水闸计算案例

xxxx防洪挡潮闸重建工程水工结构设计计算书审核：校核：计算：目录一、基本设计资料 (1)1.1 堤防设计标准 (1)1.2 水闸设计标准 (1)1.3 特征水位 (1)1.4 结构数据 (2)1.5 水闸功能 (2)1.6 地基特性 (2)1.7 地震设防烈度 (3)二、闸顶高程计算 (4)2.1 按《水闸设计规范》中的有关规定计算闸顶高程 (4)2.2 按《堤防工程设计规范》中的有关规定计算堤顶高程 (5)2.3 闸顶高程计算结果 (7)2.4 启闭机房楼面高程复核计算 (8)三、水闸水力计算 (9)3.1 水闸过流能力复核计算 (9)3.2 消能防冲计算 (11)四、渗流稳定计算 (21)4.1 渗流稳定计算公式 (21)4.2 闸侧渗流稳定计算 (22)4.3 闸基渗流稳定计算 (24)五、闸室应力稳定计算 (28)5.1 计算工况及荷载组合 (28)5.2 计算公式 (29)5.3 计算过程 (31)5.4 计算成果及分析 (31)六、闸室结构配筋计算 (32)6.1 基本资料 (32)6.2 边孔计算 (33)6.3 中孔计算 (50)6.4 胸墙计算 (50)6.5工作桥配筋及裂缝计算 (52)6.6 闸门锁定座配筋及裂缝计算 (53)6.7 水闸交通桥面板计算 (56)七、翼墙计算 (57)7.1 计算方法 (57)7.2 计算工况 (58)7.3 计算过程（具体计算详见堤防设计计算书案例） (58)7.4 计算成果 (59)7.5 配筋计算 (59)八、其他连接挡墙计算 (60)8.1 埋石砼挡墙计算（具体计算详见堤防设计计算书案例） (60)8.2 埋石砼挡墙基础处理 (61)8.3 中控楼浆砌石墙计算（具体计算详见堤防设计计算书案例） (62)九、上下游护岸稳定计算 (63)9.1 计算断面的选取与假定 (63)9.2 计算工况 (63)9.3 计算参数 (63)9.4 计算理论和公式 (64)9.5 计算过程（具体计算详见堤防设计计算书案例） (65)9.6 计算结果 (65)十、施工围堰计算 (66)10.1导流级别及标准 (66)10.2围堰顶高程确定 (66)10.3围堰稳定计算（具体计算详见堤防设计计算书案例） (67)十一、基础处理设计计算 (69)11.1 闸室基础处理设计计算 (69)11.2 翼墙基础处理设计计算 (73)十二、闸室和翼墙桩基础配筋计算 (75)12.1 计算方法 (75)12.2 计算条件 (75)12.3 第一弹性零点到地面的距离t的计算 (75)12.4 桩的弯距计算 (76)12.5 桩顶水平位移Δ计算 (76)12.6 配筋计算 (76)12.7 灌注桩最大裂缝宽度验算 (78)一、基本设计资料1.1 堤防设计标准根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）、《广东省水利厅关于中顺大围达标加固工程可行性研究报告设计有关问题的审查意见》（粤水规〔2005〕147号）确定中顺大围达标加固工程以洪为主的堤段及穿堤建筑物现阶段防洪标准为50年一遇,待上游水库建成后达到100年一遇，堤防和穿堤建筑物工程级别为1级；以潮为主的堤段及穿堤建筑物防洪(潮)标准为100年一遇，堤防和穿堤建筑物工程级别为1级。

1.2 水闸设计标准根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）、粤水规[2005]147号文“关于中顺大围达标加固工程可行性研究报告设计有关问题的审查意见”、粤水规计[2007]98号文“关于中顺大围应急项目拱北水闸重建工程可行性研究报告的审查意见”以及《水闸设计规范》（SL265-2001）确定拱北水闸为Ⅲ等中型工程，主要建筑物级别为 1 级，次要建筑物级别为3 级。

水闸的设计防洪（挡潮）标准为50年一遇（经西江上游大藤峡和龙滩水库联调后使中顺大围达到100年一遇防洪标准），相应潮水位为3.55m；校核防洪（挡潮）水位取历史最高潮水位3.66m。

水闸的排涝标准按10年一遇24小时暴雨所产生径流量，城镇、鱼塘1天排干，农田3天排干设计，相应设计最大过闸流量为207m3/s。

1.3 特征水位外江设计洪潮水位为3.55m（P=2%）；外江校核洪潮水位为3.66m（历史最高洪潮水位）；外江多年平均高高潮水位为2.48m；外江多年平均低低潮水位为-0.63m；外江多年平均高潮水位为0.64m；外江多年平均低潮水位为0.14m；设计、校核挡潮时相应内河水位为0.50m；内河最高限制水位为1.60m；内河正常蓄水位为0.80m；引洪时相应内河最低控制水位为-0.20m。

1.4 结构数据水闸为砼整体式结构，共8孔，每孔净宽7m，总净宽56m；每两孔为一联，共四联。

闸顶高程为5.55m，闸底板面高程-2.20m，闸室顺水流方向长18m。

底板厚1.0m。

闸顶设交通桥，总宽8m，设计荷载等级按公路－Ⅱ级。

1.5 水闸功能水闸功能为防洪、排涝、挡潮及灌溉（承担横栏、沙溪、大涌等镇农田的引潮灌溉任务）为一体的水利工程。

排涝流量207m3/s，最大引水流量174.8 m3/s。

1.6 地基特性根据地质勘察报告，场地内特殊岩土主要有软土。

场地内软土厚度较大，强度较低。

场地内软土很发育，为海陆交互相沉积的淤泥（淤泥质土），呈饱和，流塑-软塑状，层厚10.90～19.05m。

该层软土具地基承载力低，含水量高，孔隙比大，透水性差，强度低，高压缩性，高灵敏度等不良特殊性能。

当其受到震动时，土层结构易受破坏，抗剪强度和承载力随之大幅下降，从而引起地面震馅。

根据《软土地区工程地质勘察规范》（JGJ83-91）的要求，在地震基本烈度7度区，当软土厚度＞3m,，承载力标准值≤70kpa时，建筑设计时要考虑震馅的影响。

场地地下水在强透水土层中对混凝土结构无腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。

1.7 地震设防烈度根据地质勘察报告,结合区域地质、地震资料及已建水闸运行情况，拟建工程的抗震设防应按《建筑抗震设计规范》GB50011执行，本场地位于广东省中山市，根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）附录A.0.17的划分，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组为第一组。

二、闸顶高程计算根据《水闸设计规范》SL265-2001第4.2.4条规定，水闸闸顶高程不应低于正常水位（或最高挡水位）加波浪计算高度与相应安全超高之和；位于防洪（挡潮）堤上的水闸，其闸顶高程不得低于防洪（挡潮）堤堤顶高程。

故拱北水闸闸顶高程计算确定如下： 2.1 按《水闸设计规范》中的有关规定计算闸顶高程 2.1.1 计算工况计算分设计挡潮和校核挡潮两种工况。

设计挡潮工况下潮水位根据规范采用五十年一遇潮水位，即h 0＝3.55m(珠基,下同)，设计风速采用重现期为50年的年最大风速28m/s ；校核挡潮工况的潮水位取历史最高潮位计算，即h 0＝3.66m ，风速采用多年平均年最大风速，即V 0＝16.0m/s 。

2.1.2 计算公式闸顶高程按《水闸设计规范》（SL265－2001）中有关规定进行计算，相关公式如下：A h h h Z z +++=%10mm m L HthgT L ππ222= ⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=7.02045.0207.020207.013.00018.07.013.0ννννm m m gH th gD th gH th gh 5.02009.13⎪⎪⎭⎫⎝⎛=ννm mgh gT mmp z L HcthL h h ππ22=式中： Z —闸顶高程（m ）；h 0—计算潮水位（m ）；A—安全超高（m）；—平均波高（m）；hm—计算风速（m/s）；基本组合时，采用重现期为50年的年最大风速；特殊组合时，v采用多年平均年最大风速；D —风区长度（m）；本工程因闸前水域较狭窄，故采用水闸前沿水面宽度的5倍；—风区内的平均水深（m）；根据实测地形图求得沿风向平均河底高程为-2.68m；Hm—平均波周期(s)；Tm—平均波长(m)；LmH—闸前水深（m）；—相应于波列累积频率1%的波高（m）；h1%—波浪中心线超出计算水位的高度（m）。

hz2.1.3 计算结果根据上述公式计算，结果下表。

闸顶高程应取以上两种工况计算的大值，即5.06m。

闸顶高程计算成果表2.2 按《堤防工程设计规范》中的有关规定计算堤顶高程2.2.1 计算工况设计工况取设计挡潮工况，该工况相应参数为：设计潮水位为3.55m （P ＝2%），依据《广东省海堤工程设计导则》(试行)（DB44/T182-2004）条文说明第6.1.3条，相应设计风速采用重现期为50年的年最大风速28m/s ；风区长度D=452m ；根据实测地形图，求得风区内的水域平均水深d 为6.23m 。

2.2.2 计算公式按照《堤防工程设计规范》，堤顶高程及风浪要素按下列公式计算确定：A e R Y ++=⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛=7.0245.027.0227.013.00018.07.013.0H V gd th V gF th V gd th V g LdthT g L ππ222= 5.02)(9.13VH g V T g = L H m KpK K R eV p 21+=∆式中： Y —堤顶超高（m ）；R —设计波浪爬高（m ）； e —设计风壅增水高度（m ）； A —安全加高值（m ）；平均波高（m ）；平均波周期（s ）；V —计算风速（m/s ）； F —风区长度（m ）；L—堤前波浪的波长（m）；d—水域的平均水深（m）；g—重力加速度,采用9.81（m/s2）；K—综合摩阻系数，取K=3.6×10-6；β—风向与垂直于堤轴线的法线的夹角（度）；—累计频率为p的波浪爬高；RPK—斜坡的糙率及渗透性系数，本处为砌石护面取为0.78；△—经验系数；KVm—斜坡坡率，m=ctgα，α为斜坡角（度）。

2.2.3 计算结果根据上述公式计算，结果见下表。

堤顶高程计算成果表又根据《堤防工程设计规范》(GB50286-98)第6.3.1条,1.2级堤防的堤顶超高值不应小于2.0m,故本次设计堤顶高程为5.55m。

2.3 闸顶高程计算结果综上，根据计算的闸顶高程为5.06m，根据中顺大围设防标准堤顶高程为5.55m，为使水闸闸顶高程与堤顶高程相同，故本次设计闸顶高程取5.55m。

2.4 启闭机房楼面高程复核计算闸顶高程为5.55m，闸门高度为4.1m，吊耳及起吊动滑轮高度为0.5m，检修时闸门底提出闸槽顶0.5m。