水工建筑物水闸课程设计.

目录

一、基本设计资料 -------------------------------------------- 1

1、基本概述资料----------------------------------- 1

2、水流量资料------------------------------------- 1

3、闸基土质资料----------------------------------- 2

4、其他资料--------------------------------------- 2

5、水闸设计标准----------------------------------- 2

二、闸址选择 ----------------------------------------------------------------------- 3

三、总体枢纽布置 --------------------------------------------------------------- 3

1、拦河闸的布置----------------------------------- 3

2、闸室段的布置----------------------------------- 3

3、上游连接段的布置--------------------------------3

4、下游连接段的布置--------------------------------4

四、水力计算 ----------------------------------------------------------------------- 4

1、闸孔设计-------------------------------------- 4

2、消能防冲设计---------------------------------- 7

3、海漫设计---------------------------------------9

五、防渗排水设计 -------------------------------------------------------------- 10

1、地下轮廓设计--------------------------------- 10

2 、防渗计算------------------------------------- 11

六、闸室的布置与稳定分析 ------------------------------- 15

1、闸室结构布置--------------------------------- 15

2、荷载及其组合--------------------------------- 18

3、闸室稳定计算--------------------------------- 23

七、闸室结构设计 ------------------------------------------- 25

1、闸墩设计------------------------------------- 25

2、底板结构设计--------------------------------- 25

八、基础处理--------------------------------------------------- 29

九、主要参考文献--------------------------------------------- 30

一、基本设计资料

1、基本概述资料

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。

2、水位流量资料

根据规划要求，在正常蓄水时下泄流量为Q=0

3

/m s ，上游水位为H 正=198.0m ，此时对应的下游水位H=195.0m ；在校核洪水时灌区下泄流量为Q 核=79.73

/m s ，此

时的相应上游校核水位为H 核=198.90m ，相应闸下游水位H 下=198.65m ；在设计洪水位时灌区下泄流量Q 设=61.43

/m s ，此时对应的上游水位H 设=198.36m ，闸下游水位为H‘下=198.15m 。

闸身稳定计算水位组合

（1） 设计洪水位时：上游水深m H 36.3=,下游水深m h s

15.3=

（2） 校核洪水位时：上游水深m H 90.3=,下游水深m

h s 65.3= 消能防冲设计水位组合

根据分析：消能防冲的最不利水位组合是在校核洪水位时的情况下：则其组合

是：下泄流量为Q=79.70

3/m s ，相应的上游水位是H 核=198.90m, 闸下游水位H 下=198.65m ，则相应的上游水深H=3.90m,下游水深h=3.65m 。

水位流量资料表： 运用情况 上游水位（米） 下泄流量（m 3/秒） 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

3、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；

天然重度饱和重度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

沙土料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

4、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4.0m，总宽为4.4m。

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。

5、水闸的设计标准

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、闸址选择

根据《水工建筑物》可知，闸址选择关系到工程的成败和经济效益的发挥，是水闸设计中的一项重要内容，应根据水闸的功能、特点和运用要求，综合考虑地形、地址、水流、潮汐、泥沙、冻土、冰清、施工、管理和周围环境等因素，通过技术经济比较，选定最佳方案。

闸址适宜选择在地形开阔、岸坡稳定、岩土坚实和地下水水位较低的地点。应优先选用地质条件良好的天然地基，土壤、中砂、粗砂、和砂砾都适于做为水闸的地基；尽量避开淤泥质土和粉、细砂地基，必要时，应采取妥善的处理措施。

在河道上建造拦河闸，为解决施工导流问题，常将闸址选在弯曲河道的凸岸，利用原来河道导流，裁弯取直，新开上、下游引水和泄水渠，新开渠道既要尽量缩短其长度，又要使其进、出口与原河道平顺衔接。

根据基本地形资料知道，闸址附近，河道顺直，河道横补面接近梯形，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。

断面尺寸如图1-1所示：

图 1-1

三、总体枢纽布置

1、拦河闸的布置

拦河闸布置成开敞式水闸，根据计算将水闸分为3孔，边孔净宽3.0m，中孔净宽4.0m,闸门顶部高程199.4m。闸门高出边缘线0.2m。

2、闸室段的布置

闸底板为倒π形布置，采用钢筋混凝土结构，地板中央设缝，板长15m，厚1.0m。

闸墩材料采用钢筋混凝土材料，顺水流方向长15m，中墩厚1.2m，边墩与岸墙分开布置，为重力式边墙，不挡水只挡土，闸墩上游设有工作门槽和检修门槽。工作桥宽0.4m,检修桥宽1.5m，闸门采用露顶式平面钢闸门，尺寸3.55×4.4启闭设备采用QPQ-16卷场式启闭机，公路桥设在下游，总宽4.4m。

3、上游连接段布置

上游翼墙采用浆砌石重力式反翼墙，墙顶高程199.50m，混凝土拦浪板高0.8m，设在其上，墙后填土高程199.20m，翼墙底板厚0.6m，同样采用钢筋混凝土材料。

铺盖与翼墙上游齐平，顺水流方向长14.0m，厚0.6m，铺盖上游为块石护底，一直护到引水口。

翼墙上游为干砌石护坡，并设有浆砌石格梗，每隔12m布置，砂垫层设在块石底部，15cm厚。

4、下游连接段的布置

闸室下游布置消力池、海曼、防冲槽等。

消力池采用挖深式，长7.5m，池深0.5m，底板采用钢筋混凝土结构，厚0.5m，消力池与闸室连接处设1m宽小坝，厚以1:4的斜坡连接，底板下设0.2m厚砂、碎石垫层，反滤排水。

采用浆砌石做为海曼的材料，其长度为18m，厚度为0.5m，浆砌石内设排水孔，下面铺设反滤层，在海曼起始端做8.0m长的浆砌石水平段，其顶面高程与护坦齐平，在海曼后半段做成1:15的斜坡，以使水流均匀扩散，调整流态分布，保护河床不受冲刷。

取防冲槽深度为2.0m，底宽b为4.0m,取顶端与海曼末端齐平，则上游坡率取m＝2，下游坡率m＝3。

下游翼墙为浆砌石重力式反翼墙，迎水面直立，墙背坡率1:0.5收缩角为10度。材料选用钢筋混凝土板，厚0.6m，前趾长1.2m，，后趾长0.2m，翼墙下游端与消力池末端齐平。

四、水力计算

水闸的水力设计主要包括两方面内容，即闸孔设计和消能防冲设计。

1、闸孔设计

闸孔设计的主要任务是：确定闸室结构形式，选择堰型，确定堰顶高程以及孔口尺寸。

（1）闸室结构型式

该闸建在天然河道上，故宜采用开敞式闸室结构。

（2）堰型的选择及闸底板高程的选定

该闸建在少泥沙的人工渠道上，故宜采用结构简单、施工方便、自由出流范围较大的平底板宽顶堰。由闸基河床地质资料可知，闸基附近河床土质良好，承载能力大，并参考该地区已建工程的经验，拟取闸底板顶面（即堰顶）与西通河渠底齐平，高程为195.00m。

（3）孔口尺寸的确定

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。

B

1)计算闸孔总净宽

在设计情况下：①、上游水H=198.36-195=3.36m

h=198.15-195.00=3.15m

②、下游水深

s

m s

③、下泄流量Q=61.403/

则上游行近流速：

V0=Q/A

根据和断面尺寸：

A=﹙b ＋mH ﹚H =﹙18+1.5×3.36﹚×3.36＝77.4m 2

其中b 为河道宽：b=18m m 为边坡比：m=1:1.5 V 0=Q/A =61.40/77.41=0.793m/s H 0=H ﹢αv 2

/2 （取α＝1.0﹚ =3.36﹢0.7932

/﹙2×9.81﹚ ＝3.39m 则

s

h H =3.15/3.39=0.929>0.8 故属于淹没出流。 校核情况： ①、上游水H=198.9-195=3.9m

②、下游水深s h =198.65-195=3.65m ③、下泄流量Q=79.703

/m s

则上游行近流速：

V 0=Q/A

根据和断面尺寸：

A=﹙b ＋mH ﹚H =﹙18+1.5×3.9﹚×3.9＝93.02m 2

其中b 为河道宽：b=18m m 为边坡比：m=1:1.5 V 0=Q/A =79.7/93.02=0.86m/s

H 0=H ﹢αv 2

/2g ﹙取α＝1.0﹚

=3.9﹢0.862

/﹙2×9.81﹚ =3.94m 则

s

h H =3.65/3.94=0.93>0.8 , 故属于淹没出流。 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》，由宽

顶堰淹没出流公式：

，根据

s

h H ，查SL-265-2001,附录A.01，查得淹没系数=0.74，对无坎宽顶堰：m=0.385 假设侧收缩系数 =0.90。计算简图见图2—1

g

v 220

H

H 1

s h

图2—1

在设计情况下： 由公式

B

所以，在设计情况下

=8.66m

在校核情况下：

=9.0m

整理上述计算如表2—1所示：

表2—1

计算情况

上游水深 H

下游水深s h

流量 Q

行进流速

行进水头0H 淹没系数б

流量系数m

侧收缩系数ε

0B 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0b

单孔宽度0b 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01B >02B 比较得，取净宽较大的值，则取0B =9.0m 。

以上为0B 的第一次近似值，据此可计算ε的第二次近似值，按0H h s =0.93，及闸墩边形状，查《水闸》表3—5得0ξ=0.53， k ξ=0.70。侧收缩系数按式计算为：

()[]

b

n H n k ?-+-=0

012.01ξξε =1-0.2×[0.7+（3-1）×0.53]×3.9/9 =0.85

净宽0B 的第二次计算近似值为

=9.5m

再将净宽0B 的第二次近似值代入式中，可得ε=0.86，再次试算后仍得ε=0.86，计算得出02B =9.4m ,根据所给闸门的型号尺寸，则选择孔数n=3，每孔净宽0b =3.2m ，则闸孔总净宽0B =3.2×3=9.6m ,

3.闸孔泄流能力校核

中墩采用钢筋混凝土结构，根据水闸设计规范SL265-2001,取中墩厚d=1.5m ,墩首为半圆形，墩尾采用尖圆形。边墩厚度为1.0m ，墩首、尾采用半圆形。

根据拟定的闸孔尺寸净宽0B =9.6m ，用设计情况进行检验。根据堰流公式：

=

Q

3/20.860.740.38529.819.6Q =?????3.39?实

=64.283

/m s

则:

%100?-Q

Q Q 实=|（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0b =3.2m ，2个中墩各厚d=1.5m ，边墩厚度为 1.0m ，闸孔总净宽0B =9.6m ，闸室总长度B=3×3.2+2×1.5=12.6m 。

2. 消能防冲设计

消能防冲设计包括消力池、海漫和防冲槽三部分的设计。 （1） 消力池的设计

1)上下游水面连接形态的判别，当闸门从关闭状态到校核的下泄流量为

s m Q /70.793=，往往是分级开启的。为了节省计算工作量，闸门的开度拟分三级

开启。第一级泄流量为s m /63.83

，待下游水位稳定后，开度增大至设计流量

s m /40.613，最后待下游水位稳定后，再增大开度至最大下泄流量s m /70.793。

当下泄流量为s m /63.83

时：

上游水深m H 90.300.19590.198=-=；

下游水位则采用前一级开度（即0=Q ）时的下游水深m

h s 0=；

则上游行进流速：

s m A Q v /093.002.9363.830===

由于

s

m s m v /5.0/093.03

30<=，则可以忽略不计

假设闸门开度185.0=e ，65.0047.090.3/185.0/<==H e ,则为孔流，查《水

力计算手册》（第二版）得垂直收缩系数6194.0=ε则：

m e h c 115.0185.06194.0=?==ε

s

m B Q q /6638.000.1363.82===

跃后水深：

m

gh q h

h c c

c 8635.01115.081.96904.0812115.018123232=???

?

??-??+?=???? ??-+="

则

0=>"t c h h 为远驱式水跃，故需要设消力池 由02844.08635.090.38635.00<-=--=''-''-c c t h H h h ，查SL265-2001表A.0.3-2得孔流淹

没系数00.1='σ，孔流流量系数0μ为0.65～0.7因此：

5915.090.3185

.018.060.018

.060.00=?-=-=H e μ

gH eB Q 20μσ'=

该值与要求的的流量s m /63.83

比较接近，故所假定的闸门开度185.0=e 正确。

以同样的方法，分级开启流量为s m /40.613

、s m /70.793

时的闸门开度，并计算相应的参数，并判别不同下泄流量时，上下游水面的连接形式，则可以判别是否需要设消力池，其水面连接计算结果见下表：

水面连接计算结果表 序号 Q （m3/s ） e （m ） ε

hc （m ） )(m h c '' Ht （m ） 水面连接情况 1 8.63 0.185 0.6194 0.115 0.8635 0 远离式水跃

2 61.40 2.45 / 2.45 0.6481 3.15 淹没式水跃 3

79.70

3.91

/

3.65

0.5417

3.65

淹没式水跃

2） 消力池深的计算

根据前面的计算，消力池采用挖深式消力池，以下泄流量

s m Q /63.83

=作为计算消力池深度的计算依据。消力池中水的流态见图3-1。

s m Q / 57 . 9 90 . 3 81 . 9 2 00 . 10 185 . 0 5915 . 0 00 . 1 3 = ? ? ? ? ? ? =

图 3-1

依据SL265-2001附表B.1.1

Z h h d s c

?-'-''=0σ

22

2

2222c s

h g q h g q Z ''-'=?α?α

则

m Z 007.08635.081.926904.0190.095.081.926904.012

2

222=???-????=?

m d 043.0007.018635.010.1=+-?=

计算出消力池池深d=0.043m ，但为了稳定泄流时的水流，根据规范取池d=0.50m 。 3） 消力池长度的计算

由前面的计算，以下泄流量

s m Q /63.83

=作为确定消力池长度的依据，略去行进流速

0v ，则：

m d H T 40.450.090.30=+=+=

根据公式：

00T T T h c ααα-

-

=

m

h c 079.040.4027

.040.4027

.040.4027

.0=-

-

=

由此

m gh q h

h c c

c 07.11079.081.96904.0812079.018123232=???

? ??-??+?=???? ??-+="

由此水跃长度

()()m h h L c c

j 84.6079.007.19.69.6=-?=-''=

消力池与闸底板以1：4的斜坡段连接，则

m

L s 0.25.04=?= 则消力池长度：

m

L L L j s sj 472.784.68.00.2=?+=+=β

（注：β为水跃长度校正系数取0.8） 取消力池长度 m

L sj 50.7=

4） 消力池底板厚度的计算

根据抗冲要求：

H

q k t ?=1

式中：s m q /6904.03

= m H 90.3=? 1k 为消力池底板计算系数取0.20 则：

m m t 50.0234.090.36904.020.0<=??=

故消力池底板厚度取t=0.50m

由此得到，取消力池底板厚为0.50m ，前后等厚。为减小作用在护坦上的扬压力，在消力池底板的后半部分设置排水孔，并在该部位的地面铺设反滤层，排水孔孔径取80cm ，间距L=2.0m ，呈梅花形布置，为使出闸水流在消力池中产生水跃，在消力池与闸底板连接处留一宽为1.0m 的平台。

3、 海漫的设计

（1）海漫长度的计算

海漫的长度计算由式： H

q K L s s p ?=

式中：

s m q s /6904.03

= m H 90.2=? s K 为海漫长度计算系数，由于河床为细沙，故取0.14=s

K ，则

m L p 18.1590.26904.00.14=??=

因此取海漫长度m

L p 00.15= (2)海漫的布置与构造

海漫的材料采用浆砌石，其厚度为0.5m ，浆砌石内设排水孔，下面铺设反滤层，在海漫起始段做5.0m 长的水平段，其顶面高程与护坦齐平，在海漫后半段做成1：15的斜坡，以使水流均匀扩散，调整流速分布，保护河床不被冲刷。 （3） 防冲槽的设计

取防冲槽的深度为2.0m ，底宽b 为4.0m ，取顶端与海漫末端齐平，则上游坡率取m=2，下游坡率取m=3，由此得到消能防冲设计的相关尺寸，见图3-2。

图 3-2

五、防渗排水设计

1、 地下轮廓的设计

地下轮廓的设计主要包括底板、防渗铺盖、板桩等的设计。 （1）、 底板的设计

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 0：

有经验公式： ()m H L 50.1300.18590.18850.350.30=-?==

为了满足上部结构布置的要求，L 0必须大于交通桥宽度、工作桥、工作便桥及其之间间隔的总和，即取L 0=14.00m 。 ·2）底板厚度d ：

根据经验，底板厚度为（1/6~1/8）单孔净宽，一般为 1.10m~1.40m ，由此初拟底板厚度d=1.20m 。 1) 底板构造：

底板采用钢筋混凝土结构，上下游两端各设1.0m 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沙地基，抵抗渗流变形的能力较差，渗流系数也较大，由此必须在底板两端分别设置不同深度的板桩，一般为水头的（0.6~1.0）倍，有水头大小可知上游端设板桩深为3.0m ，下游端不设板桩。 （2） 铺盖

铺盖采用钢筋混凝土结构，其长度为上下游最大水位差的（3~5）倍，则取铺盖L=16.0m ，铺盖厚度为0.50m 。铺盖上游端设0.50m 深的小齿墙，其头部不再设防冲槽，为了上游河床被冲刷，铺盖上游设块石护底，厚为0.30m ，其下设0.20m 的碎石垫层。 （3）侧向防渗

侧向防渗主要靠上游翼墙和边墩，则上游翼墙为曲线形式，从边墩向上游延伸一定距离后，以半径为0.70m 的圆弧插入岸墙。 （4） 排水、止水

为了减小作用于闸底板上的渗透压力，在整个消力池底板上布设砂砾石排水，其首部紧抵闸底板下游齿墙，闸底板与铺盖，铺盖与上游翼墙，下游翼墙的永久缝中，均设以铜片止水，闸底板与消力池，消力池与下游翼墙之间永久性分缝，虽然没有防渗的要求，但是为了防止闸基与挡土墙后填土被水流带走，缝中铺设沥青油毡。 （5） 防渗长度验算

闸基防渗长度的计算必须满足： H C L ?=

式中：m H 90.3=? C 为允许渗径系数值，由于为砂性土故取C=9.0，则

m H C L 10.3590.30.9=?=?=

而实际闸下布置见图4-1

图 4-1

实际闸基防渗长度L ：

m L 5.355.10.14.10.1140.10.10.32.15.07.00.117.05.05.0=+++++++++++++='

则m L m L 1.355.35=>=' 闸基防渗长度满足要求

2、 渗流计算

采用改进阻力系数法进行渗流计算 （1） 地下轮廓线的简化

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，可以将他们简化为短板的形式如下图

4-2

图 4-2

（2） 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可知：地下轮廓的水平投影长度L0=14.00+16.00=30.00m ；地下轮廓的垂直投影长度

m S 70.550.020.60=-=

故526.570.500.3000>==S L ，则按下式计算Te ：

m

L T e 00.1500.305.05.00=?==

而地基的实际计算深度m T 68.1132.18300.195=-=，而

e T

T <，故地基的实际计算深度T=11.68m 。

（3） 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，将渗流区域分为8个典型段，如图 所示1、8段为进出口段，2、4、5、7则为内部垂直段，3、6两段为内部水平段。

则相关计算的结果见表4-1：

表4-1 各流段阻力系数为ξ

流段 计算公式 段号

S

T/L ξ 进口段和出口段 441.05.12

/30+???

??=T S ξ

1 0.9 11.18 0.475 8 1.5 10.98 0.517 内部垂直段 ????????? ??-=T S ctg y 14ln 2

ππξ

2 0.8 10.88 0.074 4

5.6 10.88 0.582 5 5.0 10.48 0.530 7

1.0 10.48 0.096

内部水平段 ()

T

S S L x x 217.0+-=

ξ

3 S1=0.8 S2=5.6 T=10.88 L=16.0 1.059 6

S1=5.0 S2=1.0 T=10.48 L=14.0

0.935

则

268

.4935.0059.1096.0530.0582.0074.0517.0475.08

1=+++++++==∑=i i ξξ

(4)渗透压力计算

1)设计洪水位时：m H 36.300.19536.198=-=?

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。

a.根据下式计算各分段的渗压水头损失值

H h i

i

i ?=

∑ξξ

A 进口段和出口段：

m

H h i

374.036.3268.4475

.011=?=?=

∑ξξ

m

H h i

407.036.3268.4517.088=?=?=∑ξξ

B 内部垂直段：

m H h i 058.036.3268

.4074

.02

2=?=

?=

∑ξξ m H

h i 458.036.3268

.4582

.044=?=?=∑ξξ

m H

h i 417.036.3268

.4530

.055=?=

?=∑ξξ

m H

h i

076.036.3268

.4096

.077=?=

?=∑ξξ

C 内部水平段：

m

H h i

834.036.3268.4059

.133=?=?=

∑ξξ

m H h i

736.036.3268.4935.066=?=?=

∑ξξ

b.进、出口水头损失的修正

A 进口处修正系数1β的计算：

?

?????+????????+??? ??'-

=059.02121

21.121T S T T β

式中 m T 18.11=' m T 88.10= m S 9.0= 则得 0.1729.01<=β，应予修正。

进口段水头损失值应修正为：

m h h 273.0374.0729.0111=?=='β

进口段水头损失减小值为：

m

h h m h 892.0834.0058.0101.0273.0374.0321=+=+<=-=?

故修正各该段的水头损失值为：

m h h 116.0058.02222

=?=='

m h h h h 877.0058.0101.0834.02133

=-+=-?+='

B 出口处修正系数2β的计算：

式中 m T 98.10=' m T 48.10= m S 5.1=

则得 ，应予修正。

出口段水头损失应修正为： m h h 360.0407.0884.0828

=?=='β

出口段水头损失减小值为：

m h m h 736.0047.0360.0407.068=<=-=? 故修正各该段的水头损失值为：

m h h h 123.0047.0076.0877

=+=?+='

C 计算各角隅点的渗压水头：

由上游进口段开始，逐次向下游从作用水头值相继减去各分段水头损失值，即可求得各角隅点的渗压水头值：

m H 36.31=

m H 087.3273.036.32=-=

m H 971.2116.0087.33=-=

m H 094.2877.0971.24=-=

m H 636.1458.0094.25

=-=

m H 219.1417.0636.16

=-=

m H 483.0736.0219.17

=-=

m H 360.0123.0483.08

=-=

m H 00.0360.0360.09

=-=

D 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4-3所示的渗压水头分布图：

图 4-3

单位宽度底板所受的渗透压力： ()(

)KN t H H P 88.116914.11114483.0219.15.01145.0761==??+?=??+?= 单位宽度铺盖所受的渗透压力：

()()KN

t H H P 50.39752.40116094.2971.25.01165.0432==??+?=??+?=

2)同样的步骤可计算出校核洪水位时的渗透压力分布即 m H 90.3=?

0 . 1 884 . 0

2 < = β 0

. 1 884 . 0 2

< = β ? ? ? ? ? ? + ?? ? ? ?? ?

? + ? ? ? ? ? ' - = 059 . 0 2 12 1

21 . 1

2 1 T S T T β

m H 90.31=

m H 584.32=

m H 448.33=

m H 430.24= m H 898.15=

m H 410.16= m H 560.07= m H 417.08= m H 00.09

=

根据以上计算绘出校核洪水位时渗透压力分布图，如图4-4：

图 4-4

单位宽度底板所受的渗透压力： ()(

)KN t H H P 28.13589.13114560.0410.15.01145.0761==??+?=??+?= 单位宽度铺盖所受的渗透压力： ()()KN t H H P 31.46102.47116430.2448.35.01165.0432==??+?=??+?=

(5) 抗渗稳定演算

1)闸底板水平段平均渗透坡降

x

J 的计算

由公式： x v x L h J '=

A 设计洪水位时

053.014

483.0219.176=-=-='=

板L H H L h J x v x

则[]=

<=x x

J J 053.00.07~0.10（查水闸设计规范得）

B 校核洪水位时

061.014

560.0410.176=-=-='=

板L H H L h J x v

x

则

[]=

<=x x J J 061.00.07~0.10（查水闸设计规范得）

2)渗流出口处平均渗透坡降

J 的计算

由公式：

S h J v '=

A 设计洪水位时

240.05.1360.0480==='=

S H S h J v

则

[]=

<=00053.0J J 0.30~0.35（查水闸设计规范得）

B 校核洪水位时

278.05.1417.0480==='=

S H S h J v

则[]=<=00

278.0J J 0.30~0.35（查水闸设计规范得）

综上闸基的防渗满足抗渗稳定的要求。

六、 闸室的布置与稳定分析

1、 闸室结构布置

闸室结构布置主要包括底板、闸墩、胸墙、闸门、工作桥和交通桥等部分结构的布置和尺寸的拟定。

（1） 底板

底板的结构、布置、构造已在上一节中布置，在此不用不说明。

（2） 闸墩

闸墩顺水流方向的长度取与底板相同，取14.00m 。闸墩为钢筋混凝土结构，中墩厚为2.50m 。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安全超高；关闭闸门时应高于 设计或校核洪水位加波浪计算高度加安全超高，

表4—1

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：

2.015

.0120166.00166.03

145

3

1

4501=?==D

V h m

其安全超高查SL265-2001表4.2.4得，泄水时：设计洪水位时为0.50m ，校核洪水位时为0.40m 。

则取其中最大的值，闸墩上游部分的顶部高程取最大值，即高程m 50.199=?。

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m 65.198=?，因此取闸墩下游部分的顶部高程为m 20.199=?，则在下游闸墩部分搁置公路桥，桥面高程m 20.200=?，桥面净宽为4.0m 。闸墩上游设两道门槽（检修门槽和工作门槽），检修门槽在上游，槽深0.30m ，槽宽0.50m ，再向下游1.50m 处设工作门槽，槽深0.50m ，槽宽0.80m ，下游不设检修闸门，墩头墩尾均为半圆形，如图5-1所示

图 5-1

（3） 胸墙

为了保证启吊闸门的钢丝绳不浸在水中，往往会设置胸墙，但由于所选闸门的高度和水位的变化深度，则在此不用设置胸墙。

（4） 工作桥 1）启闭机选型

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 。启闭机顶高程203.30m 。

查SL265-2001和《水闸》，根据经验公式:

08.043.1B H k K K G g C Z =

初估闸门自重，G 为门重，10KN ，B 墩高度4.5m ，B 为孔口宽度为3.2m ，采用滚轮式支承Z K =1.0，C K 采用普通低合金钢结构C K =0.8，由于H ＜5.0m,取g K =0.156，则得门自重

=????=08.043.12.35.4156.08.00.1G N k 77.11,为满足要求则取门kN G 0.12=。

根据经验公式，初估计启门力()G P F Q 2.12.01.0+-=，闭门力()G P F W 96.02.01.0--=。则P 为作用在门上的总水压力见图4—2

图4—2

不计浪压力的影响，作用在每米宽门上游面的水压力：

上P =1/2×9.81×3.9 ×3.9=74.60kN 作用在每米宽门上游面的水压力：

下P =1/2×3.65×3.65 ×9.81=65.35kN

则门上总的水压力为：

当处于开启状态时：

P =上P ×3.2=238.72kN

Q F =0.2×74.6+1.2×12.0=62.41kN

当处于关闭状态时：

P =（上P -下P ）×3.2=（74.6-65.35）×3.2=29.6kN

W F =0.2×29.6-0.9×15.0=-7.58kN

W F ＜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Q F =62.14kN ，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）。

2） 工作桥的尺寸及构造

工作桥的宽度不仅要满足启闭机宽度的要求，且两侧应留有足够的操作宽度。其宽度

m

B 073.41.020.12473.122=?+?+=?+?+=栏杆外富余宽度栏杆柱宽启闭机宽度故取工作桥净宽B=4.0m 。

工作桥为板梁式结构，预制装配，两根主梁高0.80m ，宽0.40m ，中间活动铺板厚0.10m 。其结构见图5-3。

图 5-3

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0.4m ，排架顺水流方向的长度为2.40m ，则排架高= 门高+富余高度=4.4+0.6=5.0m ，其顶部高程为204.50m 。在工作桥的下游侧布置公路桥，桥身结构为钢筋混凝土板梁结构，桥面总宽为4.4m 。