水闸毕业设计--水闸设计.doc

1 水闸设计说明书 SLUICE DESIGN SPECIFICATION 设计题目 水闸工程 学院名称 专业名称 水利水电工程 班级名称 姓 名 学 号 指导教师 教师职称 年 月 日 2 目 录 一 设计任务 1 二 设计基本资料 1 2 1 概述 1 2 1 1 防洪 1 2 1 2 灌溉 1 2 1 3 引水冲淤 2 2 2 规划数据 2 2 2 1 孔口设计水位 流量 2 2 2 2 闸室稳定计算水位组合 2 2 2 3 消能防冲设计水位组合 2 2 3 地质资料 2 2 3 2 闸基土工试验资料 3 2 4 闸的设计标准 3 3 2 5 其它有关资料 3 2 5 1 闸上交通 3 2 5 2 三材 4 2 5 3 地震资料 4 2 5 4 风速资料 4 三 枢纽布置 4 3 1 防沙设施 4 3 2 引水渠的布置 4 3 3 进水闸布置 4 3 3 1 闸室段布置 4 3 3 2 上游连接段布置 5 3 3 3 下游连接段布置 5 四 水力计算 5 4 1 闸孔设计 5 4 1 1 闸室结构形式 5 4 1 2 堰型选择及堰顶高程的确定 6 4 1 3 孔口尺寸的确定 6 4 2 消能防冲设计 8 4 2 1 消力池的设计 8 4 2 2 海漫的设计 10 4 2 3 防冲槽的设计 10 4 五 防渗排水设计 11 5 1 地下轮廓设计 11 5 1 1 底板 11 5 1 2 铺盖 11 5 1 3 侧向防渗 11 5 1 4 排水 止水 12 5 1 5 防渗长度验算 12 5 2 渗流计算 12 5 2 1 地下轮廓线的简化 12 5 2 2 确定地基的有效深度 13 5 2 3 渗流区域的分段和阻力系数的计算 13 5 2 4 渗透压力计算 14 5 2 5 抗渗稳定验算 16 六 闸室布置与稳定计算 17 6 1 闸室结构布置 16 6 1 1 底板 17 6 1 2 闸墩 17 6 1 3 胸墙 17 6 1 4 工作桥 17 6 1 5 检修便桥 18 6 1 6 交通桥 18 6 2 闸室稳定计算 19 5 6 2 1 荷载计算 19 6 2 2 稳定计算 25 七 闸室结构设计 27 7 1 闸墩设计 27 7 2 底板结构计算 28 7 2 1 闸基的地基反力计算 28 7 2 2 不平衡剪力及剪力分配 30 7 2 3 板条上荷载的计算 31 7 2 4 弯矩计算 32 7 2 5 配筋计算 36 7 2 6 裂缝校核 37 八 两岸连接建筑物 37 九 水闸细部构造设计 38 十 基础处理 38 十一 总结 38 参考文献 40 1 水闸课程设计计算说明书 1 设计任务 兴化闸为无坝引水进水闸 该枢纽主要由引水渠 防沙设施和进水闸组成 本次设计主要任务是确定兴化闸的型式 尺寸及枢纽布置方案 并进行水力计算 防渗排水设计 闸室布置与稳定计算 闸室底板结构设计等 绘出枢纽平面布置 图及上下游立视图 2 设计基本资料 2 1 概述 兴化闸建在兴化镇以北的兴化渠上 闸址地理位置见图 2 2 1 该闸的主要作用有 防洪 灌溉和引水冲淤 7 0 北 至大成港 9 0 渠 化 11 0 兴 闸管所 2 兴化闸 兴 化 河 兴 化 镇 图 2 2 1 闸址位置示意图 单位 m 2 1 1 防洪 当兴化河水位较高时 关闸挡水 以防止兴化河水入侵兴化渠下游两岸农田 保护下游的农田和村镇 2 1 2 灌溉 灌溉期引兴化河水北调 以灌溉兴化渠两岸的农田 2 1 3 引水冲淤 在枯水季节 引兴化河水北上至下游的大成港 以冲淤保港 2 2 规划数据 兴化渠为人工渠道 其剖面尺寸如图 2 2 所示 渠底高程为 0 5m 底宽 50 0m 两岸边坡均为 1 2 该闸的主要设计组合有以下几方面 11 8 0 5 3 50 0 图 2 2 兴化渠剖面示意图 单位 m 2 2 1 孔口设计水位 流量 根据规划要求 在灌溉期由兴化闸自流引兴化河水灌溉 引水流量为 300m3 s 此时闸上游水位为 7 83m 闸下游水位为 7 78m 在冬季枯水季节由兴化闸自流 引水送至下游大成港冲淤保港 引水流量为 100m3 s 此时相应的闸上游水位为 7 44m 下游为 7 38m 2 2 2 闸室稳定计算水位组合 1 设计情况 上游水位 10 3m 浪高 0 8m 下游水位 7 0m 2 校核情况 上游水位 10 7m 浪高 0 5m 下游水位 7 0m 2 2 3 消能防冲设计水位组合 1 消能防冲的不利水位组合 引水流量为 300m3 s 相应的上游水位 10 7m 下游水位为 7 78m 2 下游水位流量关系 下游水位流量关系见表 2 2 1 表 2 2 1 下游水位流量关系 Q m3 s 0 050 0100 0150 0200 0250 0300 0 H下 m 7 07 207 387 547 667 747 78 4 2 3 地质资料 2 3 1 闸基土质分布情况 根据钻探报告 闸基土质分布情况见表 2 3 1 表 2 3 1 闸基土层分布 层序高程 m 土质情况 标准贯入击数 击 11 75 2 40重粉质壤土9 13 2 40 0 7散粉质壤土 8 0 7 16 7 坚硬粉质粘土 局部含铁锰结核 15 21 2 3 2 闸基土工试验资料 根据土工试验资料 闸基持力层为坚硬粉质粘土 其内摩擦角 190 凝聚力 C 60 0Kpa 天然孔隙比 e 0 69 天然容重 20 3KN m3 比重 G 2 74 变 形模量 E0 4 0 104KPa 建闸所用回填土为砂壤土 其内摩擦角 260 凝聚 力 C 0 天然容重 18KN m3 混凝土的弹性模量 Eh 2 3 107KPa 2 4 闸的设计标准 根据 水闸设计规范 SL265 2001 兴化闸按 级建筑物设计 2 5 其它有关资料 2 5 1 闸上交通 根据当地交通部门建议 闸上交通桥为单车道公路桥 按汽 10 设计 履带 50 校 核 桥面净宽为 4 5m 总宽 5 5m 采用板梁式结构 见图 2 5 1 每米桥长约 重 80KN 5 10 0 15 0 450 0 15 0 10 0 110 0 2 2 10 0 15 0 55 0 70 0 45 0 137 50 45 0 137 50 45 0 70 0 550 0 图 2 5 1 交通桥剖面图 单位 cm 2 5 2 该地区 三材 供应充足 闸门采用平面钢闸门 尺寸自定 由于厂设计加 工制造 2 5 3 该地区地震烈度设计为 6 度 故可不考虑地震影响 2 5 4 该地区风速资料不全 在进行浪压力设计时 建议取 Ll 10hl 计算 3 枢纽布置 兴化闸为无坝引水进水闸 整个枢纽主要由引水渠 防沙设施和进水闸等组成 6 3 1 防沙设施 闸所在河流为少泥沙河道 故防沙要求不高 仅在引水口设拦沙坎一道即可 拦 沙坎高 0 8m 底部高程 0 5m 顶高程 1 3m 迎水面直立 背流坡为 1 1 的斜坡 其断面见图 3 1 图 3 1 枢纽布置图 剖面 3 2 引水渠的布置 兴化河河岸比较坚稳 引水渠可以尽量短 大约 65m 使兴化闸靠近兴化河河岸 为了保证有较好的引水效果 引水角取 35 并将引水口布置在兴化河凹岸顶点偏 下游水深较大的地方 为了减轻引水口处的回流 使水流平顺的进入引水口 引 水口上 下游边角修成圆弧形 引水渠在平面上布置成不对称的向下游收缩的喇 叭状 见图 3 1 3 3 进水闸布置 进水闸 兴化闸 为带胸墙的开敞式水闸 共 5 孔 每孔净宽 5 0m 胸墙底部高 程为 8 1m 闸顶高程为 11 8m 闸门顶高程为 8 3m 3 3 1 闸室段布置 闸底板为倒 型钢筋混凝平底板 缝设在底板中央 底板顶面高程为 0 5m 厚 1 0m 其顺水流方向长 16m 闸墩为钢筋混凝土结构 顺水流方向长和底板相等 中墩厚 1 1m 边墩与岸墙结 合布置 为重力式边墙 既挡水 又挡土 墙后填土高程为 11 8m 闸墩上设有 工作门槽和检修门槽 检修门槽距闸墩上游边缘 1 7m 工作门槽距闸墩上游边缘 7 5 29 胸墙与检修门槽之间净距为 2 59 闸门采用平面滚轮钢闸门 尺寸为 4 8m 7 8m 启闭设备选用 QPQ 2 25 卷扬 式启闭机 工作桥支承为实体排架 由闸墩缩窄而成 其顺水流长 2 3m 厚 0 5m 底面高程 11 8m 顶面高程 16 5m 排架上设有活动门槽 公路桥设在下游侧 为板梁式结构 其总宽为 5 5m 公路桥支承在排架上 排架 底部高程 8 5m 3 3 2 上游连接段布置 铺盖为钢筋混凝土结构 其顺水流方向长 20m 厚 0 4m 铺盖上游为块石护底 一直护至引水口 上游翼墙为浆砌石重力式反翼墙 迎水面直立 墙背为 1 0 5 的斜坡 收缩角为 15 圆弧半径为 6 6m 墙顶高程为 11 0m 其上设 0 85m 高的混凝土挡浪板 墙后填土高程为 10 8m 翼墙底板为 0 6m 厚的钢筋混凝土板 前趾长 1 2m 后 趾长 0 2m 翼墙上游与铺盖头部齐平 翼墙上游为干砌块石护坡 每隔 12m 设一道浆砌石格埂 块石底部设 15cm 的砂 垫层 护坡一直延伸到兴化渠的入口处 3 3 3 下游连接段布置 闸室下游采用挖深式消力池 其长为 23m 深为 0 5m 消力池的底板为钢筋混凝 土结构 其厚度为 0 7m 消力池与闸室连接处有 1m 宽的小平台 后以 1 4 的斜 坡连接 消力池底板下按过滤的要求铺盖铺设厚 0 3m 的砂 碎石垫层 既起反滤 过渡作用 又起排水作用 海漫长 26m 水平设置 前 10m 为浆砌块石 后 16m 为干砌块石 并每隔 8m 设一道浆砌石格埂 海漫末端设一构造防冲槽 其深为 1 0m 边坡为 1 2 槽内 填以块石 由于土质条件较好 防冲槽下游不再设护底 下游翼墙亦为浆砌石重力式反翼墙 迎水面直立 墙背坡度为 1 0 5 其扩散角为 10 圆弧半径为 4 8m 墙顶高程为 8 5m 其上设高 0 8m 的挡浪板 墙后填土 高程为 8 0m 下游翼墙底板亦厚 0 6m 钢筋混凝土板 其前趾长 1 2m 后趾长 0 2m 翼墙下游端与消力池末端齐平 下游亦采用干砌块石护坡 护坡至 9 8m 高程处 每隔 8m 设一道浆砌石格埂 护 坡延伸至与防冲槽下游端部齐平 8 4 水力计算 水力设计主要包括两方面的内容 即闸孔设计和消能设计 4 1 闸孔设计 闸孔设计的主要任务 确定闸室结构形式 选择堰型 确定堰顶高程及孔口尺寸 4 1 1 闸室结构形式 该闸建在人工渠道上 故宜采用开敞式闸室结构 在运行中 该闸的挡水位达 10 3m 10 7m 而泄水时上游水位为 7 44m 7 83m 挡水位时上游最高水位比下游最高水位高出 2 87m 故拟设设置胸腔代替闸门挡 水 以减小闸门高度 减小作用在闸门上的水压力 减小启门力 并降低工作桥 的高度 从而减少工程费用 综上所述 该闸采用带胸墙的开敞式闸室结构 4 1 2 堰型选择及堰顶高程的确定 该闸建在少泥沙的人工渠道上 宜采用结构简单 施工方便 自由出流范围较大的平底 板宽顶堰 考虑到闸基持力层是坚硬粉质粘土 土质良好 承载能力大 并参考该地区 已建在工程的经验 拟取闸底板顶面与兴化渠渠底齐平 高程为 0 5m 4 1 3 孔口尺寸的确定 1 初拟闸孔尺寸 该闸的孔口必须满足引水灌溉和引水冲淤保港的要求 1 引水灌溉 上游水深 H 7 83 0 5 7 33m 下游水深 hs 7 78 0 5 7 28m 引水流量 Q 300m s 3 上游行近流速 V0 Q A A b mH H 50 2 7 33 7 33 473 96m2 V 300 473 96 0 633 sm 3 H0 H V0 2g 取 1 0 2 7 33 0 6332 2 9 8 7 35m hS h0 7 28 7 4 0 99 0 8 故属淹没出流 查 SL265 2001 表 A 0 1 2 淹没系数 S 0 36 9 由宽顶堰淹没出流公式 2 3 00 2 HgBmQ s 对无坎宽顶堰 取 m 0 385 假设侧收缩系数 0 96 则 2 2 3 001 HgmQB s 25 54m 2 引水冲淤保港 上游水深 H 7 44 0 5 6 94m 下游水深 h 7 38 0 5 6 88m 引水流量 Q 100 sm 3 上游行近流速 V0 Q A A b mH H 50 2 6 94 6 94 443 3 sm 3 V Q A 100 443 3 0 23m s0 8 故属淹没出流 查 SL265 2001 表 A 0 1 2 得淹没系数 s 0 36 同样取 m 0 385 假设侧收缩系数 0 96 则得 B02 9 24m 比较 1 2 的计算结果 B02 B01 可见引水灌溉情况是确定闸孔尺寸 的控制情况 故闸孔净宽 B0 宜采用较大值 25 54m 拟将闸孔分为 5 孔 取每孔净宽为 5 0m 则闸孔实际总净宽为 B0 5 5 0 25 0m 2 3 0 2 Hgm Q s 2 3 94 6 819296 0385 036 0 100 2 3 35 7 819296 0 385 0 360 300 10 由于闸基土质条件较好 不仅承载能力较大 而且坚硬 紧密 为了减少闸 孔总宽度 节省工作量 闸底板宜采用整体式平底板 拟将分缝设在各孔底板的 中间位置 形成倒 型底板 中墩采用钢筋混凝土结构 厚 1 1m 墩头 墩尾均 采用半圆形 半径为 0 55m 2 复核过闸流量 根据初拟的闸孔尺寸 对于中孔 b0 5 0m bs b0 5 0 1 1 6 1m b0 bs 5 0 6 1 0 820 查 SL265 2001 表 得 971 0 z 对于边孔 b0 5 0m bs 40 26m bo bs 1 12 查 SL265 2001 表 得 则 909 0 b NN bz 1 0 971 5 1 0 909 5 0 960 根据 SL265 2001 表 对无坎宽顶堰 取 m 0 385 则 2 3 00 2 HgmBQ s 0 36 0 385 0 959 25 2 3 35 7 8192 293 3 sm 3 100 2 24 5 Q QQ 实 实际过流能力满足引水灌溉的设计要求 因此 该闸的孔口尺寸确定为 共分 5 孔 每孔净宽 5 0m 2 个中墩各厚 1 1m 闸孔总净宽为 25 0m 闸室总宽度为 29 4m 4 2 消能防冲设计 消能防冲设计包括消力池 海漫及防冲槽等三部分 4 2 1 消力池的设计 1 上下游水位连接形态的判别 闸门从关闭状态到泄流量为 300往是分 sm 3 级开启的 为了节省计算工作量 闸门的开度拟分三级 流量 50 待下游的水位 sm 3 稳定后 增大开度至 150 待下游的水位稳定后 增大开度至 300 sm 3 sm 3 当泄流量为 50时 sm 3 上游水深 H 10 7 0 5 10 2m 下游水深可采用前一级开度 即 Q 0 时的下游水深 t 7 0 0 5 6 5m 11 上游行进流速 50 718 1 0 069m s 0 5m s 可以忽略不计 0 V A Q 0 V 假设闸门的开度 e 0 45m 0 45 10 2 0 044 0 65 为孔流 查 H e 水力学 河海大学出版社 由表 10 7 采用插值法 005 0 611 0 613 0 044 0 611 0 得 0 612 则 hc e 0 612 0 45 0 2754m 1 332m c h gh q h c c 1 8 1 2 3 2 t 6 5m 故为淹没出流 c h 由 t H 0 583 查 SL265 2001 表 A 0 3 2 采用插值法 得孔 c h c h 流淹没系数 0 53 所以有 001 2gHeBQ 1 0 6 0 176 0 592He 式中 1 孔流流量系数 因此 Q 0 53 0 592 0 45 25 49 952108192 sm 3 该值与要求的流量 50十分的接近 才所假定的闸门开度 e 0 45 正确 sm 3 此时 跃后水深 1 332 t 6 5m 故发生淹没水跃 以同样的步骤可求得泄水量 150 300时的闸门开度 跃后水深 sm 3 sm 3 并可判别不同泄水量时的水面连接情况 结果列如下表 表 4 2 水面连接计算 序 号 Q sm 3 E m m hc h m t m 水面连接情况 150 00 450 6120 2751 3326 50 淹没水跃 12 2150 01 350 6170 8332 1426 70 淹没水跃 3300 03 000 6251 8752 5557 04 淹没水跃 2 消力池的设计 a 消力池池深 由表 4 2 可见 在消能计算中 跃后水深均小于相应的下 游水深 出闸水流已发生了淹没水跃 故从理论上讲可以不必建消力池 但是为 了稳定水跃 通常需建一构造消力池 取池深 d 0 5m b 消力池长度 根据前面的计算 以泄流量 300作为确定消力池长 sm 3 度的计算依据 略去行进流速 V0 则 T0 H d 10 2 0 5 10 7m h c 0 0 0 q 2g q 10 20 0 95 2 5 88 h 0 77 c 4 88m c h gh q h c c 1 8 1 2 3 2 水跃长度 L 6 9 6 9 4 88 0 77 28 4m J c h c h 消力池与闸底板以 1 4 的斜坡段相连接 LS dp 0 5 4 2 0m 则消力池长 度 LSJ为 L L L 2 0 0 75 28 4 23 3m SJSJ 长度校正系数 0 7 0 8 取消力池长度为 21 5m c 消力池底板厚度计算 t K1 q 式中 K1消力池底板厚度计算系数 可采用 0 15 0 20 K1取 0 175 Q 300 25 4 4 10 2 3 msm 13 H 10 7 7 78 2 92m t 0 73m 由于消力池的池底板厚范围 0 5 1 2 所以取消力池的池底板厚为 0 8m 前 后等厚 在消力池底板的后半部设排水孔 孔径 10cm 间距 2m 呈梅花行布置 孔 内填以砂 碎石 消力池与闸底板连接处留有 1 米的平台 以便更好地促成出闸水 流在池中产生水跃 消力池在平面上呈扩散状 扩散角度 10 4 2 2 海漫的设计 1 海漫的长度为 L P qKS q 300 25 0 4 4 tg10 23 1 2 7 92 3 msm H 10 7 7 78 2 92m 为海漫长度计算系数 取为 7 0 s K s K 25 75m p L92 2 92 7 0 7 取海漫的长度为 26 0m 2 海漫的布置和结构 由于下游水深较大 为了节省开挖量 海漫布置成水平 的 海漫使用厚度 40cm 的块石材料 前 10m 用浆砌块石 后 16m 采用干砌块石 浆砌块石海漫上社排水孔 干砌块石上社浆砌块石格梗 格梗断面尺寸为 40cm 60cm 海漫底部铺设 15cm 厚的砂粒垫层 4 2 3 防冲槽的设计 1 海漫末端河床冲刷深度为 1 1 0 s h V q d 海漫末端的平均宽度 1 2 50 50 2 2 7 04 B 64 08m 300 64 08 4 68 Q 3 msm 对比较紧密的黏土地基 且水深大于 3m 可取为 1 1m s 7 04m 则 0 V s h 14 2 36m d 04 7 1 1 68 4 1 1 L 满足要求 L 2 绕流防渗长度 必须的防渗长度为 L CH 16 H 3 7m C 7 回填土为砂土 且无反滤 因此 L 25 9m 实际防渗长度 16 36 7m L 15cos 20 L 满足防渗要求 L 其地下轮廓布置见下图 5 1 1 图 5 1 1 地下轮廓布置 单位 m 5 2 渗流计算 采用改进阻力系数法进行渗流计算 5 2 1 地下轮廓线的简化 为了便于计算 将复杂的地下轮廓进行简化 由于铺盖头部及底板上下游两 端的齿墙均浅 简化后的形式如下图 5 2 1 图 5 2 1 地下轮廓简化图 单位 m 5 2 2 确定地基的有效深度 根据钻探资料 闸基透水层深度很大 故在渗流计算中必须取一有效深度 代替实际深度 17 由地下轮廓线简化图知 地下轮廓的水平投影长度 L 16 20 36m 地下轮廓 的垂直投影长度 S0 1 3m L0 S0 36 1 3 27 7 5 故地基的有效深度 Te 0 5 L0 18 m 图 5 2 1 5 2 3 渗流区域的分段和阻力系数的计算 过地下轮廓的角点 尖点 将渗流区域分成十个典型段 1 8 段为进出口段 3 6 二段为内部水平段 2 4 5 7 则为内部垂直段 表 5 2 1 各流段阻力系数为 流段阻力系数为 段号 ST 10 417 9 0 446进口段和 出口段 1 5 0 441 T S 2 3 80 517 40 448 20 518 0 0 028 41 118 0 0 061 50 517 4 0 029 内部垂直 段 ln ctg 1 2 4 T S 70 517 4 0 029 3 S1 0 5 S2 1 1 T 18 0 L 20 0 1 049内部水平 段 T SSL 7 0 21 6 S1 0 5 S2 0 5 T 17 4 L 16 0 0 879 则 2 969 8 1i i 5 2 4 渗透压力计算 1 设计洪水位时 H 10 3 7 0 3 3m 根据水流的连续条件 经过各流段 的单宽渗流流量均应相等 18 a 任一流段的水头损失 h 则 i H i h1 0 50m h2 0 03m h3 1 16m h4 0 07m h5 0 03m h6 0 98m h7 0 03m h8 0 50m b 进出口段进行必要的修正 进出口修正系数为 1 1 21 1 059 0 2 12 1 2 T S T T T 18 0m T 17 9m S 0 4m 则 0 34 1 0 应予修正 h h1 0 17m 1 1 1 进口段水头损失的修正量为 h 0 50 0 17 0 33 修正量应转移给相邻各段 h 0 03 0 03 0 06 2 h 1 16 0 33 0 03 1 46m 3 同样对出口段修正如下 1 21 2 059 0 2 12 1 2 T S T T T 17 4m T 17 4m S 0 5m 则 0 3960 表示闸门不能靠自重关闭 需加压 10kN 重块帮助关闭 则闸门自 重为 G 200 10 210KN 根据计算所需的启门力 FQ 376 4kN 初选双调点手摇 电动两用卷扬式启闭机 上海重型机械厂产品 QPQ 2 25 其机架外轮廓宽 J 1962mm 23 2 工作桥的尺寸及构造 见图 6 1 2 工作桥的宽度不仅要满足启闭机布置 的要求 且两侧应留有足够的操作宽度 B 启闭机宽度 2 栏杆柱宽 2 栏杆外 富裕宽度 1 962 2 0 8 2 0 1 5 2 0 05 3 962m 故 取工作桥净宽 4 0m 工 作桥为板梁式结构 预制 装配 两根主梁高 0 8m 宽 0 35m 中间活动铺板厚 6cm 为了保证启闭机的机脚螺栓安置在主梁 上 主梁间的净距为 1 5m 在启闭机机脚处螺栓处设两根横梁 其宽 30cm 高 50cm 工作桥设在实体排架上 排架的厚度即闸墩门槽处的颈厚为 50cm 排架顺水 方向的宽度为 2 3m 排架的高程为 胸墙壁底缘高程 门高 富裕高度 8 1 7 8 0 6 16 5m 在工作桥的下游侧布置公路桥 桥身结构为钢筋混凝土板梁结构 桥面总宽 为 4 0m 6 1 5 检修便桥 为了便于检修 观测 在检修门槽处设置有检修便桥 桥宽 1 5m 桥身 结构仅为两根嵌置于闸墩内的钢筋混凝土简支辆 梁高 40cm 宽 25cm 梁中间 铺设厚 6cm 的钢筋混凝土板 6 1 6 交通桥 在工作桥饿下游侧布置公路桥 桥身结构为钢筋混凝土板梁结构 桥面 总宽 5 5m 其结构构造及尺寸见本章第一节 6 2 闸室稳定计算 取中间的一个独立的闸室单元分析 闸室结构布置见图 6 2 1 24 图 6 2 1 闸室结构布置图 单位 m 6 2 1 荷载计算 1 完建期的荷载 完建期的荷载主要包括闸地板重力 G1 闸墩重力 G2 闸门 重力 G3 胸墙壁重力 G4 工作桥及启闭机设备重力 G5 公路桥重力 G6和检修便 桥重力 G7 取混凝土 钢筋混凝土的容重为 25KN m3 底板重力为 G1 16 1 0 12 2 25 1 2 1 1 5 0 5 12 2 25 2 5261 3KN 闸墩重力 每个中墩重 G2 0 5 3 14 0 552 11 3 25 0 5 3 14 0 552 8 0 25 4 2 1 1 11 3 25 2 3 1 1 11 3 25 2 3 4 7 25 25 8 4 1 1 8 25 3 0 67 0 7 1 8 25 4 7 0 7 0 7 25 2 0 3 0 2 11 3 25 2 0 3 0 6 11 3 25 4217 6KN 每个闸室单元有两个中墩 则 G2 2G2 8435 2KN 闸门重力为 G3 200 2 400 0KN 胸墙重力为 G4 0 3 0 5 10 25 0 4 0 8 10 25 0 2 3 7 0 4 0 3 10 25 267 5KN 工作桥及启闭机设备重力如下 工作桥重力 G5 2 0 92 0 35 12 2 25 0 5 0 08 0 12 0 9 12 2 2 25 0 15 0 12 12 2 2 25 0 06 1 3 12 2 25 286 1KN 考虑到栏杆及横梁重力等 取 G5 350 0KN QPQ 启闭机机身重 40 7KN 混凝土及电机重 每台启闭机重 48 0KN 启闭机重力 G 5 2 48 0KN 96 0KN G5 G 5 G5 350 0 96 0 446KN 公路桥重力 公路桥每米重约 80KN 考虑到栏杆重 则公路桥重为 G6 80 12 2 50 1026 0KN 检修便桥重力 G7 0 25 0 4 10 0 25 2 0 06 1 5 10 25 72 5KN 考虑到栏杆及横梁重力等 取 G7 135 0KN 26 完建情况下作用荷载和力矩计算见下表 6 2 1 表 6 2 1 完建情况下作用荷载和力矩计算表 对底板上端 B 点求力矩 力矩 KN m 部位 重力 KN 力臂 m 底板5261 38 042090 4 1 268 40 32 85 89 2 2542 62 65 6737 9 3 1496 25 90 8827 6 4 3938 011 25 44302 5 闸 墩 5 190 015 68 2979 2 工作闸门 400 05 79 2316 0 工作桥 350 05 90 2065 0 启闭机 96 05 90 566 40 公路桥 1026 012 25 12568 5 检修便桥 135 01 80 243 0 胸墙 267 54 79 1281 3 合计15971 124113 6 2 设计洪水情况下的荷载 在设计洪水情况下 闸室的荷载除此之外 还有闸 室内水的重力 水压力 扬压力等 闸室内水重 27 W1 4 69 9 8 10 9 8 7 6 0 8 10 9 8 6 5 10 9 91 9 8 4504 3 595 8 6312 7 1141 8 KN 水平水压力 首先计算波浪要素 有设计资料知 ht 0 8m Ll hl 10 上游 9 8m H 则上游波浪线壅高为 0 25m ll l L H cth L h h 2 2 0 8 9 82 cth 8 0 8 h 2 0 波浪破碎的临界水深 ll lll lj hL hLL H 2 2 ln 4 mHlj94 0 8 020 8 8 020 8 ln 4 8 可见 上游平均水深大于 Ll 2 且大于 Hlj 故为深水波 因此 P1 0 5 4 9 8 4 0 25 0 8 12 2 0 5 6 9 8 4 10 12 2 1207 6 5021 5 6229 1 KN P2 0 5 9 8 8 33 9 75 1 5 12 2 1610 6 KN P3 0 5 7 5 73 5 9 8 12 2 3452 9 KN P4 0 5 9 8 7 5 8 44 0 7 15 2 586 7 KN 浮托力 F 7 7 9 8 16 12 2 2 0 5 1 0 1 5 0 5 9 8 12 2 14879 2 KN 渗透压力 U 0 30 9 8 16 12 2 0 5 1 22 16 9 8 12 2 787 45 1549 50 1735 3 KN 设计洪水情况下的荷载图见 图 6 2 2 设计洪水情况下的荷载计算表见 表 6 2 2 设计洪水情况下荷载和力矩计算对 B 点取矩 28 图 6 2 2 设计洪水位时荷载图 表 6 2 2 设计洪水情况下荷载和力矩计算对 B 点取矩 竖向力 KN 水平力 KN 力矩 KN m 备注 荷载名称 力 臂 m 闸室结构 重力 15971 12411 3 6 表6 2 1 上游水压 力 1207 6 5021 5 1610 6 9 18 4 07 0 73 11085 8 20437 5 1175 7 29 下游水压 力 3452 9 586 7 3 2 0 34 11049 3 199 5 浮托力 14879 2 8 0 11903 3 6 渗透压力 534 8 1200 5 8 0 5 33 4278 4 6398 7 水重力 4504 3 595 8 6312 7 2 35 5 09 11 0 5 10585 1 3032 6 69755 3 27383 8 16614 5 6759 7 4039 6 24018 5 6 14095 9 5合计 10769 3 2720 1 99226 1 3 校核洪水位情况的荷载 校核洪水位情况时的荷载与设计洪水位情况的荷 载计算方法相似 所不同的是水压力 扬压力是相应校核水位以下的水压力 扬 压力 闸室内水重 Pv 4 69 10 2 10 9 8 7 6 0 8 10 9 8 6 5 10 9 91 9 8 4688 1 595 8 6312 7 11596 6 KN 水平水压力 30 首先计算波浪要素 在校核水位下 ht 0 5m Ll 5 0m h0 0 16m Hlj 0 59m 上游 10 2m 故为深水波 因此 H P1 0 5 2 5 9 8 2 5 0 16 0 5 12 2 0 5 2 5 10 4 7 9 9 8 12 2 472 3 6092 2 6564 5 KN P2 0 5 9 8 8 53 9 94 1 5 12 2 1646 9 KN P3 0 5 7 6 7 6 9 8 12 2 3452 9 KN P4 0 5 9 8 7 5 8 47 0 6 12 2 590 4 KN 浮托力 F 7 7 9 8 16 16 2 0 5 1 0 1 5 0 5 9 8 12 2 14879 2 KN 渗透压力 U 0 34 9 8 16 12 2 0 5 1 36 16 9 8 12 2 630 5 1320 5 1951 0 KN 校核洪水情况下的荷载图见 图 6 2 3 设计洪水情况下的荷载计算见 表 6 2 3 设计洪水情况下荷载和力矩计算对 B 点取矩 图 6 2 3 校核洪水位时荷载图 31 表 6 2 3 校核洪水情况下荷载和力矩计算对 B 点取矩 竖向力 KN 水平力 KN 力矩 KN m 备注 荷载名称 力 臂 m 闸室结构重 力 1597 1 12411 3 6 表6 2 1 上游水压力 472 3 609 2 2 104 6 9 10 4 5 4 64 0 73 4935 5 28267 8 1202 2 32 下游水压力 345 2 9 590 4 3 2 0 34 11049 3 200 7 浮托力 1487 9 2 8 0 11903 3 6 渗透压力 630 5 1320 5 8 0 5 33 5044 0 7038 3 水重力 4688 1 595 8 6312 7 2 35 5 09 11 0 5 11017 0 3032 6 69755 3 2756 7 6 1683 0 2 821 1 4 404 3 3 24232 4 14236 5 9 合计 10737 4 4168 1 99958 1 6 2 2 稳定计算 1 完建期 闸室基底压力计算 33 61 max min B e A G P G MB e 2 由表 6 2 1 可知 G 15971 KN M 124113 6 KN m 另外 B 16m A 16 12 2 195 2m 则 2 0 229m 偏上游 2 16 124113 6 15971 16 P max min 195 2 15971 16 0 229 74 79 88 85 下游端 上游端 地基承载力验算 由上可知 Pmax Pmin 88 85 74 79 88 12 kPa P 2 1 2 1 持力层为坚硬粉质粘土 N63 5 15 21 击 查表得地基允许承载力 R 350kPa 因为基础的宽度远大于 3m 故地基允许承载力应修正 5 1 3 DmBmR PDSB R 其中 B 8m D 1 5m 为安全起见 取 mB 0 2 mD 1 0 浮容重 3 1 09 10 69 0 1 8 9 174 2 1 1 mkN e G P 350 0 2 10 09 8 3 1 0 10 09 1 5 1 5 R 360 1kPa 地基承载力满足要求 R P 不均匀系数计算 由上可知 2 5 1 187 min max P P 基地压力不均匀系数满足要求 2 设计洪水情况 闸室地基压力计算 由表 6 2 2 可知 G 10769 3 KN M 99226 1 KN m 则 1 21m 偏上游 2 16 99226 1 10769 3 34 16 P max min 195 2 10769 3 16 1 21 30 14 80 20 下游端 上游端 地基承载力验算 由上可知 Pmax Pmin 55 17 kPa P 2 1 R 地基承载力满足要求 不均匀系数计算 由上可知 5 3 2 66 min max P P 但根据 SD133 84 附录五的规定 对于地基良好 结构简单的中型水闸 的采用直可以适当的增大 本闸闸基土质良好 在校核洪水位情况下 可 以采用 3 5 故基地压力不均匀系数满要求 闸室抗滑稳定分析 临界压应力 1 2 tgcBtgAPkp 其中 A 1 75 10 09kN m3 B 16m 19 c 60kPa o 故闸室不会发生深层滑动 仅需作表层抗滑 81 20kPaP258 5kPaP maxkp 稳定分析 H AcGtg Kc 00 其中 取 0 9 17 1 c0 取c 20 0kPa 由于本闸齿墙较浅 可取 0 3 1 A 29 2m2 则 1 251 87 2720 1 195 220 010769 3tg17 1 cc KK 闸室抗滑稳定性满足要求 3 校核洪水情况 闸室基底压力计算 由表 6 2 3 可知 G 10737 4 KN M 99958 1 KN m 则 1 31 偏下游 2 16 99958 1 10737 4 35 16 P max min 195 2 10737 4 16 1 31 27 98 82 03 下游端 上游端 地基承载力验算 由上可知 P Pmin 55 0kPa P 2 1 max R 地基承载力满足要求 不均匀系数计算 由上可知 3 5 2 93 min max P P 基地压力不均匀系数不满 但根据 SD 133 84 附录 5 的规定 对于地基良好 结构简单的中型水闸 可以采用 3 0 在校核洪水位情况下 可以采用 3 5 故 基地压力不均匀系数满要求 闸室抗滑稳定分析 临界压应力 1 10K1 73 4168 1 295120 0 4 07371tg17 1 H AcGtg K c 00 c 闸室抗滑稳定性满足要求 7 闸室结构设计 7 1 闸墩设计 闸墩为钢筋混凝土结构 中 墩厚 1 1 米 闸墩长与底板顺水 流方向相同为 16 米 边墩与暗 墙合而为一 采用重力式 闸墩 上设置两道闸门工作闸和检修闸 工作闸门槽距闸墩上游端 5 29 米 工作闸门槽深 0 3 米 槽宽 0 6 米 闸墩上下游两端是 0 55 米的半圆形状 在闸墩的上游端设置检修闸门 检修闸门距离上游端 1 7 米处 槽宽 0 2 米 槽深 0 3 米 下有不设置检修门 闸门设置在底板上 其底部高程是 0 5 米 上游闸墩 底部高程为 11 8 米 下游闸墩顶部高程是为 8 5 米 由上一节在计算知道在校核 36 洪水位情况下水平方向上的水压力最大 这时门槽颈部应力计算不利情况 故门 槽应力计算选校核洪水情况为计算情况 闸墩底部截面上的纵向正应力要求不出 现拉应力 而最大拉应力也要小于混凝土的容许抗压强度 我们计算中发现情况 符合 故闸墩不必配置纵向受力钢筋 但要配置构造钢筋 加强闸墩与底板的连 接 防止温度变化对闸墩不利影响 竖向配置情况是 配置 12 的钢筋 每米 3 根 其下插入底板 50cm 水平方向采用 8 的分布钢筋 在门槽出的配筋也是配 置构造钢筋 配置 12 的钢筋间距与闸墩的一致 浇注 100 标号的混凝土作筑坝 材料 7 2 底板结构计算 采用弹性地基梁法对底板进行结构计算 7 2 1 闸基的地基反力计算 16 P max min 195 2 15971 16 0 229 74 79 88 85 下游端 上游端 在上一节中计算地基应力 P P时 求的是齿墙底部基底的应力 而不是 maxmin 底板底部基底应力 故尚应重新计算地基反力 1 完建期 完建期内无水平荷载 故在上一节中相应的地基应力就等于地基 反力 可以直接运用 即 上游端 88 85kPa man 下游端 74 79kPa min 2 校核洪水情况 此时有水平力作用 需要重新计算地基反力 见表 7 3 1 e 1 15 m 偏下游 10737 4 98273 6 2 16 16 15 1 6 1 12 216 10737 4 max min 31 20kPa 78 80kPa 上上上上 上上上 37 38 表 7 3 1 校核洪水时荷载 力矩计算表 对底板底面上游 A 点求矩 竖向力水平力力矩 荷载名称计算式 力臂 备注 闸室结构 15971 124113 6 表 6 2 1 0 5 2 5 9 8 2 5 0 16 0 5 12 2 472 39 954699 4 上游水压力 0 5 2 5 10 4 9 8 7 9 12 2 6069 24 1425221 7 39 0 5 8 51 9 27 9 8 1 0 12 2 10970 49537 5 0 5 9 8 7 62 12 23452 92 6 下游水压力0 5 7 5 7 77 9 8 0 1 12 2 100 80 1 8977 5 10 1 浮托力 14879 28 0 119033 6 表 6 2 3 630 58 05044 0 渗透压力 1320 55 337038 3 表 6 2 3 闸室内水重力 11596 683804 9 27567 616830 27661 53552 9 238377 1 140103 5合计 10737 4 4108 6 98273 6 40 7 2 2 不平衡剪力及剪力分配 以胸墙与闸门之间的连线为界 将闸室分为上 下游段 各自承受其分段内的 上部结构重力和其他荷载 1 不平衡剪力 对完建期 校核洪进行计算 不平衡剪力值见表 7 3 2 2 不平衡剪力的分配 截面的形心轴至底板底面的距离如图 7 3 1 所示 即 4 5m 3 111 120 1 2 12 0 1 2 35 11 35 111 126 0 2 120 1 f 3 1 3 2 323 nnffL J Q Q 底 mdfn5 30 15 4 mL1 6 2 2 12 2 5 3 2 3 11 1 1 3 112 3 111 1 12 1 6 02 2 2 120 10 1 2 12 12 1 2 323 J 606 4 m 0 04 3 1 3 2 323 nnffL J Q Q 底 Q 则 1 0 04 0 96 墩 Q Q Q 41 每个闸墩分配不平衡剪力为 0 48 2 1 墩 Q Q 表 7 3 2 不平衡剪力计算表 单位 KN 完建情况下校核洪水情况下 荷载名称 上游段下游段小计上游段下游段小计 闸墩 底板 胸墙 公路桥 工作桥 检修便 桥 闸门 启闭机 3357 8 1672 9 267 5 175 135 48 0 5077 4 3588 4 1026 175 400 48 0 8435 2 5267 3 267 5 1026 350 135 400 96 0 3357 8 1672 9 267 5 175 135 48 0 5077 4 3588 4 1026 175 400 48 0 8435 2 5267 3 267 5 1026 350 135 400 96 0 结 构 重 力 5656 2 10314 8 159715656 2 10314 8 15971 水重力 5283 96312 711596 6 扬压力 6091 5 10738 7 16830 2 地基反力 5789 10182 15971 2495 1 8242 1 10737 2 不平衡力 132 8 132 8 0 0 2353 5 2353 3 0 2 42 不平衡剪力 132 8 132 8 0 0 2353 4 2353 4 0 0 7 2 3 板条上荷载的计算 1 完建期板条荷载见图 7 3 2 a 1 上游段 均布荷载 2 1249 5 8 13204 0 2 1249 5 9 1672 q 24 90 KN m 闸墩处的集中荷载 49 5 2 8 13296 0 49 5 2 48135175 5 267 5 3357 P 351 1 KN m 2 下游段 均布荷载 KN m 94 27 2 1251 10 8 13204 0 2 1251 10 4 3588 q 闸墩处的集中荷载 251 10 8 13296 0 251 10 484001751026 4 5077 P 313 9 KN m 43 图 7 3 2 板条荷载图 a 完建期 b 校核洪水情况 2 校核水位情况的板条荷载见图 7 3 2 b 1 上游段 均布荷载 87 28 2 1249 5 4 235304 0 2 1249 5 5 6091 1049 5 9 5283 2 1249 5 9 1672 mKNq 闸墩处的集中荷载 P 闸墩及其上部结构的重力 均布荷载中多计算的闸墩处的水重力 不平衡剪 力的分配值 即 下 14 49 49 5 2 4 235396 0 1 1 1049 5 9 5283 49 5 2 48135175 5 267 8 3357 P 游段