《水工建筑物》課程設計設計題目：興化水閘工程目錄TOC\o"1-3"\h\u15259一設計基本資料 圖1-3交通橋剖面圖（單位：cm）該地區(qū)“三材”供應充足。閘門采用平面鋼閘門，尺寸自定，由工廠設計加工制造。該地區(qū)地震烈度設計為6度，故可不考慮地震影響。該地區(qū)風速資料不全，在進行浪壓力設計時，建議取計算。二樞紐布置興化閘為無壩引水進水閘。整個樞紐主要由引水渠、防沙設施和進水閘等組成。2.1防沙設施閘所在河流為少泥沙河道，故防沙要求不高，僅在引水口設攔沙坎一道即可。攔沙坎高0.8，底部高程0.5，頂高程1.3，迎水面直立，背流坡為1:1的斜坡，其斷面見圖樞紐布置圖2-12.2引水渠的布置興化河河岸比較堅穩(wěn)，引水渠可以盡量短（大約65），使興化閘靠近興化河河岸。為了保證有較好的引水效果，引水角取35°，并將引水口布置在興化河凹岸頂點偏下游水深較大的地方。為了減輕引水口處的回流，使水流平順的進入引水口，引水口上、下游邊角修成圓弧形。引水渠在平面上布置成不對稱的向下游收縮的喇叭狀，見樞紐布置圖2-1。2.3進水閘進水閘（興化閘）為帶胸墻的開敞式水閘。共5孔，每孔凈寬5.0。胸墻底部高程為8.1，閘頂高程為11.5，閘門頂高程為8.3。2.3.1閘室段閘底板為倒∏型鋼筋混凝土平底板，縫設在底板中央。底板頂面高程為0.5，厚1.0，其順水流方向長16。閘墩為鋼筋混凝土結構，順水流方向長和底板相等，中墩厚1.0，邊墩與岸墻結合布置，為重力式邊墻，既擋水，又擋土，墻后填土高程為12.5。閘墩上設有工作門槽和檢修門槽。檢修門槽距閘墩上游邊緣1.5，工作門槽距閘墩上游邊緣5.59，胸墻與檢修門槽之間凈距為3.09。閘門采用平面滾輪鋼閘門，尺寸為5.4×7.8。啟閉設備選用QPQ-63卷揚式啟閉機。工作橋支承為實體排架，由閘墩縮窄而成。其順水流長2.5，厚0.4,底面高程11.5，頂面高程16.5，排架上設有活動門槽。公路橋設在下游側，為板梁式結構，其總寬為5.5。公路橋支承在排架上，排架底部高程9.0。2.3.2上游連接段鋪蓋為粘土鋪蓋，其順水流方向長18.0,厚0.6。鋪蓋上游為塊石護底，一直護至引水口。上游翼墻為漿砌石重力式反翼墻，迎水面直立，墻背為1:0.5的斜坡，收縮角為15°，圓弧半徑為6.5。墻頂高程為11.0，其上設0.5高的混凝土擋浪板。墻后填土高程為10.5。翼墻底板為0.6厚的鋼筋混凝土板，前趾長1.2，后趾長0.2。翼墻上游與鋪蓋頭部齊平。翼墻上游為干砌塊石護坡，每隔12設一道漿砌石格埂。塊石底部設15的砂墊層。護坡一直延伸到興化渠的入口處。2.3.3下游連接段閘室下游采用挖深式消力池。其長為26.0,深為1.0。消力池的底板為鋼筋混凝土結構，其厚度為0.8。消力池與閘室連接處有1m寬的小平臺，后以1:4的斜坡連接。消力池底板下按反濾的要求鋪設厚0.3的砂、碎石墊層，既起反濾、過渡作用，又起排水作用。海漫長29.5，水平設置。前10為漿砌塊石，后19.5為干砌塊石，并每隔8m設一道漿砌石格埂。海漫末端設一構造防沖槽。其深為1.0，邊坡為1:2。槽內填以塊石。由于土質條件較好，防沖槽下游不再設護底。下游翼墻亦為漿砌石重力式反翼墻。迎水面直立，墻背坡度為1:0.5，圓弧半徑為5.0。墻頂高程為9.5，其上設高0.5的擋浪板，墻后填土高程為8.5。下游翼墻底板亦為厚0.6的鋼筋混凝土板，其前趾長1.2，后趾長0.2。翼墻下游端與消力池末端齊平。下游亦采用干砌塊石護坡，護坡至10.5高程處。每隔8設一道漿砌石格埂。護坡延伸至與防沖槽下游端部齊平。三水力計算水力設計主要包括兩方面的內容,即閘孔設計和消能防沖設計。3.1閘孔設計閘孔設計的主要任務:確定閘室結構型式、選擇堰型、確定堰頂高程及孔口尺寸。3.1.1閘室結構型式該閘建在人工渠道上,故宜采用開敞式閘室結構。在運行中，該閘的擋水位達10.3～10.7,而泄水時上游水位為7.68～7.83,擋水位時上游最高水位比下游最高水位高出2.87，故擬設設置胸墻代替閘門擋水，以減小閘門高度，減小作用在閘門上的水壓力，減小啟門力，并降低工作橋的高度，從而減少工程費用。綜上所述：該閘采用帶胸墻的開敞式閘室結構。3.1.2堰型選擇及堰頂高程的確定該閘建在少泥沙的人工渠道上,宜采用結構簡單,施工方便,自由出流范圍較大的平底板寬頂堰?？紤]到閘基持力層是堅硬粉質粘土,土質良好,承載能力大,并參考該地區(qū)已建在工程的經驗,擬取閘底板頂面與興化渠渠底齊平，高程為0.5。3.1.3孔口尺寸的確定1初擬閘孔尺寸。該閘的孔口必須滿足引水灌溉和引水沖淤保港的要求。1）引水灌溉：上游水深H=7.83-0.5=7.33下游水深h=7.82-0.5=7.32引水流量Q=450=(50+2×7.33)×7.33=473.96上游行近流速=450/473.96=0.949=1H0=H+V02/2g=7.33+0.9492/（2×9.8）=7.38h/H0=7.32/7.38=0.99>0.8,故屬淹沒出流。查SL265-2001表A?0?1-2，淹沒系數(shù)s=0.36由寬頂堰淹沒出流公式：對無坎寬頂堰，取流量系數(shù)m=0.385，假設側收縮系數(shù)=0.96，則==38.082）引水沖淤保港：上游水深H=7.44-0.5=6.94下游水深h=7.38-0.5=6.88引水流量Q=100=(50+2×6.94)×6.94=443.33上游行近流速=100/443.33=0.23<0.5，可以忽略不計則H0≈H=6.94。h/H0=6.88/6.94=0.991>0.8,故屬淹沒出流。查SL265-2001表A?0?1-2，淹沒系數(shù)s=0.344取流量系數(shù)m=0.385，并假設側收縮系數(shù)=0.96，則得=9.81比較1）、2）的計算結果，<，可見引水灌溉情況是確定閘孔尺寸的控制情況，故閘孔凈寬B0宜采用較大值38.08。擬將閘孔分為5孔，取每孔凈寬為7.5m,則閘孔實際總凈寬為B0=7.5×5=37.5。由于閘基土質條件較好，不僅承載能力較大，而且堅硬、緊密。為了減少閘孔總寬度，節(jié)省工作量，閘底板宜采用整體式平底板。擬將分縫設在各孔底板的中間位置，形成倒型底板。中墩采用鋼筋混凝土結構，厚1.0，墩頭、墩尾均采用半圓形，半徑為0.5。2復核過閘流量。對于中孔，b0=7.5，=b0+dz=7.5+1.0=8.5b0/=7.5/8.5=0.882查SL265-2001表A.0.1-1，得=0.980。對于邊孔，b0=7.5，=b0+dz/2+=5+1/2+(50-38.08-41-0.52)=12.42，b0/=7.5/12.42=0.604查SL265-2001表A?0?1-1，得=0.941。則對于無坎平底寬頂堰，流量系數(shù)m=0.385,則×100%=100%=1.58%<5%滿足引水灌溉的要求?！?00%=100%=0.95%<5%滿足引水沖於保港的要求。因此，該閘的孔口尺寸確定為：共分5孔，每孔凈寬7.5，4個中墩各厚1.0，閘孔總凈寬為37.5，閘室總寬度為41.5。3.2消能防沖設計消能防沖設計包括消力池、海漫及防沖槽等三部分。3.2.1消力池的設計（1）上下游水位連接形態(tài)的判別。閘門從關閉狀態(tài)到泄流量450往是分級開啟的。為了節(jié)省計算工作量,閘門的開度擬分三級,流量150待下游的水位穩(wěn)定后,增大開度至300，待下游的水位穩(wěn)定后,增大開度至450。1）當泄流量為150時：上游水深H=10.7-0.5=10.2下游水深采用前一級開度(即Q=50)時的下游水深t=7.2-0.5=6.7=(50+210.2)10.2=718.08上游行進流速=150/718.08=0.2090.5，可以忽略不計。假設閘門的開度e=0.89，=0.087<0.65，為孔流。查《水力學》表8.8，得垂直收縮系數(shù)/=0.610，則=/e=0.610×0.89=0.54=0.681t=6.7，故為淹沒出流。由,查SL265-2001表A?0?3-2，得孔流淹沒系數(shù)=0.492，因此有式中μ1—孔流流量系數(shù)。因此，該值與要求的流量150十分的接近，故所假定的閘門開度e=0.89正確。此時，躍后水深0.681<t=6.7，故發(fā)生淹沒水躍。2）當泄流量為300時：上游水深H=10.7-0.5=10.2下游水深采用前一級開度(即Q=150)時的下游水深t=7.54-0.5=7.04=(50+210.2)10.2=718.08上游行進流速=300/718.08=0.4170.5，可忽略不計。假設閘門的開度e=1.83，e/H=0.179<0.65，為孔流。查《水力學》表8.8，得垂直收縮系數(shù)/=0.619，則hc=/e=0.619×1.83=1.13=0.471t=7.04，故為淹沒出流。由,查SL265-2001表A?0?3-2，得孔流淹沒系數(shù)=0.492，因此有式中μ1—孔流流量系數(shù)。因此，該值與要求的流量300十分的接近，故所假定的閘門開度e=1.83正確。此時，躍后水深0.471<t=7.04，故發(fā)生淹沒水躍。3）當泄流量為450時：上游水深H=10.7-0.5=10.2下游水深采用前一級開度(即Q=300)時的下游水深t=7.78-0.5=7.28=(50+210.2)10.2=718.08上游行進流速=450/718.08=0.627m/s＞0.5m/s，不可忽略。假設閘門的開度e=3.12，e/H=0.306<0.65，為孔流。查《水力學》表8.8，得垂直收縮系數(shù)/=0.625，則hc=/e=0.625×3.12=1.95=0.358t=7.28，故為淹沒出流。由,查SL265-2001表A?0?3-2，得孔流淹沒系數(shù)=0.450，因此有式中μ1—孔流流量系數(shù)。因此，該值與要求的流量300m3/s十分的接近，故所假定的閘門開度e=3.12正確。此時，躍后水深0.450<t=7.28，故發(fā)生淹沒水躍。求得泄水量為150，300、450時的閘門開度、躍后水深，并可判別不同泄水量時水面的連接情況，見水面連接計算表3-1。表3-1水面連接計算序號Q(m3/s)e(m)/(m)（m）t(m)Q(m3/s)水面連接情況150.00.450.6100.271.056.500.52749.78淹沒水躍2150.00.820.6100.500.7086.700.492150.84淹沒水躍3300.01.670.6181.030.4937.040.492299.33淹沒水躍（2）消力池的設計。1）消力池池深：由水面連接計算表可見，在消能計算中，躍后水深均小于相應的下游水深，出閘水流已發(fā)生了淹沒水躍，故從理論上講可以不必建消力池。但是為了穩(wěn)定水躍，通常需建一構造消力池。取池深d=0.5。2）消力池長度：根據(jù)前面的計算，以泄流量350作為確定消力池長度的計算依據(jù)。略去行進流速V0，則總勢能=(10.70-0.5)+1=11.2=350/（32.5+4）=9.59=0.95水躍長度：消力池與閘底板以1：4的斜坡段相連接，=0.5×4=2.0消力池長度為—長度校正系數(shù)（0.7～0.8)，取=0.75。取消力池長度為=23.0。3）消力池底板厚度計算：式中—消力池底板厚度計算系數(shù),可采用（0.15～0.20），取=0.175。=350/（32.5+4）=9.59取消力池的池底板厚為t=0.8，前后等厚。在消力池底板的后半部設排水孔，孔徑10,間距2，呈梅花形布置，孔內填以砂，碎石。消力池與閘底板連接處留有一寬為1米的平臺，以便更好地促成出閘水流在池中產生水躍。消力池在平面上呈擴散狀，擴散角取為10°。圖3-1消力池布置圖3.2.2海漫的設計(1）海漫長度計算?！哟餐临|系數(shù)，（河床為堅硬黏2土，取=7.0）-消力池出口處的單寬流量，取海漫的長度為。（2）海漫的布置和構造。由于下游水深較大，為了節(jié)省開挖量，海漫布置成水平的。海漫使用厚度40的塊石材料，前10用漿砌塊石，后18.5采用干砌塊石。漿砌塊石海漫上設排水孔，干砌塊石上設漿砌塊石格梗，格梗斷面尺寸為40×60。海漫底部鋪設15厚的砂粒墊層。圖3-2海曼布置圖3.2.3防沖槽設計（1）海漫末端河床沖刷深度計算。—海曼末端的可能沖刷的深度，—海曼末端的單寬流量，—河床土質的允許不沖流速，—海曼末端的水深，海漫末端的平均寬度：=1/2(50+50+2×2×（7.8-0.5）)=64.6==350/64.6=5.42對比較緊密的粘土地基，且水深大于3，可取為1.1，=7.28，則=0表示海漫出口不形成沖刷坑，理論上可以不建防沖槽。但為了保護海漫頭部，故在海漫末端建一構造防沖槽。（2）防沖槽的構造。防沖槽為倒梯形斷面，其底寬1.0，深1.0，邊坡1：2，槽中拋以塊石。圖3-3防沖槽布置圖圖3-4消力池、海漫、防沖槽布置圖四防滲排水設計4.1地下輪廓線設計對于粘土地基，通常不采用垂直板樁防滲。故地下輪廓主要包括底板和防滲鋪蓋。4.1.1底板底板既是閘室的基礎,又兼有防滲、防沖刷的作用。它既要滿足上部結構布置的要求,又要滿足穩(wěn)定及本身的結構強度等要求。（1）底板順水流方向的長度L。為了滿足上部結構布置的要求，L必須大于交通橋寬、工作橋寬、工作便橋寬及其之間間隔的總和，即L約為12.0。從穩(wěn)定和地基承載力的要求考慮，L可按經驗公式估算L=（H+2h+a）(1+0.1ΔH)K因為H=10.2，2h=0.5，a=0.5，ΔH=3.7，K=1.0,則L=15.34綜上所述，取底板順水流方向長度L為16。（2）底板厚度d。根據(jù)經驗，底板厚度為（1/5—1/7）單孔凈跨，初擬d=1.0。（3）底板構造。底板采用鋼筋混凝土構造，混凝土為。上下游兩端各設0.5深的齒墻嵌入地基。底板分縫中設以“V”型銅片止水。4.1.2鋪蓋鋪蓋采用粘土結構，其長度一般為2-4倍的閘上水頭或3—5倍上下游最大水位差，擬取18，鋪蓋厚度為0.6。鋪蓋上游端設0.5深的小齒墻，其頭部不再設防沖槽。為了防止上游河床的沖刷，鋪蓋上游設塊石護底，厚0.3，其下設0.2厚的砂石墊層。4.1.3側向防滲側向防滲主要靠上游翼墻和邊墩。上游翼為曲面式反翼墻，收縮角取15○，延伸至鋪蓋頭部以半徑為6.5的圓弧插入岸坡。4.1.4排水、止水為了減小作用于閘底板上的壓力，在整個消力池底板下部設砂礫石排水，其首部緊抵閘底板下游齒墻。閘底板與鋪蓋、鋪蓋與上游翼墻、上游翼墻與邊墻之間的永久性縫中，均設以銅片止水。閘底板與消力池、消力池與下游翼墻、下游翼墻與邊墩之間的永久性分縫，雖然沒有防滲要求，但為了防止閘基土與墻后填土被水流帶出，縫中鋪貼瀝青油毛氈。4.1.5防滲長度驗算閘基防滲長度。必須的防滲長度為L—閘基防滲長度,即閘基輪廓線防滲部分水平段和垂直段長度的總和，m—上,下游水位差，mC—允許滲徑系數(shù)值,（中砂采用C值5～7）實際閘基防滲長度N，滿足防滲要求。繞流防滲長度。必須的防滲長度為=3.7=7（回填土為砂壤土，且無反濾）因此實際閘基防滲長度N，滿足防滲要求。圖4-1地下輪廓布置圖4.2滲流計算采用改進阻力系數(shù)法進行滲流計算。4.2.1地下輪廓線的簡化為了便于計算，將復雜的地下輪廓進行簡化。由于鋪蓋頭部及底板上下游兩端的齒墻均淺，簡化后的形式如下圖：圖4-2地下輪廓簡化圖4.2.2確定地基透水層的有效深度根據(jù)鉆探資料，閘基透水層深度很大。故在滲流計算中必須取一有效深度，代替實際深度。由地下輪廓線簡化圖知：地下輪廓的水平投影長度=18+16=34，地下輪廓的垂直投影長度=1.5-0.6=0.9。=34/0.9=37.8>5，故地基的有效深度=0.5L0=0.534=17。（圖4-2）過地下輪廓的角點、尖點，將滲流區(qū)域分成十個典型段。①、⑧段為進出口段，③、⑥、二段為內部水平段，②、④、⑤、⑦則為內部垂直段。計算過程如下：進口段及出口段阻力系數(shù)ζ①0.617.1故0.451⑧0.516.6故0.449內部垂直段阻力系數(shù)②0.517.0故0.029④0.917.0故0.053⑤0.516.6故0.030⑦0.516.6故0.030內部水平段阻力系數(shù)③0.50.917.0故1.001⑥0.50.516.6故0.922表4-1阻力系數(shù)計算表流段阻力系數(shù)計算公式分段進口段和出口段①0.617.10.451⑧0.516.60.449內部垂直段②0.517.00.029④0.917.00.053⑤0.516.60.030⑦0.516.60.030內部水平段③0.50.917.01.001⑥0.50.516.60.922則4.2.4滲透壓力計算（1）設計情況：10.3-7.0=3.3。1）各段水頭損失的計算，則表4-20.500.031.110.060.031.030.030.50進出口段進行必要的修正：進口處修正系數(shù)為底板埋深與底面以下的板樁入土深度之和，板樁上游側底板下的地基透水層深度，17.017.10.5則=0.39<1.0，應予修正。進口段的水頭損失修正為進口段水頭損失的修正量為0.50－0.20=0.30修正量應轉移給相鄰各段，則h/=0.03+0.03=0.06h/=1.11+（0.30－0.03）=1.38出口處修正系數(shù)為16.616.60.5則=0.41<1.0，應予修正。出口段的水頭損失修正為出口段水頭損失的修正量為0.50－0.21=0.29修正量應轉移給相鄰各段，則h/=0.03+0.03=0.06h/=1.03+（0.29－0.03）=1.293）計算各角隅點的滲壓水頭：由上游出口段開始，逐次向下游從作用水頭值中相繼減去各分段的水頭損失值，即可求得各角隅點的滲壓水頭值=3.33.3-=3.3-0.20=3.103.10-0.06=3.043.04-1.38=1.661.66-0.06=1.601.60-0.03=1.571.57-1.29=0.280.28-0.06=0.220.22-0.22=0.00作出滲透壓力分布圖：根據(jù)以上算得滲壓水頭值，并認為沿水平段水頭損失呈線形變化，則其滲透壓力分布圖，如下圖4-3所示圖4-3設計洪水位時滲透壓力分布圖單位寬底板所受滲透壓力：(+)×16×1=14.8t=145.04KN單位寬鋪蓋所受的滲透壓力：(+)×18×1=42.3t=414.54KN（2）校核情況：10.7-7.0=3.7。1）各段水頭損失的計算，則表4-30.560.041.250.070.041.150.040.562）進出口段進行必要的修正：進口處修正系數(shù)為17.017.10.5則=0.39<1.0，應予修正。進口段的水頭損失修正為進口段水頭損失的修正量為0.56－0.22=0.34修正量應轉移給相鄰各段，則h/=0.04+0.04=0.08h/=1.25+（0.34－0.04）=1.55出口處修正系數(shù)為16.616.60.5則=0.41<1.0，應予修正。出口段的水頭損失修正為出口段水頭損失的修正量為0.56－0.23=0.33修正量應轉移給相鄰各段，則h/=0.04+0.04=0.08h/=1.15+（0.33－0.04）=1.443）計算各角隅點的滲壓水頭：由上游出口段開始，逐次向下游從作用水頭值Δh中相繼減去各分段的水頭損失值，即可求得各角隅點的滲壓水頭值=3.703.70-=3.70-0.22=3.483.48-0.08=3.403.40-1.55=1.851.85-0.07=1.781.78-0.04=1.741.74-1.44=0.300.30-0.08=0.220.22-0.22=0.004）作出滲透壓力分布圖：根據(jù)以上算得滲壓水頭值，并認為沿水平段水頭損失呈線形變化，則其滲透壓力分布圖，如下圖4-4所示。圖4-4校核洪水位時滲透壓力分布圖單位寬底板所受滲透壓力：(+)×16×1=16.32t=159.94KN單位寬鋪蓋所受的滲透壓力：(+)×18×1=47.25t=463.05KN4.2.5抗?jié)B穩(wěn)定驗算閘底板水平段的平均滲透坡降J為J===0.086＜[J]=0.4～0.5滲流出口處的平均逸出坡降J為J===0.44＜[J]=0.70～0.80閘基的防滲滿足抗?jié)B穩(wěn)定的要求。五閘室布置與穩(wěn)定計算5.1閘室結構布置閘室結構布置主要包括底板、閘墩、閘門、工作橋、交通橋等部分結構的布置和尺寸的擬定。5.1.1底板底板的結構、布置、構造與上述相同。5.1.2閘墩閘墩順水流方向的長度取與底板相同，為16。閘墩為鋼筋混凝土結構，中墩厚均為1.0m。邊墩與岸墻合二為一，采用重力式結構。閘墩頂高程計算：閘墩上游部分（擋水時）=0.3設計情況：10.3+0.8+0.3=11.4校核情況：10.7+0.5+0.3=11.5閘墩上游部分（泄水時）設計情況：10.3+0.7=11.0校核情況：10.7+0.5=11.2取上述四者中的較大者，取為11.5。閘墩下游部分的高度只要比下游最高水位適當高些，不影響泄流即可。可大大低于上游部分的高度，而其上設有排架擱置公路橋。初擬定閘墩下游部分頂部高程為9.0，其上設3根0.7×0.7，高2.0的柱子，柱頂設0.7×0.7，長4.7的小橫梁，梁頂高程即為9.0+2.0+0.7=11.7。下游閘墩上擱置公路橋，橋面高程為12.5。閘墩上設檢修門槽和工作門槽，檢修門槽在上游，槽深為0.2，寬0.2，工作槽槽深為0.3，寬0.5。具體位置見圖。閘墩上下游均為半圓形，其半徑為0.5。5.1.3胸墻為了保證啟吊閘門的鋼絲繩不浸在水中，胸墻設在工作閘門的上游側。胸墻頂與閘墩上游部分頂部同高取11.5m。胸墻底部高程應以不影響引水為準。=堰頂高程+堰頂下游水深+=0.5+（7.8-0.5）+0.3=8.1，取胸墻底部高程為8.1m。則胸墻高度為11.5-8.1=3.4。胸墻采用鋼筋混凝土板梁式結構，簡支于閘墩上。上梁尺寸為0.3×0.5，下梁尺寸為0.4×0.8，板厚20。下梁下端的上游面做成圓弧形，以利過水。5.1.4工作橋（1）啟閉機選型。圖5-1閘門采用平面滾輪鋼閘門，為滑動式，門頂高程應高出胸墻底部高程0.2，即其高程為8.3，門高8.3-0.5=7.8，門寬6.5+20.2=6.9（工作閘門寬6.5+20.3=7.1）。根據(jù)經驗公式G=0.073K1K2K3A0.93HS0.79,初估閘門自重。圖5-1A=7.86.9=53.82m2；HS=10.7-0.5=10.2；對于工作閘門，=1.0，H/B=7.8/7.1=1.1,1＜H/B＜2，=1.0；=10.2＜60m，=1.0。初估門重=0.0731.01.01.0=18.62t=182.4KN，取閘門自重G=200KN初擬啟門力（0.1～0.2）+1.2，閉門力（0.1—0.2）-0.9。其中為閘門自重，為作用在門上的總水壓力，不計浪壓力的影響，作用在每米寬門上游面的水壓力，作用在每米寬門下游面的水壓力和門上總的水壓力為：×9.8×(2.6+10.2)×7.6=476.7kN;×6.5×6.5×9.8=207.0kN，1753.1kN初估啟門力：0.10×1753.1+1.2×200=415.3kN初估閉門力：0.10×1753.1-0.9×200=-4.69kN<0，表示閘門能靠自重關閉，不需加壓重塊幫助關閉。根據(jù)計算所需的啟門力415.3kN，初選雙吊點手搖電動兩用卷揚式啟閉機（上海重型機械廠產品）QPQ-2×25。其機架外輪廓寬1962。（2）工作橋的尺寸及構造。工作橋的寬度不僅要滿足啟閉機布置的要求，且兩側應留有足夠的操作寬度。啟閉機寬度+2×操作寬度+2×欄桿柱寬+2×欄桿外富裕寬度＝1.962+2×0.8+2×0.15+2×0.05=3.962。故取工作橋凈寬4.0。工作橋為板梁式結構，預制裝配。兩根主梁高0.8，寬0.35，中間活動鋪板厚6。為了保證啟閉機的機腳螺栓安置在主梁上，主梁間的凈距為1.5。在啟閉機機腳處螺栓處設兩根橫梁。其寬30，高50。工作橋設在實體排架上，排架的厚度即閘墩門槽處的頸厚為40cm，排架順水方向的寬度為2.5m。排架的高程為：胸墻壁底緣高程+門高+富裕高度=8.1+7.8+0.6=16.5。圖5-2工作橋結構圖5.1.5檢修便橋為了便于檢修、觀測，在檢修門槽處設置有檢修便橋。橋寬1.5m。橋身結構僅為兩根嵌置于閘墩內的鋼筋混凝土簡支梁。梁高40cm，寬25cm。梁中間鋪設厚6cm的鋼筋混凝土板。5.1.6交通橋在工作橋的下游側布置公路橋，橋身結構為鋼筋混凝土板梁結構，橋面總寬5.5m。其結構構造及尺寸見設計基本資料。5.2閘室穩(wěn)定計算取中間的一個獨立的閘室單元分析，閘室結構布置見下圖5-3。圖5-3閘室結構布置圖5.2.1荷載計算（1）完建期的荷載。完建期的荷載主要包括閘地板重力、閘墩重力、閘門重力、胸墻重力、工作橋及啟閉機設備重力、公路橋重力和檢修便橋重力、取混凝土、鋼筋混凝土的容重為25。1）底板重力：16×1.0×15×25+0.5×（1+1.5）×0.5×15×25×2=5175.0KN2）閘墩重力：每個中墩重（0.5×3.14×0.52×11×25）+（0.5×3.14×0.52×8.5×25）+（4.25×1.0×11×25-0.2×0.2×2×11×25）+（2.5×1.0×11×25-2×0.3×0.5×11×25）+（2.5×0.4×5×25）+（8.25×1.0×8.5×25）+（3×0.7×0.7×2×25）+（4.7×0.7×0.7×25）=3952.4KN每個閘室單元有兩個中墩，則2×3952.4=7904.8KN3）閘門重力為：200×2=400KN4）胸墻重力為：0.3×0.5×13×25＋0.4×0.8×13×25＋0.2×（3.4-0.4-0.3）×13×25=328.3KN5）工作橋及啟閉機設備重力:工作橋重力：2×0.92×0.35×15×25+0.5×(0.08+0.12)×0.9×15×2×25+0.15×0.12×15×2×25+0.06×1.3×15×25=351.8KN考慮到欄桿及橫梁重力等，取:410KN啟閉機機身重40.7KN，考慮到機架混凝土及電機重，每臺啟閉機重48.0KN，啟閉機重力2×48.0KN=96.0KN410+96.0=506KN6）公路橋重力:公路橋每米重約80KN,考慮到欄桿重,則公路橋重為:80×15+50=1250KN7）檢修便橋重力：0.25×0.4×13.0×25×2+0.06×1.5×13×25=94.3KN考慮到欄桿及橫梁重力等，取:155.0KN完建情況下作用荷載和力矩計算見下表5-1：（對底板上游下端B點求矩）表5-1完建情況下作用荷載和力矩計算各個部位重力力臂力矩正負底板5175.08.0041400.0閘墩①216.00.2962.6②2293.62.636032.2③1460.06.008760.0④3768.411.3842884.4⑤166.815.712620.4閘門400.05.842336.0工作橋4106.002460.0啟閉機96.06.00576.0公路橋1250.012.4515562..5檢修便橋155.01.60248.0胸墻328.34.891605.39合計15719.1108985.0（2）設計洪水情況下的荷載。在設計洪水情況下,閘室的荷載除此之外,還有閘室內水的重力、水壓力、揚壓力等。1）閘室內水的重力:4.79×9.8×13×9.8+7.6×0.8×13×9.8=5980.4+774.6=6755.06.5×9.91×13×9.8=8206.52）浪壓力:首先計算波浪要素。由設計資料知：計算，h=0.8m，上游=9.8m，則上游波浪線壅高為：波浪破碎的臨界水深：可見，上游平均水深大于,且大于，故為深水波。因此0.5×4×（0.25+0.8）×15×9.8=308.7KN（→）3）揚壓力：b浮托力：7.5×9.8×16×15+2×0.5×(1.0+1.5)×0.5×9.8×15=14259.0KN(↑)滲透壓力：0.28×9.8×16×15+0.5×（1.57-0.28）×16×9.8×15=2175.6KN(↑)4）靜水壓力：0.5×10×9.8×10×15=7350.0KN（→）0.5×（10×9.8+8×9.8+1.57×9.8）×1.3×15=1870.0KN（→）0.5×7.5×73.5×15=4134.4KN（←）0.5×（73.5+81.1）×0.5×15=579.8KN（←）設計洪水情況下荷載見下圖5-4：圖5-4設計洪水位時荷載圖設計洪水情況下作用荷載和力矩計算見下表5-2：（對底板上游端B點求矩）表5-2設計洪水情況下作用荷載和力矩計算荷載豎向力水平力力臂力矩備注正負閘室結構重力15719.18.00125752.8上游水壓力308.78.982772.1左為正右為負7350.03.8728444.51870.00.651215.5下游水壓力4134.43.0012403.2579.80.25145.0浮托力14259.08.00114072滲透壓力658.68.005268.8上為正下為負1517.05.338085.6水重力5980.42.4014353.0774.65.194020.28206.511.0590681.8合計30680.616434.69528.74714.2139974.6267239.9142464814.5127265.3（3）校核洪水情況下的荷載。在校核洪水情況下,閘室的荷載除此之外,還有閘室內水的重力、水壓力、揚壓力等。1）閘室內水的重力:4.79×9.8×13×10.2×10×9.8+7.6×0.8×13×9.8=6224.5+774.6=6999.1KN6.5×9.91×13×9.8=8206.5KN2）浪壓力:首先計算波浪要素。由設計資料知：該地區(qū)風速資料不全，在進行浪壓力設計時，建議取計算，h=0.5m，上游=10.2m，則上游波浪線壅高為波浪破碎的臨界水深：可見，上游平均水深大于,且大于，故為深水波。因此0.5×2.5×（0.16+0.5）×15×9.8=121.3KN（→）3）揚壓力：浮托力：7.5×9.8×16×15+2×0.5×(1.0+1.5)×0.5×9.8×15=17823.8KN(↑)滲透壓力：0.30×9.8×16×15+0.5×（1.74-0.30）×16×9.8×15=2399.0KN(↑)4）靜水壓力：0.5×10.4×9.8×10.4×15=7949.8KN（→）0.5×（10.4×9.8+8×9.8+1.74×9.8）×1.3×15=1924.4KN（→）0.5×7.5×73.5×15=4134.4KN（←）0.5×（73.5+81.3）×0.5×15=580.5KN（←）校核洪水情況下荷載見下圖5-5：圖5-5校核洪水位時荷載圖校核洪水情況下作用荷載和力矩計算見下表5-3：（對底板上游端B點求矩）表5-3校核洪水情況下作用荷載和力矩計算荷載豎向力水平力力臂力矩備注正負閘室結構重力15719.18.00125752.8上游水壓力121.310.781307.6左為正右為負7949.84.4435297.11924.40.661270.1下游水壓力4134.43.0012403.2580.50.25145.1浮托力17823.88.00142590.4滲透壓力705.68.005644.8上為正下為負1693.45.339025.8水重力6224.52.4014938.8774.65.194020.28206.511.0590681.8合計30924.720222.89995.54714.9169809.3273266.410701.95280.6103459.15.2.2穩(wěn)定計算(1）完建期。閘室基底壓力計算閘室基底應力的最大值或最小值()；作用在閘室上的全部豎向荷載(包括閘室基礎底面上的揚壓力在內)()；作用在閘室上的全部豎向和水平向荷載對于基礎底面垂直水流方向的形心軸的力矩()；閘室基底面的面積()；--閘室底板的長度().由完建情況下作用荷載和力矩計算表可知，15719.1，108985.0，另外，16，16×15=240，則-（偏上游）地基承載力驗算。由上可知持力層為堅硬粉質粘土，標準貫入擊數(shù)15～21擊，查《水工建筑物（第五版）》圖6-29得地基允許承載力350。因為基礎的寬度遠大于3，故地基允許承載力應修正。其中：8；1.5；為安全起見，取0.2,1.0；(浮重度)350+0.2×10.09×（8-3）+1.0×10.09（1.5-1.5）=360.1,地基承載力滿足要求。不均勻系數(shù)計算。故基底壓力不均勻系數(shù)滿足要求。(2)設計洪水情況。閘室地基壓力計算。由設計洪水情況下作用荷載和力矩計算表可知：14246，127265.3，則-（偏下游）地基承載力驗算。由上可知，地基承載力滿足要求。不均勻系數(shù)計算故基底壓力不均勻系數(shù)滿足要求。閘室抗滑穩(wěn)定分析：臨界壓應力其中1.75；kN/m3；16,；60。故閘室不會發(fā)生深層滑動，僅需作表層抗滑穩(wěn)定分析。其中：=0.9=17.1；。由于本閘齒墻較淺，可取故閘室抗滑穩(wěn)定性滿足要求。（3)校核洪水情況。閘室基底壓力計算。由校核洪水情況下作用荷載和力矩計算表可知：10701.9，103459.1，則-（偏下游）地基承載力驗算。由上可知，地基承載力滿足要求。不均勻系數(shù)計算。基底壓力不均勻系數(shù)不滿足要求。但根據(jù)SD-133-84附錄5的規(guī)定，對于地基良好，結構簡單的中型水閘，在校核洪水位情況下，可以采用4.35。故基底壓力不均勻系數(shù)滿足要求。閘室抗滑穩(wěn)定分析：顯然，不必驗算深層抗滑穩(wěn)定性，只需驗證表層抗滑穩(wěn)定性，即臨界壓應力故閘室抗滑穩(wěn)定性滿足要求。六閘室結構設計6.1閘墩的設計閘墩順水流方向的長度取與底板相同，為16。閘墩為鋼筋混凝土結構，中墩厚均為1.0。邊墩與岸墻合二為一，采用重力式結構。初擬定閘墩上游部分頂部高程為11.5，下游部分頂部高程為9.0，其上設3根0.7×0.7，高2.0的柱子，柱頂設0.7×0.7，長4.7的小橫梁，梁頂高程即為9.0+2.0+0.7=11.7。閘墩上設檢修門槽和工作門槽，檢修門槽在上游，槽深為0.2，寬0.2，工作槽槽深為0.3，寬0.5。具體位置見圖。閘墩上下游均為半圓形，其半徑為0.5。6.2閘底板結構計算采用彈性地基梁法對底板進行結構計算。選定計算情況：完建期豎向力最大，故地基反力亦較大，底板內力較大，是底板強度的控制情況之一。由前述的計算知，在運用期，由于水的作用，不僅增加了閘室內的水重，而且產生了揚壓力，地基反力的分布也與完建期有了很大的變化。顯然，運用期上游水位高，下游水位低的情況也是底板結構計算的控制情況。故運用期選校核洪水位情況（此時上游水位最高）進行計算。6.2.1閘基地基反力計算（1）完建期。完建期內無水平荷載，故相應的地基應力就等于地基反力，可以直接運用，即（上游端）（下游端）校核洪水情況。此時有水平力作用，需要重新計算地基反力，見下表。校核洪水時荷載、力矩計算表6-1（對底板底面上游A點求矩）表5-3校核洪水情況下作用荷載和力矩計算荷載豎向力水平力力臂力矩備注正負閘室結構重力15719.18.00125752.8上游水壓力121.310.781307.6左為正右為負7949.84.4435297.11924.40.661270.1下游水壓力4134.43.0012403.2580.50.25145.1浮托力17823.88.00142590.4滲透壓力705.68.005644.8上為正下為負1693.45.339025.8水重力6224.52.4014938.8774.65.194020.28206.511.0590681.830924.720222.89995.54714.9169809.3273266.410701.95280.6103459.1由校核洪水情況下作用荷載和力矩計算表可知：10701.9，103459.1，則-（偏下游）6.2.2不平衡剪力及剪力分配以胸墻與閘門之間的連線為界，將閘室分為上、下游段，各自承受其分段內的上部結構重力和其他荷載。（1）不平衡剪力計算。對完建期、校核洪水情況分別進行計算。不平衡剪力值見下表6-2。表6-2不平衡剪力計算表荷載完建情況校核洪水情況上游段下游段合計上游段下游段合計結構重力閘墩3029.384875.427904.83029.384875.427904.8底板1899.383275.635175.01899.383275.635175.0胸墻170.0170.0170.0170.0公路橋1250.01250.01010.01010.0工作橋165.0165.0410165.0165.0330.0檢修便橋125.0155.0125.0125.0閘門400.0400.0400.0400.0啟閉機48.048.096.048.048.096.05436.810014.115560.85436.7610014.0515560.8水重力6999.18206.515205.6揚壓力-7349.3-12873.5-20222.8地基反力-5487.1-10064.4-15560.8-2737.3-8392.7-10544.2不平衡力50.350.30.02349.32349.90.6不平衡剪力50.350.30.02349.62349.60.0（2）不平衡剪力的分配。截面的形心軸至底板底面的距離如下圖6-1所示。圖6-1不平衡剪力分配計算圖則=（1-0.04）=0.96每個閘墩分配的不平衡剪力為=0.486.2.3板條上荷載計算（1）完建期。1）上游段：均布荷載閘墩處的集中荷載