水闸底板、闸墩、渗径计算

【例4-1】某水闸地下轮廓布置及尺寸如图4-28所示。

混凝土铺盖长10.50m，底板顺水流方向长10.50m，板桩入土深度4.4m。

闸前设计洪水位104.75m，闸底板堰顶高程100.00m。

闸基土质在高程100.00～90.50m之间为砂壤土，渗透系数K砂=2.4×10-4cm/s，可视为透水层，90.50m以下为粘壤土不透水层。

试用渗径系数法验算其防渗长度，并用直线比例法计算闸底板底面所受的渗透压力。

（一）验算地下轮廓不透水部分的总长度（即防渗长度）。

上游设计洪水位104.75m，关门挡水，下游水位按100.00m考虑，排水设施工作正常。

C，作用水头为根据表4-2，可知砂壤土的渗径系数0.5=()m104=-∆H.=..4007510075故最小防渗长度为()m=∆CL⨯=H.752375.40.5=地下轮廓不透水部分的实际长度为+⨯+++++=L9.0⨯+⨯+5.07.06.05.124.44146.0.14148.75.0.1实1. 将地下轮廓不透水部分的总长度展开，并按一定的比例画成一条线，将各角隅点1、2、3 ……、17 依次按实际间距标于线上。

2. 在此直线的起点作一长度为作用水头 4.75m 的垂线 1-1′, 并用直线连接垂线的顶点 1′与水平线的终点17 。

1′~17 即为渗流平均坡降线。

3. 在各点作水平线的垂线与平均坡降线相交，即得各点的渗透压力水头值。

准确的渗压水头值可用比例公式计算求得。

4. 将1、2、3、……、17 各点的渗压水头值垂直地画在地下轮廓不透水部分的水平投影上，用直线连接各水头线的顶点，即可求出铺盖和底板的渗压水头分布图[ 图 4-28 (c ) ] 。

【例4-2】 用改进阻力系数法计算例4-1中各渗流要素。

（一）阻力系数的计算1.有效深度的确定由于)m (5.205.10100=+=L ，)m (0.600.9400.1000=-=S ，故542.30.65.2000<==S L ，按式（4-19）计算e T)m (5.95.9000.100m 72.13242.36.15.20526.15000=-=>=+⨯⨯=+=T S L L T e故按实际透水层深度m 5.9=T 进行计算。

闸墩及底板结构计算⼯况：正常蓄⽔位+地震1、设计荷载计算闸室各部分荷载计算值（单位：kN ）2、不平衡剪⼒分配⼀般对应于底板部分承担不平衡剪⼒约为总不平衡剪⼒的10%，闸墩为90%。

底板分配的不平衡剪⼒为558.0kN每个中墩分配的不平衡剪⼒为945×90%×1.0/(2×1.0+2*1.2)=917.1kN每个边墩分配的不平衡剪⼒为945×90%×1.2/(2×1.0+2*1.2)=1100.6kN 3、底板荷载计算（1）上游段（长6.6m ，取板带宽1m 计算）①匀布荷载不平衡剪⼒产⽣的荷载为 6.00kN/m⽔重产⽣的荷载为21.00kN/m 平均渗透压⼒为9.34kN/m 底板重产⽣的荷载为#VALUE!q=21-1.01-9.34=10.64kN/m弹性地基梁荷载计算5580kN×10%==?1.146.65.94=??35.36.61455=+285.483.13=?1.146.62512以上除底板重外的匀布荷载总和为10.64kN②中墩上集中荷载计算不平衡剪⼒产⽣的荷载为138.96kN ⼯作门前上游段检修闸门及埋件、砼盖板、闸房及启闭机等共重为#REF!两个中墩承受2/3，两个边墩承受1/3（按桥跨跨长⽐例计算）。

上游每个中墩⾃重为1426/2=713kN.在闸墩宽度内没有⽔重,但在上述匀布荷载计算中,P1=#REF!③边墩上集中荷载计算不平衡剪⼒产⽣的荷载为166.75kN P2=#REF!（2）下游段（宽5.4m ，取板带宽1m 计算）①匀布荷载不平衡剪⼒产⽣的荷载为7.33kN/m ⽔重产⽣的荷载为0.0kN/m 平均渗透压⼒为6.87kN/m 底板重产⽣的荷载为16.05kN/mq=-1.24-6.87=-8.11kN/m以上除底板重外的匀布荷载总和为-8.11kN/m 根据《⽔闸设计规范》P217，当不计底板⾃重时作⽤在基底上的均布荷载为负值时应计及底板⾃重的影响，计及的百分数以使作⽤在基底⾯上的均布荷载值等于0为限底确定；则作⽤在基底上的均布荷载为0kN/m。

第四章排水闸稳定及结构计算1.各排水闸概况1.1水文资料根据龙门县城堤防总体规划，县城河堤共有5个排水闸，西林河有两个排水闸：龙门中学排水闸和老干局排水闸，白沙河有三个排水闸：师范排水闸、石龙头排水闸、及罗江围排水闸。

河堤上的排水闸主要作用是：平时能正常排泄内积水，洪水到来时关闸挡水，不让洪水涌入。

根据水文资料，排水闸排涝标准按十年一遇（P=10%）洪水，24小时暴雨产生的洪水总量，24小时排干计算。

根据《龙门县城区防洪工程洪水计算书》可知各排水闸的水位资料，详见排水闸洪水成果表1.1-1。

表1.1-1 各排水闸洪水成果表1.2地质资料根据《龙门县城区防洪工程地质勘探可行性研究报告》，可知各排水闸地基主要物理指标表1.2-1。

表1.2-1 各排水闸地基土质主要物理指标表1.3等级与安全系数根据《龙门县城堤防加固工程可行性研究报告》西林河、白沙河大堤加固工程等级为三等，水闸为主要建筑物，其等级为三等，根据《水闸设计规范SL265-2001》，水闸整体抗滑稳定安全系数为：基本组合：1.25；特殊组合Ⅰ：1.10。

土基上闸室基底应力最大值与最小值之比的允许值为：基本组合：2.50；特殊组合3.0.闸基抗渗稳定性要求水平段和出口段的渗流坡降必须小于规范要求，见下表6.0.4。

表6.0.4 水平段和出口段允许渗流坡降值1.4地震烈度龙门县基本地震烈度为Ⅵ，按《水闸设计规范SL265-2001》，设计时不考虑地震作用。

2.主要计算公式及工况2.1闸孔净宽B 0计算公式根据《水闸设计规范SL265-2001》，水闸的闸孔净宽B 0可按公式（A.0.1-1）～（A.0.1-6）计算：2302Hg m QB σε=（A.0.1-1）单孔闸 4001171.01s s b b b b ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=ε （A.0.1-2）多孔闸，闸墩墩头为圆弧形时 NN bZ εεε+-=)1( （A.0.1-3）4001171.01Z ZZ d b b d b b +⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=ε （A.0.1-4）400000221171.01b d b b b d b b Z b Z b ++⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡++--=ε （A.0.1-5）4.000131.2⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=H h H h s s σ （A.0.1-6） 式中 0B ——闸孔总宽度（m ）； Q ——过闸流量（m 3/s ）；0H ——计入行近流速水头的堰上水深（m ），在此忽略不计； g ——重力加速度，可采用9.81（m/s 2）； m ——堰流流量系数，可采用0.385；ε——堰流侧收系数，对于单孔闸可按公式（A.0.1-2）计算求得或由表A.0.1-1查得；对于多孔闸可按公式（A.0.1-3）计算求得；b 0——闸孔净宽（m ）；b s ——上游河道一半水深处的宽度（m ）； N ——闸孔数；Z ε——中闸孔侧收系数，可按公式（A.0.1-4）计算求得或由表A.0.1-1查得，但表中b s 为b 0+d z ； d z ——中闸墩厚度（m ）；b ε——边闸孔侧收系数，可按公式（A.0.1-5）计算求得或由表A.0.1-1查得，但表中b s 为b Zb d b ++20； b b ——边闸墩顺水流向边缘线至上游河道水边线之间的距离（m ）；σ——堰流淹没系数，可按公式（A.0.1-6）计算求得或由表A.0.1-2查得；hs ——由堰顶算起的下游水深（m ）。

、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XXXXXXXXXXXX院提供的**水闸工程勘察报告》。

5地震设防烈度根据〈〈XXX省地震烈度区划图》，*属7度地震基本烈度地区，故XXX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, xxx水闸闸基为换砂基础，渗径系数取C=7贝U：设计洪水位下要求渗径长度:L=C^H=7X[2.96- (-0.3。

]=22.82m•.•L 实〉LR —设计波浪爬高（m ）o e 一设计风壅增水高度（m ） A 一安全超高（m ）。

H 一平均波局（m ） oT 一平均波周期（s ）o满足渗透稳定要求2.2闸室引堤顶局程计算闸侧堤顶高程按《堤防工程设计规范》 中的有关规定进行计算。

其公式为：(GB50286 — 98)g H - 013 th[0.7( V 2V 0.0018 (写)0.45捋)”]th{ -------------------- J)0.13th[0.7(巴)0.7]V 2gT VLeg H 0 513.9( r ). V 2—2gT 2 d ---- th 2 L 2 _ KV F--------- c os 2gdK △ K V K P R O HR式中：丫一堤顶超高m)。

h （闸前水深）V 0（闸前流速）H（闸前总水头）h 1（上下游渠道高差）E 0（以下游渠道为基准面的泄水建筑物上游总水头）Q （过闸设计流量）b （闸门宽度）q （过闸单宽流量）0.650.5990.6682875130.61.2682875131.51.51P0.016）h k （临界水深）E 0/h k ψh c /h k （查水力计算手册P203）h c （收缩断面水深）h c ′′（共轭水深）0.467136352.7150263710.950.460.2148827220.872512962h t （渠道下游水深）h c ′′＞ht 假设消力池深度S 1E 010.33需要建消力池0.551.818287513εzb 0d z εb0.97014558840.90.9831626556.003343151E01/h kh c1/h k（查水力计算手册P203）h c1′′/h k（查水力计算手册P203）h c1′′3.8924127990.4220.934272703b bεN（闸孔数）H（闸前水深）V0H000.98316265510.6700.67σΔZ S（设计消力池池深）E0′/h k h c/h k（查水力计算手册P203）h c1.050.4656288070.185357531 3.1118217190.420.196197m（堰流流量系数）Q（泄流流量）hs（由堰顶算起的下游水深）σB0（闸孔总净宽）0.385100.20.59837907118.18432824计算消力池长度F rcLj（自由水跃跃长）查水力计算手册P194（4-1-3）Lk（消力池长度）查水力计算手册P207（4-2-7）3.67388934.983792828 3.987034262。