翁锐水闸设计完整版.doc

水工建筑物课程设计计算说明书第一节 设计基本资料1.1概述本工程是西通河灌区第一集抽水站的拦河闸，其主要任务是拦蓄西通河的河水，抬高水位满足抽水灌溉的需要，洪水期能够宣泄洪水，保证两岸农田不被洪水淹没。1.2规划数据闸址附近，河道顺直，河道横部面接近梯形，底宽18m，边坡1：1.5，河底高程195.00m,两岸地面高程199.20m。断面尺寸如图1.1所示：图1.11.2.1孔口设计水位、流量根据规划要求，在正常蓄水时下泄流量为Q=0，上游水位为H正=198.0m，此时对应的下游水位H=195.0m;在校核洪水时灌区下泄流量为Q核=79.7，此时的相应上游校核水位为H核=198.90m，相应闸下游水位H下=198.65m;在设计灌溉区期下泄流量Q设=61.4，此时对应的上游水位H设=198.36m，闸下游水位为H下=198.15m. 1.2.2闸身稳定计算水位组合A.设计情况：上游水深H=3.36m,下游水深h=3.15mB.校核情况：上游水深H=3.90m,下游水深h=3.65m1.2.3消能防冲设计水位组合根据分析：消能防冲的最不利水位组合是在校核洪水位时的情况下：则其组合是：下泄流量为Q=79.70，相应的上游水位是H核=198.90m, 闸下游水位H下=198.65m，则相应的上游水深H=3.90m,下游水深h=3.65m。下游水位流量资料表1-1所示:H下(m）195.00196.00197.00197.50198.00198.15198.50198.65Q(m3/s)0.008.6327.9641.0755.4061.4073.9879.70水位流量资料如下表1-2所示：运用情况上游水位（m）下游流量（）正常蓄水198.000.00设计洪水198.3661.40校核洪水198.9079.701.3地质资料根据土工试验资料，所得闸基河床地质资料柱状图如图1.2所示：图1.2其关系如表1-3所示；层序高程（m）土质概况195.00191.80细砂191.8183.22粗砂183.32粘土闸址附近缺少粘性土料，但有足够量的混凝土骨料和砂料。闸基细砂及墙后回填砂料土工实验资料如下表1.4所示：材料/项目天然容重饱和容重内摩擦角凝聚力不均匀系数相对密实度细砂18.6420.61220120.46砂土料18.2020.21320150.62细砂容许承载力为150KN/m2，其与混凝土底板之间的摩擦系数f=0.35 。1.4闸的设计标准根据水闸设计规范SL2652001，该闸按四级建筑物设计。1.5其他资料（1）、闸上交通要求，根据当地交通部门的建议要求，闸上交通为单车道，按汽-10设计，带-50校核。桥面净宽4.0m，总宽4.4m 。（2）、闸门采用平板钢闸门，有3米、4米、5米三种规格闸门。（3）、该地区地震设计烈度为4度，故不考虑地震的影响。（4）、闸址附近河道有干砌石护坡。（5）、多年平均最大风速为12m/s，吹程为0.15公里。第二节 枢纽布置2.1拦河闸布置拦河闸布置成开敞式水闸，根据计算（见后面章节）将水闸分为3孔，每孔净宽3.3m，闸门顶部高程199.4m。2.2闸室段的布置闸底板为倒兀形布置，材料采用钢筋混凝土结构，底板中央设缝，板长14m，厚1.2m。闸墩材料采用钢筋混凝土材料，顺水流方向长14m，中墩厚1.2m，边墩与岸墙结合布置，为重力式边墙，即又挡水又挡土，闸墩上游设有工作门槽和检修门槽。工作桥宽4.0m，检修桥宽1.5m，闸门采用露顶式平面钢闸门，尺寸44.4，启闭设备采用QPQ-80卷场式启闭机，公路桥设在下游，总宽4.4m。2.3上游连接段布置上游翼墙采用浆砌石重力式反翼墙，墙顶高程199.50m，混凝土拦浪板高0.8m，设在其上，墙厚填土高程199.20m，翼墙底板厚0.6m，同样采用钢筋混凝土材料。铺盖与翼墙上游齐平，顺水流方向长16.0m，厚0.6m，铺盖上游为块石护底，一直护到引水口。翼墙上游为干砌石护坡，并设有浆砌石格梗，每隔12m布置，砂垫层设在块石底部，15cm厚。2.4下游连接段布置闸室下游布置消力池，海漫，防冲槽等。消力池采用挖深式，长7.5m，池深0.5m，底板采用钢筋混凝土结构，厚0.5m，消力池与闸室连接处设1m宽小坝，厚以1:4的斜坡连接，底板下设0.2m厚砂，碎石垫层，反滤，排水。采用浆砌石作为海漫的材料，其厚度为0.5m，浆砌石内设排水孔，下面铺设反滤层，在海漫起始段做5.0m长的水平段，其顶面高程与护坦齐平，在海漫后半段做成1:15的斜坡，以使水流均匀扩散，调整流速分布，保护河床不收冲刷。取防冲槽深度为2.0m，底宽b为4.0m，取顶端与海漫末端齐平，则上游坡率取m=2，下游坡率取m=3。第三节 水力计算水力设计的计算主要包括两个方面的内容：1.闸孔设计，2.消能防冲设计。3.1闸孔设计闸孔设计的主要任务是：确定闸室结构形式，选择堰型，确定堰顶高程以及孔口尺寸。3.1.1闸室结构形式该闸建在天然渠河道上，故宜采用开敞式闸室结构3.1.2堰型选择及堰顶高程的确定该闸建在少泥沙的天然河道上，但有足够数量混凝土骨料和砂料的闸址上，宜采用结构简单，施工方便，自由出流范围较大的无坎宽顶堰，考虑到闸基持力层是粘土，土质良好，承载能力大，并参考该地区已建工程的经验，拟闸底板顶面（即堰顶）与西通河河底齐平，高程为195.00 m 。3.1.3孔口尺寸的确定初拟闸孔尺寸，该闸的尺寸必须满足拦洪灌溉的要求，以及泄洪的要求。A.设计情况：在设计情况下： 、上游水H=198.36-195=3.9 m、下游水深hs=198.15-195.00=3.65m、下泄流量Q=61.40则上游行近流速：V0=Q/A根据和断面尺寸：A=bmHH =18+1.53.363.3677.41m2其中b为河道宽：b=18m m为边坡比：m=1:1.5V0=Q/A =61.40/77.41=0.79m/sH0=Hv2/2 （取1.0=3.360.792/29.813.39m则=3.15/3.39=0.930.8, 故属于淹没出流。B.校核情况：在校核情况下：、上游水H=198.9-195=3.9 m、下游水深hs=198.65-195=3.65m、下泄流量Q=79.70 则上游行近流速：V0=Q/A根据和断面尺寸：A=bmHH =18+1.53.93.993.02m2其中b为河道宽：b=18m m为边坡比：m=1:1.5V0=Q/A =79.7/93.02=0.87m/sH0=Hv2/2g 取1.0=3.90.872/29.813.94m则 =3.65/3.94=0.930.8 , 故属于淹没出流。则由以上结果可得，则按无坎宽顶堰淹没出流计算由宽顶堰没出流公式： Q=mB02gH03/2则查SL-265-2001,附录A.01，查得淹没系数=0.74，对无坎宽顶堰：m=0.385 假设侧收缩系数=0.90v022gHH1hs图3-1在设计情况下：由公式 Q=mB02gH03/2B01=Qm2gH032=61.40.740.900.3853.393/229.81=8.7 m在校核情况下：B02=Qm2gH032=79.70.740.900.3853.943/229.81=9.0m由B01B02比较得，取净宽较大的值，则取B02=9.0m。取水闸为3孔，每孔宽度b=3.0m，总净宽B=3b=9.0m。以上为B的第一次近似值，据此可计算的第二次近似值，按hs/H0=0.93，及闸墩边形状，查水力学第二册，查表10.1及表10.2得0=0.502 ，k=0.70。侧收缩系数按式（水力学10.13）计算为：=1-0.2k+(n-1)0H0nb=1-0.20.7+（3-1）0.5023.9/9=0.85净宽B的第二次计算近似值为B01=Qm2gH032=79.70.740.850.3853.943/229.81=9.5m再将净宽B的第二次近似值代入式中，可得=0.85，计算得出B02=9.5m,根据所给闸门的型号尺寸，则选择孔数n=3，每孔净宽b=3.3m，则闸孔实际净宽B=3.33=9.9m,中墩采用钢筋混凝土结构，根据设计规范,取d=1.2m,墩头，墩尾均采用弧形，边墩厚度为1.0m，C.复核过闸流量根据拟定的闸孔尺寸净宽B=9.9m，则由此得：Q实=mB02gH03/2=0.740.850.3859.93.943/229.81=83.05Q实-QQ100%=|（83.05-79.7）/79.7|100=4.25实际过流能力满足泄水的设计要求，由此得该闸的孔口尺寸确定为：选择孔数n=3，每孔净宽b=3.3m，2个中墩各厚d=1.2m，边墩厚度为1.0m，闸室总长度L=33.3+21.2+21=14.3m3.2消能防冲设计消能防冲设计包括消力池，海漫设计及防冲槽等三部分3.2.1 消力池的设计上下游水面连接形态的判别，当闸门从关闭状态到校核的下泄流量为Q=79.7，往往是分级开启的。为了节省计算工作量，闸门的开度拟分三级开启。第一级泄流量8.63；待下游水位稳定后，开度增大至设计流量61.4；最后待下游水位稳定后，再增大开度至最大下泄流量79.7。（1）水面连接计算当泄流量为8.63时：上游深H=3.9m；下游水深则采用前一级开度（即Q=0）时的下游水深h=0m；则上游行近流速：V0=Q/A=8.63/93.02=0.093由于V0=0.0930.5，则可以忽略不计假设闸门的开度e=0.17，e/H=0.17/3.9=0.04360.65，则为孔流，查水力学垂直收缩系数=0.612则： hc = e=0.6120.17=0.104mq=Q/B=8.63/12.3=0.70m2/shc“=hc21+8q2ghc3-1=0.10421+80.729.810.1043-1=0.93m则hc“t=0 为远离式水跃，故需要设消力池以同样的方法，则分级开启时61.4、79.7时的闸门开度，并计算相应的参数，并判别不同下泄流量时，上下游水面的连接形式，则可以判别是需要设消力池，其水面连接计算见表2.1所示水面连接计算：序号Q(m3/S)e（m）hc(m)hC”（m）t（m）水面连接情况18.630.170.6120.1040.930远离式水跃26.142.453.280.421.0淹没式水跃37.973.913.750.543.15淹没式水跃（2）池深计算：根据前面的计算，以下泄流量Q=8.63作为确定消力池长度的计算依据。图3-2依据SL265-2001,附表B1.1,则计算出消力池的相关参数:Z=q22g2hs-q22ghc”2=1.00.7229.811.01.02-1.00.7229.810.932 =-0.004m其中Z为出池落差、h“s为出池河床水深、为水流动能校正系数取1.0。则 d=0hc“-hs-z =1.050.93-1+0.004 =-0.02 则计算出消力池池深d=-0.02m，但为了稳定泄流时的水流，根据规范取池深d=0.5m。（3）消力池长度计算:由前面的计算，以下泄流量8.63作为确定消力池长度计算的依据。略去行进流速v0，则： T0=H+d=3.9+0.5=4.4根据公式：hc=T0-T0-T0 其中 =q22g2 q=0.7m2s =1.0 =0.03则得到： hc=0.034.4-0.034.4-0.034.4=0.08m由此：hc“=hc21+8q2ghc3-1=0.0821+80.729.810.083-1=1.08m由此水跃长度 Lj=6.9（hc”-hc） =6.9（1.08-0.08） =6.9m消力池与闸地板以1:4的斜坡段连接，则Ls=dP=0.54=2.0m则消力池长度： Lsj=Ls+Lj=2+0.86.9=7.25m 则取消力池长度为Lsj=7.5m 为水跃长度校正系数=0.8（4）消力池底板厚度计算：根据抗冲要求：t=k1qH式中q为单宽流量q=0.70 H为闸孔泄水是的上下游最大水位差H=2.9m，k1为消力池底板厚度计算系数，取k1=0.2则：t=k1qH=0.20.72.9=0.22m计算的t=0.22m0.5m 故取消力池池底厚度取t=0.5m 由此得到，取消力池底板厚为0.5m，前后等厚。为减小作用在护坦底板上的扬压力，在消力池底板的后半部分设置排水孔，并在该部位的地面铺设反滤层，排水孔径取d=0.2m，间距L=2m，呈梅花形排列，为使出闸水流在池中产生水跃，在消力池与闸底板连接处留一宽为1.0m的平台。3.3 海漫的设计3.3.1海漫长度的计算：海漫的长度计算由式：LP=kSqH式中q为单宽流量q=0.70 H为闸孔泄水是的上下游最大水位差H=2.9m，kS为海漫长度计算系数，由于河床为细砂 取k1=14.0则 LP=kSqH=140.72.9 =15.2m因此取海漫的长度为LP=15.0m3.3.2海漫的布置与构造采用浆砌石作为海漫的材料，其厚度为0.5m，浆砌石内设排水孔，下面铺设反滤层，在海漫起始段做5.0m长的水平段，其顶面高程与护坦齐平，在海漫后半段做成1:15的斜坡，以使水流均匀扩散，调整流速分布，保护河床不收冲刷。3.4 防冲槽的设计图3-3取防冲槽深度为2.0m，底宽b为4.0m，取顶端与海漫末端齐平，则上游坡率取m=2，下游坡率取m=3。由此得到消能防冲设计的相关尺寸，见图3-3第四节 防渗排水设计4.1地下轮廓设计地下轮廓的设计主要包括底板，防渗铺盖，板桩等的设计4.1.1底板底板既是闸室的基础，又兼有防渗、防冲刷的作用。它既要满足上部结构布置的要求，又要满足稳定及本身的结构强度等要求。（1）底板顺水流方向的长度L0：有经验公式：L0=3.5H=3.5(198.50-195.00)=13.5m为了满足上部结构布置的要求，L必须大于交通桥宽、工作桥、工作便桥及其之间间隔的总和，即取L0=14.0m。(2)底板厚度d:根据经验，底板厚度为（1/51/7）单孔净跨，一般为1.02.0m由此初拟底板厚度d=1.2m（3）底板构造：底板采用钢筋混凝土结构，上下游两端各设1.0m深的齿墙嵌入地基，底板分缝设以“v”型铜片止水，由于地基为砂性土的细砂地基，抵抗渗流变形的能力较差，渗流系数也较大，由此得在底板两端分别设置不同深度的板桩，由于一般为水头的（0.61.0）倍，有水头大小可知，上游端设板桩深为4.0m，下游端不设板桩。4.1.2铺盖铺盖采用钢筋混凝土结构，其长度为上下游最大水位差的（24）倍，则去铺盖L=16.0m，铺盖厚度为0.6m。铺盖上游端设0.8m深的小齿墙，其头部不再设防冲槽，为了防止上游河床的冲刷，铺盖上游设块石护底，厚为0.3m，其下设0.2m厚的砂石垫层。4.1.3侧向防渗侧向防渗主要靠上游翼墙和边墩，则上游翼墙为曲线形式，从边墩开始向上游延伸一定距离后，以半径为7.0米的圆弧插入岸墙。4.1.4排水、止水为了减小作用于闸底上的渗透压力在整个消力池底板上布设砂砾石排水，其首部紧抵闸底板下游齿墙，闸底板与铺盖，铺盖与上游翼墙，下游翼墙之间的永久性缝中，均以设以铜片止水，闸底板与消力池，消力池与下游翼墙之间的永久性分缝，虽然没有防渗的要求，但是为了防止闸基与土墙后填土被水流带出，缝中铺设贴沥青油毡。4.1.5防渗长度验图4-1算闸基防渗的计算必须的防渗长度满足:L=CHH为上下游最大水位差，则H=3.9m,C为允许渗径系数值，由于为砂性土则取C=9.0。得最小允许防渗长度L=CH=3.99.0=35.1m。则地下轮廓布置见图4-1。实际闸基防渗长度L：L=0.9+1.0+1.4+12.0+1.4+1.0+0.8+1.0+24.0+1.4+10.0+1.4+1.0+1.5=42.8m则L=42.8L=35.1m 闸基防渗长度满足要求4.2渗流计算采用改进阻力系数法进行渗流计算4.2.1 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较浅，可以将它们简化成短板的形式如下图4-2：4.2.2 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。由地下轮廓线简化图知：地下轮廓的水平投影长度L0=14+16=30m;地下轮廓的垂直投影长度S=S0-0.6=6.2-0.6=5.6m。 L0/ S0=30/5.6=5.45,故地基的有效深度Te=0.5 L0=0.536=15m。而地基的实际计算深度T=195.0-183.32=11.68m,则TTe，故地基的实际计算深度T=11.68m。图4-24.2.3 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8个典型段。如上图1、8段为进出口段，2、4、5、7则为内部垂直段，3、6、二段为内部水平段。则相关计算的数据见下表4-1：各流段阻力系数为 流段阻力系数为段号ST/L进口段和出口段=1.5（ST）3/2+0.44110.911.180.47581.510.980.517内部垂直段=2lncot4(1-ST)20.810.880.07445.610.880.58255.010.480.53071.010.480.096内部水平段=L-0.7(S1+S2)T3S1=0.8S2=5.6T=10.88L=16.01.0596S1=5.0S2=1.0T=10.48L=14.00.935则=i=18i=0.475+0.517+0.074+0.582+0.530+0.096+1.059+0.935=4.2684.2.4 渗透压力计算：(1)设计洪水情况下：H=198.36-195.00=3.36m。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。A.各流段的水头损失的计算hi=Hi,则得h1 =（0.475/4.268）3.36=0.374m h2 =（0.074/4.268）3.36=0.058mh3 =（1.059/4.268）3.36=0.833m h4 = （0.582/4.268）3.36=0.458m h5 =（0.530/4.268）3.36=0.417m h6 = （0.935/4.268）3.36=0.736mh7 =（0.096/4.268）3.36=0.076m h8 = （0.517/4.268）3.36=0.407mB.进出口段进行必要的修正：进出口修正系数1为 1=1.21-112TT2+2ST+0.059T=11.18m T=10.88m S=0.9m则得： 1=0.729=1.0 故需要修正进水口段水头损失的修正为：h1=1h1=0.7290.374=0.273m进口段水头损失的修正量为：h= h1h1=0.374-0.273=0.101m修正量应转移给相邻各段h=0.058+0.058=0.116h=0.833+（0.1010.058）=0.876m同样对出口段修正如下2=1.21-112TT2+2ST+0.059 T=10.98m T=10.48m S=1.5m 则得： 2=0.884=1.0 故亦需要修正出口段的水头损失修正为h8= 2h=0.8840.407=0.361m进口段水头损失的修正量为：h= h8h8=0.407-0.361=0.047mh=0.076+0.047=0.123mC.计算各角点的修正后的渗压水头：由上游进口段开始，逐次向下游从作用水头值H中相继减去各分段的水头损失值，即可求得各角隅点的渗压水头值：H1 = 3.36mH2 = H1-h1=3.36-0.273=3.087mH3 = H2-h2 =3.087-0.120=2.971mH4 = H3-h3=2.971-0.876=2.095mH5 = H4-h4=2.095-0.458=1.637mH6 = H5-h5=1.637=-0.417=1.220mH7 = H6-h6=1.220-0.736=0.484mH8 = H7-h7=0.484-0.123=0.361mH9 = H8-h8=0.361-0.361=0.00mD作出渗透压力分布图：根据以上算得渗压水头值，并认为沿水平段水头损失呈线形变化，则作出设计洪水位是渗透压力分布图，如图4-3所示:图4-3 单位宽度底板所受渗透压力：P=0.5( H6+ H7)141=0.5（1.22+0.484） 141 =11.93t=117.01kN单位宽铺盖所受的渗透压力：P=0.5( H3+ H4)161=0.5（2.971+2.095） 161=40.53t=397.58kN（2）同样的步骤可计算出校核情况下的渗透压力分布，即 H=3.9m H1 =3.9mH2 =3.584m H3 =3.448m H4 =2.430m H5 =1.898mH6 =1.410m H7 =0.560m H8 =0.417m H9 =0.00m根据以上计算作出校核洪水位是渗透压力分布图,如图4-4：图4-4单位宽度底板所受渗透压力：P1=0.5( H6+ H7)141=0.5（1.414+0.560） 141 =13.82t=135.55kN单位宽铺盖所受的渗透压力：P2=0.5( H3+ H4)161=0.5（3.448+2.430） 161 =47.02t=461.27kN4.3抗渗稳定验算闸底板水平段的平均渗透坡降和出口处的平均逸出坡降：闸底板水平段的平均渗透坡降Jx为：、设计情况下：Jx=hvLx=H6-H7L板=1.22-0.48414=0.053则Jx=0.053Jx=0.070.10 (查水闸设计规范得)、校核情况下：Jx=hvLx=H6-H7L板=1.414-0.5614=0.061则Jx=0.061Jx=0.070.10 (查水闸设计规范得)渗流出口处的平均逸出坡降J为:、设计情况下：J0=hvS=H8S4=0.3611.5=0.241则J0=0.241J0=0.300.35 (查水闸设计规范得)、校核情况下：J0=hvS=H8S4=0.4171.5=0.278则J0=0.278J0=0.300.35 (查水闸设计规范得)闸基的防渗满足抗渗稳定的要求。第五节 闸室布置与稳定计算5.1 闸室结构布置闸室结构布置主要包括底板、闸墩、胸墙、闸门、工作桥和交通桥等部分结构的布置和尺寸的拟定。5.1.1 底板 底板的结构、布置、构造已经在上一节计算布置，在此不用多说明。5.1.2 闸墩 闸墩顺水方向的长度取与底板相同，取14.0m。闸墩为钢筋混凝土结构，中墩厚均为1.2m。边缘与岸墙合二为一，采用重力式结构。闸墩上游部分的顶部高程在泄洪时应高于设计或校核洪水位加安全超高；关门时应高于设计或校核洪水位加波浪计算高度加安全超高。即：由已知的多年平均最大风速为12m/s，吹程为0.15公里，计算破浪高：hl=0.0166v05/4D1/3=0.0166(12)5/40.151/3=0.2m 设计洪水位的超高计算：1=3.36+0.2+0.5=4.06m校核洪水位的超高计算：2=3.90+0.2+0.4=4.5m其安全超高查SL265-2001，表4.2.4得，泄水时：设计洪水位时为0.5m。校核洪水位时为0.4m。则取其中最大的值，闸墩上游部分的顶部高程取最大值，即高程=199.5m。闸墩下游部分的高度只要比下游最高水位适当高些，不影响泄流即可。由于校核洪水位时下游最高水位=198.65m，由此取闸墩下游部分的顶部高程为=199.0m，则在下游闸墩部分搁置公路桥，桥面高程为=200.00m，桥面净宽为4.0m。闸墩上设两道门槽（检修门槽和工作门槽），检修门槽在上游，槽深为0.3m，宽0.25m，工作槽槽深为0.40m，宽0.5m。具体位置见图5-4。下游不设检修门，闸墩上下游头部均为流线形，具体见图5-1。图5-15.1.3 胸墙为了保证启吊闸门的钢丝绳不浸在水中，往往会设置胸墙，但由于所选闸门的高度和水位的变化深度，则在此不用设置胸墙。 5.1.4 工作桥（1）启闭机选型：闸门采用露顶式平面钢闸门，则闸门顶高程为199.4m，闸门高位4.4m，门宽为3.3+20.35=4.0m,查SL265-2001，根据经验公式: G=KZKCKgH1.43B0.08初估闸门自重。 G为门重，H墩高度4.4m，B为孔口宽度为3.3m，采用滚轮式支承KZ=1.0，KC采用普通低合金钢结构Kc=0.8，由于H5.0m,取Kg=0.156，则得门自重G=1.00.80.1564.51.433.3 0.089.81=11.8kN,为满足要求则取门重G=15.0KN根据经验公式，初估计启门力FQ=（0.10.2）P+1.2G，闭门力Fw（0.10.2）P-0.9G。则P为作用在门上的总水压力（见图5-1-1），不计浪压力的影响，作用在每米宽门上游面的水压力P上=1/29.813.9 3.9=74.60kN; 作用在每米宽门上游面的水压力P下 =1/23.653.65 9.81=65.35kN，则门上总的水压力为：当处于开启状态时：P=P上3.3=74.63.3=246.2kNFQ=0.2246.2+1.215.0=67.24Kn当处于关闭状态时：P=（P上-P下）3.3=（74.6-65.35）3.3=30.53kNFw=0.230.53-0.915.0=-7.39kNFw0，表示闸门能靠自重关闭，则不需加压重块帮助关闭，根据计算所需的启门力FQ=67.24kN，初选单吊点卷扬式启闭机QPQ-80，其机架外轮廓宽J=1473mm。（2）工作桥的尺寸及构造：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。其宽度B=启闭机宽度+2栏杆柱宽+2栏杆外富裕宽度1.473+21.0+20.2+20.1=4.073m，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0.4m，中间活动铺板厚10cm。其结构见图5-3。图5-3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1.2m。在启闭机机脚处螺栓处设两根横梁,其宽0.3m，高为0.5m，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0.4m，排架顺水流方向的长度为2.2m，则排架高= 门高+富裕高度=4.4+0.6=5.0m，其顶部高程为204.40m。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。5.1.5 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梁，梁高0.4m，宽0.25m。梁中间铺设厚0.08m的钢筋混凝土板。5.1.6 交通桥 在闸墩下游侧布置公路桥，桥身结构为钢筋混凝土板梁结构，桥面总宽4.4m。其结构构造及尺寸见上节。5.2 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5-4：5.2.1 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、工作桥及启闭机设备重力G3、公路桥重力G5和检修便桥重力G6、取钢筋混凝土的容重为25KN/m3。底板重力G1为：G1=141.29.025+0.5（2+1）19.0252=4455.0kN图5-4闸墩重力G2：则每个中墩重：G2=11.14.51.225-7.30.51.225-0.50.44252-0.41.51.225-0.250.34.1252-（0.332+0.61.45）（4.0+4.5）25=1640.75kN每个闸室单元有两个中墩，则：G2=2G2=21640.75=3281.5kN、闸门重G3=15kN，则两个闸门重G3=30.0kN工作桥重力G4：G4=(0.63.85+0.64.35+0.60.8)0.4252+(0.80.42+0.11+0.40.152+10.150.52+1.50.12)925+0.50.31.22252=420.8kNQPQ-80启闭机机身重15.0kN，考虑到混凝土及电机重，每台启闭机重30KN,启闭机重力G4”=230=60.0kNG4= G4+ G4=420.8+60.0=480.8kN公路桥重力G5:G5=0.50.73925+4.40.5925+0.80.225=767.25kN考虑到栏杆重,则公路桥重为: G6=767.25+52.75=820kN检修便桥重力G6：G6=0.250.49252+0.11.0925=67.5kN考虑到栏杆及横梁重力等去检修桥重: G6=67.5+32.5=100kN完建情况下作用荷载和力矩计算见下表5-1：表5-1 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)部位重力(KN)力臂(m)力矩(KNm)底板4455.07.031185.0闸墩344.250.97333.9959.253.353213.491672.08.914880.8306.013.033988.2闸门30.05.5165.0工作桥420.85.52314.4启闭机60.05.5330.0公路桥820.09.88036.0检修便桥100.03.13313.0合计9167.365460.0（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、浪压力、水压力、扬压力等。闸室内水重:W1=3.366.65.259.81=1142.12kN图5-5水平水压力:首先计算波浪要素。有设计资料可知：多年平均最大风速为12m/s，吹程为0.15公里，计算破浪高：hl=0.0166v05/4D1/3=0.0166(12)5/40.151/3=0.2mL=10.4（hl）0.8=10.40.20.8=2.9mhz=hl2Lcoth2HL=3.140.222.9coth23.143.362.9=0.04m波浪破碎的临界水深:H=3.36L/2=2.9/2=1.45 故为深水波：则相关荷载计算值如下：P1=0.52.99.81(0.2+0.04) 9.0+0.5 (3.36+0.3) 9.813.669.0=621.4kN（）P2=0.53.66-（3.36-2.095）+5.56-（3.36-1.637）9.819.01.9+0.5(2.395+3.837) 1.99.09.81=522.7kN（）P3=0.50.729.09.81+0.51.50.79.09.81+0.51.50.8979.0=134.0kN（）浮托力：F=0.5(1+2) 21.9.819+1.2149.09.81=1748.0kN()渗透压力:U=0.5（2.93+0.22.395）0.59.819.0+0.5(0.22.395+0.361)13.59.819.0=564.kN()设计洪水情况下的荷载图见（图5-5）, 设计洪水情况下的荷载计算见 (表5-2，设计洪水情况下荷载和力矩计算对B点取矩)表5-2 设计洪水情况下荷载和力矩计算对B点取矩荷载名称竖向力（kN）水平力（kN）力臂（m）力矩（kNm）备注闸室结构重力9167.365460.0表5-1上游水压力621.4522.73.20.811988.5423.5下游水压力21.646.466.11.730.750.537.434.833.0浮托力1748.07.012236.0渗透压力446.270.347.57.05.00.173123.5351.68.1水重力1142.122.632998.1合计10309.4223121144.1134.070870.115824.47997.4（）1010.1（）55045.7（）（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、浪压力、扬压力是相应校核水位以下的水压力、浪压力、扬压力。闸室内水重: W1=3.96.65.259.81=1325.7kN水平水压力:首先计算波浪要素。在校核水位下与设计下的波浪相同，故其波浪要素与设计情况下的下同因此：P1=0.52.99.81(0.2+0.04) 9.0+0.5 (3.9+0.3) 9.814.29.0=809.5kN（） P2=0.54.2-（3.9-2.43）+6.1-（3.9-1.898）9.819.01.9+0.5(2.73+4.1) 1.99.09.81=572.9kN（）P3=0.50.729.09.81+0.51.50.79.09.81+0.51.50.9979.0=136.0kN（）浮托力：F=0.5(1+2) 21.9.819+1.2149.09.81 =1748.0kN()渗透压力:U=0.5（2.73+0.22.73）0.59.819.0+0.5(0.22.73+0.417)13.59.819.0=646.2kN()校核洪水情况下的荷载图见（图5-5）, 校核洪水情况下的荷载计算见 (表5-2，设计洪水情况下荷载和力矩计算对B点取矩)表5-3 校核洪水情况下荷载和力矩计算对B点取矩荷载名称竖向力（kN）水平力（kN）力臂（m）力矩（kNm）备注闸室结构重9167.365460.0表上游水压力809.5572.93.20.812590.4464.1下游水压力21.646.468.11.730.750.537.434.834.1浮托力1748.07.012236.0渗透压力515.476.953.97.05.00.173608.1384.59.2水重力1325.72.633486.6合计10493.02394.21382.4136.072001.116344.18098.8（）1246.4（）55657.0（）5.2稳定计算5.2.1闸室基底压力计算（1）完建期：闸室基底压力计算Pminmax=GA(16eB） e=B2-MG 由表5-1可知，G=9167.3kN，M=65460.0kN.m，B=14.0m，A=149=126m2,则e=142-654609167.3=-0.141m (偏下游)Pminmax=9167.312616-0.14114=68.34kpa（上游端）77.14kpa（下游端）地基承载力验算。由上可知P=12Pmax+Pmin=1277.14+68.34=72.74 kpa则P=150kpa72.74kpa，地基承载力满足要求。不均匀系数计算： =PmaxPmin=77.1468.34=1.13=12基底压力不均匀系数满足要求。（2）设计情况：闸室基底压力计算由表5-2可知，G=7997.4kN，M=55045.7kN.m, P=1010.1kNe=B2-MG=142-55045.77997.4=0.117m (偏上游)Pminmax=7997.4126160.11714=60.29pa（下游端）66.62kpa（上游端） 地基承载力验算。由上可知P=12Pmax+Pmin=1266.62+60.29=63.46kpa则P=150kpa63.46kpa，地基承载力满足要求。不均匀系数计算： =PmaxPmin=66.6260.29=1.14Kc=1.20闸室稳定性满足要求。(2）校核情况：闸室基底压力计算由表5-3可知，G=8098.8kN，M=55657.0kN.m ,P=1246.4kNe=B2-MG=142-55657.08098.8=0.128m (偏上游)Pminmax=8098.8126160.12814=60.75pa（下游端）67.81kpa（上游端）地基承载力验算。由上可知 P=12Pmax+Pmin=1267.81+60.75=64.28kpa则P=150kpa64.28kpa，地基承载力满足要求。不均匀系数计算： =PmaxPmin=67.8160.75=1.12Kc=1.20闸室稳定性同样满足要求。由此得，闸室的稳定计算都满足所给条件的，故以上闸室的布置满足设计的要求。第六节 闸室结构设计6.