湖北青山閘重建工程的初步設(shè)計(jì)計(jì)算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u18470湖北青山閘重建工程的初步設(shè)計(jì)計(jì)算案例 114201.1重建水閘工程布置 12341.1.1工程現(xiàn)狀布置 1113441.1.2重建水閘總布置 2268971.1.3閘室結(jié)構(gòu)布置 4285821.2水閘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5307991.2.1水閘孔口設(shè)計(jì) 5205561.2.2下游消能防沖設(shè)計(jì) 6237741.2.3水閘防滲排水設(shè)計(jì) 13312941.2.4水閘穩(wěn)定計(jì)算 2058321.3閘底板結(jié)構(gòu)計(jì)算 33269681.1.1彈性地基梁的內(nèi)力計(jì)算 3498741.1.2底板配筋計(jì)算 3820051.1.3抗裂校核 401.1重建水閘工程布置1.1.1工程現(xiàn)狀布置圖1.1青山閘下游側(cè)現(xiàn)場(chǎng)照片圖1.2青山閘現(xiàn)狀總體布置圖青山節(jié)制閘原設(shè)計(jì)為5孔，單孔凈寬為3m，設(shè)計(jì)流量為151m3/s，原設(shè)計(jì)主要包括上游連接段、閘室段和下游連接段三部分。1.1.2重建水閘總布置根據(jù)安全鑒定報(bào)告的結(jié)論，青山閘的安全類別為四類，經(jīng)方案比選，本次除險(xiǎn)加固將拆除重建。水閘地基為粉質(zhì)黏土，分布均勻，厚度大，承載力較高，滲透性較弱，對(duì)水閘的穩(wěn)定有利，故在原閘址重建水閘。圖1.3重建水閘平面布置圖（1）水閘形式為了減少河床的淤積，增大泄洪量以及方便施工，重新設(shè)計(jì)的青山節(jié)制閘采用無坎寬頂堰型，堰頂高程為41.10m，與原河床高程平齊。根據(jù)堤頂高程復(fù)核，知最終確定的堤頂高程為49.00m。已知青山節(jié)制閘兼有擋洪和排水的雙重作用，并且還具有擋水灌溉的任務(wù)，為減小閘門高度，從而減輕閘門重量和降低工作橋高度，故本次設(shè)計(jì)中設(shè)置胸墻。閘底板采用整體式平底板，由鋼筋混凝土澆筑而成。本次設(shè)計(jì)按雙向擋水、單向過流水閘進(jìn)行設(shè)計(jì)。（2）上游連接段上游連接段包括鋪蓋、翼墻和部分河段的護(hù)坡和護(hù)底。鋪蓋設(shè)置在緊靠閘底板的上游側(cè)，鋪蓋與底板之間的連接處設(shè)置銅片止水。鋪蓋厚為0.5m，長(zhǎng)為15m，齒墻深為0.5m，寬為0.5m，整個(gè)鋪蓋由C25鋼筋混凝土澆筑而成。上游翼墻的墻頂高程為48.10m，墻高為5.0m，墻頂寬為0.5m，背坡為1：0.4，翼墻底板寬4.0m，厚0.6m。上游的護(hù)底采用厚50cm的漿砌塊石，塊石底設(shè)置15cm厚的碎石墊層，上游護(hù)坡采用厚30cm的漿砌塊石，塊石底設(shè)置10cm厚的碎石墊層，護(hù)坡坡度比為1：2.5。（3）閘室段閘室段包括閘底板、閘墩、閘門、胸墻、工作橋、啟閉機(jī)房、交通橋等。具體見1.3節(jié)閘室結(jié)構(gòu)布置。（4）下連接游段下游連接段包括水平連接段、翼墻、消力池、海漫、防沖槽和下游河道護(hù)坡。已知原設(shè)計(jì)的閘室長(zhǎng)度為12m，水平連接段長(zhǎng)度為5m，為減少開挖與填方，現(xiàn)閘室長(zhǎng)度取為12m，則取水平連接段長(zhǎng)度為5m，厚度取為1m。下游翼墻與上游翼墻的結(jié)構(gòu)尺寸相同。下挖式消力池的深度為1.4m，長(zhǎng)度為35m，其中傾斜段水平投影長(zhǎng)度為16.4m，水平段長(zhǎng)度為18.6m。消力池底板厚度為1.0m，并按等厚度設(shè)置，且用C25混凝土澆筑而成。在消力池底部后半部分設(shè)置排水孔，排水孔用碎石填充，并且在底板下面鋪設(shè)反濾層，以降低消力池底部的滲透壓力。本次設(shè)計(jì)的排水孔孔徑取為5cm，間距2.0m，并且設(shè)置成梅花狀。海漫長(zhǎng)度為40m，前10m的海漫采用漿砌塊石，澆筑厚度為50cm，并且設(shè)排水孔，排水孔底部設(shè)反濾層，以降低滲透壓力。后30m采用干砌塊石，鋪設(shè)厚度為50cm。整個(gè)海漫底部設(shè)置碎石墊層，厚15cm。防沖槽的具體尺寸見4.2.2節(jié)防沖槽設(shè)計(jì)。下游護(hù)坡采用兩種形式，分別為漿砌塊石護(hù)坡和草皮護(hù)坡。海漫前的護(hù)坡采用厚30cm的漿砌塊石，塊石底設(shè)置10cm厚的碎石墊層。海漫之后的護(hù)坡采用草皮。護(hù)坡的邊坡系數(shù)均為2.5。1.1.3閘室結(jié)構(gòu)布置閘室結(jié)構(gòu)布置主要是布置閘室結(jié)構(gòu)和初步擬定結(jié)構(gòu)的尺寸。（1）閘底板本次設(shè)計(jì)采用平板式整體閘底板，閘底板采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。根據(jù)第4章水閘的防滲排水設(shè)計(jì)，結(jié)合閘室上部結(jié)構(gòu)的布置，本次設(shè)計(jì)取閘底板的長(zhǎng)度為12.0m，閘底板的厚度取為1.2m。（2）閘墩閘墩包括邊墩和中墩，均用C25混凝土澆筑。邊墩和中墩長(zhǎng)度均取12.0m，厚度均取1.0m。由于設(shè)有胸墻支撐，故邊墩直接檔土。閘門槽深取0.3m，槽寬取0.58m，門槽頸部厚度取0.4m。經(jīng)計(jì)算，取閘墩頂部高程與堤頂高程齊平，即為49.00m，故閘墩高度為5.9m。（3）胸墻胸墻底緣高程以不影響泄水為原則，故初步取為46.70m。取胸墻頂與閘頂齊平，即為49.00m。胸墻采用C25混凝土與閘墩整體澆筑，且固支于閘墩上。胸墻為板式結(jié)構(gòu)，板的厚度取0.25m，底部底圓半徑取0.3m。（4）工作橋底板以上至工作橋梁底之間的凈高h(yuǎn)可通過下面式子計(jì)算： h=h1+初步擬定胸墻底緣高程為46.70m，而閘底板高程為41.10m，故h1=46.70?43.10=3.6m。而因設(shè)置有胸墻，故閘門高度初步擬定4.0m，則凈高h(yuǎn)=3.6+4.0+1.0=8.6m。初步將工作橋布置在閘墩以上4.0m位置處，則有工作橋由澆筑在閘墩上的鋼筋混凝土排架柱支撐，柱的斷面為0.4×0.4m（5）啟閉機(jī)房啟閉機(jī)房的墻體由磚砌成，取墻厚為0.24m?？紤]到工作人員在機(jī)房中的操作空間和心理空間，機(jī)房的高度取為4.0m。（6）交通橋交通橋采用簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)，共5跨，與閘孔對(duì)應(yīng)。因跨孔較小，鋼筋混凝土板橋厚取為0.3m。交通橋按單車道凈寬考慮，橋面總寬為4.6m，兩側(cè)各設(shè)寬0.3m的安全帶，并設(shè)置高0.9m的欄桿。1.2水閘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.2.1水閘孔口設(shè)計(jì)1.2.1.1設(shè)計(jì)條件由前面計(jì)算可知，復(fù)核得到的青山閘10年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量為191m3/s。在防洪時(shí)，主要防止外江水倒灌。在蓄水灌溉時(shí)，下游無水，水閘的過流能力較強(qiáng)。在閘下游無水位頂托作用時(shí)，閘的排水能力較有頂托作用的強(qiáng)，故將下游考慮頂托作用的排水工況設(shè)為最不利工況。考慮下游洪水頂托時(shí)水位為46.50m，不考慮下游洪水頂托時(shí)水位為44.37m，所以胸墻對(duì)排水不影響。1.2.1.2閘孔尺寸本次重建水閘仍采用5孔，單孔凈寬1.5m。1.2.1.3閘孔過流能力復(fù)核根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2016），水閘過流流量可按下式計(jì)算： Q=σεB0 σ=2.31hsH εz=1?0.1711? εb=1?0.1711? ε=εzN?1經(jīng)計(jì)算，當(dāng)青山閘通過設(shè)計(jì)排澇流量191m3/s時(shí)，不考慮下游洪水位頂托影響時(shí)，閘上游水位為46.66m，閘下游水位根據(jù)水位流量關(guān)系得44.37m；考慮下游洪水位頂托影響時(shí)，閘上游水位為46.98m，閘下游水位為46.50m。根據(jù)2.6節(jié)現(xiàn)狀堤頂超高復(fù)核和2.7節(jié)閘頂超高計(jì)算，水閘在過設(shè)計(jì)流量時(shí)，兩者均滿足要求，故閘孔寬度滿足過流能力滿足要求。1.2.2下游消能防沖設(shè)計(jì)根據(jù)水閘的運(yùn)用要求，其上下游水位、過閘流量以及泄流方式都會(huì)影響水流的水力條件，因此都對(duì)消能防沖設(shè)施的尺寸有一定影響。面流式或挑流式消能，一般要求下游河道有良好的地基條件，抗沖能力較強(qiáng)，綜合考慮，平原地區(qū)的水閘一般常采用底流式消能。故本次設(shè)計(jì)采用底流式消能，且底流式消能的消力池采用下挖式消力池。下挖式消力池的高程與底板不一致，為將兩者銜接起來，需要設(shè)置一斜坡，根據(jù)規(guī)范取斜坡坡度為1:4.0，消力池后設(shè)置海漫和防沖槽，進(jìn)一步消能以及防沖刷。1.2.2.1消力池設(shè)計(jì)消力池水力條件的影響因素很多，情況也比較復(fù)雜，例如水閘的上下游水頭差、閘門的開啟孔數(shù)和開啟高度等均會(huì)影響消力池的水力條件。因此，需要考慮多種不利情況來最終確定消力池的尺寸。一般而言，孔數(shù)較少的水閘都盡量對(duì)稱開啟，以保證有較好的水流流態(tài)。本次計(jì)算遵從閘門運(yùn)行的一般規(guī)律，按閘孔開啟的數(shù)量（1孔、3孔和5孔）和開啟高度的不同來設(shè)計(jì)閘門分檔開啟，分檔高度取為0.5m，即分別取閘門開啟高度為0.5m、1.0m、1.5m和2.0m進(jìn)行試算，得到各設(shè)計(jì)條件下的尺寸，取最不利條件下的尺寸，即取各尺寸的最大值。（1）閘孔出流計(jì)算正常運(yùn)用工況和設(shè)計(jì)排水工況（無頂托）下，在所設(shè)置的開啟高度中，過閘水流表面都受到閘門的影響，故下泄水流按閘孔出流進(jìn)行計(jì)算。其計(jì)算公式如下：圖1.4閘孔出流計(jì)算示意圖 Q0=σ μ=φε'1? ε'=1 λ=0.42.71816通過閘孔出流公式計(jì)算，可以得到下泄流量，并根據(jù)下游的水位流量關(guān)系可以得到下游水位。根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2016），計(jì)算消力池的深度、長(zhǎng)度和底板厚度。（2）消力池深度可按下面公式計(jì)算消力池的深度： d=σ0h hc"= hc3? ΔZ=αq22g圖1.5消力池尺寸計(jì)算示意圖（3）消力池長(zhǎng)度可按下面公式計(jì)算消力池的長(zhǎng)度： Lsj=L Lj=6.9h（3）消力池底板厚度根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2016），考慮抗沖和抗浮要求，分別按下面公式計(jì)算消力池的底板厚度，并取其大值。抗沖： t=k1q抗浮： t=k2U?γ消力池的相關(guān)計(jì)算結(jié)果見下表1.1。（4）消力池的構(gòu)造已知消力池的尺寸取最不利情況下的尺寸，即計(jì)算結(jié)果的最大值。根據(jù)上表計(jì)算結(jié)果，下挖式消力池的深度為1.33m，長(zhǎng)度為31.13m，為充分消能以及調(diào)整池后的流態(tài)，本次設(shè)計(jì)取消力池的深度為1.40m，長(zhǎng)度為35m。底板厚度計(jì)算最大值為0.76m，本次設(shè)計(jì)取為1.0m，考慮到方便施工，本次設(shè)計(jì)的底板按等厚度設(shè)置，且用C25混凝土澆筑而成。根據(jù)已建水閘實(shí)例，消力池底板配置Φ14的構(gòu)造鋼筋，間距20cm。在消力池底部后半部分設(shè)置排水孔，排水孔用碎石填充，并且在底板下面鋪設(shè)反濾層，以降低底部的滲透壓力，保證其安全。本次設(shè)計(jì)的排水孔孔徑取為5cm，間距2m，并且設(shè)置成梅花狀。表1.1消力池和海漫計(jì)算結(jié)果表上游水位(m)閘門運(yùn)行情況計(jì)算結(jié)果說明孔數(shù)開啟高度(m)消力池深(m)消力池長(zhǎng)(m)底板厚度(m)海漫長(zhǎng)度(m)46.5010.51.0225.660.4310.31正常運(yùn)用工況46.5030.50.7026.010.4114.2346.5050.50.2126.290.4017.8446.5011.01.2228.430.5811.5446.5031.00.7628.880.5518.9646.5051.00.2129.250.5321.5346.5011.51.2930.100.6811.6146.5031.50.8330.620.6422.1046.5051.50.2031.030.6127.0746.5012.01.3331.210.7615.1446.5032.00.8231.770.7024.2846.5052.00.1632.210.6629.4146.665全開0.0731.130.7332.72設(shè)計(jì)洪水工況1.2.2.2海漫設(shè)計(jì)經(jīng)過消力池的水流，流速仍較大，為避免對(duì)河床造成嚴(yán)重的沖刷，除有抗沖能力較強(qiáng)的基巖的情況外，一般都會(huì)設(shè)置海漫。（1）海漫長(zhǎng)度計(jì)算當(dāng)qs Lp=K海漫的相關(guān)計(jì)算結(jié)果見表1.1。圖1.6海漫的布置與構(gòu)造圖（2）海漫的布置海漫長(zhǎng)度計(jì)算最大值為32.7m，本次設(shè)計(jì)取40m。前10m的海漫采用漿砌塊石，澆筑厚度為50cm。后30m采用干砌塊石，鋪設(shè)厚度為50cm。為防止基土流失和底流淘刷河床，整個(gè)海漫底部設(shè)置碎石墊層，厚15cm。具體尺寸和材料如圖4.3所示。1.2.2.3防沖槽設(shè)計(jì)經(jīng)過海漫后，水流仍然有一部分動(dòng)能。故為避免下游河床沖刷，增加海漫的長(zhǎng)度顯然不經(jīng)濟(jì)，在實(shí)際工程中也很少此做法，因此結(jié)合已建工程實(shí)例，在海漫末端設(shè)置防沖槽。（1）河床沖刷深度計(jì)算根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2016），可按下面公式計(jì)算河床沖刷深度： dm=1.1q（2）防沖槽尺寸計(jì)算由上面計(jì)算可得海漫末端河床沖刷深度為1.41m。根據(jù)沖刷深度，可確定防沖槽尺寸。將防沖槽設(shè)為梯形，現(xiàn)設(shè)防沖槽靠近上游側(cè)的斜坡段水平投影長(zhǎng)為1.7m，靠近下游側(cè)的斜坡段水平投影長(zhǎng)為1.5m，水平段為1m，深為1.5m，則防沖槽面積為S=4.45m當(dāng)海漫末端河床沖刷至最深深度時(shí)，防沖槽坍塌，塊石平鋪在上面，形成1：2的斜坡，且護(hù)面厚度一般取為0.5m，則覆蓋層面積計(jì)算公式如下： S'=δd經(jīng)計(jì)算，覆蓋層面積S'=3.81m2，而防沖槽設(shè)計(jì)斷面面積S=4.45m圖1.7防沖槽示意圖1.2.3水閘防滲排水設(shè)計(jì)水閘地下輪廓線布置主要考慮兩方面，一是防滲，二是排水，此部分設(shè)計(jì)主要是為減小底板滲透壓力，從而增加閘室的抗滑穩(wěn)定性，保證水閘穩(wěn)定與安全。1.2.1.1地下輪廓的布置青山閘的閘基主要為粘性土，不宜設(shè)置板樁，故本次設(shè)計(jì)上游防滲采用鋪蓋，下游排水，將排水設(shè)施布置在消力池斜坡段和護(hù)坦下，采用透水性較好的砂礫石和碎石等材料。（1）鋪蓋將鋪蓋設(shè)置在閘室靠近上游側(cè)，加長(zhǎng)滲徑，以減小滲透坡降。本次設(shè)計(jì)采用C25鋼筋混凝土鋪蓋，且厚度取為0.5m。鋪蓋齒墻寬度取為0.5m，深度取為0.5m，并且在鋪蓋底部設(shè)置厚度為0.1m的C15混凝土墊層。鋪蓋的長(zhǎng)度為上下游最大水位差的3～5倍。已知青山閘雙向擋水，故有兩個(gè)方向的水頭差，即①正常擋水灌溉時(shí)，閘上游水位46.50m，閘下游水位41.10m，則水頭差ΔH1②擋下游50年一遇洪水時(shí)，閘上游水位46.50m，閘下游水位47.50m，則水頭差ΔH2取最大上下游水頭差，故鋪蓋長(zhǎng)度：3~5ΔH=（2）底板考慮閘室處需布置交通橋、工作橋等因素，順?biāo)鞣较蛉〉装彘L(zhǎng)度為12m，底板厚度為1.2m。根據(jù)相關(guān)規(guī)范，取上下游齒墻寬度為0.5m，深度為0.5m。（3）分縫與止水圖1.8地下輪廓布置圖為適應(yīng)地基的不均勻沉降和伸縮變形，閘室段與水平連接段、鋪蓋和閘底板之間常常會(huì)設(shè)置分縫，但是為保證防滲效果，需要在分縫處設(shè)置止水。本次設(shè)計(jì)，在混凝土鋪蓋與閘底板之間的連接處設(shè)置止水銅片，銅片埋深為30cm。1.2.1.2閘基防滲長(zhǎng)度初步擬定的閘基防滲長(zhǎng)度要與實(shí)際的防滲長(zhǎng)度對(duì)比，才能判斷防滲措施布置是否合理，現(xiàn)通過下式求閘基防滲長(zhǎng)度： L=CΔH 已知青山閘雙向擋水，故取最大的上下游水頭差，即ΔH=3.4m，則

而實(shí)際防滲長(zhǎng)度：L而L'1.2.1.3滲流計(jì)算本次設(shè)計(jì)用改進(jìn)阻力系數(shù)法進(jìn)行滲流計(jì)算，具體計(jì)算如下。（1）地基有效深度當(dāng)L0 Te=0.5L當(dāng)L0 Te=0.5根據(jù)圖1.8，知L0=27mL0S取計(jì)算深度Tc=Te（2）分段阻力系數(shù)由于分段的不同，其對(duì)應(yīng)的阻力系數(shù)也按照不同的公式進(jìn)行計(jì)算，具體如下：①進(jìn)、出口段（圖1.9（a）） ξ0=1.5S②內(nèi)部垂直段（圖1.9（b）） ξy=2③水平段（圖1.9（c）） ξx=L圖1.9改進(jìn)阻力系數(shù)法計(jì)算圖（3）各分段水頭損失值各分段水頭損失值可按下式計(jì)算： hi=ξ（4）進(jìn)、出口段水頭損失值的局部修正①修正后的水頭損失值可按下式計(jì)算： h0'= h0=i=1其中： β'=1.21?1②修正后水頭損失的減小值可按下式計(jì)算： Δh=1?β'③水力坡降呈急變形式的長(zhǎng)度可按下面公式計(jì)算： Lx'=（5）進(jìn)、出口段齒墻不規(guī)則部位的修正①當(dāng)hx hx'=②當(dāng)hx若hx hx'=2 hy'=若hx hx'=2 hy'=2 hCD'=圖1.10改進(jìn)阻力系數(shù)法修正圖（6）滲流計(jì)算將滲流區(qū)劃分為13個(gè)典型的滲流段（如圖1.11），然后再根據(jù)公式計(jì)算各參數(shù)。圖1.11改進(jìn)阻力系數(shù)法計(jì)算圖進(jìn)口段的修正系數(shù)：T=13.5m，S'=1.1m，β出口段的修正系數(shù)：T=12m，S'=0.3m，β進(jìn)、出口段的修正系數(shù)β'<1.0，故進(jìn)、出口段的水頭損失均應(yīng)進(jìn)行修正。修正后的結(jié)果見表表1.2修正后的水頭損失計(jì)算表編號(hào)分段名S(m)S(m)S(m)L(m)T(m)ξ修正后的水頭損失值ΔH=1.4ΔH=2.29ΔH=0.4ΔH=1.0I進(jìn)口段--1.1-11.50.480.2980.2010.0350.088II水平段00-0.512.40.040.0810.0550.0100.024III內(nèi)部垂直段--0.5-12.90.040.0780.0530.0090.023IV水平段00-1412.91.091.1930.8030.1400.351V內(nèi)部垂直段--0.5-12.90.040.0390.0260.0050.011VI水平段00-0.512.40.040.0410.0270.0050.012VII內(nèi)部垂直段--0.7-11.70.060.0600.0410.0070.018VIII水平段000.511.70.040.0430.0290.0050.013IX內(nèi)部垂直段--0.5-12.20.040.0410.0280.0050.012X水平段00-1112.20.900.9630.6480.1130.283XI內(nèi)部垂直段--0.5-12.20.040.0830.0560.0100.024XII水平段00-0.511.70.040.0860.0580.0100.025XIII出口段--1.8-11.70.530.3950.2660.0460.116∑1.381.42.290.41.0出口段滲流坡降值可按下面公式計(jì)算： J=h0'得J=同理，得底板水平段的平均滲透坡降：

Jx用GeoStudio計(jì)算出來的出口段滲透坡降為：

J=h底板水平段為：根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2016），水平段和出口段的允許滲透坡降值分別為0.40～0.50和0.70～0.80。經(jīng)對(duì)比，水平段和出口段的滲透坡降均滿足要求，其中，GeoStudio計(jì)算得到的是局部最大值，故布置的地下輪廓滿足防滲要求。1.2.4水閘穩(wěn)定計(jì)算1.2.4.1閘室穩(wěn)定計(jì)算（1）計(jì)算工況①完建工況：水閘上下游均無水；②設(shè)計(jì)排水工況：水閘開啟，下游水位為44.37m，上游水位為46.66m；③蓄水灌溉工況：水閘關(guān)閉，下游水位為41.10m，上游水位為46.50m；④設(shè)計(jì)擋洪工況：水閘關(guān)閉，下游水位為46.90m，上游水位為46.50m；⑤校核擋洪工況：水閘關(guān)閉，下游水位為47.50m，上游水位為46.50m；⑥止水失效工況：水閘關(guān)閉，下游水位為41.10m，上游水位為46.50m；（2）荷載組合因風(fēng)壓力對(duì)本次水閘影響不大，故不考慮風(fēng)壓力。本地區(qū)相應(yīng)的地震基本烈度為Ⅵ度，不再進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。荷載組合見下表1.3。表1.3荷載組合表荷載組合計(jì)算工況荷載說明自重水重?fù)P壓力靜水壓力土壓力風(fēng)壓力浪壓力地震荷載其它基本組合完建工況√???√????按無地下水考慮設(shè)計(jì)排水工況√√√√√?√??蓄水灌溉工況√√√√√?√??設(shè)計(jì)擋洪工況√√√√√?√??特殊組合校核擋洪工況√√√√√?√??止水失效工況√√√√√?√??按蓄水灌溉水位考慮注：“√”表示該工況需要考慮的荷載，“?”表示該工況不需要考慮的荷載。（3）荷載計(jì)算①水平水壓力圖1.12水平水壓力計(jì)算示意圖上游水壓力按下式計(jì)算： P1=1 P2=1下游水壓力的計(jì)算方法同上游。②浪壓力若要計(jì)算浪壓力，首先需要計(jì)算波浪要素，本次設(shè)計(jì)采用莆田試驗(yàn)站公式進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如下： ghmv gTmv已知水閘的級(jí)別為3級(jí)，查規(guī)范得波列累積頻率p=5%。再通過hm和Hm，可算出累積頻率p=5%的波高平均波長(zhǎng)與可按下面公式進(jìn)行計(jì)算： Lm=g當(dāng)H≥Hk和 P=14 hz=π Hk=L圖1.13浪壓力計(jì)算示意圖（4）計(jì)算公式根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2016），可以計(jì)算出閘室基底應(yīng)力和抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，具體計(jì)算如下：①閘室基底應(yīng)力 Pminmax=②抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)按以下式子計(jì)算土基上沿閘室基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)： Kc=f（5）計(jì)算結(jié)果根據(jù)《水閘》，混凝土的容重采用24kNm3，鋼筋混凝土的容重采用25kNm①完建工況表1.4完建工況計(jì)算表荷載名稱符號(hào)水平力(kN)鉛直力(kN)力臂(m)力矩(kN?m)→←↓↑順時(shí)針逆時(shí)針閘底板G189010.000閘墩G2106200.000啟閉機(jī)房G338002.509500胸墻G42541.22816鋼閘門G53592.50898交通橋G69381.20300024871300011214248718214PP平均基底應(yīng)力P地基應(yīng)力不均勻系數(shù)：η=102.8②設(shè)計(jì)排水工況表1.5設(shè)計(jì)排水工況計(jì)算表荷載名稱符號(hào)水平力(kN)鉛直力(kN)力臂(m)力矩(kN?m)→←↓↑順時(shí)針逆時(shí)針閘底板G189010.000閘墩G2106200.000啟閉機(jī)房G338002.509500胸墻G42541.22816鋼閘門G53592.50898交通橋G69381.203000上游水重W120004.408789下游水重W218251.903458浮托力U35600.000滲透壓力V16271.652690水平水壓力P117512.193828水平滲透壓力P26760.1281水平水壓力P31901.62308水平滲透壓力P48490.23199浪壓力P1024.074142528103928696518713472205101489235097038PP平均基底應(yīng)力P地基應(yīng)力不均勻系數(shù)：η=抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)：Kc③蓄水灌溉工況表1.6蓄水灌溉工況計(jì)算表荷載名稱符號(hào)水平力(kN)鉛直力(kN)力臂(m)力矩(kN?m)→←↓↑順時(shí)針逆時(shí)針閘底板G189010.000閘墩G2106200.000啟閉機(jī)房G338002.509500啟閉機(jī)房G42541.22816鋼閘門G53592.50898交通橋G69381.203000上游水重W119104.408394浮托力U35600.000滲透壓力V24141.653993水平水壓力P116092.133432水平滲透壓力P28440.14115水平滲透壓力P43430.0621浪壓力P1011.91396255334326781597410936196302210208078693PP平均基底應(yīng)力P地基應(yīng)力不均勻系數(shù)：η=抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)：K④設(shè)計(jì)擋洪工況表1.7設(shè)計(jì)擋洪工況計(jì)算表荷載名稱符號(hào)水平力(kN)鉛直力(kN)力臂(m)力矩(kN?m)→←↓↑順時(shí)針逆時(shí)針閘底板G189010.000閘墩G2106200.000啟閉機(jī)房G338002.509500胸墻G42541.22816鋼閘門G53592.50898交通橋G69381.203000上游水重W119104.408394下游水重W254601.9010346浮托力U35600.000滲透壓力V8450.56471水平水壓力P116092.133432水平滲透壓力P24000.0726水平水壓力P316972.474185水平滲透壓力P418670.29550浪壓力P1024.314402111356332241440517245248151452278367570PP平均基底應(yīng)力P地基應(yīng)力不均勻系數(shù)：η=抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)：K⑤校核擋洪工況表1.8校核擋洪工況計(jì)算表荷載名稱符號(hào)水平力(kN)鉛直力(kN)力臂(m)力矩(kN?m)→←↓↑順時(shí)針逆時(shí)針閘底板G189010.000閘墩G2106200.000啟閉機(jī)房G338002.509500胸墻G42541.22816鋼閘門G53592.50898交通橋G69381.203000上游水重W119104.408394下游水重W263221.9011980浮托力U35600.000滲透壓力V21090.561173水平水壓力P116092.133432水平滲透壓力P25070.0948水平水壓力P322752.676066水平滲透壓力P421200.30628浪壓力P435.152222158439533103567018681274762236274338795PP平均基底應(yīng)力P地基應(yīng)力不均勻系數(shù)：η=抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)：K⑥止水失效工況表1.9止水失效工況計(jì)算表荷載名稱符號(hào)水平力(kN)鉛直力(kN)力臂(m)力矩(kN?m)→←↓↑順時(shí)針逆時(shí)針閘底板G189010.000閘墩G2106200.000啟閉機(jī)房G338002.509500胸墻G42541.22816鋼閘門G53592.50898交通橋G69381.203000上游水重W119104.408394浮托力U35600.000滲透壓力V42841.918161水平水壓力P116092.133432水平滲透壓力P213050.16207水平滲透壓力P43410.5022浪壓力P424.16177295634126781784414977196302615189384653PP平均基底應(yīng)力P地基應(yīng)力不均勻系數(shù)：η=抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)：K表1.10閘室穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表計(jì)算工況P(KPa)P(KPa)不均勻系數(shù)抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算值允許值計(jì)算值允許值基本組合完建工況97.574.51.312.0/1.25設(shè)計(jì)排水工況89.371.11.221.84蓄水灌溉工況82.061.21.342.28設(shè)計(jì)擋洪工況108.384.81.284.68特殊組合校核擋洪工況109.780.51.362.51.001.10止水失效工況72.554.81.091.75已知R=250kPa1.2.4.2翼墻穩(wěn)定計(jì)算考慮到回填土有弱膨脹性，本次設(shè)計(jì)青山閘上下游翼墻都采用重力式擋土墻結(jié)構(gòu)。考慮到擋土墻高度較高，故設(shè)雙層排水，選用直徑為5cm的PVC管，背面設(shè)置0.6m的反濾料。由于上下游翼墻的形式一樣，故本次設(shè)計(jì)僅計(jì)算上游翼墻，取單位寬度進(jìn)行計(jì)算。擋土墻的橫斷面圖見下圖1.14。圖1.14擋土墻橫斷面圖（尺寸單位：mm）（1）計(jì)算工況及荷載組合翼墻穩(wěn)定計(jì)算主要考慮完建期和檢修期兩種工況，翼墻在各工況下的荷載組合見下表1.11。表1.11翼墻各工況下的荷載組合表荷載組合計(jì)算工況水位荷載墻后墻前自重土壓力靜水壓力揚(yáng)壓力基本組合完建期無水無水√√??特殊組合檢修期地下水無水√√√√（2）荷載計(jì)算墻后土壓力按主動(dòng)土壓力進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算公式如下： Fa=1 Ka=cos根據(jù)《工程地質(zhì)勘察報(bào)告》可知，上下游翼墻墻后的填土的力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)為c=18kPa，φ=10°。根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2016），當(dāng)擋土墻后的填土為黏性土?xí)r，可用等值內(nèi)摩擦角計(jì)算作用于墻背的主動(dòng)土壓力。參照已建工程，擋土墻高在6m以下的，墻后所填黏性土水上部分等值內(nèi)摩擦角可采用28°~30°，水下部分可采用25°~28°。其它荷載計(jì)算與閘室穩(wěn)定計(jì)算的方法相同。（3）計(jì)算公式①基底應(yīng)力計(jì)算公式與閘室穩(wěn)定計(jì)算相同，具體見式（1.48）②抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算公式與閘室穩(wěn)定計(jì)算相同，具體見式（1.49）（4）計(jì)算結(jié)果翼墻穩(wěn)定計(jì)算的結(jié)果如表1.12所示。表1.12翼墻穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表荷載組合計(jì)算工況P(kPa)P(kPa)K[η[η]基本組合完建期158.494.31.271.251.682.0特殊組合檢修期156.280.51.131.101.942.5從上表結(jié)果可以看出，翼墻穩(wěn)定滿足要求。1.2.4.3沉降計(jì)算在土基上建閘，由于地基土的壓縮性，在閘室重力和外荷載的作用下，會(huì)產(chǎn)生較大的沉降或沉降差。因此，設(shè)計(jì)在土基上的水閘，應(yīng)進(jìn)行沉降計(jì)算。（1）計(jì)算方法地基沉降計(jì)算，一般只計(jì)算最終沉降量，且通常采用分層總和法進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)規(guī)范，可按下面公式計(jì)算最終沉降量： S∞=m由于資料中未給出地基土的壓縮曲線，所以將公式進(jìn)行變換，現(xiàn)采用壓縮模量進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如下面所示： S∞=m（2）計(jì)算土層及其參數(shù)根據(jù)已有的資料可知，水閘和擋土墻底下的土層為兩層粘土，第一層厚度為2.5m，其壓縮模量取為9.71MPa；第二層較厚，本次設(shè)計(jì)計(jì)算厚度取5m（滿足附加應(yīng)力與自重應(yīng)力之比為0.20的要求），其壓縮模量取為9.70MPa。（3）附加應(yīng)力計(jì)算由于LB（4）計(jì)算位置本次設(shè)計(jì)計(jì)算兩個(gè)點(diǎn)的沉降量，分別是閘底板的兩個(gè)角點(diǎn)A、B，A為應(yīng)力最大側(cè)角點(diǎn)，B為應(yīng)力最小側(cè)角點(diǎn)。（5）計(jì)算結(jié)果具體計(jì)算結(jié)果見下表1.13。表1.13沉降量計(jì)算結(jié)果表單位：mm計(jì)算工況完建設(shè)計(jì)排水蓄水灌溉止水失效設(shè)計(jì)擋洪校核擋洪A101.1197.4398.3596.0494.4991.79B99.2595.1995.4694.5195.9896.37根據(jù)規(guī)范及計(jì)算結(jié)果表，水閘的沉降量滿足要求。1.3閘底板結(jié)構(gòu)計(jì)算閘底板的結(jié)構(gòu)計(jì)算采用的方法為彈性地基梁法。1.1.1彈性地基梁的內(nèi)力計(jì)算1.1.1.1不平衡剪力的計(jì)算以閘門的上游面為界，分閘室為上、下游段，并各自承擔(dān)其分段內(nèi)的上部結(jié)構(gòu)重力和其它荷載。在上、下游段各取1m寬截條計(jì)算不平衡剪力，具體計(jì)算結(jié)果見下表1.14。表1.14各工況不平衡剪力工況上游段下游段完建工況-84.5481.55蓄水灌溉工況878.17-882.58設(shè)計(jì)排水工況748.75-616.03設(shè)計(jì)擋洪工況1448.36-1059.89校核擋洪工況1406.00-1887.501.1.1.2不平衡剪力的分配不平衡剪力由底板和閘墩共同承擔(dān)，在分配時(shí)，可近似按矩形截面的剪應(yīng)力計(jì)算公式計(jì)算，即 τy=S?QbJ ?Q1=A ?Q2=A根據(jù)剪力分布圖來計(jì)算各部分的比值時(shí)，計(jì)算過程繁。故當(dāng)板條截面較簡(jiǎn)單時(shí)，用下面方法直接計(jì)算剪力分配值。圖1.15組合梁計(jì)算簡(jiǎn)圖（單位：m）形心軸距底板高度：y=整個(gè)截面對(duì)形心軸的慣性矩：J=分配給底板的不平衡剪力：?經(jīng)計(jì)算，?Q1=0.879?Q，1.1.1.3板條上荷載的計(jì)算（1）集中荷載通過閘墩傳給地基梁的荷載N，可按照下面公式計(jì)算： N=G1+（2）均布荷載分配給底板的不平衡剪力按均勻分布考慮，則可得到單位寬度板條上的均布荷載q： q=q1+（3）邊荷載原水閘已經(jīng)運(yùn)行了幾十年，地基或周邊土體已沉降完畢，若土體不被破壞則可不考慮邊荷載。本次設(shè)計(jì)為除險(xiǎn)加固，實(shí)際上是水閘的重建，在施工時(shí)會(huì)挖除部分土體，雖然后面很快回填土，但是邊荷載肯定會(huì)發(fā)生變化。由于缺乏相關(guān)資料且計(jì)算困難，本次設(shè)計(jì)的邊荷載不算入板條上的荷載。根據(jù)以上公式，可計(jì)算出各種工況下的上、下游段板條上的荷載，具體計(jì)算結(jié)果見下表1.15。表