水闸设计计算

1、一、初步设计 兴化闸为无坝引水进水闸，该枢纽主要由引水渠、防沙设施和进水闸组成，本次设计主要 任务是确定兴化闸的型式、尺寸及枢纽布置方案；并进行水力计算、防渗排水设计、闸室布置 与稳定计算、闸室底板结构设计等，绘出枢纽平面布置图及上下游立视图。 二、设计基本资料 1. 概述概述 兴化闸建在兴化镇以北的兴化渠上，闸址地理位置见图。该闸的主要作用有： 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。 灌溉：灌溉期引兴化河水北调，以灌溉兴化渠两岸的农田。 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 至大成港 9.0

2、渠 化 11.0 兴 闸管所 兴化闸 兴 化 河 兴 化 镇 闸址位置示意图（单位：m） 2. 规划数据规划数据 兴化渠为人工渠道，其剖面尺寸如图所示。渠底高程为 0.5m，底宽 50.0m，两岸边坡均为 1:2。该闸的主要设计组合有以下几方面： 11.8 0.5 50.0 兴化渠剖面示意图（单位：m） 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，此时闸上 游水位为 7.83m，闸下游水位为 7.78m；在冬季枯水季节由兴化闸自流引水送至下游大成港冲 淤保港，引水流量为 100m3/s，此时相应的闸上游水位为 7.44m，下游为 7

3、.38m。 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 7.0m。 （2）校核情况：上游水位 10.7m，浪高 0.5m，下游水位 7. .0m。 2.3 消能防冲设计水位组合 （1）消能防冲的不利水位组合：引水流量为 300m3/s，相应的上游水位 10.7m，下游水位 为 7.78m。 （2）下游水位流量关系 下游水位流量关系见表 3. 地质资料地质资料 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 层序高程（m）土质情况标准贯入击数（击） 11.752.40重粉质壤土913 2.400.7散粉质壤土 8 0.7-16.7

4、坚硬粉质粘土 （局部含铁锰结核） 1521 Q（m3/s）0.050.0100.0150.0200.0250.0300.0 H下（m）7.07.207.387.547.667.747.78 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=190，凝聚力 C=60.0Kpa；天然孔隙比 e=0.69，天然容重 =20.3KN/m3，比重 G=2.74，变形模量= 0 E KPa；建闸所用回填土为砂壤土，其内摩擦角=260，凝聚力 C=0，天然容重 4 104 =18KN/m3；混凝土的弹性模量 Eh=KPa。 7 10.32 4. 闸的设计标准闸的设计标准 根据

5、水闸设计规范SL265-2001，兴化闸按级建筑物设计。 5. 其它有关资料其它有关资料 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，每米桥长约重 80KN。 10.0 15.0 450.0 15.0 10.0 110.0 2 2 10.0 15.0 55.0 70.0 45.0 137.50 45.0 137.50 45.0 70.0 550.0 交通桥剖面图 （单位：cm） 5.2 该地区“三材”供应充足。闸门采用平面钢闸门，尺寸自定，由于厂设计加工制造。 5.3 该地

6、区地震烈度设计为 6 度，故可不考虑地震影响。 5.4 该地区风速资料不全，在进行浪压力设计时，建议取计算。 ll h10L 三、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。 1. 防沙设施防沙设施 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 0.8m，底部高程 0.5m，顶高程 1.3m，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. 引水渠的布置引水渠的布置 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

7、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 3-1。 3. 进水闸布置进水闸布置 进水闸（兴化闸）为带胸墙的开敞式水闸。共 5 孔，每孔净宽 5m。胸墙底部高程为 8.1m，闸顶高程为 11.8m，闸门顶高程为 8.3m。 3.1 闸室段布置 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 0.5m，厚 1.2m， 其顺水流方向长 16m。 闸墩为钢筋混凝土结构，顺水流方向长和底板相等，中墩厚 1.1m，边墩与岸墙结合布置， 为重力式边墙，既挡水，又挡土，墙

8、后填土高程为 11.8m。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 1.7m，工作门槽距闸墩上游边缘 5.49m，胸墙与检修门槽之间净距为 2.79m。 闸门采用平面滚轮钢闸门，尺寸为 6.7m7.8m。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 2.3m，厚 0.5m,底面高程 11.8m，顶面高 程 16.5m，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 5.5m。公路桥支承在排架上，排架底部高 程 8.5m。 3.2 上游连接段布置 铺盖为钢筋混凝土结构，其顺水流方向长 20m,厚 0.4m。铺盖上游为块

9、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 6.6m。墙顶高程为 11.0m，其上设 0.8m 高的混凝土挡浪板。墙后填土高程为 10.8m。翼墙底板为 0.6m 厚的钢筋混凝土板，前趾长 1.2m，后趾长 0.2m。翼墙上游与铺盖头 部齐平。 翼墙上游为干砌块石护坡，每隔 12m 设一道浆砌石格埂。块石底部设 15cm 的砂垫层。护 坡一直延伸到兴化渠的入口处。 3.3 下游连接段布置 闸室下游采用挖深式消力池。其长为 21.5m,深为 0.5m。消力池的底板为钢筋混凝土结构， 其厚度为 0.7m。消力池与闸

10、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 按过滤的要求铺盖铺设厚 0.3m 的砂、碎石垫层，既起反滤、过渡作用，又起排水作用。 海漫长 24m，水平设置。前 8m 为浆砌块石，后 16m 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 1.0m，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，其扩散角为 10， 圆弧半径为 4.8m。墙顶高程为 8.5m，其上设高 0.8m 的挡浪板，墙后填土高程为 8.0m。下游 翼墙底板亦厚 0.6m 钢筋

11、混凝土板，其前趾长 1.2m，后趾长 0.2m。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 9.8m 高程处。每隔 8m 设一道浆砌石格埂。护坡延伸至 与防冲槽下游端部齐平。 四、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。 1. 闸孔设计闸孔设计 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。 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。 在运行中，该闸的挡水位达 10.3m10.7m,而泄水时上游水位为 7.44m7.83m,挡水位时 上游最高水位比下游最高水位高出 2.87m，故拟设设置胸腔代替闸门挡水

12、，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。 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。 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 s

13、 h 引水流量 Q=300m /s 3 上游行近流速 V0=Q/A A=(b+mH)H=(50+27.33)7.33=473.96m2 V=300/473.96=0.633sm 3 H0=H+V0/2g=7.33+0.6332/（29.8）=7.35m 2 hS /H0=7.28/7.35=0.990.8,故属淹没出流。 查 SL265-2001 表 A01-2，淹没系数 S=0.36 由宽顶堰淹没出流公式 ： 2/3 00 g2mHBQ S 对无坎宽顶堰，取 m=0.385，假设侧收缩系数=0.96，则 )2/( 2/3 001 HgmQB S = =25.54m 2/3 5.371.892

14、6.9085.3036 . 0 300 2）引水冲淤保港 上游水深 H=7.44-0.5=6.94m 下游水深 h=7.38-0.5=6.88m 引水流量 Q=100sm 3 上游行近流速 V0=Q/A A=(b+mH)H=(50+26.94)6.94=443.3sm 3 =Q/A=100/443.3=0.23m/s0.8, 故属淹没出流。 查 SL265-2001 表 A01-2，得淹没系数 s=0.36 同样取 m=0.385，并假定，则得 6.90 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宜采用较大值 25.54m。 拟将

15、闸孔分为 5 孔，取每孔净宽为 5m,则闸孔实际总净宽为 B0=55=25.0m。 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 1.1m，墩头、墩尾均采用半圆形，半径为 0.55m。 2/3 0s 02 2 Hgm Q B m . 28 . 9 4.9681926.9085.30360 100 2/3 （2）复核过闸流量 对于中孔，b0=5m bs=b0+=5+1.1=6.1m b0/bs=5/6.1=0.820 查 SL265-2001 表 A.

16、0.1-1，得971 . 0 z 对于边孔，b0=5m=41.76m b0/bs=0.12 s b 查 SL265-2001 表 A01-1，得b=0.909。则： =z（N-1）+b/N =0.959。 对于无坎平底宽底堰，m=0.385,则 2/3 00 2 HgBmQ S 2/3 35. 781 . 9 225957 . 0 385.036 . 0 sm / 5 . 294 3 100%=100% 5% Q QQ 实 300 300-.5298 1.83 实际过流能力满足引水灌溉的设计要求。同样，可以验证初拟的闸孔尺寸亦符合引水冲於 保港的要求。 因此，该闸的孔口尺寸确定为：共分 5 孔

17、，每孔净宽 5m，4 个中墩各厚 1.1m，闸孔总净 宽为 25m，闸室总宽度为 29.4m。 2. 消能防冲设计消能防冲设计 消能防冲设计包括消力池、海漫及防冲槽等三部分。 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 300往是分级开启的。sm 3 为了节省计算工作量,闸门的开度拟分三级,流量 50;待下游的水位稳定后,增大开度至sm 3 150，待下游的水位稳定后,增大开度至 300。sm 3 sm 3 当泄流量为 50时:sm 3 上游水深 H=10.7-0.5=10.2m; 下游水深可采用前一级开度(即 Q=0)时的下游水深 t=7.0-0.5=6.

18、5m; 上游行进流速=0.069m/s(),可以忽略不计。 0 V A Q .1718 50 smv/5 . 0 0 假设闸门的开度 e=0.44m. =0.043 0.65,为孔流。查水力学(河海大学出版社) H e 表 10.7，得垂直收缩系数=0.636，则： h =e=0.6360.44=0.28m c = c h 1 8 1 2 3 2 c c gh qh mhc32 . 1 1 28 . 0 81 . 9 ) 4 . 29/50(8 1 2 28 . 0 3 2 t=6.5m,故为淹没出流。 c h 由(t)/(H-)=0.58,查 SL265-2001 表 A03-2（采用插值法

19、） ，得孔流淹没系 c h c h 数=0.54，所以有 / Q=1eB0 0 2gH 1=0.600.176=0.592 H e 式中 1孔流流量系数。 因此 Q=0.540.5920.4425=49.8 2 . 108192 sm 3 该值与要求的流量 50十分的接近，才所假定的闸门开度 e=0.44 正确。此时，跃后sm 3 水深 1.32t=6.5m,故发生淹没水跃。 以同样的步骤可求得泄水量为 150、300时的闸门开度、跃后水深，并可判s/m3sm / 3 别不同泄水量时水面的连接情况，见表 4-1. 将结果列如下表： 表 4-1 水面连接计算 序号 Q （）sm 3 E (m)

20、/ m hc h (m) t (m) 水面连接情况 1 50.00.440.6360.281.326.50淹没水跃 2 150.01.300.6170.802.366.70淹没水跃 3 300.02.730.6231.703.007.04淹没水跃 （2）消力池的设计 1）消力池池深：由表 4-1 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=0.5m。 2）消力池长度：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。sm 3 略去行进流速，则： 0 v T = H

21、+d=10.2+0.5=10.7m 0 h = c 0 0 0 95 . 0 2 .102/ 22 qgq =5.88 h =0.77m c =4.88 m c h 1 8 1 2 3 2 c c gh q h 水跃长度 =6.9（-）=6.9（4.88-0.77）=28.36m j L c h c h 消力池与闸底板以 1：4 的斜坡段相连接，LS=dp=0.54=2.0m,则消力池长度 LSJ为 =2.0+0.7528.36=23.27m sj L js LL 长度校正系数（0.70.8) 取消力池长度为 23.3m 3）消力池底板厚度计算： t=k1q 式中 K 消力池底板厚度计算系数,

22、可采用（ 0.150.20） K 取 0.175 11 )/( 2 . 10)4 . 425/(300 3 msmq mH92 . 2 78 . 7 7 . 10 t=0.73m 由于消力池的池底板厚范围（0.51.2）所以取消力池的池底板厚为 0.75m,前后等厚。 在消力池底板的后半部设排水孔,孔径 10 cm,间距 2 m，呈梅花行布置,孔内填以砂，碎石。消 力池与闸底板连接处留有 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，扩散角度 10。 2.2 海漫的设计 1）海漫的长度为： L= P qKS q=300/25+4.4+tan10(23.27+1)

23、2=4.79 )/( 3 msm H=10.77.78=2.92m 为海漫长度计算系数，取为 7.0 s k s k L= P 03.2092.279.40.7 取海漫的长度为 21.0m。 2）海漫的布置和结构。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 40cm 的块石材料,前 7m 用浆砌块石,后 14m 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 40cm60cm。海漫底部铺设 15cm 厚的砂粒垫层。 2.3 防冲槽的设计 1）海漫末端河床冲刷深度为 s h v q d 0 1 . 1 海漫末端的平均宽度 =1/2(50+

24、50+227.04)=64.08m B =300/64.08=4.68q)( 3 msm 对比较紧密的黏土地基，且水深大于 3m， 可取为 1.1m/s,=7.04m,则： 0 v s h =-2.36m d 04 . 7 1 . 1 68 . 4 1 . 1 L,满足防渗要求 L 其地下轮廓布置见下图 5-1-1： 图 5-1-1 地下轮廓布置 （单位： m） 2. 渗流计算渗流计算 采用改进阻力系数法进行渗流计算。 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 5-2-1： 图 5-2-1 地下轮廓简化图 （

25、单位： m） 2.2 确定地基的有效深度 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=16+20=36m;地下轮廓的垂直投影长 0 L 度 S0=1.7-0.4=1.3m。L0/ S0=36/1.3=27.75,故地基的有效深度 Te=0.5 L0=18 m(图 5-2-1)。 2.3 渗流区域的分段和阻力系数的计算 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。 表 5-2-1 各流段阻力系数为 流段阻力系数为 段号 ST

26、10417.90446 进口段和出口 段 =1.5（）+0.441 T S 2/3 80717.40.453 20518.00028 41.3180072 51.317.20029 内部垂直段 =lnctg(1-) 2 4 T S 70.517.20029 3 S1=0.5 S2=1.3 T=18.0 L=20.0 1.041 内部水平段 = T SSL)(7 . 0 21 6 S1=0.5 S2=0.5 T=17.2 L=16.0 0.890 则 = =2.988 8 1i i 2.4 渗透压力计算： （1）设计洪水位时：H=10.3-7.0=3.3m。根据水流的连续条件，经过各流段的单宽渗

27、流 流量均应相等。 1）任一流段的水头损失 h = ,则 i H i h1 =0.49m h2 =0.03m h3 =1.15m h4 =0.08m h5 =0.03m h6 =0.99m h7 =0.03m h8 =0.50m 2）进出口段进行必要的修正：进出口修正系数为 1 =1.21- 1 )059 . 0 (2)(12 1 2 T S T T T=18m T=17.9m S=0.4m 则=0.341.0 应予修正。进口段的水头损失修正为 1 h = h =0.17m 11 1 进口段水头损失的修正量为 h=0.490.17=0.32m 修正量应转移给相邻各段 h =0.03+0.03=

28、0.06m 2 h =1.17+（0.330.03）=1.44m 3 同样对出口段修正如下 =1.21- 2 )059 . 0 (2)(12 1 2 T S T T T=17.2m T=17.3m S=0.6m 则=0.4401.0,故亦需修正。 2 出口段的水头损失修正为 h = h =0.22m 8 28 修正量 h=0.500.22=0.28m h =0.03+0.03=0.06m 7 h =0.99+(0.280.03)=1.24m 6 3）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 h 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 H1 = 3.

29、3m H2 = 3.3-h1=3.3-0.17=3.13m H3 = H2- h2m =3.13-0.06=3.07m H4 = H3- h3m =3.07-1.44=1.63m H5 = H4- h4m =1.63-0.08=1.55m H6 = H5- h5m =1.55-0.03=1.52m H7 = H6- h6m =1.52-1.24=0.28m H8 = H7- h7m =0.28-0.06=0.22m H9 = H8- h8m =0.22-0.22=0.00m 4）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，如图 5-2-2

30、: 图 5-2-2 设计洪水位是渗透压力分布图 （单位： m） 单位宽度底板所受渗透压力： P =( H6+ H7)161=14.4t=141.12KN 1 2 1 单位宽铺盖所受的渗透压力： P =( H + H)201=47.0t=460.6KN 2 2 1 34 2）同样的步骤可计算出校核情况下的渗透压力分布，即 H=4.7-1.0=3.7m H1 =3.70m H2 =3.51m H3 =3.45m H4 =1.83m H5 =1.74m H6 =1.70m H7 =0.33m H8 =0.25m H9 =0.00m 根据以上计算作出渗透压力分布图,如图 5-2-3： 图 5-2-3

31、校核洪水位是渗透压力分布图 （单位： m） 单位宽度底板所受渗透压力： P =( H6+ H7)161=(1.70+0.33)161=16.24t=159.15 1 2 1 2 1 KN 单位宽铺盖所受的渗透压力： P =( H3+ H4)201=(3.45+1.83)201=52.8t=517.44 2 2 1 2 1 KN 2.5 抗渗稳定验算 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为 J=0.086J=0.40.5 X X L h 6 16 37 . 1 X 渗流出口处的平均逸出坡降 J 为 0 J =0.417J =0.700.80 0 7 S h

32、6 . 0 26 . 0 0 闸基的防渗满足抗渗稳定的要求。 六、闸室布置与稳定计算 1. 闸室结构布置闸室结构布置 闸室结构布置主要包括底板、闸墩、闸门、工作桥和交通桥等部分结构的布置和尺寸的拟 定。 1.1 底板 底板的结构、布置、构造与上面的相同。 1.2 闸墩 顺水方向的长度取与底板相同，取 16m。闸墩为钢筋混凝土结构，中墩厚均为 1.1m。边缘 与岸墙合二为一，采用重力式结构。 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 1 校核洪水位的超高计

33、算：=10.7+0.5+0.5=11.7m 2 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 0.7m0.67m，高 1.8m 的柱子，柱顶设 0.7m0.7m，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。 闸墩上设检修门槽和工作门槽，检修门槽在上游，槽深为 0.3m，宽 0.2m，工作槽槽深为 0.3m，宽 0.5m。具体位置见图。闸墩上

34、下游均为半圆形，其半径为 0.55m。 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 11.8m。胸墙底部高程应以不影响引水为准。=堰 ZB 顶高程+堰顶下游水深+=0.5+7.28+0.3=8.08 m，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 0.3m0.5m,下梁尺寸为 0.4m0.8m，板厚 20cm。下梁下端的上游面做成圆弧形，以利过水。 1.4 工作桥 （1）启闭机选型。闸门采用平面滚轮钢闸门，为 滑动式，门顶高程应高出胸墙 0.2m，即其高程为 8.

35、3m，门高 7.8m，门宽 5+20.2=5.4m。根据经验公式： G=0.073K1K2K3A0.93HS0.79,初估闸门自重。 A=42.12m2;HS=10.2m；对于工作闸门， K1=1.0，H/B=7.8/9.1=0.86, H/B1，K2=1.1;HS=10.260m，K3=1.0。则门重 G=14.82t=145.2KN，取门自重 G=150KN。初拟启门力 FQ=（0.10.2）P+1.2G，闭门力 FW（0.10.2）P- 0.9G。其中 G 为闸门自重，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

36、力为： P上=1/29.8(2.6+10.2) 7.6=476.7kN; P下=1/26.56.5 9.8=207.0kN， P=（P上-P下）5=1348.5kN FQ=0.101348.5+1.2150=314.85kN FW=0.101348.5-0.9150=-0.15kN FW0，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 FQ=314.85kN，初选单吊点手摇电动两用卷扬式启闭机（上海重型机械厂产品）QPQ-63。其机 架外轮廓宽 J=1962mm。 （2）工作桥的尺寸及构造。 （见图 6-1-2）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

37、作宽度。B=启闭机宽度+2栏杆柱宽+2栏杆外富裕宽度 1.962+20.8+20.15+2 0.05=3.962m。故取工作桥 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 动铺板厚 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 1.5m。在启闭机机脚处螺栓处设两根横梁。 其宽 30cm，高 50cm。 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 50cm，排架顺水方向的宽度 为 2.3m。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=16.5m。 1.5 检修便桥 为了便于检修、观测、在检修

38、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辆。梁高 40cm，宽 25cm。梁中间铺设厚 6cm 的钢筋混凝土板。 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 构构造及尺寸见本章第一节。 2. 闸室稳定计算闸室稳定计算 取中间的一个独立的闸室单元分析，闸室结构布置见图 6-2-1： 图 6-2-1 闸室结构布置图 （单位： m） 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 G 、闸墩重力 G 、闸门重力 12 G 、胸墙壁重力 G 、工作桥及启闭机设备重力 G 、公路桥重

39、力 G 和检修便桥重力 G 、取混 34567 凝土、钢筋混凝土的容重为 25KN/。 3 m 底板重力为： G =161.212.225+0.5（1+1.5）0.512.2252=6237.25KN 1 闸墩重力：每个中墩重 G =（0.53.1411.325）+（0.53.148.025） 2 2 5.50 2 5.50 +（4.21.111.325-0.20.3211.325）+（2.31.111.325- 20.30.511.325）+（2.30.54.725）+（8.41.1825） +（30.670.71.825）+（4.70.70.725） ）=4217.6KN 每个闸室单元有两

40、个中墩，则：G2=2 G =8435.2KN 2 闸门重力为：G3=1502=300N 胸墙重力为：G4=0.50.31025+0.80.41025+0.2(3.7-0.4-0.3)10 25=267.5KN 工作桥及启闭机设备重力如下: 工作桥重力：G 5=20.920.3512.225+0.5(0.08+0.12) 0.912.2225+0.150.1212.2225+0.061.312.2 25=286.09KN 考虑到栏杆及横梁重力等，取: G 5=330KN QPQ-63 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 48KN,启闭机 重力 G 5=248.0K

41、N=96.0KN G5= G 5+ G5=330+96.0=426KN 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: G6=8012.2+50=1026.0KN 检修便桥重力：G7=0.250.410.0252+0.061.51025=72.5KN 考虑到栏杆及横梁重力等，取: G7=130.0KN 完建情况下作用荷载和力矩计算见下表 6-2-1： 表 6-2-1 完建情况下作用荷载和力矩计算表 (对底板上端 B 点求力矩) 力矩(KNm) 部位 重力 (KN) 力臂 (m) 底板6237.258.049898 （1）268.30.3285.9 （2）2542.52.65

42、6737.6 （3）1530.25.99028.2 （4）3938.011.2544302.5 闸墩 （5）190.015.682979.2 闸门 3005.791737 工作桥 3305.91974 启闭机 965.9566.4 公路桥 102612.2512568.5 检修便桥 1301.8234 胸墙 267.54.791281.3 合计16822.0131165.3 （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。 闸室内水重: W1=4.699.8109.8+7.60.8109.8+6.51010.019.8 =4504.3+

43、595.8+6312.67 =11412.8KN 设计洪水情况下的荷载图见（图 5-2-2）, 设计洪水情况下的荷载计算表见 (表 5-2-2， 设计洪水情况下荷载和力矩计算对 B 点取矩) 水平水压力: 首先计算波浪要素。有设计资料知：h=0.8m，L/h=10，上游 =9.8m，则上游波 lll H 浪线壅高为： ll l L H cth L h h 2 2 0 =0.25m 8 85 . 9 2 8 8 . 0 2 0 cthh 波浪破碎的临界水深： ll lll lj hL hLL H 2 2 ln 4 mHlj94 . 0 8 . 020 . 8 8 . 020 . 8 ln 4 8

44、 可见，上游平均水深大于 Ll/2,且大于 Hlj，故为深水波。因此： P1=0.549.8(4+0.25+0.8) 12.2+0.569.8(4+10) 12.2 =1208+5421.1=6629.1KN（） P2=0.59.8(8.33+9.75) 1.512.2=1621KN（） P3=0.57.674.4812.2=3362.6KN（） P4=0.59.8(7.5+8.42) 0.612.2=667KN（） 浮托力：F=7.79.81612.2+0.5(1.0+1.5) 0.59.812.2=14879KN() 渗透压力:U=0.289.81612.2+0.51.24169.812.

45、2 =1740.8KN() 设计洪水情况下的荷载图见（图 6-2-2）, 设计洪水情况下的荷载计算表见 (表 6-2-2， 设计洪水情况下荷载和力矩计算对 B 点取矩) 图 6-2-2 设计洪水位时荷载图 表 6-2-2 设计洪水情况下荷载和力矩计算 （对 B 点取矩） 竖向力（KN）水平力（KN）力矩（KNm）备注 荷载名称 力臂 （m） 闸室结构重力16822131165.3表6-2-1 上游水压力 1208 5411.1 1621 9.18 4.07 0.73 11089.4 22063.9 1183.3 下游水压力 3362.6 667 3.13 0.3 17008.7 271.3 浮

46、托力148798.0119032 渗透压力 573.9 1166.9 8.0 5.33 4591.2 6219.6 水重力 4504.3 595.8 6312.67 2.35 5.09 110 1058551 3032.8 69755 28234.816619.8825014029.6248874.7140829.9 合计 11615（）4220.5（）108044.8（） (3）校核洪水位情况的荷载。校核洪水位情况时的荷载与设计洪水位情况的荷载计算方法 相似。所不同的是水压力、扬压力是相应校核水位以下的水压力、扬压力。 闸室内水重: Pv=4.6910.2109.8+7.60.8109.8+

47、6.5109.919.8 =4688.1+595.8+6312.67 =13669.2KN 水平水压力: 首先计算波浪要素。 在校核水位下：h =0.5m，Ll=5.0m，h0=0.16m,Hlj=0.59m 上游 =10.2m，故为深水波。 l H 因此： P1=0.52.59.8(2.5+0.16+0.5) 12.2+0.5(2.5+10.4) 7.99.812.2 =472.3+6092.2=6564.5KN（） P2=0.59.8(8.53+9.94) 1.512.2=1656.2KN（） P3=0.57.67.6 9.812.2=3362.6KN（） P4=0.59.8(7.6+8.

48、45) 0.612.2=668.3KN（） 浮托力：F=7.79.81612.2+0.5(1.0+1.5) 0.59.812.22=214879.2KN() 渗透压力:U=0.339.81612.2+0.51.37169.812.2 =650.4+1300.8=1951.2KN() 校核洪水情况下的荷载图见（图 6-2-3）, 校核洪水情况下的荷载计算见 (表 6-2-3，校 核洪水情况下荷载和力矩计算对 B 点取矩) 图 6-2-3 校核洪水位时荷载图 表 6-2-3 校核洪水情况下荷载和力矩计算 （对 B 点取矩） 竖向力（KN）水平力（KN）力矩（KNm）备注 荷载名称 力臂 （m） 闸

49、室结构重力16822131165.3表6-2-1 上游水压力 472.3 6092.2 1656.2 10.45 4.64 0.73 4935.5 28267.7 1209 下游水压力 3362.6 668.3 3.13 0.3 10760.4 227.2 浮托力14879.28.0119033.9 渗透压力 650.4 1300.8 8.0 5.33 5203.2 6933.3 水重力 4688.1 595.8 6312.67 2.35 5.09 11 11017.1 3032.8 69755 28418.616830.48820.74030.9249382.4142158 合计 11588

50、.2（）4189.8（）107224.4（） 2.2 稳定计算 (1）完建期 闸室基底压力计算 )61 ( max min B e A G P G MB e 2 由表 6-2-1 可知，G=16822N，M=131165.3KN.m，另外，B=16m，A=1612.2=195.2,则 2 m =-=0.203m（偏上游） 2 16 16822 131165.3 = (16)= max min P 195.2 16822 16 0.203 )上上上79.62kPa( )上上上92.74kPa( 地基承载力验算。由上可知 =（）=（92.74+79.62）=86.18kPaP 2 1 minmax

51、 PP 2 1 持力层为坚硬粉质粘土，N63.5=1521 击，查表得地基允许承载力=350kPa。因为基 R 础的宽度远大于 3m，故地基允许承载力应修正。 = R )5 . 1()3( DmBmR PDSB 其中：B=8m;D=1.5m; 为安全起见，取 m=0.2,m=1.0; BD (浮容重) 3 1 /09.10 69. 01 8 . 9) 174 . 2 ( 1 ) 1( mkN e G sP =350+0.210.09（8-3）+1.010.09（1.5-1.5） R =360.1kPa , 地基承载力满足要求。 PR 不均匀系数计算。由上可知 2.5 1.16 min max

52、P P 基地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。由表 6-2-2 可知：G=11615KN，M=108044.8KN.m，则 =-=-1.30m（偏下游） 2 16 11615 108044.8 ) 16 30. 1 61 ( 2 .195 11615 max min P )上上上30.50kPa( )上上上88.51kPa( 地基承载力验算。由上可知 =（Pmax+Pmin）=59.5kPaP 2 1 R 地基承载力满足要求。 不均匀系数计算。由上可知 5 . 39 . 2 min max P P 但根据 SD133-84 附录五的规定，对于地基良好，结构简单

53、的中型水闸，的采用直可 以适当的增大。本闸闸基土质良好；在设计洪水位情况下，可采用 3.0。 闸室抗滑稳定分析：临界压应力 )1 (2tgcBtgAPkp 其中 A=1.75；kN/m3; B=16m, ;c=60kPa。09.10 19 故闸室不会发生深层滑动，仅需作表层抗滑稳定分析。,kPa51.88PkPa 5 . 582P maxkp H AcGtg Kc 00 其中：取 0.9，=17.1 ；c 取c=20.0kPa。由于本闸齿墙较浅，可取 A=195.2m ，则 0 0 3 1 2 1.251.77 4220.5 .295112.016151tg17.1 cc KK 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。由表 6-2-3 可知，G=11588.2KN，M=107224.4KN.m， 则KNH 8 . 4189 =-=-1.25（偏下游） 2 16 15018.1 144091.6 = (16)= P