水工建筑物课程设计之前进水闸设计

《水工建筑物》课程设计水闸设计计算说明书姓名：专业：水利水电工程指导老师：云南农业大学水利学院2016.12目录一、基本资料........................................ 错误!未定义书签。

1.1设计依据.................................... 错误!未定义书签。

1.2设计要求.................................... 错误!未定义书签。

二、设计计算........................................ 错误!未定义书签。

2.1水闸形式及孔口尺寸的拟定.................... 错误!未定义书签。

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2.2消能防冲设计................................ 错误!未定义书签。

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三、防渗设计........................................ 错误!未定义书签。

3.1地下轮廓的设计.............................. 错误!未定义书签。

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3.2渗流计算.................................... 错误!未定义书签。

水闸设计1. 引言水闸是一种用于控制水流的工程设施，广泛应用于水利工程领域。

它可以调节河流、运河等水体的水位，保证水资源的合理利用，防止洪水灾害，并为船只通行提供便利。

本文将围绕水闸设计展开讨论。

2. 水闸的作用和分类2.1 作用•调节水位：根据需要，提高或降低水位，实现对河道、湖泊等水体的调控。

•防洪：在洪水来临时，通过开启或关闭闸门来控制洪峰流量，减轻洪灾损失。

•船舶通行：为船只提供通行条件，使其能够顺利通过两侧水域的高差。

2.2 分类根据不同的功能和结构形式，水闸可以分为以下几类： - 平板闸：最简单常见的一种类型，由上下两块平板组成。

- 插板闸：由多块插板组成，在需要时插入或拔出以控制流量。

- 达蓬闸：利用达蓬原理调节水位的一种闸门形式。

- 液压闸：通过液压控制闸门开关，实现对水流的调节。

- 钢闸：由钢材制成的大型闸门，通常用于大型水利工程。

3. 水闸设计的基本原则3.1 安全性原则水闸设计首要考虑的是安全性，确保在各种情况下都能正常运行，并能承受可能出现的最大水压和冲击力。

3.2 可靠性原则水闸应具备良好的可靠性，能够长时间稳定运行，并能抵御外界环境因素的影响。

3.3 经济性原则在满足安全和可靠性要求的前提下，尽量降低设计、建设和维护成本，提高工程的经济效益。

3.4 灵活性原则根据不同的需求和环境变化，水闸应具备一定的灵活性，能够适应不同条件下的调节要求。

4. 水闸设计流程4.1 初步设计阶段在初步设计阶段，需要进行以下工作： - 收集基础数据：包括水文、地质、气象等方面的数据，为后续设计提供依据。

- 确定工程任务：明确水闸的具体功能和设计要求。

- 进行初步方案比选：根据任务要求和实际情况，制定几种初步设计方案进行比较，选择最合适的方案。

4.2 详细设计阶段在详细设计阶段，需要进行以下工作： - 绘制施工图纸：包括结构图、平面布置图、剖面图等，为施工提供参考。

- 计算水力参数：根据水文数据和设计要求，计算水闸的流量、水位等参数。

《水工建筑物》课程课程设计前进闸初步设计学号: 08专业: 水利水电工程姓名: 封苏衡指导教师: 潘起来老师2011年 12 月 19日目录第一章设计资料和枢纽设计 (4)1.设计资料 (4)2.枢纽设计 (5)1.闸室结构设计 (7)2.确定闸门孔口尺寸 (7)第三章消能防冲设计 (11)1.消力池设计 (11)2.海漫的设计 (13)3. 防冲槽的设计 (14)第四章地下轮廓设计 (15)1.地下轮廓布置形式 (15)2. 闸底板设计 (15)3.铺盖设计 (16)4. 侧向防渗 (16)5. 排水止水设计 (17)第五章渗流计算 (19)1.设计洪水位情况 (19)2. 校核洪水位情况 (23)1. 闸室的底板 (24)2. 闸墩的尺寸 (24)3. 胸墙结构布置 (24)4. 闸门和闸墩的布置 (24)5. 工作桥和交通桥及检修便桥 (25)6. 闸室分缝布置 (26)第七章闸室稳定计算 (27)1.确定荷载组合 (27)2. 闸室抗滑稳定计算和闸基应力验算 (27)第八章上下游连接建筑物 (31)1.?上游连接建筑物 (31)2.下游连接建筑物 (31)参考文献 (31)第一章设计资料和枢纽设计1、设计资料工程概况前进闸建在前进镇以北的团结渠上是一个节制闸。

本工程等别为Ⅲ等，水闸按3级建筑物设计。

该闸有如下的作用：（1）防洪。

当胜利河水位较高时，关闸挡水，以防止胜利河的高水入侵团结渠下游两岸的底田，保护下游的农田和村镇。

（2）灌溉。

灌溉期引胜利河水北调，以灌溉团结渠两岸的农田。

（3）引水冲淤。

在枯水季节。

引水北上至下游红星港，以冲淤保港。

规划数据（1）团结渠为人工渠，其断面尺寸如图1所示。

渠底高程为，底宽50m，两岸边坡均为1：2 。

（比例1：100）图1 团结渠横断面图（单位：m）（2）灌溉期前进闸自流引胜利河水灌溉，引水流量为300sm/3。

此时相应水位为：闸上游水位，闸下游水位；冬春枯水季节，由前进闸自流引水至下游红星港，引水流量为100sm/3，此时相应水位为：闸上游水位，闸下游水位。

《水工建筑物》课程设计前进闸设计计算书学号:专业:姓名:指导教师:目录第一部分设计资料和枢纽设计······························1.工程概况·············································2.枢纽设计·············································第二部分闸孔设计·········································1.闸室结构设计·········································2.闸门孔口尺寸········································第三部分消能防冲设计····································1.消力池设计··········································2.海漫设计············································3. 防冲槽设计··········································第四部分地下轮廓设计····································1.地下轮廓布置形式····································2. 闸底板设计·········································3.铺盖设计···········································4. 侧向防渗设计·········································5. 排水止水设计········································第五部分渗流计算······································1.设计水位情况······································2.校核水位情况······································第六部分闸室结构布置··································1. 闸室的底板········································2. 闸墩的尺寸·········································3. 胸墙结构布置·······································4. 闸门和闸墩的布置··································5. 工作桥和交通桥及检修桥····························6. 闸室分缝布置·······································第七章闸室稳定计算1. 荷载组合考虑·······································2. 闸室抗滑稳定计算和闸基应力验算····················参考文献···············································第一部分设计资料和枢纽设计1.1工程概况1.11设计用途前进闸建在前进镇以北的团结渠上是一个节制闸。

1工程概况1.1 基本资料本闸位于某中型灌区干渠渠首,为渠首取水水工建筑物.1.2 建筑物级别根据水闸设计过水流量和水闸设计规范(SL-265-2001)的平原区水闸枢纽工程分等指标知本工程规模属于小(1)型,水闸级别为IV级,其建筑物级别为1级.1.3 孔口设计水位孔口设计水位组合见表1-1表1-1闸孔设计时水位及流量组合1.4 消能防冲设计水位消能防冲设计水位组合见表1-2表1-2 消能防冲设计水位组合表1.5 闸室稳定计算闸室稳定计算水位组合见表1-3表1-3 闸室稳定计算水位组合表1.6 地质资料建筑物底板下土层为粉质粘土,土层物理力学指标为:凝聚力kPa 32=C ,擦角︒=18ϕ,地基土允许承载力[]kPa 220=R .1.7 回填土资料回填土采用砂壤土,假设其内摩擦角︒=28ϕ,C =0,湿容重18kN/米3,饱和容重为20 kN/米3,浮容重10 kN/米3.1.8 地震设计烈度地震设计烈度 :7°,设计基本地震加速度 值为0.10g.1.9 其他上下游河道断面相同均为梯形,河底宽20.0米,河底高程▽3.0米,边坡1:2.5,外河堤顶高程▽10.5米,干渠渠顶高程▽6.0米.两岸路面高程▽10.5米.交通桥荷载标准:公路－Ⅱ级,交通桥总宽8.0米,净宽7.0米.2 孔口宽度设计2.1 闸孔形式的确定根据水闸设计规范(SL-265-2001),当闸槛高程较低,挡水高度较大,挡水水位高于泄水运用水位或闸上水位变幅较大且有限制过闸单宽流量要求时选用胸墙式水闸.本工程河底高程3.0米, 挡水最高水位为8.5米,则挡水高度为5.5米较大.综上,本工程选用胸墙式水闸.2.2 孔口设计水位组合孔口设计水位见表2-1表2-1 孔口设计水位组合表2.3 堰型及堰顶高程的确定2.3.1 堰型的确定本工程的主要任务是拦蓄上游河水,确保灌溉用水,应具有较大的泄水能力,在洪水时期还应担负着泄洪的任务,对于灌溉水质有一定的要求,便于排砂排淤,所以采用无底坎宽顶堰孔口.2.3.2 堰顶高程的确定本水闸将堰顶高程定的与河底同高,高程为3.0米.2.4 闸孔宽度的确定2.4.1 过水断面确定根据资料,上下游河道断面为河底宽20.0米,边坡1:2.5,河底高程 3.0米,外河堤顶高程▽10.5米,干渠渠顶高程▽6.0米,画出过水断面如图2-1所示:ab图2-1 a 、b 为上、下游河道断面图 (单位:米)故过水断面面积为:2()(2.5320)382.5A mh L h m =+=⨯+⨯=2.4.2 闸孔净宽确定(1)、上游行进流速:m/s 73.05.82600===A Q v计入行进流速的 上游水深:3.03m 9.820.730.132220=⨯⨯+=+=g v H H α 式中:H ——上游水深,为6.0-3.0=3.0米;α——流速系数,取1.0;(2)、由于水闸闸槛高程较低、挡水高度 较大,闸上水位变幅较大 ,所以闸式结构选用胸墙式.设置胸墙底高程为5.80ｍ.由于闸孔设计时外河水位▽6.00ｍ,高于胸墙底高程,所以为孔流.根据《水闸设计规范》,采用下列公式计算:0B=160.42.718er h λ='ε= μϕε= 式中:h ——孔口高度 ,为5.8-3.0=2.8米;r ——胸墙底圆弧半径,取0.2米;λ——计算系数,计算得0.128;'ε——孔流垂直收缩系数,计算得0.886;ϕ——孔流流速系数,可采用0.95—1.0,本设计取0.95; μ——孔流流量系数,计算得0.350; σ——淹没系数.由于孔流淹没系数σ和0B 都是未知的 ,不能直接求得,需要用迭代的 方法试算.先假设'σ=0.50,具体计算见表2-2.表2-2 闸空总净宽计算表注:q =Q /B 0,022c cq E h gh =+,⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+=181232c c ''c /gh q h h ,由''s c c h h H h --查《水闸设计规范》表A.0.3-2得'σ.跃前水深的 迭代公式为1ci h +=,迭代计算见表2-3.表2-3 跃前水深c h 计算表2.4.3 水闸闸孔数确定为了 保证闸门对称开启,防止不良水流形态,选用3孔闸,取中墩厚1米,边墩厚0.8米.则单个闸空净宽为:0015.56 5.193B b m N ===,取净宽0b =5米 闸孔实际总净宽为:0=15m B 实闸孔总宽为:18.6m 28.020.115=⨯+⨯+=B2.4.4 水闸实际流量确定水闸实际流量:''0=Q B h σμ实实150.550.35 2.6=⨯⨯⨯ /s m 9.573= 检验Q 实是否满足要求:57.9603.5%5%60Q Q Q--==<实,满足要求. 2.4.5 闸孔布置图闸孔布置如图2-2所示80500100500100500801:2.51:2.518602000图2-2 闸孔布置图 (单位:厘米)3 消能防冲设计3.1 消能防冲水位组合消能防冲水位组合见表3-1表3-1 消能防冲设计水位组合表3.2 消力池设计3.2.1 消力池形式的 选定根据规范4.4.3条规定:当水闸闸下尾水深度 较深、且变化深度 较小 ,河床及岸坡抗冲能力较强时,可采用面流式消能.本工程跃后水深最高为2.09米,下游水深为2.6米,为淹没式水跃,并且工程中常采用下挖式消力池,因此,本工程采用下挖式消力池.3.2.2 消力池池深的 计算计算方法a 、先假设d=0.5米,计算0H 、0T ;b 、由公式2320202ccq h T h g αϕ-+=,试算c h .其中为ϕ流速系数,取ϕ=0.98;c 、由公式0.25''1212c c h b h b ⎫⎛⎫=⎪ ⎪⎪⎝⎭⎭,计算''c h ; d 、由公式222'2''222s cq q Z g h gh ααϕ∆=-,计算Z ∆.其中:Z ∆——出池落差;'s h ——出池河床水深; e 、由公式'''0c s d h h Z σ=--∆,计算d ;f 、若由e 计算出的 d ≤0.5米,则取d=0.5米;若d>0.5米,则重新计算d 值,直至试算出结果.具体计算见表3-2表3-2 消力池深度 计算表注:02vH Hgα=+;000T d H=+;32022c cqh T hgαϕ-+=;22qKgαϕ=;ch=0.25''1212cch bhb⎫⎛⎫=⎪ ⎪⎪⎝⎭⎭;222'2''222s cq qZg h ghααϕ∆=-'''0c sd h h Zσ=--∆.式中:d——假设的消力池深度,米;d——消力池深度,米;σ——水跃淹没深度系数,取 1.05=σ;''ch——跃后水深,米;ch——收缩水深,米;α——水流动能校正系数,取1.0;q——过闸单宽流量,/sm3;1b——消力池首端宽度,米;2b——消力池末端宽度,米; 0T——由消力池底板顶面算起的总势能,米; ΔZ——出水池落差,米;'sh——出水池河床水深,米;ϕ——流速系数,取0.95.根据表3-2的计算结果,消力池深度取为0.8米.3.2.3 消力池长度的计算(1)水跃计算根据《水闸设计规范》出闸水流的跃前水深ch、跃后水深''ch,按以下公式计算:232022c cqh T hgαϕ-+=:0.25''1212cch bhb⎫⎛⎫=⎪ ⎪⎪⎝⎭⎭具体计算见表3-3.表3-3 水跃计算表(2)''6.9() 6.9(2.240.40)12.70m j c c L h h =-=⨯-= (3)消力池长度 计算斜坡段采用1:4的 坡度 ,平台宽度 为1.0米,m 36.140.18.040.1=++=++=j j j sj L d L L L β式中:s L ——消力池斜坡段水平投影长度 (米);β——水跃长度 校正系数,取0.8. 故取sj L =15米.3.2.4 消力池地板厚度 的 计算消力池底板又称护坦,确定它的 厚度 要从抗冲和抗浮方面考虑,因为在消力池末端设置冒水孔,所以只要满足抗冲要求就行了 .根据抗冲要求,按《水闸设计规范》公式(B.1.3-1)计算,即'1H q k t ∆=式中:t ——消力池底板始端厚度 (米);'H ∆——闸孔泄流时的 上、下游水位差(米),H '∆=7.0-4.0=3.0米;1k ——消力池底板计算系数,可采用0.15～0.20取0.20;q ——过闸单宽流量(米2/s).表3-4 消力池底板厚度 计算表根据以上计算结果,现确定消力池底板的 厚度 为0.5米,末端设尾坎高度 为0.8米.3.2.5 消力池构造的 确定本次工程采用下挖式消力池,为了 便于施工,消力池底板做成等厚,为了 降低护坦底部的 渗透压力,可在护坦下设铅直排水孔,并在护坦底部铺设反滤层,排水孔设在水平底板的 后半部,排水孔直径为6厘米,间距为1.5米,按梅花形排列,反滤层厚为30厘米,分三层,从上到下依次为10厘米碎石子,10厘米中砂,10厘米细砂.消力池构造如图3-1所示.3.0 2.23.02.51.4排水孔6@150细砂10cm中砂10cm 碎石10cm 10032098050501500图3-1 消力池尺寸构造图 (单位:高程米;尺寸厘米)3.3海漫设计3.3.1 海漫长度 的 计算海漫长度 ,按《水闸设计规范》,对于'H q s ∆=1～9,且消能扩散良好时,海漫长度 可按公式'H q K L s s p ∆=计算. 式中p L ——海漫长度 (米);s q ——消力池末端单宽流量(米3/s.米); 'H ∆——闸孔泄水时上下游水位差(米) ; s K ——海漫长度 计算系数,按下表查得取为10;具体计算见表3-5表3-5 海漫长度 计算表3.3.2 海漫构造对于海漫要求表面有一定的 粗糙度 ,以利于进一步消能,具有一定的 透水性,以便使渗透水自由排出,降低扬压力,具有一定的 柔性,以适应下游河床可能的 冲刷变形,所以在海漫的 起始段为8米长的 浆砌石水平段,因为浆砌石的 抗冲性能较好,其顶面高程与护坦齐平,后15米为干砌石段,保护河床不受冲刷,海漫厚度 取为0.4米,下铺设10厘米的 碎石,10厘米的 黄砂.3.4 防冲槽设计3.4.1 河床冲刷深度 计算海漫末端的 河床冲刷深度 可按公式[]m mm h v q d -=01.1计算, 式中:m d ——海漫末端河床冲刷深度 (米);m q ——海漫末端单宽流量(米2/s);[]0v ——河床土质允许不冲流速(米/s)由高教版《水力学》上册表5.3查得 ;m h ——海漫末端河床水深(米);具体计算见表3-6,表3-6 冲刷坑深度 的 计算表3.4.2 防冲槽尺寸的 确定由计算结果可知冲刷深度 为2.26米,如按此值作为防冲槽深度 不经济,施工非常困难.一般取防冲槽深度 为1.5—2.0米,本设计取1.5米.槽底宽约为1—2倍槽深,取1.5米.上游坡度 系数1:2,下游坡度 系数1:2.防冲槽的 构造图见图3-2.1:21:23.01.5220150300图3-2 防冲槽的 构造图 (单位:高程米;尺寸厘米)4 闸基渗流计算4.1 渗流计算水位组合渗流计算水位组合见表4-1表4-1 渗流计算水位组合表4.2.1防渗长度的拟定防渗长度初拟值按下式计算∆L=C H式中:L——闸基防渗长度,包括水平段、铅直段及倾斜段∆——上、下游最大水位差(米)HC——允许渗径系数,按表4-2,即为《水闸设计规范》SL 265-2001表4.3.2选用.表4-2 允许渗径系数设计与校核情况下的最大水位差发生在校核情况时.∆=8.5-3.0=5.5米H本水闸持力层为粉质粘土.由表4-2查得允许渗径系数C=3.则L=C H∆=3×5.5=16.5米拟4.2.2地下轮廓线布置(1)本设计中的土是粉质粘土,上游采用混凝土铺盖,铺盖长度取为15米.铺盖的最小厚度 不宜小 于0.4米,这里取0.5米.铺盖在顺水流方向设置永久缝,减少地基不均匀沉降和温度 变化的 影响. (2)底板长度 的 初拟a 、满足闸室上部结构布置的 要求: ++L B B B =交通桥工作桥工作便桥交通桥宽度 取8米,工作桥宽度 取3.5米,工作便桥宽度 1.5米,则L=13米. b 、闸底板顺水流方向的 长度 应满足闸室整体稳定性和地基允许承载力的 要求, L=(1.5～4.5)H ∆,H ∆为上下游最大 水位差,所以L 为(8.25—24.75)米. 综上,底板长度 取16米. (3)闸底板厚度 08161)b (t -=,0b 为闸孔净宽,所以t=(0.63-0.83)米,取1.0米. (4)齿墙深度 取0.5米,齿墙底宽取1.0米,斜坡比取1:1. (5)地下轮廓线布置图:3.02.0 2.51.52.0150016008050137050130050100100图4-1 地下轮廓线布置图 (单位:尺寸厘米;高程米)由布置图计算防渗长度 :0.80.80.513.7 1.0 1.00.510.7L =++++++=34.12米> =16.5m L 拟4.3 闸基渗流计算4.3.1 简化地下轮廓线根据《水闸设计规范》(SL265-2001),采用改进阻力系数法,将原地下轮廓线简化如下:3.02.0 2.51.52.0-151234567891.5（1） （2） （3） （4）（5） （6） （7） （8）15001600图4-2 地下轮廓线简化图 (单位:尺寸厘米;高程米)4.3.2 确定地基计算深度地下轮廓线水平投影:0L =20+16=36米; 地下轮廓线垂直投影:0S =1.5米; 因为00362451.5L S ==>,故地基有效深度 18m 365.05.00=⨯==L T e , 取m 18=c T .4.3.3 计算各段阻力系数各段阻力系数的 具体计算见表4-3.表4-3 各渗流区段阻力系数计算表4.3.4 计算各典型段的 渗压水头损失(1)各典型段的 渗压水头损失计算对于不同的 典型段,ξ值是不同的 ,而根据水流连续条件,各段的 单宽流量相同,所以,各段的 q /K 值相等,而总水头H ∆应为各段水头损失的 总和.11nni iqH h K ξ∆==∑∑式中:1ni ξ∑——各段阻力系数的总和;n ——典型渗流段的段数;K ——渗透系数. 由上式便可得各段水头损失为i iiHh ξξ∆=∑各典型段的 渗压水头损失的 具体计算见表4-4.表4-4 各区段渗压水头损失计算表(2)进、出口段修正按下式:00''h h β= 其中:]059.0][2)(12[121.1'2''++-=TS T T β01)h β(Δh '-=其中:0h ——进、出口水头损失(米);'0h ——修正后的 进出后损失值(米);'β——阻力修正系数,当'β≥1时,取'β=1.0;'S ——底板埋深与板桩入土深度 之和,或为齿墙外侧埋深(米);'T ——板桩另一侧地基透水层深度 ,或为齿墙底部至计算深度 线的 垂直距离(米);T——地基透水层深度(米);h∆——修正后水头损失的减小值(米);(3)各区段渗压水头损失调整对进出口进行修正,具体修正见表4-5.表4-5 进出口修正计算表各区段渗压水头损失调整具体计算见表4-6.表4-6 各区段渗压水头损失调整计算表4.3.5 计算各渗流角点处的渗压水头,并画出闸底渗透压力分布图(1)各渗流角点处的渗压水头计算见表4-7.表4-7 各角点渗压水头计算汇总表(2)闸底渗透压力分布图:4.699150016005.018150016003.0110.19215001600图4-3 闸底渗透压力分布图 (单位:米)4.3.6 底板所承受渗透压力计算根据图4-3计算渗透压力,底板总宽度 为18.6米.具体计算见表4-8.表4-8 渗透压力计算表(力矩以底板中心为矩心)4.3.7 计算渗透坡降出口坡降计算公式:''0Sh J =水平坡降计算公式: LHJ x ∆=式中: J ——出口段渗流坡降值;x J ——水平段渗流坡降值;'h ——出口段修正后的 水头损失值(米);'S —— 底板埋深于板桩入土深度 之和(米);H ∆ —— 水平段水头损失值(米);L —— 水平段长度 (米).底板下土层为粉质粘土,由《水闸设计规范》SL265-2001表6.0.4查得:[]x J =0.30~0.40,[]J =0.60~0.70渗透坡降具体计算见表4-9.表4-9 渗透坡降计算表5 闸室结构布置5.1 底板布置5.1.1 底板的作用闸底板是闸室的基础,承受闸室及上部结构的全部荷载,并较均匀地传给地基,还有防冲,防渗等作用.5.1.2 底板的形式本次设计闸室底板采用整体式平底板.5.1.3 底板长度的确定根据前面设计,知闸底板长度为16米.5.1.4 底板厚度的确定根据前面设计,知闸底板厚度为1.0米.5.1.5 底板齿墙的确定底板齿墙深为0.5米,宽度 1.0米,齿墙可以增加闸室稳定性和延长防渗长度.5.2 闸墩的布置5.2.1 闸墩的作用分隔闸孔并支承闸门、工作桥等上部结构,使水流顺利通过闸门.5.2.2 闸墩的外形轮廓应能满足过闸水流平顺、侧向收缩小,过流能力大的要求,上游墩头采用半圆形,闸墩长度取决于上部结构布置及闸孔形式,一般与底板同长或者稍短一些,本次设计取与闸底板同长为16米.5.2.3 闸墩厚度的确定闸墩厚度必须满足稳定要求和强度要求,闸墩在门槽处的厚度不小于0.4米.本水闸的中墩厚度为1.0米,边墩厚度为0.8米,上下游墩头采用半圆形.平面闸门槽尺寸应根据闸门的尺寸确定,检修门槽深0.2米,宽0.30米,主门槽深0.30米,宽0.5米.检修门槽和工作门槽之间留2.0米的净距,以便工作人员检修.5.2.4 闸墩高度的确定(1)安全超高确定因本水闸级别IV级,根据《水闸设计规范》SL265-2001表4.2.4,安全超高为0.3米,风浪爬高取0.7米. (2)闸墩顶高程确定设计情况:闸墩顶高程=设计上游水深+安全超高+风浪爬高=8.15+0.3+0.7=9.15米校核情况:闸墩顶高程=校核上游水深+安全超高+风浪爬高=8.5+0.3+0.7=9.5米经比较,选用闸墩墩顶高程为10米,略低于两岸堤顶高程.即闸墩高7米.5.2.5 闸墩具体平面尺寸确定中墩的 平面布置图见图5-1;15030200501170R 50R 501002030图5-1 中墩的 平面布置图 (单位:厘米)边墩的 平面布置图见图5-2;150302005011701600图5-2 边墩的 平面布置图 (单位:厘米)5.3 胸墙的 布置由于该水闸的 挡水高度 较大 ,故设置胸墙代替一部分闸门高度 .胸墙顶高程与闸墩顶高程相同,胸墙底高程为5.8米.根据 《水闸设计规范》SL265-2001,孔径小 于6米,故胸墙采用等厚的 板式结构,用钢筋混凝土材料,厚度 取30厘米,采用简支形式.布置在上游.胸墙结构尺寸见图5-3.30420R 50图5-3 胸墙结构示意图 (单位:厘米)5.4 闸门与启闭机的 设计5.4.1 闸门的 设计取闸门高度 3.2米,宽度 为5米,双吊点平板钢闸门. 平面闸门自重的 估算,取3-4 kN/㎡.则闸门自重为: 48kN 53.20.3=⨯⨯=G 考虑其它因素取闸门自重为50kN.5.4.2 启闭机计算(1)启闭力的 计算据《闸门与启闭机》估算公式:()0.10~0.12 1.2Q F P G =+ ()0.10~0120.9W F P G=-式中: Q F ——启门力(kN);P ——总水压力(kN),b h h P )2121(22下上γγ-= G ——估算的 闸门自重(kN);W F ——闭门力(kN).具体计算见表5-1.表5-1 闸门启闭所需的 启门力和闭门力计算表由计算结果可以看出w F <0所以闸门在关闭时不需要增加配重块. (2)初步拟定启闭设备查《闸门设计手册》选用电动卷扬式启闭机型号为QPQ-2 8,启闭力160kN,启闭机自重1.9t.地脚螺栓的 间距G=1320米米 、 启闭机的 宽度 为J=1380米米.5.5 工作桥的 布置(1)工作桥的 设计原则工作桥是为了 安装启闭机和便于工作人员操作而设置的 桥,若工作桥较高可在闸墩上设置排架支承.工作桥设置高程与闸门尺寸及形式有关.由于是平面钢闸门,采用固定式卷扬启闭机,闸门提升后不能影响泄放最大 流量,并保留一定的 富裕度 .(2) 工作桥的 构造启闭机最大 宽度 为1.38米,两边需同时留出0.6～1.2米的 富裕宽度 以供工作人员操作及设置栏杆之用,还要配置管理用房,初步拟定桥面总宽度 为3.4米.纵梁高度 取0.8米,宽度 0.4米.横梁截面为矩形,高度 为纵梁的 2/3～3/4,宽度 为高度 的 1/3～1/2,初步拟定横梁的 高度 为0.60米,宽度 为0.30米. (3)工作桥的 高程工作桥高度 视闸门的 形式、闸孔水面线而定.对平面闸门采用固定式启闭机时上游设有胸墙,则工作桥横梁底部高程=闸墩高程+闸门高+(1.0～1.5)米=10.0+3.2+1.0=14.2米,则纵梁底高程=14.0米,工作桥排架高为14.0—10.0=4米.工作桥具体尺寸如图5-4所示.260151560401004060201001070810×1030060图5-4 工作桥构造图 (单位:厘米)5.6 交通桥的布置交通桥采用空心板结构,按公路Ⅱ,双车道设计,桥面高程10.5米.则栏杆柱厚度为0.25米,栏杆的厚度取0.12米,交通桥净宽7米,总宽度为8米.交通桥的具体尺寸见图5-5.800图5-5 交通桥布置图(单位:高程米;尺寸:厘米)5.7 工作便桥的布置检修桥的作用为放置检修闸门,观测上游水流情况,设置在闸墩的上游.具体尺寸见图5-6.5.8 分缝和止水5.8.1 分缝闸室在垂直水流方向,每隔一段距离需要用缝分开,以免闸室因地基不均匀沉降及温度变化而产生裂缝.因本设计闸室地基为粘土,地基承载力比较好,地质较好,且闸孔较少,仅为三孔,闸墩可不设缝.除了上述闸室本身要分缝以外,凡是相邻结构荷重相差悬殊或结构较长、面积较大的地方,都要用沉降缝分开,如铺盖与闸室底板、翼墙连接处,消力池与闸室底板.翼墙较长时也要设缝.混凝土铺盖及消力池的护坦面积较大时也需设缝.5.8.2 止水水闸设缝后,凡是具有防渗要求的缝都须设止水设备.对于止水设备,除应满足防渗要求外,还应能适应混凝土收缩及地基不均匀沉降的变形;同时,也要构造简单,易于施工.止水按其位置不同可分为铅直止水及水平止水两大类.必须处理好两个止水交叉处的构造.5.9 闸室段总体布置图80010.510050130050100501003020050112050100103010.03.02.71.55.86.214.014.812.02.01600图5-6 闸室结构布置图 (单位:高程米;尺寸厘米)6 闸室稳定计算水闸在使用过程中,可能会出现各种不利情况,完建无水期是水闸建好尚未投入使用之前,竖向荷载最大,容易发生沉陷或不均匀沉陷.本次设计稳定计算需要考虑设计水位组合、校核水位组合和地震情况,本次设计地震烈度为7度,需要考虑地震情况.完建无水期和设计水位组合为基本荷载组合,校核水位情况和地震水位情况为特殊组合,取整个底板验算其稳定.荷载计算情况见表6-1.表6-1荷载组合表6-2 闸室稳定计算水位组合6.1 完建无水期荷载计算及地基承载力验算6.1.1 闸室结构荷载计算根据《水闸设计规范》7.3.1取闸室作为计算对象,底板顺水流方向长度16.0米,底板宽度18.6米.闸室荷载计算如下.kN/m,闸室底板的宽度为18.6米,完建无水期的荷载分布见取钢筋混凝土重25 3图6-1,闸室结构自重具体计算见表6-3.GGGGGG便桥工作桥闸门交通桥闸墩底板图6-1 完建无水期荷载分布图表6-3 闸室自重计算表(以底板地面中心点为矩心)6.1.2 地基承载力验算根据荷载计算结果,进行地基承载力验算,由设计资料可知地基承载力为[]220kPa=P ,则:⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⨯⨯±⨯=±=∑∑下上kPa 71.6674.631618.61177.41666.187.21767622max minbL M bLG P地基应力平均值:[]max min 74.6371.6673.15kPa 220kPa 22P P P P -++===<= 地基不均匀系数:[]max min 74.63 1.04 1.571.66P ηηP ===<= 根据计算结果,可得出结论为:完建期的 地基承载力能够满足要求,地基也不会发生不均匀沉降.6.2 闸室有水情况下的 荷载计算闸室有水期荷载除闸室自重外,还有静水压力、水重和闸底板所受的 扬压力.闸室有水情况下的 荷载分布图见图6-2.GGGGGG便桥工作桥闸门交通桥闸墩底板上游水平水压力下游水平水压力上游水位下游水位渗透压力浮托力图6-2 有水情况荷载分布图6.2.1 水重根据上下游水深分别计算其水重,闸室水重具体计算见表6-4.表6-4 水重计算表(矩心同表6-3)6.2.2 浮托力的 计算根据静水力学原理和较低侧水位确定闸底板所承受浮托力强度 ,其值计算见表6-5.表6-5 浮托力计算表(以底板底面中心点为矩心)6.2.3 渗透压力的 计算渗透压力分布图在渗流计算时已经画出,渗透压力具体计算见表6-6.表6-6 渗透压力计算表(力矩以底板中心为矩心)6.2.4 水平水压力的 计算上、下游水平水压力与上下游水位有关,其大 小 分布见图6-3、6-4、6-5,具体计算见表6-7.3.053.412.01.5图6-3 设计情况水平水压力分布图3.02.01.556.84图6-4 校核情况水平水压力分布图3.02.01.549.98图6-5 地震情况水平水压力分布图表6-7 水平水压力计算表(以底板底面中心点为矩心)6.2.5 地震作用根据《水闸设计规范》7.1.4,7度 及7度 以上地震区的 水闸应认真分析地震作用,本水闸地震设计烈度 为7度 ,需要分析地震作用.根据《水工建筑物抗震设计规范》,水工建筑物只考虑水平向地震作用.计算中采用拟静力法,根据《水工建筑物抗震设计规范》公式F i ＝g G a i Ei h /αξ 计算.具体计算见表6-8.表6-8 地震惯性力计算表6.2.6闸室荷载汇总闸室荷载汇总见表6-9.表6-9 闸室荷载汇总表6.2.7基底压力不均匀系数计算根据偏心受压公式计算基底压力和基底压力不均匀系数,具体计算见表6-10.表6-10 基底压力不均匀系数计算表注:不均匀系数minmax p =η,max min 2P bL bL =±.式中:∑G 为作用于基底的 所有竖向力的 总和,kN;∑M 为所有力对底板底面中心点的 力矩总和,以逆时针旋转为正,kN.m ;b 为闸室宽度 ,米;L 为底板长度 ,米.6.2.8 闸室抗滑稳定计算闸室各工况抗滑稳定具体计算见表6-11.表6-11 闸室抗滑稳定计算表注:闸基抗滑稳定按公式 K c =∑∑H计算.K c 为沿闸室基底面的 抗滑稳定安全系数;f ——闸室基底面与地基之间的 摩擦系数,本工程为0.35;∑W 为作用在闸室上的 全部竖向荷载(kN);∑H 为作用在闸室上的 全部水平向荷载(kN).。

1.水闸根本设计资料1.1.根本资料1.1.1工程概况东风渠起自魏县北寨村南卫XX岸，经广平、肥乡，于曲周县城南入滏阳河，是黑龙港流域老沙河系的较大排水渠之一，担负东风渠以XX区排涝任务，排涝控制流域面积765k m2。

东风渠兼有输水任务，主要引蓄黄河水和卫河水，为XX市水网、魏县“梨乡水城〞及下游黑龙港地区提供灌溉用水和环境用水。

东风渠也是引黄入冀补淀输水渠道的重要组成局部。

1..2工程地质工程区位于XX平原南部，地势根本平坦开阔，总体自东南向西北略倾。

该段渠道水流方向亦由东南流向西北。

两岸地面高程45.75～55.10m，渠底高程为43.78～46.66m，现状渠道河口宽度为46～72m。

岸坡存在冲蚀、坍塌现象，渠底多处坑洼不平。

渠底浅部多分布有淤泥和杂物，厚度约0.5～1.0m。

1.1.3水文规划资料本水闸合理使用年限为50年,设计排沥流量为83.2m3/s，引黄设计流量为58m3/s，上游设计排沥水位为44.82m，下有设计排沥水位为44.72m，上游引黄设计水位为44.08m，下游引黄设计水位44.03m，蓄水位为46.02m，河底高程为40.30m，渠底宽度为17m，边坡顶部高程为48.5m。

1.2设计标准本水闸主要建筑物级别为3级，水闸等级为四级，闸室康华稳定平安系数，根本组合时［k］不小于1.20，特殊组合时［k］不小于1.05。

本水闸本身并无交通要求，考虑到农田耕作及水闸自身施工运行要求设人行便桥。

1.3设计任务1.3.1闸孔设计包括闸孔型式与尺寸，闸底板型式及高程。

1.3.2消能防冲设计包括消力池、海漫、防冲槽型式与尺寸，上下游护坡湖底等。

1.3.3 防渗排水包括地下轮廓线设计，渗流计算，抗渗稳定验算，反滤层设计等。

1.3.4闸室构造设计布置，分缝，止水布置，闸室稳定计算。

1.3.5两岸建筑物设计包括闸室与上下游连接与两岸岸坡的连接，侧向防渗设计与验算。

2.闸孔设计2.1闸孔型式确实定此处东风渠上建一排水闸，无通航要求，因此底板采用宽顶堰式水平底板。

水工建筑物水闸课程设计一、教学目标本节课的教学目标是让学生了解和掌握水工建筑物水闸的基本概念、结构形式、工作原理和设计要求。

具体包括：1.知识目标：（1）能够正确理解水闸的定义、分类和功能；（2）熟悉水闸的主要结构组成及其作用；（3）掌握水闸的工作原理和设计要求。

2.技能目标：（1）能够运用所学知识分析和解决实际工程问题；（2）具备一定的绘图和计算能力，能够阅读和理解水闸设计图纸。

3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对水工建筑物的兴趣和热爱，提高学生的工程意识；（2）培养学生团队协作、自主学习和创新思维的能力。

二、教学内容本节课的教学内容主要包括以下几个部分：1.水闸的基本概念：介绍水闸的定义、分类和功能，使学生了解水闸在水工建筑物中的重要性。

2.水闸的结构组成：讲解水闸的主要结构组成，包括上游连接段、下游连接段、闸室、工作闸门、启闭设备等，并分析各部分的作用。

3.水闸的工作原理：阐述水闸的工作原理，包括上游水位上升、下游水位下降、闸门开启和关闭等过程，使学生掌握水闸的运行规律。

4.水闸的设计要求：介绍水闸设计的主要依据和原则，包括结构稳定性、泄洪能力、过船条件等，为学生后续学习水闸设计打下基础。

5.案例分析：分析一些典型的水闸工程案例，使学生更好地理解和运用所学知识。

三、教学方法为了提高教学效果，本节课将采用多种教学方法相结合的方式：1.讲授法：教师讲解水闸的基本概念、结构组成、工作原理和设计要求，引导学生掌握知识点。

2.案例分析法：通过分析典型水闸工程案例，使学生更好地理解和运用所学知识。

3.讨论法：学生进行小组讨论，培养学生团队协作和创新思维的能力。

4.实验法：安排学生参观水闸工程，亲身体验水闸的运行原理，提高学生的实践能力。

四、教学资源为了支持本节课的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的水工建筑物水闸教材，作为学生学习的主要参考资料。

2.参考书：提供相关领域的参考书籍，丰富学生的知识体系。

目录一、基本设计资料 ----------------------------------- 11、基本概述资料----------------------------------- 12、水流量资料------------------------------------- 13、闸基土质资料----------------------------------- 24、其他资料--------------------------------------- 25、水闸设计标准----------------------------------- 2二、闸址选择 ----------------------------------------------------------------------- 3三、总体枢纽布置 --------------------------------------------------------------- 31、拦河闸的布置----------------------------------- 32、闸室段的布置----------------------------------- 33、上游连接段的布置--------------------------------34、下游连接段的布置--------------------------------4四、水力计算 ----------------------------------------------------------------------- 41、闸孔设计-------------------------------------- 42、消能防冲设计---------------------------------- 73、海漫设计---------------------------------------9五、防渗排水设计 -------------------------------------------------------------- 101、地下轮廓设计--------------------------------- 102 、防渗计算------------------------------------- 11六、闸室的布置与稳定分析------------------------ 151、闸室结构布置--------------------------------- 152、荷载及其组合--------------------------------- 183、闸室稳定计算--------------------------------- 23七、闸室结构设计 --------------------------------- 251、闸墩设计------------------------------------- 252、底板结构设计--------------------------------- 25八、基础处理 -------------------------------------- 29九、主要参考文献---------------------------------- 30一、基本设计资料1、基本概述资料本工程是西通河灌区第一级抽水站的拦河闸，其主要任务是拦蓄西通河的河水，抬高水位满足抽水灌溉的需要，洪水期能够宣泄洪水，保证两岸农田不被洪水淹没。