水閘設(shè)計與閘室穩(wěn)定計算

1、 附錄一： 泄洪沖砂閘及溢流堰的水力計算1.1設(shè)計資料：根據(jù)設(shè)計任務(wù)書中提供的資料和該樞紐布置段的基本地形資料本工程中的河流屬于山溪性河流天然來水量多集中在洪水季節(jié)，平時來水量僅占全年來水量的10%；河水中泥沙含量較大尤其是伴隨洪水中的泥沙較多；再根據(jù)其地形資料來看本工程布置段的地形坡度比較合適，因此在選擇泄洪沖砂閘地板高程1852.40m。根據(jù)上述本工程中的泄洪沖砂閘為寬頂堰，堰頂高程1852.40m，過閘水流流態(tài)為堰流。汛期通過閘室的設(shè)計洪水流量=1088m3/s,校核洪水流=1368 m3/s。因為泄洪沖砂閘為寬頂堰所以尺寸擬定用堰流公式： - 為淹沒系數(shù)，取為1.0；-為流量系數(shù)，因為

2、是前面無坎的寬頂堰所以m=0.385；-為側(cè)收縮系數(shù)，先假定為1.0；H- 位總水頭，初設(shè)階段不考慮行進流速，即假設(shè)的堰上水頭；b閘門凈寬；來洪水時洪水將由溢流堰和泄洪沖砂閘兩部分共同承擔，這樣可減去一部分閘孔的凈寬并設(shè)置溢流側(cè)堰初步擬定溢流堰為折線形實用堰。 初步擬定溢流堰堰頂高程=進水閘設(shè)計流量的堰頂水頭對應(yīng)的水位+（0.20.3m）=進水閘閘底高程1853.60m +閘前水位1.40m +超高0.2m =1856.4m采用共同水位法和堰流公式計算兩種工作情況下的特征洪水位： 先假設(shè)一個水位，用堰流公式分別計算過堰流量和過閘流量，二者相加等于實際流接近計算工作情況下的洪水流量時，該水位就為

3、所求。因為泄洪沖砂閘為寬頂堰所以尺寸擬定用堰流公式： - 為淹沒系數(shù)，取為1.0 -為流量系數(shù)，因為是前面無坎的寬頂堰所以m=0.385；計算溢流堰時因為溢流堰為折線形實用堰m=0.3. -為側(cè)收縮系數(shù)，先假定為1.0； H- 位總水頭，初設(shè)階段不考慮行進流速，即假設(shè)的堰上水頭。 b閘門凈寬 計算結(jié)果如附表1-1，1-2 （a）設(shè)計洪水情況下：洪水流量Q=1018 m3/s。附表1-1 設(shè)計洪水情況下泄洪沖砂閘水力計算表水位 (m)過閘總流量（m3/s)過堰總流量 （m3/s）實際總流量（m3/s）1855.81018.935.11054 （b）校核洪水情況下：洪水流量Q=1368 m3/s附

4、表1-2 校核洪水情況下泄洪沖砂閘水力計算表水位 （m）過閘總流量 （m3/s）過堰總流量 （m3/s）實際總流量 （m3/s）1856.31251.7118.61370.3經(jīng)過計算泄洪沖砂閘凈寬96m，溢流堰長度95m，設(shè)計洪水位1855.8m校核洪水位1856.30m。泄洪沖砂閘凈寬為96m，每孔取凈寬8m，邊墩寬0.8m ,中墩寬1.0m縫墩1m。 1.2泄洪沖砂閘地板滲透穩(wěn)定計算1）地板滲流計算1、確定地基計算深度（1）計算水平投影長度=10m，鉛直投影長度=1.5m；因為=6.675；所以=0.510=5m；所以地基不透水層的有效計算深度為5.0m。（2）計算各段Aa阻力系數(shù)1：S=

5、1.5m，T=5m； 2：L=0.75m，T=5m， ；0.153：S=0.5m，T=5m，；4：L=8.5m，S1 =0.5m，T=5m，0.5m；1.365：S=0.5m，T=5m，；6：L=0.75m，T=5m， ；0.157：S=1.5m，T=5m；(3)計算各段水頭損失：總水頭損失=3.90m； 在列表計算各段水頭損失hi； 附表1-3水頭損失計算表：序號12345670.6870.1500.1001.3600.1000.1500.6870.8280.1810.1211.640.1210.1810.828（4）進出口水頭損失值的修正1進口處修正系數(shù)；式中S=1.5m,T=5m,=5m

6、;代入得=1.01；1所以不用進行修正；2出口處修正系數(shù) =3.5m， T=5m， S=1.5m；=0.8571.0，所以出口處要修正。出口段水頭損失減小值為：H7=0.8280.857=0.710m；=0.828-0.710=0.118m；H6=0.181+0.118=0.299（5）計算各角隅點的滲壓水頭并列表： 附表1-5 各角隅點滲壓水頭h1h2h3h4h5h6h73.0722.8912.7701.1301.0090.7100 （6）繪制滲壓水頭分布圖 （7）閘底板水平段滲透坡降和滲流坡降的計算：1閘底板水平段平均滲透坡降：閘底板的輪廓線由6點至11點，水平投影。；2出口處得出逸坡降：

7、出口處既11點至12點，滲透距離為。；、參見SL2652001水閘設(shè)計規(guī)范所以滿足允許滲透比降。1.3 泄洪沖砂閘地板抗滑穩(wěn)定計算1.3.1計算單元的確定根據(jù)水閘設(shè)計規(guī)范SL2652001閘室穩(wěn)定計算宜取相鄰順水流向永久縫之間的閘段為計算單元，選取中間兩孔閘室作為計算單元。 附圖1-4計算單元選取示意圖：1.3.2承載力計算自重荷載： 根據(jù)水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學中鋼筋混凝土按線性分布荷載為25 KN/m3。根據(jù)水閘的基本尺寸設(shè)計對其進行荷載計算。 作用在水閘上的自重荷載有：底板：閘墩： 閘門：根據(jù)水閘閘門為弧形露頂式B10m，所以 Hs設(shè)計水頭； Kc材料系數(shù)，本工程取1； Kb孔門寬度系數(shù)，本

8、工程Kb=0.472； H孔口高度；閘門： G=4.1610=41.6KN工作橋，交通橋及其梁：根據(jù)算出的閘門的數(shù)據(jù)參考閘門與啟閉設(shè)備采用雙吊點卷揚式型啟閉機，該啟閉機的自重為2.55噸。啟閉機：G=2.55*10=25.5KN根據(jù)SL2652001水閘設(shè)計規(guī)范中應(yīng)該選取不同的荷載組合作為不同的工況對閘室的穩(wěn)定進行驗算看閘室是否安全。第一種工況選為完建無水的狀況附表1-6 泄洪閘荷載計算成果表（完建無水期）荷載名稱垂直力M(KN)力臂L(M)力矩M0(KNM)-（順時針）+（逆時針）底 板5106.250.0000.000閘 墩3712.50.0000.000工作橋926.250.002.50

9、.002316.25交通橋926.250.0021852.50閘 門41.60.0020.0083.2啟閉機25.50.0020.005110738.351852.52450.45 完建無水工況下的閘室穩(wěn)定計算根據(jù)SL265-2001水閘設(shè)計規(guī)范中地基承載力公式： 式中 完建無水期基底壓力的最大和最小值，kPa； 作用在閘室上的全部豎向荷載，（包括基礎(chǔ)底面的上的揚壓力）KN； 作用在閘室上的豎向和水平荷載對于閘底板垂直于水流方向的形心軸的力矩（kN.m）； 閘室基底的面積（m2）； W閘室基底面對于該底面垂直水流方向的形心軸的截面矩（m3）；地基承載力不均勻性驗算公式： 根據(jù)計算結(jié)果，判斷是否

10、滿足要求。 根據(jù)SL265-2001水閘設(shè)計規(guī)范野云溝河床多是漂石、卵、碎石、角石、礫砂及少量的粉土，粉砂膠結(jié)而成，所以屬于中等堅實取2.0 所以滿足要求第二種工況為上游為正常引水為下游無水的工況（此工況為最不利工況）正常當水期荷載計算及抗滑穩(wěn)定驗算： 附圖15水閘穩(wěn)定計算水重作用力意圖： 水重：附圖1-6水閘穩(wěn)定計算水平壓力作用力意圖：水平壓力：滲透壓力： KN浮托力： 計算結(jié)果列于表:附表1-7 泄洪閘閘室荷載計算成果表(正常擋水期)荷載名稱垂直力M（kN）水平力P(kN)力臂(m)力矩M0(kNm)+（逆時針）（順時針）閘室10738.35水重18321.52748上游水壓力1216.8

11、1.31581.8476.051.398.865浮托力1045滲透壓力3591 合計12570.3546361292.8527481680.717934.351292.851067.30 根據(jù)SL265-2001水閘設(shè)計規(guī)范中地基承載力公式： 式中 完建無水期基底壓力的最大和最小值，kPa； 作用在閘室上的全部豎向荷載，（包括基礎(chǔ)底面的上的揚壓力）KN； 作用在閘室上的豎向和水平荷載對于閘底板垂直于水流方向的形心軸的力矩（kN.m）； 閘室基底的面積（m2）； 閘室基底面對于該底面垂直水流方向的形心軸的截面矩（m3）；地基承載力不均勻性驗算公式： 根據(jù)計算結(jié)果，判斷是否滿足要求。不均勻系數(shù)驗算 故滿足要求。閘室基底面的抗滑穩(wěn)定計算： 根據(jù)SL265-2001水閘設(shè)計規(guī)范中的閘室抗滑穩(wěn)定計算公式： 式中：閘室與地基的摩擦系數(shù)；由張世儒 水閘查表7-8. 作用在閘室上的全部豎向荷載，kN； 作用