水利水电建筑工程专业---取水枢纽

水利水电建筑工程专业毕业设计取水枢纽1基本资料1、基本概况位置XXXX水系长江系枢纽特点综合取水枢纽引用流量40M3/S2、流域概况1）河流概况本河流全长约29KM，河流总体方向由NE流向SW折而由NW流向SE，河流坡降陡，平均坡降约为74，河谷阶地不发育，间有漫滩断续分布坝（闸）址位于XXXX河与其左岸支沟交汇口之上游约200M处。河道比较顺直，纵坡降约50，河床横宽1824M。2）气象气象特征值统计表多年平均降雨量MM9453多年平均气温105多年平均相对湿度62多年平均风速M/S24多年平均蒸发量MM142503）水文、泥沙（1）径流多年平均流量535M3/S，多年平均年径流深7865MM，折合年径流量145亿M3。径流的年内分配与降雨的年内分配基本一致。年内分配大致为丰水期510月，主要为降雨补给；枯水期11月次年4月，主要由地下水和融雪水补给。径流在年水利水电建筑工程专业毕业设计取水枢纽2内的分配不均匀，丰水期（510月）多年平均流量为682M3/S，占年径流量的820，其中主汛期（69月）水量占了年水量的610，枯水期（114月）多年平均流量为150M3/S，占年径流量的173，最枯的13月多年平均流量为114M3/S，占年径流的65，其中最枯的2月只占19。径流的年际变化不大，最大年平均流量为538M3/S（1961年5月1962年4月），最小年平均流量为317M3/S（1971年5月1972年4月），相差仅17倍。年最小流量一般出现在1、2月份，多数出现于2月，最小月平均流量832M3/S。（2）洪水年最大流量的年际变化较小，实测年最大洪峰流量的最大值为465M3/S（1967年7月12日），最小值163M3/S（1966年7月14日），两者之比为285倍。洪水过程主要为复峰过程。（3）泥沙多年平均悬移质输沙量万T73569月占全年输沙量百分数92769月输沙量万T67569月含沙量KG/M3112多年平均悬移质含沙量KG/M3073多年平均推移质年输沙量万T155多年平均年输沙总量万T8904）工程地质坝址位于XXXX河中游之北部，地形上属于川西高原向四川盆地过渡的斜坡地带。地势总的趋势是西北高东南低，由海拔50004000M降至约2000M，沿河两岸山势巍峨，层峦迭嶂，高差悬殊，属典型的高山峡谷、构造剥蚀与侵蚀地貌。本河流全长约29KM，河流总体方向由NE流向SW折而由NW流向SE，河流坡降陡，平均坡降约为74，河谷阶地不发育，间有漫滩断续分布。两岸支沟不对称，水利水电建筑工程专业毕业设计取水枢纽3左岸比较发育。坝址位于河道与其左岸支沟交汇口之上游约150M处。河道顺直，纵坡降约55，河床横宽1824M。河床表面为砂砾石基础，平均厚度为1030M，下部位岩石地基，岩层为三迭系上统侏倭组（T3ZH）浅灰色薄中厚层状变质钙质石英砂岩、千枚岩。左岸漫滩宽约15M，其后为三角形洪积阶地，边坡稳定。右岸坡麓有崩坡积块碎石，基岩大面积出露，边坡稳定；坝线处为崩坡积层边坡，坡角3540，边坡稳定。距坝线下游约100160M，有倾斜状一级阶地，顺河长约60M，横向宽约30M，适宜布置沉砂池。坝基为第四系全新统冲洪积砂漂块卵石层，石质以变质砂岩、板岩为主，少量岩浆岩，粒径一般630CM，次园次棱角状，砂砾石含量约占20，漂石、块石含量约占50，卵碎石约30，结构稍中密，局部具架空现象，均匀性差，透水性强，地下水丰富。该层作为低坝坝基持力层是适宜的，能满足其对承载、抗滑稳定等要求。左岸为洪积阶地前沿泥砂漂块卵碎石层，结构松散，抗冲刷能力极弱，透水性较强，不宜直接作为坝肩。建议坝肩嵌入岸坡内23M，上游必须护岸，并与枢纽防渗工程连成一体。岸为坡麓崩坡积块碎石，结构松散，透水性较强，亦不宜直接作为坝肩。建议坝肩嵌入岸坡内12M，坝线上游须护岸，并与防渗工程连成一体。沉砂池位于右岸一级阶地上，地形地质条件宜于布置建筑物。阶地表层为砂壤土夹砾碎石，厚度115M，其下为冲洪积砂漂块卵石层，粒度大小悬殊，局部有架空结构，均匀性差。池基持力层为冲洪积砂漂块卵石层，能满足沉砂池对承载、抗滑等稳定性要求。沉砂池至坝（闸）轴线，前段为崩坡积层边坡坡麓，适宜设置箱型暗渠，并与防洪堤工程结合；后段为基岩边坡，其地形地质条件可以设置暗渠。水利水电建筑工程专业毕业设计取水枢纽4首部枢纽地基土石主要地质参数建议值岩性重力密度R（KN/M3）允许承载力C（MPA）变形模量E。GPA）摩擦系数F粘聚力CMPA渗透系数K（CM/S）允许渗透比降J砂漂块卵石层21030040003004050045102015泥砂漂块卵碎石层20020025002002503300512102015泥砂块碎石16180170180010015026010511020203、水位及流量电站设计引用流量40M3/S坝（闸）正常挡水位206400M隧洞（渠道）进口水位206250M洪水资料P05Q1590M3/S；P10Q1380M3/S；P20Q1260M3/S；P33Q1170M3/S；P50Q1160M3/S；取水枢纽毕业设计指导书一、资料分析了解本工程在国民经济中的作用,熟悉各种水位特征及相应的流量等规划成果。研究地形、地质、水文气象，分析这些条件对水闸设计和施工的影响。二、闸室型式的选定及下游渠道、沉砂池的布置在给定的轴线上，通过计算设计渠道的纵横断面。根据运用要求选定闸室的型式及沉砂池的形式。三、水力计算水利水电建筑工程专业毕业设计取水枢纽51、闸孔口尺寸设计1闸底板高程的确定根据水闸下游的地质条件及水闸工程量的经济比较，确定闸底板高程。本次设计建议采用平底板。2闸孔总宽度的计算根据水闸的上下游水位及闸底高程判断过闸水流的性质。按相应的水力学公式计算闸孔总宽度。3孔数及孔宽的选定根据计算和遵照水利水电工程钢闸门的设计规范（SL2822000）的规定选定合理的单孔宽及相应的孔数。4水闸泄流能力验算根据初步确定的孔数，孔宽及相应的水位验算孔口泄流能力。（5）进水闸及冲砂闸孔口尺寸确定，渠道断面尺寸确定。2、消能防冲设计根据水闸闸址区地形、地质条件，建议采用消力池消能。本设计需要确定消能防冲各设计尺寸及构造。（1）确定消能控制情况及消力池尺寸根据情况分析，在闸门局部开启时多为最不利的消能情况，应采用试算法来确定消力池的各项尺寸。（2）护坦的厚度根据公式计算并参考相似的已建工程确定。（3）海漫及防冲槽尺寸及构造的确定可按教材中所介绍公式及参考已建工程确定。3、沉砂池设计参照允许沉降速度确定沉砂池过水断面，参照同类工程确定冲砂闸孔口尺寸。四、防渗设计1、闸底轮廓布置渗径长度应满足防渗要求，渗径系数应大于57。2、建议采用浆砌石或混凝土铺盖，长度在35倍水头范围内选取。参考教材及水利水电建筑工程专业毕业设计取水枢纽6已建工程实例拟定铺盖的各项尺寸及构造。3、排水及反滤层的布置及构造参见教科书。4、侧向防渗布置两岸防渗布置必须与闸室防渗相配合，两岸各个可能的渗径都不得小于闸室渗径。5、闸底板渗透水扬压力计算建议采用改进的阻力系数法计算。五、闸室布置1、闸室建议采用整体式平底板，底板顺水流方向不宜过长，主要根据上部结构布置要求及满足闸室稳定的需要。2、闸门及闸墩型式的选择和尺寸的拟定建议采用钢筋混凝土平板闸门，可参考教材根据水闸的运用要求确定闸墩高度。3、交通桥宽无交通要求4、工作桥的型式和尺寸可参考已建工程和运用要求确定。5、按比例绘制闸室布置草图并注明尺寸。六、闸室稳定及地基应力验算1、地基应力验算按完建无水及关门挡水，下游无水两种情况计算，要求MAXXMINXMIN00MAX12P地基2稳定计算（1）正常情况按关门挡水时下游无水可认为地下水位与闸底板齐平闸室稳定计算。（2）校核情况，按上游正常洪水位，下游相应水位验算稳定情况。以上稳定计算均要求满足规范规定的抗滑稳定安全系数，如不能满足时应采用相应的措施解决。七、闸室与两岸连接建筑物的布置参考已建工程及教材。水利水电建筑工程专业毕业设计取水枢纽7八、细部构造处理止水构造等九、主要参考书1、教材2、水工建筑物设计手册3、重力坝设计规范4、水闸设计规范5、水利水电工程等级划分及洪水标准6、其他相关技术规范及标准十、编写设计说明书参考提纲（以水闸取水枢纽为例）第一章总论第一节概述第二节基本资料第三节工程综合说明书第二章水力计算第一节闸室的结构型式及孔口寸确定第二节消能防冲设计第三章水闸防渗及排水设计第一节闸底轮廓布置第二节防渗和排水设计及渗透压力计算；第三节防渗排水设施和细部构造第四章闸室布置第一节闸底板、闸墩第二节工作桥、公路桥、检修便桥第三节闸门和启闭机第四节闸室的分缝和止水设备第五章闸室稳定计算水利水电建筑工程专业毕业设计取水枢纽8第一节荷载及其组合第二节地基应力验算第三节闸室稳定验算第六章渠道及沉砂池设计第七章上下游连接建筑物第一节上游连接建筑物第二节下游连接建筑物十一、注意问题1、根据坝轴线及隧洞进口位置进行首部枢纽总体布；2、进水口与水渠平顺连接，取水角在1530左右；泄水闸（坝）下泄水流顺畅；3、枢纽布置紧凑，工程量省，便于管理，为防止推移质进入渠道，在进水闸前设拦砾坎；4、用弹性地基梁法计算底板内力及配筋；闸墩纵向结构计算及配筋；门槽按构造配筋；交通桥只考虑人行桥；工作桥只拟定尺寸；5、防渗设计如何确定防渗渗径长度；判断是否会发生渗透破坏；选择防渗、排水、反滤层的形式及材料。6、冲砂闸结构设计同进水闸；底板高程取河床高程；孔口尺寸根据冲砂要求确定；7、注意沉砂池进水闸孔口尺寸应根据隧洞过水断面尺寸确定。第一节闸址及形式选择一、闸址选择闸址选择关系到工程建设的成功和经济效益的发挥，是水闸设计中的一项重要内容。应根据水闸的功能、特点和运用要求，以及区域经济条件，综合考地形、地质、建筑材料、交通运输、水流、潮汐、冰情、泥砂、施工、管理、周围环境等因素，经技术经济比较确定。水利水电建筑工程专业毕业设计取水枢纽9闸址应选择在地形开阔、岸坡稳定、岩土坚实和地下水位较低的地点。闸址应选用地质条件良好的天然地基。壤土、中砂、粗砂、砂砾石适与作为水闸的地基。尽量避免淤泥质土和粉砂、细砂地基，必要时，应采取妥善的处理措施。拦河闸应选择在河道顺直、河势相对稳定和河床断面单一的河段，或选择在弯曲的河段采弯取直的新开河道上。应考虑材料来源、对外交通、施工导流、场地布置、基坑排水、施工水电供应等条件，同时还应考虑水闸建成后工程管理维修和防洪抢险等条件。综上这里选取远离隧洞的第一根线作为坝轴线。结构型式及孔口寸、断面尺寸的确定一、闸室结构型式及底板高程本工程孔口采用无胸腔的开敞式水闸，闸底板型式采用宽顶堰。一般情况下，拦河闸的底板顶面与河床齐平，即闸底板高程20623M。二、拦河闸下游水位已知设计洪水标准确定为20年一遇，即Q设116M3/S，校核洪水标准确定为50年一遇，即Q校126M3/S。根据水闸所在的河道断面图,假设水位高度H求各水位断面流量，并绘制下游水位流量关系曲线。用明渠均匀流公式进行计算QAC，C，RA/XIR61N（水力学教材）式中A过流断面面积，M2；C谢才系数，M1/2/S；R水力半径，M；N河槽的糙率，查水力学教材63，取N005；X过水断面的湿周，M；I渠道底坡，本设计I0055。假设下游水深HS，求得相应的流量Q，可列表计算。计算结果如下表水利水电建筑工程专业毕业设计取水枢纽10下游水深HS（M）过水断面面积A湿周XM水力半径RM糙率N谢才系数C底坡I流量Q（M/S）059625225042880051736005525651206252550818600519330055856415324287512170052039005517098根据下游水深与流量表绘制下游水深与流量关系曲线图HQ图，见附图水位流量曲线图0020406081121416050100150200250系列1多项式系列1下游断面HQ关系曲线图根据水位流量关系曲线查出河道下游水位HS设118M；HS校125M。三、拦河闸上游水位要求枢纽通过Q设110M3/S设计洪水流量；Q校126M3/S校核洪水流量。闸门总净宽本工程河床横宽1824，现拟定B6M；闸孔数取N3。故闸孔总净宽BONB18M。墩形中墩采用半圆形，边墩采用流线形。设计洪水位情况假设上下游水位差H18M，HOHS设H11818298MS075。堰流流量系数M0385水利水电建筑工程专业毕业设计取水枢纽11水闸设计规范中堰流的计算公式为QBOSM2GHO根据水力学教材查图86得流线形边墩的形状系数K04，查表86得半圆形闸墩形状系数0045。侧收缩系数102N10KH0/NB（水力学公式816）10231045042。98/1809586实际过流能力QBOSM2GHO18075095860385298298311347M3/SQ设116M3/S5（故假设成立）设设设Q设上底HO20623298206528M校核洪水位情况假设上下游水位差H18M，HOHS校H12518305M淹没系数取S0766。堰流流量系数M0385水闸设计规范中堰流的计算公式为QBOSM2GHO根据水力学教材查图86得流线形边墩的形状系数K04，查表86得半圆形闸墩形状系数0045。侧收缩系数102N10KH0/NB（水力学公式816）1023104504301/1809576实际过流能力QBOSM2GHO1810957603852983053120M3/SQ校126M3/S5（故假设成立）校校校Q校上底HO20623305206535M两种情况下过流能力都小于5，说明孔口尺寸的选择较为合理，所以不再进行调整。闸孔选3孔，单孔净宽为6M。水利水电建筑工程专业毕业设计取水枢纽12四、验算过闸单宽流量根据地质资料，本工程地基属于砂壤土地基，允许单宽流量1015M3/SM,取Q10M3/SM。通过设计流量时QQ设/B孔116/18644M3/SM10M3/SM通过校核流量时QQ校/B孔126/187M3/SM10M3/SM满足要求第二节消能防冲设计水闸泄水时，部分势能转化为动能，流速增大，具有较强的冲刷能力，而土质河床的抗冲能力又较低，因此，必须采取适当的消能防冲措施。一、过闸水流的特点1水流形式复杂初始泄流时，闸下水深较浅，随着闸门开度的增大而会逐渐加深，闸下出流由孔口到堰流，自由出流到淹没出流都会发生，水流形态比较复杂。因此，消能设施应在任意工作情况下，均能满足消能的要求并与下游很好的衔接。2、闸下易形成波状水跃由于水闸上下游水位差较小，出闸水流的拂汝得数较低（10H，故第段分别按公式修正HX22HX0072，HY3HY3HHX20038003140036003342出口段水头损失修正已知T33M,T42M,S09,按公式计算得0821H，故第段分别按公式修正HX92HX90176,HY8HY8HHX9005101122008800752M演算H01346007400334063900840051043500010176017418M（3）、计算各角点或尖端渗压水头。由上游进口段开始，逐次向下游，从总水头H，减去各分段水头损失值，即可求得各角点或尖端渗压水头值（3）校核水位H118，H2180134616654；H315934；H4156；H50921；H60837；H70786；H80351；H902758；H1000998；H1106、绘制渗压水头分布图。闸底板下渗透压力分布图（单位M）校核水位情况水利水电建筑工程专业毕业设计取水枢纽26闸底板下渗透压力分布图（单位M）7、渗流出口平均坡降校核水位情况JH0/S00998/09011J小于壤土出口段的允许渗流坡降值J015（基本资料）满足要求，不会发生渗透变形。防渗排水设施和细部构造一、排水设备的作用采用排水设备，可降低渗透压力，排除渗水，避免渗透变形，增加下游的稳定性。排水的位置直接影响渗透压力的大小和分布，应根据闸基土质情况和水闸的工作条件，做到既减少渗透压力又避免渗透变形。二、排水设备的设计（1）水平排水水平排水为加厚反滤层中的大颗粒层，形成平铺式。排水反滤层一般由23层粒径的砂和砂砾石组成。层次排列应尽量与渗流的方向垂直，各层次的粒径则按渗流方向逐层增大。反滤层的材料应该是能抗风化的砂石料，并满足被保护土壤的颗粒不得穿过反滤层；各层次的颗粒不得发生移动；相临两层间，较小一层的颗粒不得穿过较粗一层的空隙；反滤层不能被阻塞，应具有足够的透水性，以保证排水通畅；同时还应保证耐久、稳定。本设计的反滤层由碎石、中砂和细砂组成，其中上部为20CM厚的碎石，中间为10CM厚的中砂，下部为10CM厚的细砂。见下图水利水电建筑工程专业毕业设计取水枢纽27反滤层构造图（单位CM）（2）铅直排水设计本工程在护坦的中后部设排水孔，孔距为2M，孔径为3CM，呈梅花形布置，孔下设反滤层。（3）侧向排水设计侧向防渗排水布置（包括刺墙、板桩、排水井等），并应根据上、下游水位、墙体材料和墙后土质以及地下水位变化等综合考虑，并应与闸基的防渗排水布置相适应，在空间上形成防渗整体。在消力池两岸翼墙设23层排水孔，呈梅花形布置，孔后设反滤层，排出墙后的侧向绕渗水流。三止水设计凡具有防渗要求的缝，都应设止水设备。止水分铅直止水和水平止水两种，前者设在闸墩中间，边墩与翼墙间以及上游翼墙铅直缝中；后者设在黏土铺盖保护层上的温度沉陷缝、消力池与底板温度沉陷缝、翼墙和消力池本身的温度沉陷缝内。在黏土铺盖与闸底板沉降缝中设置沥青麻袋止水。闸室布置闸室是水闸的主体部分。开敞式水闸闸室由底板、闸墩、闸门、工作桥和交通桥等组成，有的还设有胸墙。闸室的结构形式、布置和构造，应在保证稳定的前提下，尽量做到轻型化、整体性好、刚性大、布置匀称，并进行合理的分缝、分块，使作用在底基单位面积上的荷载较小，较匀称，并能适应地基可能的沉降变形。第一节闸底板、闸墩一、闸底板的设计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，并较均匀地传给地基，还有防冲、防渗等作用。2形式常用的底板有平底板和钻孔灌注桩底板。在特定的条件下，也可采用低堰底板、箱式底板、斜底板、反拱底板等。平底板按底板与闸墩的联结方式，有整体式和分离式两种。水利水电建筑工程专业毕业设计取水枢纽28（1）整体式底板闸墩与底板浇筑成整体即为整体式底板。其顺流向长度可根据闸身稳定和地基应力分布较均匀等条件来确定，同时应满足上层结构布置的需要。水头愈大，地基愈差，底板应愈长。初拟底板长度时，对于砂砾石、砂壤土地基可取（2025）H，对于粘壤土地基可取（2030）H，对于粘土地基可取（25835）H，H为上下游最大水头差。底板厚度必须满足强度和刚度的要求。大中型水闸可取闸孔净宽的1/51/8，一般为12M，最薄不小于06M，底板内配置钢筋。底板混凝土强度等级应满足强度，抗渗及防冲要求，一般选用C15或C20。根据本工程的地质资料，采用整体式平底板。3底板长度根据前面设计已知闸底板长度为8M。4垂直水流方向布置为了满足闸门的顺利提升及满足地基不均匀沉陷的要求，垂直水流方向一般要进行分段。5底板厚度考虑强度、刚度的要求，一般厚度为1M，并另外设置齿墙，取厚度为07。二、闸墩的设计1作用分离闸孔并支撑闸门，工作桥等上部结构，使水流顺利地通过闸室。2长度的确定应能满足过闸水流平顺，侧向收缩小，过流能力大的要求。上游墩头采用半圆形，下游墩头采用流线型。其长度为8M。3厚度的确定应根据闸孔孔径、受力条件、结构构造要求和施工方法确定。中墩12M，边墩10M。平面闸门的门槽尺寸应根据闸门的尺寸确定，检修门槽深020M，宽020M，主门槽深03M，宽08M。检修门槽于工作桥之间留15M的净距，以便于工作人员检修。水利水电建筑工程专业毕业设计取水枢纽294闸墩高度的确定闸墩上游部分的顶面高程应满足以下两个要求水闸挡水时，不应低于水闸的正常蓄水位（或遭遇地震）加波浪计算高度与相应安全超高之和。泄洪时，不应低于设计（或校核）洪水位加相应的安全超高。各种运用情况下水闸的安全超高下限值水闸设计规范规定如下表41水闸安全超高下限值（M）运用情况水闸级别1234、5正常蓄水位07050403挡水时遭遇地震05040302设计洪水位15100705泄洪时校核洪水位10070504采用以下三种方法计算，取较大值。闸墩校核水位安全超高20653504206539（M）闸墩设计水位安全超高20652805206578（M）闸墩正常水位H20643（M）式中，H为波浪高度，其计算查水闸设计规范。HHLHZHC式中，H1波浪爬高，M；HZ波浪中心线超过静水位的高度，M；HC安全超高，M。查规范HC03，。采用三种方法取最大值，即闸墩206578M，现拟定闸墩206578M。闸孔高度闸墩底顶20657820623348M。取35M。闸墩尺寸详图如下水利水电建筑工程专业毕业设计取水枢纽30墩形中墩上游采用半圆形，下游采用流线形，边墩采用流线形。第二节工作桥、检修便桥、公路桥一、工作桥和检修桥工作桥是供设置启闭机和管理人员操作时使用。其高度应保证闸门开启后不影响泄放最大流量，并考虑闸门的安装及检修吊出需要。工作桥应尽量靠近上游侧，为了安装、启闭和检修方便，应设置在工作闸门的正上方。其机座尺寸可根据启闭机型号来确定。检修桥的作用为放置检修闸门，观测上游水流情况，设置在闸墩的上游端。工作桥与检修桥的尺寸总宽度为51M。工作桥与检修桥的高程，桥的高度约为门高的两倍加上1015M的富裕高度，H7M则高程为20693M二、交通桥交通桥的作用是连接两岸交通，供车辆和人通行。位置应根据闸室稳定及两岸连接等条件确定，本工程布置在闸室下游侧。仅供人蓄通行用的桥，其宽度为3M。第三节闸门和启闭机闸门按其工作性质的不同，可分为工作闸门，事故闸门和检修闸门等。工作闸门又称主闸门，是水工建筑物正常运行情况下使用的闸门。事故闸门是在水工建筑物或机械设备出现事故时，在动水中快速关闭孔口的闸门，又称快速闸门。事故排除后充水平压，在静水中开启。检修闸门用以临时挡水，一般在静水中启闭。一般水闸多采用工作闸门和检修闸门。一、工作闸门（一）作用又称主闸门，是水工建筑物正常运行情况下使用的闸门。用以抬高水位，水利水电建筑工程专业毕业设计取水枢纽31泄洪时开启，控制流量。（二）类型1按构造形式分类可分为平面闸门、弧形闸门等。弧形闸门与平面闸门比较，其主要优点是启闭力小，可以封闭大面积的孔口；无影响水流态的门槽，闸墩厚度较薄，机架桥的高度较低，埋件少。它的缺点是需要的闸墩较长；不能提出孔口以外进行检修维护，也不能在孔口之间互换；总水压力集中于支铰处，闸墩受力复杂。2按制作材料分可分为钢闸门，混凝土闸门或钢丝网水泥闸门，木闸门及铸铁闸门等。钢闸门门体轻，一般用于大、中型水闸，混凝土或钢丝网水泥闸门可以节省钢材，不需要除锈。铸铁闸门抗锈蚀、耐磨性较好，止水效果也好，但由于材料抗弯强度低，性能又脆，仅在低水头小孔径水闸中使用。木闸门耐久性差，已日趋不用。根据设计要求，本设计采用钢筋混凝土平板闸门。（三）闸门的基本尺寸由于闸门作用是在枯水期壅高水位供进水闸取水，所以顶应不低于正常蓄水位2063M，为了防止水流漫过闸顶，锈蚀闸门结构，门顶高程应该高于2063M。所以门顶正常挡水位安全超高20640520645M闸门高度门顶底顶206452062322M闸门形式因闸孔宽6M，尺寸较小，采用平面闸门。工作闸门基本尺寸取为高3M，宽度取66M。采用平面铸铁闸门。二、检修闸门作用用以临时挡水，检修工作闸门时用。多采用叠梁式。平时不用时放置一旁。闸门槽深为20CM，宽为20CM，闸门形式如图。水利水电建筑工程专业毕业设计取水枢纽32叠梁式检修闸门三、启闭机类型选择启闭机可分为固定式和移动式两种，常用固定式启闭机有卷扬式，螺杆式和油压式。卷扬式启闭机启闭能力较大，操作灵活，启闭速度快，但造价高。螺杆式启闭机简便、廉价，适用于小型工程、水压力较大、门重不足情况等。油压式启闭机是利用油泵产生的液压传动，可用较小的动力获得较大的启闭力，但造价高。在有防洪要求的水闸重，一般要求启闭了迅速可靠，能够多孔同步开启，这里采用卷扬式启闭机，一门一机。闸室的分缝和止水设备1、分缝方式与布置除闸室本身分缝以外，凡是相邻结构荷重相差悬殊或结构较长，面积较大的地方也要设缝分开，如铺盖与闸室底板、翼墙的连接处以及消力池与闸室底板、翼墙的连接处要分别设缝。另外，翼墙本身较长，混凝土铺盖、消力池护坦在面积较大时也需要设缝，以防产生不均匀沉降。2、止水设备凡是具有防渗要求的缝中都应设置止水设备。对止水设备的要求是应防渗可靠；应能适应混凝土收缩及地基不均匀沉降的变形应结构简单，施工方便。按止水所设置的位置不同可分为水平止水和铅直止水两种，两种止水交叉处的构造必须妥善处理，以便形成一个完整的止水体系。闸室稳定计算荷载组合完建无水期和正常挡水期均为基本荷载组合，校核洪水位情况为特殊荷载组合。需计算的荷载见下表。水利水电建筑工程专业毕业设计取水枢纽33表51荷载组合荷载荷载组合计算情况自重水重静水压力扬压力土压力淤沙压力风压力浪压力其他完建情况一一一一一一基本组合正常蓄水位情况特殊组合校核洪水位情况一1、自重1052015013V23V451WRC（V1V2V3V4V5）25179223582358127560KN2、水重G上20313KNG下7875KN3、水平压力为方便计算取水深H305计算水利水电建筑工程专业毕业设计取水枢纽34P05RH2B104188KN4、扬压力U05R（HHS）LB104188KN5、浪压力对于中小型水闸，浪压力对水闸影响不大，可忽略不计，因此不做计算。荷载计算如下表垂直力水平力力矩荷载符号力臂自重W75600上游水重Q1203132154371下游水重Q278752251771875水利水电建筑工程专业毕业设计取水枢纽35浮托力U1224000渗透压力U21612813342161152工作桥W440145638水平压力U410418815215836交通桥W28025700工作闸门W2700127合计102062240104188总计79661041888854地基应力计算水闸设计规范中地基承载力计算公式为KPAMINAXWMAG7354028482/407352IN0MI012P地基036MPAAX以上三点均满足要求。综上，校核挡水期的地基承载力能够满足要求，地基不会发生不均匀沉陷。第六章闸室结构的计算闸室为一受力比较复杂的空间结构。一般都降它分解为若干部件（如闸墩、水利水电建筑工程专业毕业设计取水枢纽36底板、胸墙、工作桥、交通桥等）分别进行计算，同时又考虑相互之间的连接作用。通过对各个部件的内力的计算，从而进行配筋及裂缝验算。水闸闸室在顺水流方向受力很小，不用配受力筋就可满足要求，而垂直水流方向受力很大，应配置受力筋。因此，在垂直水流方向取单宽板条（截板为梁）作为梁计算，以其结果配置受力筋，而顺水流方向只配置构造筋。整体平底板的平面尺寸远较厚度为大，可视为地基上的受力复杂的一块板。目前工程实际仍用近似简化计算方法进行强度分析。一般认为闸墩刚度较大，底板顺水流方向弯曲变形远较垂直水流方向小，假定顺水流方向地基反力成直线分布，故在垂直水流方向截取单宽板条进行计算。在此以闸底板的结构计算进行介绍。一、计算方法选择底板是空间结构，受力情况很复杂，通常分析底板应力的方法都是将闸室简化为平面问题来处理。常用的方法有以下几种。1截面法此法假定在垂直于水流方向底板下的地基反力均匀分布。先求出底板在顺水流方向的地基反力分布情况，然后在闸门槽的上、下游垂直于水流方向各截取单位宽度的板条进行内力计算。它的优点是计算简单，适用于中小型水闸，尤其是地基较好的水闸。缺点是未考虑底板和地基的变形。2倒置梁法该法将单宽板带看作支撑在闸墩上的倒置梁，假定垂直于水流方向的地基反力均匀分布，由闸墩承受全部不平衡剪力。它的优点是简便，单只适用于小型水闸。3弹性地基梁法弹性地基梁法的基本假定是地基反力在顺水流方向呈直线分布；对土层较薄的地基，单位面积上所受的压力和沉陷成比例；地基为半无限的连续弹性体。该法假定底板和地基都是弹性体，底板下的地基反力是未知量，计算比较复杂。但该法在计算中考虑了底板变形和地基沉陷的一致性，又计入了边菏载水利水电建筑工程专业毕业设计取水枢纽37的影响，与实际情况相符，比较合理，适用于较大和较重要的水闸设计。按照不同的地基情况采用不同的底板应力计算方法。相对紧密度DR05的砂土地基或黏土地基，可采用弹性地基梁法。相对紧密度DR05的砂土地基，因地基松软，底板刚度相对较大，变形容易得到调整，可采用地基反力沿水流流向呈直线分布，垂直水流流向为均匀分布的反力直线分布法。对小型水闸，则长采用倒置梁法。该水闸地基为相对紧密度DR05的砂性地基，因此采用弹性地基梁法进行计算较符合。二、计算情况选择之后都采取校核水位计算。三、弹性地基梁法计算底板内力（一）闸底板的地基反力地基反力分完建无水期和正常挡水期两种情况，其数值与地基承载力大小相等、方向相反。因此，直接采用前边的计算结果可知校核挡水期为KPA73540/28MAXINP（二）不平衡剪力计算1计算单元的选择由于底板上的荷载在顺水流方向是有突变的，而地基反力是连续突变的，所以作用在单宽板条及墩条上的力是不平衡的，维持板条及墩条上力的平衡的差值QQ1Q2，称为不平衡剪力。取中间3孔一联为计算单元，以工作闸门的前缘为分界线分别取两个脱离体，上游段长37M，下游段长43M。计算出相应的不平衡剪力。2不平衡剪力的计算根据已知条件列表计算不平衡剪力见下表。不平衡剪力分布如图所示。不平衡剪力计算（单位KN）校核挡水期正常挡水期荷载名称上游段下游段上游段下游段结闸墩3496540635水利水电建筑工程专业毕业设计取水枢纽38交通桥280启闭机9090检修闸门70工作闸门135135工作桥220220构重力合计4011547885水重203137875渗透压力7459286688浮托力11201120地基反力38517234116813不平衡力3251675276937不平衡反力42643426436123456与7方向相反水利水电建筑工程专业毕业设计取水枢纽39上21上B0L212上G/B/Q1上2图61不平衡剪力分布图3不平衡剪力的分配（1）计算中性轴的位置对三孔一联截面求中性轴，可先把其截面简化成一个倒T形，底板仍为1M，墩厚合并为44M。如图。中性轴计算简图水利水电建筑工程专业毕业设计取水枢纽40由图可知Y135/21275M，Y21/205M。所以中轴距闸底板底部距离为E底板的面积个墩面积底板面积个墩的面积4Y142531365（M）（2）不平衡剪力的分配不平衡剪力Q应由闸墩及底板共同承担，各自承担的数值，可根据剪应力分布图面积按比例确定。对于简单的板条及墩条截面，可直接应用积分法求得。由于本设计（闸墩及底板）截面较简单，采用积分法进行分配。闸墩合并后计算，尺寸如图所示。不平衡剪力墩与板的分配图（单位M）用公式计算不平衡剪力的分配Q板32312FEJLDYEFQ墩QQ板式中Q不平衡剪力，KN；水利水电建筑工程专业毕业设计取水枢纽41Q板不平衡剪力在闸底板上的分配值，KN；Q墩不平衡剪力在闸墩上的分配值，KN；2L中间3孔垂直水流方向的长度，取28M；E闸墩和底板截面总的形心到底板的距离，为4595M；F截面总的形心到底板的距离，为3095M；J闸墩和底板截面的惯性矩，M4，组合截面其惯性矩为2321231AAHBAHB14286501458543235977（M4）用公式计算不平衡剪力在底板与闸墩上的分配，结果如表所示。表闸墩和闸底板上不平衡剪力分配（单位KN）荷载Q板Q墩一个中墩Q中墩一个缝墩Q缝墩校核水期41218385212105057875487（三）单宽板条上的荷载计算在闸底板上游段和下游段各取长为一联的单宽板条进行计算。上游段长为B137M，下游段长为B243M。板条尺寸及集中荷载P和均布荷载Q，如图所示。其计算见表。水利水电建筑工程专业毕业设计取水枢纽42单宽板条上荷载分布图（单位M）单宽板条上的荷载（单位M）情况段别均布荷载Q（KN/M）集中荷载P1（中墩）（KN）集中荷载P2（缝墩）（KN）上游段QW板Q板/B12LP1W中/B1W上/3B1Q中/B1P2W缝/B1W上/6B1Q缝/B1完建无水期下游段QW板Q板/B22LP1W中/B2W上/3B2Q中/B2P2W缝/B2W上/6B2Q缝/B2校核挡水期上游段Q（W板Q板W渗W浮）/B12LW水/B12L332P1W中/B1W上/3B1Q中/B1W水1478P2W缝/B1W上/6B1Q缝/B1W水2277875水利水电建筑工程专业毕业设计取水枢纽43下游段Q（W板Q板W渗W浮）/B22L3944P1W中/B2W上/3B2Q中/B2W水1593465P2W缝/B2W上/6B2Q缝/B2W水237082表中符号含义如下（重力单位KN）W板对应上下游段闸底板重；W中墩对应上下游段一个中墩重；W缝墩对应上下游段一个缝墩重；W墩上对应上下游段闸墩上的结构重；Q板上下游段闸底板上的不平衡剪力；Q中墩上下游段中墩上的不平衡剪力；Q缝墩上下游段缝墩上的不平衡剪力；W渗上下游段闸底板上所受的渗透压力；W浮上下游段闸底板上所受的浮托力；W水1多算的水的重量，值为35M高的一个中墩1M长体积乘以水，为366KN；W水2多算的水的重量，值85M高的一个缝墩1M长体积乘以水，为305KN；L计算单元长度的一半，为112M；LL扣去两个中墩厚，值为88M。（四）边荷载的影响及计算方法边荷载是指计算闸段底板两侧相邻的闸室或边墩背后填土及岸墙等作用于计算闸墩上的荷载，边荷载作用范围很大。一般只取等于地基梁2L长的范围内的边荷载进行计算即可。本设计计算单元为水闸中联，则边荷载为两边的闸室对中联的内力所产生的影响。边荷载左右各15个，完建无水期和正常挡水期两种情况分开计算，计算简图如图65。水利水电建筑工程专业毕业设计取水枢纽44图65单宽板条上荷载分布1校核水期其地基反力见图66。上游段地基反力P上482KN/M2，下游段地基反力P下40735KN/M2，工作闸门上缘处地基反力P门44747KN/M2，则单宽板条的边荷载为地基反力分布图上游段Q上1/2（P上P门）14647（KN/M）下游段Q下1/2（P下P门）14274（KN/M）将Q上、Q下转化为集中力，紧接闸室段的L范围内转化为10个集中力，第二个L范围内转化为5个集中力。上游段P1P10LQ上1124674552052（KN）0P11P15LQ上11246745104104（KN）5下游段P1P10LQ下112427414787（KN）0P11P15LQ下112427419574（