取水水工建筑物进水闸设计方案[优秀工程方案]

1、1工程概况1.1 基本资料本闸位于某中型灌区干渠渠首,为渠首取水水工建筑物.1.2 建筑物级别根据水闸设计过水流量和水闸设计规范(SL-265-2001)的 平原区水闸枢纽工程分等指标知本工程规模属于小 (1)型,水闸级别为IV级,其建筑物级别为1级.1.3 孔口设计水位孔口设计水位组合见表1-1表1-1闸孔设计时水位及流量组合外河水位(米)干渠水位(米)引水流量(米3/s)6.005.60601.4 消能防冲设计水位 消能防冲设计水位组合见表1-2表1-2 消能防冲设计水位组合表外河水位(米)干渠水位(米)引水流量(米3/s)7.04.0601.5 闸室稳定计算闸室稳定计算水位组合见表1-3

2、表1-3 闸室稳定计算水位组合表工况外河水位(米)干渠水位(米)设计情况8.153.00校核情况8.503.00地震情况7.804.501.6 地质资料建筑物底板下土层为粉质粘土,土层物理力学指标为:凝聚力,擦角,地基土允许承载力.1.7 回填土资料 回填土采用砂壤土,假设其内摩擦角,C=0,湿容重18kN/米3,饱和容重为20 kN/米3,浮容重10 kN/米3.1.8 地震设计烈度 地震设计烈度 :7,设计基本地震加速度 值为0.10g.1.9 其他上下游河道断面相同均为梯形,河底宽20.0米,河底高程3.0米,边坡1:2.5,外河堤顶高程10.5米,干渠渠顶高程6.0米.两岸路面高程10

3、.5米.交通桥荷载标准:公路级,交通桥总宽8.0米,净宽7.0米.2 孔口宽度 设计2.1 闸孔形式的 确定 根据水闸设计规范(SL-265-2001),当闸槛高程较低,挡水高度 较大 ,挡水水位高于泄水运用水位或闸上水位变幅较大 且有限制过闸单宽流量要求时选用胸墙式水闸.本工程河底高程3.0米, 挡水最高水位为8.5米,则挡水高度 为5.5米较大 .综上,本工程选用胸墙式水闸.2.2 孔口设计水位组合孔口设计水位见表2-1表2-1 孔口设计水位组合表外河水位(米)干渠水位(米)引水流量(米3/s)6.005.60602.3 堰型及堰顶高程的 确定2.3.1 堰型的 确定 本工程的 主要任务是

4、拦蓄上游河水,确保灌溉用水,应具有较大 的 泄水能力,在洪水时期还应担负着泄洪的 任务,对于灌溉水质有一定的 要求,便于排砂排淤,所以采用无底坎宽顶堰孔口.2.3.2 堰顶高程的 确定本水闸将堰顶高程定的 与河底同高,高程为3.0米.2.4 闸孔宽度 的 确定2.4.1 过水断面确定 根据资料,上下游河道断面为河底宽20.0米,边坡1:2.5,河底高程3.0米,外河堤顶高程10.5米,干渠渠顶高程6.0米,画出过水断面如图2-1所示:图2-1 a、b为上、下游河道断面图 (单位:米) 故过水断面面积为: 2.4.2 闸孔净宽确定(1)、上游行进流速: 计入行进流速的 上游水深: 式中:H上游水

5、深,为6.0-3.0=3.0米;流速系数,取1.0; (2)、由于水闸闸槛高程较低、挡水高度 较大 ,闸上水位变幅较大 ,所以闸式结构选用胸墙式.设置胸墙底高程为5.80.由于闸孔设计时外河水位6.00,高于胸墙底高程,所以为孔流.根据水闸设计规范,采用下列公式计算: 式中:孔口高度 ,为5.8-3.0=2.8米; r胸墙底圆弧半径,取0.2米; 计算系数,计算得0.128; 孔流垂直收缩系数,计算得0.886; 孔流流速系数,可采用0.951.0,本设计取0.95; 孔流流量系数,计算得0.350; 淹没系数.由于孔流淹没系数和都是未知的 ,不能直接求得,需要用迭代的 方法试算.先假设=0.

6、50,具体计算见表2-2.表2-2 闸空总净宽计算表迭代次数淹没系数闸孔总净宽(米)单宽流量q()跃前水深(米)跃后水深(米)淹没系数10.50 17.11 3.51 0.50 2.00 0.60 0.5220.53 16.14 3.72 0.53 2.06 0.57 0.5430.55 15.56 3.86 0.55 2.09 0.56 0.55注:q=Q/B0, ,由查水闸设计规范表A.0.3-2得.跃前水深的 迭代公式为,迭代计算见表2-3.表2-3 跃前水深计算表qE迭代13.513.030.50 0.50 迭代23.723.030.50 0.53 3.723.030.53 0.53

7、迭代33.863.030.50 0.55 3.863.030.55 0.55 2.4.3 水闸闸孔数确定为了 保证闸门对称开启,防止不良水流形态,选用3孔闸,取中墩厚1米,边墩厚0.8米.则单个闸空净宽为:,取净宽=5米闸孔实际总净宽为:闸孔总宽为:2.4.4 水闸实际流量确定水闸实际流量: 检验是否满足要求: ,满足要求.2.4.5 闸孔布置图闸孔布置如图2-2所示 图2-2 闸孔布置图 (单位:厘米)3 消能防冲设计3.1 消能防冲水位组合消能防冲水位组合见表3-1表3-1 消能防冲设计水位组合表外河水位(米)干渠水位(米)引水流量(米3/s)7.04.0603.2 消力池设计3.2.1

8、消力池形式的 选定根据规范4.4.3条规定:当水闸闸下尾水深度 较深、且变化深度 较小 ,河床及岸坡抗冲能力较强时,可采用面流式消能.本工程跃后水深最高为2.09米,下游水深为2.6米,为淹没式水跃,并且工程中常采用下挖式消力池,因此,本工程采用下挖式消力池.3.2.2 消力池池深的 计算计算方法a、先假设d=0.5米,计算、;b、由公式,试算.其中为流速系数,取=0.98;c、由公式,计算;d、由公式,计算.其中:出池落差;出池河床水深;e、由公式,计算;f、若由e计算出的 d 0.5米,则取d=0.5米;若d0.5米,则重新计算d值,直至试算出结果.具体计算见表3-2表3-2 消力池深度

9、计算表AvqKd1200.50 4.0130.500 4.5133.530.7040.4141.944 0.369 0.673 1200.50 4.0130.680 4.6933.530.7040.4051.972 0.372 0.698 1200.50 4.0130.700 4.7133.530.7040.4041.975 0.373 0.701 1200.50 4.0130.701 4.7143.530.7040.4041.975 0.373 0.701 注:;.式中:假设的 消力池深度 ,米;d消力池深度 ,米;水跃淹没深度 系数,取;跃后水深,米;收缩水深,米;水流动能校正系数,取1.

10、0;q过闸单宽流量,;消力池首端宽度 ,米;消力池末端宽度 ,米; 由消力池底板顶面算起的 总势能,米; 出水池落差,米;出水池河床水深,米;流速系数,取0.95.根据表3-2的 计算结果,消力池深度 取为0.8米.3.2.3 消力池长度 的 计算(1)水跃计算根据水闸设计规范出闸水流的 跃前水深、跃后水深,按以下公式计算:具体计算见表3-3.表3-3 水跃计算表AQvqK120600.54.0130.84.8133.530.70417200.402.24(2)水跃长度 计算(3)消力池长度 计算 斜坡段采用1:4的 坡度 ,平台宽度 为1.0米,式中:消力池斜坡段水平投影长度 (米);水跃长

11、度 校正系数,取0.8.故取=15米.3.2.4 消力池地板厚度 的 计算消力池底板又称护坦,确定它的 厚度 要从抗冲和抗浮方面考虑,因为在消力池末端设置冒水孔,所以只要满足抗冲要求就行了 .根据抗冲要求,按水闸设计规范公式(B.1.3-1)计算,即式中:消力池底板始端厚度 (米);闸孔泄流时的 上、下游水位差(米),=7.0-4.0=3.0米; 消力池底板计算系数,可采用0.150.20取0.20;过闸单宽流量(米2/s).表3-4 消力池底板厚度 计算表q(米2/s)k1(米)t (米)3.530.203.00.494根据以上计算结果,现确定消力池底板的 厚度 为0.5米,末端设尾坎高度

12、为0.8米.3.2.5 消力池构造的 确定本次工程采用下挖式消力池,为了 便于施工,消力池底板做成等厚,为了 降低护坦底部的 渗透压力,可在护坦下设铅直排水孔,并在护坦底部铺设反滤层,排水孔设在水平底板的 后半部,排水孔直径为6厘米,间距为1.5米,按梅花形排列,反滤层厚为30厘米,分三层,从上到下依次为10厘米碎石子,10厘米中砂,10厘米细砂.消力池构造如图3-1所示.图3-1 消力池尺寸构造图 (单位:高程米;尺寸厘米)3.3海漫设计3.3.1 海漫长度 的 计算 海漫长度 ,按水闸设计规范,对于=19,且消能扩散良好时,海漫长度 可按公式计算.式中海漫长度 (米); 消力池末端单宽流量

13、(米3/s.米); 闸孔泄水时上下游水位差(米); 海漫长度 计算系数,按下表查得取为10;河床土质粉砂、细沙中砂、粗砂粉质壤土粉质粘土坚硬粘土1413121110987具体计算见表3-5表3-5 海漫长度 计算表Q()(米)( 米2/s)(米)(米)60203.03.0102.2822.8根据表3-5的 计算结果,取海漫长度 为23米.3.3.2 海漫构造对于海漫要求表面有一定的 粗糙度 ,以利于进一步消能,具有一定的 透水性,以便使渗透水自由排出,降低扬压力,具有一定的 柔性,以适应下游河床可能的 冲刷变形,所以在海漫的 起始段为8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

14、程与护坦齐平,后15米为干砌石段,保护河床不受冲刷,海漫厚度 取为0.4米,下铺设10厘米的 碎石,10厘米的 黄砂.3.4 防冲槽设计3.4.1 河床冲刷深度 计算海漫末端的 河床冲刷深度 可按公式计算,式中:海漫末端河床冲刷深度 (米);海漫末端单宽流量(米2/s);河床土质允许不冲流速(米/s)由高教版水力学上册表5.3查得 ;海漫末端河床水深(米);具体计算见表3-6,表3-6 冲刷坑深度 的 计算表Q()b(米)( 米2/s)( 米/s)(米)(米)6022.52.670.912.263.4.2 防冲槽尺寸的 确定由计算结果可知冲刷深度 为2.26米,如按此值作为防冲槽深度 不经济,

15、施工非常困难.一般取防冲槽深度 为1.52.0米,本设计取1.5米.槽底宽约为12倍槽深,取1.5米.上游坡度 系数1:2,下游坡度 系数1:2.防冲槽的 构造图见图3-2.图3-2 防冲槽的 构造图 (单位:高程米;尺寸厘米)4 闸基渗流计算4.1 渗流计算水位组合 渗流计算水位组合见表4-1表4-1 渗流计算水位组合表工况外河水位(米)干渠水位(米)设计情况8.153.00校核情况8.503.00地震情况7.804.504.2 地下轮廓线布置,验算防渗长度 4.2.1防渗长度 的 拟定防渗长度 初拟值按下式计算 L=C式中:L闸基防渗长度 ,包括水平段、铅直段及倾斜段 上、下游最大 水位差

16、(米) C允许渗径系数,按表4-2,即为水闸设计规范SL 265-2001表4.3.2选用.表4-2 允许渗径系数地基 类别排水条件粉砂细砂中砂粗砂中砾细砾粗砾夹卵石轻粉质砂壤土轻砂壤土壤土粘土有滤层1399775544332.5117955332无滤层7443 设计与校核情况下的 最大 水位差发生在校核情况时.=8.5-3.0=5.5米本水闸持力层为粉质粘土.由表4-2查得允许渗径系数C=3.则 =C=35.5=16.5米4.2.2地下轮廓线布置(1)本设计中的 土是粉质粘土,上游采用混凝土铺盖,铺盖长度 取为15米.铺盖的 最小 厚度 不宜小 于0.4米,这里取0.5米.铺盖在顺水流方向设

17、置永久缝,减少地基不均匀沉降和温度 变化的 影响.(2)底板长度 的 初拟a、满足闸室上部结构布置的 要求: 交通桥宽度 取8米,工作桥宽度 取3.5米,工作便桥宽度 1.5米,则L=13米.b、闸底板顺水流方向的 长度 应满足闸室整体稳定性和地基允许承载力的 要求, L=(1.54.5),为上下游最大 水位差,所以L为(8.2524.75)米.综上,底板长度 取16米.(3)闸底板厚度 ,为闸孔净宽,所以t=(0.63-0.83)米,取1.0米.(4)齿墙深度 取0.5米,齿墙底宽取1.0米,斜坡比取1:1.(5)地下轮廓线布置图:图4-1 地下轮廓线布置图 (单位:尺寸厘米;高程米)由布置

18、图计算防渗长度 : =34.12米 4.3 闸基渗流计算4.3.1 简化地下轮廓线 根据水闸设计规范(SL265-2001),采用改进阻力系数法,将原地下轮廓线简化如下:图4-2 地下轮廓线简化图 (单位:尺寸厘米;高程米)4.3.2 确定地基计算深度 地下轮廓线水平投影:=20+16=36米;地下轮廓线垂直投影:=1.5米;因为,故地基有效深度 ,取.4.3.3 计算各段阻力系数各段阻力系数的 具体计算见表4-3.表4-3 各渗流区段阻力系数计算表段段别S(米)T(米)L(米)系数注(1)进口段1.0 18.0 0.461 (2)内部铅直段0.5 17.5 0.029 (3)水平段0.5 1

19、.0 17.5 201.080 (4)内部铅直段1.0 17.5 0.057 (5)内部铅直段0.5 17.0 0.029 (6)水平段0.5 0.5 17.0 160.900 (7)内部铅直段0.5 17.0 0.029 (8)出口段0.5 17.0 0.449 共3.022 4.3.4 计算各典型段的 渗压水头损失(1)各典型段的 渗压水头损失计算对于不同的 典型段,值是不同的 ,而根据水流连续条件,各段的 单宽流量相同,所以,各段的 q/K值相等,而总水头应为各段水头损失的 总和.式中:; ; K.由上式便可得各段水头损失为各典型段的 渗压水头损失的 具体计算见表4-4.表4-4 各区段

20、渗压水头损失计算表渗压水头损失设计0.863 0.054 1.492 0.107 0.054 1.685 0.054 0.841 5.150 校核0.922 0.058 1.593 0.114 0.058 1.799 0.058 0.898 5.500 地震0.553 0.035 0.956 0.068 0.035 1.080 0.035 0.538 3.300 (2)进、出口段修正按下式: 其中: 其中:进、出口水头损失(米);修正后的 进出后损失值(米);阻力修正系数,当1时,取=1.0;底板埋深与板桩入土深度 之和,或为齿墙外侧埋深(米);板桩另一侧地基透水层深度 ,或为齿墙底部至计算深

21、度 线的 垂直距离(米);地基透水层深度 (米);修正后水头损失的 减小 值(米);(3)各区段渗压水头损失调整对进出口进行修正,具体修正见表4-5.表4-5 进出口修正计算表计算情况T设计情况进口段1.017.018.00.5230.8630.4510.412出口段0.516.717.20.3570.8410.3000.541校核情况进口段1.017.018.00.5230.9220.4390.400出口段0.516.717.20.3570.8980.3210.577地震情况进口段1.017.018.00.5230.5530.2890.264出口段0.516.717.20.3570.5380

22、.1920.346(4)各区段渗压水头损失调整各区段渗压水头损失调整具体计算见表4-6.表4-6 各区段渗压水头损失调整计算表渗压水头损失(米)设计情况修正前0.863 0.054 1.492 0.107 0.054 1.685 0.054 0.841 5.15 修正后0.451 0.466 1.492 0.107 0.054 1.685 0.595 0.300 5.15 校核情况修正前0.922 0.058 1.593 0.114 0.058 1.799 0.058 0.898 5.50 修正后0.482 0.498 1.593 0.114 0.058 1.799 0.635 0.321 5

23、.50 地震情况修正前0.553 0.035 0.956 0.068 0.035 1.080 0.035 0.538 3.30 修正后0.289 0.299 0.956 0.068 0.035 1.080 0.381 0.192 3.30 4.3.5 计算各渗流角点处的 渗压水头,并画出闸底渗透压力分布图(1)各渗流角点处的 渗压水头计算见表4-7.表4-7 各角点渗压水头计算汇总表渗压水头(米)设计情况5.150 4.699 4.233 2.741 2.634 2.580 0.895 0.300 0.000 校核情况5.500 5.018 4.520 2.927 2.813 2.755 0.

24、956 0.321 0.000 地震情况3.300 3.011 2.712 1.756 1.688 1.653 0.573 0.192 0.000 (2)闸底渗透压力分布图:图4-3 闸底渗透压力分布图 (单位:米)4.3.6 底板所承受渗透压力计算 根据图4-3计算渗透压力,底板总宽度 为18.6米.具体计算见表4-8.表4-8 渗透压力计算表(力矩以底板中心为矩心)计算工况算式渗透压力()力臂(米)力矩()设计情况4583.251.295912.39校核情况4893.851.296313.07地震情况2936.901.293788.60注:力矩以逆时针为正.4.3.7 计算渗透坡降出口坡降

25、计算公式: 水平坡降计算公式: 式中: 出口段渗流坡降值;水平段渗流坡降值; 出口段修正后的 水头损失值(米); 底板埋深于板桩入土深度 之和(米); 水平段水头损失值(米); 水平段长度 (米).底板下土层为粉质粘土,由水闸设计规范SL265-2001表6.0.4查得:=0.300.40,=0.600.70渗透坡降具体计算见表4-9.表4-9 渗透坡降计算表部位出口段出口段铺盖水平段闸室地板水平段水平段结论设计情况0.600 0.600.700.099 0.1050.300.40安全校核情况0.642 0.600.700.106 0.1120.300.40安全地震情况0.384 0.600.

26、700.064 0.0680.300.40安全5 闸室结构布置5.1 底板布置5.1.1 底板的 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.5.1.2 底板的 形式本次设计闸室底板采用整体式平底板.5.1.3 底板长度 的 确定根据前面设计,知闸底板长度 为16米.5.1.4 底板厚度 的 确定根据前面设计,知闸底板厚度 为1.0米.5.1.5 底板齿墙的 确定底板齿墙深为0.5米,宽度 1.0米,齿墙可以增加闸室稳定性和延长防渗长度 .5.2 闸墩的 布置5.2.1 闸墩的 作用分隔闸孔并支承闸门、工作桥等上部结构,使水流顺利通过闸门

27、.5.2.2 闸墩的 外形轮廓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,闸墩长度 取决于上部结构布置及闸孔形式,一般与底板同长或者稍短一些,本次设计取与闸底板同长为16米.5.2.3 闸墩厚度 的 确定闸墩厚度 必须满足稳定要求和强度 要求,闸墩在门槽处的 厚度 不小 于0.4米.本水闸的 中墩厚度 为1.0米,边墩厚度 为0.8米,上下游墩头采用半圆形.平面闸门槽尺寸应根据闸门的 尺寸确定,检修门槽深0.2米,宽0.30米,主门槽深0.30米,宽0.5米.检修门槽和工作门槽之间留2.0米的 净距,以便工作人员检修.5.2.4 闸墩高度 的 确定(1)安全超

28、高确定 因本水闸级别IV级,根据水闸设计规范SL265-2001表4.2.4,安全超高为0.3米,风浪爬高取0.7米.(2)闸墩顶高程确定设计情况:闸墩顶高程=设计上游水深+安全超高+风浪爬高=8.15+0.3+0.7=9.15米校核情况:闸墩顶高程=校核上游水深+安全超高+风浪爬高=8.5+0.3+0.7=9.5米经比较,选用闸墩墩顶高程为10米,略低于两岸堤顶高程.即闸墩高7米.5.2.5 闸墩具体平面尺寸确定中墩的 平面布置图见图5-1;图5-1 中墩的 平面布置图 (单位:厘米)边墩的 平面布置图见图5-2;图5-2 边墩的 平面布置图 (单位:厘米)5.3 胸墙的 布置由于该水闸的

29、挡水高度 较大 ,故设置胸墙代替一部分闸门高度 .胸墙顶高程与闸墩顶高程相同,胸墙底高程为5.8米.根据 水闸设计规范SL265-2001,孔径小 于6米,故胸墙采用等厚的 板式结构,用钢筋混凝土材料,厚度 取30厘米,采用简支形式.布置在上游.胸墙结构尺寸见图5-3.图5-3 胸墙结构示意图 (单位:厘米)5.4 闸门与启闭机的 设计5.4.1 闸门的 设计取闸门高度 3.2米,宽度 为5米,双吊点平板钢闸门.平面闸门自重的 估算,取3-4 kN/.则闸门自重为: 考虑其它因素取闸门自重为50kN.5.4.2 启闭机计算(1)启闭力的 计算据闸门与启闭机估算公式:式中: 启门力(kN);总水

30、压力(kN),估算的 闸门自重(kN);闭门力(kN).具体计算见表5-1.表5-1 闸门启闭所需的 启门力和闭门力计算表(米)(米)b(米)()()()()3.02.6 5.0 54.885066.59-38.41由计算结果可以看出0所以闸门在关闭时不需要增加配重块. (2)初步拟定启闭设备查闸门设计手册选用电动卷扬式启闭机型号为QPQ-28,启闭力160kN,启闭机自重1.9t.地脚螺栓的 间距G=1320米米 、 启闭机的 宽度 为J=1380米米.5.5 工作桥的 布置(1) 工作桥的 设计原则 工作桥是为了 安装启闭机和便于工作人员操作而设置的 桥,若工作桥较高可在闸墩上设置排架支承

31、.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,并保留一定的 富裕度 .(2) 工作桥的 构造启闭机最大 宽度 为1.38米,两边需同时留出0.61.2米的 富裕宽度 以供工作人员操作及设置栏杆之用,还要配置管理用房,初步拟定桥面总宽度 为3.4米.纵梁高度 取0.8米,宽度 0.4米.横梁截面为矩形,高度 为纵梁的 2/33/4,宽度 为高度 的 1/31/2,初步拟定横梁的 高度 为0.60米,宽度 为0.30米.(3)工作桥的 高程工作桥高度 视闸门的 形式、闸孔水面线而定.对平面闸门采用固定式启闭机时上游设有胸墙,则工作桥

32、横梁底部高程=闸墩高程+闸门高+(1.01.5)米=10.0+3.2+1.0=14.2米,则纵梁底高程=14.0米,工作桥排架高为14.010.0=4米.工作桥具体尺寸如图5-4所示.图5-4 工作桥构造图 (单位:厘米)5.6 交通桥的 布置交通桥采用空心板结构,按公路,双车道设计,桥面高程10.5米.则栏杆柱厚度 为0.25米,栏杆的 厚度 取0.12米,交通桥净宽7米,总宽度 为8米.交通桥的 具体尺寸见图5-5.图5-5 交通桥布置图 (单位:高程米;尺寸:厘米)5.7 工作便桥的 布置检修桥的 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.具体尺寸见图5-6.5.8 分缝

33、和止水5.8.1 分缝闸室在垂直水流方向,每隔一段距离需要用缝分开,以免闸室因地基不均匀沉降及温度 变化而产生裂缝.因本设计闸室地基为粘土,地基承载力比较好,地质较好,且闸孔较少,仅为三孔,闸墩可不设缝.除了 上述闸室本身要分缝以外,凡是相邻结构荷重相差悬殊或结构较长、面积较大 的 地方,都要用沉降缝分开,如铺盖与闸室底板、翼墙连接处,消力池与闸室底板.翼墙较长时也要设缝.混凝土铺盖及消力池的 护坦面积较大 时也需设缝.5.8.2 止水水闸设缝后,凡是具有防渗要求的 缝都须设止水设备.对于止水设备,除应满足防渗要求外,还应能适应混凝土收缩及地基不均匀沉降的 变形;同时,也要构造简单,易于施工.

34、止水按其位置不同可分为铅直止水及水平止水两大 类.必须处理好两个止水交叉处的 构造.5.9 闸室段总体布置图图5-6 闸室结构布置图 (单位:高程米;尺寸厘米)6 闸室稳定计算水闸在使用过程中,可能会出现各种不利情况,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.本次设计稳定计算需要考虑设计水位组合、校核水位组合和地震情况,本次设计地震烈度 为7度 ,需要考虑地震情况.完建无水期和设计水位组合为基本荷载组合,校核水位情况和地震水位情况为特殊组合,取整个底板验算其稳定.荷载计算情况见表6-1.表6-1荷载组合荷载组合计算情况荷载自重静水压力扬压力泥沙压力地震力浪

35、压力基本组合完建无水期正常挡水期特殊组合校核水位情况地震水位情况闸室稳定水位组合见表6-2.表6-2 闸室稳定计算水位组合工况外河水位(米)干渠水位(米)设计情况8.153.00校核情况8.503.00地震情况7.804.506.1 完建无水期荷载计算及地基承载力验算6.1.1 闸室结构荷载计算根据水闸设计规范7.3.1取闸室作为计算对象,底板顺水流方向长度 16.0米,底板宽度 18.6米.闸室荷载计算如下.取钢筋混凝土重25 ,闸室底板的 宽度 为18.6米,完建无水期的 荷载分布见图6-1,闸室结构自重具体计算见表6-3.图6-1 完建无水期荷载分布图表6-3 闸室自重计算表(以底板地面

36、中心点为矩心)构件名称算式重力()力臂(米)力矩()底板8021.25 0.00 0.00 中墩5377.75 0.21 -1129.33边墩4406.50 0.11 -484.72胸墙472.50 4.70 2220.75 工作桥和排架1151.09 3.95 4546.81交通桥1971.85 3.00 -5915.55工作便桥160.90 7.00 1126.3闸门150.00 3.95 592.5启闭设备55.86 3.95 220.65合计21767.70 1177.41 注:力矩以逆时针旋转为正.6.1.2 地基承载力验算根据荷载计算结果,进行地基承载力验算,由设计资料可知地基承载

37、力为,则:地基应力平均值:地基不均匀系数:根据计算结果,可得出结论为:完建期的 地基承载力能够满足要求,地基也不会发生不均匀沉降.6.2 闸室有水情况下的 荷载计算闸室有水期荷载除闸室自重外,还有静水压力、水重和闸底板所受的 扬压力.闸室有水情况下的 荷载分布图见图6-2.图6-2 有水情况荷载分布图6.2.1 水重根据上下游水深分别计算其水重,闸室水重具体计算见表6-4.表6-4 水重计算表(矩心同表6-3)计算情况算式水重(kN)力臂(米)力矩(kN. 米)设计情况上游水重2876.79 6.10 17548.42 下游水重0.00 2.15 0.00 校核情况上游水重3072.30 6.

38、10 18741.03 下游水重0.00 2.15 0.00 地震情况上游水重2681.28 6.10 16355.81 下游水重2579.85 2.15 -5546.68 注:力矩以逆时针旋转为正.6.2.2 浮托力的 计算根据静水力学原理和较低侧水位确定闸底板所承受浮托力强度 ,其值计算见表6-5.表6-5 浮托力计算表(以底板底面中心点为矩心)计算情况算式浮托力()力臂(米)力矩()设计情况3189.90 00校核情况3189.90 00地震情况7564.62 006.2.3 渗透压力的 计算渗透压力分布图在渗流计算时已经画出,渗透压力具体计算见表6-6.表6-6 渗透压力计算表(力矩以

39、底板中心为矩心)计算工况算式渗透压力()力臂(米)力矩()设计情况4583.251.29-5912.39校核情况4893.851.29-6313.07地震情况2936.901.29-3788.60注:力矩以逆时针为正.6.2.4 水平水压力的 计算上、下游水平水压力与上下游水位有关,其大 小 分布见图6-3、6-4、6-5,具体计算见表6-7.图6-3 设计情况水平水压力分布图图6-4 校核情况水平水压力分布图图6-5 地震情况水平水压力分布图表6-7 水平水压力计算表(以底板底面中心点为矩心)计算情况算式水平水压力()力臂(米)力矩()设计情况上游0.554.315.4518.62707.0

40、9 2.520 -6821.87 0.5(27.02+38)1.218.6725.62 0.066 -47.89 下游0.514.71.518.6205.07 0.000 0.00 校核情况上游0.556.845.818.63065.95 2.630 -8063.45 0.5(28.66+39.62)1.218.6762.00 0.068 -51.82 下游0.514.71.518.6205.07 0.000 0.00 地震情况上游0.549.985.118.6948.22 2.400 -2275.73 0.5(33.08+44.35)1.218.6864.12 0.071 -61.35 下游0.529.4318.6820.26 0.500 410.13 注