2

行近流速水头：上=0.25加;

2g

内河总水头：综=2.00+0.80+0.25=3.05机

临界水深：％=/昭=『,言=1.586/找

由十—5查“矩形断面明渠收缩断面水深及水跃共掘水深求

解图”得%=0.65,则〃=0.65x1.586=1.031mo

%

\0.25

(今J,其中也=滞则

1.031r~6.252

-------Jl+8---------------=2.08/z?

2V9.8x1.031

已知下游水深入,=20+0.5=2.5加，即修＜九，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500X600X6000mm(高X宽X

长)，每个消力墩之间间距1m。水闸进出口设5m长,，防止水流冲刷掏空闸

底。

4渗流稳定计算

防渗设计按外江设计防洪（潮）水位与堤内最低内水位（按降低堤内田

面高程确定）情况组合为最不利工况进行计算，按规范推荐的改进阻力系数

法进行计算，计算公式如下：

①地基有效深度：当品/SoN5时，q=0.5。

式中：乙一地基的有效深度，m；

人一地下轮廓的水平投影长度，m；

品一地下轮廓的垂直投影长度，m；

3

②进、出口段：&=1.5目2+0.441

式中：菰一进出口段的阻力系数；

S一齿墙的入土深度，m；

了一地基的透水层深度，m；

③内部垂直段:%=|lncrg1

式中"，一内部垂直段的阻力系数；

④水平段:—二号+邑）

式中：短一水平段的阻力系数；

Lx—水平段长度，m；

S?一进出口段板桩或齿墙的入土深度，m；

⑤各分段水头损失值：几=多中

心

/=1

式中:hi—各分段水头损失值，m；

券一各分段的阻力系数;

”一总分段数。

⑥进、出口段修正后的水头损失值公式

.=夕%

%=£%

/=1

夕=1.21-r---------------\---------------

W+2存+0.059

M=(l-夕)%

式中：幻一进、出口段修正后的水头损失，

%一进出口段水头损失值，m；

夕一阻力修正系数，当计算的夕NLO时，采用夕=1.0;

5，一底板埋深与板桩入土深度之和，m；

厂一板桩另一侧地基透水层深度，m；

M一修正后水头损失的减小值，m0

⑦进、出口齿墙不规则部位水头损失修正公式

当〃<<△〃，且hx+hy<△〃时，hy=2hy,hcd=%+M-(4+hy)

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，，计算简

本工程水闸闸基渗流稳定计算按水闸内外水位差最大情况进行计算，即

按外江设计防洪（潮）水位与堤内最低内水位（按降低堤内田面高程确定）

情况组合为最不利工况进行计算。

水位组合:，。

本次水闸闸基渗流稳定计算采用EXCEL表格计算,o

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,内河最低内水位-0.70m）

改进阻力系数法

一、/再定地基计算深度

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、女限计手£阻力系数

设计外水位2.59

设计内水位-0.7

水头差h3.29

总段数11

计算2、式

3

进/出口段，=1.5（沪

g0.441

=0喏（1峭-

内部41直段以

匕4-0叫+即

AT

水平段

i

段数渗流段名称阻力系数&i水头损失h.修正后渗透水头h.LSSiS2T坡降

11进口段0.46670.69390.42931.522.550.286

23水平段0.02380.03530.07060.50021.050.141

32内部垂直段0.04540.06750.1350122.050.135

43水平段0.12240.18200.34385.51322.050.063

52内部垂直段0.13710.20380.2038322.050.068

63水平段0.62200.92480.924811.850019.050.078

72内部垂直段0.13710.20380.2038322.050.068

83水平段0.12240.18200.34385.53122.050.063

92内部垂直段0.04540.06750.1350122.050.135

103水平段0.02380.03530.07060.50021.050.141

11-1出口段0.46670.69390.42931.522.550.286

L2.2129计算正确计算正确

三、进出口才《头损失值及渗透压力局部修正

进口段出口段

ho'=B'ho=0.42930.4293

,

Ah=h0-h0=0.26460.2646

s'=1.51.5

T=22.5522.55

T'=22.0522.05

B'=0.61870.6187

h'x二0.07060.0706

h'产0.13500.1350

h'cF0.34380.3438

四、HB口段渗透坡降（出逸坡除

出口段J=ho'/S'=0.286

水平段

J=h0/s=0.141

五、省昼透压力

节点上下节点水头差节点水头经过修正间距长度

03.29003290.0023850XY（X、Y）

10.42932.86072860.00430.00023850329023850,3290

20.07062.79002790.0070.0050023850286023850,2860

30.13502.65512655.00135.00023350279023350,2790

40.34382.31122311.00344.00550023350265523350,2655

50.20382.10742107.00204.00017850231117850,2311

60.92481.18261182.00925.001185017850210717850,2107

70.20380.9788978.00204.00060001182.006000,1182

80.34380.6349634.00344.0055006000978.006000,978

90.13500.5000499.00135.000500634500,634

100.07060.4293429.0070.00500500499500,499

110.429300.00429.00004290,429

计算正确计算正确计算正确000,0

根据地质勘察报告，，，由上述计算可知，V,V,满足渗透稳定要求。

5水闸应力稳定计算

根据《水闸设计规范》(SL265-)规定，计算闸室稳定和应力时的荷

载组合分基本组合和特殊组合。

闸室稳定计算工况及荷载表

荷载组合

静

扬浪

闸外闸内风地

水

自

压压

计算工况水位水位压震

重

压

力力

(m)(m)力荷

力

载

完建期无水无水V

基本

设计挡

组合2.59-0.20VVVVV

潮期

特

殊正常蓄

组

合-0.2

水+7度-0.36VVVVVV

II0

地震

完建情况闸外水位及闸内水位相同，取与闸室底板齐平,。

正常蓄水位遭遇7度地震情况,，。

水闸计算简图

包括水闸沿基础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。

根据《水闸设计规范》（SL265-）,计算公式如下：

YG

K=—

式中：K,一沿闸室基底面的抗滑稳定安全系数；

£G一作用在闸室上的全部竖向荷载（kN）；

X”一作用在闸室上的全部水平荷载（kN）；

—一闸室基底面与地基之间的摩擦系数，根据地质勘察成果，淤

*

9

在各种荷载组合工况下，水闸基础底面抗滑稳定安全系数允许值应满足

KC＞［K］,对于3级建筑物，抗滑稳定安全系数允许值［K］如下：

基本组合：［K/＞1.25

特殊组合：［K,］＞1.05

根据《水闸设计规范》（SL265-）,当结构布置及受力情况对称时，计

算公式如下：|材料力学W：弯曲截面系数

—心，，通常当做矩形计算,

I）max--------------------------------------------------------

圭±皿

min4-W

式中：4a*—闸室基底应力的最大值或最小值(kPa)；

min

ZG一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，kN)；

一作用在闸室上的全部竖向和水平荷载对于基础底面水流方

向的形心轴的力矩(kN•m)；

A一闸室基底面的面积(d)；

W一闸室基底面对于该底面垂直水流方向的形心轴的截面矩(m)

平均基底应力：A=g(qax+qin)

基底应力不均匀系数：〃=2

Snin

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

足下列要求：

在各种工况计算下：P〈(Pj;Pmax<1.2fe)

基本组合：〃41.50

特殊组合：”2.00

其中地震惯性力代表值根据《水工建筑物抗震设计规范》规定，采用拟

静力法进行计算。

根据《水工建筑物抗震设计规范》(SL203-97):一般情况下，水工建筑

物可只考虑水平向地震作用；：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。

(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:

祜岫垢左前毋

Fi=a^G^aJg

式中匕一作用在质点i的水平向地震惯性力代表值；

4一地震作用的效应折减系数，除另有规定外,；

G.)一集中在质点i的重力作用标准值；

见一质点i的动态分布系数，应按《水工建筑抗震设计规范》

(SL203-97)各类水工建筑物章节中的有关条文规定采用；

g一重力加速度。

(2),其代表值F。按下式计算：

综=0.65%纨明；\\

式中：P”，一水体质量密度标准值；注

一水深。

本次闸室应力稳定计算采用Excel表格计算,

表5.3-1基本组合:设计挡潮期风浪压力计算

1、计算平均波高及4/乩

hn/H.gh/v2gD/vo2gH,/vo2

hmB0VoHnD

0.3220.0420.0046.2560.09528.007.59500.0

2、计算设计波浪波列累计才页率波高

hP水闸级别波列累计频率P（%）h/H"hp/hm

0.61735.0000.0421.915

3、计算设计波浪平均周期L值

gTa/Vo

205

13.9(ghn/v0)-

LVohm

2.52028.0000.322

4、计算平均波长L（试算）

L尸(gT.72n)*th(2*jiH/L.)

LLH（闸前水深）n△WKT，

9.8572.5204.5903.1420.0019

5、计算波浪破碎的临界水深

=

Hk(L/4n)*ln[(L+2nhp)/(L.-2Jihp)]

hpn

HkL

0.6529.8570.6173.142

6、计算波浪压力

a.判别闸前水深H与临界水深屏及与（L/2）关系

L/2

H关系HkH关系

4.5900.6524.590<4.929

b.计算波浪中心线超出计算水位的高度

hz=(nhpVL)*cth(2nH/L.)

JI

h2hPLmH

0.1223.1420.6179.8574.590

c.选择计算公式

根据以上判断结果

公式二

可判断采取公式

公式二Pi=(l/2)*[(hp+hz)(r*H+ps)+H*ps]

公式

RhhzH

二：YPPs

18.3729.8109.8570.6170.1224.590.648

7、计算波浪压力作用点（离水闸底板距离H',适合于公式二）

H，

hPhzL/2PHY

3.0280.6170.1224.92918.3724.5909.810

特殊组合II:正常蓄水遭遇7度地震风浪压力计算

一

序荷载重（kN）力臂（m）力矩（kN•m）

号部位备注

垂直力水平力正负

7584.6

1结构自重0.191434.81

3

水重（外江侧）707.177.004950.18

1188.9

水重（内河侧）-5.33-6337.03

4

-1826.

浮托力0.00

96

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（内河侧）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

地震力267.00904.02向外江

侧

7558.3

合计315.007568.93-6745.65

7

水闸底板截面抵抗矩底板面积

474.02141.8

W（m3）A（m2）

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

1.067

n

水平合力F315.00

竖直合力G7558.3

基底摩擦系数f0.15

滑动稳定安全系数L3.599

启闭机室风压力计算

序号项目单位计算结果备注

1计算点高度m11.80现对于海平面高度

2启闭机室高度h1m3.50

3启闭机室宽度Bm5.80

4风振系数1.00

5地面粗糙度A类

6风压高度变化系数U,1.48

7风荷载体型系数Us1.30

8当地基本风压3。kN/m20.55取50年一遇基本风压

9启闭机室风荷载标准值3k=Bz共z口s3。kN/m21.06

10荷载分项系数1.30

11启闭机室风荷载设计值F产3由出kN27.89

表5.3-4基本组合:完建期（内水位:无水，外水位:无水）

一

序荷载重（kN）力臂（m）力矩（kN•m）

号部位备注

垂直力水平力正负

1水闸底板1772.500.00

2沉箱1311.000.000.00

3齿墙250.000.00

4消力齿27.000.00

5水闸闸墩3052.500.00

6刺墙277.25-2.18-603.02

7水闸顶板161.880.00

8胸墙45.002.1395.63

9启闭机室644.702.831821.29常

10启闭机14.002.8339.55

11闸门28.802.8381.36

合计7584.630.002037.82-603.02

水闸底板截面抵抗底板面

474.02141.8

矩W(n?)积A(n?)

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

1.120

数n

基本组合:设计挡潮期(,)

荷载重力臂

力矩(kN・m)

备

序(kN)(m)

水

注

号部位

垂直平

正负

力力

75841434

1结构自重0.19

.63.81