水閘設(shè)計(jì)和閘室穩(wěn)定計(jì)算

..[附錄一：泄洪沖砂閘及溢流堰的水力計(jì)算1.1設(shè)計(jì)資料：根據(jù)設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)洪水流量=1088m3/s,校核洪水流=1368m3/s。因?yàn)樾购闆_砂閘為寬頂堰所以尺寸擬定用堰流公式：δ-為淹沒系數(shù),取為1.0；---為流量系數(shù),因?yàn)槭乔懊鏌o坎的寬頂堰所以m=0.385；ε--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(jìn)流速,即假設(shè)的堰上水頭；b—閘門凈寬；來洪水時(shí)洪水將由溢流堰和泄洪沖砂閘兩部分共同承擔(dān),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(shí)用堰。初步擬定溢流堰堰頂高程=進(jìn)水閘設(shè)計(jì)流量的堰頂水頭對(duì)應(yīng)的水位+〔0.2—0.3m=進(jìn)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(jì)算兩種工作情況下的特征洪水位：先假設(shè)一個(gè)水位,用堰流公式分別計(jì)算過堰流量和過閘流量,二者相加等于實(shí)際流接近計(jì)算工作情況下的洪水流量時(shí),該水位就為所求。因?yàn)樾购闆_砂閘為寬頂堰所以尺寸擬定用堰流公式：δ-為淹沒系數(shù),取為1.0---為流量系數(shù),因?yàn)槭乔懊鏌o坎的寬頂堰所以m=0.385；計(jì)算溢流堰時(shí)因?yàn)橐缌餮邽檎劬€形實(shí)用堰m=0.3.ε--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(jìn)流速,即假設(shè)的堰上水頭。b—閘門凈寬計(jì)算結(jié)果如附表1-1,1-2〔a設(shè)計(jì)洪水情況下：洪水流量Q=1018m3附表1-1設(shè)計(jì)洪水情況下泄洪沖砂閘水力計(jì)算表水位<m>過閘總流量〔m3/s>過堰總流量〔m3/s實(shí)際總流量〔m3/s1855.81018.935.11054〔b校核洪水情況下：洪水流量Q=1368m3附表1-2校核洪水情況下泄洪沖砂閘水力計(jì)算表水位〔m過閘總流量〔m3/s過堰總流量〔m3/s實(shí)際總流量〔m3/s1856.31251.7118.61370.3經(jīng)過計(jì)算泄洪沖砂閘凈寬96m,溢流堰長度95m,設(shè)計(jì)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(jì)算1地板滲流計(jì)算1、確定地基計(jì)算深度〔1計(jì)算水平投影長度=10m,鉛直投影長度=1.5m；因?yàn)?6.67>5；所以=0.510=5m；所以地基不透水層的有效計(jì)算深度為5.0m?！?計(jì)算各段Aa阻力系數(shù)1：S=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(jì)算各段水頭損失：總水頭損失=3.90m；；在列表計(jì)算各段水頭損失hi；附表1-3水頭損失計(jì)算表：序號(hào)12345670.6870.1500.1001.3600.1000.1500.6870.8280.1810.1211.640.1210.1810.828〔4進(jìn)出口水頭損失值的修正1進(jìn)口處修正系數(shù)；；式中S=1.5m,T=5m,=5m;代入得=1.01；>1所以不用進(jìn)行修正；2出口處修正系數(shù)=3.5m,T=5m,S=1.5m；=0.857〈1.0,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(jì)算各角隅點(diǎn)的滲壓水頭并列表：附表1-5各角隅點(diǎn)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(jì)算：1閘底板水平段平均滲透坡降：閘底板的輪廓線由6點(diǎn)至11點(diǎn),水平投影。；2出口處得出逸坡降：出口處既11點(diǎn)至12點(diǎn),滲透距離為。；、參見SL265—2001《水閘設(shè)計(jì)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(jì)算計(jì)算單元的確定根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》SL265——2001閘室穩(wěn)定計(jì)算宜取相鄰順?biāo)飨蛴谰每p之間的閘段為計(jì)算單元,選取中間兩孔閘室作為計(jì)算單元。附圖1-4計(jì)算單元選取示意圖：承載力計(jì)算自重荷載：根據(jù)《水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)》中鋼筋混凝土按線性分布荷載為25KN/m3。根據(jù)水閘的基本尺寸設(shè)計(jì)對(duì)其進(jìn)行荷載計(jì)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(jì)水頭；Kc——材料系數(shù),本工程取1；Kb——孔門寬度系數(shù),本工程Kb=0.472；H——孔口高度；閘門：G=4.16×10=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(diǎn)卷揚(yáng)式型啟閉機(jī),該啟閉機(jī)的自重為2.55噸。啟閉機(jī)：G=2.55*10=25.5KN根據(jù)SL265—2001《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》中應(yīng)該選取不同的荷載組合作為不同的工況對(duì)閘室的穩(wěn)定進(jìn)行驗(yàn)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(jì)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<KN·M>↓↑-〔順時(shí)針+〔逆時(shí)針底板5106.250.0000.000閘墩3712.50.0000.000工作橋926.250.002.50.002316.25交通橋926.250.0021852.50閘門41.60.0020.0083.2啟閉機(jī)25.50.0020.0051∑10738.351852.52450.45完建無水工況下的閘室穩(wěn)定計(jì)算根據(jù)SL265-2001《水閘設(shè)計(jì)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(yáng)壓力KN；—作用在閘室上的豎向和水平荷載對(duì)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(duì)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(yàn)算公式：根據(jù)計(jì)算結(jié)果,判斷是否滿足要求。根據(jù)SL265-2001《水閘設(shè)計(jì)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(jiān)實(shí)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(dāng)水期荷載計(jì)算及抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算：附圖1—5水閘穩(wěn)定計(jì)算水重作用力意圖：水重：附圖1-6水閘穩(wěn)定計(jì)算水平壓力作用力意圖：水平壓力：滲透壓力：KN浮托力：計(jì)算結(jié)果列于表:附表1-7泄洪閘閘室荷載計(jì)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(shí)針－〔順時(shí)針閘室10738.35水重18321.52748上游水壓力1216.81.31581.8476.051.398.865浮托力1045滲透壓力3591合計(jì)12570.3546361292.8527481680.717934.351292.851067.30根據(jù)SL265-2001《水閘設(shè)計(jì)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(yáng)壓力KN；—作用在閘室上的豎向和水平荷載對(duì)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(duì)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(yàn)算公式：根據(jù)計(jì)算結(jié)果,判斷是否滿足要求。不均勻系數(shù)驗(yàn)算故滿足要求。閘室基底面的抗滑穩(wěn)定計(jì)算：根據(jù)SL265-2001《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》中的閘室抗滑穩(wěn)定計(jì)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