水闸课程教学设计全解.doc

-* 水闸课程设计 第一章 总述 第一节 概述 本工程是西通河灌区第一级抽水站的拦河闸，其主要任务是拦蓄西通河的河水，抬高水位满足抽水灌溉的需要; 洪水期能够宣泄洪水，保证两岸农田不被洪水淹没。 第二节 基本资料 (一) 闸的设计标准 根据《水闸设计规范.》SD133-84(以下简称SD133-84),该闸按IV级建筑物设计。 (二) 水位流量资料 运用情况 上游水位（米） 下游流量（m3/s） 正常蓄水 198.00 0 设计洪水 198.36 61.40 校核洪水 198.90 79.70 下游水位流量关系见表 H下(m) 195.00 196.00 197.00 197.50 198.00 198.15 198.50 198.65 Q(m3/S) 0.00 8.63 27.96 41.07 55.40 61.40 73.98 79.70 (三) 地形资料 闸址附近，河道顺直，河道横部面接近梯形，底宽18米，边坡1:1.5，河底高程195.00米，两岸地面高程199.20米。 (四) 闸基土质资料 闸基河床地质资料柱状图如图所示 层序 高程（M） 土质摡况 I 195.00-191.8 细砂 II 191.8—183.32 组砂 III 183.32 粘土 闸址附近缺乏粘性土料，但有足够数量的混凝土骨料和砂料。闸基细砂及墙后回填砂料土工试验资料如下表； 天然容重 饱和容重 内摩擦角 凝聚力 不均匀系数 相对密实度 细砂 18.64 20.61 22 0 12 0.46 砂土料 18.20 20.21 32 0 15 0.62 细砂允许承载力为150KN/m2， 其与混凝土底板之间的摩擦系数f=0.35。 (五) 其他资料 1.闸上交通为单车道，按汽-10设计，带-50校核。桥面净宽4.0，总宽为4.4。 2.闸门采用平面钢闸门，有3米，4米，5米三种规格闸门。 3.该地区地震设计烈度为4度。 4.闸址附近河道有干砌石护坡。 5.多年平均最大风速12米/秒 ，吹程0.15公里。 第三节 工程综合说明书 本工程为Ⅳ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。 第二章 水力计算 第一节 闸室的结构型式及孔口尺寸确定 ﹙一﹚闸孔型式的选择 该闸建在天然河道上，河道横部面接近梯形，因此采用开敞式闸室结构。该闸建在天然河道上，为了满足泄洪、冲沙、排污的要求，宜采用结构简单，施工方便，自由出流范围较大的无坎宽顶堰，考虑到闸基持力层是粘细砂，土质一般，承载能力不好，并参考该地区已建工程的经验，根据一般情况下，拦河闸的底板顶面可与河底齐平。即闸底板顶面（即堰顶）与西通河河底齐平，所以高程为195.00 m。 （二）闸孔尺寸的确定 初拟孔口尺寸，该闸的尺寸必须满足拦洪灌溉以及泄洪的要求。 1.计算闸孔总净宽 (1)在设计情况下： ①、上游水H=198.36-195=3.36 ②、下游水深=198.15-195.00=3.15 ③、下泄流量Q=61.40 则上游行近流速： V0=Q/A 根据和断面尺寸： A=﹙b＋﹚H =﹙18+1.53.36﹚3.36＝77.42 其中b为河道宽：b=18 m为边坡比：m=1:1.5 V0=Q/A =61.40/77.41=0.793m/s H0=H﹢αv2/2 （取α＝1.0﹚ =3.36﹢0.7932/﹙29.81﹚ ＝3.39 则=3.15/3.39=0.929>0.8 故属于淹没出流。 (2)校核情况： ①、上游水H=198.9-195=3.9 ②、下游水深=198.65-195=3.65 ③、下泄流量Q=79.70 则上游行近流速： V0=Q/A 根据和断面尺寸： A=﹙b＋﹚H =﹙18+1.53.9﹚3.9＝93.02m2 其中b为河道宽：b=18 m为边坡比：m=1:1.5 V0=Q/A =79.7/93.02=0.86m/s H0=H﹢αv2/2g ﹙取α＝1.0﹚ =3.9﹢0.862/﹙29.81﹚ =3.94 则 =3.65/3.94=0.93>0.8 , 故属于淹没出流。 (3)确定闸孔宽度 由以上结果可得，则按水流成堰流时并且为淹没出流，计算根据《水工建筑物》Error! 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No bookmark name given.，由宽顶堰淹没出流公式：Q=σmεB02gH03/2 根据，查SL-265-2001,附录A.01，查得淹没系数σ=0.74，对无坎宽顶堰：m=0.385 假设侧收缩系数=0.90 H H1 在设计情况下： 由公式 Q=σmεB02gH03/2 所以，在设计情况下 B01=Qσmε2gH032=61.40.740.900.3853.393/229.81 =8.66 在校核情况下： B02=Qσmε2gH032=79.70.740.900.3853.943/229.81 =9.0 整理上述计算如下表 计算情况 上游水深 H 下游水深 流量 Q 行进流速 行进水头 淹没系数б 流量系数m 侧收缩系数ε 设计情况下 3.36 3.15 61.40 0.793 3.39 0.74 0.385 0.90 8.66 校核情况下 3.90 3.65 79.70 0.86 3.94 0.74 0.385 0.90 9.0 2.闸孔孔数n及单孔净宽 单孔宽度根据水闸使用要求，闸门型式及启闭机容量等因素，并参照闸门尺寸选定。由>比较得，取净宽较大的值，则取=9.0。 以上为的第一次近似值，据此可计算的第二次近似值，按=0.93，及闸墩边形状，查《水力学》，得ξ0=0.502 ，ξk=0.70。侧收缩系数按式计算为： ε=1-0.2ξk+(n-1)ξ0H0n∙b =1-0.2[0.7+（3-1）0.502]3.9/9 =0.85 净宽的第二次计算近似值为 B01=Qσmε2gH032=79.70.740.850.3853.943/229.81 =9.5 再将净宽的第二次近似值代入式中，可得=0.86，再次试算后仍得=0.86，计算得出=9.4,根据所给闸门的型号尺寸，则选择孔数n=3，每孔净宽=3.2，则闸孔总净宽=3.23=9.6, 3.闸孔泄流能力校核 中墩采用钢筋混凝土结构，根据设计规范SL265-2001,取中墩厚d=1.5,墩首、墩尾均采用尖圆形。边墩厚度为1.0，墩首、尾采用半圆形。 根据拟定的闸孔尺寸净宽=9.6，用设计情况进行检验。根据堰流公式： Q=σmεB02gH03/2 =64.28 则:Q实-QQ100%=|（64.28-61.40）/61.40|100％=4.7％＜5％ 实际过流能力满足泄水的设计要求 由此得该闸的孔口尺寸确定为：选择孔数n=3，每孔净宽=3.2m，2个中墩各厚d=1.5，边墩厚度为1.0，闸孔总净宽=9.6，闸室总长度B=33.2+21.5=12.6。 第二节 消能防冲型式 水闸闸门开启时，下泄水流具有较高能量，为防止高速水流及波状水跃的冲击等不利作用，闸下应采取防冲措施。 （一）消能型式 水闸上、下游水头一般较低，下游一般为土基，宜采用底流式消能。因此，消能设计的主要任务是确定下游消力池深度与长度，护坦型式与构造、海漫长度与构造一集防冲槽等。 （二）消力池设计 1．消力池设计依据 当过闸流量不变，上游水位较高时往往是消力池设计的依据，而实际运行中，流量却是变化的。因而，消能设计依据应是上游为较高水位、下游为较低水位时，通过某一流量，下泄水流能量E=γq△H最大时，相应的数据即为消力池设计依据。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，本次设中孔开启。分别开启不同高度进行计算，找出消力池池深和池长的控制条件。闸门的开度拟分三级开启。第一级泄流量8.63/；待下游水位稳定后，开度增大至设计流量61.4/；最后待下游水位稳定后，再增大开度至最大下泄流量79.7/。 消力池尺寸计算表 开启高度 e 垂直 收缩 系数 泄 流 量 Q 单 宽 流 量 q 收缩水深 跃后水深 下游水深 流态 池深 d 消力池长度 水跃长 0.17 0.612 8.19 0.65 0.10 0.88 1.00 远离式水跃 0.07 1.13 0.5 7.5 7.3 2.42 0.666 98.56 7.82 3.80 0.67 3.15 淹没式水跃 ╲ ╲ ╲ ╲ ╲ 3.91 0.973 47.61 3.78 3.62 0.85 3.65 淹没式水跃 ╲ ╲ ╲ ╲ ╲ 其中按以下公式计算 垂直收缩系数与闸孔相对开度有关，查《水力学》表9-8可得。 泄流量：Q= 流量系数： 消力池深度: 收缩水深： 消能计算公式： 出池落差: 消力池长：= 其中消力池与闸底板以1:4的斜坡段连接 水跃长度： 是出池河床水深 是从消力池底板顶面算起的总势能 α为水流动能校正系数取1.0。β为水跃长度校正系数取0.75。水跃淹没系数=1.05。流速系数。 2．消力池深度d及消力池长度的计算 结论：通过计算上述计算可知，当闸孔开度为0.17时满足控制条件，其余两组都不满足条件，根据下列计算： 以下泄流量Q=8.63作为确定消力长度的计算依据。 （1）消力池力池深 依据SL265-2001,附表B1.1,则计算出消力池的相关参数: = =-0.006 其中为出池落差、为出池河床水深、α为水流动能校正系数取1.0。 则 =1.050.921-1+0.006 =-0.0385 则计算出消力池池深d=-0.0385，但为了稳定泄流时的水流，根据规范取池深d=0.5。 （2）消力池长度计算: 由前面的计算，以下泄流量8.63作为确定消力池长度计算的依据。略去行进流速v0，则： =3.9+0.5=4.4 根据公式 其中： = 则：= =0.07 = =1.13 水跃长度： =6.9(1.13-0.07)=7.3 消力池与闸底板以1:4的斜坡段连接， ==0.54=2，则消力池长度： ==2+0.757.3=7.5 所以取消力池长度为7.5。 3．消力池底板厚度 （1）消力池底板厚度，为减少作用于底板扬压力，消力池底板可以做成透水的，始端厚度可按抗冲和抗浮要求确定。 抗冲 抗浮 其中为消力池底板计算系数取0.18，为消力池进口处的单宽流量，为相应于单宽流量的上、下游水位差。 此结构按抗冲条件计算得: 消力池底板厚度计算表 流量(/) 上游水深() 下游水深() （/s） () () 8.63 3.90 1.00 0.68 2.90 0.19 27.96 3.90 2.00 2.22 1.90 0.31 41.07 3.90 2.50 3.26 1.40 0.35 55.40 3.90 3.00 4.40 0.90 0.37 61.40 3.90 3.15 4.87 0.75 0.37 73.98 3.90 3.50 5.87 0.40 0.35 79.70 3.90 3.65 6.32 0.25 0.32 计算取最大值=0.370.5，故取消力池池底厚度取t=0.5。 （2）消力池构造 消力池一般可用浆砌石或混凝土建成，下设0.3的卵石垫层，透水底板设排水孔，孔径0.2，孔距2，梅花状布置，底部设反滤层。为使出闸水流在池中产生水跃，在消力池与闸底板连接处留一宽为1.5的平台，为了增强护坦班的抗滑稳定性在消力池的末端设置齿墙，墙深1，宽为0.6 （三）防冲加固措施 1.海漫 水流经过消力池，虽已消除了大部分多余能量，但仍留有一定的剩余动能， 特别是流速分布不均、脉动仍较剧烈，具有一定的冲刷能力。因此􀊗护坦后仍需 设置海漫等防冲加固设施，以使水流均匀扩散，并将流速分布逐渐调整到接近天然河道的水流形态。 （1）海漫的长度计算由式： 为海漫长度计算系数，根据闸基土质为河床为细砂取=14.0，为消力池出口处的单宽流量。 海漫长度计算表 流量(/) 上游水深() 下游水深() （/s） () () 8.63 3.90 1.00 0.48 2.90 0.90 12.66 27.96 3.90 2.00 1.55 1.90 1.46 20.46 41.07 3.90 2.50 2.28 1.40 1.64 22.99 55.40 3.90 3.00 3.08 0.90 1.71 22.93 61.40 3.90 3.15 3.41 0.75 1.72 24.06 73.98 3.90 3.50 4.11 0.40 1.61 22.57 79.70 3.90 3.65 4.43 0.25 1.49 20.84 计算取表中最大值=24，河床宽度为18。 （2）海漫构造。海漫使用厚度45cm的块石材料，海漫起始段做10m 长的水平段浆砌块石，其顶面高程与护坦齐平。水平段后做成1：10 的斜坡干砌块石，以使河流均匀扩散，调整流速分布，保护河床不受冲刷。浆砌块石海漫上设排水孔，干砌块石上设浆砌块石格埂。海漫底部铺设20cm厚的砂粒垫层。 2．防冲槽 海漫与下游渠道相交处，应设防冲槽，以保护海漫免受冲刷。按下列公式： 流量 单宽流 海漫末端水深 设计洪水 61.40 3.41 3.15 0.80 1.54 校核洪水 79.70 4.43 3.65 0.80 2.44 根据计算防冲槽的深度太大，如按计算深度作为防冲槽深度、很不经济、施工也困难。故取防冲槽深度为2.0，槽顶高程与海漫末端齐平，底宽取5。上游边坡系数为2，下游边坡系数为3。 第三章 水闸防渗及排水设计 第一节 防渗设施及闸底轮廓布置 水闸的地下轮廓是指水闸底板与地基的接触部分，由不透水和透水部分组成，对于砂土层地基通常采用直板桩和铺盖增加防渗长度，地下轮廓的设计主要包括底板，防渗铺盖，板桩等的设计。 1.底板 底板既是闸室的基础，又兼有防渗、防冲刷的作用。它既要满足上部结构布置的要求，又要满足稳定及本身的结构强度等要求。 （1）底板顺水流方向的长度L： 有经验公式：L=3.5H=3.5(198.90-195.00)=13.6 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、工作便桥及其之间间隔的总和，即取L=14.0。 （2）底板厚度d: 根据经验，底板厚度为（1/5～1/7）单孔净跨，一般为1.0～2.0由此初拟底板厚度d=1.0 （3）底板构造： 底板采用钢筋混凝土结构，采用C20混凝土，上下游两端各设1.0深的齿墙嵌入地基，底板分缝设以“v”型铜片止水，由于地基为砂性土的细砂地基，抵抗渗流变形的能力较差，渗流系数也较大，由此得在底板两端分别设置不同深度的板桩，由于一般为水头的（0.6～1.0）倍，由水头大小可知，上游端设板桩深为3.0，下游端不设板桩。 2.铺盖 铺盖用钢筋混凝土结构，采用C20，其长度为上下游最大水位差的（3～5）倍，则取铺盖L=12.0，铺盖厚度为0.5。铺盖两端各设设0.5深的小齿墙，其头部不再设防冲槽，为了防止上游河床的冲刷，铺盖上游设块石护底，厚为0.3，其下设0.2厚的砂石垫层。顺水流方向设置永缝，缝距为8。 3.板桩 (1)根据工程经验:用钢筋混凝土板桩，板桩长度3，厚度0.2,宽度0.4。 (2)板桩的构造：采用现场预制，桩的两侧做成舌槽形，以便相互贴紧，板桩与闸室的连接形式是把板桩顶嵌入底板面特留的的凹槽内，桩顶填塞可塑性较大的不透水材料 4.其它防渗设施 侧向防渗主要靠上游翼墙和边墩，则上游翼墙为曲线形式，从边墩开始向上游延伸至铺盖头部，以半径为7.0米的圆弧插入岸坡。闸底板的上、下游端均设置齿墙，用来增强闸室的抗滑稳定，并延长渗径，齿墙深1m。 综上所述 闸基防渗的计算必须的防渗长度满足: L=C△H △H为上下游最大水位差，则△H=3.9,C为允许渗径系数值，由于为砂性土则取C=9.0。得最小允许防渗长度L=C△H=3.99.0=35.1。则地下轮廓布置见下图。 实际闸基防渗长度L: L=0.5+0.5+0.7+11+0.7+0.5+3+1+1.4+10+1.4+1+1.5=36.0 则L=36.0＞L=35.1 闸基防渗长度满足要求 第二节 防渗和排水设计及渗透压力计算 采用改进阻力系数法进行渗流计算 为了便于计算，将复杂的地下轮廓进行简化。由于铺盖头部及底板上下游两端的齿墙均较浅，可以将它们简化成短板的形式如下图： 1.确定地基的有效深度 根据钻探资料，闸基透水层深度很大。故在渗流计算中必须取一有效深度代替实际深度。由地下轮廓线简化图知：地下轮廓的水平投影长度L0=12+14=26m;地下轮廓的垂直投影长度S=195.00-190.00=5m。 L0/S=26/5=5.2＞5时,故地基的有效深度=0.5L0=13m。而地基的实际计算深度=195.0-183.32=11.68m,则＜，故地基的实际计算深度==11.68m。 2．渗流区域的分段和阻力系数的计算 过地下轮廓的角点、尖点，将渗流区域分成八个典型段。如上图，1、8段为进出口段，2、4、5、7则为内部垂直段，3、6、二段为内部水平段。 （1）设计洪水位情况 各流段阻力系数为 编号 名称 计算公式 ① 进出口段 1.0 11.68 0.478 0.433 0.294 ⑧ 1.5 10.98 0.517 0.468 0.397 ② 内部垂直段 0.5 11.18 0.045 0.041 0.082 ④ 4.5 11.18 0.457 0.414 ⑤ 4.0 10.68 0.379 0.343 ⑦ 1.0 10.68 0.091 0.082 0.155 ③ 内部水平段 =0.5 =4.5 =11.18 =12 0.760 0.688 0.786 ⑥ =4.0 =1.0 =10.68 =14.0 0.983 0.890 △H=198.36-195.00=3.36m。根据水流的连续条件，经过各流段的单宽渗流流量均应相等。 ①各流段的水头损失的计算,则得 =0.433m =0.041m =0.688m =0.414m =0.343m =0.890 =0.082m =0.468m ②进出口段进行必要的修正：进出口修正系数β1为 β1=1.21-112TT2+2[ST+0.059] =11.18m =11.68m =1m 则得： β1=0.68＜[β]=1.0 故需要修正 进水口段水头损失的修正为： =β1h1=0.680.433=0.294m 进口段水头损失的修正量为： Δh=－=0.434-0.294=0.140m 修正量应转移给相邻各段 +=0.73>0.140 所以 =0.0412=0.082m =0.688+（0.139-0.041）=0.786m. 同样对出口段修正如下 β2=1.21-112TT2+2[ST+0.059] =10.68m =11.68m =2m 则得： β2=0.849＜[β]=1.0 故亦需要修正 出口段的水头损失修正为 = β2h=0.397m 进口段水头损失的修正量为： =-=0.467-0.397=0.070m 将该修正量转移给相邻各段，则 =0.085+0.070=0.155 ③计算各角点的修正后的渗压水头：由上游进口段开始，逐次向下游从作用水头值△H中相继减去各分段的水头损失值，即可求得各角隅点的渗压水头值： =3.36m =-=3.066m =-=2.984m =-=2.198m =-=1.784m =-=1.441m =-=0.551m =-=0.396m =-=0 ④作出渗透压力分布图：根据以上算得渗压水头值，并认为沿水平段水头损失呈线形变化，则作出设计洪水位是渗透压力分布图 设计洪水位时渗透压力分布图 单位宽度底板所受渗透压力： =0.5(+ )141=0.5（1.441+0.551） 141 =136.91 单位宽铺盖所受的渗透压力： =0.5(+)121=0.5（2.984+2.198） 121 =304.49 2．校核洪水位情况 各流段阻力系数为 编号 名称 计算公式 ① 进出口段 1.0 11.68 0.478 0.502 0.341 ⑧ 1.5 10.98 0.517 0.543 0.461 ② 内部垂直段 0.5 11.18 0.045 0.047 0.094 ④ 4.5 11.18 0.457 0.480 ⑤ 4.0 10.68 0.379 0.398 ⑦ 1.0 10.68 0.091 0.096 0.178 ③ 内部水平段 =0.5 =4.5 =11.18 =12 0.760 0.799 0.913 ⑥ =4.0 =1.0 =10.68 =14.0 0.983 1.033 △H=198.90-195.00=3.90m。根据水流的连续条件，经过各流段的单宽渗流流量均应相等. ①各流段的水头损失的计算,则得 =0.502m =0.047m =0.799m =0.480m =0.398m =1.033 =0.096m =0.343m ②进出口段进行必要的修正：进出口修正系数β1为 β1=1.21-112TT2+2[ST+0.059] =11.18m =11.68m =1m 则得： β1=0.68＜[β]=1.0 故需要修正 进水口段水头损失的修正为： =β1h1=0.680.502=0.341m 进口段水头损失的修正量为： Δh=－=0.502-0.341=0.161m 修正量应转移给相邻各段 +=0.846>0.047 所以 =0.0472=0.094m =0.799+（0.161-0.047）=0.913m. 同样对出口段修正如下 β2=1.21-112TT2+2[ST+0.059] =10.68m =11.68m =2m 则得： β2=0.849＜[β]=1.0 故亦需要修正 出口段的水头损失修正为 = β2h=0.461m 进口段水头损失的修正量为： =-=0.543-0.461=0.082m 将该修正量转移给相邻各段，则 =0.096+0.082=0.178 ③计算各角点的修正后的渗压水头：由上游进口段开始，逐次向下游从作用水头值△H中相继减去各分段的水头损失值，即可求得各角隅点的渗压水头值： =3.9m =-=3.559m =-=3.465m =-=2.552m =-=2.072m =-=1.674m =-=0.641m =-=0.461m =-=0.000 ④根据以上计算作出校核洪水位是渗透压力分布图,如图 校核洪水位时渗透压力分布图 单位宽度底板所受渗透压力： =0.5( H6+ H7)141 =158.97 单位宽铺盖所受的渗透压力： =0.5( H3+ H4)121 =353.87 3.抗渗稳定验算 闸底板水平段的平均渗透坡降和出口处的平均逸出坡降： （1）闸底板水平段的平均渗透坡降为： 设计情况 校核情况 （2）渗流出口处的平均逸出坡降为 设计情况 校核情况 ，所以闸基的防渗满足抗渗稳定的要求。 第三节 排水设施及细部构造 为加厚反滤层中的大颗粒层，形成平铺式。排水反滤层一般是2-3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，各层次的粒不得发生移动，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，以保证排水畅通。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有碎石、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 厚的细砂。 第四章 闸室布置 第一节 闸底板、闸墩 （1）闸底板 采用整体式平底板。详细叙述见第三章第一节。底板顺水流方向的长度L=14m，底板厚度d=1.0m。 （2）闸墩 闸墩承受闸门传来的水压力，也是坝顶桥梁的支撑。 闸墩顺水方向的长度取与底板相同，取14.0m。闸墩为钢筋混凝土结构，中墩厚均为1.5m。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设计或校核洪水位加相应的安全超高；挡水时应高于设计或校核洪水位加波浪计算高度加安全超高。 水位高程 安全加高 波浪计算高程 闸顶高程 闸墩高程 挡水时 设计洪水位 198.36 0.3 0.2 198.86 3.86 校核洪水位 198.90 0.2 0.2 199.30 4.30 泄水时 设计洪水位 198.36 0.5 0.2 199.06 4.06 校核洪水位 198.90 0.4 0.2 199.50 4.50 由已知的多年平均最大风速为12m/s，吹程为0.15公里，计算破浪高： 根据官厅水库公式： m 其安全超高查SL265-2001，表4.2.4得，泄水时：设计洪水位时为0.5m。校核洪水位时为0.4m；挡水时：设计洪水位时为0.3m。校核洪水位时为0.2m。 依据表格得，闸墩高度为4.5m。 闸墩下游部分的高度只要比下游最高水位适当高些，不影响泄流即可。由于校核洪水位时下游最高水位▽=198.65m，由此取闸墩下游部分的顶部高程为▽=199.2m，闸墩上设两道门槽（检修门槽和工作门槽），检修门槽在上游，槽深为0.2m，宽0.4m，工作槽槽深为0.40m，宽0.5m。两者相距2.0m。具体位置见下图。下游不设检修门，闸墩下游头部均为流线形。 第二节 闸门和启闭机 闸门采用露顶式平面钢闸门，则闸门顶高程为199.40m，闸门高4.4m，门宽为4.0m。 查SL265-2001和《水闸》，根据经验公式: 初估闸门自重. 为门重，10KN，墩高度4.5m，为孔口宽度为3.2m，采用滚轮式支承=1.0，采用普通低合金钢结构=0.8，由于H＜5.0m,取=0.156，则得门自重,为满足要求则取门。 根据经验公式，初估计启门力，闭门力。则P为作用在门上的总水压力（见图）， 不计浪压力的影响，作用在每米宽门上游面的水压力： =1/29.813.9 3.9=74.60 作用在每米宽门上游面的水压力： =1/23.653.65 9.81=65.35 则门上总的水压力为： 当处于开启状态时： =3.2=238.72 =0.274.6+1.212.0=62.41 当处于关闭状态时： =（-）3.2=（74.6-65.35）3.2=29.6 =0.229.6-0.915.0=-7.58 ＜0，表示闸门能靠自重关闭，则不需加压重块帮助关闭，根据计算所需的启门力=62.14，初选单吊点卷扬式启闭机QPQ-80，机架外轮廓J=1473mm（查《闸门与启闭设备》P240-242）。 第三节 工作桥、公路桥、检修便桥 （一）工作桥 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度，其宽度B=启闭机宽度+2栏杆柱宽+2操作宽度+2栏杆外富裕宽度=1.473+21.0+20.2+20.1=4.073m，故取工作桥净宽4.0m。工作桥为板梁式结构，预制装配，两根主梁高0.8m，宽0.4m，中间活动铺板厚0.1m。其结构见图。 工作桥结构图 为了保证启闭机的机脚螺栓安置在主梁上，主梁间的净距为1.2m。在启闭机机脚处螺栓处设两根横梁,其宽0.3m，高为0.5m，工作桥设在实体排架上，排架的厚度即闸墩门槽处的颈厚为0.7m，排架顺水流方向的长度为2.2m，宽0.6m。则排架高=门高+富裕高度+上游顶高程=4.4+0.6+199.4=204.4m。 （二）公路桥 在下游闸墩部分搁置公路桥，桥面高程为▽=200.30m，梁的截面尺寸0.40.7m，桥面净宽为4.0m，总宽4.4m。 （三）检修便桥 为了便于对闸门进行检修、观测、在检修门槽处设置有检修便桥。桥宽1.5m。桥身结构仅为两根嵌置于闸墩内的钢筋混凝土简支梁，梁高0.4m，宽0.2cm。梁中间铺设厚0.1m的钢筋混凝土板。由于检修闸门使用频率低，故不需设固定启闭机，检修时可采用临时启闭设备。 第四节 闸室的分缝和止水设备 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15-30m、缝宽为2-3cm。整体式底板闸室沉陷缝。一般设在闸墩一孔、两孔或三孔一联为独立单元。其优点是保证在不均匀沉降时闸孔不变形，闸门仍正常工作。 凡是有防渗要求的缝，都应该设止水设备。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，以及消力池本身的温度沉降缝内。 本次设计缝宽为20mm，横缝设在闸墩之间，闸墩与底板连在一起。止水设备： 铅直止水设在闸墩中间，边墩与翼墙间采用水平止水设备。 第五章 闸室稳定计算 第一节 荷载及其组合 （一）荷载情况 水闸承受的荷载主要由：自重、水重、水平水压力、扬压力、浪压力、地震 等。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设计洪水位情况，特殊组合按校核洪水位情况 荷载组合 计算情况 自重 静水压力 扬压力 浪压力 地震荷载 基本组合 完建无水期 √ 设计洪水位情况 √ √ √ √ 特殊组合 校核洪水位情况 √ √ √ √ （二）荷载计算 1.完建期的荷载 荷载计算主要是闸室及上部结构自重，取中间闸室为单元进行计算。 完建期的荷载主要包括闸底板重力，闸墩重力，闸门重力、工作桥及启闭机设备重力、公路桥重力和检修便桥重力、取钢筋混凝土的容重为25。 底板重力为： =1419.425+0.5（2+1）19.4252 =3995 闸墩重力：则每个中墩重： =1.551.54.525+0.41.14.525+0.70.54.225+5.951.54.225+21.034.525+21.034.225+21.54.525 =2070.49 每个闸室单元有两个中墩，则: =2=22070.49=4141 闸门重=12，则两个闸门重=24.0 工作桥重力: =（4.90.60.7+5.20.60.7+0.60.71）225+0.40.89.4225+0.149.425+9.420.5（0.1+0.02）125+0.70.19.4225 =516.4 考虑到栏杆机横梁重等取=520 查《闸门与启闭设备》 QPQ-80启闭机机身重15.0，考虑到混凝土及电机重，每台启闭机重20,启闭机重力=220=40.0 公路桥重力: =0.40.79.4225+4.40.49.425+0.219.4225 =639.2 考虑到栏杆重,取公路桥重为: =650 检修便桥重力： =0.20.59.4252+1.10.19.425 =72.85kN 考虑到栏杆及横梁重力等去检修桥重: =85。 完建情况下作用荷载和力矩计算表(对底板上游端B点求力矩) 部位 重力(KN) 力臂(m) 力矩(m) ↘ ↙ 底板 3995 7.0 27965 闸门 ① 12 3.13 37056 ② 12 5.5 66 闸墩 4141 7.0 28987 工作桥 520 5.5 2860 启闭机 ① 20 3.13 62.6 ② 20 5.5 110 公路桥 650 9.8 6370 检修便桥 85 3.13 266.05 合计 9455 66724 2.设计洪水情况下的荷载 在设计洪水情况下,闸室的荷载除了闸室本身的重力外,还有闸室内水的重力、浪压力、水压力、扬压力等。 闸室内水重: =3.366.45.759.81=1212.99 水平水压力:首先计算波浪