水闸设计计算
水闸设计及闸室稳定计算
[附录一：泄洪冲砂闸及溢流堰的水力计算1.1设计资料：根据设计任务书中提供的资料和该枢纽布置段的基本地形资料本工程中的河流属于山溪性河流天然来水量多集中在洪水季节，平时来水量仅占全年来水量的10%；河水中泥沙含量较大尤其是伴随洪水中的泥沙较多；再根据其地形资料来看本工程布置段的地形坡度比较合适，因此在选择泄洪冲砂闸地板高程1852.40m。
根据上述本工程中的泄洪冲砂闸为宽顶堰，堰顶高程1852.40m，过闸水流流态为堰流。
汛期通过闸室的设计洪水流量Q设=1088m3/s,校核洪水流Q校=1368m3/s。
因为泄洪冲砂闸为宽顶堰所以尺寸拟定用堰流公式：δ- 为淹没系数，取为1.0；m---为流量系数，因为是前面无坎的宽顶堰所以m=0.385；ε--为侧收缩系数，先假定为1.0；H--- 位总水头，初设阶段不考虑行进流速，即假设的堰上水头；b—闸门净宽；来洪水时洪水将由溢流堰和泄洪冲砂闸两部分共同承担，这样可减去一部分闸孔的净宽并设置溢流侧堰初步拟定溢流堰为折线形实用堰。
初步拟定溢流堰堰顶高程=进水闸设计流量的堰顶水头对应的水位+（0.2—0.3m）=进水闸闸底高程1853.60m +闸前水位1.40m +超高0.2m =1856.4m 采用共同水位法和堰流公式计算两种工作情况下的特征洪水位：先假设一个水位，用堰流公式分别计算过堰流量和过闸流量，二者相加等于实际流接近计算工作情况下的洪水流量时，该水位就为所求。
因为泄洪冲砂闸为宽顶堰所以尺寸拟定用堰流公式：δ- 为淹没系数，取为1.0m---为流量系数，因为是前面无坎的宽顶堰所以m=0.385；计算溢流堰时因为溢流堰为折线形实用堰m=0.3.ε--为侧收缩系数，先假定为1.0；H--- 位总水头，初设阶段不考虑行进流速，即假设的堰上水头。
b—闸门净宽计算结果如附表1-1，1-2（a）设计洪水情况下：洪水流量Q=1018 m3/s。
（b）校核洪水情况下：洪水流量Q=1368 m3/s经过计算泄洪冲砂闸净宽96m，溢流堰长度95m，设计洪水位1855.8m校核洪水位1856.30m。
水闸设计计算书
分水闸典型设计（哈拉苏9+088桩号处分水闸）(1)工程建设内容及建筑物现状此次可行性研究设计防渗改建的2条干渠和1条支渠，需要拆除重建的水闸主要有节制闸和分水闸。
库尔勒市博斯腾灌区是一老灌区，田、林、路、渠和居民点等已形成了一套完整的体系，灌排体系也已经较为合理，各干支渠上的节制闸、分水闸布置位置、形式及闸底板高程基本合理。
为保证各分水口分水流量、与下游渠道连接顺畅、减小占地等因素，所需改造的分水闸和节制闸仍保持原节制分水闸桩号、分水方向及分水角度不变。
(2)水闸设计根据节制、分水闸过流、分水流量大小，按宽顶堰流计算孔口尺寸。
节制分水闸均采用整体开敞式结构，节制闸与分水闸间采用圆弧形直挡墙连接。
节制闸上下游连接段均采用扭面与渠道连接，根据消能计算结果和闸后渠道的实际情况，小流量的节制闸后不设消能设施，但为了确保工程运行安全，在流量较大的闸后按常规在设置0.5m 深消力池。
分水闸后采用扭面与渠道连接，扭面及挡土墙为素混凝土结构和浆砌石结构，扭面扩散角小于12°。
各节制分水闸闸室均采用C25钢筋混凝土结构，闸室后侧设0.6m宽工作桥，闸门槽及启闭机排架均采用整体式金属结构。
经计算，其抗倾覆、抗滑动稳定以及基底应力等，经计算均能满足要求。
闸室基础为砂砾石，但是根据地质评价为冻胀土，因此在闸及上下游渐变段底部均换填30cm厚砂砾石，以减小地基沉降及防止段冬季建筑物基础冻胀变形，侧面亦采用砂砾石回填，减小冬季的侧向冻土压力。
（3）闸孔过流能力计算根据闸前水深和布置形式，采用宽顶堰流公式进行计算。
Q=σs·m·n·B·（2g）1/2·H03/2式中Q ——渠道的过水流量；σs ——淹没系数，σs =1.0； m ——流量系数，m=0.365； B ——过水断面宽度；H 0——计入行进流速的槽内水头。
（5）闸室稳定计算 a 、基地应力计算 1.完建情况（未放水）。
水闸计算公式范文
水闸计算公式范文
1.伯努利方程
伯努利方程是流体力学中的基本方程，描述了流体在静态和动态压力
之间的关系。
对于水闸来说，伯努利方程可以写为如下形式：P + 0.5ρv^2 + ρgh = constant
其中，P是水闸中的压力，ρ是水的密度，v是水的流速，g是重力
加速度，h是离地面的高度。
2.底孔流量公式
底孔流量公式用于计算水闸中通过底孔流出的水量。
底孔流量公式与
伯努利方程相结合，可以写为如下形式：
Q = CdA√2gh
其中，Q是流出水量，Cd是底孔流出系数，A是底孔的面积，g是重
力加速度，h是水头。
3.承压能力公式
承压能力公式用于计算水闸的承压能力，即水闸可以承受的最大压力。
承压能力公式可以写为如下形式：
F=A*σ
其中，F是水闸的承压能力，A是水闸的截面积，σ是水闸材料的抗
压强度。
对于具体的水闸设计，需要根据实际情况选择适用的计算公式，并考虑因素如闸门的形状、尺寸、材料、水流的动力特性、水势差、孔口形状等。
这些因素会对水闸的流量和承压能力产生影响，因此需要综合考虑进行合理的设计和计算。
此外，水闸的计算还涉及到其他因素如水位、水流速度、泄水能力、闸门运动机构以及周围环境等的考虑。
因此，在进行水闸计算时，需要综合考虑各个方面的因素，并使用适当的计算公式，以确保水闸的正常运行和安全性。
以上是水闸计算公式的基本介绍，具体的计算过程和公式选择需要根据实际情况进行。
对于精确的水闸计算，可以使用专业的水力学软件或请相关专业人士进行计算和设计。
水闸工程量计算案例
水闸工程量计算案例水闸工程量计算是指对水闸工程的各项工程量进行测算和计算，以确定工程所需的材料、人工和设备的数量，为工程的设计、施工和投资提供依据。
下面是水闸工程量计算案例的十个实例：1. 泄流量计算：根据设计要求和水闸的特点，计算水闸的泄流量。
泄流量的计算需要考虑水闸的几何尺寸、水头差、流量系数等因素。
2. 进水流量计算：根据设计要求和水闸的特点，计算水闸的进水流量。
进水流量的计算需要考虑水闸的几何尺寸、水头差、流量系数等因素。
3. 水闸尺寸计算：根据设计要求和水闸的功能，计算水闸的尺寸。
水闸尺寸的计算需要考虑水闸的泄流能力、进水能力、闸门尺寸等因素。
4. 闸门数量计算：根据设计要求和水闸的尺寸，计算水闸所需的闸门数量。
闸门数量的计算需要考虑水闸的功能、流量要求等因素。
5. 闸门尺寸计算：根据设计要求和水闸的尺寸，计算水闸闸门的尺寸。
闸门尺寸的计算需要考虑水闸的泄流能力、进水能力、闸门数量等因素。
6. 闸室尺寸计算：根据设计要求和水闸的尺寸，计算水闸闸室的尺寸。
闸室尺寸的计算需要考虑水闸的功能、闸门尺寸、闸门数量等因素。
7. 闸门重量计算：根据设计要求和水闸的尺寸，计算水闸闸门的重量。
闸门重量的计算需要考虑水闸的材料、尺寸、密度等因素。
8. 闸门运行力计算：根据设计要求和水闸的尺寸，计算水闸闸门的运行力。
闸门运行力的计算需要考虑水闸的水头差、闸门尺寸、闸门重量等因素。
9. 闸门启闭时间计算：根据设计要求和水闸的尺寸，计算水闸闸门的启闭时间。
闸门启闭时间的计算需要考虑水闸的水头差、闸门尺寸、闸门运行力等因素。
10. 水闸总工程量计算：根据水闸的各项工程量计算结果，计算水闸的总工程量。
水闸总工程量的计算需要考虑水闸的各项工程量计算结果以及其他相关因素。
通过对水闸工程量的计算，可以有效地指导水闸的设计、施工和投资，确保水闸工程的质量和安全。
同时，水闸工程量计算的准确性和严谨性也是保证水闸工程顺利进行的重要因素。
某水闸设计计算书
某水闸设计计算书一、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××××××××××××院提供的《**水闸工程勘察报告》。
5地震设防烈度根据《×××省地震烈度区划图》， *属7度地震基本烈度地区，故×××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,×××水闸闸基为换砂基础，渗径系数取C=7则：设计洪水位下要求渗径长度：L=C△H=7×[2.96-（-0.30）]=22.82m∴L实〉L∴满足渗透稳定要求。
2.2闸室引堤顶高程计算闸侧堤顶高程按《堤防工程设计规范》（GB50286—98）中的有关规定进行计算。
其公式为：A e R Y ++=}])(7.0[13.0)(0018.0{])(7.0[0137.0245.027.022V gd th V gF th V gd th V H g = 5.02)V(9.13H g V T g = Ld th T g L ππ222= βcos 22gd F KV e = H R K K K R O P V p △=式中：Y —堤顶超高（m ）。
水闸设计及闸室稳定计算
.1.1 设计资料：根据设计任务书中提供的资料和该枢纽布置段的基本地形资料本工程中的河流属于山溪性河流天然来水量多集中在洪水季节,平时来水量仅占全年来水量的10%；河水中泥沙含量较大特别是伴有洪水中的泥沙较多；再根据其地形资料来看本工程布置段的地形坡度比较合适, 因此在选择泄洪冲砂闸地板高程1852.40m.根据上述本工程中的泄洪冲砂闸为宽顶堰,堰顶高程1852.40m,过闸水流流态为堰流. 汛期通过闸室的设计洪水流量Q =1088m3/s,校核洪水流Q =1368设校m3/s.因为泄洪冲砂闸为宽顶堰所以尺寸拟定用堰流公式：δ- 为淹没系数,取为1.0；m ---为流量系数, 因为是前面无坎的宽顶堰所以m=0.385；ε--为侧收缩系数,先假定为1.0；H--- 位总水头,初设阶段不考虑行进流速, 即假设的堰上水头；b—闸门净宽；来洪水时洪水将由溢流堰和泄洪冲砂闸两部份共同承担,这样可减去一部份闸孔的净宽并设置溢流侧堰初步拟定溢流堰为折线形实用堰.初步拟定溢流堰堰顶高程=进水闸设计流量的堰顶水头对应的水位+ 〔0.2—0.3m〕=进水闸闸底高程1853.60m +闸前水位1.40m +超高0.2m =1856.4m 采用共同水位法和堰流公式计算两种工作情况下的特征洪水位：先假设一个水位,用堰流公式分别计算过堰流量和过闸流量,二者相加等于实际流接近计算工作情况下的洪水流量时,该水位就为所求. 因为泄洪冲砂闸为宽顶堰所以尺寸拟定用堰流公式：δ- 为淹没系数,取为 1.0m ---为流量系数, 因为是前面无坎的宽顶堰所以 m=0.385；计算溢流堰时因为溢流堰为折线形实用堰 m=0.3.ε--为侧收缩系数,先假定为 1.0；H--- 位总水头,初设阶段不考虑行进流速, 即假设的堰上水头. b — 闸门净宽计算结果如附表 1-1,1-2〔a 〕设计洪水情况下：洪水流量 Q=1018m 3/s.附表 1- 1 设计洪水情况下泄洪冲砂闸水力计算表〔b 〕校核洪水情况下：洪水流量 Q=1368m 3/s附表 1-2 校核洪水情况下泄洪冲砂闸水力计算表经过计算泄洪冲砂闸净宽 96m,溢流堰长度 95m,设计洪水位 1855.8m 校核洪 水位 1856.30m.泄洪冲砂闸净宽为 96m,每孔取净宽 8m,边墩宽 0.8m , 中墩宽 1.0m 缝墩 1m.1.2 泄洪冲砂闸地板渗透稳定计算1〕地板渗流计算2 / 9过堰总流量 〔m 3/s 〕1856.3 1251.7 118.6 1370.3实际总流量 〔m 3/s 〕过闸总流量 〔m 3/s 〕 〔m 〕水位过堰总流量 〔m 3/s 〕1018.9 实际总流量 〔m 3/s 〕过闸总流量 〔m 3/s>水位 <m>1855.835.1 10541、确定地基计算深度〔1〕计算Te水平投影长度L =10m,铅直投影长度S =1.5m ；0 0因为L 0 =6.67>5；所以T = 0.5 L =0.5 10=5m ；e 0所以地基不透水层的有效计算深度为 5.0m.〔2〕计算各段 Aa 阻力系数1 ：S=1.5m,T=5m ；2：L=0.75m,T=5m, S = S = 0 ；1 2L 0.7(S + S )= 1 2 = 0.15 X T3 ：S=0.5m,T=5m, = 3.1416 ；4 ：L=8.5m,S 1 =0.5m,T=5m, S 2= 0.5m ；L 0.7(S + S )= 1 2 = 1.36 X T5 ：S=0.5m,T=5m, = 3.1416 ；6 ：L=0.75m,T=5m, S = S = 0 ；1 2L 0.7(S + S )= 1 2 = 0.15 X T7 ：S=1.5m,T=5m ；<3>计算各段水头损失h i ：S.总水头损失编H =3.90m ；h = 飞 ； 在x 飞 = 3.234列表计算各段水头损失 h i ；附表 1-3 水头损失计算表：〔4〕进出口水头损失值的修正1 进口处修正系数B 1；1B = 1.21-112 (|( T T ' ))|2 + 2 T S+ 0.059；式中 S=1.5m,T=5m,T ' =5m;代入得B 1=1.01；B 1>1 所以不用进行修正；2 出口处修正系数 B2T ' =3.5m, T=5m, S=1.5m ；B =0.857〈1.0,所以出口处要修正. 2出口段水头损失减小值为： H =0.828 根 0.857=0.710m ；编h =0.828-0.710=0.118m ；H 6=0.181+0.118=0.299〔5〕计算各角隅点的渗压水头并列表：41.3601.64 30.1000.121 50.1000.121 10.6870.828 20.1500.181 60.1500.181 70.6870.828序 号飞ihi编H7i x 飞 i附表 1-5 各角隅点渗压水头h13.07 2 h22.8 91 h32.77 0 h41.13 0 h51.00 9 h60.71 0h7〔6〕绘制渗压水头分布图〔7〕闸底板水平段渗透坡降和渗流坡降的计算：1 闸底板水平段平均渗透坡降J ：x闸底板的轮廓线由 6 点至 11 点,水平投影L = 8.50m .J =H H6 11 = 1.64= 0. 193 [0.22 ~ 0.28]；xL 8.52 出口处得出逸坡降J ：出口处既 11 点至 12 点,渗透距离为S ' = 1.50m .J = H H 11 12 = 0.71 = 0.47 <[0.50 ~ 0.55]；0 S ' 1.5[J ] [J ]、 x 参见 SL265—2001 《水闸设计规 X 》所以满足允许渗透比降.1.3 泄洪冲砂闸地板抗滑稳定计算计算单元的确定根据 《水闸设计规 X 》SL265——2001 闸室稳定计算宜取相邻顺水流向永久 缝之间的闸段为计算单元,选取中间两孔闸室作为计算单元.附图 1-4 计算单元选取示意图：6 / 9承载力计算自重荷载：根据《水工钢筋混凝土结构学》中钢筋混凝土按线性分布荷载为25KN/m 3. 根据水闸的基本尺寸设计对其进行荷载计算.作用在水闸上的自重荷载有：底板： G = [10 根1.0 + 2 根 (0.5 根1.5 根 0.5)]根 25 = 268.75KN闸墩： G = [(0.5 根 5.4)+(0.5 根 4.5)]根10 根 25 = 1237.5KN闸门：根据《水闸》闸门为弧形露顶式 B 共 10m,所以G = K K B 0.33H H 0.42c b sHs ——设计水头；Kc ——材料系数,本工程取 1；Kb ——孔门宽度系数,本工程 Kb=0.472；H ——孔口高度；闸门： G = K K B 0.33H H 0.42 = 1.0 根 0.472 根 80.33 根 2.9 根 4. 10.42 = 4. 16(吨)c b sG=4.16×10=41.6KN工作桥,交通桥与其梁： G = 19 根 4 根 0.3根 25 + 5 根19 根 0.3根 0.5 根 25 = 926.25KN根据算 出的 闸门 的数据 参考《 闸 门与启闭设 备 》采用双 吊 点卷扬式6 根 37 +1 - 0 24 - 160 型启闭机,该启闭机的自重为 2.55 吨.启闭机： G=2.55*10=25.5KN根据 SL265—2001 《水闸设计规 X 》中应该选取不同的荷载组合作为不同的 工况对闸室的稳定进行验算看闸室是否安全.第一种工况选为完建无水的状况附表 1-6 泄洪闸荷载计算成果表〔完建无水期〕力矩 M <KN ·M>荷载名 称垂直力 M<KN>力臂 L<M>- 〔顺时针〕 5106.253712.5 2316.25926.2541.625.5 10738.35完建无水工况下的闸室稳定计算根据 SL265-2001 《水闸设计规 X 》中地基承载力公式：Pmax式中 min —完建无水期基底压力的最大和最小值,kPa ；G —作用在闸室上的全部竖向荷载, 〔包括基础底面的上的扬压力〕 KN ；M —作用在闸室上的竖向和水平荷载对于闸底板垂直于水流方向的形心轴的力矩〔kN.m 〕；A —闸室基底的面积〔m 2〕；W — 闸室基底面对于该底面垂直水流方向的形心轴的截面矩〔m 3〕；地基承载力不均匀性验算公式： ν = p max [ν]pmin根据计算结果,判断是否满足要求.根据 SL265-2001 《水闸设计规 X 》野云沟河床多是漂石、卵、碎石、角石、 砾砂与少量的粉土,粉砂胶结而成,所以属于中等坚实ν 取 2.0所以满足要求0.00 0.00 0.001852.50.000.00 1852.5底 板闸 墩 工作桥交通桥闸 门启闭机∑+ 〔逆时针〕0 0 ↑0.00 0.00 0.000.000.000.00 083.251 2450.450 0 2.5222 926.25 ↓第二种工况为上游为正常引水为下游无水的工况〔此工况为最不利工况〕 正常当水期荷载计算与抗滑稳定验算：附图 1—5 水闸稳定计算水重作用力意图：S = 2.7 3.9 + 0.8 2.3 0.5 = 11.45m 2水水重： G = 11.45 16 10 = 1832KN附图 1-6 水闸稳定计算水平压力作用力意图：水平压力：渗透压力： W = (3.07 + 0.71)10 / 2 19 10 = 3591KN浮托力： W = (10 1 + 2 0.375) 9.5 10 = 1045KN计算结果列于表:附表 1-7 泄洪闸闸室荷载计算成果表<正常挡水期>根据 SL265-2001 《水闸设计规 X 》中地基承载力公式：Pmax式中 min —完建无水期基底压力的最大和最小值,kPa ；G —作用在闸室上的全部竖向荷载, 〔包括基础底面的上的扬压力〕 KN ；水平力 P <kN>← →力臂 <m>力矩 M0 <kNm>+〔逆时针〕 － 〔顺时针〕27481581.8498.8652748 1680.711067.30垂直力 M 〔kN 〕 ↓10738.3518321045359112570.35 46367934.35 荷载名称闸室水重上游水压力浮托力渗透压力合计1216.876.051.51.3 1292.851292.851.3↑M —作用在闸室上的竖向和水平荷载对于闸底板垂直于水流方向的形心轴的力矩〔kN.m〕；A —闸室基底的面积〔m2〕；W —闸室基底面对于该底面垂直水流方向的形心轴的截面矩〔m3〕；地基承载力不均匀性验算公式：根据计算结果,判断是否满足要求.不均匀系数验算故满足要求.闸室基底面的抗滑稳定计算：根据SL265-2001 《水闸设计规X》中的闸室抗滑稳定计算公式：式中：f —闸室与地基的磨擦系数；由X 世儒《水闸》查表7-8.G —作用在闸室上的全部竖向荷载,kN；P —作用在闸室上的全部水平荷载,kN；根据喀拉沟渠首的不同运行工况选最不利工况〔上游为设计引水为时〕对闸室抗滑稳定进行验算.因为喀拉沟河床多是漂石、卵、碎石、角石、砾砂,再根据SL265-2001 《水闸设计规X》表f 取0.4.因为喀拉沟渠首工程水闸为3 级,根据SL265-2001 《水闸设计规X》在基本荷载工况下抗滑稳定安全系数为[K ]= 1.25 .cK = 2.45 >[K ]= 1.25 所以,满足抗滑稳定要求.c c。
水闸设计计算
水闸设计计算(总34页) -本页仅作为预览文档封面，使用时请删除本页-一、初步设计兴化闸为无坝引水进水闸，该枢纽主要由引水渠、防沙设施和进水闸组成，本次设计主要任务是确定兴化闸的型式、尺寸及枢纽布置方案；并进行水力计算、防渗排水设计、闸室布置与稳定计算、闸室底板结构设计等，绘出枢纽平面布置图及上下游立视图。
二、设计基本资料1. 概述兴化闸建在兴化镇以北的兴化渠上，闸址地理位置见图。
该闸的主要作用有：防洪：当兴化河水位较高时，关闸挡水，以防止兴化河水入侵兴化渠下游两岸农田，保护下游的农田和村镇。
灌溉：灌溉期引兴化河水北调，以灌溉兴化渠两岸的农田。
引水冲淤：在枯水季节，引兴化河水北上至下游的大成港，以冲淤保港。
河兴化镇闸址位置示意图（单位：m）2.规划数据兴化渠为人工渠道，其剖面尺寸如图所示。
渠底高程为，底宽，两岸边坡均为1:2。
该闸的主要设计组合有以下几方面：兴化渠剖面示意图（单位：m）孔口设计水位、流量根据规划要求，在灌溉期由兴化闸自流引兴化河水灌溉，引水流量为300m3/s，此时闸上游水位为，闸下游水位为；在冬季枯水季节由兴化闸自流引水送至下游大成港冲淤保港，引水流量为100m3/s，此时相应的闸上游水位为，下游为。
闸室稳定计算水位组合（1）设计情况：上游水位，浪高，下游水位。
（2）校核情况：上游水位，浪高，下游水位。
消能防冲设计水位组合（1）消能防冲的不利水位组合：引水流量为300m3/s，相应的上游水位，下游水位为。
（2）下游水位流量关系下游水位流量关系见表3. 地质资料闸基土质分布情况根据钻探报告，闸基土质分布情况见表根据土工试验资料，闸基持力层为坚硬粉质粘土，其内摩擦角ϕ=190，凝聚力C=；天然孔隙比e=，天然容重γ=m3，比重G=，变形模量E=4104⨯KPa；建闸所用回填土为砂壤土，其内摩擦角ϕ=260，凝聚力C=0，天然容重γ=18KN/m3；混凝土的弹性模量E h=710.32⨯KPa。
水闸设计步骤计算书(多表)范本
力矩(KNm)
设计情况
正向挡水
上游水重
下游水重
反向挡水
上游水重
下游水重
校核情况
正向挡水
上游水重
下游水重
(
1、浮托力的计算
表5-3:浮托力和弯矩计算表(以底板中点为矩心)
计算情况
算式
浮托力(KN)
力臂(m)
力矩(KNm)
设计情况
正向挡水
反向挡水
校核情况
正向挡水
2、渗透压力的计算
计算简图如图所示
止水以上
止水以下
下游
止水以上
止水以下
设计情况
反向挡水
上游
止水以上
止水以下
下游
止水以上
止水以下
校核情况
正向挡水
上游
止水以上
止水以下
下游
止水以上
止水以下
二、闸室结构荷载汇总
将各种荷载分完建、设计情况和校核情况分别进行汇总,如表所示
(
表5-6:设计情况正向挡水闸室结构荷载计算汇总表
荷载名称
垂直力(KN)
水平力(KN)
——作用在闸室上的全部竖向和水平向的荷载对于基础底面垂直水流方向的形心轴的力矩；
——闸室基底面的面积A=BL=；
——闸室基底面对于该底面垂直水流方向的形心轴的截面矩
现根据上式列表5-10计算基底压力如下:
表5-10基底压力计算表
计算参数
完建期
设计正向
设计反向
校核正向
(KN)
(kN•m)
(kPa)
(kPa)
(3)验算闸基及地基的稳定性,包括地基土的抗渗稳定性。
(4)根据稳定和经济合理的要求,对初拟的底下轮廓线进行修改。在修改底下轮廓线的形状和尺寸时,应结合总体布置和闸室的结构布置与设计进行综合考虑。
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一、初步设计兴化闸为无坝引水进水闸，该枢纽主要由引水渠、防沙设施和进水闸组成，本次设计主要任务是确定兴化闸的型式、尺寸及枢纽布置方案；并进行水力计算、防渗排水设计、闸室布置与稳定计算、闸室底板结构设计等，绘出枢纽平面布置图及上下游立视图。
二、设计基本资料1. 概述兴化闸建在兴化镇以北的兴化渠上，闸址地理位置见图。
该闸的主要作用有：防洪：当兴化河水位较高时，关闸挡水，以防止兴化河水入侵兴化渠下游两岸农田，保护下游的农田和村镇。
灌溉：灌溉期引兴化河水北调，以灌溉兴化渠两岸的农田。
引水冲淤：在枯水季节，引兴化河水北上至下游的大成港，以冲淤保港。
闸址位置示意图（单位：m）2.规划数据兴化渠为人工渠道，其剖面尺寸如图所示。
渠底高程为0.5m，底宽50.0m，两岸边坡均为1:2。
该闸的主要设计组合有以下几方面：11.80.550.0兴化渠剖面示意图（单位：m）2.1孔口设计水位、流量根据规划要求，在灌溉期由兴化闸自流引兴化河水灌溉，引水流量为300m3/s，此时闸上游水位为7.83m，闸下游水位为7.78m；在冬季枯水季节由兴化闸自流引水送至下游大成港冲淤保港，引水流量为100m3/s，此时相应的闸上游水位为7.44m，下游为7.38m。
2.2闸室稳定计算水位组合（1）设计情况：上游水位10.3m，浪高0.8m，下游水位7.0m。
（2）校核情况：上游水位10.7m，浪高0.5m，下游水位7.0m。
2.3消能防冲设计水位组合（1）消能防冲的不利水位组合：引水流量为300m3/s，相应的上游水位10.7m，下游水位为7.78m。
（2）下游水位流量关系下游水位流量关系见表3.地质资料3.1闸基土质分布情况根据钻探报告，闸基土质分布情况见表3.2 闸基土工试验资料根据土工试验资料，闸基持力层为坚硬粉质粘土，其内摩擦角ϕ=190，凝聚力C=60.0Kpa ；天然孔隙比e=0.69，天然容重γ=20.3KN/m 3，比重G=2.74，变形模量0E =4104⨯KPa ；建闸所用回填土为砂壤土，其内摩擦角ϕ=260，凝聚力C=0，天然容重γ=18KN/m 3；混凝土的弹性模量E h =710.32⨯KPa 。
4. 闸的设计标准根据《水闸设计规范》SL265-2001，兴化闸按Ⅲ级建筑物设计。
5. 其它有关资料5.1 闸上交通根据当地交通部门建议，闸上交通桥为单车道公路桥，按汽-10设计，履带-50校核。
桥面 净宽为4.5m ，总宽 5.5m ，采用板梁式结构，见图，每米桥长约重80KN 。
10.0 15.0 450.0 15.0 10.070.0 45.0 137.50 45.0 137.50 45.0 70.0交通桥剖面图 （单位：cm ）5.2 该地区“三材”供应充足。
闸门采用平面钢闸门，尺寸自定，由于厂设计加工制造。
5.3 该地区地震烈度设计为6度，故可不考虑地震影响。
5.4 该地区风速资料不全，在进行浪压力设计时，建议取l l h 10=L 计算。
三、枢纽布置兴化闸为无坝引水进水闸。
整个枢纽主要由引水渠、防沙设施和进水闸等组成。
1. 防沙设施闸所在河流为少泥沙河道，故防沙要求不高，仅在引水口设拦沙坎一道即可。
拦沙坎高0.8m ，底部高程0.5m ，顶高程1.3m ，迎水面直立，背流坡为1:1的斜坡，其断面见图枢纽布置图2.引水渠的布置兴化河河岸比较坚稳，引水渠可以尽量短（大约65m），使兴化闸靠近兴化河河岸。
为了保证有较好的引水效果，引水角取35°，并将引水口布置在兴化河凹岸顶点偏下游水深较大的地方。
为了减轻引水口处的回流，使水流平顺的进入引水口，引水口上、下游边角修成圆弧形。
引水渠在平面上布置成不对称的向下游收缩的喇叭状，见图3-1。
3.进水闸布置进水闸（兴化闸）为带胸墙的开敞式水闸。
共5孔，每孔净宽5m。
胸墙底部高程为8.1m，闸顶高程为11.8m，闸门顶高程为8.3m。
3.1闸室段布置闸底板为倒∏型钢筋混凝土平底板，缝设在底板中央。
底板顶面高程为0.5m，厚1.2m，其顺水流方向长16m。
闸墩为钢筋混凝土结构，顺水流方向长和底板相等，中墩厚1.1m，边墩与岸墙结合布置，为重力式边墙，既挡水，又挡土，墙后填土高程为11.8m。
闸墩上设有工作门槽和检修门槽。
检修门槽距闸墩上游边缘1.7m，工作门槽距闸墩上游边缘5.49m，胸墙与检修门槽之间净距为2.79m。
闸门采用平面滚轮钢闸门，尺寸为6.7m×7.8m。
启闭设备选用QPQ-63卷扬式启闭机。
工作桥支承为实体排架，由闸墩缩窄而成。
其顺水流长2.3m，厚0.5m,底面高程11.8m，顶面高程16.5m，排架上设有活动门槽。
公路桥设在下游侧，为板梁式结构，其总宽为5.5m。
公路桥支承在排架上，排架底部高程8.5m。
3.2上游连接段布置铺盖为钢筋混凝土结构，其顺水流方向长20m,厚0.4m。
铺盖上游为块石护底，一直护至引水口。
上游翼墙为浆砌石重力式反翼墙，迎水面直立，墙背为1:0.5的斜坡，收缩角为15°，圆弧半径为6.6m。
墙顶高程为11.0m，其上设0.8m高的混凝土挡浪板。
墙后填土高程为10.8m。
翼墙底板为0.6m厚的钢筋混凝土板，前趾长1.2m，后趾长0.2m。
翼墙上游与铺盖头部齐平。
翼墙上游为干砌块石护坡，每隔12m设一道浆砌石格埂。
块石底部设15cm的砂垫层。
护坡一直延伸到兴化渠的入口处。
3.3 下游连接段布置闸室下游采用挖深式消力池。
其长为21.5m,深为0.5m。
消力池的底板为钢筋混凝土结构，其厚度为0.7m。
消力池与闸室连接处有1m宽的小平台，后以1:4的斜坡连接。
消力池底板下按过滤的要求铺盖铺设厚0.3m的砂、碎石垫层，既起反滤、过渡作用，又起排水作用。
海漫长24m，水平设置。
前8m为浆砌块石，后16m为干砌块石，并每隔8m设一道浆砌石格埂。
海漫末端设一构造防冲槽。
其深为1.0m，边坡为1:2。
槽内填以块石。
由于土质条件较好，防冲槽下游不再设护底。
下游翼墙亦为浆砌石重力式反翼墙。
迎水面直立，墙背坡度为1:0.5，其扩散角为10°，圆弧半径为4.8m。
墙顶高程为8.5m，其上设高0.8m的挡浪板，墙后填土高程为8.0m。
下游翼墙底板亦厚0.6m钢筋混凝土板，其前趾长1.2m，后趾长0.2m。
翼墙下游端与消力池末端齐平。
下游亦采用干砌块石护坡，护坡至9.8m高程处。
每隔8m设一道浆砌石格埂。
护坡延伸至与防冲槽下游端部齐平。
四、水力计算水力设计主要包括两方面的内容,即闸孔设计和消能设计。
1.闸孔设计闸孔设计的主要任务:确定闸室结构形式、选择堰型、确定堰顶高程及孔口尺寸。
1.1闸室结构形式该闸建在人工渠道上,故宜采用开敞式闸室结构。
在运行中，该闸的挡水位达10.3m～10.7m,而泄水时上游水位为7.44m～7.83m,挡水位时上游最高水位比下游最高水位高出2.87m，故拟设设置胸腔代替闸门挡水，以减小闸门高度，减小作用在闸门上的水压力，减小启门力，并降低工作桥的高度，从而减少工程费用。
综上所述：该闸采用带胸墙的开敞式闸室结构。
1.2堰型选择及堰顶高程的确定该闸建在少泥沙的人工渠道上,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。
考虑到闸基持力层是坚硬粉质粘土,土质良好,承载能力大,并参考该地区已建在工程的经验,拟取闸底板顶面与兴化渠渠底齐平，高程为0.5m。
1.3孔口尺寸的确定（1）初拟闸孔尺寸。
该闸的孔口必须满足引水灌溉和引水冲淤保港的要求。
1）引水灌溉：上游水深 H=7.83-0.5=7.33mh=7.78-0.5=7.28m下游水深s引水流量 Q=300m3/s上游行近流速 V 0=Q/AA=(b+mH)H=(50+2×7.33)×7.33=473.96m 2V=300/473.96=0.633m 3H 0=H+αV 02/2g=7.33+0.6332/（2×9.8）=7.35mh S /H 0=7.28/7.35=0.99>0.8,故属淹没出流。
查SL265-2001表A ·0·1-2，淹没系数σS =0.36由宽顶堰淹没出流公式 ：2/300g 2m H B Q S εσ=对无坎宽顶堰，取m=0.385，假设侧收缩系数ε=0.96，则)2/(2/3001H g m Q B S εσ==2/35.371.8926.9085.3036.0300⨯⨯⨯⨯⨯ =25.54m2）引水冲淤保港上游水深 H=7.44-0.5=6.94m 下游水深 h=7.38-0.5=6.88m 引水流量 Q=100s m 3上游行近流速 V 0=Q/AA=(b+mH)H=(50+2×6.94)×6.94=443.3m30v =Q/A=100/443.3=0.23m/s<0.5m/s,可以忽略不计，则H 0≈H=6.94m 。
h S /H 0=6.88/6.94=0.99>0.8, 故属淹没出流。
查 SL265-2001表A ·0·1-2，得淹没系数σs=0.36 同样取m=0.385，并假定6.90=ε，则得比较1）、2）的计算结果，B 02< B 01，可见引水灌溉情况是确定闸孔尺寸的控制情况，故闸孔净宽B 0宜采用较大值25.54m 。
拟将闸孔分为5孔，取每孔净宽为5m,则闸孔实际总净宽为B 0=5×5=25.0m 。
由于闸基土质条件较好，不仅承载能力较大，而且坚硬、紧密。
为了减少闸孔总宽度，节省工作量，闸底板宜采用整体式平底板。
拟将分缝设在各孔底板的中间位置，形成倒∏型底板。
中墩采用钢筋混凝土结构，厚1.1m ，墩头、墩尾均采用半圆形，半径为0.55m 。
（2）复核过闸流量对于中孔，b 0=5m b s =b 0+ε=5+1.1=6.1m b 0/b s =5/6.1=0.8202/30s 022H g m QB εσ=m ..28.94.9681926.9085.303601002/3=⨯⨯⨯⨯⨯=查SL265-2001表A.0.1-1，得971.0=z ε 对于边孔，b 0=5ms b =41.76mb 0/b s =0.12查SL265-2001表A ·0·1-1，得εb =0.909。
则：-ε=[εz （N-1）+εb ]/N =0.959。
对于无坎平底宽底堰，m=0.385,则2/3002H g B m Q S εσ=2/335.781.9225957.0385..036.0⨯⨯⨯⨯⨯⨯=s m /5.2943=QQ Q -实×100%=⨯300300-.5298100% 1.83=% < 5%实际过流能力满足引水灌溉的设计要求。