拦河闸设计计算书

1、目录1基本资料31.1 工程概况31.2 地质资料31.3 水文气象31.4 建筑材料41.5 批准的规划成果42闸孔设计52.1 闸址的选择52.2 闸型确定52.3 拟定闸孔尺寸及闸墩厚度52.4 校核泄洪能力73消能设计83.1 消能防冲设计的控制情况83.2 消力池尺寸及构造153.3 海漫设计163.4 防冲梢设计173.5 上下游岸坡防护194防渗排水设计194.1 闸底地下轮廓线的布置194.2 排水设备的细部构造214.3 防渗计算235闸室布置265.1 底板和闸墩265.2 闸门与启闭机275.3 上部结构295.4 闸室的分缝与止水316闸室稳定计算316.1 设计情况及

2、荷载组合316.2 完建无水期地基承载力验算326.3 正常挡水期闸室抗滑稳定验算357上下游连接建筑物397.1 上下游连接建筑物的作用397.2 上游连接建筑物397.3 下游连接建筑物398附图398.1 水闸半平面布置图398.2 水闸纵剖面图399.结束语401基本资料1.1 工程概况某拦河闸闸址以上流域面积2234平方公里，流域内耕地面积288万亩，河流平均纵坡1/6200。本工程属三级建筑物。本工程投入使用后，在正常高水位时，可蓄水2230万立米。上游5个县25个乡已建成提灌站42处，有效灌溉面积25万亩。闸上游开南、北两干渠，配支干23条，修建各种建筑物1230座，可自流灌溉下

3、游三县21万农田，效益巨大，是解决某河流域农田的灌溉动脉，同时，也是解决地区浅层地下贫水区的重要水源。1.2 地质资料（一）根据地质钻探资料，闸址附近地层中粉质壤土，厚度约25m其下为不透水层，其物理力学性质如下：1、湿重度r：1=20.2KN/m3土壤干重度r干=16.0KN/品饱和重度r饱=22.2KN/m3浮重度r浮=12.2KN/m32 .自然含水量时，内摩擦角小=230饱和含水量时，内摩擦角小=200土壤的凝聚力c=0.1kn/m3 .地基允许承载力P地基=150KPa4 .混凝土、砌石与土基摩擦系数f=0.365 .地基应力的不均匀系数4=1.52.06 .渗透系数K=9.29X1

4、0-3cm/s（二）本地区地震烈度为60以下1.3 水文气象（一）气温：本地区年最高气温42度，最低气温为-18度。（二）风速：最大风速V=20疗s,吹程D=0.6Km（三）降雨量：非汛期（16月及1012月）9个月河流平均最大流量为10m3/s;汛期（79月）3个月河流平均最大流量为130m3/s。年平均最大流量36.1m3/s,最大年径流总量为9.25亿m3。年平均最小流量15.6m3/s,最小年径流总量为0.42亿m3。（四）冰冻：颖河流域冰冻时间短，冻土很薄，不影响施工。（五）上下游河道断面1.4 建筑材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，交通条件较好。经调查

5、本地区附近有较丰富的粘土材料。闸址处有足够多的砂料。1.5 批准的规划成果（一）灌溉用水季节，拦河闸的正常挡水位为58.69m,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1119m3/s,闸上游的洪水位为59.5m,相应的下游水位59.35m。2.校核洪水位200年一遇，相应洪峰流量1642.35m3/s,闸上游的洪水位6l.00m，闸下游水位60.82m。2闸孔设计2.1 闸址的选择闸址、闸轴线的选择关系到工程的安全可靠、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

6、分析比较，合理确定。本次设计中闸轴线的位置已由规划给出。2.2 闸型确定本工程主要任务是正常情况下拦河截水，以利灌溉，而当洪水来临时，开闸泄水，以保防洪安全。由于是建于平原河道上的拦河闸，应具有较大的超泄能力，并利于排除漂浮物，因此采用不设胸墙的开敞式水闸。同时，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，堰顶高程与河床同高，即闸底板高程为51.92m。2.3 拟定闸孔尺寸及闸墩厚度由于已知上、下游水位，根据断面面积公式A=(b+mh)h(b为河床底宽，m为边坡系数，h为水深)，可通过计算断面面积。由资料可得b=80mm=2设计高

7、程：h上=59.5m、h下=59.35m,校核高程：h上=61mh下=60.82m马道以下的面积Ai=(80+4.98X2)X4.98=448.0008m2马道到设计水位的面积4=(80+4.98X2X2+6X2+2.6义2)=304.512.马道到校核水位的面积A=(80+4.98X2X2+6X2+4.1X2)X4.1=492.492m2可得：A设计=A1+A2=752.5128m2A校核=Ai+A3=940.4928m2列入下表，如表2-1所小:表2-1上游水头计算油Qm3/s)下游水深hs(m)上游水深H(m)过水断面积(m2)行近流速(m/s)2g上游水头H0(m)设计流量111917

8、.437.58752.51281.4870.1137.693校核流量1642.358.99.08940.49281.7460.1569.236注：考虑壅高1520cmo闸门全开泄洪时，为平底板宽顶堰堰流，根据公式hs0.8H。判别是否为淹没出流表2-2淹没出流判别表计算情况下游水深hs(m)上游水头H0(m)hs之0.8H0流态设计水位7.437.6937.43>6.154淹没出流校核水位8.99.2368.9>7.388淹没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。其中名为堰流侧收缩系数，取0.96;m为堰流流量系数，取0.385。B设计=1119/

9、(0.96X0.385X0.574X7196x7.6931.5)=55.84mB校核二1642.35/(0.96X0.586X0.385义7196X9.2365)=61.03m表2-3闸孔总净宽计算表流量Qm3/s)下游水深hs(m)上游水头H0(m)hsH7淹没系数6B0(m)设计流量11197.437.6930.9660.57455.84校核流量1642.358.99.2360.9640.58661.03根据闸门设计规范中闸孔尺寸和水头系列标准，选定单孔净宽b=9m同时为了保证闸门对称开启，防止不良水流形态，选用7孔，闸孔总宽度为:L=nb0+(n1)d二(7X9)+(2X1.6+4X1.

10、2)=71m由于闸基为软基河床，选用整体式底板，缝设在闸墩上，中墩厚1.2m,缝墩厚1.6m,边墩厚1m如下图所示2.4 校核泄洪能力根据孔口与闸墩的尺寸可计算侧收缩系数，查水闸设计规范(规范表2-2),结果如下：对于中孔b0/bs=9/(9+1.2)=0.882,得一中1:0.9803;靠缝墩孔b0/bs=9/(9+1.6)=0.849，得沁2=0：975;对于边孔b0/bs=9/(b0+bb)=9/(9+9.08X2+6+(80-71)/2)=0.239,bb=h校核一h底，得“中3一度10；小邮1姆2+%名中31父0.976+4父0.973+2父0.909；=_=0.956所以n1+n2

11、+n3(1X10.98(23+4X0.975+2X0.910)/(1+4+2)=0.957与假定接近，根据选定的孔口尺寸与上下游水位，进一步换算流量利用公式Q=s*"山/2gHo2校核得：Q设计=0.96X0.574X0.385X63XTi96X7.6935=1262.6m3/s1(1262.6-1119)/1262.6|=11.4%Q校核=0.96义0.586义0.385义63X1y196义9.2361=1695.6m3/s1(1695.6-1642.35)/1695.6|=3.1%列入下表得：表2-4过流能力校核计算表计算情况堰上水头H0(m)hshOCTzQ校核过流能力设计流量

12、11197.6930.9660.5740.961262.5311.37%校核流量1642.359.2360.9640.5860.961695.493.13%设计情况超过了规定5%勺要求，说明孔口尺寸有些偏大，但根据校核情况满足要求，所以不再进行孔口尺寸的调整。3消能设计3.1消能防冲设计的控制情况由于本闸位于平原地区，河床的抗冲刷能力较低，所以采用底流式消能。设计水位或校核水位时闸门全开渲泄洪水，为淹没出流无需消能。闸前为正常高水位58.69m,部分闸门局部开启，只宣泄较小流量时，下流水位不高，闸下射流速度较大，才会出现严重的冲刷河床现象，需设置相应的消能设施。为了保证无论何种开启高度的情况下

13、均能发生淹没式水跃消能，所以采用闸前水深H=6.77m闸门局部开启情况，作为消能防冲设计的控制情况。为了降低工程造价，确保水闸安全运行，可以规定闸门的操作规程，本次设计按1、3、5、7孔对称方式开启，分别对不同开启孔数和开启度进行组合计算，找出消力池池深和池长的控制条件。按公式(7)、(8)、(9)、(11)计算:孔口山流流量公式IQ=卡加Q而消力池池深：d-外力;一九-/(«)挖池前收缩水深：3=J*联用水深*式中Q下泄流量，n?/s,朴'宽顶堰上孔流流量系数.*=小华炉闸门开启高度，m.£J收缩系数:升流速系数r中二0,91。b闸孔单宽r111Htl堰上水头，m

14、(«一开启孔数：d消力池深度，m：.水跃淹没系数，可采用L05-L10h；跃后水深，口1hc收缩水深*mTn总势能mAZ出池洛Z*m；九一出池河床水深，门】。其中，本次设计取皿=1.08,巾=0.95,a=1.02,收缩系数e则通过查表差值可得。当开孔数n=1,e=0.8时，£'=0.616,仙=0.5852,Q=0.5852X0.8X9X1X-2-9.8-6.77=48.54hc=0.616X0.8=0.493q=Q/b=48.54/9=5.39hc"0.49287fL8M1.02-5.3921广xIJ1+丁-1=3.26521V9.80.49283,当

15、开孔数n=1,e=1.0时，&'=0.618,仙=0.5871,Q=0.5852X0.8X9X1XJ2M9.8父6.77=60.87hc=0.618X1=0.618q=Q/b=60.87/9=6.76hc"0.618x281.026.7639.80.6183-1=3.628同理可算得其它情况的各值，将数据列入表3-3。下游水深的计算则需要通过水闸所在的横断面图，绘制下游水位和流量关系曲线，并采用明渠均匀流公式计算:iiAC=-K*;R-式中A过流断而面积，m）C谢才系数，nJ/s,R水力半径，mn河槽的糙率：X过水断面的加周»m1?一渠道底城0由上述三个公式

16、综合得出一个流量公式:3/5.1/2-1AIQ=一2/3此外，由于河床m和滩地n2的糙率不同，且n1<n2,由水力学上册209页可得等效糙率的计算公式为：2.2；nr=Jn1-1-2-2-（当渠道底部的糙率小于侧壁的粗糙系数的糙率时采用）又由于本河道断面有马道，要分两种情况计算：当下游水深04.98m（马道高程-底部高程=56.9-51.92=4.98m）时，分别取Hs=00.5、1、1.54、4.5、4.98m,然后通过上述公式计算可得Q=014.11、44.47、86.86436.36、529.73、626.05,计算简图如下:56.9将数据代入表3-1,通过这些数据可以绘制出下游水

17、位和流量关系曲线，如56.9图3-1o表3-1(Hs<4.98)QbHsX1+X3X2总湿周nrA0.008000.008080.000.02250.0014.11800.52.248082.240.022740.5044.47801P4.4780P84.470.023082.00186.86801.56.718086.710.0232124.501139.548028.948088.940.0234168.00201.45802.5r11.1880r91.180.0235212.50271.8880313.4280P93.420.0237258.001350.31803.515.658

18、095.650.0239304.50436.3680417.898097.890.0240352.00529.73804.520.1280P100.120.0242400.50:626.05804.9822.2780102.270.0243448.000200300400aOO"00当下游水深4.98m（马道高程-底部高程=56.9-51.92=4.98m）时，该断面要考虑马道，查水力学上册210页可知复式断面明渠均匀流的流量计算方法：即将断面分成I、H、m三个部分，再对每个部分应用公式Q=A0RT得到：Q尸AiCi网水价则通过复式断面渠道的流量，应为通过各部分流量Q、Q、Q的总和，

19、于是:Q=(K+Kn+Krn)/计算简图如下:；诗乐aoras褊QQ3X3Ai=Am=(b1+El)hi2An=(b+mnh')h'+(b2+2mnh')h1各部分湿周分别为xi=x3=b1+hi1m2各部分的水力半径分别为R=Rn=Ai/X1Rn=An/%1各部分的流量模数分别为12Ki=Kh=AiCiJR=A|Rtn13Kn=AiCiJR=ARn用excel将这些公式编入表格，可设计出这两种情况的流量计算程序，通过变换Hs的值可以得出相应的Q值。又因为之前使用孔口流量公式算出了一系列Q值，则可以在excel里面用试算的方法反算出对应的Hs值，结果如下表3-2：表3-

20、2Q48.53660.86673.15891.743123.112145.606182.599219.473275.228369.334Hs1.0541.2091.3521.5511.8542.0522.3552.6343.0223.614Q242.677304.332365.789458.713615.557339.748426.064512.104642.199861.780Hs2.8003.2133.5934.1234.9293.4343.9424.4095.4306.330将上述计算结果列入表3-3:表3-3消力池池深池长估算表开启孔数n开启高度e收缩系数泄流量Q单宽流里q收缩水深hc

21、跃后水深hc下游水深Z流态判别消力池尺寸备注池深d水跃长Lsj池长L10.80.61648.545.390.4933.2671.05441.3666自由出流1.1119.1418.791.00.61860.876.760.6183.6281.20931.62261.0919.9220.771.20.61973.168.130.7433.9481.35171.86471.0520.7722.111.50.62191.7410.190.9324.3761.55052.20990.9721.6823.762.00.625123.1113.681.2504.9921.85352.74990.7922.

22、5225.8230.80.616145.615.390.4933.2672.05240.2563自由出流1.2219.2419.141.00.618182.606.760.6183.6282.35510.29471.2720.6520.771.20.619219.478.130.7433.9482.63370.32861.3021.7922.111.50.621275.2310.190.9324.3763.02240.37351.3323.1423.76池深控制2.00.625369.3313.681.2504.9923.61440.43521.3424.7325.82限开50.80.6162

23、42.685.390.4933.2672.79980.0721自由出流0.6616.9819.141.00.618304.336.760.6183.6283.2130.07470.6318.1020.771.20.619365.798.130.7433.9483.5930.07450.6018.9722.111.50.621458.7110.190.9324.3764.1230.07000.5319.9523.762.00.625615.5613.681.2504.9924.92920.05330.4121.0025.8270.80.616339.755.390.4933.2673.4340.

24、0004淹没出流1.00.618426.066.760.6183.6283.9421.20.619512.108.130.7433.9484.40851.50.621642.2010.190.9324.3765.432.00.625861.7813.681.2504.9926.333.2消力池尺寸及构造1、消力池深度计算根据所选择的控制条件，估算池深为1.5m,用（10）、（11）、（12）式计算挖池后的收缩水深hc和相应的出池落差AZ及跃后水深hc，验算水跃淹没系数符合在1.051.10之间的要求。挖池后收缩水深：he丁仙广+0（10）2码一跃后水深!h：=-1）（ii）出池落差：z=丁%-

25、毋（dhs+Z1.53.61440.435一一011验算得hc2、消力池池长根据池深为1.5m,消力池长度:水跃长度：s-=1.094.992用公式（13）、（14）计算出相应的消力池长度为25moL,=L,+见（13）4=6.9（力7-%）（14）式中心一-消力池长度，m,L消力池斜坡段水平投影长度，m：大一水跃长度校正系数,可果用0.7-08%水跃氏度.m，3、消力池的构造采用挖深式消力池。为了便于施工，消力池的底板做成等厚，为了降低底板卜部的渗透压力，在水平底板的后半部设置排水孔，孔下铺设反滤层，排水孔孔径为10cm间距为2m呈梅花形布置。根据抗冲要求，按式16计算消力池底板厚度。-(1

26、6)其中kl为消力池底板计算系数，取0.18;q为确定池深时的过闸单宽流量;H'为相应于单宽流量的上、下游水位差。t=0.18J13.68向77一3.61=0如,取消力池底板的厚度t=1.0m。消力池构造尺寸见下图：3.3海漫设计1、海漫长度计算用公式(18)计算海漫长度。其中ks为海漫长度计算系数，根据闸基土质为中粉质壤土则选12,上游水深为6.77m,下游水深可由Q与Hs关系图用差值法得出，也可在excel里面通过试算得出，单宽流量qs=Q/L,L=71m,H=H-h',通过计算将结果列入表3-3。取计算表中的大值，确定海漫长度为42mLp=(18)式中Lp-海漫长度,m,

27、q.消力池末端单.宽流量,«W泄水时的上、卜游水位差，m，七一T漫长住计算系数，可查水工建筑物教材。表3-3海漫长度计算表一日C上游水深""廿门穴:流量Q下游水深qAhLphS1006.771.6351.4085.13521.43812006.772.492.8174.28028.9693006.773.1854.2253.58533.9424006.773.7955.6342.975P37.40715006.774.3457.0422.42539.7396006.774.8548.4511.91641.042626.0516.774.988.8181.790P4

28、1.21616506.775.4649.1551.30638.8157006.775.67999.8591.09038.5012、海漫构造因为对海漫的要求为有一定的粗糙度以便进一步消除余能，有一定的透水性，有一定的柔性。所以选择在海漫的起始段为10米长的浆砌石水平段，因为浆砌石的抗冲性能较好，其顶面高程与护坦齐平。后32米做成坡度为1:16的干砌石段，以使水流均匀扩散，调整流速分布，保护河床不受冲刷。海漫厚度为0.6米，下面铺设15cm的砂垫层。3.4防冲槽设计(19)海漫末端河床冲刷坑深度按公式19计算，式中海湖末端的可能冲刷深度,m.q'海漫末踹的巾盅流量，m，s.m),0河床土质

29、的不净流速,m/g，f海漫末端的水深，其中河床土质的不冲流速可按下式计算。按不同情况计算如表3-4所示%LvoiR14"5pVoR?5(20)式中V。'一河床土质的不冲流速，m/s；V。一查水力学可知此处取0.8m/s;R三A4g.92工760.8280R一水力半径，x;展一海漫末端河床水深，R!校核情况：计算简图见右图Hi=60.82-49.92=10.9Ai=(80+80+10.9X2X2)X10.9X0.5=1109.62Xi=80+10.9X,5X2=128.7464回校/80=20.53R/51/51='Al=I1109.62j1/51/5128.746=1

30、.5385Ivg1=0.81.5385=1.2308hs=60.82-49.92=10.9d=1.1Xq7lv0】-t=7.45设计情况：计算简图见下图H=59.35-49.92=9.434=(80+80+9.43X2X2)X9.43义0.5=932.2498X2=80+9.43X.5X2=122.17q'=Q®/80=13.991、.1/5/J/5蕾=今J始空1=1.5015I122.17)l.v01=0.81.5385=1.2308hs=59.35-49.92=9.43d=1.1Xq7lv0-t=3.38将数据填入表3-4表3-4冲刷坑深度计算表计算情况q*相应过水水面积

31、A湿周xR，v0hScT校核情况20.531109.62128.7461.53851.230810.97.45设计情况13.99932.2498122.171.50151.20129.433.38根据水闸设计规范，防冲槽的深度一般取1.52m,底宽则为深度的23倍c所以确定防冲槽的深度为2m采用宽浅式，底宽取4m,上游坡率为2,下游坡率为3,出槽后作成坡率为5的斜坡与下游河床相连。如下图所示。3.5上下游岸坡防护为了保护上、下游翼墙以外的河道两岸岸坡不受水流的冲刷，需要进行护坡。采用浆砌石护坡，厚0.3米，下设0.1米的砂垫层。保护范围上游自铺盖向上延伸23倍的水头，下游自防冲槽向下延伸46倍

32、的水头。4防渗排水设计4.1闸底地下轮廓线的布置1、防渗设计的目的防止闸基渗透变形；减小闸基渗透压力；减少水量损失；合理选用地下轮廓尺寸2、布置原则防渗设计一般采用防渗和排水相结合的原则，即在高水位侧采用铺盖、板桩、齿墙等防渗设施，用以延长渗径减小渗透坡降和闸底板下的渗透压力；在低水位侧设置排水设施，如面层排水、排水孔排水或减压井与下游连通，使地下渗水尽快排出，以减小渗透压力，并防止在渗流出口附近发生渗透变形。3、地下轮廓线布置(1)闸基防渗长度的确定根据公式21计算闸基理论防渗长度：(21)其中C为渗径系数，因为地基土质为中粉质壤土，查表取7,H为上下游最大水头差，为6.77m。L=7X6.

33、77=47.39m(2)防渗设备由于闸基土质以粘性土为主，防渗设备采用粘土铺盖，闸底板上、下游侧设置齿墙，为了避免破坏天然的粘土结构，不宜设置板桩。(3)防渗设备尺寸和构造。闸底板顺水流方向长度根据公式(20)计算：L底=AH根据闸基土质为中粉质壤土A取2.0，代入数据得L*AXH=2X6.77=13.54m底板长度综合考虑上部结构布置及地基承载力等要求，确定为15m闸底板厚度为t=9X1/6=1.5m,实际取为1.5m。齿墙具体尺寸见下图。(4)铺盖长度根据3到5倍的上、下游水位差，确定为30m铺盖厚度确定为:便于施工上游端取为0.6m,末端为2.5m以便和闸底板联接。为了防止水流冲刷及施工

34、时破坏粘土铺盖，在其上设置30cm厚的浆砌块石保护层，10cm厚的砂垫层。4、校核地下轮廓线的长度根据以上设计数据，实际的地下轮廓线布置长度应大于理论的地下轮廓线长度，通过校核，满足要求。铺盖长度+闸底板长度+齿墙长度=30+15+6.8=51.8m>47.39m其中齿墙的长度包括齿墙的下面的斜边3和两个直角边1和2,所以齿墙长度为2X(1+1+1X72)=6.8m,计算简图如右图：1附Z24.2排水设备的细部构造1、排水设备的作用采用排水设备，可降低渗透水压力，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

35、少渗压又避免渗透变形。2、排水设备的设计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。反滤层一般是由23层不同粒径的砂和砂砾石组成的。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；各层的颗粒不得发生移动；相邻两层间，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，其工作性能和效果应不随时间的推移和环境的改变而变差。本次设计中的反滤层由碎石，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

36、细砂(见下图)。反油层构造图（单位,em）铅直排水设计本工程在护坦的中后部设排水孔，孔距为2nl孔径为10cmi呈梅花形布置，孔下设反滤层。侧向排水设计侧向防渗排水布置（包括刺墙、板桩、排水井等）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情况综合考虑，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。3、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；后者设在粘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、消

37、力池本身的温度沉降缝内。在粘土铺盖与闸底板沉陷缝中设置沥青麻袋止水。其构造详图见下图。止水详图(单位：cm)4.3防渗计算1、渗流计算的目的：计算闸底板各点渗透压力；验算地基土在初步拟定的地下轮廓线下的渗透稳定性。2、计算方法有直线比例法、流网法和改进阻力系数法，由于改进阻力系数法计算结果精确，采用此种方法进行渗流计算。3、计算渗透压力(1)地基有效深度的计算。根据公式(22)当会5时,兀=O,SLo一当氏5时，二=(22)判断L0/S0=185,地基有效深度Te为Te=0.5X45=22.5m计算Te小于实际的地基透水层深度25m所以取小值Te=22.5m。(2)分段阻力系数的计算。通过地下

38、轮廓的各角点和尖端将渗流区域分成典型段，如图4所示30线流区域分段图(单位：m)其中1、9段为进出口段，用式(23)计算阻力系数；3、5、7段为内部垂直段，用式(24)计算相应的阻力系数；2、4、6、8段为水平段，用式(25)计算相应的阻力系数。各典型段的水头损失用式(26)计算。进、出口段：ak】.5俘)*+0.441(23)式中盘进、出口段的阻力系数：S-板桩或齿墙的入土深度海,T地基透水层深度，m。内部-I工段；&=3曰和书)式中E内部垂直段的阻力系数“水平段：(25)4L-0.7(S,+S,)息=!7式中友一水平段的阻力系数，L水平段长度,m,计算各断面的水头损失:(26)在e

39、xcel中编制公式可直接得出所有结果将计算结果列入表4-1中:表4-1各段渗透压力水头损失分段编号分段名称SSS2TL片hih；进口0.6一一22.5一0.4480.9900.333水平一01.921.9301.3092.8963.553垂直1.9一一21.9一0.0870.1930.193水平一002010.0500.1110.111垂直1一一21一0.0480.1050.105水平1.01.021130.5521.2221.222垂直1一一21一0.0480.1050.105水平一002010.0500.1110.371出口1.5一一21.5一0.4691.0370.777合计3.06H=

40、6.77H=6.77对于进出口段的阻力系数修正，按公式(27)、(28)、(29)计算:修正后的水头损失：二曲o(27)式中h。'进出口段修正后的水头损失值,m；八一按式(5.23)计算出的水头损失值，.阻力修正系数：/=L21-小；7(28)12l-p*1+2(亍+0.()591式中5,底板埋深与板桩人L深度之和，m：r板桩另一侧地基透水层深度，mo修正后的进、出口段水头投失将减小加A=(1-0')熊(29)A+修LE后水头损失的硬小值，m.将计算结果列入表4-2:表4-2进出口段的阻力系数修正表段另S'ho'Ahhx进口段0.621.90.340.33349

41、0.6573.553出口段2.5200.750.77690.2600.371(3)计算各角点的渗透压力值。用表4-1计算的各段的水头损失进行计算，总的水头差为正常挡水期的上、下游水头差6.77m。各段后角点渗压水头=该段前角点渗压水头一此段的水头损失值，结果列入表4-3。表4-3闸基各角点渗透压力值HH2伸H4H7H8H06.776.442.882.692.582.471.251.150.780.00(4)验算渗流逸出坡降。出口段的逸出坡降为：J=hi/S'=0.777/1.5=0.518，小于壤土出口段允许渗流坡降值J=0.500.60(查表得)，满足要求，不会发生渗透变形。绘制闸底

42、板的渗透压力分布图见右图。5闸室布置5.1底板和闸墩1、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)型式：常用的闸底板有平底板和钻孔灌注桩底板。由于在平原地区软基上修建水闸，采用整体式平底板，沉陷缝设在闸墩中间。(3)长度：根据前边设计已知闸底板长度为15m厚度根据前边设计已知闸底板厚度为1.5m2、闸墩设计(1)作用：分隔闸孔并支承闸门、工作桥等上部结构，使水流顺利的通过闸室。(2)外形轮廓：应能满足过闸水流平顺、侧向收缩小的，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。其长度采用与底板同长，为15m

43、(3)厚度为中墩1.2m,缝墩1.6m,边墩1.0m。平面闸门的门槽尺寸应根据闸门的尺寸确定，检修门槽深0.20m,宽0.20m,主门槽深0.3m,宽0.8m。检修门槽与工作门槽之间留2.6m的净距，以便于工作人员检修。(4)高度采用以下三种方法计算取较大值，根据计算墩高最大值为9.58m,1) H墩=校核洪水位时水深+安全超高=9.08+0.5=9.58m。2) H墩=®计洪水位时水深+安全超高=7.58+0.7=8.28m;3) H墩二正常挡水位时水深+Ah(波浪高加安全超高)=6.77+0.59+0.4=7.76m(式中波浪高度的计算请查阅相关书籍)另根据水闸设计规范中规定有防

44、洪任务的拦河闸闸墩高程(9.58+51.92=61.5m)不应低于两岸堤顶高程(61.5m),两岸堤顶高程为61.5m,故经比较后取闸墩高度为10.0m。缝墩尺寸见下图。缝墩尺寸详图5.2闸门与启闭机闸门按工作性质可分为工作闸门、事故闸门和检修闸门；按材料分为钢闸门、混凝土闸门和钢丝网水泥闸门；按结构分为平面闸门、弧形闸门等。1、工作闸门基本尺寸为闸门高8m宽9m,采用平面钢闸门，双吊点，滚轮支承。2、检修闸门采用叠梁式，闸门槽深为20cm宽为20cm,闸门型式如右图所示。架式检修闸门示立阳3、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，

45、操作灵便，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，门重不足的情况等。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很大的启闭力，但造价较高。在有防洪要求的水闸中，一般要求启闭机迅速可靠，能够多孔同步开启，这里采用卷扬式启闭机，一门一机4、启闭机的选型(1)根据水工设计手册平面直升钢闸门结构活动部分重量公式：G=0.012k支k材H-的B1.85(1)式中G一闸门结构活动部分重量，t;k支一闸门的支承结构特征系数，对于滑动式支承取0.8;对于滚轮式支承取1.0,对于台车式支承取1.3。k材一闸门材料系数，普通碳素结构钢制成的闸门为1.0;低合金结构钢制

46、成的闸门取0.8。H一孔口高度，取8mB一孔口宽度，取9nl将数据代入公式：G=0.012X1.0X0.8XgBW;EZgt,闸门的重力=17.29X103X9.8=169.442KN,考虑其它因素取闸门自重170KN(2)初估闸门启闭机的启门力和闭门力，根据水工设计手册中的近似公式：(2)Fq=(0.100.12)P1.2GFw=(0.100.12)P-1.2GP=h2b式中P平面闸门的总水压力，KN2Fq一启门力，KNFw一闭门力，KN代入数据得：1.1 O总水压力：P=-Yh2b=1/2X10X6.772X9=2062.48(KN)启门力：Fq=0.11X2062.48+1.2乂170=

47、430.87(KN)闭门力：Fw=0.11X2062.48-1.2X170=22.87(KN)由于闸门关闭挡水时，水压力P值最大。此时闸门前水位为6.77m,本次设计的水闸为中型水闸，系数采用0.11,经计算启闭力Fq为430.8728KN,闭门力Fq为22.8728KN。查水工设计手册选用电动卷扬式启闭机型号QPQ-2父40。5.3 上部结构1、工作桥工作桥是为了安装启闭机和便于工作人员操作而设的桥。若工作桥较高可在闸墩上部设排架支承。工作桥设置高程与闸门尺寸及形式有关。由于是平面钢闸门，采用固定式卷扬启闭机，闸门提升后不能影响泄放最大流量，并留有一定的富裕度。根据工作需要和设计规范，工作桥

48、设在工作闸门的正上方，用排架支承工作桥，桥上设置启闭机房。由启闭机的型号决定基座宽度为2m启闭机旁的过道设为1m启闭机房采用24砖砌墙，墙外设0.66m的阳台(过人用)。因此，工作桥的总宽度为6m由于工作桥在排架上，确定排架的高度即可得到工作桥高程。排架高度=闸门高+安全超高+吊耳高度=8+0.5+0.5=9m工作桥高程=闸墩高程+#架高+T型梁高=61.92+9+1=71.92m工作桥细部构造图见下图:工作桥细部构造图（单位：cm）2、交通桥交通桥的作用是连接两岸交通，供车辆和人通行。交通桥的型式可采用板梁式。交通桥的位置应根据闸室稳定及两岸连接等条件确定，布置在下游。仅供人畜通行用的交通桥

49、，具宽度不小于3m行驶汽车等的交通桥，应按交通部门制定的规范进行设计，一般公路单车道净宽为4.5m,双车道为79m本次设计采用桥宽6m,其中人行道1m具体尺寸如下图所示。23U1C-4n交通桥细部构造图单位3E】）3、检修桥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采用预制T型梁和活盖板型式。尺寸如下图所示。5.4 闸室的分缝与止水水闸沿轴线每隔一定距离必须设置沉陷缝，兼作温度缝，以免闸室因不均匀沉陷及温度变化产生裂缝。缝距一般为1530m缝宽为22.5cm。整体式底板闸室沉陷缝，一般设在闸墩中间，一孔、二孔或三孔一联为独立单元，具优点是保证在不均匀沉降时闸孔不变形，闸门

50、仍然正常工作。凡是有防渗要求的缝，都应设止水设备。止水分铅直和水平两种。前者设在闸墩中间，边墩与翼墙间以及上游翼墙本身；后者设在铺盖、消力池与底板，和混凝土铺盖、消力池本身的温度沉降缝内。本次设计缝墩宽1.6m,缝宽为2cm,取中间三孔为一联，两边各为两孔一联。6闸室稳定计算6.1 设计情况及荷载组合1、设计情况选择水闸在使用过程中，可能出现各种不利情况。完建无水期是水闸建好尚未投入使用之前，竖向荷载最大，容易发生沉陷或不均匀沉陷，这是验算地基承载力的设计情况。正常挡水期时下游无水，上游为正常挡水位，上下游水头差最大，闸室承受较大的水平推力，是验算闸室抗滑稳定性设计情况。泄洪期工作闸门全开，水位差较小，对水闸无大的危害，故不考虑此情况。本设计地震烈度为6度,不考虑地震情况。2、完建无水期和正常挡水期均为基本荷载组合。取中间三孔一联为单元进行计算，需计算的荷载见表6-1所小。表6