本科毕业论文---南沙万顷沙联围固扇闸重建工程初步设计报告.doc

'目录1固扇水闸基本资料11.1概述11.2工程地质31.2.1地形地貌31.2.2地层岩性31.2.3地质构造31.2.4水文地质条件31.2.4.1地表水31.2.4.2地下水31.3交通要求42闸孔设计62.1闸孔的设计任务62.2设计工况62.3闸孔形式的确定62.4闸孔尺寸设计62.4.1确定闸孔净宽62.4.2分孔92.4.3闸墩构造设计内容92.5水力计算92.6确定闸墩顶高程92.6.1泄水要求92.6.2挡水要求103消能防冲设计113.1概述123.1.1消能防冲设计内容主要包括123.1.2消能方式及消能工型式123.1.3水闸开启方式及操作规程123.1.4池深d设计工况及计算方法与公式123.1.5池深L的不利计算工况133.1.6护坦厚度的计算工况143.1.7海漫长度的计算工况143.1.8防冲槽尺寸的计算工况143.2消力池设计143.2.1消力池设计任务143.2.2池深设计153.2.3消力池长度的确定183.3消力池护坦厚度193.4消力池的构造20 4防渗排水设计245闸门、启闭机的设计256闸墩、闸底板设计287 闸室稳定计算348水闸两岸连接建筑物设计39参考文献41 1固扇水闸基本资料1.1概述广州市南沙万顷沙联围固扇闸重建工程位于广州市南沙区万顷沙联围，根据《广州城市建设总体战略概念规划纲要》提出的“南拓北优、东进西连”的空间发展战略，南沙区位于珠江出海口、珠江三角洲地理几何中心和联结珠江两岸城市群的枢纽性节点，依靠其独特的地理区位优势、交通条件及岸线资源成为广州“南拓”发展的重点地区。万顷沙联围位于南沙地区的南端，北邻下横沥，西以洪奇沥为界与中山市相邻，东隔蕉门水道与龙穴岛相邻，龙穴岛为未来广州重要的大型深水港区。万顷沙被定位为以石化、钢铁、机械装备工业为主的现代化临港工业基地，近期，1500万吨/年炼油厂（石化基地）项目选定在万顷沙联围15～18涌西侧和沥心沙围。考虑到万顷沙联围15～18涌石化基地区域和沥心沙围的水利工程现状不能满足石化基地对防洪（潮）和排涝的高标准要求。通过新的规划，对这一区域的水利工程将进行整治，使区域防洪（潮）标准达到200年一遇，排涝标准达到20年一遇。现有的固扇建于70～80年代，闸孔尺寸（孔数×宽×高）为3孔×14.2m×7.5m，底板高程为-3.5m，存在的主要问题是工程老化，运用不便。拟建的固扇闸自现有闸位往内涌移约20m，防洪（潮）标准按200年一遇标准建设。场地交通位置图见图1-1第41页共43页 图1.1：交通位置示意图（“●”为勘察场地位置）表1-1工程规模与主要设计指标序号项目单位数量备注一工程等别Ⅰ等二主要建筑物级别1级三抗震设计烈度度7四水闸1排涝面积km23.512排涝流量m3/s80/1003特征水位外江设计洪潮水位m2.75/3.15多年平均最高潮位m1.87多年平均低潮位m-0.51风速42多年平均最低潮位m-1.21吹程1000内涌设计高水位m1.42/2.07第41页共43页 内涌常水位m0.20内涌设计低水位m-0.51.2工程地质本工程闸址范围内先后钻孔9个，总进尺500多米。1.2.1地形地貌勘察场地属珠江三角洲冲积平原地貌单元，经多年围海造田，勘察场地附近区域平坦开阔，河塘众多。地面高程较低，多在-0.5～1.0m之间，外江堤顶高程3.5～4.3m，内涌堤顶1.2～2.0m。拟建固扇闸位于万顷沙新垦，西侧紧连洪奇沥水道，东连蕉门水道，东南侧有新垦大道，可通往各支涌堤防及外江堤围，区内有南沙港快速穿越。1.2.2地层岩性在勘探深度范围内，勘察场地地层岩性自上而下总体由四部分组成，分别为人工填土、第四系海陆交互相沉积层、冲洪积层和下部燕山期花岗岩。场地内各埋藏地层的工程特性指标建议采用表二值。1.2.3地质构造勘察场地位于广州断陷盆地的南端，上部覆盖层为第四系海陆交互相冲积物（Qmc），下伏燕山期（γ3）花岗岩，根据1/20万区域地质资料，场区及邻近区域地质构造活动迹象不明显，根据本次勘察结果，场地内未发现有断层等不良地质构造。1.2.4水文地质条件1.2.4.1地表水固扇闸以洪奇沥为界与中山市相邻，东连蕉门水道，洪奇沥水道呈南北走向贯穿整个南沙开发区，水流自北向南，最终汇入珠江水系，固扇闸为连接洪奇沥水道与蕉门水道的内涌，水位变化主要受潮汐影响。勘察期间测得河涌最高水位标高为0.56m，最低水位标高为-2.10m。1.2.4.2地下水勘察场地地下水类型主要分两种类型：（1）潜水、承压水第41页共43页 （2）人工填土层中的上层滞水有所给资料可得勘察场地地下水位变化主要受潮汐及气候控制。具体如下：每年4-9月为雨季，是地下水的补给期，其水位会明显上升，10-3月为水分消耗期，地下水位随之下降。勘察期间，场地各钻孔均遇见地下水，勘察时测得初见水位埋深为0.80～3.10m，相当于标高为-1.52～0.64m；潜水稳定水位埋深为1.00～2.20m，相当于标高为-1.82～0.44m；承压水稳定水位埋深为13.50～16.00m，相当于标高为-15.60～-12.06m。根据勘察场地采取的2件地下水试样进行分析，根据水质分析结果，按《水利水电工程地质勘察规范》（GB50287-1999）中有关腐蚀性评价标准判定：勘察场地内地下水水质对混凝土具侵蚀性CO2弱腐蚀性和PH值型中等腐蚀性。1.3交通要求该水闸连接防洪堤，有交通要求，按二级公路做交通桥设计。表1-2渠道数据项目内涌侧外江侧渠道比降渠道底宽(米)4045渠道边坡1:11:3糙率0.0170.017表1-3岩土层工程特性指标建议值岩性一淤泥二淤泥质粉质粘土三淤泥质粉细砂四中粗砂五花岗岩含水量w(%)66.450.221.918.212.1湿密度ρ(g/cm3)1.541.672.022.032.10干密度ρd(g/cm3)0.931.111.711.761.89孔隙比e1.8201.3790.6710.5370.459液限Wl43.936.922.9第41页共43页 (%)20.824.3塑限Wp(%)27.2523.015.314.216.4塑性指数Ip16.414.08.26.77.9液性指数IL2.401.962.330.330.00渗透系数k(cm/s)4.00×10-74.70×10-65.29×10-41.07×10-35.47×10-4十字板剪切凝聚力Cu(kPa)27.421.6压缩压缩系数a0.1-0.2(MPa-1)1.7941.0500.3390.2760.379压缩模量Es(MPa)1.492.405.605.53.94无侧限抗压强度qu(kPa)7.615地基土的容许承载力σ0(kPa)507070150200标贯评定实测击数(击)1.02.33.311.721.4修正击数(击)0.81.71.48.211.2(kPa)506570120200承载力建议特征值(kPa)506570120200第41页共43页 2闸孔设计2.1闸孔的设计任务确定闸孔的形式确定闸孔的孔口尺寸、数目确定闸底板高程。2.2设计工况由所给资料可得，正常情况下，正常情况下，通过设计流量时闸前水面壅高。由资料可得，非常情况下，，且通过时的闸前水面壅高，取。由以上资料可得，本设计采用淹没宽顶堰。2.3闸孔形式的确定闸孔形式包括孔口形式和底板形式。本设计闸孔形式需要确定孔口形式：采用无胸墙开敞式孔口形式。底板形式：本设计地形较为平缓，用来排水作为排水闸，有经验可得采用平底板形式，底板高程取为与原排水闸底板高程（）齐平即可。2.4闸孔尺寸设计闸孔尺寸设计的主要任务有确定闸孔净宽，闸孔总宽确定底板开挖基坑宽度确定闸顶高程，闸门高度2.4.1确定闸孔净宽第41页共43页 有水工建筑物可得确定闸孔净宽的方法是：按正常情况设计，按非常情况校核。堰流情况公式：（2--1）式中：Q——过闸流量；取88——计入行近流速水头m；取6.25m——堰流流量系数；——淹没系数具体计算步骤如下：按外江工况设计洪潮水位（2--2）式中：Q——过闸流量；取88——计入行近流速水头m；取6.25m——堰流流量系数；——淹没系数系数计算如下：=0.1=6.15由查《水闸设计规范》SL265-2001得=0.40——侧收缩系数，由《水力学手册》查出，初拟时可取0.85-0.95，选用0.85所以取=10按内涌设计高水位（2--3）式中：Q——过闸流量；取88——计入行近流速水头m；第41页共43页 ——堰流流量系数；——淹没系数系数计算如下：查《水闸设计规范》SL265-2001得=0.40——侧收缩系数，由《水力学手册》查出，初拟时可取0.85-0.95，——侧收缩系数，由《水力学手册》查出，初拟时可取0.85-0.95，选用0.85所以取=14按内涌设计低水位（2--4）式中：Q——过闸流量；取88——计入行近流速水头m；——堰流流量系数；——淹没系数系数计算如下：，查《水闸设计规范》SL265-2001得，所以取=30第41页共43页 (4)经比较，选取最大闸孔净宽。=302.4.2分孔由以上计算得最大闸孔净宽为30m，所以做五孔闸门，每孔6米。2.4.3闸墩构造设计内容边墩厚一般取0.7～1.2。本设计取0.8,头部采用方形;中墩厚;头部采用半圆形；本设计不进行缝墩设计.2.5水力计算1、验算正常情况下的过流能力由公式：满足设计洪水过流能力。2、校核非常情况下的过流能力上游水深下游水深由查《水闸设计规范》SL265-2001得，满足非常过流能力。2.6确定闸墩顶高程要求：要求闸墩顶高程满足泄水、挡水要求。2.6.1泄水要求（2--5）（2--6）第41页共43页 2.6.2挡水要求（2--7）（2--8）式中：——波浪爬高，波浪中心线净水位的高度波浪爬高按“莆田海堤试验站公式”计算确定，计算公式如下:(2--9)(2--10)式中：------重力加速度，（9.81）------平均波高，（m）------平均波周期，（s）------风区长度，（m），取1000m------设计风速，（m/s），为42m/s------风区的平均水深，（m），为6.25m算得平均波高为0.73m，平均波周期为3.782s。(2--11)试算得到L=21.126m。波浪爬高计算：计算公式(2--12)式中：m------斜坡坡率,选用m=3------斜坡的糟率系数及渗透性采用砌石护面，所以系数查《堤防工程设计规范》为0.75第41页共43页 ---------经验系数，由，查《水工建筑物》表5-2得=1所以即波浪爬高为0.93m。——安全超高，，所以闸墩高程：闸门高程：取4.3m闸墩高：。取8.0m闸门高:第41页共43页 3消能防冲设计3.1概述3.1.1消能防冲设计内容主要包括（1）消力池深度及长度（2）海曼长度.防冲槽尺寸（3）两岸护坡及相应构造3.1.2消能方式及消能工型式消能方式：水利工程上必须采取一些减小泄水建筑物下泄水流动能的措施，以满足工程的经济和安全的要求。在设计水工建筑物时，要选择合理地消能工程形式。本闸门属于平原河道水闸，下游水位变化幅度较大，闸下池水水流低，所以采用底流消能。消能工型式：采用控深式消力池。3.1.3水闸开启方式及操作规程1、开启方式：对于五孔闸门，开启方式又五种形式。A：五孔闸门均匀同步开启B：两侧边孔闸门均匀同步开启C：两中间闸孔均匀同步开启D：四孔闸门均匀同步开启E：中间闸门单独均匀开启2、操作规程：均匀，匀速同步开启。3.1.4池深d设计工况及计算方法与公式1、池深d的不利计算工况按水跃理论最大池深发生在跃后水深与下游水深差值最大的情况，即：。确定差值最大需对各种运用方式及相应开度e下的情况进行计算。根据经验，取外江设计排洪最高水位=2.75+3.5=6.25m作为设计水位，初始开度e=0.5m作为池深最不利计算工况。2、计算方法与公式求开度e=0.5m时下泄流量Q公式采用自由孔流公式：第41页共43页 (3--1)式中：Q——下泄流量——宽顶堰型闸孔自由流的流量系数n——闸孔数b——一个闸孔的净宽e——闸孔开度——闸孔全水头求跃后水深h采用共轭水深计算公式：(3--2)求下游水深h采用明渠均匀流公式：(3--3)(3--4)(3--5)(3--6)式中：m——收缩角，取2n——护坡粗糙系数，取0.025——下游河底坡率，取1：4000b——下游河宽，取40m3.1.5池深L的不利计算工况1、工况的确定根据经验，最大池长发生在通过时，本设计采用校核流量作为池长计算的计算工况。2、计算方法及公式求采用水跃公式:(3--7)第41页共43页 3.1.6护坦厚度的计算工况本设计护坦厚度按抗冲要求计算，公式采用：(3--8)式中：q——护坦上的单宽流量——泄放q时的水闸上下游水位差——经验系数，可采用0.175——0.20由公式可知，发生在最大时，应对个运用方式及相应开度e的情况进行计算。本设计取以下两种情况的较大者作为护坦厚度的计算工况：（1）正常蓄水位2.75+3.5=6.25m时下泄水时初始开度e=0.5的情况；（2）取通过校核流量Q校时的情况；3.1.7海漫长度的计算工况按抗冲设计要求设计，采用。由公式可知发生在最大时，应对各运用方式及相应开度e的情况进行计算。本设计取与相同计算工况。3.1.8防冲槽尺寸的计算工况防冲槽尺寸的计算工况取通过最大流量Q时，取。3.2消力池设计3.2.1消力池设计任务池深，池长，护坦厚度及构造尺寸。第41页共43页 3.2.2池深设计不利工况下水力要素不利工况下水力要素，取上游正常蓄水位闸门开度按e=0.5的倍数取值，初始开度e=0.5m。计算公式:(3--9)(3--10)求单宽流量:(3--11)临界水深:(3--12)(3--13)根据查<<水力学>>四川大小编下册附图可得。。求下游水深表3-1单孔开启时计算eQq备注知查《水力学Ⅱ》附录Ⅰ得0.5000.58619.4570.5860.18733.4223.0490.5701.0000.57137.9161.1420.36517.1232.7000.9861.5000.55855.5781.6740.53511.6822.4901.3322.0000.54472.2452.1760.6958.9932.3451.6302.5000.53087.9832.6500.8477.3792.2201.8803.0000.516102.7903.0960.9896.3202.1982.1743.5000.501116.4363.5071.1205.5802.0952.3464.0000.487129.3513.8961.2455.0202.0452.546第41页共43页 表3-2双孔对称开时计算eQq备注0.50.58638.9121.1720.37416.7112.6801.00210.57175.8312.2840.738.5622.2901.6721.50.558111.1573.3481.0695.8472.1002.24520.544144.4914.3521.394.4961.9852.7592.50.53175.9655.3001.6933.6921.8573.14430.516205.5816.1921.9783.1601.8153.5903.50.501232.8727.0142.2412.7891.7483.91740.487258.7027.7922.4892.5111.6554.119表3-3三孔全开时计算eQq备注0.50.58658.3671.7580.56211.1212.4901.39910.571113.7473.4261.0945.7132.1252.3251.50.558166.7355.0221.6043.8971.8252.92720.544216.7366.5282.0852.9981.7533.6552.50.53263.9487.9502.5402.4611.6504.19130.516308.3719.2882.9672.1071.5804.6883.50.501349.30810.5213.3611.8601.4985.03540.487388.05311.6883.7341.6741.3585.071表3-4四孔对称开始计算eQq备注0.50.58677.8232.3440.7498.3442.4901.86510.571151.6624.5681.4594.2842.1253.1001.50.558222.3146.6962.1392.9221.8253.90420.544288.9828.7042.1392.9221.7533.7502.50.53351.93110.6003.3861.8461.6505.58730.516411.16112.3843.9561.5801.5806.250第41页共43页 3.50.501465.74414.0284.4811.3951.4986.71340.487517.40415.5844.9781.2561.3586.760表3-5五孔全开时计算eQq备注0.50.58697.2792.9300.9366.6772.4902.33110.571189.5785.7101.8243.4272.1253.8761.50.558277.8928.3702.6742.3371.8254.88020.544361.22710.8803.4751.7991.7536.0922.50.53439.91313.2504.2331.4761.6506.98430.516513.95115.4804.9451.2641.5807.8133.50.501582.18017.5365.6021.1161.4988.39240.487646.75519.4816.2231.0041.3588.451表3-6水头-流量计算ht（m）A=(b+mh)hR=A/xC=(1/n)R1/60.520.541.120.535.648.171.04242.830.9839.8726.211.564.546.711.3842.2150.562.08848.941.844.1282.362.5112.551.182.245.62120.363.013853.422.5846.85164.20（3）消力池深度d的确定：由图知,当开度e=1.0,中孔单开时最大。(3--14)(3--15)式中：——消力池深度，（m）第41页共43页 ——下游水深，（m）——跃后水深，（m）——水流动能校正系数，可采用1.0～1.05。本设计=1.0——水跃淹没系数，可采用1.05～1.10。本设计=1.1——流速系数，一般采用0.95，本设计采用1.0——过闸单宽流量，（）——池池落差，（m）中孔开度e=3.0m时,最大,q=3.096，。所以=1.1×0.986-0.79-0.125=0.2m3.2.3消力池长度的确定1、池长计算公式=+β（3—16）=6.9（-）(3--17)式中：——消力池长度（m）——消力池斜坡段水平投影长度(m)β——水跃长度校正系数，可采用0.7～0.8，取0.80——水跃长度(m)2、池长不利工况下的水利要素A：计算流量：水跃长度系随流量的增大而增大，所以消力池长度的设计流量应为建筑物通过的最大流量。B：单宽流量：/=100/33.2=3.01m/s3、求，闸底板与挖深后的消力池之间常用1:3～1:4的斜坡连接，本设计取1：3。第41页共43页 确定消力池长度的条件：hc”-hC最大时。由上表知发生在中孔单开e=1.0时：查<<水力学>>(第三版)下册37页附图得4、求偏安全的选消力池长度为12米。3.3消力池护坦厚度消力池底板需要用来承受水流的冲击力、水流脉动压力和底部扬压力等，所以死消力池底板应该具有足够的强度和抗冲耐磨，护坦一般是等厚的，也可采用不同的厚度，始端厚度大，向下游逐渐减小。护坦厚度可根据抗冲和抗浮要求，分别计算，并取其最大值。按抗冲要求计算消力池护坦厚度公式为：t=k1按抗浮要求计算消力池护坦厚度公式为：t=k2式中t——消力池底板始端厚度，m；k1——消力池底板计算系数，可采用0.15-0.20；k2——消力池底板安全系数，可采用1.1-1.3；ΔH＇——泄水时上、下游水位差，m；U——作用在消力池底板底面的扬压力（kPa）；第41页共43页 W——作用在消力池底板底面的水重（kPa）；Pm——作用在消力池底板上的脉动压力（kPa），；γ1——消力池底板的饱和重度，kN/。由所给数据可得其中k1取为0.18；q为确定池深时的过闸单宽流量取为q=3.096m3/（sm），ΔH`为相应于单宽流量的上、下游水位差可取消力池底板厚度为t=0.4m。3.4消力池的构造底流式消力池设施有三种形式：挖深式、消力槛式和综合式。①当闸下游尾水深度小于跃后水深时，可采用挖深式消力池消能；②闸下游尾水深度略小于跃后水深时，可采用消力槛式消力池消能；③闸下游尾水深度远小于跃后水深，且计算深度应较深时，可采用挖深式与消力槛式相结合的综合式消力池消能。护坦与闸室、岸墙及翼墙之间，以及其本身沿水流方向均应用缝分开，以适应不均匀沉陷和温度变形。（1）各个缝距尺寸如下：护坦缝距取10～20m，缝宽2.0～2.5cm。护坦在垂直水流方向通常不设缝，以保证其稳定性。缝若在闸基防渗范围内，缝中应设止水设置，其他一般铺设沥青油毛毡。（2）护坦的尺寸为：为增强护坦的抗滑稳定性，常在消力池末端设置齿墙，深一般为0.9～1.6m，宽为0.5～1.0m。结合本工程的特点，选用挖深式消力池。为了便于施工，消力池的底板作成等厚，为了降低底板下部的渗透压力，在水平底板的后半部设置排水孔，孔下铺设反滤层，排水孔孔径为5cm，间距为1m，呈梅花形布置。消力池末端设置齿墙，深为0.8m，宽为0.6m。3.5防冲加固措施3.5.1海漫的作用使消能后的水流均匀扩散，流速接近天然河道的水流形态。3.5.2海漫的布置和构造海漫一般采用将起始端做成5m水平段，顶面高程在消力池尾坎顶以下0.5m，水平段后作成不陡于1：10的斜坡以使水流均匀扩散，同时沿水流方向在平面上向两侧逐渐扩散，以便使水流均匀扩散，调整流速分布，保护河床不受冲刷。对海漫的要求有：①表面有一定的粗糙度，以利进一步消除余能；②第41页共43页 具有一定的透水性，以便使渗水自由排除，降低扬压力；③具有一定的柔性，以适应下游河床可能的冲刷变形。本工程采用干砌石海漫。3.5.3海漫长度计算海漫的长度计算主要包括（1）消力池末端的单宽流量（2）上下游水位差、下游水深（3）河床土质抗冲能力（4）闸孔与河道宽度的比值（5）海漫结构形式等当=1～9，式中Lp——海漫长度，m；qs——消力池末端单宽流量，m3/（sm）；ΔH＇——泄水时上、下游水位差，m；ks——海漫长度计算系数，查《水工建筑物》，取ks=9。故确定海漫长度为17m。3.5.4海漫的构造因为对海漫要求进一步消除余能，所以要求海漫有一定的粗糙度、透水性、一定的柔性，本设计在海漫的起始段为5m长的浆砌石水平段，其顶面高程与护坦齐平。后作成坡度为1：10的干砌石段，以便使水流均匀扩散，调整流速分布，保护河床不受冲刷。海漫厚度为0.4m，下面铺设15cm的砂垫层。3.6防冲槽设计3.6.1作用防止冲刷坑向上游扩展，保护海漫末端的安全。3.6.2工作原理为了使水流经过海漫时能量进一步消除，流速分布接近水流的正常状态水流经，但在海漫末端仍有冲刷现象。为了保证安全和节省工程量，常在海漫末端设置防冲槽或采取其他加固措施。3.7上、下游岸坡防护为了保护上、下游翼墙以外的河道两岸岸坡不受水流的冲刷，需要进行护坡。采用浆砌石护坡，厚度为0.3m，下设0.1m的砂垫层。第41页共43页 4防渗排水设计4.1防渗设计的目的防止闸基渗透变形；减小闸基的渗透压力；减少水量损失；合理选用地下轮廓的尺寸，以延长渗径，防止闸基和两岸产生渗透破坏。4.2防渗排水的布置原则及方式原则：防渗和排水相结合方式：（1）高水位侧采用铺盖、板桩、齿墙等防渗设施;(2)低水位侧设置排水设施4.3防渗设施本工程根据自身地质条件，防渗措施常采用水平铺盖。砂性土易产生管涌，要求防止渗透变形是其考虑的主要因素，可采用铺盖与板桩相结合的形式。（1）铺盖为水平防渗措施，适用于粘性和砂性土基。（2）板桩为垂直防渗措施，适用于砂性土基，一般设在闸底板上游或铺盖前端，用于降低渗透压力。（3）齿墙一般设在底板上、下游端，利于抗滑稳定，延长渗径。4.4地下轮廓线布置4.4.1闸底板长度拟定本工程采用整体式底板，影响底板顺水方向的长度的因素主要有（1）闸室地基条件（2）上部结构布置（3）满足闸室整体稳定和地基允许承载力等初拟时可参考已建工程的经验数据选定，当地基为碎石土和砾（卵）石时，底板长度取（2-4）H（H为水闸上下游最大水位差）；砂土和砂壤土取（2-3.5）H；粉质壤土和壤土取（2-4）H；黏土取（2.5-4.5）H。本工程取底板长度L底=3.5×4.6=16.1取闸底板长度为18m。4.4.2闸底板厚度的拟定第41页共43页 对于小型水闸，底板厚度不小于0.3可取t=1.0m。两端设齿墙。4.4.3齿墙尺寸的确定一般深度为0.5-1.5m，厚度为闸孔净宽的1/5-1/8。该设计深度取0.7m，厚度取1.0m。如图4—1所示。图4—1底板尺寸图（单位：cm）4.4.4铺盖主要用来延长渗径，具有相对不透水性和一定的柔性。铺盖常用材料有黏土、黏壤土或沥青混凝土等。铺盖的长度采用上、下游最大水头差的3-5倍。根据上述原则，本工程铺盖采用混凝土铺盖，其混凝土强度等级一般不低于C20，其长度确定取L=18m；铺盖的厚度，取0.4m，两端设齿墙深度取0.6m，宽度取0.5m，以便和闸底板连接。4.4.5闸基防渗长度的确定初步拟定闸基防渗长度应根据《水闸设计规范》公式L≥C×H式中L——闸基防渗长度，m；C——允许渗径系数值，见《水工建筑物》教材表4-6，查表取C=7；H——上、下游最大水头差，m。L=C×H=7×4.6=32.2（m）4.4.6校核地下轮廓线的长度根据以上设计数据，实际的地下轮廓线布置长度应大于理论的地下轮廓线长度。铺盖长度+闸底板长度=18+18m≥L=32.2（m）第41页共43页 通过校核，地下轮廓线的长度满足要求。4.5排水设施的设计为降低闸底渗透压力，在闸下游应设置排水设施，即渗流的出口。而排水体的位置直接影响闸底渗透压力的大小。反滤层的设计应遵循下列原则：1、各层内部颗粒不应发生移动;2、较细一层颗粒不应穿过较粗一层的空隙；3、被保护土层的颗粒不应穿过反滤层而被深水带走，个别特别细小的颗粒即使被渗流带走，亦不应在反滤层空隙中停留而堵塞反滤层。排水体由透水性较强的大颗粒砂石料组成。土基水闸一般采用平铺式排水体。第41页共43页 5闸门、启闭、闸墩的设计闸室是水闸的主体部分。开敞式水闸闸室的主要组成部分有底板、闸墩、闸门、工作桥、交通桥、胸墙等。5.1闸门和启闭机1、闸门形式采用直升平面钢闸门，因为闸孔数为5个，闸门两侧挡水，闸门宽度为6m，在6m～9m范围内采用平板钢闸门较为合理，高度取为8m。2、尺寸高×宽=8m×6m3、闸门重露顶式平面闸门当5m﹤H﹤8m时（查《水工建筑物手册》6.P131页）(5--1)式中：H.B---分别为孔口高度和宽度（m）----闸门行走支承系数;对滑动式支承取为0.81。-----材料系数，闸门采用普通碳素钢取为1.0。-----孔口高度系数；当5>附录一表1,级水工建筑物的结构安全级别为第41页共43页 级,故正常运行期为持久状况,因此；结构系数。6.5.2荷载计算该梁承受的荷载有均布永久荷载(梁自重及活动铺板重),均布可变荷载(人群荷载),集中永久荷载(机墩及启闭机重),集中可变荷载(启门力),下面分别进行计算。梁自重及铺板重：(KN)设计值KN/mG=14.75×1.05=15.49KN/m机墩及启闭机重：标准值KN设计值KN启门力(以最大值计算):标准值KN设计值KN人群荷载:标准值KN设计值KN6.5.3内力计算T形梁搁在闸墩墩墙上,为一以墩墙为支座的简支梁如图,计算跨度取两支座中心间的距离和1.05两者中的较小者.。跨中弯矩设计值第41页共43页 =451.967KN.m6.5.4配筋计算估计为双排钢筋,由<<水工钢筋混凝土结构学>>,表3—2查,取a=60mm,则mm。确定翼缘计算宽度(按<<水工钢筋混凝土结构学>>表3--3):=250mm(平均)属独立T形梁所以:mm=b+12==3250mm上述两值均大于翼缘实有宽度1700mm,故取=1700mm。鉴别T形梁所属情况.按<<水工钢筋混凝土结构学>>(式3--31)进行:=12.5×1700×250×（）=3267KN.M所以属于第一种情况的T形梁(),按宽度为1700mm的矩形梁计算。0.047第41页共43页 选用.第41页共43页 7 闸室稳定计算7.1设计情况选择根据设计水闸在运用过程中可能出现的情况进行分析，从众找出最不利的情况，以此情况来进行闸室稳定以及地基承载力验算。（1）完建无水期（2）正常挡水期作用于闸室上的荷载和组合：荷载包括：底板重，闸墩重，闸门重（加重块）交通桥重，工作桥重及启闭设备重。这些重量分别作用与各自中心处。钢筋砼的容重为25KN∕m。(1)底板重KN闸墩重KN闸门重GKN交通桥重KN工作桥重KN启闭设备重KN水重KN水平水压力（采用混凝土铺盖）KN(4)扬压力：水闸底板底部受到的铅直向上的水压力称扬压力，它包括渗透压力和浮拖力两部分。第41页共43页 7.2闸室基底压力﹑抗倾及抗滑稳定验算1、完建期计算完建期情况下作用荷载﹑力矩计算见表下7.1表7.1完建期力矩计算表（对底板形心取矩）部位重力力臂(m)力矩(逆)力矩(顺)底板16618.350.00.00.0闸墩164160.00.00.0工作桥651.50.00.00.0交通桥10853.50.03778.7闸门4500.00.00.0启闭机980.00.00.0合计35318.853778.7计算闸基上下游边缘最大﹑最小压应力公式《水工建筑物》（7—1）得(7--1)式中：A——底板面积。B——底板沿水流方向的宽度——作用于基底以上的所有铅直力的总和——所有铅直力和水平力对基底顺河方向对称中心的力矩总和所以:KN∕∕㎡地基承载力验算由《水工建筑物》（8—34）（8—35）得第41页共43页 (7--2)(7--3)满足要求满足要求式中:——加大系数，取1.2～1.5满足要求2、正常运用情况计算正常运用情况下作用荷载﹑力矩计算见表7.2表7.2正常运用情况下作用荷载﹑力矩计算见表荷载名称竖向力（KN）↓↑水平力（KN）→←力臂（m）力矩（）逆顺闸室结构重力35231.850.00.00.00.00.00.0水压力0.00.068140.04.40.029981.60.00.044140.00.130.0573.820.00.00.033123.099360.0浮托力0.014546.90.00.00.00.00.0渗透压力0.0139650.00.02.40.033516水重力149410.00.00.02.740340.70.0第41页共43页 合计50172.8528511.911228331250276.764071.4221660.95791613794.72(顺)闸室地基压力计算，由表可知由公式（7--3）可得：满足要求不均匀系数：满足要求闸室抗滑稳定验算由《水闸设计规范》7.3.7—4得：(7--4)式中：f——沿闸室基底面与地基之间的摩擦系数，按本规范标7.3.10选用。对于壤土，粉质壤土，f取0.25～0.40，由资料取0.35——作用在闸底板以上的全部垂直荷载总和KN——作用于闸底板上的全部水平荷载总和KN——容许抗滑稳定安全系数，由《水闸设计规范》表7.3.13查得，对于I级建筑物，基本荷载组合时取1.35，特殊荷载时取：施工及检修校核时取1.20，地震情况取1.10所以：抗滑稳定满足要求。3、正常运用+地震情况表7.3正常运用+地震荷载情况下的荷载力矩计算表（对底板形心求矩）第41页共43页 荷载名称竖向力(KN)↓↑水平力(KN)→←力臂（m）力矩()逆顺正常挡水时全部荷载50172.8528511.97561331250276.754930.9底板0.00.0415.460.00.00.00.0闸墩0.00.0574.560.06.10.03504.8启闭机0.00.012.250.010.50.0129.63工作桥0.00.065.10.010.50.0683.55交通桥0.00.054.250.06.70.0363.48闸门0.00.012.710.06.10.0777.53地震动水压力0.00.0130.60.04.10.0535.46合计50172.8528511.98825.9333124451276.760224.35闸室基底压力计算，由表可知，由公式（8--3）得：∕㎡KN∕㎡满足要求不均匀系数：满足要求闸室抗滑稳定验算：由公式（7--4）得：抗滑稳定满足要求第41页共43页 8水闸两岸连接建筑物设计水闸与两岸连接是指闸室与两侧河岸和闸室与上下游河道的连接,建筑物包括边墩或岸墙,上下游翼墙与防渗刺墙等.其作用是侧墙挡土保护两岸边坡不受进出闸水流冲刷,岸墙与上下游翼墙的背面轮廓起侧向防渗作用,下游翼墙可排出侧向绕流渗水防止发生渗透变形,独立的岸墙可减少边载对闸室结构的不利影响,改善其受力状况。8.1闸室与两岸的连接及上下游的连接8.1.1闸室与两岸的连接闸室与两岸的连接主要取决于地基情况和闸身高度,常见的有以下几种:（1）当地基较好并且闸身高度不大时,可直接用边墩直接挡土,此连接方式的优点为：结构简单,工程量省。（2）当闸身较高地基软弱时,若采用边墩直接挡土,由于边墩地基所受荷载常远大于闸身地基上荷载,地基可能会产生较大的不均匀沉降影响闸门开启,或在底板和边墩内产生较大的应力,恶化结构受力条件,这时易在边墩后设轻型岸墙挡土,岸墙可起使到使作用在地基上的荷载从闸室向两岸进行过渡的作用,减小地基不均匀沉降对闸室结构的不利影响。（3）当地基承载力过低时,可用护坡无岸墙连接形式,此种形式为自边墩及上下游翼墙背面底部做斜坡与堤顶连接,优点为：可改善闸室边孔受力状态,但由于此种连接侧向防冻和防渗性能较差,所以在边墩背部做齿墙伸入岸坡内,可以增加侧向渗径齿墙与边墩之间设止水。由于根据本设计情况,需要设计交通通道,故采用第一种形式,即:直接用边墩挡土,但由于地基软弱,需进行处理,采用和闸室地基处理相同的结果。8.1.2闸室与上下游连接闸室翼墙一般与上下游河道连接,上游翼墙常常取铺盖同长或稍长或者取不小于3-5倍水闸下游最大水位差,下游翼墙常常至效力池末端或稍长。水闸与上下游翼墙的平面布置型式常用的有以下几种:（1）八字形翼墙和圆弧形反翼墙。（2）圆弧式翼墙:自边墩两边开始,用圆弧形直立翼墙与上下游两岸连接。（3）扭曲面翼墙:由边墩处的直立面,随着向上下游延伸逐渐变为与河岸边坡相同的斜坡面。水流条件好,且工程量小,多采用浆砌石结构适宜建在坚硬的黏土地基上。第41页共43页 本设计采用圆弧式翼墙,上游取与铺盖同长,下游至消力池末端。圆弧式翼墙对地基承载力要求低。8.2岸墙、翼墙的结构型式及防渗排水设计8.2.1岸墙.翼墙的结构型式从受力情况而言,作为两岸建筑物的岸墙翼墙属于挡土墙,常用的结构型式有以下几种:（1）重力式:主要依靠自重来维持挡土向的稳定性,重力式挡土墙大多由浆砌石或混凝土建造,一般用于墙高不超过5-6米的情况；墙基础宽度为0.6-0.7倍墙高。（2）悬臂式:常用悬臂式挡土墙常为钢筋混凝土结构,厚度小自重轻，结构简单，由直墙和底板组成,适宜墙高6-9米。（3）扶臂式:当墙高度大于9米时,为增加悬臂式挡土墙与底板的刚度或为减小墙厚,可在立墙与地板之间设置与之固结的钢筋混凝土扶臂即成为扶臂式结构,与同高度的悬臂式结构相比扶臂式较为经济,但施工复杂。（4）空箱式:适用于挡土高度较大但是地基承载力较低时,组成部分为底板,前墙,后墙,扶臂,顶板和隔墙。具有重量轻,地基应力分布均匀等优点。本设计采用空箱式岸墙，扶臂式翼墙。第41页共43页 参考文献[1]马文英、刘建中、李显中等编《水工建筑物》，黄河水利出版社，2003.[2]华东水利学院编《水工设计手册》第六卷，水利水电出版社，1987.[3]华东水利学院编《水工设计手册》第七卷，水利水电出版社，1987.[4]《水闸设计规范》SL265-2001实施指南水利部水电规划设计总院江苏省水利勘察设计研究院.[5]高速水力学国家重点实验室（四川大学）编、吴持恭主编《水力学》高等教育出版社.[6]河海大学、清华大学《水工钢筋混凝土结构学》中国水利水电出版社[7]《水力学手册》.[8]《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002.[9]《建筑地基处理技术规范》JGJ79-91.第41页共43页'