水闸课程设计书修改版分析

1、第1章 总论1.1概述颍河拦河闸位于郾城县境内，闸址位于颍河京广铁路桥上游和吴工渠入颍河 口下游之间，流域面积2234平方公里，流域内耕地面积288万亩。农作物以种植小麦、棉花等经济作物为主流域平均纵坡1/6200。本工程等别为川等拦河闸按3级建筑物设计。本工程投入适使用后，在正常蓄水位时，可蓄水2230万立方米。上游5个县25个乡已建成排灌站42处有效面积25万亩。闸上游开南、北两干渠，配支 干23条，修建各类建筑物1230座，可自流灌溉下游三县21万亩农田，效益巨 大，是解决颍河流域农田的灌溉动脉， 同时，也是解决颍河地区浅层地下水贫水 区的重要水源。1.2基本资料1.2.1地质资料1、根

2、据地质钻探资料，闸址附近地层为中粉质壤土，厚度约 25m其下为 不透水层，其物理力学性质如下： 湿重度r=20.0kN/m3土壤干重度r=16.0KN/m3饱和重度r=22.0KN/m3浮重度 r=10.0KN/m3 自然含水量时，内摩擦角 忙23饱和含水量时，内摩擦角（|=20土壤的凝聚力=0.1KN/m2 地基允许承载力d=150KN/m2 混凝土、砌石与土基摩擦系数f=0.36 地基应力的不均匀系数【n】=1.52.0 渗透系数K=9.29X 10-3厘米/秒2、本地区地震烈度为6度以下 1.2.2建筑材料1 、石料：本工程位于平原地区、山丘少，石料需从外地供给，距京广线 很近，交通条件

3、好。2 、粘土：经调查本地区附近有丰富的粘土材料。3 、闸址处有足够多的砾料。1.2.3水文气象1 、气温：本地区年最高气温42度，最低气温为-18度。2 、风速：最大风速V=20米/秒，吹程D=0.6公里。3 、降雨量；非汛期（1-6月及10-12月）九个月最大流量为130n3/秒年平均最大流量Q=36.1n3/秒，最大年径流总量为9.25亿m3。年平均最小流量Q=15.63/米秒,最小年径流总量为0.423亿 晦。4 、冰冻：颍河流域冰冻时间短，冻土很薄，不影响施工。5 、上下游河道断面：糙率：河床0.0225滩地0.036 、批准的规划成果为：（一）灌溉用水季节，拦河闸的正常挡水位为58

4、.72米，下游无水。（二）洪水标准。1、设计洪水位50年一遇，相应的洪峰流量1144.453/米秒，闸上游的洪水位为59.5米，相应的下游水位59.35米。2、校核洪水位200年一遇，相应的洪峰流量1642.353/米秒，闸上游的洪水位为61.00米，相应的下游水位60.82米。1.3工程综合说明本工程为川级拦河闸设计采用开敞式水闸。水闸由上游连接段、闸室段、下游连接段三部分组成。闸室段位于上、下游连接段之间是水闸工程的主体其作 用是控制水位、调节流量。包括闸门、闸墩、边墩、底板、工作桥、检修便桥、 交通桥、启闭机等。上游连接段的作用是将上游来水平顺地引进闸室。包括两岸 的翼墙、护坡、铺盖、护

5、底和防冲槽。下游连接段的作用是引导过闸水流均匀扩 散通过消能防冲设施以保证闸后水流不发生有害的冲刷。包括消力池、海漫、防冲槽以及两岸的翼墙和护坡。具体尺寸设计、布置详见下面的章节介绍。第2章水力计算2.1闸室的结构形式及孔口尺寸的确定2.1.1该水闸选择平底板宽顶堰闸孔形式，闸底板高程为51.92米。2.1.2闸孔净宽的计算2.1.2.1 设计洪水位时：Q=1144.45m/s, H1=59.5m，H2=59.35m， g=9.81m/sF河道横截面积A为：2 12- 13 11 258.5 51.92258.5 51.92 2 -2 227559.551.92709.4m2流速：v二Q/A=

6、1144.45/709.4=1.613m/sQu°hs 2g H ° hsv2/2g 1.6132/2 9.810.13上游水深:HH1Hd59.5 51.927.58m堰上水深:H。Hv2/2g7.58 0.137.71m下游水深:hsH2Hd59.35 51.927.43mhs/H°7.43/7.70.960.9堰流处于高淹没度，则闸孔总净宽Bo2hs2u00.877- 0.650.8770.96 0.650.973H°则B058m1144.450.973 7.43 2 9.817.71 7.432.122校核洪水位时：Q=1642.35m/s, H

7、i=61m, H2=60.82m,g=9.81m/S河道横截面积:261 58.558.5 51.922 1261 58.5- 1361 58.5 22 1258.5 51.92222 7561 51.92940.9m 流速：v二Q/A=1642.35/940.9=1.745m/sv2./2g 1.7452/2 9.810.17上游水深:H H1Hd61 51.929.08m堰上水深:H。 Hv2/2g 9.08 0.159.23m下游水深:hsH2Hd60.82 51.928.9mhs/H°8.9/9.230.960.9堰流处于高淹没度，则闸孔总净宽B0Qu°hs 2gH

8、0hs2hs2u00.877- 0.650.8770.96 0.650.973Ho则B°72.6 m1642.350.9738.9、29.819.258.9因校核洪水时的闸孔净宽度大于设计洪水时的闸孔净宽度，故取Bo为72.6m。设单孔净宽度bo为14m,则闸孔孔数n B°/b0 72614 5.19 故取 n=5。取闸墩厚度d为1.2m,则闸室总宽度L ndn 1 d 5 145 1 1.2 74.8m2.123水闸泄水能力验算计算的过水能力与设计流量的差值，不得超过5%,Qs BoUohs、2g H0 hs70 0.973 8.9；2一9.81 9.25一8.9 一 1

9、583.59m3/s1583.59 1642.351642.35100%3.6%5%符合要求2.2水闸的消能防冲设计2.2.1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，应根据列表试算法确定消力池的各项尺寸。表格形式如下：开 启 孔 数开启高度e过闸流量Qhs (m)0单宽流量qhc(m)hc"(m) Z(m池深d（m）Lj(m)t(m)12185.293.661.0813.241.254.590.320.9823.340.7323524.144.6711.0818.361.9085.130.220.6521.030.7833771.214.781

10、1.0818.361.9085.130.180.5820.690.7743.51190.385.2651.0821.262.2615.360.120.419.10.7753.51487.985.3051.0821.262.2615.360.100.38190.76541683.025.6991.0824.042.6285.510.030.22170.7554.21763.095.8541.0825.192.7855.570.0020.16160.74故选定 L消 =23.34取 24m，d=0.98m, t=0.78m222海漫设计222.1海漫的长度为Lp Ks ,q VH 11、13.24

11、 6.8 3.66 53.2m取海漫的长度为53m。2.2.2.2防冲槽的设计经计算，d'<0,理论上可以不用建防冲槽。但为了保护海漫头部， 故在海漫末端建一构造防冲槽。防冲槽的构造为倒梯形断面。其底宽 1.0m，深1.5m，边坡1： 2。槽中抛以石块。如图所示：21第 3 章 水闸防渗及排水设计3.1 闸底轮廓布置3.1.1底板顺水流方向的长度L。为了满足上部结构布置的要求，L必 须大于交通桥宽、工作桥宽、工作便桥宽及其之间间隔的总和，即 L 约为 16m。3.1.2底板厚度d。根据经验，地板厚度为（1/51/7）单孔净宽，一般 为1.02.0m。故选取d=1.5m。3.1.3

12、 铺盖。铺盖采用钢筋混泥土结构，其长度一般为 24 倍闸前水 深取20m。铺盖厚为1.0m。铺盖上游设0.5m深的小齿墙。则防渗 长 度 L=0.6+0.5+18.8+0.5+0.6+1+1+12+1+1=36m> CVH = （ 34 ） 6.8=20.427.2m,满足要求。其地下轮廓布置图如下：3.2 防渗和排水设计3.2.1 确定地基有效深度地下轮廓的水平投影长度 L0=20+16=36m 地下轮廓线垂直投影 长度 S0=51.92-45.92=6m L0/ S0 =36/6=6>5，故地基的有效深度 Tc=0.5L0=18m3.2.2 简化地下轮廓将实际的地下轮廓进行简化

13、，使之成为垂直和水平两个主要部 分，出口处齿墙的入土深度应予保留， 如下图，将地下轮廓分成七段：01=1.5 TIn cot3.2.3.2铺盖水平段:Si = 1.0m、S2=5m、Li=20.5m计算铺盖水平段阻323阻力系数的计算323.1进口段：将齿墙简化为短板桩，板桩入土深度为0.5m，铺盖厚度为 1.0m,故 Si=0.5+1=1.5m、T2=18m，而另一侧的 S2=1.0m，T2=17m，计算进口段阻力系数为：320.441力系数为x1L1 0.7 S1 S 0.91与 S2=4.5m, T2=16.5m，齿3.2.3.3 板桩垂直段：S1=5m，T仁 17m，墙垂直段阻力系数为

14、2In cot 1 §-Incot1 邑 0.594T；4T23.2.3.4 底板水平段：S 4.5m，S21m ，T 16.5m，L2 14.5m，计算底板水平段的阻力系数x2x2L2 0.7(0 S2)0.653.2.3.5齿墙垂直段：S=1m,T=16.5m，则齿墙垂直段的阻力系数为y221 ncot (1 S)4 T0.06(6)齿墙水平段：Si S2 0 ，L3 1.0m，T=15.5m ，计x3-O" Si算齿墙水平段的阻力系数X3，计算出口段阻力系数02(7)出口段：S=1.07m , T=16.73m02=1呻3+0.441=0.473.3计算渗透压力3.3

15、.1各段水头损失的计算情况hi= iH,正常蓄水情况？H=6.8，且0.54+0.91+0.59+0.65+0.06+0.06+0.47=3.28进口段 hi = 1.12铺盖水平段h2=1.89板桩垂直段h3 = 1.23齿墙水平段h6=0.12底板水平段h4 =1.35齿墙垂直段h5 =0.12出口段 h7 =0.97 3.3.2进出口水头损失值的修正3.3.2.1进口处修正系数11伪T才12()22 0.059=0.52<1应予以修正。进口段水头损失值应修正为h11h1 0.52 1.12 0.58m进口段水头损失减少值为h1 1.12 0.58 0.54m h21.89m故铺盖水

16、平段水头损失值应为：h2h2h1 189 0.542.43m3.322出口处修正：出口处修正系数2为：12 1.21 S=0.59<112（）2 2- 0.059出口段水头损失应修正为：h；2® 0.59 0.97 0.57mh70.97 0.540.4 h6 h50.24 ,故 h60.24 , h50.24 ,h41.51验算：H h'0.58 2.43 1.23 1.51 0.24 0.24 0.57 6.8m所以计算无误。3.3.3算各角隅点的渗压水头由上游进口段开始，逐次向下游从总水头6.8m,相继减去各分段水头损失值，即可求得各角的渗压水头值。H26.22m

17、，H33.79m，H42.56m H51.05mH60.81m，H 70.57m ，H803.3.4绘制渗压水头分布图根据以上计算的渗压水头值，并认为沿水平段水头损失呈线性变化，贝M乍出渗压力分布图，如图所示：334闸底板水平段的平均渗透坡降和出口处逸坡降h°0.573.3.4.1渗流出口平均坡降由下式计算为Jo'0.53S 1.07h' i 513.342底板水平段平均渗透坡降为Jx 40-1L214.53.343验算闸基抗渗稳定性本工程为粉质壤土，由表查粉质壤土J。0.6，因渗流出口处设有滤层，容许坡降应修正为J。 1.3 0.6 0.78,而实际逸出坡降J。0.

18、53 J。0.78，故不会发生流土。粉质壤土水平段容许坡降Jx 0.1远小于Jx',说明地基壤土在其与地板的接触面上不会产生接触冲刷。3.4防渗排水设施和细部构造防渗排水设施采用粘土铺盖，板桩，齿墙，反滤层等设施。铺盖长20.5米。在其表面先铺设砂垫层，再铺设单层或双层块石护面。板桩 设在闸底板上游端，用于降低渗透压力，采用混凝土板桩，长为5.5米，顶部嵌入底板地面的凹槽内，嵌入度为0.5米，桩顶填塞可塑性较大的不透水材料。铺盖设有 0.5米的齿墙，闸底板上下游端设有1 米深的齿墙，用于抗滑并延长渗径。在闸底板下游齿墙前设有反滤层， 反滤层厚度为0.28米。采用1至2厘米的卵石，硕石或

19、碎石。第4章 闸室布置hm0.13th0.7(9.8 4.54202)0.7th9.8 600 0450.0018( 2 )0.452029.8 4.54 o.70.13th0.7 (2)200.24m4.1闸底板，闸墩底板采用整体式，即闸墩与底板浇筑成整体。长度为20米,厚度为1米。上下游端个设0.5米深的齿墙，板内配置C20的钢 筋混泥土。闸墩：闸墩顺水流方向的长度取决于与底板相同，为 16m，闸墩为钢筋混泥土结构，中墩厚为1.2m，边墩与岸墙合二 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校核洪水的安全超高取:0.0018省)0.450.13th0.7 (gm)0.7th

20、V0-v。0.13th0.7 ()0.7V。9.8该水闸是3级水工建筑物，查水工建筑物表 5-14得设计波浪保证率P=5 %，根据hmm0.244.540.05，查表5-15得hp1.91 ，故 hp 1.91 0.240.5m161.00 0.7 0.5 62.2m (校核洪水位)所以闸墩上游部分的顶部高程为 62.2m闸墩下游设置排架搁置公路桥。初步拟定闸墩下游部分顶部高程 为60.2m,其上设3根0.7m>0.67m,高1.8m的柱子，柱顶设0.7mX0.7m, 长4.7m的小横梁，梁顶高程即为 60.2+1.8+0.7=62.7m,梁上搁公路 桥,桥面高程为 63.6m。闸墩上设

21、置两道门槽（检修门槽、工作门门槽） 。检修门槽在上 游，槽深0.3m宽0.2m;工作门门槽深0.3m宽0.6m,下游不设检修 门,闸墩上下游头部均为半圆形, R=0.6m。4.2工作桥4.2.1 启闭机选型：闸门采用平面滚轮钢闸门,为潜孔式,门高为60.2-51.92=8.28m;门宽为14.4m,启闭机选双吊点手摇电动两用卷 扬式启闭机QPQ-2K25。其机架外轮廓宽J=1962mm4.2.2 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。B=启闭机宽度+2X操作宽度+2X栏杆柱宽+2X栏杆外富裕宽度= 1.962+2 迥.8+2 S.15+2 E

22、.05=3.962m取工作桥净宽4.0m工作桥为板梁式结构，预制装备。两根梁柱高0.8m,宽0.35m,中间活动铺板厚6cm，其结构见图。为 了保证启闭机的机脚螺铨安置在主梁上,主梁间净宽距离为1.5m。在启闭机脚螺铨处，设两根横梁，横梁宽 30cm,高50cm。见图4-1 所示：4.3 检修便桥桥宽1.0m,桥身结构仅为两根能置于闸墩内的钢筋混泥土简支梁， 梁高400cm,宽25cm，梁中间铺设厚6cm的钢筋混泥土板.4.4交通桥在工作桥的下游的侧布置公路桥, 桥身结构为钢精混泥土板梁结 构，桥面总宽6.0m，闸室结构布置图见图5-35第5章闸室稳定计算5.1荷载及其组合水闸承受的荷载主要由

23、自重、水重、水平水压力、扬压力、浪压力、地震等。本地区地震烈度在 6级以下不用考虑地震。荷载组合分基本组合和特殊组合。基本组合按完建无水期和正常挡水期情况，特殊组合按校核挡水期情况。荷载组合见表51。表51 荷载组合表何载组合计算情况自重静水压力扬压力浪压力基本组合完建无水期V正常挡水期VVVV特殊组合校核挡水期VVVV5.1.1完建无水期：荷载主要包括闸底板重力 Gi,闸墩重力G2，闸门重力G3，工作桥及启闭机G4,公路桥重力G5和检修便桥G6.取混泥土的容重为25KN/m3，底板重力为：5.1.1 底板Gi=15X1.5 老5X16+1/2 x( 1+2) X1 X25X2X15=1O12

24、5KN5.1.2闸墩重力： 22G2 1/ 2 3.14 0.62 10.28 25 1/ 2 3.14 0.62 8.28 25 4.15 1.2 10.2825 2 0.2 0.3 10.28 25 2.3 1.2 10.2825 2 0.3 0.6 10.28252.3 0.5 4.7 25 8.35 1.2 8.28 25 3 0.67 0.7 1.8 25 0.7 0.74.7 25=145.3+117+1262.5+751.9+2195.1=4471.8KN5.1.3闸门重力为G3 0.073K1K2K3A0.93 0.79 0.0731.0 1.0 1.1 (8.2814.40)

25、.93 9.080.79 383.6KN5.1.4工作桥重力G4 2 0.92 0.3515.2 25 1/2 (0.08 0.12) 0.9 15.2 2 25 0.15 0.1214 2 25 0.06 1.3 14 25 356.4KN考虑到栏杆及横梁重力等，取G4 410KN5.1.5 QPQ2X25启闭机机身重40.7KN,考虑到机架混凝土及电机重，每台启闭机重48.0KN,启闭机重力：G5 2 48.0 96.0 KN5.1.6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 15.2 50 1266KN5.1.7检修

26、便桥重力G'70.25 0.4 14 25 2 0.06 1.5 14 25 101.6KN考虑到栏杆，取：G7160KN 正常情况下作用荷载和力距计算见下表:（对B点取距）部位重力（KN）力臂（m）力矩（KN.m）底板101258810001145.30.3652.321262.52.6753377.2闸墩3751.95.94436.242195.111.2524694.9511715.641829.9闸门383.65.792221工作桥356.45.92102.8启闭机965.9566.4检修便桥126612.2515508.5公路桥1601.8288合计16858.8136077

27、.25.1.8校核情况下的荷载:5.1.8.1闸室内水的重力W17.58 14 9.81 3.3514 6.05 7.43 9.819651.2KN水平压力：波浪要素v 20m/ s ， D 600m， Hm59.5 51.9223.97m0.0018(聖严0.13th0.7 (gm)0.7th也 v。0.13th0.7 (-lL)07hmV。2V98 4540.0018(98400)0.450.13th0.7 (竺 仝门愀20(202) 0.13th0.7 ()0.70.24m202029.8该水闸是3级水工建筑物，查水工建筑物表 5-14得设计波浪保h证率P=5%,根据0.244.540.

28、05查表5-15得hphm1.91故hp1.910.240.5mgTmv13.9ghm2v0.59 81 则 Tm 13.9.0.240.52022 H"LTLmhz2屯c4LmLm23.14 0.56.24cth2 314 7586.240.12m29.81 2 2 3.14 7.58 th2 3.14试算得Lm=6.24mHkmln m 理4Lm2 hp6.24 In 6.24 2 3.14 0.5 0.55m4 3.146.24 2 3.14 0.5H=7.58>Hk=0.55m，且H=7.5>Lm/2=3.17m故为深水波，因此P 1/ 2 6.24/2 9.86

29、.24/2 0.12 0.551516.24/2 9.8 7.78 9.84.66 1521738.2 3733.3 5471.5KN()P21/25.6 7.99.8 2.3 15 2282.2KN ()P31/29.818.72 15 5563.2KN()F41/29.88.710.61.23 151744.8KN()浮托力和渗透压力分别为：F 9.8116 5.7415 2 1/2 (1 2) 1 9.8115 13955KN()U=0.699.8116 15+1/2 7.58 7.43 16 9.8115=1087.8()校核情况下荷载和力矩的计算表（对B点取距）荷载竖向力(KN)水平

30、力(KN)力臂力臂（1KN.m)名称A（mT闸室1结构16858.8136077.2重力1738.28.1上游2137.34.69831.6水压1596.13.14947.9力1893.41.152177.4388.80.77299.4下游5563.22.916133.3水压15730.62975.3力171.80.4170.4浮托力13955.78111645.6渗透1014.388114.4压力73.55.33391.8水重3483.93.6812820.8力6167.38.9855382.4合计2651011436.67753.77308221536.7137330.8合计15073.4

31、(J)445.7(I84205.9(/)5.2地基应力验算 521地基应力验算 5.2.1.1完建无水及关门挡水情况闸室基地压力计算GePmax(16 JABBMe-2G由完建期荷载计算表可知：G=16858.8KN ,M =136077.2KN.mB=16mA=15.2 16=243.2mB e-M16 136077.20.1偏下游）G2216858.8P-maxG(16-)16858.8“(16卩71.9KPa（下游端）AB243.216PminG(16吕)16858.8“(16 0166.7KPa(上游端)AB243.216地基承载力计算：P=1/2（maX PJ 1/2 （71.9 66.7） 69.KPa d 15（KPa基地压力满足要求。不均匀系数计算：225PmaxPmin71.966.71.1 2.0故基地不均匀系数满足要求。5.2.2校核情况G=15073.4KNM =84205.9KN.m 则,BMe -2G16284205.915073.4RaxGA-(115073%243.2(2 41石）118KP（上游端）AinGA-(115073,41243.2靜6K取下游端