南水北调济平干渠李山头节制闸初步设计--毕业设计.doc

毕业设计目 录摘要Abstract第1章 工程概况11.1 基本资料11.1.1 建筑物级别11.1.2 孔口设计水位11.1.3 消能防冲设计11.1.4 闸室稳定计算11.1.5 地质资料11.1.6 回填土资料21.1.7 其他21.2 工程概况2第2章 孔口宽度设计32.1 闸址的选择32.2 闸型的确定32.3 闸孔形式的确定32.4 孔口设计水位组合32.5 堰型及堰顶高程的确定32.6 闸孔宽度的确定42.6.1 拟定闸孔宽度42.6.2 验算校核情况下的流量42.6.3 计算闸孔实际过流能力52.6.4 闸孔布置图5第3章 消能防冲设计63.1 消能防冲水位组合63.2 闸门初始开度及出闸水流初始流量的确定63.2.1 计算闸门初始开度e、出闸水流初始流量Q63.3 消力池设计73.3.1 消力池池深的计算73.3.2 消力池长度的计算93.3.3 消力池形式的选定103.3.4 消力池底板厚度的计10 3.3.5 消力池构造的确定113.4 海漫设计123.4.1 海漫作用123.4.2 海漫长度的计算12 3.4.3 海漫构造的确定123.5 冲刷坑深度的计算，防冲槽尺寸的确定133.5.1 冲刷坑深度的计算133.5.2 防冲槽尺寸的确定13第4章 防渗排水设计144.1 防渗排水作用144.1.1防渗设计的目的144.1.2布置原则144.2 渗流计算水位组合144.3 地下轮廓线布置144.3.1 地下轮廓线布置144.3.2 验算防渗长度164.4 防渗计算164.4.1 渗流计算的目的164.4.2 计算方法164.4.3 地下轮廓布置图164.4.4 计算地基有效深度174.4.5 计算各典型段的阻尼系数184.4.6 各典型段渗压水头损失计算184.4.7 进、出口段修正及各区段渗压水头损失调整18第5章 闸室结构布置235.1 闸室底板235.1.1 作用235.1.2 闸底板的设计235.2 闸墩23 5.2.1 闸墩的作用235.2.2 闸墩的外形轮廓235.2.3 闸墩顺水流方向长度、闸墩高度235.2.4 闸墩厚度、门槽位置和尺寸的拟定245.3 闸门255.3.1闸门高度与形式255.3.2闸门重量与启闭机的估算255.4 启闭机与启闭机室265.4.1 启闭设备的初步选定265.4.2 启闭机室的形式和尺寸的拟定265.4.3 启闭机室设置高程，支墩的高度、尺寸的拟定275.5 交通桥，工作便桥的形式尺寸285.5.1交通桥285.5.2工作便桥285.6 闸室分缝布置与止水设置285.7 闸室布置图30第6章 闸室稳定计算316.1 设计情况及荷载组合316.2 完建无水期荷载计算316.2.1自重316.2.2 完建期地基承载力验算326.3 正常挡水期计算336.3.1 水重计算336.3.2 扬压力计算346.3.3 水平水压力356.3.4 闸室荷载汇总376.3.5 正常挡水期地基承载力验算386.3.6 闸室抗滑稳定计算39第7章 两岸连接建筑物布置407.1 上下游连接建筑物的作用407.2 上游连接建筑物布置及尺寸的拟定407.3 下游连接建筑物布置及尺寸的拟定40第8章 结论41参考文献42致谢43附录外文原文及翻译44附录任务书51附录开题报告54附录附表56附表一 消力池池深池长计算表56附表二 海漫长度计算表57附表三 各典型段渗压水头损失计表58摘 要 本文所研究的节制闸位于山东济平，其主要作用是拦河、泄水、调节流量。水闸由闸室段、上游连接段及下游连接段等三部分组成。闸室段包括底板、闸墩、边墩、岸墙、闸门、启闭机室等；上游连接段包括上游翼墙，铺盖及上游护坡等部分组成；下游连接段包括消力池，海漫，下游翼墙，下游防冲槽及下游护坡等五部分组成。水闸设计主要内容包括水力设计，消能防冲设计，防渗排水设计，闸室结构布置，闸室的稳定计算。水力设计包括闸孔数、孔宽的设计；消能防冲选用消力池和海漫，消力池底板上设排水孔，下设砂石反滤层。防渗排水除了对防渗设施的选择外还包括渗流计算，本设计采用改进阻尼系数法进行计算。闸室采用开敞式，选用平板式钢闸门，稳定计算分为完建无水期和自由挡水期两部分进行计算。关键词：水力计算 渗流计算 稳定计算AbstractThis article studied the Regulating Sluice located in Shandong Ji Ping, whose main role is to weir, sluice, regulate traffic. Sluice chamber segment consists of three parts, the upstream and downstream segments connecting section connecting other components. Chamber section includes a base plate, pier, side pier, quay walls, gates, hoist room; upstream connection segments including upstream wing walls, bedding and upstream slope protection and other components; connected downstream segment includes downstream wing walls, stilling basin , composed apron downstream scour tank and downstream slope of five parts. Sluice design includes hydraulic design, energy dissipation and red design, gate-based flow calculation, chamber structural arrangement, connecting the two sides of buildings arranged chamber stability calculation.The sluice design mainly includes the hydraulic design, energy dissipation design, anti-seepage and drainage design, chamber structure layout, the stability calculation. The hydraulic design of gate hole number, the width of the hole; the energy dissipation by stilling pool and apron, removing drainage holes in power pool on the floor, under the sand filter layer. Seepage prevention and drainage in addition to the selection of anti-seepage facilities include seepage calculation, this design uses the improved damping coefficient method. The chamber is open, the flat steel gate, stability calculation is divided into completed anhydrous period and free block of two parts of water phase calculation.Key words: hydraulic calculation calculation of seepage stablity calculation第1章 工程概况1.1 基本资料1.1.1 建筑物级别平原区水闸枢纽工程应根据水闸最大过闸流量及其防护对象的重要性划分等别,本工程的最大过闸流量为60m/s,根据水闸设计规范表2.1.1平原区水闸枢纽工程分等指标，本设计水闸建筑物等别为等，再根据表2.1.2水闸枢纽建筑物级别划分，该设计水闸对应的级别为4级。1.1.2 孔口设计水位孔口设计水位组合见表1-1 表1-1 孔口设计水位组合表计算情况闸上水位闸下水位过水流量设计情况36.7636.6650校核情况37.0636.96601.1.3 消能防冲设计消能防冲设计：设计情况：闸上水位3.0m，闸下水位2.9m，初始流量由闸门开度确定。校核情况：闸上水位3.3m，闸下水位3.2m，初始流量由闸门开度确定。1.1.4 闸室稳定计算闸室稳定计算水位组合见表1-3表1-3 闸室稳定计算水位组合表计算情况挡水方向闸上水位闸下水位设计情况正向挡水36.7633.76校核情况正向挡水37.0633.761.1.5 地质资料本水闸持力层为第四纪地层，c=0，摩擦角=20，取综合摩擦系数f=0.5，标准地基承载力200kPa。1.1.6 回填土资料 回填土采用粉砂土，其内摩擦角0 =0.9，湿容重18kN/m，饱和容重为20kN/m，浮容重10kN/m。1.1.7 其他上下游河道断面相同均为梯形，河底宽分别为10m，河底高程上游为33.76m，下游为33.66m，边坡系数为2.6。两岸路面高程为42.0m。交通桥标准：公路II；双车道。1.2 工程概况南水北调济平干渠工程全长90.055公里，其中东平、平阴境内利用原济平干渠扩挖段42.034km，长清、槐荫新辟输水渠段48.021km。位于山东济南至东平湖之间，工程设计引水流量50立方米每秒，多年平均引水量8.76亿立方米，工程沿线需建水闸、渡槽、倒虹吸、泵站、桥梁等各类交叉建筑物183座，土石方约1550万方。本次设计的李山头水闸是南水北调工程东平湖济南段输水工程的三座节制闸之一。第2章 孔口宽度设计2.1 闸址的选择 闸址、闸轴线的选择关系到工程的安全可靠，施工易难、操作运用、工程量及投资大小等方面的问题在选择中首先应根据地形、地质、水流，施工管理应用及拆迁情况等放面进行分析研究，权衡利弊，经全面分析比较，合理确定。本次设计中闸轴线的位置已由规划给出。2.2闸型的确定本工程主要任务是泄流、灌溉以及调节水量，改善该地区水利环境。于是建于该地区的平原河道的节制闸，应具有较大的调节能力，并利于排除漂浮物，因此采用不设胸墙的开敞式水闸。2.3 闸孔形式的确定 因为河道宽度不大，且八孔以下的尽量采用单孔布置，方便对称开启，结合流量和河道宽度，决定选用三孔式闸孔。2.4 孔口设计水位组合孔口设计水位见表2-1 表2-1 孔口设计水位组合表计算情况闸上水位闸下水位过水流量设计情况36.7636.6650校核情况37.0636.96602.5 堰型及堰顶高程的确定因为该地地势较高，排水顺畅，且该水闸的主要目的是为了调节水量，故本次设计将堰型设定为平底型，堰顶高程和渠底高程一致，为33.76m.2.6 闸孔宽度的确定2.6.1 拟定闸孔宽度1. 计算孔口净宽B0 m 过水断面面积：48.9 行进流速 ： = 1.02m/s 行进水头：=0.053m/s 堰上总水头： 堰顶算起的下游水深： 故采用堰流公式 （2-1）进行计算： （2-1） 查水闸设计规范SL265-2001 表A.0.2得=0.967 则闸孔总净宽： =10.296m 2. 确定孔宽和孔数 选择为三孔，每空宽度为3.6m 2.6.2 验算校核情况下的流量对于平底闸,当堰流处于高淹没度(hs/H00.9)时,闸孔总净宽按公式(2-1)进行验算。 过水断面面积：48.9行进水头：=0.15m堰上总水头： 堰顶算起的下游水深：查水闸设计规范SL265-2001 表A.0.2得用堰流计算公式验算过流能力经计算得Q=73.06 60m/s 故满足要求2.6.3 计算闸孔实际过流能力 设计情况： =52.45m/s100=4.9% 5% 故满足要求2.6.4 闸孔布置图闸孔布置如图2-1所示图2-1 闸室布置图 （单位 m）第3章 消能防冲设计3.1 消能防冲水位组合消能防冲水位组合见表3-1表3-1 消能防冲水位组合表计算情况闸上水位（m）闸下水位(m)初始流量()设计情况36.7636.66初始流量由闸门开度确定校核情况37.0636.963.2 闸门初始开度及出闸水流初始流量的确定3.2.1 计算闸门初始开度e、出闸水流初始流量Q根据水闸设计规范附录A采用公式： （3-1） 0.65，为闸孔出流,计算流量采用孔流公式. 0.65,为堰流,计算流量采用堰流公式.垂直收缩系数，取值查水力学上册表8.7（P344）；流量系数 收缩水深 跃后水深 收缩断面流速 闸孔宽度，本水闸设计闸孔宽度为3.6m。闸前水深，为3m。具体计算结果如表3-2所示表3-2 闸门初始开度e、出闸水流初始流量Q计算表参数设计情况0.530.17 0.6190.310 0.571 7.069 1.629 23.630 130.33 0.6270.627 0.541 6.620 2.075 44.831 1.530.50 0.6450.968 0.512 6.087 2.264 63.602 230.67 0.6811.362 0.483 5.435 2.273 79.945 校核情况0.53.30.15 0.6180.309 0.573 7.461 1.725 24.899 13.30.30 0.6250.625 0.547 7.034 2.219 47.482 1.53.30.45 0.6380.957 0.520 6.555 2.458 67.749 23.30.61 0.661.320 0.493 6.011 2.529 85.700 由计算表3-2 分析知：闸门的初始开启高度对跃后水深的影响:随着闸门开度的增大，跃后水深也增加，但是当开度增加到一定程度后，跃后水深的增大幅度有所减小。3.3 消力池设计3.3.1 消力池池深的计算1. 水位组合消力池池深计算水位组合见表3-3表3-3 消力池池深计算水位组合表计算情况闸上水位（m）闸下水位(m)初始流量()设计情况36.7636.6644.831校核情况37.0639.9647.4822. 消力池池深计算首先假设 =0.5m1) 流速 =(m/s)2) 闸前总水头 H0 =H+(m)3) 由消力池底板顶面算起的池深 T0= H0+d(m)4) 单宽流量q=Q/B(m3/s.m)5) 由公式迭代计算收缩断面水深 （流速系数取0.98 高教版水学力下册表9.1查得）6) 跃后水深 (m)（近似为1）7) 出池落差(m)8) 池深 (m) (若取,若带入此时的d值重新计算)注： 出池河床水深（m）水跃淹没系数，可采用1.05-1.10 消力池首段宽度（m） 消力池末段宽度（m） 水流动能矫正系数，可采用1.0-1.05综合各种水位组合情况：设计情况下当开启孔数为1孔，闸门开度为0.15m时，为最不利情况，需要的消力池池深为1.223m；校核情况下当开启孔数为1孔，闸门开度为0.15m时，为最不利情况，需要的消力池池深为1.214m.具体水位组合及计算情况见附表一。综合设计情况和校核情况下的计算池深，由附表一可知池深d取1.2m。3.3.2 消力池长度的计算 消力池长度可按公式(3-2)和公式(3-3)计算： (3-2) (3-3)1. 按设计情况计算 根据附表可知：当开启孔数为1孔，闸门开度为0.15m时，为最不利情况，则：1) 水跃长度的计算： 跃后水深=2.554m ，收缩断面水深=0.821 m =11.959m2) 消力池长度的计算：斜坡段采用1：4的坡度，平台宽度为1.0m 。 其中消力池斜坡水平投影长度=4d=4.8m, 水跃长度校正系数=0.75. 13.769m2. 按校核情况计算 校核情况下当开启孔数为1孔，闸门开度为0.15m时，为最不利情况，则： 1) 水跃长度的计算： 跃后水深=2.602 ，收缩断面水深=0.885 =11.849m 2) 消力池长度的计算： 13.687m 根据上述计算情况初步将消力池尺寸定为：斜坡段前的平台宽度为1.0m 。消力池的斜坡段采用1：4的坡度 ，其中消力池斜坡水平投影长度=4d=4.8m。根据上表中的各种闸门开启的不同情况，经计算可得水跃长度在最不利情况下可取为12m。综合设计与校核情况下计算池长，最后确定消力池池长为14m。3.3.3 消力池底板厚度的计算 根据抗冲要求计算底板厚度，按计算公式来计算。分设计与校核情况计算,计算结果如表3-4 表3-4 消力池底板厚度计算表参数k1（m）t (m)设计情况5.8890.161.490.509校核情况6.2730.181.430.548注： 消力池底板始端厚度(m)；闸孔泄水时上下游水位差(m)；对应池深的过闸单宽流量(m3/s.m)；消力池底板计算系数，可采用0.150.20； 综合设计与校核情况下计算出的消力池底板厚度，初定板厚t为0.6m，末端底板t/2=0.5m。3.3.4 消力池形式的选定消力池有三种类型：1、挖深式消力池，适用于闸下尾水深度小于跃后水深的情况。2、消力坎式消力池，适用于闸下尾水深度略小于跃后水深的情况。3、综合式消力池，当在前两种情况下在技术经济上均不适宜，可采用综合式消力池。 由附表1综合比较可知：下游水深小于跃后水深，故采用挖深式消力池。 为了降低消力池底部的渗透压力，在消力池的中、后部设置排水孔，采用直径为8cm的PVC管，间距1.5m，呈梅花状布置，孔下铺设水平反滤层，材料选为0.1m厚的碎石垫层。 消力池与闸室底板、翼墙、海漫之间，以及其本身顺水流方向均用缝错开，以适应沉降和变形。缝宽取为2cm。 3.3.5 消力池构造的确定 消力池的构造如图3-1、图3-2所示图3-1 消力池的构造纵剖图 （单位：m）图3-2 消力池的构造半平面图 （单位：m）3.4 海漫设计3.4.1 海漫作用由于出池后水流仍不稳定，对下游影响较大，所以通过海漫进一步消除余能，调整流速分布，使水流均匀扩散，排出闸基渗水。3.4.2 海漫长度的计算当=19，且消能扩散良好时，海漫长度可按公式（3-4）计算： （3-4）式中 海漫长度（m）消力池末端单宽流量（m3/s.m）闸孔泄水时上下游水位差(m)海漫长度计算系数，按下表查得 河床土质粉砂、细沙中砂、粗砂粉质壤土粉质粘土坚硬粘土1413121110987根据各种水位的组合下的流量，经计算得出附表二，综合附表二中设计与校核情况，分析后最后确定海漫长度为15m。3.4.3 海漫构造的确定1. 海漫的结构：因为对海漫的要求为有一定的粗糙度以便进一步消除余能，有一定的透水性，有一定的柔性。所以选择在海漫的起始段为7m长的浆砌石水平段，因为浆砌石抗冲性能较好，其顶面高程与护坦齐平。后8m做成干砌石段，该段做成1:15的斜坡段，以使水流均匀扩散，调整流速分布，保护河床不受冲刷。海漫厚度为0.5m,下面铺设0.1m的石子和0.1m的砂垫层。3.5 冲刷坑深度的计算，防冲槽尺寸的确定3.5.1 冲刷坑深度的计算 海漫末端的河床冲刷深度可按公式（3-5）计算： （3-5）海漫末端河床冲刷深度(m)；海漫末端单宽流量(m2/s)；河床土质允许不冲流速（m/s）由高教版水力学上册表5.4查得 ； 本水闸持力层为中粗砂含少量砾石局部并夹有粘壤土质淤泥薄层海漫末端河床水深（m）；分设计与校核两种情况计算如表3-5表3-5 冲刷坑深度的计算表参数Q 设计情况79.94522.63.537 0.83.111.754 校核情况85.723.863.592 0.83.231.709 根据以上的计算及分析结果，将冲坑深度取为1.8m。3.5.2 防冲槽尺寸的确定一般=1.52.0m，即当1.52.0m，取=1.52.0m。若太大，开挖困难。底宽L=(1.02.0)，上游边坡1:21:4，下游边坡根据施工开挖情况而定。防冲槽的断面面积，根据下游河床冲至最深时，石块坍塌在冲刷坑上游坡面所需要的面积A确定，应满足A=（为堆石自然形成的护面厚度，取用0.5m；n为上游边坡系数） ，初定防冲槽深度为1.8m，底宽取1.5m。上游边坡1:1，下游边坡1:3。第4章 防渗排水设计4.1 防渗排水作用4.1.1防渗设计的目的 (1) 防止闸基渗透变形 (2) 减小闸基渗透变形(3) 减小水流损失 （4）合理选用地下轮廓尺寸4.1.2布置原则 防渗设计一般采用防渗和排水相结合的原则，即高水位采用铺盖、板桩、齿墙等防渗设施，用以延长渗径、减小渗透坡降和闸底板下的渗透压力；在低水位侧一设置排水设施，如面层排水、排水孔排水和减压井，与下游连通，使地下渗水尽快排尽，以减小渗透压力，并防止在渗流出口附近发生渗透变形。4.2 渗流计算水位组合渗流计算水位组合见表4-1 表4-1 渗流计算水位组合表计算情况挡水方向上游水位（m）下游水位(m)设计情况正向挡水36.7633.76校核情况正向挡水37.0633.764.3 地下轮廓线布置4.3.1 地下轮廓线布置1. 防渗长度的拟定 防渗长度初拟值按下式计算 L=C式中：L闸基防渗长度，包括水平段、铅直段及倾斜段上、下游最大水位差(m)C允许渗径系数，按表6（水闸设计规范SL 265-2001表4.3.2）选用。表4-2 允许渗径系数地基类别排水条件粉砂细砂中砂粗砂中砾细砾粗砾夹卵石轻粉质砂壤土轻砂壤土壤土粘土有虑层1399775544332.5117955332无虑层7443=3m本水闸持力层为第四纪层。由表6查得允许渗径系数C=7。则已知=3m C=21m 2. 铺盖、垂直防渗体与闸室底板的拟定 1） 铺盖、垂直防渗体的拟定本水闸持力层为中粗砂含少量砾石局部并夹有粘壤土质淤泥薄层，根据水闸设计规范SL 265-2001 4.3.6规定闸室上游可采用铺盖和悬挂式防渗墙相结合的布置形式，闸室下游渗流出口处应设反滤层。上游水位较高，设铺盖齿墙等进行防渗。根据平原地区水闸工程的实践经验，一般采用以水平防渗体为主的防渗结构，同时设置垂直防渗体。根据水闸设计规范SL 265-2001 4.3.10规定：铺盖长度可根据闸基防渗需要确定，一般用上、下游最大水位差的35倍。钢筋混凝土铺盖的厚度不易小于0.4m。齿墙深度一般为0.51.5m，厚度为闸孔净宽的1/51/8。初步拟定：采用钢筋混凝土铺盖，并设齿墙，厚度取0.5m厚；齿墙底宽取闸孔净宽的1/6为0.6m；齿墙深度取1m；铺盖长度 =4=12m。 2） 闸室底板的拟定 根据水闸设计规范SL265-2001实施指南 4.2.9条规定：对于大、中型水闸，闸室平底板厚度可取闸孔净宽的1/61/8,其值约为1.02.0m，最小厚度不宜小于0.7m。闸室底板顺水流方向的长度参照L底=A ，因为地基是沙土地基，故A取2.5。可知砂土地基土质闸室底板的顺水流方向长度与上、下游最大水位差的比值为2.15m。4.3.9条规定齿墙深度采用0.51.5m。初步拟定：闸室中孔底板厚度取1.2m，边孔底板厚1m。闸室顺水流方向的长度取=2.5*3=7.5m，取10m，齿墙深度取1m，齿墙底宽取0.6m，斜坡比取1:1。4.3.2 验算防渗长度其实际长度： L实=铺盖长度+闸底板长度+齿墙长度=12+10=22m=21m 由上式计算可知实际地下轮廓线布置长度大于理论地下轮廓线，故满足防渗要求，不分设板桩。 即： 故满足规范要求。4.4 防渗计算4.4.1 渗流计算的目的计算闸底板各点渗透压力:验算地基土在初步拟定的地下轮廓线下的渗透稳定性。4.4.2 计算方法计算方法有直线比例法、流网法和改进阻力系数法，由于改进阻力系数法汁算结果精确，本次没计采用此种方法进行渗流计算。4.4.3 地下轮廓布置图根据地下轮廓的特点，采用改进阻尼系数法计算，由图可得到地下轮廓简化和分段，具体布置见图4-1所示。图4-1 地下轮廓简化、分段布置图（单位：高程m；长度m）4.4.4 计算地基有效深度 当时， （4-1） 当时， （4-2）式中，Te土基上水闸的地基有效计算深度 L0地下轮廓的水平投影长度 S0地下轮廓的垂直投影长度本设计中，L0=铺盖长度+闸底板长度=12+10=22m S0=齿墙入土深+闸底板厚=1+1.2=2.2m因为，故=11m，计算的Te大于实际地基透水层8m，故取Te=8m。 4.4.5 计算各典型段的阻尼系数九个典型段中1、9为进出口段，3、5、7段为内部垂直段，2、4、6、8段为水平段。进出口段的阻力系数 式中，S为齿墙入土深度 T为地基透水层深度内部垂直段的阻力系数内部水平段阻力系数式中，L为水平段长度 S1、S2为进出口齿墙的入土深度具体计算数值详见附表三。4.4.6 各典型段渗压水头损失计算各典型段渗压水头损失按公式计算，由于设计与校核情况的水位组合相同，所以只需按照其中一种情况计算即可，各典型段渗压水头损失具体计算结果见附表三。4.4.7 进、出口段修正及各区段渗压水头损失调整1. 阻力修正系数，进、出口水头损失与修正后水头损失值的计算按下式： （4-4）其中： （4-5）其中：进、出口水头损失(m)修正后的进出后损失值(m)阻力修正系数，当1时，取=1.0底板埋深与板桩入土深度之和，或为齿墙外侧埋深（m）板桩另一侧地基透水层深度,或为齿墙底部至计算深度线的垂直距离(m)地基透水层深度(m)对于齿墙不规则部位，修正后进出口段水头损失将减小 1）进口处m，m，m，将数据代入上式可得：=0.5541.0所以进口水头损失值应予以修正。进口段水头损失减小值为：=0.149m 1.2m2）出口处m，m，m，将数据代入上式可得：=0.9421.0所以进口水头损失值应予以修正。进口段水头损失减小值为：=0.022m0.094m根据以上计算，将具体计算结果列于下表4-3表4-3 阻力修正系数，进、出口水头损失与修正后水头损失值计算表计算情况正向挡水进口0.57.580.5540.3340.1851.2出口2670.9420.3760.3540.0942）进出口修正及相应典型段渗压水头损失调整计算进出口修正及相应典型段渗压水头损失调整计算见表。各典型段末的渗压水头计算见表4-4表4-4 进出口修正及相应典型段渗压水头损失调整计算表水头损失 修正前0.1850.6740.0940.0740.0890.6340.0890.0740.354修正后0.1851.20.1470.0720.1040.740.1040.0940.3543. 各渗流角点处的渗压水头的计算 各渗流角点处的渗压水头的计算见表4-5表4-5 各渗流角点处的渗压水头的计算表渗压水头正向挡水3.000 2.815 1.615 1.468 1.396 1.292 0.552 0.448 0.354 0.000 4. 闸底渗压水头分布图根据各角点处的渗压水头，作闸底渗压水头力分布图如下图所示图4-2 闸底透压水头分布图 （单位：长度：m,水头：m）5. 底板所承受的渗透压力的计算由各段末的渗压水头可计算底板所承受的渗透压力，由于设计与校核情况下的水位组合相同，故选其中一种情况计算，以底板上游端最低点为矩心，具体计算见表4-6 表4-6 渗透压力计算表计算情况渗透压力(kN)力臂(m)力矩(kNm)正向挡水设计-76.23.33-253.746校核-76.23.33-253.7466. 渗流坡降的计算出口坡降按公式： （4-6）水平坡降按公式： （4-7）式中:出口段渗流坡降值水平段渗流坡降值 出口段修正后的水头损失值(m)； 底板埋深于板桩入土深度之和(m)； 水平段水头损失值(m)； 水平段长度(m)； 允许渗流坡降值由水闸设计规范SL265-2001，表6.0.4 水平段和出口段允许渗流坡降值查得。 铺盖水平段： 闸室水平段： 出口段： 由出口坡降与水平段坡降的计算可知：实际渗流坡降都小于允许渗流坡降，故渗流出口稳定,产生渗透变形的可能性很小。第5章 闸室结构布置5.1 闸室底板5.1.1 作用闸底板是闸室的基础，承受闸室及上部结构的全部荷载，并较均匀的传给地基，还有防冲、防渗等作用。5.1.2 闸底板的设计1. 形式：常用的闸底板有平底板和钻孔灌注桩底板。由于在平原地区软基上修建水闸，采用整体式平底板，沉陷缝设在闸墩中间。 2. 长度。根据前面设计，已知闸底板长度10m。 3. 厚度。根据水闸设计规范SL265-2001实施指南 4.2.9条规定：对于大、中型水闸，闸室平底板厚度可取闸孔净宽的1/61/8,其值约为1.02.0m，最小厚度不宜小于0.7m。中孔闸室底板厚度取1.2m，两边孔闸室底板厚度取1.0m。 4. 齿墙。齿墙深度取1.0m，齿墙底宽取0.6m，斜坡比取1:1。5.2 闸墩5.2.1 闸墩的作用分隔闸孔并支撑闸门、工作桥等上部结构，使水流顺利的通过闸室。5.2.2 闸墩的外形轮廓根据水闸设计规范4.2.12条规定：闸墩的外形轮廓设计应能满足过闸水流平顺、侧向收缩小、过流能力大的要求。上游墩头可采用半圆形，下游墩头采用流线形。5.2.3 闸墩顺水流方向长度、闸墩高度 1. 长度： 闸墩长度的选定应满足两个因素： 闸墩长度应满足上部结构布置要求要使闸室基底荷载强度顺水流方向的分布在各种工作条件下都比较均匀，避免闸室上下端产求，生过大的不均匀沉降而倾斜。根据工程经验，一般情况下该值等于底板长度，也可以大于底板长度，但伸出的闸墩悬臂长度一般不宜超过闸墩底板厚度的1倍。 初步拟定本节制闸闸墩的顺水流方向的长度与闸底长度相同，为10m。 2. 高度： 闸墩顶部高程=设计水位+安全超高闸墩顶部高程=校核水位+安全超高取两者中的大值（规范实施指南4.2.4） 由闸墩高程计算表可初步拟定闸墩高程为5m 在下游方向，为了满足交通桥的通行要求，故在闸墩下游端附加0.5m的悬墩进行支撑，悬墩长度小于闸墩厚度故满足要求。5.2.4 闸墩厚度、门槽位置和尺寸的拟定 1）根据水闸设计规范SL265-2001实施指南 4.2.13条规定：闸墩厚度应根据闸孔孔径、受力条件、结构工程和施工方法确定，平面闸门闸墩门槽处最小厚度不宜小于0.4m。兼做岸墙的边墩还应考虑承受侧向土压力的作用，其厚度应根据结构抗滑稳定性和结构强度的需要计算确定。混凝土和少筋混凝土闸墩的厚度约为0.91.4m。 根据以上要求初步拟定：初步拟定中墩厚度为1.2m，边墩1.0m。沉陷缝设在中墩上。 2）根据水闸设计规范SL265-2001实施指南4.2.14条规定：工作闸门门槽应设在闸墩水流较平顺部位，其宽深比取1.61.8。根据管理维修需要设置的检修闸门门槽，其与工作闸门门槽之间的净距离不宜小于1.5m。当设有两道检修闸门门槽时，闸墩和底板必须满足检修期的结构强度要求。 根据以上要求初步拟定：检修门槽深度取0.2m，宽0.3m，位于闸墩上游段1.0m处；工作门槽深度取0.3m，宽度取0.7m，距离检修门槽上游边缘1.5m处。具体尺寸如图5-1所示中孔闸墩尺寸布置图图5-1 中孔闸墩尺寸布置图 （单位：m）5.3 闸门5.3.1闸门高度与形式根据水闸设计规范SL265-2001实施指南 4.2.16条第三款规定：该节制闸宜采用平面闸门。根据以上规定初步拟定： 工作闸门采用平面钢闸门，单节点滚轮支撑；闸门高度为4.5m，宽度为4.2m。5.3.2闸门重量与启闭机的估算根据中国水利水电出版社水工钢结构附录十一 露顶式平面闸门自重的估算公式：当H8m1. 闸门自重 （5-1）式中： H、B分别为孔口高度（m）及宽度（m）； 闸门行走支承系数；对滑动式支承=0.81；对滚轮式支承=1.0；对于台车式支承=1.3； 材料系数：闸门用普通碳素钢时=1.0；用低合金钢时=0.8； 孔口高度系数：当H5m时，=0.156；5mH8m时，=0.13。则 闸门自重为：2. 闸门启闭所需的启门力和闭门力的估算闸门启闭所需的启门力和闭门力由近似公式 （5-2） （5-3）式中： 启门力（kN）；闭门力（kN）；闸门上的总水压力（kN）；闸门自重（kN）；计算结果如下：158.76kN35.138kN4.208kN由计算结果可以看出0所以闸门在关闭时需要增加配重块。5.4 启闭机与启闭机室5.4.1 启闭设备的初步选定 本设计水闸启门力=35.138kN，闭门力=4.208kN，根据据计算所得的启门力与闭门力查水工设计手册，初步选用平面闸门单吊点卷扬式启闭机，根据闸门与启闭机选定启闭机型号如下：闸门启闭机型号：QPQ-8、启门力3.585T、自重0.97 T、 启闭机的宽度为J=1500mm。5.4.2 启闭机室的形式和尺寸的拟定本节制闸闸室采用开敞式结构，启闭机室置于两根纵梁上，纵梁净距取决于启闭机的活动范围约1.22.0m。初步拟定:由于是平板钢闸门，采用固定式卷扬启闭机，闸门提升后不能影响泄放最大流量，并留有一定的富裕度。根据设计规范， 启闭机室设在工作闸门的正上方，用排架支撑启闭机室。基座宽度为1.5m,两边同时留出0.5m供工作人员使用，墙为240砖砌墙，初步拟定启闭机室的宽度为3m。 跨度，净距Ln=10.8m，纵梁高度初步拟定为1.0m； 纵梁宽度b=(1/21/3)h=(0.50.3)m，初步拟定为0.4m。纵梁翼缘厚度端部取0.1m,根部取0.2m，挑出长度为0.3m。横梁截面为矩形，高度为纵梁的2/33/4，宽度为高度的1/31/2，初步拟定横梁的高度为(0.670.75)m,取0.7m，宽度为(0.330.5)m,取0.4m。具体尺寸如图5-2所示图5-2 启闭机室尺寸及布置图 （单位：m）5.4.3 启闭机室设置高程，支墩的高度、尺寸的拟定启闭机室高度视闸门的形式、闸孔水面线而定。对平面闸门采用固定式启闭机时：排架高度=闸门高度+（1.01.5）富裕高度=4.5+1=5.5m工作桥高程=闸墩高程+排架高+T型梁梁高=33.76+5+5.5+1=45.35m支墩的尺寸为0.4m*0.4m，高度为4m。5.5 交通桥，工作便桥的形式尺寸5.5.1交通桥 交通桥采用混凝土，由于交通桥是双车道，所以公路桥面宽度定为，栏杆的厚度取0.10m,交通桥总宽度为7m，设两侧的人行道安全带为0.7米，桥下柱宽为0.5m，梁高为1.0m，梁翼缘厚度端部取0.5m,根部取1.0m，挑出长度为0.9m，起拱为1.5%。交通桥的具体尺寸如图5-3所示：图5-3 交通桥布置图 （单位：m）5.5.2工作便桥 工作便桥的尺寸初步设定为桥板厚度为0.1m，宽度为3m，桥下的支撑直接由闸墩来进行支撑。5.6 闸室分缝布置与止水设置水闸沿轴线每隔一定距离必须设置沉陷缝，兼作温度缝，以免闸室因不均