新瓜洲水閘設(shè)計(jì)說明書

0 新瓜洲水閘設(shè)計(jì)說明書 一、 孔徑計(jì)算 1、閘孔型式的確定 采用無坎寬頂堰，由于擋洪水位較高，閘門上頂設(shè)置胸墻。閘孔泄流為閘孔出流。 2、閘底板高程的確定 經(jīng)調(diào)查，江蘇省水閘底檻高程多數(shù)與河底齊平，因此本水閘底板高程與河底齊平，為 3、閘孔尺寸及前沿寬度 對(duì)于平底閘，當(dāng)為孔流時(shí)，根據(jù)水閘設(shè)計(jì)規(guī)范（ 以下簡(jiǎn)稱閘規(guī)）附錄 用下列公式進(jìn)行計(jì)算： 0 02g Hh e 1 2111Hh e 中 :Q 過閘設(shè)計(jì)流量， 320 3 /Q m s ； 孔口高度，取 自堰頂算起的下游水深，為 0H 計(jì) 入 行 近 流 速 水 頭 的 堰 上 水 深 ， 1 2 2001 0 . 5 78 8 . 02 2 1 0 ； 孔流淹沒系數(shù)，由表 得，表中 躍后水深，計(jì)算 計(jì)算 ，計(jì)算hH =查表得 = 計(jì)算系數(shù)，由公式 中 = 孔流垂直收縮系數(shù)，由公式 孔流流量系數(shù)，由公式 經(jīng)計(jì)算，0320 2 9 . 20 . 2 9 5 0 . 4 9 4 6 2 9 . 8 8 ，取0 5 孔，單孔 320設(shè) ,經(jīng)經(jīng)復(fù)核得實(shí)際流量 ， 設(shè)設(shè)實(shí) 5，符合要求。 二、消能計(jì)算 1、消力計(jì)算 （ 1）正向運(yùn)行工況 設(shè)計(jì)水位流量組合：閘上水位 下水位 量 Q=320m3/s。 1）消力池深度計(jì)算 采用挖深式消力池。 2 22203 1812 2 2222222 cs 中： d 消力池深度（ m）； 水躍淹沒系數(shù)，可采用 設(shè)計(jì)取用 水流動(dòng)能校正系數(shù)，可用 設(shè)計(jì)取 為躍后水深（ m）； 收縮水深（ m）； q 過閘單寬流量（ m3/）； 1b 消力池首端寬度（ m），取 1b =30m； 2b 消力池未端寬度（ m），取 2b =35m； Z 出水池落差（ m）； 出水池河床水深（ m）； 流速系數(shù)，一般取 通過試算法求 d，先假定 d= / 0 30，把以上各數(shù)值代入以上各式： 223 cc 計(jì)算 mh c 32 2222 ，為安全起見，取 。 2）消力池長(zhǎng)度 a、水躍長(zhǎng)度計(jì)算 3 b、消力池長(zhǎng)度計(jì)算 s ，實(shí)取池長(zhǎng)為 式中： 水 躍長(zhǎng)度修正系數(shù)，一般取 設(shè)計(jì)取 3）消力池底板厚度 a、根據(jù)抗沖要求： 11 式中： 1t 消力池底板始端厚度， m； H 閘孔泄流時(shí)的上下水位差， ； 1k 消力池底板計(jì)算系數(shù)，可采用 設(shè)計(jì)取 q 消力池進(jìn)口處的單寬流量， /。 b、根據(jù)抗浮要求： 2式中： 2k 消力池底板安全系數(shù)，可采用 設(shè)計(jì)采用 U 作 用 在 消 力 池 底 板 底 面 的 揚(yáng) 壓 力 ， U=( 0.0 作 用 在 消 力 池 底 板 上 的 脈 動(dòng) 壓 力 ， 222 W 作用在消力池底板頂面的水重， W=( 4 b 消力池底板的飽合重度， b=24 kN/ 經(jīng)計(jì)算得 t= 消力池護(hù)坦的厚度根據(jù)上兩式計(jì)算的結(jié)果中取大值，取消力池底板厚度為 （ 2）反向運(yùn)行工況 設(shè)計(jì)水位流量組合：閘上水位 下水位 量 Q=165m3/s。 1）消力池深度計(jì)算 采用挖深式消力池。 2 22203 1812 222222 cs 中： d 消力池深度（ m）； 水躍淹沒系數(shù)，可采用 設(shè)計(jì)取用 水流動(dòng)能校正系數(shù)，可用 設(shè)計(jì)取 為躍后水深（ m）； 收縮水深（ m）； q 過閘單寬流量（ m3/）； 1b 消力池首端寬度（ m），取 1b =30m； 2b 消力池未端寬度（ m），取 2b =35m； Z 出水池落差（ m）； 5 出水池河床水深（ m）； 流速系 數(shù)，一般取 通過試算法求 d，先假定 d= / 5 30，把以上各數(shù)值代入以上各式： 223 cc 計(jì)算 mh c 22222 ，取 。 2）消力池長(zhǎng)度 a、水躍長(zhǎng)度計(jì)算 b、消力池長(zhǎng)度計(jì)算 s ，實(shí)取池長(zhǎng)為 式中： 水躍長(zhǎng)度修正系數(shù)，一般取 設(shè)計(jì)取 3）消力池底板厚度 a、根據(jù)抗沖要求： 1 式中： t 消力池底板始端厚度， m； H 閘孔泄流時(shí)的上下水位差， ； 1k 消力池底板計(jì)算系數(shù)，可采用 設(shè)計(jì)取 6 q 消力池進(jìn)口處的單寬流量， / 。 b、根據(jù)抗浮要求： 2式中： 2k 消力池底板安全系數(shù)，可采用 設(shè)計(jì)采用 U 作 用 在 消 力 池 底 板 底 面 的 揚(yáng) 壓 力 ， U=( 4.3 作 用 在 消 力 池 底 板 上 的 脈 動(dòng) 壓 力 ， 222 W 作用在消力池底板頂 面的水重， W=( b 消力池底板的飽合重度， b=24 kN/ 經(jīng)計(jì)算得 t= 消力池護(hù)坦的厚度根據(jù)上兩式計(jì)算的結(jié)果中取大值，根據(jù)規(guī)范規(guī)定，消力池最小厚度不得小于 取消力池底板厚度為 0. 5m。 2、海漫與防沖槽計(jì)算 （ 1）海漫計(jì)算 1）海漫長(zhǎng)度 A、正向設(shè)計(jì)工況 式中 : 海漫長(zhǎng)度， m； H 閘孔泄流時(shí)的上下水位差， ； 7 海漫長(zhǎng)度計(jì)算系數(shù)，與河床土質(zhì)有關(guān)，該層土質(zhì)為灰色極細(xì)砂夾壤土，3； q 消力池末端單寬流量， / 3。 經(jīng)計(jì)算， 公式適用使用范圍 19之間，則 實(shí)取 B、反向設(shè)計(jì)工況 1）海漫長(zhǎng)度 式中 : 海漫長(zhǎng)度， m； H 閘孔泄流時(shí)的上下水位差， ； 海漫長(zhǎng)度計(jì)算系數(shù)，與河床土質(zhì)有關(guān)，該層土質(zhì)為灰色極細(xì)砂夾壤土，3； q 消力池末端單寬流量， /。 經(jīng)計(jì)算， 公式適用使用范圍 19之間，則 實(shí)取 2）海漫構(gòu)造 為了充分發(fā)揮海漫的作用，將海漫前段做成水平海漫，后段做成 1:20的斜坡。正向海漫：共長(zhǎng) 平段海漫長(zhǎng)度為 坡段海漫長(zhǎng)度為 差 向海漫：共長(zhǎng) 平 段海漫長(zhǎng)度為 坡段海漫長(zhǎng)度為 差 前段水平段海漫采用 砌石層厚 35鋪碎石、中粗砂墊層，層厚 15段斜坡段海漫采用干砌塊石結(jié)構(gòu)，層厚 35鋪碎石、中粗砂墊層，層厚 15 8 （ 2）防沖槽計(jì)算 1）正向運(yùn)行工況 式中： 海漫末端的河床沖刷深度， m； 為海漫末端單寬流量， ； 0v 為河床土質(zhì)允許不沖流速，查表得 =s； 為海漫末端河床水深， 。 經(jīng)計(jì)算， 。根據(jù)上式計(jì)算的按此值作為防沖槽深度，很不經(jīng)濟(jì)，施工非常困難，一般取防沖槽深度為 以此處防沖槽深度 取 底寬約為（ 12）倍槽深，取 游坡度系數(shù) m=4，下游坡度根據(jù)施工開挖情況而定，暫取m=2。 2）反向運(yùn)行工況 式中： 海漫末端的河床沖刷深度， m； 為海漫末端單寬流量， ； 0v 為河床土質(zhì)允許不沖流速，查表 得 =s； 為海漫末端河床水深， 。 經(jīng)計(jì)算， 。此處防沖槽深度取 底寬約為（ 1 2）倍槽深，取 游坡度系數(shù) m=4，下游坡度根據(jù)施工開挖情況而定，暫取 m=2。 9 三、閘基滲流計(jì)算 1、地下輪廓線布置及防滲長(zhǎng)度確定 （ 1）地下輪廓線布置 地下輪廓線布置圖 （ 2）閘基防滲長(zhǎng)度確定 式中： L 為閘基防滲長(zhǎng)度， m； H 為上下游水位差， C 為允許滲徑系數(shù)值，土質(zhì)為灰色極細(xì)砂夾砂壤土 ,查閘規(guī)C 值范圍為 97，選用 8。 經(jīng)計(jì)算， 8 ，閘基實(shí)有防滲長(zhǎng)度滿足防滲要求。 2、閘基滲流計(jì)算 按水 閘設(shè)計(jì)規(guī)范，采用改進(jìn)阻力系數(shù)法對(duì)該閘的基底滲流進(jìn)行核算。 （ 1）有效深度的確定 地下輪廓水平投影長(zhǎng)度 下輪廓垂直投影長(zhǎng)度 0=，5000 ，因地下不透水層沒有交待，則有效深度 10 確定為 （ 2）計(jì)算各段的阻力系數(shù)及水頭損失 首先將滲流區(qū)按地下輪廓線形狀分為若干個(gè)典型滲流段，見示意圖，然后計(jì)算各段阻力系數(shù)i和水頭值 首先計(jì)算阻力系數(shù)，如下： 第 1段（進(jìn)口段）： S=T= 第 2段（消力池齒墻水平段）：T (1 將 ， ， L=T= 04.0x第 3段（消力池齒墻垂直段）： )1(4 將 S=T= 03.0y依次算出各滲流段的阻力系數(shù)，列于表？。并利用公式 計(jì)算各段水頭損失，數(shù)據(jù)列于下表。 （ 3）進(jìn)出水處水頭損失修正 1） 進(jìn)口處水頭損失修正 2)(12 S =T =T= , 口 hh2+ =2=2= h-(h2+壓水頭修正范圍 TH hL 。 2） 出口處水頭損失修正 11 2)(12 S =T =T= , 口 hh8+ =2=2= h-(h8+壓水頭修正范圍 TH hL 。修正后的水頭損失值見下表。 滲流的阻力系數(shù)、水頭損失值計(jì)算表 分段編號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 i 4）出口段、水平段滲透坡降演算 滲流出口段：采用公式 000 J 基底土質(zhì)為極細(xì)砂夾砂壤土，查表得 J，滲流出口處有濾層，根據(jù)規(guī)范，可增大 30%，即 J，取 J=閘基滲流滿足規(guī)范要求。 水平段：采用公式 水平J 查表得 ，滲流出口處有濾層，根據(jù)規(guī)范，可增大 30%，即 J，取 J=閘基滲流滿足規(guī)范要求。 四、閘室布置與構(gòu)造 12 1、底板 （ 1）底板長(zhǎng)度確定 閘室底板采用平底板，為鋼筋砼結(jié)構(gòu)，其構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工方便，對(duì)地基有較好的適應(yīng)性。底板順?biāo)鏖L(zhǎng)度的確定，除滿足閘室上部結(jié)構(gòu)布置外，還與地基條件有關(guān)，對(duì)于砂壤土，長(zhǎng)度約為上下游最大水頭差的 大水頭差為 結(jié)合閘室上部結(jié)構(gòu)布置，長(zhǎng)度初步擬定為 （ 2）底板厚度確定 底板厚度必須滿足強(qiáng)度和剛度的要求，對(duì)于大中型水閘，可取為閘室凈寬的 1/61/8，一般為 薄不宜小于 水閘閘室凈寬為 板厚度取為 板底部在上下游處設(shè)齒坎， 深 2、閘墩 （ 1）閘墩長(zhǎng)度的確定 閘墩采用鋼筋砼結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度應(yīng)滿足布置工作橋、公路橋、檢修橋等上部結(jié)構(gòu)布置要求，取閘墩長(zhǎng)度與底板同長(zhǎng)，為 （ 2）閘門槽 平板閘門的門槽尺寸根據(jù)閘門尺寸和支承方式而定。工作閘門的門槽寬深比宜取為 槽尺寸確定為 30*60 （ 3）閘墩厚度 閘墩厚度必須滿足強(qiáng)度和剛度的要求，中墩厚度取為 墩厚度取為 保證有較好的過閘流態(tài)，上游墩頭采用半圓形，下游墩頭采用流線形。 （ 4）閘墩高程 13 本工程為 2 級(jí)水閘，查規(guī)范 水閘安全超高下限值，泄水時(shí)，設(shè)計(jì)洪水位的安全超高應(yīng)不小于 1）上游閘墩頂部高程計(jì)算 上游為古運(yùn)河方向，設(shè)計(jì)洪水位 閘墩部分頂高程能保證交通橋橋面能與道路銜接，因在此設(shè)計(jì)水位時(shí)為開閘狀態(tài)，閘墩部分頂高程同時(shí)應(yīng)不小于上游最高洪水位和安全超高。 上游閘墩頂部高程 =設(shè)計(jì)洪水位 +安全超高 = 上游閘墩頂部高程 2）下游閘墩頂部高程計(jì)算 下游為長(zhǎng)江方向，設(shè)計(jì)防洪水位 閘墩部分頂高程應(yīng)不小于上游最高洪水位加波浪超高和安 全超高，計(jì)算如下： 波高計(jì)算 下游計(jì)算水位取用校核防洪水位 前水面寬度 L=34 m，吹程D=1000m5L=5 34=170m，取計(jì)算吹程 170 m。吹程范圍內(nèi)平均水深 速 5m/s。由規(guī)范公式（ 算得平均波高 m。 該閘為 2級(jí)建筑物，波列累積頻率為 2%，由 m=水閘設(shè)計(jì)規(guī)范表 波高與平均波高比值 hp/波高 波周期計(jì)算 由（ 得波周期 平均波長(zhǎng)計(jì)算 由式（ 求得平均波長(zhǎng) 14 計(jì)算波浪中心線超出計(jì)算水位的高度 波浪中心線超出計(jì)算水位的高度 22 = 確定墩頂高程 下游閘墩頂部高程 =設(shè)計(jì)水位 +浪高 +波浪中心至靜水面距離 +安全超高 =m 取下游墩頂高程為 3、工作橋 考慮閘門檢修，墩頂以上工作橋高度為： 1 倍門高 +1m 富裕高度 +工作橋梁 高 =作橋橋面高程 =作橋橋面總寬 4m， 4、交通橋 橋交通橋布置在古運(yùn)河一側(cè)，其設(shè)計(jì)等級(jí)為汽 核，橋面凈寬 8m，總寬 9m。面梁結(jié)構(gòu)采用 長(zhǎng) 厚 28塊板寬 100面頂高程為 底高程為 面支承采用橡膠板式支座，厚 2 5、胸墻 根據(jù)閘孔泄流要求，胸墻底部高程確定為 墻頂部高程與閘頂平齊，高程確定為 墻布置在閘門的高水位側(cè)，即長(zhǎng)江側(cè)。胸墻與閘墩的連接方式為簡(jiǎn)支式結(jié)構(gòu)。采用鋼筋混凝土板式結(jié)構(gòu)，厚度根據(jù)受力條件和邊界支承條件計(jì)算，板厚取 30梁高度（水平向）結(jié)合檢修便橋布置取為 90梁高度（水平向）取為 105閘孔寬度的 1/6。 五、閘室穩(wěn)定分析 15 1、閘室抗滑穩(wěn)定分析 對(duì)底板上游前趾求距 ,各工況下閘室穩(wěn)定計(jì)算如下 : (1) 完建期 (水位控制在底板下 完建期穩(wěn)定計(jì)算表 部位 公式 垂直力 力臂 力矩 m (m) 順時(shí)針 逆時(shí)針 結(jié)構(gòu)自重 上游底齒坎 *5 1365 下游底齒坎 *5 1365 底板 *5 15925 邊墩 (高程 5*2 6510 邊墩 (高程 游 5*2 1596 581 邊墩 (高 程 間 5*2 693 邊墩 (高程 游 5*2 660 0725 中墩 (高程 5*4 10850 中墩 (高程 游 5*4 2660 2635 中墩 (高程 間 5*4 616 546 中墩 (高程 游 5*4 1100 7875 排架 (4*+* 25*4 1218 6443 胸墻 *4*25 684 工作橋 (+4)*5 交通橋橋面系 (+ +25*821 4105 檢修橋 (*6*25*5 1260 6325 閘門 330 啟閉機(jī) 10 啟閉機(jī)房 *(+8)*23 +*4 1720 小計(jì) 合計(jì) 16 完建期穩(wěn)定計(jì)算成果表 偏心距 e = m 偏下游 偏心力矩 = m 順時(shí)針 )61( kN/ )正向校核 (閘上水位 閘下水位 正向設(shè)計(jì)穩(wěn)定計(jì)算表 部位 垂直力(水平力(力臂 力矩 m (m) 結(jié)構(gòu)自重 上游水重 26433 176440 下游水重 5607 88170 上游水壓力 1(止水 上 ) 0 34280 上游水壓力 2(止水下 ) 0 游水壓力 3(止水下 ) 0 游水壓力 1(止水上 ) 0 游水壓力 2(止水下 ) 0 游水壓力 3(止水下 ) 0 浪壓力 0 托力 1 托力 2 托力 3 9129 滲透壓力 1 透壓力 2 計(jì) 向校核穩(wěn)定計(jì)算成果表 偏心距 e = m 偏下游 偏心力矩 = 61162 m 順時(shí)針 )61( 135.8 kN/ 3) 反向設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)工況 :閘上水位 閘下水位 18 反向設(shè)計(jì)穩(wěn)定計(jì)算表 部位 垂直力(水平力(力臂 力矩 m (m) 結(jié)構(gòu)自重 上游水重 26433 176440 下游水重 10224 上游水壓力 1(止水上 ) 0 34280 上游水壓力 2(止水下 ) 0 游水壓力 3(止水下 ) 0 游水壓力 1(止水上 ) 0 88209 下游水壓力 2(止水下 ) 0 游水壓力 3(止水下 ) 0 浪壓力 0 托力 1 托力 2 托力 3 9129 滲透壓力 1 透壓力 2 計(jì) 心距 e = m 偏下游 偏心力矩 = 29580.9 m 順時(shí)針 )61( 120.4 kN/ 4) 反向校核 設(shè)計(jì)工況 :閘上水位 閘下水位 反向設(shè)計(jì)穩(wěn)定計(jì)算表 19 部位 垂直力(水平力(力臂 力矩 m (m) 結(jié)構(gòu)自重 上游水重 26433 176440 下游水重 10490 164959 上游水壓力 1(止水上 ) 0 34280 上游水壓力 2(止水 下 ) 0 游水壓力 3(止水下 ) 0 游水壓力 1(止水上 ) 0 88209 下游水壓力 2(止水下 ) 0 游水壓力 3(止水下 ) 0 418 波浪壓力 0 托力 1 托力 2 托力 3 9129 滲透壓力 1 61311 滲透壓力 2 120799 合計(jì) 心距 e = m 偏下游 偏心力矩 = 29905 m 順時(shí)針 )61( kN/ 計(jì)算，閘室在各種工況下的抗滑穩(wěn)定系數(shù)、地基應(yīng)力不均勻系數(shù)均滿足規(guī)范要求，地基應(yīng)力小于地基承載力。 六、閘墩強(qiáng)度計(jì)算 1、閘墩底部應(yīng)力計(jì)算 A、縱向正應(yīng)力 (1) 完建期 2x x 20 (2) 正向設(shè)計(jì) 荷載名稱 鉛直力 (水平力(力臂 (m) 彎矩 (m) 閘墩及上部結(jié)構(gòu)重量 5535 游水壓力 0 游水壓力 計(jì) 心矩 e= m 偏下游 394.0 247.0 (3)反向校核 荷載名稱 鉛直力 (水平力(力臂 (m) 彎矩 (m) 閘墩及上部結(jié)構(gòu)重量 5535 游水壓力 0 游水壓力 0 計(jì) 5535 心矩 e= m 偏下游 364.4 275.4 G 5535 用 于閘墩上的鉛直力總和 A 17.3 墩底面積 M 3266.5 m 引用閘室穩(wěn)定計(jì)算成果數(shù)據(jù) 46.6 底截面對(duì)形心軸的慣性矩 x m 墩底水平截面的形心軸至上游端的距離 偏心矩 e= m 偏下游 383.9 255.9 GG 21 (4) 應(yīng)力復(fù)核 計(jì)算截面 為矩形截面，根據(jù)砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，采用下式進(jìn)行計(jì)算 )2(1 0 式 取結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) ， 設(shè)計(jì)狀況系數(shù) ，則 5535 1 1=5535 d 砼結(jié)構(gòu)， d= 素砼構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)， 。 ， h=16m。 代入式 式右邊 =160104.3 底應(yīng)力遠(yuǎn)小于砼軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，故中 墩僅按構(gòu)造配筋。 2、平面閘門門槽應(yīng)力計(jì)算 上游水位： 4.8 m , 下游水位： m。 200m a x 計(jì)算得 A=計(jì)算為 m; 計(jì)算得 為 a x / 砼軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 N/22 門槽頸部 拉應(yīng)力遠(yuǎn)小于砼軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，故門槽僅按構(gòu)造配筋。 七、閘室底板設(shè)計(jì) 1、閘室底板按彈性地基梁法進(jìn)行計(jì)算 以底板底面為基準(zhǔn)重新計(jì)算基底應(yīng)力，計(jì)算結(jié)果見下表。 完建期穩(wěn)定計(jì)算成果表 偏心距 e = m 偏下游 偏心力矩 = m 順時(shí)針 )61( kN/P=150kN/P 正向 設(shè)計(jì)穩(wěn)定計(jì)算成果表 偏心距 e = m 偏下游 偏心力矩 = 60959 m 順時(shí)針 kN/P=150kN/P 正向校核穩(wěn)定計(jì)算成果表 偏心距 e = m 偏下游 偏心力矩 = 61162 m 順時(shí)針 )61( 135.8 kN/P=1501.5 kN/P 反向設(shè)計(jì)穩(wěn)定計(jì)算表 偏心距 e = m 偏下游 偏心力矩 = 29580.9 m 順時(shí)針 )61( 120.4 kN/P=15023 89.0 kN/P 反向校核 偏心距 e = m 偏下游 偏心力矩 = 29905 m 順時(shí)針 )61( kN/P=150kN/P 2、各工況下彈性梁荷載計(jì)算 完建期彈性梁荷載值計(jì)算成果表 序號(hào) 荷載類 上游段 下游段 1 構(gòu)自重 重 壓力 基反力 平衡力 平衡剪力 板不平衡剪力 墩不平衡剪力 個(gè)中墩平衡剪力 個(gè)邊墩平衡剪力 單個(gè)中墩集中荷載 單個(gè)邊墩集中荷載 集中力矩 (m) 5 均布荷載 6 邊荷載強(qiáng)度 (kN/m) 48 2 正向設(shè)計(jì)彈性梁荷載值計(jì)算成果表 序號(hào) 荷載類型 上游段 下游段 1 構(gòu)自重 重 壓力 基反力 平衡力 平衡剪力 24 板不平衡剪力 墩不平衡剪力 個(gè)中墩平衡剪力 個(gè)邊墩