水闸底板、闸墩、渗径计算
水闸渗透计算
【例4-1】某水闸地下轮廓布置及尺寸如图4-28所示。
混凝土铺盖长10.50m，底板顺水流方向长10.50m，板桩入土深度4.4m。
闸前设计洪水位104.75m，闸底板堰顶高程100.00m。
闸基土质在高程100.00～90.50m之间为砂壤土，渗透系数K砂=2.4×10-4cm/s，可视为透水层，90.50m以下为粘壤土不透水层。
试用渗径系数法验算其防渗长度，并用直线比例法计算闸底板底面所受的渗透压力。
（一）验算地下轮廓不透水部分的总长度（即防渗长度）。
上游设计洪水位104.75m，关门挡水，下游水位按100.00m考虑，排水设施工作正常。
C，作用水头为根据表4-2，可知砂壤土的渗径系数0.5=()m104=-∆H.=..4007510075故最小防渗长度为()m=∆CL⨯=H.752375.40.5=地下轮廓不透水部分的实际长度为+⨯+++++=L9.0⨯+⨯+5.07.06.05.124.44146.0.14148.75.0.1实1. 将地下轮廓不透水部分的总长度展开，并按一定的比例画成一条线，将各角隅点1、2、3 ……、17 依次按实际间距标于线上。
2. 在此直线的起点作一长度为作用水头 4.75m 的垂线 1-1′, 并用直线连接垂线的顶点 1′与水平线的终点17 。
1′~17 即为渗流平均坡降线。
3. 在各点作水平线的垂线与平均坡降线相交，即得各点的渗透压力水头值。
准确的渗压水头值可用比例公式计算求得。
4. 将1、2、3、……、17 各点的渗压水头值垂直地画在地下轮廓不透水部分的水平投影上，用直线连接各水头线的顶点，即可求出铺盖和底板的渗压水头分布图[ 图 4-28 (c ) ] 。
【例4-2】 用改进阻力系数法计算例4-1中各渗流要素。
（一）阻力系数的计算1.有效深度的确定由于)m (5.205.10100=+=L ，)m (0.600.9400.1000=-=S ，故542.30.65.2000<==S L ，按式（4-19）计算e T)m (5.95.9000.100m 72.13242.36.15.20526.15000=-=>=+⨯⨯=+=T S L L T e故按实际透水层深度m 5.9=T 进行计算。
小型水闸—分析水闸防渗排水
11
14
12 13
11 12 13 14
2.2勃莱法计算A点渗透压力水头
1
2
4
3
57 6 8
9 10
12 3 4
5 6 78
9 10
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2.3勃莱法绘制闸室底板渗透压力分布图
8
9 10
11 12 13
12 3 4
5 6 78
9 10
11 12 13 14
8
粘土要求 K铺盖/K地基≤1/100，K一般为10-7~10-5cm/s。 长度要求 L>(3-5)∆H。
厚度要求 沿水流方向变厚，下游端部加厚，δ= ∆h/[J]上游端0.6-0.8m，下游端
1.0-1.5m。
（1）止水构造 铺盖与底板连接处采用沥青麻袋止水； ①闸底板前端做成斜面；
②铺设油毛毡等止水材料，一端用螺栓固定在斜面 上，另一端埋入粘土铺盖中。 （2）保 护 层 防冲刷，防干裂。砂砾石垫层10-15cm，单层或 双层块石护面。
在池后半部，孔径5~10cm，间距1~2m，梅花型布置。
03
思考与作业
1.思考齿墙结构还可以应用在哪些建筑物以提高建筑物稳定性？ 2.网络搜索实际水闸工程图片或视频，巩固本节课涉及的水闸各类防渗排水设施。 3.借助网络资源，自行学习水闸垂直排水的类型及适用条件。
3.防渗设置—齿墙
位置
闸底板的上、下游端一般都设齿墙。
作用
利于抗滑稳定；可延长渗径。
深度
1.0~2.0m。
02
水闸排水设置
1.排水设置
形式
平铺式排水、垂直排水。
平铺式
水工建筑物-水闸设计图
10 3.46 0.56 16.09(m)
海漫水平段长度取6.09m,缓坡段取 10m，斜坡坡度为1：10
5、防冲槽 防冲槽深度取t″=1.5m,底宽 b=2t″=3m，上游坡率m1=2，下游 坡率m2=3 粘性土河床的允许不冲流速 ： 0 =0.95m/s 海漫末端水深 t=4.42+10÷10=5.42（m）
3 2
2g 72.2
3 2
4.8(m)
0.862 0.916 0.385 5 2 9.8
B0=4.8m<b0=8m, 取最大值B0=8m。
二、池深、池长的确定
1、消力池深度d 当B0=5m时，过闸单宽流量 q=14.44m/s,消力池末端的单宽流 量qs=3.46m/s。
假设消力池深度d′=0.88m时， T0=5.88m，将其代入公式：
2.消力池长度Lsj 水跃长度Lj=6.9（hc〞﹣hs) =6.9x(4.819-1.415) =23.49(m)
消力池斜坡段水平投影长度 Ls=4d=4x0.88=3.52（m）
水跃长度校正系数 =0.7 消力池长度Lsj=Ls+ Lj =3.52+0.7x23.49 =19.96（m）
3.护坦厚度t 消力池底板计算系k1=0.2
H ' 11.48 10.92 0.56(m)
护坦厚度t：
t k1 q H ' 0.2 14.44 0.56 0.66(m)
消力池末端厚度=t=0.66（m）
4、海漫长度Lp 海漫长度计算系数Ks：Ks=10 海漫长度 L k q H '
2 2
1 3.46 2 1 3.46 2 0.0049 (m) 2 2 2 2 9.8 1 4.42 2 9.8 4.819
闸墩及底板结构计算
闸墩及底板结构计算⼯况：正常蓄⽔位+地震1、设计荷载计算闸室各部分荷载计算值（单位：kN ）2、不平衡剪⼒分配⼀般对应于底板部分承担不平衡剪⼒约为总不平衡剪⼒的10%，闸墩为90%。
底板分配的不平衡剪⼒为558.0kN每个中墩分配的不平衡剪⼒为945×90%×1.0/(2×1.0+2*1.2)=917.1kN每个边墩分配的不平衡剪⼒为945×90%×1.2/(2×1.0+2*1.2)=1100.6kN 3、底板荷载计算（1）上游段（长6.6m ，取板带宽1m 计算）①匀布荷载不平衡剪⼒产⽣的荷载为 6.00kN/m⽔重产⽣的荷载为21.00kN/m 平均渗透压⼒为9.34kN/m 底板重产⽣的荷载为#VALUE!q=21-1.01-9.34=10.64kN/m弹性地基梁荷载计算5580kN×10%==?1.146.65.94=??35.36.61455=+285.483.13=?1.146.62512以上除底板重外的匀布荷载总和为10.64kN②中墩上集中荷载计算不平衡剪⼒产⽣的荷载为138.96kN ⼯作门前上游段检修闸门及埋件、砼盖板、闸房及启闭机等共重为#REF!两个中墩承受2/3，两个边墩承受1/3（按桥跨跨长⽐例计算）。
上游每个中墩⾃重为1426/2=713kN.在闸墩宽度内没有⽔重,但在上述匀布荷载计算中,P1=#REF!③边墩上集中荷载计算不平衡剪⼒产⽣的荷载为166.75kN P2=#REF!（2）下游段（宽5.4m ，取板带宽1m 计算）①匀布荷载不平衡剪⼒产⽣的荷载为7.33kN/m ⽔重产⽣的荷载为0.0kN/m 平均渗透压⼒为6.87kN/m 底板重产⽣的荷载为16.05kN/mq=-1.24-6.87=-8.11kN/m以上除底板重外的匀布荷载总和为-8.11kN/m 根据《⽔闸设计规范》P217，当不计底板⾃重时作⽤在基底上的均布荷载为负值时应计及底板⾃重的影响，计及的百分数以使作⽤在基底⾯上的均布荷载值等于0为限底确定；则作⽤在基底上的均布荷载为0kN/m。
闸墩及底板结构计算
1455 6.6 3.5 3
13.83 4.85 2
2512 6.6 14.1
21.00kN/m 9.34kN/m
#VALUE!
以上除 底 ②板中重墩 上 不集平中衡 剪力产
193 .5 138.96kN 6.6
工作门 前 两上个游中 墩 重承为受 1426/2
P1=
2840kN
4.65*16*25+ (0.5+1)*1/2
937kN
2.95*4.65*1*2*25
937kN
2.95*4.65*1*2*25
635
4.65*0.25*16*25
自启重闭
力渗透 压不力平 衡剪 2、
232kN 5580kN
不平 一般对
应 底于板底分 配 每的个不中
5580kN×10%=
649.84 2 3 1426 / 2 29.31 211.0
6.6 2
6.6
③边墩 上 不集平中衡 剪力产
232 . 2 6 .6
166.75kN
P2= 649.8413 1140/2 35.18210.8 6.62 6.6
（2） 下 ①游匀段布 荷 不载平衡 剪力产
94 .5 5.4 14 .1
-8.11kN/m
193 .5 ######### 5.4
#REF!
#REF! #REF!
1166/2 =583k
P1= 662.25 2 3 1166/ 2 35.83
5.4 2
5.4
#REF!
③边墩 上 不集平中衡 剪力产
232 .2 5.4
#########
P2= 222.5413 3187/2 17.17 6.42 6.4
水闸稳定计算书
第四章排水闸稳定及结构计算1.各排水闸概况1.1水文资料根据龙门县城堤防总体规划，县城河堤共有5个排水闸，西林河有两个排水闸：龙门中学排水闸和老干局排水闸，白沙河有三个排水闸：师范排水闸、石龙头排水闸、及罗江围排水闸。
河堤上的排水闸主要作用是：平时能正常排泄内积水，洪水到来时关闸挡水，不让洪水涌入。
根据水文资料，排水闸排涝标准按十年一遇（P=10%）洪水，24小时暴雨产生的洪水总量，24小时排干计算。
根据《龙门县城区防洪工程洪水计算书》可知各排水闸的水位资料，详见排水闸洪水成果表1.1-1。
表1.1-1 各排水闸洪水成果表1.2地质资料根据《龙门县城区防洪工程地质勘探可行性研究报告》，可知各排水闸地基主要物理指标表1.2-1。
表1.2-1 各排水闸地基土质主要物理指标表1.3等级与安全系数根据《龙门县城堤防加固工程可行性研究报告》西林河、白沙河大堤加固工程等级为三等，水闸为主要建筑物，其等级为三等，根据《水闸设计规范SL265-2001》，水闸整体抗滑稳定安全系数为：基本组合：1.25；特殊组合Ⅰ：1.10。
土基上闸室基底应力最大值与最小值之比的允许值为：基本组合：2.50；特殊组合3.0.闸基抗渗稳定性要求水平段和出口段的渗流坡降必须小于规范要求，见下表6.0.4。
表6.0.4 水平段和出口段允许渗流坡降值1.4地震烈度龙门县基本地震烈度为Ⅵ，按《水闸设计规范SL265-2001》，设计时不考虑地震作用。
2.主要计算公式及工况2.1闸孔净宽B 0计算公式根据《水闸设计规范SL265-2001》，水闸的闸孔净宽B 0可按公式（A.0.1-1）～（A.0.1-6）计算：2302Hg m QB σε=（A.0.1-1）单孔闸 4001171.01s s b b b b ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=ε （A.0.1-2）多孔闸，闸墩墩头为圆弧形时 NN bZ εεε+-=)1( （A.0.1-3）4001171.01Z ZZ d b b d b b +⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=ε （A.0.1-4）400000221171.01b d b b b d b b Z b Z b ++⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡++--=ε （A.0.1-5）4.000131.2⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=H h H h s s σ （A.0.1-6） 式中 0B ——闸孔总宽度（m ）； Q ——过闸流量（m 3/s ）；0H ——计入行近流速水头的堰上水深（m ），在此忽略不计； g ——重力加速度，可采用9.81（m/s 2）； m ——堰流流量系数，可采用0.385；ε——堰流侧收系数，对于单孔闸可按公式（A.0.1-2）计算求得或由表A.0.1-1查得；对于多孔闸可按公式（A.0.1-3）计算求得；b 0——闸孔净宽（m ）；b s ——上游河道一半水深处的宽度（m ）； N ——闸孔数；Z ε——中闸孔侧收系数，可按公式（A.0.1-4）计算求得或由表A.0.1-1查得，但表中b s 为b 0+d z ； d z ——中闸墩厚度（m ）；b ε——边闸孔侧收系数，可按公式（A.0.1-5）计算求得或由表A.0.1-1查得，但表中b s 为b Zb d b ++20； b b ——边闸墩顺水流向边缘线至上游河道水边线之间的距离（m ）；σ——堰流淹没系数，可按公式（A.0.1-6）计算求得或由表A.0.1-2查得；hs ——由堰顶算起的下游水深（m ）。
水闸底板、闸墩、渗径计算
数量 2 3 6 24 0.8 3.2 0.4 0.6 24 300 2 3.375 1.7 0.75 0.2 24 3.8
名称 闸墩自重 底板自重 工作桥、支墩 闸门、启闭机 交通桥 合计
符号 W1 W2 W 2.25
力距(KN/m) 0 0 -26.25 55.08 28.83
地基反力计算表 28.07 上 ∑W/LB±6*∑M/LB2 30.60 下 名称 单位（KN） 渗透压力和力 -222.3 浮托力 -136.8 闸门前水重 157.5 齿墙重 25.536 齿墙间土重 69.12 σ σ 总垂直力W 水平力P 地基基础材料 砂质粘土 561.80 171
-271.93 -269.40
25安全11上游水深8底板厚度9底板材料容重已知条件水闸稳定计算填入黄色数据查表粉红色数据5闸墩宽度6闸墩高度1闸室分为几孔2每孔闸室孔径3顺水流方向闸室宽度4闸墩材料的容重12闸门螺杆距闸墩末端距离14交通桥中心距闸墩末端距离13交通桥顺水流方向宽度17计算单元宽度16交通桥材料容重15交通桥厚度地基满足地基反力计算表内力计算表26
水闸稳定计算（填入黄色数据，查表粉红色数据）
已知条件 1、闸室分为几孔 2、每孔闸室孔径 3、顺水流方向闸室宽度 4、闸墩材料的容重 5、闸墩宽度 6、闸墩高度 7、闸墩圆头半径 8、底板厚度 9、底板材料容重 10、地基承载力 11、上游水深 12、闸门螺杆距闸墩末端距离 13、交通桥顺水流方向宽度 14、交通桥中心距闸墩末端距离 15、交通桥厚度 16、交通桥材料容重 17、计算单元宽度 内力计算表 重量（KN） 245.94 328.32 70 24.48 668.74 单位 孔 m m KN/m3 m m m m KN/m KN/m3 m m m m m m m
某水闸设计计算书
、基本资料1. 水位水闸计洪水位2.96m (P=1%)堤防设计洪水位2.88m (P=2%)历史最高洪水位2.60m内河最高控制水位1.30m内河设计运行水位-0.30m2 工程等级及标准联围为2级堤围，其主要建筑物为2级建筑物，次要建筑物为3级，临时性建筑物为4级。
3风浪计算要素计算风速根据《河道堤防、水闸及泵站水文水利计算》中“相应年最高潮位日的最大风速计算成果表”查得为V=36m/s(P=2%)。
吹程在1 : 500实测地形图上求得D=300m闸前平均水深H m =6.0m4地质资料根据XXXXXXXXXXXX院提供的**水闸工程勘察报告》。
5地震设防烈度根据〈〈XXX省地震烈度区划图》，*属7度地震基本烈度地区，故XXX水闸重建工程地震烈度为7度。
6规定的安全系数对于2级水闸，规范规定的安全系数见下表 1.6-1 表 1.6-1二、基本尺寸的拟定及复核2. 1抗渗计算2.1.1渗径复核如下图拟定的水闸底板尺寸:如下图拟定的水闸底板尺寸：L=0.5+0.7*2+6+0.5+0.5+1.3+0.5+0.76*2+16.4+0.5+1.3+0.7*2+0.5+0.7*2+6+0.5+0.5=40.72m根据《水闸设计规范》SL265-2001第4.3.2条表4.3.2, xxx水闸闸基为换砂基础，渗径系数取C=7贝U：设计洪水位下要求渗径长度:L=C^H=7X[2.96- (-0.3。
]=22.82m•.•L 实〉LR —设计波浪爬高（m ）o e 一设计风壅增水高度（m ） A 一安全超高（m ）。
H 一平均波局（m ） oT 一平均波周期（s ）o满足渗透稳定要求2.2闸室引堤顶局程计算闸侧堤顶高程按《堤防工程设计规范》 中的有关规定进行计算。
其公式为：(GB50286 — 98)g H - 013 th[0.7( V 2V 0.0018 (写)0.45捋)”]th{ -------------------- J)0.13th[0.7(巴)0.7]V 2gT VLeg H 0 513.9( r ). V 2—2gT 2 d ---- th 2 L 2 _ KV F--------- c os 2gdK △ K V K P R O HR式中：丫一堤顶超高m)。
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数量 2 3 6 24 0.8 3.2 0.4 0.6 24 300 2 3.375 1.7 0.75 0.2 24 3.8
名称 闸墩自重 底板自重 工作桥、支墩 闸门、启闭机 交通桥 合计
符号 W1 W2 W3 W4
力臂(m) 0 0 -0.375 2.25
力距(KN/m) 0 0 -26.25 55.08 28.83
水闸稳定计算（填入黄色数据，查表粉红色数据）、顺水流方向闸室宽度 4、闸墩材料的容重 5、闸墩宽度 6、闸墩高度 7、闸墩圆头半径 8、底板厚度 9、底板材料容重 10、地基承载力 11、上游水深 12、闸门螺杆距闸墩末端距离 13、交通桥顺水流方向宽度 14、交通桥中心距闸墩末端距离 15、交通桥厚度 16、交通桥材料容重 17、计算单元宽度 内力计算表 重量（KN） 245.94 328.32 70 24.48 668.74 单位 孔 m m KN/m3 m m m m KN/m KN/m3 m m m m m m m
地基反力计算表 28.07 上 ∑W/LB±6*∑M/LB2 30.60 下 名称 单位（KN） 渗透压力和力 -222.3 浮托力 -136.8 闸门前水重 157.5 齿墙重 25.536 齿墙间土重 69.12 σ σ 总垂直力W 水平力P 地基基础材料 砂质粘土 561.80 171
-271.93 -269.40
地基满足（-）
f0 0.4
C(KN/m2) 0 2.25 ＞1.25,安全
稳定系数
(f0∑W+CA)/P