《水工建筑物》課程設(shè)計(jì)-興化水閘工程

《水工建筑物》課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：興化水閘工程目錄TOC\o"1-3"\h\u15259一設(shè)計(jì)基本資料 圖1-3交通橋剖面圖（單位：cm）該地區(qū)“三材”供應(yīng)充足。閘門(mén)采用平面鋼閘門(mén)，尺寸自定，由工廠設(shè)計(jì)加工制造。該地區(qū)地震烈度設(shè)計(jì)為6度，故可不考慮地震影響。該地區(qū)風(fēng)速資料不全，在進(jìn)行浪壓力設(shè)計(jì)時(shí)，建議取計(jì)算。二樞紐布置興化閘為無(wú)壩引水進(jìn)水閘。整個(gè)樞紐主要由引水渠、防沙設(shè)施和進(jìn)水閘等組成。2.1防沙設(shè)施閘所在河流為少泥沙河道，故防沙要求不高，僅在引水口設(shè)攔沙坎一道即可。攔沙坎高0.8，底部高程0.5，頂高程1.3，迎水面直立，背流坡為1:1的斜坡，其斷面見(jiàn)圖樞紐布置圖2-12.2引水渠的布置興化河河岸比較堅(jiān)穩(wěn)，引水渠可以盡量短（大約65），使興化閘靠近興化河河岸。為了保證有較好的引水效果，引水角取35°，并將引水口布置在興化河凹岸頂點(diǎn)偏下游水深較大的地方。為了減輕引水口處的回流，使水流平順的進(jìn)入引水口，引水口上、下游邊角修成圓弧形。引水渠在平面上布置成不對(duì)稱(chēng)的向下游收縮的喇叭狀，見(jiàn)樞紐布置圖2-1。2.3進(jìn)水閘進(jìn)水閘（興化閘）為帶胸墻的開(kāi)敞式水閘。共5孔，每孔凈寬5.0。胸墻底部高程為8.1，閘頂高程為11.5，閘門(mén)頂高程為8.3。2.3.1閘室段閘底板為倒∏型鋼筋混凝土平底板，縫設(shè)在底板中央。底板頂面高程為0.5，厚1.0，其順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)16。閘墩為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)和底板相等，中墩厚1.0，邊墩與岸墻結(jié)合布置，為重力式邊墻，既擋水，又擋土，墻后填土高程為12.5。閘墩上設(shè)有工作門(mén)槽和檢修門(mén)槽。檢修門(mén)槽距閘墩上游邊緣1.5，工作門(mén)槽距閘墩上游邊緣5.59，胸墻與檢修門(mén)槽之間凈距為3.09。閘門(mén)采用平面滾輪鋼閘門(mén)，尺寸為5.4×7.8。啟閉設(shè)備選用QPQ-63卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)。工作橋支承為實(shí)體排架，由閘墩縮窄而成。其順?biāo)鏖L(zhǎng)2.5，厚0.4,底面高程11.5，頂面高程16.5，排架上設(shè)有活動(dòng)門(mén)槽。公路橋設(shè)在下游側(cè)，為板梁式結(jié)構(gòu)，其總寬為5.5。公路橋支承在排架上，排架底部高程9.0。2.3.2上游連接段鋪蓋為粘土鋪蓋，其順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)18.0,厚0.6。鋪蓋上游為塊石護(hù)底，一直護(hù)至引水口。上游翼墻為漿砌石重力式反翼墻，迎水面直立，墻背為1:0.5的斜坡，收縮角為15°，圓弧半徑為6.5。墻頂高程為11.0，其上設(shè)0.5高的混凝土擋浪板。墻后填土高程為10.5。翼墻底板為0.6厚的鋼筋混凝土板，前趾長(zhǎng)1.2，后趾長(zhǎng)0.2。翼墻上游與鋪蓋頭部齊平。翼墻上游為干砌塊石護(hù)坡，每隔12設(shè)一道漿砌石格埂。塊石底部設(shè)15的砂墊層。護(hù)坡一直延伸到興化渠的入口處。2.3.3下游連接段閘室下游采用挖深式消力池。其長(zhǎng)為26.0,深為1.0。消力池的底板為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其厚度為0.8。消力池與閘室連接處有1m寬的小平臺(tái)，后以1:4的斜坡連接。消力池底板下按反濾的要求鋪設(shè)厚0.3的砂、碎石墊層，既起反濾、過(guò)渡作用，又起排水作用。海漫長(zhǎng)29.5，水平設(shè)置。前10為漿砌塊石，后19.5為干砌塊石，并每隔8m設(shè)一道漿砌石格埂。海漫末端設(shè)一構(gòu)造防沖槽。其深為1.0，邊坡為1:2。槽內(nèi)填以塊石。由于土質(zhì)條件較好，防沖槽下游不再設(shè)護(hù)底。下游翼墻亦為漿砌石重力式反翼墻。迎水面直立，墻背坡度為1:0.5，圓弧半徑為5.0。墻頂高程為9.5，其上設(shè)高0.5的擋浪板，墻后填土高程為8.5。下游翼墻底板亦為厚0.6的鋼筋混凝土板，其前趾長(zhǎng)1.2，后趾長(zhǎng)0.2。翼墻下游端與消力池末端齊平。下游亦采用干砌塊石護(hù)坡，護(hù)坡至10.5高程處。每隔8設(shè)一道漿砌石格埂。護(hù)坡延伸至與防沖槽下游端部齊平。三水力計(jì)算水力設(shè)計(jì)主要包括兩方面的內(nèi)容,即閘孔設(shè)計(jì)和消能防沖設(shè)計(jì)。3.1閘孔設(shè)計(jì)閘孔設(shè)計(jì)的主要任務(wù):確定閘室結(jié)構(gòu)型式、選擇堰型、確定堰頂高程及孔口尺寸。3.1.1閘室結(jié)構(gòu)型式該閘建在人工渠道上,故宜采用開(kāi)敞式閘室結(jié)構(gòu)。在運(yùn)行中，該閘的擋水位達(dá)10.3～10.7,而泄水時(shí)上游水位為7.68～7.83,擋水位時(shí)上游最高水位比下游最高水位高出2.87，故擬設(shè)設(shè)置胸墻代替閘門(mén)擋水，以減小閘門(mén)高度，減小作用在閘門(mén)上的水壓力，減小啟門(mén)力，并降低工作橋的高度，從而減少工程費(fèi)用。綜上所述：該閘采用帶胸墻的開(kāi)敞式閘室結(jié)構(gòu)。3.1.2堰型選擇及堰頂高程的確定該閘建在少泥沙的人工渠道上,宜采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,施工方便,自由出流范圍較大的平底板寬頂堰。考慮到閘基持力層是堅(jiān)硬粉質(zhì)粘土,土質(zhì)良好,承載能力大,并參考該地區(qū)已建在工程的經(jīng)驗(yàn),擬取閘底板頂面與興化渠渠底齊平，高程為0.5。3.1.3孔口尺寸的確定1初擬閘孔尺寸。該閘的孔口必須滿足引水灌溉和引水沖淤保港的要求。1）引水灌溉：上游水深H=7.83-0.5=7.33下游水深h=7.82-0.5=7.32引水流量Q=450=(50+2×7.33)×7.33=473.96上游行近流速=450/473.96=0.949=1H0=H+V02/2g=7.33+0.9492/（2×9.8）=7.38h/H0=7.32/7.38=0.99>0.8,故屬淹沒(méi)出流。查SL265-2001表A?0?1-2，淹沒(méi)系數(shù)s=0.36由寬頂堰淹沒(méi)出流公式：對(duì)無(wú)坎寬頂堰，取流量系數(shù)m=0.385，假設(shè)側(cè)收縮系數(shù)=0.96，則==38.082）引水沖淤保港：上游水深H=7.44-0.5=6.94下游水深h=7.38-0.5=6.88引水流量Q=100=(50+2×6.94)×6.94=443.33上游行近流速=100/443.33=0.23<0.5，可以忽略不計(jì)則H0≈H=6.94。h/H0=6.88/6.94=0.991>0.8,故屬淹沒(méi)出流。查SL265-2001表A?0?1-2，淹沒(méi)系數(shù)s=0.344取流量系數(shù)m=0.385，并假設(shè)側(cè)收縮系數(shù)=0.96，則得=9.81比較1）、2）的計(jì)算結(jié)果，<，可見(jiàn)引水灌溉情況是確定閘孔尺寸的控制情況，故閘孔凈寬B0宜采用較大值38.08。擬將閘孔分為5孔，取每孔凈寬為7.5m,則閘孔實(shí)際總凈寬為B0=7.5×5=37.5。由于閘基土質(zhì)條件較好，不僅承載能力較大，而且堅(jiān)硬、緊密。為了減少閘孔總寬度，節(jié)省工作量，閘底板宜采用整體式平底板。擬將分縫設(shè)在各孔底板的中間位置，形成倒型底板。中墩采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚1.0，墩頭、墩尾均采用半圓形，半徑為0.5。2復(fù)核過(guò)閘流量。對(duì)于中孔，b0=7.5，=b0+dz=7.5+1.0=8.5b0/=7.5/8.5=0.882查SL265-2001表A.0.1-1，得=0.980。對(duì)于邊孔，b0=7.5，=b0+dz/2+=5+1/2+(50-38.08-41-0.52)=12.42，b0/=7.5/12.42=0.604查SL265-2001表A?0?1-1，得=0.941。則對(duì)于無(wú)坎平底寬頂堰，流量系數(shù)m=0.385,則×100%=100%=1.58%<5%滿足引水灌溉的要求?！?00%=100%=0.95%<5%滿足引水沖於保港的要求。因此，該閘的孔口尺寸確定為：共分5孔，每孔凈寬7.5，4個(gè)中墩各厚1.0，閘孔總凈寬為37.5，閘室總寬度為41.5。3.2消能防沖設(shè)計(jì)消能防沖設(shè)計(jì)包括消力池、海漫及防沖槽等三部分。3.2.1消力池的設(shè)計(jì)（1）上下游水位連接形態(tài)的判別。閘門(mén)從關(guān)閉狀態(tài)到泄流量450往是分級(jí)開(kāi)啟的。為了節(jié)省計(jì)算工作量,閘門(mén)的開(kāi)度擬分三級(jí),流量150待下游的水位穩(wěn)定后,增大開(kāi)度至300，待下游的水位穩(wěn)定后,增大開(kāi)度至450。1）當(dāng)泄流量為150時(shí)：上游水深H=10.7-0.5=10.2下游水深采用前一級(jí)開(kāi)度(即Q=50)時(shí)的下游水深t=7.2-0.5=6.7=(50+210.2)10.2=718.08上游行進(jìn)流速=150/718.08=0.2090.5，可以忽略不計(jì)。假設(shè)閘門(mén)的開(kāi)度e=0.89，=0.087<0.65，為孔流。查《水力學(xué)》表8.8，得垂直收縮系數(shù)/=0.610，則=/e=0.610×0.89=0.54=0.681t=6.7，故為淹沒(méi)出流。由,查SL265-2001表A?0?3-2，得孔流淹沒(méi)系數(shù)=0.492，因此有式中μ1—孔流流量系數(shù)。因此，該值與要求的流量150十分的接近，故所假定的閘門(mén)開(kāi)度e=0.89正確。此時(shí)，躍后水深0.681<t=6.7，故發(fā)生淹沒(méi)水躍。2）當(dāng)泄流量為300時(shí)：上游水深H=10.7-0.5=10.2下游水深采用前一級(jí)開(kāi)度(即Q=150)時(shí)的下游水深t=7.54-0.5=7.04=(50+210.2)10.2=718.08上游行進(jìn)流速=300/718.08=0.4170.5，可忽略不計(jì)。假設(shè)閘門(mén)的開(kāi)度e=1.83，e/H=0.179<0.65，為孔流。查《水力學(xué)》表8.8，得垂直收縮系數(shù)/=0.619，則hc=/e=0.619×1.83=1.13=0.471t=7.04，故為淹沒(méi)出流。由,查SL265-2001表A?0?3-2，得孔流淹沒(méi)系數(shù)=0.492，因此有式中μ1—孔流流量系數(shù)。因此，該值與要求的流量300十分的接近，故所假定的閘門(mén)開(kāi)度e=1.83正確。此時(shí)，躍后水深0.471<t=7.04，故發(fā)生淹沒(méi)水躍。3）當(dāng)泄流量為450時(shí)：上游水深H=10.7-0.5=10.2下游水深采用前一級(jí)開(kāi)度(即Q=300)時(shí)的下游水深t=7.78-0.5=7.28=(50+210.2)10.2=718.08上游行進(jìn)流速=450/718.08=0.627m/s＞0.5m/s，不可忽略。假設(shè)閘門(mén)的開(kāi)度e=3.12，e/H=0.306<0.65，為孔流。查《水力學(xué)》表8.8，得垂直收縮系數(shù)/=0.625，則hc=/e=0.625×3.12=1.95=0.358t=7.28，故為淹沒(méi)出流。由,查SL265-2001表A?0?3-2，得孔流淹沒(méi)系數(shù)=0.450，因此有式中μ1—孔流流量系數(shù)。因此，該值與要求的流量300m3/s十分的接近，故所假定的閘門(mén)開(kāi)度e=3.12正確。此時(shí)，躍后水深0.450<t=7.28，故發(fā)生淹沒(méi)水躍。求得泄水量為150，300、450時(shí)的閘門(mén)開(kāi)度、躍后水深，并可判別不同泄水量時(shí)水面的連接情況，見(jiàn)水面連接計(jì)算表3-1。表3-1水面連接計(jì)算序號(hào)Q(m3/s)e(m)/(m)（m）t(m)Q(m3/s)水面連接情況150.00.450.6100.271.056.500.52749.78淹沒(méi)水躍2150.00.820.6100.500.7086.700.492150.84淹沒(méi)水躍3300.01.670.6181.030.4937.040.492299.33淹沒(méi)水躍（2）消力池的設(shè)計(jì)。1）消力池池深：由水面連接計(jì)算表可見(jiàn)，在消能計(jì)算中，躍后水深均小于相應(yīng)的下游水深，出閘水流已發(fā)生了淹沒(méi)水躍，故從理論上講可以不必建消力池。但是為了穩(wěn)定水躍，通常需建一構(gòu)造消力池。取池深d=0.5。2）消力池長(zhǎng)度：根據(jù)前面的計(jì)算，以泄流量350作為確定消力池長(zhǎng)度的計(jì)算依據(jù)。略去行進(jìn)流速V0，則總勢(shì)能=(10.70-0.5)+1=11.2=350/（32.5+4）=9.59=0.95水躍長(zhǎng)度：消力池與閘底板以1：4的斜坡段相連接，=0.5×4=2.0消力池長(zhǎng)度為—長(zhǎng)度校正系數(shù)（0.7～0.8)，取=0.75。取消力池長(zhǎng)度為=23.0。3）消力池底板厚度計(jì)算：式中—消力池底板厚度計(jì)算系數(shù),可采用（0.15～0.20），取=0.175。=350/（32.5+4）=9.59取消力池的池底板厚為t=0.8，前后等厚。在消力池底板的后半部設(shè)排水孔，孔徑10,間距2，呈梅花形布置，孔內(nèi)填以砂，碎石。消力池與閘底板連接處留有一寬為1米的平臺(tái)，以便更好地促成出閘水流在池中產(chǎn)生水躍。消力池在平面上呈擴(kuò)散狀，擴(kuò)散角取為10°。圖3-1消力池布置圖3.2.2海漫的設(shè)計(jì)(1）海漫長(zhǎng)度計(jì)算?！哟餐临|(zhì)系數(shù)，（河床為堅(jiān)硬黏2土，取=7.0）-消力池出口處的單寬流量，取海漫的長(zhǎng)度為。（2）海漫的布置和構(gòu)造。由于下游水深較大，為了節(jié)省開(kāi)挖量，海漫布置成水平的。海漫使用厚度40的塊石材料，前10用漿砌塊石，后18.5采用干砌塊石。漿砌塊石海漫上設(shè)排水孔，干砌塊石上設(shè)漿砌塊石格梗，格梗斷面尺寸為40×60。海漫底部鋪設(shè)15厚的砂粒墊層。圖3-2海曼布置圖3.2.3防沖槽設(shè)計(jì)（1）海漫末端河床沖刷深度計(jì)算?！Ｂ┒说目赡軟_刷的深度，—海曼末端的單寬流量，—河床土質(zhì)的允許不沖流速，—海曼末端的水深，海漫末端的平均寬度：=1/2(50+50+2×2×（7.8-0.5）)=64.6==350/64.6=5.42對(duì)比較緊密的粘土地基，且水深大于3，可取為1.1，=7.28，則=0表示海漫出口不形成沖刷坑，理論上可以不建防沖槽。但為了保護(hù)海漫頭部，故在海漫末端建一構(gòu)造防沖槽。（2）防沖槽的構(gòu)造。防沖槽為倒梯形斷面，其底寬1.0，深1.0，邊坡1：2，槽中拋以塊石。圖3-3防沖槽布置圖圖3-4消力池、海漫、防沖槽布置圖四防滲排水設(shè)計(jì)4.1地下輪廓線設(shè)計(jì)對(duì)于粘土地基，通常不采用垂直板樁防滲。故地下輪廓主要包括底板和防滲鋪蓋。4.1.1底板底板既是閘室的基礎(chǔ),又兼有防滲、防沖刷的作用。它既要滿足上部結(jié)構(gòu)布置的要求,又要滿足穩(wěn)定及本身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等要求。（1）底板順?biāo)鞣较虻拈L(zhǎng)度L。為了滿足上部結(jié)構(gòu)布置的要求，L必須大于交通橋?qū)?、工作橋?qū)?、工作便橋?qū)捈捌渲g間隔的總和，即L約為12.0。從穩(wěn)定和地基承載力的要求考慮，L可按經(jīng)驗(yàn)公式估算L=（H+2h+a）(1+0.1ΔH)K因?yàn)镠=10.2，2h=0.5，a=0.5，ΔH=3.7，K=1.0,則L=15.34綜上所述，取底板順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)度L為16。（2）底板厚度d。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，底板厚度為（1/5—1/7）單孔凈跨，初擬d=1.0。（3）底板構(gòu)造。底板采用鋼筋混凝土構(gòu)造，混凝土為。上下游兩端各設(shè)0.5深的齒墻嵌入地基。底板分縫中設(shè)以“V”型銅片止水。4.1.2鋪蓋鋪蓋采用粘土結(jié)構(gòu)，其長(zhǎng)度一般為2-4倍的閘上水頭或3—5倍上下游最大水位差，擬取18，鋪蓋厚度為0.6。鋪蓋上游端設(shè)0.5深的小齒墻，其頭部不再設(shè)防沖槽。為了防止上游河床的沖刷，鋪蓋上游設(shè)塊石護(hù)底，厚0.3，其下設(shè)0.2厚的砂石墊層。4.1.3側(cè)向防滲側(cè)向防滲主要靠上游翼墻和邊墩。上游翼為曲面式反翼墻，收縮角取15○，延伸至鋪蓋頭部以半徑為6.5的圓弧插入岸坡。4.1.4排水、止水為了減小作用于閘底板上的壓力，在整個(gè)消力池底板下部設(shè)砂礫石排水，其首部緊抵閘底板下游齒墻。閘底板與鋪蓋、鋪蓋與上游翼墻、上游翼墻與邊墻之間的永久性縫中，均設(shè)以銅片止水。閘底板與消力池、消力池與下游翼墻、下游翼墻與邊墩之間的永久性分縫，雖然沒(méi)有防滲要求，但為了防止閘基土與墻后填土被水流帶出，縫中鋪貼瀝青油毛氈。4.1.5防滲長(zhǎng)度驗(yàn)算閘基防滲長(zhǎng)度。必須的防滲長(zhǎng)度為L(zhǎng)—閘基防滲長(zhǎng)度,即閘基輪廓線防滲部分水平段和垂直段長(zhǎng)度的總和，m—上,下游水位差，mC—允許滲徑系數(shù)值,（中砂采用C值5～7）實(shí)際閘基防滲長(zhǎng)度N，滿足防滲要求。繞流防滲長(zhǎng)度。必須的防滲長(zhǎng)度為=3.7=7（回填土為砂壤土，且無(wú)反濾）因此實(shí)際閘基防滲長(zhǎng)度N，滿足防滲要求。圖4-1地下輪廓布置圖4.2滲流計(jì)算采用改進(jìn)阻力系數(shù)法進(jìn)行滲流計(jì)算。4.2.1地下輪廓線的簡(jiǎn)化為了便于計(jì)算，將復(fù)雜的地下輪廓進(jìn)行簡(jiǎn)化。由于鋪蓋頭部及底板上下游兩端的齒墻均淺，簡(jiǎn)化后的形式如下圖：圖4-2地下輪廓簡(jiǎn)化圖4.2.2確定地基透水層的有效深度根據(jù)鉆探資料，閘基透水層深度很大。故在滲流計(jì)算中必須取一有效深度，代替實(shí)際深度。由地下輪廓線簡(jiǎn)化圖知：地下輪廓的水平投影長(zhǎng)度=18+16=34，地下輪廓的垂直投影長(zhǎng)度=1.5-0.6=0.9。=34/0.9=37.8>5，故地基的有效深度=0.5L0=0.534=17。（圖4-2）過(guò)地下輪廓的角點(diǎn)、尖點(diǎn)，將滲流區(qū)域分成十個(gè)典型段。①、⑧段為進(jìn)出口段，③、⑥、二段為內(nèi)部水平段，②、④、⑤、⑦則為內(nèi)部垂直段。計(jì)算過(guò)程如下：進(jìn)口段及出口段阻力系數(shù)ζ①0.617.1故0.451⑧0.516.6故0.449內(nèi)部垂直段阻力系數(shù)②0.517.0故0.029④0.917.0故0.053⑤0.516.6故0.030⑦0.516.6故0.030內(nèi)部水平段阻力系數(shù)③0.50.917.0故1.001⑥0.50.516.6故0.922表4-1阻力系數(shù)計(jì)算表流段阻力系數(shù)計(jì)算公式分段進(jìn)口段和出口段①0.617.10.451⑧0.516.60.449內(nèi)部垂直段②0.517.00.029④0.917.00.053⑤0.516.60.030⑦0.516.60.030內(nèi)部水平段③0.50.917.01.001⑥0.50.516.60.922則4.2.4滲透壓力計(jì)算（1）設(shè)計(jì)情況：10.3-7.0=3.3。1）各段水頭損失的計(jì)算，則表4-20.500.031.110.060.031.030.030.50進(jìn)出口段進(jìn)行必要的修正：進(jìn)口處修正系數(shù)為底板埋深與底面以下的板樁入土深度之和，板樁上游側(cè)底板下的地基透水層深度，17.017.10.5則=0.39<1.0，應(yīng)予修正。進(jìn)口段的水頭損失修正為進(jìn)口段水頭損失的修正量為0.50－0.20=0.30修正量應(yīng)轉(zhuǎn)移給相鄰各段，則h/=0.03+0.03=0.06h/=1.11+（0.30－0.03）=1.38出口處修正系數(shù)為16.616.60.5則=0.41<1.0，應(yīng)予修正。出口段的水頭損失修正為出口段水頭損失的修正量為0.50－0.21=0.29修正量應(yīng)轉(zhuǎn)移給相鄰各段，則h/=0.03+0.03=0.06h/=1.03+（0.29－0.03）=1.293）計(jì)算各角隅點(diǎn)的滲壓水頭：由上游出口段開(kāi)始，逐次向下游從作用水頭值中相繼減去各分段的水頭損失值，即可求得各角隅點(diǎn)的滲壓水頭值=3.33.3-=3.3-0.20=3.103.10-0.06=3.043.04-1.38=1.661.66-0.06=1.601.60-0.03=1.571.57-1.29=0.280.28-0.06=0.220.22-0.22=0.00作出滲透壓力分布圖：根據(jù)以上算得滲壓水頭值，并認(rèn)為沿水平段水頭損失呈線形變化，則其滲透壓力分布圖，如下圖4-3所示圖4-3設(shè)計(jì)洪水位時(shí)滲透壓力分布圖單位寬底板所受滲透壓力：(+)×16×1=14.8t=145.04KN單位寬鋪蓋所受的滲透壓力：(+)×18×1=42.3t=414.54KN（2）校核情況：10.7-7.0=3.7。1）各段水頭損失的計(jì)算，則表4-30.560.041.250.070.041.150.040.562）進(jìn)出口段進(jìn)行必要的修正：進(jìn)口處修正系數(shù)為17.017.10.5則=0.39<1.0，應(yīng)予修正。進(jìn)口段的水頭損失修正為進(jìn)口段水頭損失的修正量為0.56－0.22=0.34修正量應(yīng)轉(zhuǎn)移給相鄰各段，則h/=0.04+0.04=0.08h/=1.25+（0.34－0.04）=1.55出口處修正系數(shù)為16.616.60.5則=0.41<1.0，應(yīng)予修正。出口段的水頭損失修正為出口段水頭損失的修正量為0.56－0.23=0.33修正量應(yīng)轉(zhuǎn)移給相鄰各段，則h/=0.04+0.04=0.08h/=1.15+（0.33－0.04）=1.443）計(jì)算各角隅點(diǎn)的滲壓水頭：由上游出口段開(kāi)始，逐次向下游從作用水頭值Δh中相繼減去各分段的水頭損失值，即可求得各角隅點(diǎn)的滲壓水頭值=3.703.70-=3.70-0.22=3.483.48-0.08=3.403.40-1.55=1.851.85-0.07=1.781.78-0.04=1.741.74-1.44=0.300.30-0.08=0.220.22-0.22=0.004）作出滲透壓力分布圖：根據(jù)以上算得滲壓水頭值，并認(rèn)為沿水平段水頭損失呈線形變化，則其滲透壓力分布圖，如下圖4-4所示。圖4-4校核洪水位時(shí)滲透壓力分布圖單位寬底板所受滲透壓力：(+)×16×1=16.32t=159.94KN單位寬鋪蓋所受的滲透壓力：(+)×18×1=47.25t=463.05KN4.2.5抗?jié)B穩(wěn)定驗(yàn)算閘底板水平段的平均滲透坡降J為J===0.086＜[J]=0.4～0.5滲流出口處的平均逸出坡降J為J===0.44＜[J]=0.70～0.80閘基的防滲滿足抗?jié)B穩(wěn)定的要求。五閘室布置與穩(wěn)定計(jì)算5.1閘室結(jié)構(gòu)布置閘室結(jié)構(gòu)布置主要包括底板、閘墩、閘門(mén)、工作橋、交通橋等部分結(jié)構(gòu)的布置和尺寸的擬定。5.1.1底板底板的結(jié)構(gòu)、布置、構(gòu)造與上述相同。5.1.2閘墩閘墩順?biāo)鞣较虻拈L(zhǎng)度取與底板相同，為16。閘墩為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，中墩厚均為1.0m。邊墩與岸墻合二為一，采用重力式結(jié)構(gòu)。閘墩頂高程計(jì)算：閘墩上游部分（擋水時(shí)）=0.3設(shè)計(jì)情況：10.3+0.8+0.3=11.4校核情況：10.7+0.5+0.3=11.5閘墩上游部分（泄水時(shí)）設(shè)計(jì)情況：10.3+0.7=11.0校核情況：10.7+0.5=11.2取上述四者中的較大者，取為11.5。閘墩下游部分的高度只要比下游最高水位適當(dāng)高些，不影響泄流即可?？纱蟠蟮陀谏嫌尾糠值母叨?，而其上設(shè)有排架擱置公路橋。初擬定閘墩下游部分頂部高程為9.0，其上設(shè)3根0.7×0.7，高2.0的柱子，柱頂設(shè)0.7×0.7，長(zhǎng)4.7的小橫梁，梁頂高程即為9.0+2.0+0.7=11.7。下游閘墩上擱置公路橋，橋面高程為12.5。閘墩上設(shè)檢修門(mén)槽和工作門(mén)槽，檢修門(mén)槽在上游，槽深為0.2，寬0.2，工作槽槽深為0.3，寬0.5。具體位置見(jiàn)圖。閘墩上下游均為半圓形，其半徑為0.5。5.1.3胸墻為了保證啟吊閘門(mén)的鋼絲繩不浸在水中，胸墻設(shè)在工作閘門(mén)的上游側(cè)。胸墻頂與閘墩上游部分頂部同高取11.5m。胸墻底部高程應(yīng)以不影響引水為準(zhǔn)。=堰頂高程+堰頂下游水深+=0.5+（7.8-0.5）+0.3=8.1，取胸墻底部高程為8.1m。則胸墻高度為11.5-8.1=3.4。胸墻采用鋼筋混凝土板梁式結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)支于閘墩上。上梁尺寸為0.3×0.5，下梁尺寸為0.4×0.8，板厚20。下梁下端的上游面做成圓弧形，以利過(guò)水。5.1.4工作橋（1）啟閉機(jī)選型。圖5-1閘門(mén)采用平面滾輪鋼閘門(mén)，為滑動(dòng)式，門(mén)頂高程應(yīng)高出胸墻底部高程0.2，即其高程為8.3，門(mén)高8.3-0.5=7.8，門(mén)寬6.5+20.2=6.9（工作閘門(mén)寬6.5+20.3=7.1）。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式G=0.073K1K2K3A0.93HS0.79,初估閘門(mén)自重。圖5-1A=7.86.9=53.82m2；HS=10.7-0.5=10.2；對(duì)于工作閘門(mén)，=1.0，H/B=7.8/7.1=1.1,1＜H/B＜2，=1.0；=10.2＜60m，=1.0。初估門(mén)重=0.0731.01.01.0=18.62t=182.4KN，取閘門(mén)自重G=200KN初擬啟門(mén)力（0.1～0.2）+1.2，閉門(mén)力（0.1—0.2）-0.9。其中為閘門(mén)自重，為作用在門(mén)上的總水壓力，不計(jì)浪壓力的影響，作用在每米寬門(mén)上游面的水壓力，作用在每米寬門(mén)下游面的水壓力和門(mén)上總的水壓力為：×9.8×(2.6+10.2)×7.6=476.7kN;×6.5×6.5×9.8=207.0kN，1753.1kN初估啟門(mén)力：0.10×1753.1+1.2×200=415.3kN初估閉門(mén)力：0.10×1753.1-0.9×200=-4.69kN<0，表示閘門(mén)能靠自重關(guān)閉，不需加壓重塊幫助關(guān)閉。根據(jù)計(jì)算所需的啟門(mén)力415.3kN，初選雙吊點(diǎn)手搖電動(dòng)兩用卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)（上海重型機(jī)械廠產(chǎn)品）QPQ-2×25。其機(jī)架外輪廓寬1962。（2）工作橋的尺寸及構(gòu)造。工作橋的寬度不僅要滿足啟閉機(jī)布置的要求，且兩側(cè)應(yīng)留有足夠的操作寬度。啟閉機(jī)寬度+2×操作寬度+2×欄桿柱寬+2×欄桿外富裕寬度＝1.962+2×0.8+2×0.15+2×0.05=3.962。故取工作橋凈寬4.0。工作橋?yàn)榘辶菏浇Y(jié)構(gòu)，預(yù)制裝配。兩根主梁高0.8，寬0.35，中間活動(dòng)鋪板厚6。為了保證啟閉機(jī)的機(jī)腳螺栓安置在主梁上，主梁間的凈距為1.5。在啟閉機(jī)機(jī)腳處螺栓處設(shè)兩根橫梁。其寬30，高50。工作橋設(shè)在實(shí)體排架上，排架的厚度即閘墩門(mén)槽處的頸厚為40cm，排架順?biāo)较虻膶挾葹?.5m。排架的高程為：胸墻壁底緣高程+門(mén)高+富裕高度=8.1+7.8+0.6=16.5。圖5-2工作橋結(jié)構(gòu)圖5.1.5檢修便橋?yàn)榱吮阌跈z修、觀測(cè)，在檢修門(mén)槽處設(shè)置有檢修便橋。橋?qū)?.5m。橋身結(jié)構(gòu)僅為兩根嵌置于閘墩內(nèi)的鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁。梁高40cm，寬25cm。梁中間鋪設(shè)厚6cm的鋼筋混凝土板。5.1.6交通橋在工作橋的下游側(cè)布置公路橋，橋身結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土板梁結(jié)構(gòu)，橋面總寬5.5m。其結(jié)構(gòu)構(gòu)造及尺寸見(jiàn)設(shè)計(jì)基本資料。5.2閘室穩(wěn)定計(jì)算取中間的一個(gè)獨(dú)立的閘室單元分析，閘室結(jié)構(gòu)布置見(jiàn)下圖5-3。圖5-3閘室結(jié)構(gòu)布置圖5.2.1荷載計(jì)算（1）完建期的荷載。完建期的荷載主要包括閘地板重力、閘墩重力、閘門(mén)重力、胸墻重力、工作橋及啟閉機(jī)設(shè)備重力、公路橋重力和檢修便橋重力、取混凝土、鋼筋混凝土的容重為25。1）底板重力：16×1.0×15×25+0.5×（1+1.5）×0.5×15×25×2=5175.0KN2）閘墩重力：每個(gè)中墩重（0.5×3.14×0.52×11×25）+（0.5×3.14×0.52×8.5×25）+（4.25×1.0×11×25-0.2×0.2×2×11×25）+（2.5×1.0×11×25-2×0.3×0.5×11×25）+（2.5×0.4×5×25）+（8.25×1.0×8.5×25）+（3×0.7×0.7×2×25）+（4.7×0.7×0.7×25）=3952.4KN每個(gè)閘室單元有兩個(gè)中墩，則2×3952.4=7904.8KN3）閘門(mén)重力為：200×2=400KN4）胸墻重力為：0.3×0.5×13×25＋0.4×0.8×13×25＋0.2×（3.4-0.4-0.3）×13×25=328.3KN5）工作橋及啟閉機(jī)設(shè)備重力:工作橋重力：2×0.92×0.35×15×25+0.5×(0.08+0.12)×0.9×15×2×25+0.15×0.12×15×2×25+0.06×1.3×15×25=351.8KN考慮到欄桿及橫梁重力等，取:410KN啟閉機(jī)機(jī)身重40.7KN，考慮到機(jī)架混凝土及電機(jī)重，每臺(tái)啟閉機(jī)重48.0KN，啟閉機(jī)重力2×48.0KN=96.0KN410+96.0=506KN6）公路橋重力:公路橋每米重約80KN,考慮到欄桿重,則公路橋重為:80×15+50=1250KN7）檢修便橋重力：0.25×0.4×13.0×25×2+0.06×1.5×13×25=94.3KN考慮到欄桿及橫梁重力等，取:155.0KN完建情況下作用荷載和力矩計(jì)算見(jiàn)下表5-1：（對(duì)底板上游下端B點(diǎn)求矩）表5-1完建情況下作用荷載和力矩計(jì)算各個(gè)部位重力力臂力矩正負(fù)底板5175.08.0041400.0閘墩①216.00.2962.6②2293.62.636032.2③1460.06.008760.0④3768.411.3842884.4⑤166.815.712620.4閘門(mén)400.05.842336.0工作橋4106.002460.0啟閉機(jī)96.06.00576.0公路橋1250.012.4515562..5檢修便橋155.01.60248.0胸墻328.34.891605.39合計(jì)15719.1108985.0（2）設(shè)計(jì)洪水情況下的荷載。在設(shè)計(jì)洪水情況下,閘室的荷載除此之外,還有閘室內(nèi)水的重力、水壓力、揚(yáng)壓力等。1）閘室內(nèi)水的重力:4.79×9.8×13×9.8+7.6×0.8×13×9.8=5980.4+774.6=6755.06.5×9.91×13×9.8=8206.52）浪壓力:首先計(jì)算波浪要素。由設(shè)計(jì)資料知：計(jì)算，h=0.8m，上游=9.8m，則上游波浪線壅高為：波浪破碎的臨界水深：可見(jiàn)，上游平均水深大于,且大于，故為深水波。因此0.5×4×（0.25+0.8）×15×9.8=308.7KN（→）3）揚(yáng)壓力：b浮托力：7.5×9.8×16×15+2×0.5×(1.0+1.5)×0.5×9.8×15=14259.0KN(↑)滲透壓力：0.28×9.8×16×15+0.5×（1.57-0.28）×16×9.8×15=2175.6KN(↑)4）靜水壓力：0.5×10×9.8×10×15=7350.0KN（→）0.5×（10×9.8+8×9.8+1.57×9.8）×1.3×15=1870.0KN（→）0.5×7.5×73.5×15=4134.4KN（←）0.5×（73.5+81.1）×0.5×15=579.8KN（←）設(shè)計(jì)洪水情況下荷載見(jiàn)下圖5-4：圖5-4設(shè)計(jì)洪水位時(shí)荷載圖設(shè)計(jì)洪水情況下作用荷載和力矩計(jì)算見(jiàn)下表5-2：（對(duì)底板上游端B點(diǎn)求矩）表5-2設(shè)計(jì)洪水情況下作用荷載和力矩計(jì)算荷載豎向力水平力力臂力矩備注正負(fù)閘室結(jié)構(gòu)重力15719.18.00125752.8上游水壓力308.78.982772.1左為正右為負(fù)7350.03.8728444.51870.00.651215.5下游水壓力4134.43.0012403.2579.80.25145.0浮托力14259.08.00114072滲透壓力658.68.005268.8上為正下為負(fù)1517.05.338085.6水重力5980.42.4014353.0774.65.194020.28206.511.0590681.8合計(jì)30680.616434.69528.74714.2139974.6267239.9142464814.5127265.3（3）校核洪水情況下的荷載。在校核洪水情況下,閘室的荷載除此之外,還有閘室內(nèi)水的重力、水壓力、揚(yáng)壓力等。1）閘室內(nèi)水的重力:4.79×9.8×13×10.2×10×9.8+7.6×0.8×13×9.8=6224.5+774.6=6999.1KN6.5×9.91×13×9.8=8206.5KN2）浪壓力:首先計(jì)算波浪要素。由設(shè)計(jì)資料知：該地區(qū)風(fēng)速資料不全，在進(jìn)行浪壓力設(shè)計(jì)時(shí)，建議取計(jì)算，h=0.5m，上游=10.2m，則上游波浪線壅高為波浪破碎的臨界水深：可見(jiàn)，上游平均水深大于,且大于，故為深水波。因此0.5×2.5×（0.16+0.5）×15×9.8=121.3KN（→）3）揚(yáng)壓力：浮托力：7.5×9.8×16×15+2×0.5×(1.0+1.5)×0.5×9.8×15=17823.8KN(↑)滲透壓力：0.30×9.8×16×15+0.5×（1.74-0.30）×16×9.8×15=2399.0KN(↑)4）靜水壓力：0.5×10.4×9.8×10.4×15=7949.8KN（→）0.5×（10.4×9.8+8×9.8+1.74×9.8）×1.3×15=1924.4KN（→）0.5×7.5×73.5×15=4134.4KN（←）0.5×（73.5+81.3）×0.5×15=580.5KN（←）校核洪水情況下荷載見(jiàn)下圖5-5：圖5-5校核洪水位時(shí)荷載圖校核洪水情況下作用荷載和力矩計(jì)算見(jiàn)下表5-3：（對(duì)底板上游端B點(diǎn)求矩）表5-3校核洪水情況下作用荷載和力矩計(jì)算荷載豎向力水平力力臂力矩備注正負(fù)閘室結(jié)構(gòu)重力15719.18.00125752.8上游水壓力121.310.781307.6左為正右為負(fù)7949.84.4435297.11924.40.661270.1下游水壓力4134.43.0012403.2580.50.25145.1浮托力17823.88.00142590.4滲透壓力705.68.005644.8上為正下為負(fù)1693.45.339025.8水重力6224.52.4014938.8774.65.194020.28206.511.0590681.8合計(jì)30924.720222.89995.54714.9169809.3273266.410701.95280.6103459.15.2.2穩(wěn)定計(jì)算(1）完建期。閘室基底壓力計(jì)算閘室基底應(yīng)力的最大值或最小值()；作用在閘室上的全部豎向荷載(包括閘室基礎(chǔ)底面上的揚(yáng)壓力在內(nèi))()；作用在閘室上的全部豎向和水平向荷載對(duì)于基礎(chǔ)底面垂直水流方向的形心軸的力矩()；閘室基底面的面積()；--閘室底板的長(zhǎng)度().由完建情況下作用荷載和力矩計(jì)算表可知，15719.1，108985.0，另外，16，16×15=240，則-（偏上游）地基承載力驗(yàn)算。由上可知持力層為堅(jiān)硬粉質(zhì)粘土，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)15～21擊，查《水工建筑物（第五版）》圖6-29得地基允許承載力350。因?yàn)榛A(chǔ)的寬度遠(yuǎn)大于3，故地基允許承載力應(yīng)修正。其中：8；1.5；為安全起見(jiàn)，取0.2,1.0；(浮重度)350+0.2×10.09×（8-3）+1.0×10.09（1.5-1.5）=360.1,地基承載力滿足要求。不均勻系數(shù)計(jì)算。故基底壓力不均勻系數(shù)滿足要求。(2)設(shè)計(jì)洪水情況。閘室地基壓力計(jì)算。由設(shè)計(jì)洪水情況下作用荷載和力矩計(jì)算表可知：14246，127265.3，則-（偏下游）地基承載力驗(yàn)算。由上可知，地基承載力滿足要求。不均勻系數(shù)計(jì)算故基底壓力不均勻系數(shù)滿足要求。閘室抗滑穩(wěn)定分析：臨界壓應(yīng)力其中1.75；kN/m3；16,；60。故閘室不會(huì)發(fā)生深層滑動(dòng)，僅需作表層抗滑穩(wěn)定分析。其中：=0.9=17.1；。由于本閘齒墻較淺，可取故閘室抗滑穩(wěn)定性滿足要求。（3)校核洪水情況。閘室基底壓力計(jì)算。由校核洪水情況下作用荷載和力矩計(jì)算表可知：10701.9，103459.1，則-（偏下游）地基承載力驗(yàn)算。由上可知，地基承載力滿足要求。不均勻系數(shù)計(jì)算?；讐毫Σ痪鶆蛳禂?shù)不滿足要求。但根據(jù)SD-133-84附錄5的規(guī)定，對(duì)于地基良好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的中型水閘，在校核洪水位情況下，可以采用4.35。故基底壓力不均勻系數(shù)滿足要求。閘室抗滑穩(wěn)定分析：顯然，不必驗(yàn)算深層抗滑穩(wěn)定性，只需驗(yàn)證表層抗滑穩(wěn)定性，即臨界壓應(yīng)力故閘室抗滑穩(wěn)定性滿足要求。六閘室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6.1閘墩的設(shè)計(jì)閘墩順?biāo)鞣较虻拈L(zhǎng)度取與底板相同，為16。閘墩為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，中墩厚均為1.0。邊墩與岸墻合二為一，采用重力式結(jié)構(gòu)。初擬定閘墩上游部分頂部高程為11.5，下游部分頂部高程為9.0，其上設(shè)3根0.7×0.7，高2.0的柱子，柱頂設(shè)0.7×0.7，長(zhǎng)4.7的小橫梁，梁頂高程即為9.0+2.0+0.7=11.7。閘墩上設(shè)檢修門(mén)槽和工作門(mén)槽，檢修門(mén)槽在上游，槽深為0.2，寬0.2，工作槽槽深為0.3，寬0.5。具體位置見(jiàn)圖。閘墩上下游均為半圓形，其半徑為0.5。6.2閘底板結(jié)構(gòu)計(jì)算采用彈性地基梁法對(duì)底板進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。選定計(jì)算情況：完建期豎向力最大，故地基反力亦較大，底板內(nèi)力較大，是底板強(qiáng)度的控制情況之一。由前述的計(jì)算知，在運(yùn)用期，由于水的作用，不僅增加了閘室內(nèi)的水重，而且產(chǎn)生了揚(yáng)壓力，地基反力的分布也與完建期有了很大的變化。顯然，運(yùn)用期上游水位高，下游水位低的情況也是底板結(jié)構(gòu)計(jì)算的控制情況。故運(yùn)用期選校核洪水位情況（此時(shí)上游水位最高）進(jìn)行計(jì)算。6.2.1閘基地基反力計(jì)算（1）完建期。完建期內(nèi)無(wú)水平荷載，故相應(yīng)的地基應(yīng)力就等于地基反力，可以直接運(yùn)用，即（上游端）（下游端）校核洪水情況。此時(shí)有水平力作用，需要重新計(jì)算地基反力，見(jiàn)下表。校核洪水時(shí)荷載、力矩計(jì)算表6-1（對(duì)底板底面上游A點(diǎn)求矩）表5-3校核洪水情況下作用荷載和力矩計(jì)算荷載豎向力水平力力臂力矩備注正負(fù)閘室結(jié)構(gòu)重力15719.18.00125752.8上游水壓力121.310.781307.6左為正右為負(fù)7949.84.4435297.11924.40.661270.1下游水壓力4134.43.0012403.2580.50.25145.1浮托力17823.88.00142590.4滲透壓力705.68.005644.8上為正下為負(fù)1693.45.339025.8水重力6224.52.4014938.8774.65.194020.28206.511.0590681.830924.720222.89995.54714.9169809.3273266.410701.95280.6103459.1由校核洪水情況下作用荷載和力矩計(jì)算表可知：10701.9，103459.1，則-（偏下游）6.2.2不平衡剪力及剪力分配以胸墻與閘門(mén)之間的連線為界，將閘室分為上、下游段，各自承受其分段內(nèi)的上部結(jié)構(gòu)重力和其他荷載。（1）不平衡剪力計(jì)算。對(duì)完建期、校核洪水情況分別進(jìn)行計(jì)算。不平衡剪力值見(jiàn)下表6-2。表6-2不平衡剪力計(jì)算表荷載完建情況校核洪水情況上游段下游段合計(jì)上游段下游段合計(jì)結(jié)構(gòu)重力閘墩3029.384875.427904.83029.384875.427904.8底板1899.383275.635175.01899.383275.635175.0胸墻170.0170.0170.0170.0公路橋1250.01250.01010.01010.0工作橋165.0165.0410165.0165.0330.0檢修便橋125.0155.0125.0125.0閘門(mén)400.0400.0400.0400.0啟閉機(jī)48.048.096.048.048.096.05436.810014.115560.85436.7610014.0515560.8水重力6999.18206.515205.6揚(yáng)壓力-7349.3-12873.5-20222.8地基反力-5487.1-10064.4-15560.8-2737.3-8392.7-10544.2不平衡力50.350.30.02349.32349.90.6不平衡剪力50.350.30.02349.62349.60.0（2）不平衡剪力的分配。截面的形心軸至底板底面的距離如下圖6-1所示。圖6-1不平衡剪力分配計(jì)算圖則=（1-0.04）=0.96每個(gè)閘墩分配的不平衡剪力為=0.486.2.3板條上荷載計(jì)算（1）完建期。1）上游段：均布荷載閘墩處的集中荷載