水闸工程设计万能模板

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毕业设计任务书

设计题目：

开封市赵口灌区东二干渠老饭店节制闸工程设计

一、毕业设计的目的

1．稳定所学的基础理论知识和专业知识，并能运用于实际设计工作中，培养独立分析和解决问题的能力。

2．明确当前工程建设的任务，执行党和政府的有关政策，培养正确的设计思想，把握现代设计方法。

3．擅长运用图表和文字表达设计意图，能运用有关参考书籍手册和规范。4．了解国内最新的科学技术成就，并能适当地运用到设计中。

二、主要设计内容

本次设计主要是对东二干渠老饭店节制闸初步设计。本设计的重点部分是：工程布置设计及其稳定校核，其中主要内容包括水闸等级及洪水标准的确定、工程布置设计、防渗排水设计、消能设计和渗流稳定校核、闸室抗滑稳定校核。具体如下：

1．水闸等级及洪水标准的确定

由于实测资料太少，为了加强其代表性，对实测资料进行展延，参与历史洪水，并对实测洪水系列中的特大洪水进行特大值处，水闸等级照基本资料确定。

2．工程布置设计

参照水闸设计规范SL265-2023，按确定的设计洪水标准初步拟定闸孔净宽，进行闸室及两岸连接建筑物设计、消能防冲设计和防渗排水设计。

4．稳定校核

参照水闸设计规范SL265-2023，按水闸布置设计确定的相关参数，选择设计和校核工况进行渗流稳定校核，选取不同工况进行水闸抗滑稳定校核。

三、重点研究问题

1．水力计算；2．闸室稳定；

四、主要技术指标或主要设计参数

1.过闸设计流量为60.55m/s2.工程等别IV3.建筑物级别4级

4.[KC]——沿闸室基底面的抗滑稳定安全系数允许值，基本组合取1.20，特别组合取1.05

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五、设计成果要求

设计成果包括：说明书1份和设计图纸4张（A1）及电子文档。

六、其它

毕业设计进度安排：

第1周：实地查勘，熟悉工程概况，完成开题报告。第2～5周：完成小片地形测量。

第6～7周：确定水闸结构形式，完成水闸水力计算以及结构计算。

第8～10周：对水闸基础闸底板液化提出地质处理看法。第11～12周：完成所有施工图设计。第13周：整理毕业设计第14周:毕业辩论

华北水利水电学院本科生毕业设计（论文）开题报告

学生姓名题目名称课题来源学号专业开封市赵口灌区东二干渠老饭店节制闸工程设计

工程概况：东二干渠从总干渠末端（总干渠桩号27+545）引水，渠道沿运粮河东侧南下至扇车李折向东，途径老饭店、米店，于刘元寨转向东南，经张坟、余元，在小城村退入涡河故道，全长36.8km，渠首至刘元寨枢纽段设计流量为60.55m3/s，根据所处地域的土壤类别及性能，渠道设计横断面采用单式梯形断面，边坡为1:3，并参考自然地面坡降和浇灌要求水位，选用渠道设计纵比降为1/4500，水深2.42m，底宽18m，堤顶宽左右岸均为5m,超高为1m,糙率为主要内容0.0225。主要建筑物特性：老饭店节制闸位于东二干渠13+465处，设计流量Q=60.55m/s，上下游渠道水深均2.42m，闸前流速V0=0.99m/s，设闸前壅高水位为0.1m,闸上、下游水位分别为74.03m、73.93m。地质资料：闸址处在钻孔揭露深度范围内，主要为低液限粉土和低液限粘土，地层分布稳定，厚度变化不大，均匀性较好。本场地存在液化问题，液性指数3.697～6.418，液化等级为微弱液化～中等液化，液化位置主要集中在地表下4m内的①、②层，由于水工建筑的重要性，建议针对4m内的土层进行处理，消除液化影响。主要参照执行的规程、规范有：⑴《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252-2000；⑵《浇灌与排水工程设计规范》GB50288-99；⑶《水工混凝土结采取的主要技术路构设计规范》SL/T191-96；⑷《水闸设计规范》SL265-2023；⑸《马路桥涵设计通用规范》JTGD60-2023；⑹《混凝土结构设计规范》GB50010-2023；⑺《水3线或方法利水电工程施工组织设计规范》SL303-2023；⑻《节水浇灌工程技术规范》GB/T50363-2023；⑼《水工建筑物抗震设计规范》SL203-97；⑽《堤防工程设计规范》GB50286-98；⑾《地基处理技术规范》JGJ79-91。毕业设计说明书1份预期的成果及形式2000字左右英文翻译设计图纸不少于4张

设计时间安排如下：第1周：实地查勘，熟悉工程概况，完成开题报告。第2～5周：完成小片地形测量。第6～7周:确定水闸结构形式,完成水闸水力计算以及结构计算。时间安排第8～10周：对水闸基础闸底板液化提出地质处理看法。第11～12周：完成所有施工图设计。第13周：整理毕业设计第14周:毕业辩论指导教师看法

3工程任务和规模

3.1建筑物级别

老饭店水闸枢纽工程等别为IV，老饭店节制闸设计洪水标准20年一遇，过闸流量60.55m3/s，根据水闸设计规范SL265-2023,本水闸按IV级建筑物设计。

3.2工程布置

老饭店节制闸位于东二干渠13+465处，闸轴线与河道中心线平行，稍偏于右岸。工程总长75.5m，由进口段(上游翼墙、铺盖、护底、两岸护坡及上游防冲槽)、闸室段(地板、闸墩、闸门、胸墙、工作桥、及交通桥等)、出口段(护坦、海漫、下游防冲槽、下游翼墙及护坡等)组成。

3.3工程任务和规模

闸过流能力不满足规划要求，工程建筑质量不合格，存在严重安全隐患；渗流性态担忧全，屡屡发生渗透破坏现象；工程结构存在严重安全问题。老饭店节制闸如采取除险加固，安全上不能达到相应要求，经济上花费较大，故老饭店节制闸须拆除重建，本次设计为南闸拆除重建工程初步设计。闸址为原址，根据规范，既要考虑枢纽上游不能淤积，又要考虑下游不能淤积和过分冲刷，查看原工程的使用状况，参考选用原闸底板高程。

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4工程设计

4.1设计基本参数

节制闸下游水位可由田间地面高程推算，过闸水头损失取0.1～0.2m，以此确定节制闸上游水位为74.03m，下游水位73.93。

消能防冲设计

根据闸门运行制度，确定下游水位流量关系曲线，以出闸水流最大能量为消力池设计依据。

闸室稳定计算

设计状况：上游水位74.03.0m，下游72.61m；校核状况：上游水位74.03m，下游72.91m。

4.2结构布置和材料

工程布置总体上分为上游段、闸室段、下游段。

上游段包括上游翼墙、铺盖、护底、两岸护坡及上游防冲槽。它的作用是引导水流平顺地进入闸室，上游翼墙的作用引导水流平顺地进入闸孔并起侧向防渗作用。铺盖主要起防渗作用，其表面应满足抗冲要求。护坡、护底和上游防冲槽保护两岸土质、河床及铺盖头部不受冲刷。

上游段有扭面铺盖段，扭面采用M7.5浆砌石，与旧闸下游护坡相连接，边坡与旧边坡保持一致1：3；河底高程71.61m，扭面顶部高程74.93m；铺盖长15m，厚度0.3m，采用C20钢筋混凝土。

闸室段包括地板、闸墩、闸门、胸墙、工作桥、及交通桥等。地板是闸室的基础，承受闸室全部荷载，并均匀地传给地基，此外，还有防冲、防渗等作用。闸墩作用是分隔闸孔并支承闸门、工作桥等上部结构。闸门作用是挡水和控制下泄水流。工作桥拱安置启闭机和工作人员操作之用。交通桥的作用是连接两岸交通。

闸室段长9米，采用C25混凝土，中墩厚度0.8m，底板厚度0.8m，底板顶部高程71.61m；墩顶高程75.41m；闸门采用钢闸门。

上部为C25砼排架结构，启闭机室，20t启闭机5台；启闭机室采用框架结构，现浇C25砼启闭机梁板及屋面。

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下游段包括护坦、海漫、下游防冲槽、下游翼墙及护坡等。下游翼墙引导水流均匀扩散兼有防冲及侧向防渗等作用。护坦具有效能防冲作用。海漫的作用是进一步消除护坦出流的剩余动能，扩散水流，调整流速分布，防止河床受冲。下游防冲槽的作用是避免冲刷向上游扩展。

下游段包括护坦、消力池、扭面和海漫护坡。消力池厚度0.5m，海漫高程71.51m；护坡顶部高程74.73m。

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5闸孔设计

5.1闸孔型式选择

闸孔型式一般有宽顶堰型、低实用堰和胸墙孔口型三种。它们的特点为：

宽顶堰型是水闸中最常用的地板结构型式。其主要优点是结构简单、施工便利、泄流能力比较稳定，有利于泄洪、排沙、排淤、通航等；其缺点是自由泄流时流量系数较小，简单产生波状水跃。

低实用堰型有梯形、曲线型、和驼峰型。实用堰自由泄流时流量系数较大，水流条件较好，选用适合的堰面曲线可以消除波状水跃；但泄流能力受尾水位变化的影响较为明显，当hs>0.6H以后，泄流能力将急剧降低，不如宽顶堰泄流时稳。上游水位较大时，采用这种孔口形式，可以减小闸门开度。

胸墙孔口型用于上游水位变幅较大，过闸流量较小时，常采用胸墙孔口型。可以减小闸门高度和启闭力，从而降低工作桥高和工程造价。

本设计地点在平原地区，水头差较小，上游水位变幅不大，要求泄流能力稳定，从而排除低实用堰型和胸墙孔口型，采用宽顶堰型。

5.2闸址选择

节制闸闸址宜选择在河道顺直、河势相对稳定的河段，经技术经济比较后也可选择在弯曲河道裁弯取直的新开河道上。选择闸址应考虑材料来源、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汛抢险等条件。选择闸址还要考虑以下要求：占用土地及拆迁房屋少；尽量利用周边已有马路、航运、动力、通信等工用设施；有利于绿化、净化、美化环境和生态环境保护；有利于开

展综合经营。本设计综合以上因素，决定在原址处重建。

5.3闸地板高程的确定

地板应置于较为坚实的土层上，并应尽量利用自然地基。在地基强调能够满足要求的

条件下，底板高程定得高些，闸室稳定得高些，闸室宽度大，两岸连接建筑物相对较低。对于小型水闸，由于两岸连接建筑在整个工程中所占比重较大，因而总的工程造价可能是经济的，在大型水闸中，由于闸室工程量所占比重较大，因而适当降低底板高程，往往是有利的。当然，底板高程也不能定的太低，否则，由于单款流量加大，将会增加下游效能防冲的工程量，闸门增高，启闭设备的容量也随之增大。

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选择底板高程前，首先确定适合的最大过闸单宽流量，它取决于闸下游河渠的允许最大单宽流量。允许最大过闸单宽流量可按下游河床允许最大单宽流量的1.2～1.5倍确定。

一般状况下，节制闸的底板顶面可与河床齐平。考虑经济条件，本设计采取底板顶面与河床齐平。

5.4闸孔宽度计算

本闸设计流量Q=60.55m3/s，上下游渠道水深均2.42m，闸前流速V0=0.99m/s，设闸前壅高水位为0.1m,闸上、下游水位分别为74.03m、73.93m，则闸上水深h=2.42m,hs=2.32m。

过水断面面积A：A=(b?mh)h=(18+2.42*3)*2.42=60.13m2行进流速v0?QA?60.5560.13?0.99m/s

?H?v0/2g?2.42?0.9922计入行进流速的堰上水深H0/19.62?2.47m

堰顶算起的下游水深hs=73.93-71.61=2.32m由于

hsH0?2.322.47?0.94?0.9，根据《水闸设计规范》SL265—2023[2]，对于平底闸，

当堰流处于高吞噬度，即

hsH0?2.322.47?0.94?0.9，闸孔总净宽可按下式计算：

Qμ0hs2g(H0-hs)B0=

u0=0.877+(hsH-0.65)2

式中：B0——闸室总净宽（m）；

μ0——吞噬堰流的综合流量系数；

3——设计流量（m/s）；

Q

H0hs——计入行进流速的堰上水深（m）；

——堰顶算起的下游水深（m）。

Qμ0hs2g(H0-hs)则：B0==15.64m

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压力扬压力渗流压力合计186.54-254.21956879.63浮托力-759.423556.174738.4213696.13

9.5闸室基底应力计算

根据《水闸设计规范》SL265—2023[2]7.3.4条规定：当结构布置及受力状况对称时，闸室基底应力可按以下公式计算。

PPminmaxmaxmin??G??MAW??G?1?6e?

A???B?式中：——闸室基底应力的最大值或最小值；

?G——作用在闸室上的全部竖向荷载（包括闸室基础底面上的扬压力在内，

KN）；

?M——作用在闸室上的全部竖向和水平向荷载对于基础底面垂直水流方向

的形心轴的力矩（kNm）；

A——闸室基底面的面积（m）；

W——闸室基底面对于该底面垂直水流方向的形心轴的截面矩（m）；e——竖向力对底板底面中心的偏心距；e?B——底板顺水流方向长度（m）。

各种状况下，闸室基底应力具体计算结果见表9—6。

表9—6闸室基底应力计算表

计算状况完建状况设计状况?G（kN）2832.562054.14B2?3

2?M?G（m）；

?M（kNm）11947.638689.05A（m）2B（m）e（m）3.820.04PmaxPmin（KPa）（KPa）59.6841.3257.4638.19181.2181.29.09.036

校核状况19568957.71181.29.0-0.0443.1641.72

9.6地基承载能力验算

已知地基允许承载力[P]为100(kPa）。基底压力不均匀系数??Pmaxpmin的允许

值[?]由《水闸设计规范》SL265—2023[2]表7.3.5可知：基本组合[?]=1.5～2.0；特别组合[?]=2.0。验算P?

表9—7验算P计算表

完建状况设计状况校核状况Pmax（KPa）Pmin（KPa）?Pmax?Pmin2??P?

[P]（KPa）P（KPa）?59.6841.3243.1657.4638.1941.7258.5739.7642.44100100100经验算，符合设计要求。（1）验算Pmax?1.2?R?

具体计算见表

表9—8验算Pmax计算表

完建状况设计状况校核状况Pmax（KPa）1.2[P]（KPa）12012012059.6841.3243.16经验算，符合设计要求。（2）验算??PmaxPmin????

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表9—9验算?计算表

完建状况设计状况校核状况Pmax（kPa）Pmin（kPa）87.485.162.3563.3?[?]1.021.031.031.5~2.01.5~2.02.064.8965.9经验算，符合设计要求。

9.7闸室抗滑稳定计算

闸底板上、下游端设置的齿墙深度为0.7m，按浅齿墙考虑，闸基下没有柔弱夹层。根据《水闸设计规范》SL265—2023[2]，采用公式KC?式中：

Kcff??G?H??K?进行计算。

——沿闸室基底面的抗滑稳定安全系数；

——闸室基底面与地基之间的摩擦系数；

?G——作用在闸室上的全部竖向荷载（kN）；?H——作用在闸室上的全部水平向荷载（kN）。

其中，摩擦系数f可由《水闸设计规范》SL265—2023表7.3.10查得为0.35。

抗滑稳定安全系数的允许值由《特别组合?K?=1.05。

表9—10闸室抗滑稳定计算表

设计状况校核状况?H（kN）?G（kN）2054.141956178.97186.54fSL265—2023：基本组合?K?=1.20；

Kc[K]0.350.354.013.851.201.05

经计算，满足抗滑稳定要求。

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10基础处理

本工程对东二干老饭店枢纽节制闸处进行了勘察。地址勘察报告说明：闸址处在钻孔揭露深度范围内，主要为低液限粉土和低液限粘土，地层分布稳定，厚度变化不大，均匀性较好。本场地存在液化问题，液性指数3.697～6.418，液化等级为微弱液化～中等液化，液化位置主要集中在地表下4m内的①、②层，由于水工建筑的重要性，建议针对4m内的土层进行处理，消除液化影响。

针对地址勘察报告中提出的地表下4m内的①、②层土饱和状态下应考虑振动液化的问题，依据《水闸设计规范》（SL-2023）中‘8.4地基处理设计’,选取采用强力夯实法来解决这一问题。

本年度老饭店枢纽节制闸工程地基强夯达到的技术要求：闸础地基承载力≥100kpa；压缩模量Es≥20Mpa；

处理深度≥5m,长度≥30m,宽度≥20m。

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11强夯方案设计

强夯法处理地基效果主要取决于方案的设计，强夯方案设计的合理就能达到预期的效果，相反，不仅事倍功半，而且，有可能破坏地基，强夯方案设计主要根据场地的工程地质条件和要求的提高承载力和改善均匀性的预期效果，合理的选择夯击能夯锤面积，恰当地确定夯与及夯击数及施工条件。

强夯法加固非饱和土基于动力压密的概念。目前设计上基本是半经验的，还没有一套成熟完善的理论和计算方法，因此强夯施工前，应在施工现场进行试夯或试验性施工。

11.1试夯设计

（1）、夯击能选择

A、按Menard修正公式，用下式计算H=αw.h/10

式中：H—加固深度W—锤重h—落距

α—修正系数，取0.5，

按《地基处理技术规范》JGJ79-91有关说明，强夯法的有效加固深度应根据现场试夯或当地经验确定。在缺少试验资料或经验时可按下表预估：

单击夯击能（KN·m）碎石土、砂土等粉土、黏性土、湿陷性黄土等5.0～6.0m6.0～7.0m7.0～8.0m8.0～8.5m>8.5～9.0m20005.0～6.0m30006.0～7.0m40007.0～8.0m50008.0～9.0m60009.0～9.5m注：强夯法的有效加固深度应从起夯面算起。

因此，试夯时确定如下夯击能：采用的夯击能约2000KN.M(单击),因此本工程考虑的桩锤20T，起吊高度10m，其单击能达2000KN.m，夯锤用园形，直径2.5m。

（2）试夯方案

试夯的目的是选择有关施工参数，恰当地选择夯间点矩、每点击数和夯击遍数。

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表5—1闸孔设计水位组合表计算状况设计状况校核状况闸前水位（m）74.0374.03闸后水位（m）73.9373.93过水流量（m3/s）60.5561.31校核状况下:

过水断面面积A：A=(b?mh)h=(18+2.42*3)*2.42=60.13m2行进流速v0?QA?61.3360.13?1.01m/s

2计入行进流速的堰上水深H0?H?v0/2g?2.42?1.012/19.62?2.50mm堰顶算起的下游水深hs=73.93-71.61=2.32m由于

hsH0?2.322.50?0.95?0.9，根据《水闸设计规范》SL265—2023[2]，对于平底闸，当堰

hsH0流处于高吞噬度，即?0.9时，闸孔总净宽可按下式计算：

Qμ0hs2g(H0-hs)B0=

u0=0.877+(hsH-0.65)2

式中：B0——闸室总净宽（m）；

μ0——吞噬堰流的综合流量系数；

3——校核流量（m/s）；

Q

H0hs——计入行进流速的堰上水深（m）；

——堰顶算起的下游水深（m）。

则：

B0=

Qμ0hs2g(H0-hs)=17.1m

B0取两种状况下的最大值，即B0=17.5m

根据设计具体条件，本节制闸设为5孔，闸孔每孔宽为3.5m。确定闸孔总宽度

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（1）设计闸墩厚度

根据经验，一般钢筋混凝土闸墩厚0.7～1.2m,本设计中墩厚取1.22m，边墩厚取0.8m。（2）铅直止水缝宽

一般缝宽为2～3cm,本设计采用2cm。

（3）闸孔总宽度

L?5*350+5*80+120+2=2272m。详见下图：

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6消能设计

6.1消能方式

对于山区浇灌渠道上的节制闸假使下游是坚硬的岩体，又具有较大的水头时，可以采用挑流消能；当下游河道有足够的水深且变化较小，河床及河岸的抗冲能力较大时，可采用面流式衔接；平原地区的水闸，由于水头低，下游水位变幅大，一般采用底流式效能。底流式消能的作用是通过在闸下产生一定吞噬度的水跃来保护水跃范围内的河床免遭冲刷。吞噬度过小，水跃不稳定，表面旋滚前后摇摆；吞噬度过大，较高流速的水舌潜入底层，由于表面旋滚的剪切，掺混作用减弱，消能效果反而减小。吞噬度取1.05～1.10较为适合。本设计地址处于平原地区，水头低，下游水位变化不大，所以采用底流式效能。

6.1验算过流能力

用堰流计算公式Q?B0σεm2gH03/2计算过流能力。

hsH0(1?hsH0)0.4式中：?——堰流吞噬系数，可由??2.31计算求得；

ξ——堰流侧收缩系数，由《水闸设计规范》SL265—2023[2]表A.0.1-1可取

0.91；

m——堰流流量系数，可取0.385。

（1）设计状况下：

??2.31*2.322.47(1?2.322.47)0.4=0.89

33Q=61.00m/s>60.55m/s

满足要求（2）校核状况下：

33Q=62.34m/s>61.31m/s

满足要求。

6.2下游水位与流量关系

根据水闸所在河流横断面图，算下游水位与流量关系。用明渠均匀流公式进行计算，公式如下：

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R=

Aχ

Q=ACC=1n1RiR6

式中：A——过流断面面积，（m2）；Q——下泄流量，（m3/s）；

1C——谢才系数，（m2/s）；R——水力半径，（m）；n——糙率，n=0.0225；

χ——过水断面湿周，（m）；??b?1?m2hi——渠道底坡，1/4500

6.3消能计算

本水闸工程采用底流式消能,设消力池。根据经验，消力池深度最大值出现在闸门局部开启，出流为中小流量，水位差较大时，计算消力池长度应对不同开启孔数和不同开启高度进行计算，找出最大值。

6.3.1消力池深度计算

消力池的深度是各种流量下所需消能池深度的最大值。(hc''?hs')最大值时的流量为消力池池深的设计流量。

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根据《水闸设计规范》SL265—2023[2]和《水力学》[3]，具体计算公式如下:闸孔出流的流量：跃后水深：h?''cQ=uben2gH08q23

)0.25hc2(1?,,ghc?1)(,b1b2，（

b1b2近似为1）

消力池深度：d?σ0hc-hs-Δz挖池前收缩水深：hc?ε'挖池后收缩水深：hc-T0hc?αq22'232αq2g22?0

出池落差：?z?式中：

2g?hs?-αq2gh2'2c

b1—消力池首端宽度(m)；b2—消力池末端宽度(m)

e——闸孔开度，(m)；

u——流量系数，u?0.60?0.176eH；

H?H0H——闸前水头，(m)，由于行近流速较小，所以令

；

ε——垂直收缩系数，查《水力学》[3]（上册），P329表8.8可知；

σ0——水跃吞噬系数，采用1.05；

α——水流能动校正系数，采用1.0；q——过闸单宽流量，

T0(m/s)2；

——由消力池底板顶面起算的总势能，(m)；

φ——流速系数，查《水力学》[3]（下册）P5表9.1采用0.98；

hs'——下游河床水深,(m),根据流量由图2—2可查得。

收缩水深计算

h3c??0h2C?aq22

式中：

2g??0

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hc—收缩水深(m)；

T0—由消力池底板顶面算起的总势能(m)；q—过闸单宽流量(m3/s/m)；

a—水滚动能校正系数，“规范〞中可采用1.0-1.05，本设计取为1.0；

?—流速系数，“规范〞规定，一般采用0.95。

②跃后水深计算

h\hCC?2(1?8aq2gh3?1)(b1.25Cb)02

式中：

h\C—跃后水深(m);

b1—消力池首端宽度(m)；b2—消力池末端宽度(m)

③出池落差计算

?Z?aq22g?2h'2?aq2S2gh\2C

式中：

ΔZ—出池落差(m);

h'S—出池河床水深(m);

④消力池深度计算

d??\'0hc?hs??z

式中：d—池深(m)

?0—水跃吞噬系数,取为1.10。

确定消力池池深

由计算,消力池池深为：d=0.5m。

对应的h\c?1.46mhc?0.25m

6.3.2消力池长度计算

①水跃长度计算

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Lj?6.9(hc?hc)\

式中：Lj—水跃长度(m)

②消力池长

Lsj?Ls??Lj

式中Lsj—消力池长度(m)；

Ls—消力池斜坡段投影长；

?—水跃长度校正系数，《规范》中可取为0.7-0.8，本设计取为0.75。

算出消力池长Lsj=16.5m

6.3.2消力池底板厚度的计算

消力池底板厚度必需同时满足抗冲和抗滑要求。前者取决于作用在底板表面的水流冲击力，后者取决于作用在坝基上的渗透压力。

水流冲击力随着消力池的纵向距离而逐渐减弱，直至水跃尾部邻近消失，所以该处的底板厚度只需满足构造要求即可；同样，在底流消能状况下，为获得较好的消能效果，把水跃控制在消力池斜坡末端，这样斜坡上的扬压力大于其它部位，特别是跃首部位。因此，无论是根据抗冲或是抗滑要求，首先从抗冲或是抗滑要求计算池首底板厚度，然后取其中最大值的1/2为底板末端厚度，但不能小于0.5m，对于小型水闸可取0.3m。

根据《水闸设计规范》SL265—2023[2]B.1.3消力池的厚度可根据抗冲和抗滑要求，按下式计算，并取最大值。

抗冲t=k1qΔH'

t?k2U?W?mPrb抗浮

式中：t——消力池底板始端厚度，(m)；

ΔH'

——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0.15～0.20，本设计采用0.18；

k2——消力池底板抗浮安全系数，可采用1.1～1.3，本设计采用

1.2；

U——作用在消力池底板底面的扬压力，(KPa)；

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W——作用在消力池底板顶面的水重，(KPa)；

Pm——作用在消力池底板底面的脉动压力，(KPa)，其值可取越前收缩断面

流速水头值的5%；

（KN/mrb——消力池底板的饱和重度，

q3），本设计为25KN/m3；

——确定池深时过闸单宽流量，(m2/s)，为2.543m2/s。

综合设计与校核状况下计算出的消力池底板厚度，并且根据规范要求消力池底板厚度不小于0.3m,且消力池末端厚度采用，但不宜小于0.5m。所以本设计消力池底板厚度取

2t0.5m。

6.3.3消力池构造

底流式消力池设施有三种型式：挖深式、消力槛式和综合式。当闸下游水深度小于跃后水深时，可采用挖深式消力池消能;当闸下尾水深度略小于跃后水深是，可采用消力槛式消力池；当闸下尾水深度远小于跃后水深，且计算消力池深度又较深时，可采用挖深式与消力槛式相结合的综合消力池。本设计下游水深度小于跃后水深，所以选用挖深式。消力池与基础底板，翼墙及海漫间均用沉降缝或温度缝相互分开，以适应不均匀沉陷及伸缩。

消力池底板分缝，顺水流方向纵缝与基础底板的纵缝错开，不设垂直方向的横缝。纵缝以不大于20～30m为宜，在此取4m，缝内填筑可伸缩材料，消力池的缝兼有防渗作用，缝内需配置止水带。

为减少消力池底板上的扬压力，可在池底板后半部分设置排水孔，孔径一般为5～25cm,在此取10cm,间距1～3m,在此取1.5m。排水孔以梅花形排列，并在该部位的整个底板下面铺设反滤层，但不宜将排水孔设置于斜坡段末端或水流收缩断面处，以免排水孔下土料被急流形成的局部真空所吸出。为了加强护坦板的抗滑稳定性常在消力池末端设置齿墙。消力池末端寻常还设有尾坎，其作用是雍高池内水位，促使消力池能在下游水位不足时形成水跃，并控制缩短水跃长度，将出流挑向水面，调整出池水流的流速分布，促进出池水流的扩散作用，以减小下游河床的冲刷。

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消力池具体布置详见图。

消力池布置图（单位：cm）

6.4海漫长度计算

Lp?kSq??H?

式中：

Lp—海漫长度(m)；

—消力未端单宽流量（m3/s/m）；

—海漫长度计算系数，按《规范》附表2.7中粉砂土质取为14；

q?kS?H?—泄水时的上、下游水位差（m）。

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综合设计与校核状况，由计算表分析最终确定海漫长度为25m。

经计算该闸消力池池深采用0.5m，消力池底板厚采用0.5m，消力池长采用16.5m，海漫长采用25m，为防止下游渠底冲刷，采用护坡、护坦与下游渠道连接，末端设有齿墙。

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7防渗排水布置

7.1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、减小渗透坡降和底板下的渗透压力；在低水位侧设置排水设施，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）初拟闸基防渗长度应满足:

L?C??H

式中:L闸基防渗长度，即闸基轮廓线防渗部分水平段和垂直段长度的总和（m）；

C允许渗径系数值。由本工程为中粉质壤土，取9；

?H上、下游最大水头差(m)。

则，L=9×2.42=21.78(m)

2）防渗设备

由于闸基土质以黏性土为主，防渗设备采用黏土铺盖，闸底板上、下游侧设置齿墙，为了避免破坏自然的黏土结构，不宜设置板桩。

3)防渗设备尺寸及构造

1.闸底板顺水流方向长度根据闸基土质，系数A取3，则L=3×2.42=7.26m；

经综合考虑上部结构布置及地基承载力等要求，确定闸底板长度为9m。2.粘壤土地基可取（2.0～4.0）倍的上下游水位差，则闸底板厚度取0.8m；3.齿墙深度取为0.7m；

4.铺盖长度3-5倍上下游水头差,取25m，为便于施工，铺盖上下游齿墙深度采用0.7m。4）校核地下轮廓线的长度

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。根据以上设计数据，通过校核，满足要求。

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闸基防渗长度=铺盖长度+闸底板长度+齿墙长度=38.6m＞21.78m,

7.2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，应根据地质状况和水闸的工作条件，做到既减小渗压又避免渗透变形。

2.排水设备的设计

（1）铅直排水。本工程在护坦设排水孔，孔距为1m,孔径为10cm，呈梅花形布置，孔后设反滤层。

（2）水平排水。反滤层上部为300g/m3的土工布，下部为10cm的粗沙垫层。3．止水设计

凡是有防渗要求的缝，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降缝、消力池与底板温度沉降缝、翼墙和消力池本身的温度沉降缝内。

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7.3渗流计算

7.3.1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。

7.3.2计算方法

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确切，采用此种方法进行渗流计算。

地下轮廓线布置及典型流段的划分

水闸地下轮廓线布置及典型流段划分见图7－3

图7－3地下轮廓线布置及典型流段划分图

7.3.3闸基渗流计算

依据文献[2]，采用改进阻力系数法对该闸的基底渗流进行核算。7.3.3.1有效深度的确定

地下轮廓水平投影长度L0=34m，地下轮廓垂直投影长度S0=1.5m，L0/S0=34/1.5=22>5，

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Te?0.5L0?11m，因地下不透水层较深，则有效深度确定为17m。

7.3.3.2计算各段的阻力系数及水头损失

首先将渗流区按地下轮廓线形状分为若干个典型渗流段，然后计算各段阻力系数?i和水头值hi。

首先计算阻力系数，采用如下公式：进出口段：

?0?1.5()3/2?0.441(5-25)

TS内部水平段：

?x?L?0.7(S1?S2)T(5-26)

内部垂直段：

?y?相关参数的取值见图5-4。

S1S2内部水平段2?lnctg[?4(1?ST)](5-27)

STTS进口段和出口段内部垂直段TL

图7-3-1典型流段的阻力系数计算示意图

计算结果见表。

阻力系数计算成果表位置进口段出口段流段序号11335内部垂直段791.001.5015.5016.000.060.09S1.502.501.001.00T17.0017.0016.5016.50ξ0.480.530.060.0624

11阻力系数计算成果表位置流段序号24水平段681012S101001.501.5016.000.09S201001.50HnL0.5210.5110117Tξ0.031.190.030.070.490.0716.515.514.51614.5依次算出各渗流段的阻力系数，并利用公式hi??i计算各段水头损失。

i??i7.3.3.3进出水处水头损失修正公式，

见文献[2]公式C.2.4-3：

??1.21?[12(1T'T)?2][2S'T(5-28)

?0.059]式中：β—阻力修正系数，当计算β≥1.0时，采用1.0；

S′—齿墙入土深度，m；

T′—齿墙另一侧地基透水层深度，m。

计算结果见表7-3-2。

表7-7-2修正值计算表

参数位置进口出口Sˊ1.51.5Tˊ15.515.5T1717β0.6428680.6428687.3.3.4进出口段齿墙不规则部位修正

参照文献[2]附录C中的C.2.5计算，水头损失值见表7-3-3

表5-10渗流计算表（校核工况）流段序号阻力系数ξ水头损失hi(m)Δh1(m)进出口修正(m)Δh2(m)齿墙修正(m)渗透坡降J12340.480.030.061.190.820.050.102.030.530.050.102.030.530.060.122.300.530.060.212.170.300.040.212.170.200.090.150.1125

56789101112130.060.030.060.070.090.490.090.070.530.100.060.110.120.160.840.160.120.900.100.060.110.120.160.840.160.120.680.120.060.130.130.180.960.180.130.680.120.060.130.130.180.961.000.240.680.090.050.090.100.140.721.000.240.430.060.090.090.100.060.100.470.240.17

7.3.3.5出口段、水平段渗透坡降演算

渗流出口段：采用公式J0?故闸基渗流满足规范要求。

水平段：采用公式J水平?h0L'h0s''基底土质为粉质砂壤土，查表得[J0]=0.40~0.50，＜[J0]，

＜[J]，查表得[J]=0.15~0.25，渗流出口处设有滤层，根

据规范，可增大30%，即[J]=0.195~0.325，取[J]=0.25，故闸基渗流满足规范要求。

26

8闸室结构布置

8.1闸室底板

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。

结合本工程的泄洪引水状况、地质条件及上下游水位状况，设计中本节制闸底板采用平底板。

根据《水闸设计规范》SL265-2023[2]规定：闸室底板厚度应根据闸室地基条件、作用荷载及闸孔净宽等因素，经计算并结合构造要求确定。对于大、中型水闸，闸室平底板厚度可取闸孔净宽的1/6～1/8,其值约为1.0～2.0m，最小厚度不宜小于0.7m。闸室底板顺水流方向的长度应根据闸室地基条件和结构布置要求，以满足闸室整体稳定和地基允许承载力为原则，进行综合分析确定。齿墙深度采用0.5～1.5m。

初步拟定：闸室底板厚度取0.8m。闸室顺水流方向的长度取L=9m，齿墙深度取0.7m，齿墙底宽取0.5m，斜坡比取1:1。

图5—1闸室底板截面图（单位：cm）

8.2闸墩

闸墩的作用是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。

8.2.1闸墩顺水流方向的长度

闸墩长度的选定应满足两个因素：①闸墩长度应满足上部结构布置要求。②要使闸室基底荷载强度顺水流方向的分布在各种工作条件下都比较均匀，避免发生过大的不均匀沉降而倾斜。

根据工程经验，一般状况下该值等于底板长度，也可以大于底板长度，但伸出的闸墩悬臂长度一般不宜超过闸墩底板厚度的1倍。

初步拟定：本节制闸闸墩的顺水流方向的长度与闸底长度一致，为9m。

8.2.2闸墩高度

根据《水闸设计规范》SL265-2023[2]规定：本设计不考虑风浪爬高闸墩顶部高程=设计水位+安全超高闸墩顶部高程=校核水位+安全超高按要求取两者中的最大值。

由闸墩高程计算表可初步拟定：闸墩高度为3.8m，高程为▽71.61m。

8.2.3闸墩厚度

根据《水闸设计规范》SL265-2023[2]4.2.13条规定：闸墩厚度应根据闸孔孔径、受力条件、结构工程和施工方法确定，平面闸门闸墩门槽处最小厚度不宜小于0.4m。兼做岸墙的边墩还应考虑承受侧向土压力的作用，其厚度应根据结构抗滑稳定性和结构强度的需要计算确定。4.2.12条规定：闸墩的外形轮廓设计应能满足过闸水流平顺、侧向收缩小、过流能力大的要求。上下游墩头可采用半圆形。

已初步拟定，中墩厚：1.22m边墩厚：0.8m。

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8.2.4门槽位置和尺寸的拟定

根据《水闸设计规范》SL265-2023[2]4.2.14条规定：工作闸门门槽应设在闸墩水流较平顺部位，其宽深比取1.6～1.8。根据管理维修需要设置的检修闸门门槽，其与工作闸门门槽之间的净距离不宜小于1.5m。当设有两道检修闸门门槽时，闸墩和底板必需满足检修期的结构强度要求。

初步拟定工作闸门的门槽深度取0.3m，宽度取0.35m。

图5—2闸墩尺寸布置图（单位：cm）

8.3闸门

8.3.1闸门高度与形式

根据《水闸设计规范》SL265-2023[2]规定：采用平面闸门。4.2.17条规定:露顶式闸门顶部应在可能出现的最高挡水位以上0.3～0.5m。

根据以上规定初步拟定：闸门采用平面钢闸门；闸门高度设为3.5m。

8.3.2闸门重量与启闭机

8.3.2.1闸门重量

露顶式平面闸门自重的估算公式：当5m≤H≤8m时，闸门自重

1.430.88?T?G?KzKcKgHB28

式中：H——孔口高度，(m)；

B——孔口宽度，(m)；

Kz——闸门行走支承系数，对滑动式支承Kz=0.81；对滚轮式支承Kz=1.0；

对于台车式支承Kz=1.3；

Kc——材料系数，闸门用普通碳素钢时Kc=1.0；用低合金钢时Kc=0.8；

Kg——孔口高度系数，当H＜5m时，Kg=0.156；5m＜H＜8m时，Kg=0.13。

1.43则闸门自重为：

G?KZKCKgHB0.88?1.0*1.0*0.156*3.51.43*1.80.88=1.6(T)

8.3.2.2闸门启闭所需的启门力和闭门力的估算

闸门启闭所需的启门力和闭门力由近似公式：

FQ?(0.10~0.12)P?1.2GFw?(0.10~0.12)P?0.9G

式中：FQ——启门力，(KN)；

Fw——闭门力，(KN)；P2?——闸门上的总水压力，(KN)，P?(?h上1122?h下)b；

2G——闸门自重，(KN)。

计算结果见表5—4所示。

表5—4闸门启闭所需的启门力和闭门力计算表计算状况中孔闸门h上(m)h下(m)b(m)3.5P(kN)G(kN)15.77FQ(kN)Fw(kN)2.422.329.7118.38-11.64由计算结果可以看出Fw

9稳定计算

水闸竣工时，地基所受的压力最大，沉降也较大。过大的沉降，特别是不均匀沉降，会使闸室倾斜，影响水闸的正常运行。当地基承受荷载过大，超过其容许承载力时，将使地基整体发生破坏。水闸在运行期间，受水平推力的作用，有可能沿地基面或深层滑动。因此，必需分别验算水闸在刚建成、运行、检修以及施工期等不同工作状况下的稳定性。

荷载组合水闸承受的主要荷载有：自重、水重、水平水压力、扬压力、浪压力、泥沙压力和土压力等。

9.1荷载组合分类

分为基本组合(完建状况、设计状况)和特别组合(校核状况)。基本组合包括：完建状况、正常蓄水位状况、设计洪水位状况。特别组合包括：施工状况、检修状况、校核洪水位状况。

需计算的荷载见表9—1。

表9—1荷载组合

荷载荷载计算自重静水压力完建基本状况√√√—√——√——扬压力泥沙