闸室稳定计算

厦门市内官水闸初步设计与交通桥结构设计

1 目 录

第1章 枢纽布置与闸址选择 ............................................................................................................................ 1

第2章 水力计算 ................................................................................................................................................ 2

2.1闸孔及堰型设计 .................................................................................................................................... 2

2.1.1 闸室结构选型 ............................................................................................................................ 2

2.1.2 堰型选择及堰顶高程的确定 .................................................................................................... 2

2.1.3 闸孔净宽试算 ............................................................................................................................ 2

闸室的结构计算

第⼀节概述

⼀、概念

⽔闸是调节⽔位、控制流量的低⽔头⽔⼯建筑物，主要依靠闸门控制⽔流，具有挡⽔和泄（引）⽔的双重功能，在防洪、治涝、灌溉、供⽔、航运、发电等⽅⾯应⽤⼗分⼴泛。

⼆、⽔闸的类型

⒈按担负的任务（作⽤）分：

节制闸（拦河闸）：拦河兴建，调节⽔位，控制流量。

进⽔闸（渠⾸闸）：在河、湖、⽔库的岸边兴建，常位于引⽔渠道⾸部，引取⽔流。

排⽔闸（排涝闸、泄⽔闸、退⽔闸）：在江河沿岸兴建，作⽤是排⽔、防⽌洪⽔倒灌。

分洪闸：在河道的⼀侧兴建，分泄洪⽔、削减洪峰洪、滞洪。

挡潮闸：建于河流⼊海河⼝上游地段，防⽌海潮倒灌。

冲沙闸：静⽔通航，动⽔冲沙，减少含沙量，防⽌淤积。排冰闸：在堤岸上建闸防⽌冬季冰凌堵塞。

⒉按闸室结构分

（1）开敞式：闸室露天，⼜分为有胸墙；⽆胸墙两种形式

（2）涵洞式：闸室后部有洞⾝段，洞顶有填⼟覆盖。（有压、⽆压）

⒊按操作闸门的动⼒分

（1）机械操作闸门的⽔闸

（2）⽔⼒操作闸门的⽔闸

三、⽔闸等级划分及洪⽔标准（以平原区⽔闸枢纽为例）1、⼯程等别及建筑物级别

平原区⽔闸枢纽⼯程是以⽔闸为主的⽔利枢纽⼯程，⼀般由⽔闸、泵站、船闸、⽔电站等⽔⼯建筑物组成，有的还包括涵洞、渡槽等其它泄（引）⽔建筑物，应根据⽔闸最⼤过闸流量及其防护对象的重要性划分等别。其中⽔⼯建筑物的级别应根据其所属枢纽⼯程的等别、作⽤和重要性划分。

平原区⽔闸枢纽⼯程分等指标表5000⽔闸枢纽建筑物级别划分表

2. 洪⽔标准

平原区⽔闸的洪⽔标准应根据所在河流流域的防洪规划规定的防洪任务，以近期防洪⽬标为主，并考虑远景发展要求，按下表所列标准综合分析确定。

四．⽔闸的组成及各部分的功⽤

上游连接段→闸室段→下游连接段

（引导⽔流平顺进⼊闸室）（调节⽔位和流量）（消能、防冲）

⒈闸室：底板、闸墩、闸门、（胸墙）、⼯作桥、交通桥。

⒉上游连接段：翼墙、铺盖、护底、上游防冲槽、上游护坡。⒊下游连接段：翼墙、护坦、海漫、下游防冲槽、下游护坡、下游排⽔（反滤、排⽔孔）。

水工建筑物稳定计算？看这里轻松学

一、构造的强度、刚度和稳定性。

工程构造的首要功能，是要能承载和传递荷载（荷载是指使构造或构件产生内力和变形的外力及其它因素）。要传递荷载，首先是要能承受荷载。什么叫做能承受荷载？在工程上有三个基本标准。这三个基本标准就是：强度、刚度和稳定性。

什么是强度？强度是指材料或构造能承受多大的载荷而不破坏。简单的例子，就是给一根杆件施加力，这个力大到一定程度就把它掰断了，这个杆件在外力作用下发生破坏时出现的最大应力，就是极限强度，也可称为破坏强度（有些材料在到达极限强度前还有个屈服强度，这里不细说）。

什么是刚度？刚度是指材料或构造在受力时抵抗弹性变形的能力。建筑构造在使用上有变形极限的要求，如果变形太大，虽然可能还没有破坏，但实际上已经失去了它的使用功能。但还存在一种情况：可能构造既还未破坏也未变形太大，但却已失去了它作为构造的功能，这就是构造的稳定性问题。

什么是构造的稳定性？

所谓构造的稳定性，是指构造在外载荷的作用下，能够保持原有平衡状态的能力。如果构造在外荷载作用下不能保持原有平衡状态，就叫做“失稳二比方房屋建筑构造的压杆稳定问题等。水工建筑上常遇到的是抗滑稳定和抗倾稳定问题。比方一个重力坝，它功能是能挡水，有一种情况：即它的材料被破坏了，或变形了，这就是强度或刚度问题；但也可能有一种情况：它内部的材料可能并没有破坏或变形,但是被水平力推动了，或者被倾覆了，那它也已经不能发挥挡水功能了，要造成巨大的灾害。这就是重力坝的抗滑稳定和抗倾稳定。

本文主要讨论的仅为水工建筑物的稳定计算问题。另外正如文章标题所示的，本文只是浅谈和科普性质，并未深入探讨。

二、水工建筑物抗滑、抗倾稳定问题概述

水工建筑物的抗滑稳定和抗倾稳定问题，比方重力坝的稳定、水闸闸室的稳定、泵站泵房的稳定、挡土墙的稳定等等，基本上都可以归结为一个简单的模型，如下列图所示：

上图中，水平方向的合力2P,铅直方向的合力2队顺时针方向的合力矩顺时针，逆时针方向的合力矩逆时针。规范给出的稳定安全系数计算公式为：抗滑稳定安全系数Kc=2W∕2P,须大于规范要求的值。抗倾稳定安全系数KO=∑MV/∑MH,须大于规范要求的值。下面再具体解释。

- 1 - 1、工程等级划分及洪水标准

根据《水闸设计规范》SL265-2001对工程规模的划分规定，确定本工程等别为IV等，主要建筑物按4级设计，本设计确定防洪标准为20年一遇。

2、闸顶高程、闸门高程确定

根据《水闸设计规范》，闸顶高程需根据水闸挡水和过水两种运用情况确定。

外江（西小江）设计洪水位为20年一遇高水位5.10m（钱清站），常水位为3.9m；内河20年一遇设计洪水位5.38m（萧山站），常水位水位3.9m。

2.1闸顶高程

挡水运用情况闸顶高程需满足：闸顶高程≥正常蓄水位（或最高挡水位）+波浪计算高度+相应安全超高，

泄水运用情况闸顶高程需满足：闸顶高程≥设计洪水位（或校核洪水位）+相应安全超高；

⑴波浪要素计算

年最大风速v0=22.5m/s

风区长度 D=80m

风区平均水深Hm=3.9m

根据SL265-2001规范规定，采用下列公式计算波浪要素：

7.02045.0207.020207.013.00018.07.013.0vgHthvgDthvgHthvghmmm

5.02009.13vghvgTmm

mmmLHthgTL222

计算得

平均波高hm=0.11m - 2 - 平均波周期Tm=1.49s

平均波长Lm=3.46m

本工程主要建筑级别为4级，波浪累计频率为p=10%，

由hm/Hm=0.11/4.02≈0.0，故计算波高hp=5%=0.11×1.71=0.188m

⑵闸顶高程确定

挡水工况：闸顶高程≥（正常蓄水位）或最高挡水位+波浪计算高度+相应安全超高

外江常水位3.9m，安全超高为0.3m

外江20年一遇设计洪水位5.10m，安全超高值0.2m

正常蓄水位情况闸顶高程：md388.430.0188.09.3