新华闸课程设计

1、课 程 设 计设计题目：前进二闸枢纽新华闸初步设计（2-13）学 院： 水利与土木工程学院 专业年级： 农业水利工程 指导教师： 苏艳平 职 称： 讲师 （2012年07月）中国农业大学教务处制第一章 基本资料1.1 工程概况原前进二闸枢纽位于临河城北前进干渠上，该枢纽建于1966年，枢纽设计流量77.6m3/s，主要任务是引水灌溉，灌溉面积128万亩。建筑物包括前进第二节制闸、西乐进水闸、新华进水闸、甜菜支渠进水闸及林场支渠进水闸五座建筑物，其中西乐进水闸、新华进水闸的分水角均为30，甜菜支渠进水闸及林场支渠进水闸的分水角均为16。枢纽上游以扭曲面与两岸连接，各闸室之间采用圆形裹头连接方式；

2、下游均以隔墙型式与两岸渠堤连接。前进二闸枢纽中的节制闸、西乐及新华进水闸的设计流量分别为28m3/s、22m3/s及23m3/s，闸室结构型式均为开敞式，闸下游设交通桥，桥面净宽4.5m，汽8级标准。闸门为钢筋混凝土平板门，起闭机为螺杆式起闭机。该枢纽建成至今已有42年，在工程运用过程中发现了许多问题：一是建筑物长期受冻胀破坏，致使各闸的翼墙、闸前铺盖及闸下消力池护坦等部位存在破损问题，漏水现象十分严重，直接威胁建筑物自身的安全；二是工程管理设施落后，不能满足工程管理现代化的要求；三是组成枢纽的各建筑物均以超过经济使用年限，隐患严重。根据该枢纽工程现状及上级的要求，决定将原前进二闸枢纽拆除后重

3、建。1.2 水文气象前进二闸枢纽工程处于干旱半干旱地带，大陆性气候特征明显，冬季严寒少雪，夏季高温干热。年降水量139222mm，且70%的降雨集中在79月份，年蒸发量20002300mm，47月份蒸发量最大，约占全年的40%以上，根据当地的气象站多年资料，多年平均气温68，最低气温在一月份为-33.1，最高气温在七月份达到37.4，每年11月下旬开始封冻，直到翌年5月中旬冻层全部消退，封冻期长达180天左右，冻土最大深度1.11.3m，无霜期为135150天。一般冬春两季为多风季节，风向多以西北风和西风为主，冬季风力强，春季持续时间长，多年最大月平均风速19.6m/s。1.3 工程地质1.3

4、.1 地层岩性分布闸址区属黄河冲积洪积平原，第四纪沉积较厚，根据钻孔揭露，地层主要以灰色粉质壤土、粉质粘土和浅灰色细砂层为主。现分述如下：粉质壤土呈饱和状态，可塑，沉积厚度0.54.0m，属中等压缩性土，内摩擦角31.2，渗透系数4.01×10-5cm/s；粉质粘土呈饱和状态，可塑，沉积厚度0.22.0m，属中等压缩性土，渗透系数1.09×10-6 cm/s；中砂、细砂层均呈饱和状态，主要成分石英、长石、云母、中密，渗透系数2.65×10-31.22×10-3 cm/s。1.3.2 工程地质前进二闸枢纽地层较为复杂，主要为中粉质土、重粉质土、粉质粘土、中

5、砂、细砂，呈饱和状态，粘性土多由可塑至软塑，属中等压缩性土；砂土由松散密实，颗粒级配较为均匀，属中等压缩性土；比较适合建筑物的持力层。1.3.3 工程地质评价（1） 地基承载力的确定根据土的孔隙比、塑性指数、液性指数等指标确定粉质壤土的允许地基承载力为140Kpa，粘土的允许地基承载力为150Kpa。根据标准贯入锤击数和密实度，中细砂的允许承载力为180Kpa。（2） 砂土的液化评价前进二闸枢纽位于临河地区，该区地震烈度为6°，根据标准贯入锤击数判别法和砂土相对密度判别法，确定在地震力作用下可能发生液化。由于闸室上、下游存在一定的水力坡降，所以存在渗透破坏的可能，当水力坡降超过0.2

6、2时，饱和细砂将发生流土破坏。1.3.4 结论（1）建议地基土的容许承载力采用150Kpa。（2）闸基地层细砂属容易产生液化的地层，为避免动水压力造成的渗透液化，建议实际水力坡降最好控制在允许水力坡降范围之内。闸基存在振动液化的可能，需采取防振动液化的措施。（3）闸基地下水位埋深较浅，建筑物基础埋置地下水位以下，建议施工时应采取排水措施。1.4 设计依据1.4.1 工程等别按照水利部水规总院的审查意见，前进干渠主要建筑物为3级建筑物，所以前进二闸枢纽按3级建筑物设计。1.4.2 设计指标（1）枢纽各闸上下游断面前进干渠：渠底宽50m，边坡m=2，纵坡i=1/12000，糙率n=0.015，渠底

7、高程1035.5m。新华闸：下游渠底宽15m，边坡m=2，纵坡i=1/8500，糙率n=0.015，吹程0.8km。（2）枢纽各闸设计指标前进二闸枢纽建筑物设计指标表名称设计情况加大情况流量（m3/s）上游水位（m）下游水位（m）流量（m3/s）上游水位（m）下游水位（m）节制闸281037.41035.5301037.51035.70新华闸231035.7251035.9西乐闸221037.10241037.2甜菜闸41037.25.51037.3林场闸0.60.8（3）闸基土物理性质地基允许承载力：150Kpa地基土内摩擦角31.2° 、土层凝聚力15KN/m2 。土壤湿容重18

8、 KN/m3 、饱和容重20 KN/m3、土的浮容重10 KN/m3。砼与地基土的摩擦系数： 0.3（4）边墩后回填土部分内摩擦角14° 、土层凝聚力5KN/m2 。土壤湿容重18 KN/m3 、饱和容重20 KN/m3、土的浮容重10 KN/m3。（5）其他指标地震设计烈度：6° 第二章 枢纽布置2.1 枢纽任务及组成 前进二闸枢纽进水闸的作用是从河道、水库或湖泊岸边引水。水闸由闸室、上游连接段和下游连接段三部分组成。闸室是水闸的主体，包括闸门、闸墩、边墩（岸墙）、底板、胸墙、工作桥、检修便桥、交通桥、启闭机等。上游连接段包括两岸的翼墙和护坡以及河床部分的铺盖，有时为保护

9、河床免受冲刷，还加做防冲槽和护底。用以引导水流平顺地进入闸室，保护两岸及河床免遭冲刷，并与闸室等共同构成防渗地下轮廓，确保在渗透水流作用下两岸和闸基的抗渗稳定性。下游连接段包括护坦、海漫、防冲槽以及两岸的翼墙和护坡等。用以消除过闸水流的剩余能量，引导出闸水流均匀扩散，调整流速分布和减缓流速，防止水流出闸后对下游的冲刷。2.2 枢纽建筑物选型 当从天然河道直接取水（即无坝取水）时，为保证能引进需要的流量和尽量减少泥沙进入引水渠道，进水闸宜建于河流弯道凹岸的顶点稍偏下游处；并需慎重研究选定引水渠轴线与河道轴线的交角（即引水角），该角的大小视引水流量与河道来水流量的比值及泥沙来量而定。为防止推移质泥

10、沙被挟带入渠，在满足正常引水要求的前提下，进水闸底槛高程应比河底高程高一些。水利枢纽中的进水闸，是整个枢纽的一个组成部分，应根据枢纽工程的性质、任务及综合利用要求，统一考虑进水闸与枢纽其他工程的合理布置。为减少泥沙入渠，进水闸前常设冲沙闸和导沙坎，进水闸闸底槛高程要比冲沙闸底槛高程高一些。进水闸一般采用开敞式，当上游水位变幅较大，挡水位高于取水位，为减少闸门高度，也可采用胸墙式或涵洞式。为便于管理运用和当引取较小流量时能对称开启闸门而不致产生偏流，进水闸闸孔宜布置成三孔或三孔以上的单数孔。第三章 设计详细计算书3.1 闸址选择和闸孔设计3.1.1 闸址的选择闸址、闸轴线的选择关系到工程的安全可

11、靠、施工难易、操作运用、工程量及投资大小等方面的问题。在选择过程中首先应根据地形、地质、水流、施工管理应用及拆迁情况等方面进行分析研究，权衡利弊，经全面分析比较，合理确定。本次设计是将原前进二闸枢纽拆除后重建，故新华闸的闸址不变。3.1.2 闸型确定本工程主要任务是引水灌溉，工程位于冻胀剧烈区，应具有较强的抗冻胀能力，故采用不设胸墙的开敞式水闸。各闸室之间采用圆形裹头连接方式，上游以扭曲面与两岸连接，下游以隔墙型式与两岸渠堤连接。同时，河床表面覆盖粉质壤土、粉质粘土和中砂，它们都处于饱和状态。其中，粉质壤土和粉质粘土是中等压缩性土，其冰冻期冻胀破坏作用大，故闸基清基时应将其挖除。参照闸址地质剖

12、面图，闸基高程应低于1027.0m。由于河槽蓄水，闸前淤积对洪水位影响较大，为便于排出淤沙，闸底板高程应尽可能低。因此，采用无底坎平顶板宽顶堰，堰顶高程略比河床高一点，闸底板高程取1035.75m。3.1.3 闸孔尺寸和闸墩厚度3.1.3.1 计算闸孔总净宽B0根据规范，堰流式闸孔总净宽计算公式为：闸孔总净宽，（m）；设计过闸流量，（m3/s）；计入行进流速水头的堰上水头，（m）；重力加速度，可采用9.81（m/s3）；、分别为堰流的流量系数、侧收缩系数和淹没系数。（1）淹没系数。根据值判定淹没度，查表得相应：当hs/H00.8时，为自由出流=1；当hs/H00.8时，为淹没出流，查表求值。其

13、中，H0、hs分别为上、下游相对于闸底板高程的总水头及下游水深。本次设计淹没系数取=1 。 （2） 侧收缩系数。与孔口尺寸等因素有关，计算时须先假定。根据经验现假定取1 。（3） 流量系数m 。对于直角宽顶堰(此式用于)当3时，m可视为常数，即m=0.32，取P1=0.15m，H=上游水位渠底高程堰顶超高=1.90.15=1.75m，带入上式计算得m=0.376。流速 ,，表3流量Q（m3/s）上游水深H（m） 下游水深（m）过水断面积（m2） 行近流速（m3/s） 上游水头H0（m） 设计流量23 1.750.5538.000.605 0.0187 1.769 校核流量25 1.851.00

14、40.320.6200.01961.870计算情况上游水头（m）下游水深 （m）流态设计水位1.7690.550.5501.495自由出流校核水位1.9691.001.0001.576自由出流按照闸门总净宽计算公式，根据设计洪水和校核洪水两种情况分别计算如下表：表4流量Q（m3/s）上游水头 （m） 下游水深（m） 淹没系数 B0（m） 设计流量231.7690.5515.86校核流量25 1.8691.0015.87 闸孔孔数n及单孔净宽b0(1)单孔宽度b0根据水闸使用要求、闸门型式及启闭机内容等因素，并参照闸门尺寸选定。(2)孔数。孔数在数目少时，宜取奇数孔，以利于对称开启，改善闸下游水

15、流条件。根据闸门设计规范中闸孔尺寸和水头系列标准，闸总净宽选取6m，同时为了保证闸门对称开启，防止不良水流形态，选用3孔（各2.0m），闸孔总宽度为：L= 0.8×21×26=9.6m由于闸基为软基河床，选用整体式底板，中墩厚1m，边墩厚0.8m。闸门及闸孔布置图如CAD图所示：3.1.3.2 校核泄洪能力 根据孔口与闸墩的尺寸可计算侧收缩系数： , =0.1，P=0.15，H=1.769对于中孔 ， 对于边孔 ， 所以用公式计算设计情况下的流量。与假定接近，根据选定的孔口尺寸与上下游水位，进一步换算流量如下表所示： 表5 过流能力校核计算表计算情况 堰上水头H0（m） （

16、m3/s）校核过流能力(%)设计流量231.7690.29410.95622.661.478%校核流量25 1.8690.50810.95624.004% 设计情况符合规定5%的要求，说明孔口尺寸合理，所以不必进行孔口尺寸的调整。3.2 水闸的防冲、消能设计3.2.1消能防冲设计 水闸泄水时水流具有较大的动能，而土质河床的抗冲能力低，必将对下游河床产生不同程度的冲刷。为了保证水闸的正常运行，防止河床冲刷，一方面尽可能消除水流的动能，消除波状水跃，并促使水流横向扩散，防止产生折冲水流；另一方面要保护河床及河岸，防止剩余动能引起的冲刷。 水闸消能有方式有底流式、面流式和挑流式等三种，底流式是应用比

17、较广泛的基本消能方式。根据节制闸实际情况，可采用底流式消能。这种消能形式由消力池、海漫和防冲槽等三部分组成。 消力池（1）判断下游水跃衔接形式 查表确定=0.90。m3/（s·m）当=2.4m3/（s·m）时，可求得：m由水力计算手册中跃后水深求解曲线查得，则m。同理，可算不同单宽流量下相应的，如下表3-4所示： 表3-4 不同单宽流量对应的下游共轭水深计算表qvhkE00c"hc"10.6050.47 1.7693.79 2.85 0.34 20.6050.74 1.7692.39 2.50.88 30.6050.97 1.7691.82 2.21.4

18、4 40.6051.18 1.7691.50 2.12.01 50.6051.37 1.7691.30 22.58 60.6051.54 1.7691.15 1.923.15 70.6051.71 1.7691.03 1.853.72 80.6051.87 1.7690.95 1.84.29 90.6052.02 1.7690.88 1.74.86 将表中的及的对应数值绘在图3-3中，得曲线与曲线 图3-3 各水深与单宽流量关系曲线00.20.40.60.811.21.41.600.511.522.53单宽流量m³/(s·m)水深(m) 从图3-3可以看出，在所讨论的流量范

19、围内，大部分都大于，即下游会产生远驱式水跃衔接，为使下游产生淹没水跃衔接，需要修建消力池。（2）消力池的结构形式 底流式消能布置一般有挖深式消力池、槛式消力池和综合式消力池，若下游水深不足，用降低护坦高程形成消力池，是水闸设计中常用的型式，当下游水深略小于或等于跃后水深时，可采用槛式消力池。如果降低护坦高程挖方过大，施工困难较多，增加工程造价时，可采用浅挖方低槛式综合式消力池。结合本工程特点，新华进水闸采用挖深式消力池。（3）消力池的深度计算 根据图3-3的曲线和曲线，可求出最大时=1.23/（s·m）。故消力池的设计流量为1.2m3/（s·m）相应于 m3/（s·

20、;m）时，m， ，m，m。首先按近似公式约估池深数值m设d=0.3m，于是跃后水深： 下游正常水深：。池深： 水跃长度：水面跌落Z：消力池长度： 取80% 。0.26，取为0.3m。取最大流量计算消力池池长。计算公式为 式中：消力池长度(m)； 水跃长度(m)；水跃长度校正系数可采用0.70.8m=4.65m取消力池长度为5m（5）消力池底板的厚度 水闸泄水时，消力池内水流紊乱，消力池底板承受水流冲击力，水流脉动压力和底部扬压力等作用，受力条件复杂，一旦破坏就会影响到水闸的安全.因此，护坦厚度的设计应考虑自身具有足够重量、强度和抗冲耐磨的能力。根据抗冲和抗浮要求，根据SL2652001水闸设计

21、规范抗冲和抗浮两公式计算，并取其大值。满足抗冲要求： （3-7）满足抗浮要求： （3-8） 式中 t消力池底板始端厚度(m)；H 闸孔泄水时的上下游水位差(m)；K1消力池底板计算系数，可采用0.150.20；K1消力池底板安全系数，可采用1.11.3；U作用在消力池底板底面的扬压力(kPa)；W作用在消力池底板顶面的水重(kPa)；Pm作用在消力池底板上的脉动压力(kPa)，其值可取跃前收缩断面流速水头值50%，计算消力池底板前半部的脉动压力时取正，后半部的脉动压力时取负；d消力池底板的饱和重度(kN/m3)； 按抗浮要求计算底板厚度时，因为消力池底部设反滤层，中后部设排水孔，渗透压力为零，

22、即消力池上作用的扬压力与水重大小相等，相互抵消；而Pm的值很小，即消力池底板厚度不必考虑抗浮要求，只需计算抗冲要求下底板厚度。m，则底板厚度取为0.5m。为了降低护坦底部的渗透压力，在护坦中后部设铅直排水孔，孔径10cm，间距2m；设置反滤层以保护地基土，防止土粒被渗流带入排水，在护坦底部设3层粒径不同的反滤层，层次大体与渗流方向正交，各层厚度依次为10cm、6cm和4cm。 海漫（1）海漫长度计算 海漫长度取决于水流余能大小，消力池末端单宽流量、上下游水位差、水流扩散情况及河床土质等。根据SL2652001水闸设计规范公式计算 。式中 Lp海漫长度（m）；qs消力池末端单宽流量m3/s；H上

23、下游水位差；Ks海漫长度计算系数，可由表3-5查得；表3-5 Ks 表河床土质粉砂、细砂中砂、粗砂、粉质壤土粉质粘土坚硬粘土Ks14-1312-1110-98-7H=1.7m，qs=25/9.6=2.6m3/（s·m），节制闸土质主要有粉质壤土、粉质粘土、中砂，因此取Ks=11，则：m即取海漫长度为24 m。（2）海漫结构 一般在海漫起始段做510m的浆砌石水平段；水平段后做成不陡于1：10的干砌石斜坡段，以使水流均匀扩散，调整流速分布，保护河床不受冲刷。海漫水平段取9m，斜坡段15m，坡度为1:15，厚度为0.5m，下面铺15cm厚的砂垫层。 图3-4 海漫布置图 防冲槽 水流经过

24、海漫后，能量虽能进一步消除，但海漫末端水流仍具有一定的冲刷能力，河床仍受冲刷，故需在海漫末端采取加固措施，即设计防冲槽。常见的防冲槽有抛石防冲槽和齿墙或板桩式防冲槽，平原地区一般采用抛石防冲槽。在海漫末端处挖槽抛石预留足够的石块，当水流冲刷河床冲至最深时，预留在槽内的石块沿斜坡会陆续滚下，铺盖在冲坑的上游斜坡段，防止冲刷破坏向上游扩展，保护海漫安全。抛石体积可根据下游河床冲至最深时，石块坍塌在冲坑上游面所需的方量定。根据SL2652001水闸设计规范海漫末端河床冲刷深度为：式中 dm海漫末端河床冲刷深度（m）；qm海漫末端单宽流量（m3/s·m）v0河床土质允许不冲流速（m/s）hm

25、海漫末端河床水深（m）qm=25/15=1.67 m3/（s·m），V0取0.8 m/s，hm=1.95m，则：m<1.0m 海漫末端有冲刷存在，须将防冲槽开挖成倒梯形断面，取防冲槽深度为1.0m，采用宽浅式，低宽取2.0m，上游坡率为2，下游坡率为3，出槽后做成坡率为5的斜坡与下游河床相连。 图3-5 防冲槽布置图第四章闸室布置4.1 底板闸室底板有整体式和分离式两种，对软弱地基上或地震区的水闸多采用整体式底板，而在坚硬、紧密或中等坚硬、紧密的地基上宜采用分离式底板。节制闸地基土以粉质壤土、粉质粘土和中砂为主，承载力不大，故选用整体式结构。底板沿顺水流方向的长度，取决于上部结

26、构布置并满足结构强度和抗滑稳定要求。底板长度可根据经验拟定，砂土和砂壤土地基，可取（2.04）H，（H为上下游最大水位差）即（2.04）×2=48m，因此取底板长为8m。底板厚度必须满足刚度和强度要求，大中型水闸可取(1/61/8)b0(b0为闸孔净宽)，一般为1.02.0m，最薄不小于0.7m。但小型水闸也有用到0.3m的. 而新华进水闸属于小型闸，因此闸底板厚度取0.5m。在底板上下游设置齿墙，根据规范齿墙一般为梯形断面，深取0.5m，底宽取0.5m，坡比取1:1，底板下铺设0.1m厚的素混凝土垫层，齿墙内填充砂砾石垫层。底板尺寸见下图4-1所示：4-1 底板尺寸示意图4.2 闸

27、墩 闸墩尺寸及形状闸墩的作用主要是分隔闸门，同时也支承闸门、胸墙、工作桥以及交通桥等上部结构。闸墩长度应满足上部结构的布置要求，该值一般等于底板长度，也可小于底板长度，因此取闸墩长8m。闸墩分中墩和边墩两种。闸墩厚度必须满足稳定和强度的要求，混凝土和少筋混凝土闸墩厚0.91.4m，浆砌石闸墩厚0.81.5m。浆砌石常用在小型水闸中，因此取中墩厚1.0m，边墩厚0.8m。选择闸墩外部形状时主要考虑水流平顺的基本条件，以减小侧收缩的影响，提高闸孔过水能力，但也要考虑到施工简便、不易损坏等因素。闸墩头尾部均采用半圆形。门槽深度取0.2m，宽度取0.5m；检修门槽深度取0.2m，宽度取0.2m。具体尺

28、寸如图4-2所示。图4-2 闸墩尺寸示意图 闸顶高程水闸闸顶高程应根据挡水和泄水两种运用情况确定。挡水时，闸顶高程不应低于水闸正常蓄水位加波浪计算高度与相应安全超高值之和；泄水时，闸顶高程不应低于设计洪水位与相应安全超高值之和。两种情况下的安全保证条件应同时满足，因此分别在设计水位和校核水位下计算墩顶高程，并取其较大值。式中 平均波高（m），根据SL2652001水闸设计规范莆田试验站公式计算；安全超高（3级水闸安全超高下限值：正常蓄水位取0.4m，校核洪水位0.5m）（1） 设计情况下平均波高计算公式（莆田试验站公式）：式中 平均波高（m）计算风速，可采用当地气象站提供的多年平均最大风速D风

29、区长度(m)风区内的平均水深（m）V0=19.6m/s，D=0.8km，Hm=1.7m，则（2）校核情况下V0=19.6m/s，D=0.8km，Hm=1.9m，则由莆田试验站公式得：0.0122m，则，故取墩顶高程为1038.01m，闸墩高1038.0-1035.5=2.5m4.3 闸门及启闭机闸门形式的选择，应根据运用要求、闸孔跨度、启闭机容量、工作造价等条件比较确定。工作闸门采用钢筋混凝土平板门，单孔闸门宽度为2.5m，高为2.7m，距闸墩上游边缘2.5m。检修闸门门槽深0.2m，宽0.2m，距闸墩上游边缘0.8m。启闭机设在工作桥上，采用螺杆式启闭机提升闸门。4.4 工作桥、交通桥、检修

30、桥小型水闸的工作桥一般采用板式结构，高度视闸门和启闭设备的形式及闸门高度而定。采用固定式启闭机的平面闸门闸墩，由于闸门开启后悬挂的需要，桥高应为门高的两倍再加1.01.5m的富裕高度；取工作桥宽2m,厚度0.5m，高度取6.5m。交通桥在闸室下游，净宽4.5m，汽.8标准，高度3.5m。检修便桥设在闸室上游，宽度1.5m，两侧采用钢管栏杆，高度0.1m。第五章 地下轮廓布置及防渗排水设计5.1 地下轮廓线布置 防渗长度拟定地下轮廓线的布置原则是“上防下排”或“高防低排”，即在上游高水位一侧布置铺盖、板桩等防渗设施，用以延长渗径，使渗透坡降不超过土壤的允许坡降，并降低闸底板下的渗透压力；而在下游

31、低水位一侧布置排水及反滤层，将已渗入闸基的渗流顺畅的排走，以减小底板下渗透压力，增加闸自身抗滑稳定性，并防止渗流出口处产生渗透变形。地下轮廓的布置，因地基土质条件和水文地质条件而定。新华进水闸地基属于粉质壤土，为了增加渗径长度，在闸底板上游设铺盖，铺盖设在紧靠闸室的上游河床，其主要作用是延长渗径，降低渗透压力和渗透坡降，同时具有上游防冲作用。因本水闸当地缺乏粘土，所以选用钢筋混凝土铺盖，可以帮助底板抗滑，钢筋混凝土铺盖板厚一般为0.40.6m，新华进水闸属于小型水闸，选0.25m，铺盖长度选（35）H=（35）1.3 =3.96.5m，取铺盖长为5 m，铺盖前后端设齿墙，齿墙深0.25m，宽度

32、0.25m，坡比1：1，为了减轻铺盖对翼墙的不利影响，铺盖与翼墙底板之间设沉陷缝，并在缝中设止水；在闸底板前端设置板桩，深度为0.5m，板桩距底板前沿0.25m 。 根据SL2652001水闸设计规范，在工程规划和可行性研究阶段，闸基防渗长度初拟值可按下式确定：式中 L闸基防渗长度，即闸基轮廓线水平段和垂直段的总和（m）； 上下游水位差（m）； C允许渗径系数值，见表5-1，当闸基设板桩时，可采用表列规定值的小值表5-1 允许渗径系数值 地基类别排水条件粉砂细砂中砂粗砂中砾细砂粗砾夹卵石轻粉质砂壤土轻砂壤土壤土粘土有反滤层1399775544332.5117955332无反滤层7443。 地下

33、轮廓布置当水闸防渗长度初步拟定后，即可依据地基情况并参照条件相近的已建工程的实践经验进行水闸地下轮廓布置，总的布置原则是防渗与导渗相结合。为提高闸室抗滑稳定，在闸底板上游设置水平铺盖，上下游设板桩。铺盖长度取14m，铺盖前后端设齿墙，齿墙深0.25m，宽度0.25m，坡比1:1。在闸底板前端设置板桩，深度为1m。水闸防渗布置图如图5-1所示。图5-1 水闸防渗布置示意图5.2 渗透计算验算防渗长度 L实=0.5+(0.25+0.25/sin45°)×2+(4-0.25×4)+(0.5+0.5/ sin45°)×2+(8-0.5×4)+

34、3×2+0.5=18.611.9，满足防渗要求。采用改进的阻力系数法计算地下轮廓线上各处的渗透压力。（1）计算阻力系数确定有效深度 LO=6+8=14m SO=0.5+0.5+1=2m 故m 小于T，所以用Te代替T。表5-2 阻力系数计算表区段名称各段阻力系数计算公式S(m)T(m)L(m)各段阻力系数(m)各段水头损失值进口段0.57-0.4690.057内部垂直段0.256.75-2.7550.335内部水平段S1=0.25S2=1.256.7560.7330.089内部垂直段1.256.75-2.8610.348内部垂直段1.06.5-2.8370.345内部水平段S1=1.

35、0S2=0.56.581.0690.130内部垂直段0.56.5-2.7820.338出口段0.56.5-0.4720.057合计-13.9781.7（5）进、出口段水头损失修正进、出口水力坡降呈急变曲线形式，上表得出的水头损失与实际情况有较大误差，需要进行必要的修正。依林继镛水工建筑物P317，修正公式如下：, 其中式中 按公式计算出的水头损失，m； 阻力修正系数；底板埋深与地面以下板桩入土深度之和，m；板状上游侧底板下的地基透水层深度，m；对于进口段：=7 m，=0.5m，=7-0.25=6.75 m，则=0.74 <1.0，即取=0.62，可得=0.62×0.057=0.

36、0353 m,修正后的水头损失减少值=0.057-0.035=0.022m；<，则第段水头损失需要修正为：=0.335+0.022=0.357 m。对于出口段：=6.5m，=0.5 m，=6.5 m，则=0.675 <1.0，即取=0.675 ，可得=0.675×0.057=0.038m，修正后的水头损失减少值=0.057 -0.038） =0.019 m，<，则第段水头损失需要修正为：=0.338 +0.019=0.357 m。则修正后的各段水头损失值为： 表 12 区段hi（修正前）0.0570.335 0.089 0.348 0.345 0.130 0.338

37、 0.057 hi（修正后）0.0350.357 0.089 0.348 0.345 0.130 0.357 0.038 （6）计算各角点、尖点的渗压水头由上游进口段开始，逐次向下游从总水头H=1.7 m减去各分段水头损失值，即可求得各角点和尖点的渗透压力值： H1=1.7 m ，H2=1.665 m，H3=1.308 m，H4=1.219 m，H5=0.871 m，H6=0.526 m，H7=0.396 m，H8=0.038 m，H9=0。绘制渗压水头分布图 根据以上算得的渗压水头值，并认为沿水平段的水头损失呈线性变化，即可绘出如图5-3所示的渗压水头分布图。图5-3 渗压水头分布图5.3

38、验算闸基抗渗稳定节制闸所在位置地层以粉质壤土、粉质粘土和中砂层为主，根据SL2652001水闸设计规范（表5-3）水平段和出口段的渗流坡降规定值分别为：0.100.13和0.350.40。考虑到渗流出口处设置有反滤层，将上值加大30%为0.130.169和0.4550.52。表5-3 水平段和出口段允许渗透坡降值地基类别允许渗流坡降值水平段出口段粉砂0.050.070.250.30细砂0.070.100.300.35中砂0.100.130.350.40粗砂0.130.170.400.45中砾、细砾0.170.220.450.50粗砾夹卵石0.220.250.500.55砂壤土0.150.250

39、.400.50壤土0.250.350.500.60软粘土0.300.400.600.70坚硬粘土0.400.500.700.80极坚硬粘土0.500.600.800.90水平段渗流坡降为小于规定值；出口段渗流坡降为小于规定值；所以闸基符合渗流稳定性要求。5.4 排水设施设计为了减小渗透压力，增加闸室的抗滑稳定性，需要在闸室下游侧设置排水设施。水闸的排水设施一般为平铺式，通常在地基表面铺设反滤层或垫层，设置反滤层是防止地基土产生渗透变形的关键性措施。在排水与地基接触处，应做好反滤层，反滤层布置与消力池下的反滤层相同。第五章闸室稳定计算5.1 荷载计算 进水闸所在地区地震烈度为6°，地震力相对较小，可不考虑地震荷载，且渠道波浪压力可忽略不计，所以作用在水闸结构上的主要荷载有：自重、水重、水平水压力和扬压力。钢筋混凝土容重取25 kN/m3，素混凝土容重取24 kN/m3，沙砾石垫层容重取18 kN/m3。计算各种荷载大小并对闸底板中心取力矩，荷载按5-1至5-3公式计算，具体计算结果见表5-1。自重=材料容重×体积 （5-1）水压力=静水压强分布图面积×闸孔总净宽 （5-2）扬压力=扬压力分布图面积×底板长 （5-3）表5-1 荷载计算表荷载铅直力（kN）水平力（kN）力臂（m）力矩（kN·m）