泗源沟节制闸毕业设计

泗源沟节制闸毕业设计

 

设计说明书

学    校： 扬州大学

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班级专业： 水利水电工程

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日    期： 2012年 7 月

第一章 设计基本资料

1. 基本资料

1.1工程概况

泗源沟节制闸位于仪征市城区东门，仪扬河下游距长江口约6km处，该闸担负仪征市30多万亩和邗江县部分农田的引、排、灌任务，为扬州、仪征地区的抗旱、排涝以及扬州地区的防洪起着重要的作用。

1.2规划数据及要求

1、闸孔设计水位流量组合

闸上水位5.15米，闸下水位4.92米，排洪流量Q=450 m3/s。

2、消能设计水位流量组合

正向运行时：闸上水位5.50米，闸下水位2.8米，流量Q=450 m3/s。

反向运行时：闸上水位4.0米，闸下水位5.75米，始流量30 m3/s。

3、稳定计算水位流量组合

设计情况：正向设计：闸上水位4.70米，闸下水位0.00米。

反向设计：闸上水位4.70米，闸下水位-0.36米。

校核情况：正向设计：闸上水位4.50米，闸下水位8.00米。

反向设计：闸上水位4.00米，闸下水位8.20米。

4、交通桥按公路Ⅱ级，桥面宽8.0米，拟采用钢筋混凝土铰接板桥。

5、上下游河道断面为底宽40米边坡1:4，河底高程▽-1.5米（以上闸上为内河方向，闸下为长江方向）。长江堤顶高程▽8.0米，内河堤顶高程▽5.5米。

1.3地质资料

本地区地质主要为全新统（Q4）的粘性土层，局部堆有后期人工填土，土层分布较稳定。各土层土质分述如下：

第层：高程▽5.5~-1.50m以上，为黄灰色土壤夹粉砂。为人工填土贯入击数N=4~5击，C=12kPa, φ=17°,允许承载力fk=80kPa。

第层：高程▽-1.50m ~-9.50m以上，为黄灰色土壤夹粉砂。为人工填土贯入击数N=4~5击，C=12kPa, φ=23°,允许承载力fk=150kPa。

第层：高程▽-9.50m ~-16.0m以上，为黄灰色土壤夹粉砂。为人工填土贯入击数N=4~5击，C=12kPa, φ=14°,允许承载力fk=120kPa。

回填土情况：γ自然=19.0kN/m3，γm=20 kN/m3，C=6kPa，φ=23°。

1.4其他资料

闸址处风速V10=26.4m/s，吹程D=0.5 km

第二章 节制闸及进水闸孔径计算

2.1、闸孔型式的确定

根据泗源沟节制闸的地理位置及防洪灌溉要求，采用结构简单，施工方便，泄洪能力较大而且比较稳定点的宽顶堰实用堰。

2.2、闸底板高程的确定

根据河底高程为-1.5m，结合设计要求，确定闸底板高程取为-1.5m。

2.3、闸孔尺寸及前沿宽度

2.3.1孔口尺寸确定

根据水工设计手册水闸单宽流量表，本工程地质资料，-1.5米以上为夹砂壤土，单宽流量（q）取10—15 m3/（s • m），闸室总净宽（）可按式估算         

                   =Q/q（m）            （水工设计手册25-2-1）

排洪流量Q=450 m3/s， 取45-30 m

291.53 m2

1.54 m/s

6.77m(=6.65m)

 =4.92+1.5=6.42 m

0.948＞0.9

根据规范规定，当＞0.9时，堰流属于高淹没度，以如下公式计算：

=0.966

得 =27.7m

取为30m，初步设计闸为5孔，每孔净宽6米，中墩厚度均取1.0米 ，边墩厚度为1.0米，=34m。

经复核：Q=450 m3/s   =438.6m3/s，

=2.5%＜5%,符合规范规定要求。

第三章  节制闸及进水闸消能防冲设计

3.1消力池深度、长度的确定

3.1.1计算消力池池深d

底宽B=9m，边坡系数m=2，糙率n=0.02，坡度i=1：4000

则湿周χ=B0+2ht=9+4.47h ，，Q==0.7906AR2/3。

采用试算的方法计算出ht=5.363m ，试算过程见下表

表（一）

出水渠水深ht试算表
B0	hs	m	I	n	A	χ	R	Q
30	1	2	0.00025	0.02	32	34.472	0.928	24.074
30	2	2	0.00025	0.02	68	38.944	1.746	77.952
30	3	2	0.00025	0.02	108	43.416	2.488	156.751
30	4	2	0.00025	0.02	152	47.8	3.174	259.532
30	5.37	2	0.00025	0.02	218.7738	54.015	4.050	439.461
30	5.367	2	0.00025	0.02	218.6194	54.002	4.048	439.017
30	5.366	2	0.00025	0.02	218.5679	53.997	4.048	438.869
30	5.365	2	0.00025	0.02	218.5165	53.993	4.047	438.721
30	5.3	2	0.00025	0.02	218.465	53.9	4.047	438.573
30	5.363	2	0.00025	0.02	218.4135	53.984	4.046	438.425

                                    (1)

 可采用公式：                   (2)

                       (3)

式中：---淹没系数，采用=1.05~1.10

    ---消力池出口处的水面落差（m）

    ---以跃前断面处消力池池底水平面为基准面的水闸上游总水头（m）

     q---跃前断面处的单宽流量为11.25

---流速系数，一般取0.95

---收缩断面水深及跃后共轭水深

=1.5+5.5+=7.12m      =

利用试算法解得=1.208m      见表（一）

表（二）

附表1 消力池水力计算表
q=	15	P=	2.8	H=	7
φ=	0.95	φ'=	0.95
V0=	1.53061224	E0=P+H+v0²/2g=	9.92
试算hc:	E0=	hc+q²/(2gφ²hc2)=	9.92	E10=	0.3950
hc	E0(右式）	hc1	E10(右式）
1	13.7068	1	13.7068	Fr=q/(ghc³)1/2=	3.6071
2	5.1767	2	5.1767	hc=	1.208
1.2	10.0242	1.2	10.0242	hc"=hc*((1+8Fr2)1/2-1)/2=	5.588
1.3	8.8188	1.3	8.8188	hc1=	1.208
1.201	10.0105	1.201	10.0105
1.202	9.9968	1.202	9.9968
1.203	9.9832	1.203	9.9832
1.204	9.9696	1.204	9.9696
1.205	9.9561	1.205	9.9561
1.206	9.9426	1.206	9.9426
1.208	9.9157	1.208	9.9157

0.14 (1/ ) 7.14  103.32  6.46  

=4.06m＞

＝-0.084m

计算出水池深=-1.06m为负值，则d取0.5米以充分消能及调整消力池后流速分布。

3.1.2消力池长度L计算

消力池长由射流水舌长及水跃长两部分组成，自由水跃长度可按下列公式计算：。一般消力池水平段的长度按下式估算：，射流水舌长度=4，消力池总长度。

为水跃长度且=6.9×（）=19.68m

因此，=0.75=14.76m， 

    =2+14.76=16.76m

   取消力池总长度为17米。

3.1.3确定消力池底板厚度

按照《水闸设计规范SL265—2001》消力池底板厚度从抗冲和抗浮两方面进行考虑。由于消力池底板布置排水孔和反滤层，所以不需考虑抗浮情况。根据抗冲要求， 护坦厚度t（m）计算的经验公式如下：

式中：    —闸孔处的单宽流量（）

—泄水时的上下游水位差（m）

        —经验系数，可采用0.175~0.20

    —靠近闸室一端的护坦厚度（m）。

按抗冲要求，非基岩护坦t：

= 0.77m

取消力池底版厚度t=1m，消力池末端厚度取0.5m

护坦底板一般采用混凝土或加筋混凝土，水闸有的采用浆砌石。底板上设有排水孔，取孔径为10cm，消力池与闸底板、翼墙及海漫间均用缝相互分开，以适应不均匀沉陷和伸缩。缝宽0.02m，缝内填沥青油毛毡。护坦下设纵横向无砂混凝土管排水，排水管外径为0.4m，内径0.15m。护坦在平行水流方向设沉降缝，缝的位置宜与闸墩对齐，护坦底部设反滤层。

3.2 海漫设计

3.2.1、确定海漫长度

采用公式

式中：

—海漫起端的单宽流量

—泄流时的上下游水位差（m）

—河床土质系数，是一个经验系数，河床土质系数，粉砂、细砂土质， =13～15 ；中砂、粗砂及砂壤土土质， =10～12 ；壤土土质， =8～9 ，粘土土质， =6～7 。取则

47.3m         取海漫长度48m

3.2.2、 海漫的布置及构造

为了使水流更好地扩散，海漫在平面上采取向两侧逐渐扩散的布置方式；在立面上，海漫始端做成水平段，后部接以倾斜段，坡度不应陡于1：10。海漫所用的材料，前段海漫水平长度16m,约1/3左右海漫长度的范围内，通常采用浆砌石块；余下的后段斜坡长度为32m，常采用干砌石结构,块石直径大于30㎝，其实厚度为40㎝。砌石下层铺卵石及毛砂组成的垫层，厚度各为10cm。海漫段设计排水孔，下设反滤层。

3.3、防冲槽设计

采用公式： 

式中：—海漫末端的可能冲刷深度（m）

—海漫末端的单宽流量(m3/s-m)；

—河床土质的不冲速，查表得1.1m/s

—海漫末端的水深（m）

则计算如下：

-（5.363+1.5）=4.4m

由上式所计算得的t值较大，若采用此值，工程上不仅不经济，且施工也较困难，因此参考已建水闸工程的实践经验，采用防冲槽深度t取2.0m，防冲槽底宽取1.5t＝3.0m。上游坡度系数取n＝2，下游坡度系数m＝1.5。材料所取石块直径200～400mm，要求石质坚硬，表面粗糙。

   

第四章 防渗及闸基渗流设计

4.1、验算地基轮廓长度

4.1.1、选择使用的公式

采用勃莱公式：L=C△H

其中：—水闸的防渗长度（m）

—渗径系数

△H—上、下游水位差（m）

有反滤层轻质夹砂壤土,C=11～7，故渗径系数取C = 9， △H = 5.06m。

则 L=C△H=95.06=45.54m

4.1.2、地下轮廓线的布置

1、铺盖长度，其中，是上下游最大水位差。

   =4H=45.06=20.24m                                                                              

铺盖采用混凝土结构，厚度取0.8m。前端设0.5～1.0m深齿墙，取0.6m。

2、闸室底板长度

=3H=35.06=15.18m 

闸室采用钢筋混凝土结构，厚度取1.2m。底板上下游端设齿墙，取0.8m。

地下轮廓线布置图

4.1.3、验算实际地下轮廓线长度：

将地下轮廓线按实际尺寸展开，一定要，否则应加大实际地下轮廓线长度。

经验算，1.4+（0.6+0.85）×2+17.6+4×2+11.8+（1.13+0.8）×2+0.75=46m>45.54, 符合要求。

4.2、渗流验算

按改进阻力系数法及直线比例法进行验算，计算得到各角点的渗透压力值，列成表格。并计算底版承受的单宽渗透压力值及总压力值。改进阻力系数法计算步骤如下：

4.2.1、确定地基有效深度

当时,

当时, 

式中：，—分别为地下轮廓线不透水部分的水平投影长度和垂直投影长度（m）。

值从地下轮廓的最高点铅直向下起算，若不透水层的埋深，则用有效深度Te进行计算；若，应按实际透水层深度进行计算。

经计算 46m

       =4+2=6m

则        

即用有效深度计算。

4.2.2、地基分段和阻力系数计算

先将实际的地下轮廓进行适当简化，使之成为垂直的和水平的两个主要部分。简化时，出口处的齿墙或板桩的入土深度应予保留，以便得出实有的出口坡降。

用通过已经简化了的地下轮廓不透水部分各角点和板桩尖端的等势线，将地基分段，一般分为内部水平段、内部垂直段、进口、出口段。个基本分段的阻力系数按以下公式计算。

（1）进口、出口段阻力系数按以下公式计算

       

       式中 S—齿墙或板桩的入土深度（m）

            T—地基有效深度或实际深度（m）

（2）内部垂直段的阻力系数的计算公式为

       

（3）水平段的阻力系数的计算公式为

       

  式中  L—水平段的长度（m）； S—两端板桩或齿墙的入土深度（m）

表3-1     各典型段阻力系数计算表

分段编号	分段名称
A	进口段	0.6	—	—	6.0	—	0.51	0.27
B	内部水平段	—	0.8	0.8	5.6	20.24	1.01	0.54
c	内部水平段	—	0.5	0.5	5.2	15.18	0.85	0.45
d	内部铅直段	0.8	—	—	5.6	—	0.14	0.07
e	内部铅直段	0.5	—	—	5.2	—	0.10	0.05
f	内部铅直段	0.5	—	—	5.2	—	0.10	0.05
g	出口段	0.5	—	—	5.2	—	0.49	0.26

图3-1

4.2.3、求各分段的水头损失

采用公式：

其中：—总水头损失，亦即水闸的上下游水位差。（m）

计算结果见下表所示（（m））

H1	H2	H3	H4	H5	H6	H7	H8
1．7	1.43	0.	0.81	0.76	0.31	0.26	0

4.2.4、渗压水头分布图或渗流坡降线

各分段的水头损失求出以后，以渗流出口处开始，逐段向上游累加其水头损失值，即个得出相邻各计算角点的渗压水头值。最后用直线连接各水头代表线段的端点，就能绘出渗压分布图或渗流坡降线。

4.2.5、进出口水头损失的修正

当进出口板桩较短时，进出口处的渗流坡降线将呈急变曲线的形式。为精确计，应进行修正。修正计算式为：

式中：—按以上诸式算出的进出口水头损失值；（m）

—修正后的水头损失值；（m）

—修正系数，按计算

其中：—底板（包括齿墙）的埋深与板桩入土深度之和；（m）

—板桩另一侧的地基透水层深度；（m）

    —板桩出口侧地基的透水层深度。（m）

当计算的时，采用。时，应修正，修正后其水头损失减小值为。

解：

进口段

 应修正 则修正后其水头损失减小值为：

  

出口板桩前的水力坡降也随之变化：

应修正，修正后其水头损失减小值为：   

	S/	T/	β/	△h	h0/
进口	0.8	6.0	0.792	0.056	0.214
出口	1.3	5.2	0.979	0.055	0.205

出口板桩前的水力坡降变化范围a可按下式计算

 

修正时按原水力坡降线，根据及值，分别定出点及点，连接，即为修正后的水力坡降线。

修正后各段水头损失如下表

	①	②	③	④	⑤	⑥	⑦	∑
hi/	0.214	0.596	0.07	0.05	0.45	0.115	0.205	1.7

H1	H2	H3	H4	H5	H6	H7	H8
1．7	1．486	0.	0.82	0.77	0.32	0.205	0

修正后的渗压分布图

4.2.6、根据修正后各段水头损失值，计算底板上承受的单宽渗透压力及总压力值。

4.2.7、逸出坡降的计算

下游出口处的逸出坡降为：

式中：—出口段水头损失（m）

—出口段铅直长度(m)

解：

第五章 节制闸及进水闸闸室布置与构造

5.1、底板

5.1.1底板长度确定

闸室底板采用平底板，为钢筋砼结构，其构造简单、施工方便，对地基有较好的适应性。底板顺水流长度的确定，除满足闸室上部结构布置外，还与地基条件有关，对于砂壤土，长度约为上下游最大水头差的2.0~3.5倍，最大水头差为5.06m，并结合闸室上部结构布置，长度初步拟定为15m。

5.1.2底板厚度确定

底板厚度必须满足强度和刚度的要求，对于大中型水闸，可取为闸室净宽的1/6~1/8，一般为1.0~2.0m，最薄不宜小于0.7m。本水闸闸室净宽为6.0m，底板厚度取为1.2m。底板底部在上下游处设齿坎，深1.0m，厚1.0m。

5.2、闸墩

5.2.1闸墩长度的确定

闸墩采用钢筋砼结构，长度应满足布置工作桥、公路桥、检修桥等上部结构布置要求，取闸墩长度与底板同长，为15m。

5.2.2闸门槽

平板闸门的门槽尺寸根据闸门尺寸和支承方式而定。工作闸门的门槽宽深比宜取为1.6~1.8，门槽尺寸确定为30×60cm。

5.2.3闸墩厚度

闸墩厚度必须满足强度和刚度的要求，中墩厚度取为1.0m，边墩厚度取为1m。为保证有较好的过闸流态，上游墩头采用半圆形，下游墩头采用流线形。

5.2.4闸墩高程

本工程为2级水闸，查《规范》水闸安全超高下限值，泄水时，设计洪水位的安全超高应不小于1.0m，挡水时最高挡水位的安全超高应不小于0.5m。

1）上游闸墩顶部高程计算

上游长江方向，设计洪水位6.2m。闸墩部分顶高程能保证交通桥桥面能与道路衔接，因在此设计水位时为开闸状态，闸墩部分顶高程同时应不小于上游最高洪水位和安全超高。

上游闸墩顶部高程=设计洪水位+安全超高=6.2+1.0=7.2m

取上游闸墩顶部高程7.2m。

2）下游闸墩顶部高程计算

下游为内河方向，设计防洪水位7.8m。闸墩部分顶高程应不小于上游最高洪水位加波浪超高和安全超高，计算如下：

①波高计算

下游计算水位取用校核防洪水位8.05m。闸前水面宽度L=34 m，吹程D=1000m>5L=5×34=170m，取计算吹程0.5km。吹程范围内平均水深Hm=9.6m，风速V10=26.4m/s。由规范公式（E.0.1-1）计算得平均波高hm=0.18 m。

该闸为2级建筑物，波列累积频率为2%，由hm/Hm=0.018,查《水闸设计规范》表E.0.1-2得波高与平均波高比值hp/hm=2.23，则波高hp=2.23×0.18=0.40m 。

②波周期计算

由（E.0.1-2）式得波周期Tm=1.s。

③平均波长计算

由式（E.0.1-3），求得平均波长Lm=6.22m。

④计算波浪中心线超出计算水位的高度

波浪中心线超出计算水位的高度=0.08m       

⑤确定墩顶高程

下游闸墩顶部高程=设计水位+浪高+波浪中心至静水面距离+安全超高

                =7.8+0.20+0.08+0.3=8.28 m

取下游墩顶高程为8.3m。

5.3、工作桥

考虑闸门检修，墩顶以上工作桥高度为：1倍门高+1m富裕高度+工作桥梁高=7.8m。工作桥桥面高程=8.8+7.8=16.6m。工作桥桥面总宽4m，净宽3.5m。

5.4、交通桥

桥交通为空心板桥，其设计等级为公路Ⅱ，桥面净宽8m，总宽9m。面梁结构采用C30钢筋混凝土铰接板梁，板长6.5m，板厚28cm，每块板宽100cm。桥面顶高程为7.2m，梁底高程为6.82m，桥面支承采用橡胶板式支座，厚2cm。

5.5、胸墙

根据闸孔泄流要求，胸墙底部高程确定为4.2m，胸墙顶部高程与闸顶平齐，高程确定为8.3m。胸墙布置在闸门的高水位侧，即长江侧。胸墙与闸墩的连接方式为简支式结构。采用钢筋混凝土板式结构，厚度根据受力条件和边界支承条件计算，板厚取30cm，上梁高度（水平向）结合检修便桥布置取为90cm，下梁高度（水平向）取为105cm，即闸孔宽度的1/6。

第六章 节制闸及进水闸闸室稳定分析

6.1、闸室抗滑稳定分析

对底板上游前趾求距,各工况下闸室稳定计算如下:

（1）完建期(水位控制在底板下1.0米以下)

完建期稳定计算表

部 位	公  式	垂直力	力臂	力矩kN·m
		(kN)	(m)	↗顺时针	↖逆时针
结构自重
上游底齿坎	1.5×1×36.4×25	1365	0.65	887.3
下游底齿坎	1.5×1×36.4×25	1365	16.85	23000.3
底板	36.4×1×17.5×25	15925	8.75	139343.8
边墩(高程4.4以下)	17.5×1.2×6.2×25×2	6510	8.75	56962.5
边墩(高程4.4以上、上游9.5米段)	2.8×1.2×9.5×25×2	1596	4.75	7581
边墩(高程4.4以上、中间5.5米段)	5.5×2.8×0.9×25×2	693	12.25	84.3
边墩(高程4.4以上、下游2.5米段)	4.4×2.5×1.2×25×2	660	16.25	10725
中墩(高程4.4以下)	17.5×6.2×1.0×25×4	10850	8.75	94937.5
中墩(高程4.4以上、上游9.5米段)	9.5×1.0×2.8×25×4	2660	4.75	12635
中墩(高程4.4以上、中间5.5米段)	5.5×2.8×0.4×25×4	616	12.25	7546
中墩(高程4.4以上、下游2.5米段)	4.4×2.5×1.0×25×4	1100	16.25	17875
排架	(4×0.75×1+7.65×3× 0.4) ×25×4	1218	13.5	143
胸墙	0.3×3.8×6×4×25	684	15.15	10362.6
工作桥	(0.85×0.3×4+0.15 ×4) ×36.4×25	1474.2	13.5	19901.7
交通桥桥面系	(0.3×9+0.5×0.25×2 +0.15)×25×36.4	2821	5.0	14105
检修桥	(0.9×0.8+1.2×0.8) ×6×25×5	1260	16.25	26325
闸门		330	13.65	4504.5

启闭机		10	13.65	136.5
启闭机房	0.25×4×(36.4×2+8) ×23+0.2×4×36.4×24	1720	13.5	23221.1
小计					0
合计

完建期稳定计算成果表

偏心距e =	0.61	m	偏下游
偏心力矩 =	32242.9	kN·m	顺时针
=	100.4	kN/m2	<[P]=150kPa
	65.55	kN/m2	<[P]
η=	1.53		<[η]=2,满足要求

6.2正向稳定分析

1)正向设计闸  上水位4.70m,闸下水位0.00m

正向设计稳定计算表

部位	垂直力(kN)	水平力(kN)	力臂	力矩kN·m
	↓	→	(m)	↗
结构自重
上游水重	233		6.675	1740
下游水重	5607		15.725	88170
上游水压力1(止水上)	0	8570.0	4.0	34280
上游水压力2(止水下)	0	2815.2	0.85	2392.9
上游水压力3(止水下)	0	520.2	0.57	296.5
下游水压力1(止水上)	0	-352.8	2.3	-811.4
下游水压力2(止水下)	0	-673.2	0.85	-572.2
下游水压力3(止水下)	0	-520.2	0.57	-296.5
波浪压力	0	343.08	7.86	2696.6
浮托力1	-6370		8.75	-55737.5
浮托力2	-546.0		0.78	-425.9
浮托力3	-546.0		16.72	-9129
渗透压力1	-9658		8.7500	-84743.8
渗透压力2	-2229.5		5.83	-12996.8
合计

正向设计稳定计算成果表

偏心距e =	-0.93	m	偏下游
偏心力矩 =	60959	kN·m	顺时针
Pmax=	134.8	kN/m2	<[P]=150kPa
Pmin=	72.03	kN/m2	<[P]
η=	1.87		<[η]=2
摩擦系数f=	0.40
Kc=	2.45		>[ Kc]=1.3

2)正向校核(闸上水位4.7米,闸下水位-0.36米)

正向设计稳定计算表

部位	垂直力(kN)	水平力(kN)	力臂	力矩kN·m
	↓	→	(m)	↗
结构自重
上游水重	233		6.675	1740
下游水重	5607		15.725	88170
上游水压力1(止水上)	0	8570.0	4.0	34280
上游水压力2(止水下)	0	2815.2	0.85	2392.9
上游水压力3(止水下)	0	520.2	0.57	296.5
下游水压力1(止水上)	0	-312.5	2.3	-718.75
下游水压力2(止水下)	0	-607.2	0.85	-516.12
下游水压力3(止水下)	0	-483	0.57	-275.31
波浪压力	0	343.08	7.86	2696.6
浮托力1	-6370		8.75	-55737.5
浮托力2	-546.0		0.78	-425.9
浮托力3	-546.0		16.72	-9129
渗透压力1	-9266		8.7500	-81077.5
渗透压力2	-2143.5		5.83	-12496.6
合计

正向校核稳定计算成果表

偏心距e =	-0.926	m	偏下游
偏心力矩 =	61162	kN·m	顺时针
=	135.8	kN/m2	<[P]=150kPa
	71.5	kN/m2	<[P]
η=	1.		<[η]=2
摩擦系数f=	0.40
Kc=	2.4		>[ Kc]=1.3

6.3反向稳定分析

设计工况:闸上水位4.50米,闸下水位8.00米

反向设计稳定计算表

部位	垂直力(kN)	水平力(kN)	力臂	力矩kN·m
	↓	→	(m)	↗
结构自重
上游水重	233		6.675	1740
下游水重	10224		15.725	160772.4
上游水压力1(止水上)	0	8570.0	4.0	34280
上游水压力2(止水下)	0	2815.2	0.85	2392.9
上游水压力3(止水下)	0	520.2	0.57	296.5
下游水压力1(止水上)	0	-171.8	5.0	-88209
下游水压力2(止水下)	0	-1628	0.85	-1383.8
下游水压力3(止水下)	0	-520	0.67	-348.4
波浪压力	0	343.08	7.86	2696.6
浮托力1	-6370		8.75	-55737.5
浮托力2	-546.0		0.78	-425.9
浮托力3	-546.0		16.72	-9129
渗透压力1	-5670		8.75	-49612.5
渗透压力2	-9675		11.67	-112907.3
合计

反向校核稳定计算成果表

偏心距e =	0.44	m	偏下游
偏心力矩 =	29580.9	kN·m	顺时针
=	120.4	kN/m2	<[P]=150kPa
	.0	kN/m2	<[P]
η=	1.35		<[η]=2
摩擦系数f=	0.40
Kc=	3.5		>[ Kc]=1.3

反向校核

设计工况:闸上水位4.00米,闸下水位8.20米

反向设计稳定计算表

部  位	垂直力(kN)	水平力(kN)	力臂	力矩kN·m
	↓	→	(m)	↗
结构自重
上游水重	233		6.675	1740
下游水重	10490		15.725	1959
上游水压力1(止水上)	0	8570.0	4.0	34280
上游水压力2(止水下)	0	2815.2	0.85	2392.9
上游水压力3(止水下)	0	520.2	0.57	296.5
下游水压力1(止水上)	0	-18544	5.0	-88209
下游水压力2(止水下)	0	-1790	0.85	-1522.2
下游水压力3(止水下)	0	-624	0.67	-418
波浪压力	0	343.08	7.86	2696.6
浮托力1	-6370		8.75	-55737.5
浮托力2	-546.0		0.78	-425.9
浮托力3	-546.0		16.72	-9129
渗透压力1	-7007		8.75	-61311
渗透压力2	-10351		11.67	-120799
合计

偏心距e =	0.46	m	偏下游
偏心力矩 =	29905	kN·m	顺时针
=	118.3	kN/m2	<[P]=150kPa
	85.7	kN/m2	<[P]
η=	1.38		<[η]=2
摩擦系数f=	0.40
Kc=	2.98		>[ Kc]=1.3

经计算，闸室在各种工况下的抗滑稳定系数、地基应力不均匀系数均满足规范要求，地基应力小于地基承载力。

第七章 节制闸及进水闸闸墩强度计算

7.1、闸墩底部应力计算

A、纵向正应力

	5535	kN	作用于闸墩上的铅直力总和
A	17.3	m2	闸墩底面积
	3266.5	kN·m	引用闸室稳定计算成果数据
Ix	446.6	m4	墩底截面对形心轴的惯性矩
x	8.75	m	墩底水平截面的形心轴至上游端的距离
偏心矩e=	-1.4	m	偏下游
max=	383.9	kPa
min=	255.9	kPa

（1）建完期

（2）正向设计

荷载名称	铅直力 (kN)	水平力(kN)	力臂 (m)	弯矩 (kN·m)
	↓	→		↗
闸墩及上部结构重量	5535			3266.5
上游水压力	0	217.8	2.2	479.2
下游水压力		-9.8	0.47	-4.6
小计		217.8
偏心矩e=	-0.93	m	偏下游
max=	394.0	kPa
min=	247.0	kPa

(3)反向校核

荷载名称	铅直力 (kN)	水平力(kN)	力臂 (m)	弯矩 (kN·m)
	↓	→		↗
闸墩及上部结构重量	5535			3266.5
上游水压力	0	217.8	2.2	479.2
下游水压力	0	-460.8	3.2	-1474.6
小计
偏心矩e=	-0.44	m	偏下游
max=	3.4	kPa
min=	275.4	kPa

 (4) 应力复核

计算截面为矩形截面，根据砼结构设计规范，采用下式进行计算

     式5.2.2-4

N--轴向力设计值。

 --结构系数。素砼结构，素砼构件的稳定系数  =1.0。

c--砼轴心抗压强度设计值。C25砼，fc =12.50 N/mm2

b=1.0m，h=16m。

代入式5.2.2-4，公式右边=160104.3 kN

墩底应力远小于砼轴心抗压强度设计值，故中墩仅按构造配筋。

7.2、平面闸门门槽应力计算

上游水位：4.8 m ,  下游水位：-0.60 m。

T0为作用于脱离体上水平作用力的总和,计算得1603.9kN;

A为门槽截面的面积,A=4.24m2;

M0为全部荷载对门槽截面中心的力矩和,计算为5208.9kN*m;

I为门槽截面对中心轴的惯性矩,计算得39.7m3;

h为门槽高度,为10.6m

计算得

砼轴心抗拉强度设计值fl=1.30     N/mm2

门槽颈部拉应力远小于砼轴心抗拉强度设计值，故门槽仅按构造配筋。

第八章 节制闸及进水闸闸室底板设计

8.1、闸室底板按弹性地基梁法进行计算

以底板底面为基准重新计算基底应力，计算结果见下表。

完建期稳定计算成果表

偏心距e =	0.61	m	偏下游
偏心力矩 =	32242.9	kN·m	顺时针
=	100.4	kN/m2	<[P]=150kPa
	65.55	kN/m2	<[P]

正向设计稳定计算成果表

偏心距e =	-0.93	m	偏下游
偏心力矩 =	60959	kN·m	顺时针
Pmax=	134.8	kN/m2	<[P]=150kPa
Pmin=	72.03	kN/m2	<[P]

正向校核稳定计算成果表

偏心距e =	-0.926	m	偏下游
偏心力矩 =	61162	kN·m	顺时针
=	135.8	kN/m2	<[P]=150kPa
	71.5	kN/m2	<[P]

反向设计稳定计算表

偏心距e =	0.44	m	偏下游
偏心力矩 =	29580.9	kN·m	顺时针
=	120.4	kN/m2	<[P]=150kPa
	.0	kN/m2	<[P]

反向校核

偏心距e =	0.46	m	偏下游
偏心力矩 =	29905	kN·m	顺时针
=	118.3	kN/m2	<[P]=150kPa
	85.7	kN/m2	<[P]

8.2、各工况下弹性梁荷载计算

完建期弹性梁荷载值计算成果表

序号		荷载类	上游段	下游段
1	1.1	结构自重	37000.1	15857.2
	1.2	水重
	1.3	扬压力
	1.4	地基反力	-35056.72	-18214.27
	1.5	不平衡力	-906.90	906.90
	1.6	不平衡剪力	906.90	-906.90
	1.7	底板不平衡剪力	117.41	-75.92
	1.8	闸墩不平衡剪力	7.49	-830.98
	1.9	单个中墩平衡剪力	131.58	-138.50
	1.10	单个边墩平衡剪力	131.58	-138.50
2		单个中墩集中荷载	343.93	466.77
3		单个边墩集中荷载	258.39	328.61
4		集中力矩  (kN•m)	328.69	426.72
5		均布荷载	10.5	13.2
6		边荷载强度 (kN/m)	136.8	148．2

正向设计弹性梁荷载值计算成果表

序号		荷载类型	上游段	下游段
1	1.1	结构自重	37000.1	15857.2
	1.2	水重	10848.00
	1.3	扬压力	-12688.07	-4577.54
	1.4	地基反力	-31557.23	-15296.16
	1.5	不平衡力	752.52	-752.52
	1.6	不平衡剪力	-752.52	752.52
	1.7	底板不平衡剪力	-97.42	62.99
	1.8	闸墩不平衡剪力	-655.10	6.53
	1.9	单个中墩平衡剪力	-109.18	114.92
	1.10	单个边墩平衡剪力	-109.18	114.92
2		单个中墩集中荷载	290.62	520.69
3		单个边墩集中荷载	205.08	382.53
4		集中力矩  (kN•m)	278.50	432.93
5		均布荷载	0.57	0
6		边荷载强度  (kN/m)	95.67	112.47

反向设计弹性梁荷载值计算成果表

序号		荷载类型	上游段	下游段
1	1.1	结构自重	37000.1	15857.2
	1.2	水重	10170.00	10293.00
	1.3	扬压力	-24851.26	-12199.94
	1.4	地基反力	-24792.34	-110.45
	1.5	不平衡力	-5323.78	5323.78
	1.6	不平衡剪力	5323.78	-5323.78
	1.7	底板不平衡剪力	6.21	-445.65
	1.8	闸墩不平衡剪力	4634.57	-4878.14
	1.9	单个中墩平衡剪力	772.43	-813.02
	1.10	单个边墩平衡剪力	772.43	-813.02
2		单个中墩集中荷载	370.	323.25
3		单个边墩集中荷载	285.10	185.09
4		集中力矩  (kN•m)	355.15	-155.16
5		均布荷载	5.26	8.17
6		边荷载强度  (kN/m)	82.26	85.43

反向校核弹性梁荷载值计算成果表

序号		荷载类型	上游段	下游段
1	1.1	结构自重	37000.1	15857.2
	1.2	水重	10170.00	10504.50
	1.3	扬压力	-24851.26	-12199.94
	1.4	地基反力	-25001.50	-112.79
	1.5	不平衡力	-5532.94	5532.94
	1.6	不平衡剪力	5532.94	-5532.94
	1.7	底板不平衡剪力	716.29	-463.16
	1.8	闸墩不平衡剪力	4816.65	-5069.79
	1.9	单个中墩平衡剪力	802.78	-844.96
	1.10	单个边墩平衡剪力	802.78	-844.96
2		单个中墩集中荷载	373.33	316.46
3		单个边墩集中荷载	287.79	178.30
4		集中力矩  (kN•m)	355.15	-198.17
5		均布荷载	8.36	7.28
6		边荷载强度  (kN/m)	82.26	85.43

8.3、弹性地基梁弯矩计算

=12.9，按短梁计算

式中:

l--梁的一半长度，l=18.2m。

h--梁高，h =1.0m。

E0--地基的压缩模量，E0=6000Mpa。

E--梁的压缩模量，E=28000000 Mpa。

将各工况下弹性梁计算荷载及有关数据输入水工基础程序SGR计算内力，得底板弯矩。经计算，底板最大正弯矩M=714.5 kN·m，最大负弯短M=-481.5 kN·m

8.4、弹性地基梁配筋计算

（1）底板底层配筋

M=814.5×1×1=714.5kN·m

暂定钢筋直径为20mm，纵向钢筋合力点至截面受拉边缘距离a=60mm，砼抗压强度设计值fc=12.5  N/mm2，闸墩为钢筋砼结构，结构系数rd=1.2，中间系数,将上述数据代入，得as =0.077，相对受压区计算高度=0.08，

3032.3 mm2

实配钢筋φ20@100，实配钢筋面积3142 mm2，实配配筋率0.3%，满足最小配筋率要求。

（2）底板面层配筋

M=481.5×1×1=481.5 kN·m

暂定钢筋直径为16mm，纵向钢筋合力点至截面受拉边缘距离a=58mm，砼抗压强度设计值fc=12.5  N/mm2，闸墩为钢筋砼结构，结构系数rd=1.2，中间系数,将上述数据代入，得as =0.052。相对受压区计算高度=0.053，

2013.1 mm2

底板顶面φ16@100,实配钢筋面积2011 mm2，实配配筋率0.21%，满足最小配筋率要求。

附   录

参考文献：

1、陈德亮　《水工建筑物》  中国水利水电出版社 2009

2、《水闸设计规范》  (SL265—2001)  中国水利水电出版社 2002

3、《水工混凝土结构设计规范》　(SL/T191-96) 中国水利水电出版社 1997

4、《水工混凝土结构设计规范》  （JTGD60-2004）中国水利水电出版社 1997

5、张世儒　陈宝华　《水闸》　中国水利水电出版社 2003

6、谈松曦.《水闸设计》.水利电力出版社，1986

7、刘润生（主编）　李家星　王培莉　  《水力学》 （上、下册）   　

8、任德林　张志军  《水工建筑物》   河海大学出版社     

9、刘细龙 陈福荣《闸门与启闭机》水利出版社1981

10、《公路桥涵设计通用规范》 （JTGD60-2004）人民交通出版社  2004