拦河闸设计计算报告书.doc

目录
1 基础资料 3
1.1 工程概况 3
1.2 地质资料 3
1.3 水文气象 3
1.4 建筑材料 4
1.5 同意计划结果 4
2 闸孔设计 5
2.1闸址选择 5
2.2 闸型确定 5
2.3 确定闸孔尺寸及闸墩厚度 5
2.4 校核泄洪能力 7
3消能设计 8
3.1消能防冲设计控制情况 8
3.2消力池尺寸及结构 13
3.3海漫设计 15
3.4防冲槽设计 16
3.5上下游岸坡防护 18
4防渗排水设计 18
4.1闸底地下轮廓线部署 18
4.2排水设备细部结构 19
4.3防渗计算 21
5闸室部署 24
5.1 底板和闸墩 24
5.2 闸门和启闭机 25
5.3 上部结构 27
5.4 闸室分缝和止水 29
6闸室稳定计算 29
6.1 设计情况及荷载组合 29
6.2 完建无水期地基承载力验算 30
6.3 正常挡水期闸室抗滑稳定验算 33
7上下游连接建筑物 37
7.1上下游连接建筑物作用 37
7.2上游连接建筑物 37
7.3 下游连接建筑物 37
8 附图 37
8.1 水闸半平面部署图 37
8.2 水闸纵剖面图 37
9.结束语 38

1 基础资料
1.1 工程概况
某拦河闸闸址以上流域面积2234平方公里，流域内耕地面积288万亩，河流平均纵坡1/6200。本工程属三级建筑物。
本工程投入使用后，在正常高水位时，可蓄水2230万立米。上游5个县25个乡已建成提灌站42处，有效浇灌面积25万亩。闸上游开南、北两干渠，配支干 23条，修建多种建筑物1230座，可自流浇灌下游三县21万农田，效益巨大，是处理某河流域农田浇灌动脉，同时，也是处理地域浅层地下贫水区关键水源。
1.2 地质资料
(一)依据地质钻探资料，闸址周围地层中粉质壤土，厚度约25m，其下为不透水层，其物理力学性质以下：
1、湿重度r湿=20.2KN/m3
土壤干重度r干=16.0KN／m3
饱和重度r饱=22.2KN／m3
浮重度r浮=12.2KN／m3
2.自然含水量时，内摩擦角φ=230
饱和含水量时，内摩擦角φ=200
土壤凝聚力C=0.1KN／m2
3.地基许可承载力[P地基]=150KPa
4.混凝土、砌石和土基摩擦系数f=0.36
5.地基应力不均匀系数[η]=1.5～2.0
6.渗透系数K=9.29×10-3cm／s
(二)当地域地震烈度为60以下
1.3 水文气象
(一)气温：当地域年最高气温42度，最低气温为-18度。
(二)风速：最大风速V=20m／s，吹程D=0.6Km。
(三)降雨量：非汛期(1～6月及10～12月)9个月河流平均最大流量为10m3/s；汛期(7～9月)3个月河流平均最大流量为130m3/s。年平均最大流量36.1 m3/s，最大年径流总量为9.25亿m3。年平均最小流量15.6 m3/s，最小年径流总量为0.42亿m3。
(四)冰冻：颖河流域冰冻时间短，冻土很薄，不影响施工。
(五)上下游河道断面

1.4 建筑材料
本工程在平原地域、山丘少，石料需从外地供给，距京广线很近，交通条件很好。经调查当地域周围有较丰富粘土材料。闸址处有足够多砂料。
1.5 同意计划结果
(一)浇灌用水季节，拦河闸正常挡水位为58.69m，下游无水。
(二)洪水标准。
1.设计洪水位50年一遇，对应洪峰流量1119m3／s，闸上游洪水位为59.5m，对应下游水位59.35m。
2.校核洪水位2一遇，对应洪峰流量1642.35 m3／s，闸上游洪水位6l.00m，闸下游水位60.82m。
2 闸孔设计
2.1闸址选择
闸址、闸轴线选择关系到工程安全可靠、施工难易、操作利用、工程量及投资大小等方面问题。在选择过程中首先应依据地形、地质、水流、施工管理应用及拆迁情况等方面进行分析研究，权衡利弊，经全方面分析比较，合理确定。
此次设计中闸轴线位置已由计划给出。
2.2 闸型确定
本工程关键任务是正常情况下拦河截水，以利浇灌，而当洪水来临时，开闸泄水，以保防洪安全。因为是建于平原河道上拦河闸，应含有较大超泄能力，并利于排除漂浮物，所以采取不设胸墙开敞式水闸。
同时，因为河槽蓄水，闸前淤积对洪水位影响较大，为便于排出淤沙，闸底板高程应尽可能低。所以，采取无底坎平顶板宽顶堰，堰顶高程和河床同高，即闸底板高程为51.92m。
2.3 确定闸孔尺寸及闸墩厚度
因为已知上、下游水位，依据断面面积公式A=(b+mh)h（b为河床底宽，m为边坡系数，h为水深），可经过计算断面面积。
由资料可得b=80m，m=2，设计高程：h上=59.5m、h下=59.35 m， 校核高程：h上=61m、h下=60.82 m
马道以下面积
A1=(80+4.98×2)×4.98=448.0008㎡
马道到设计水位面积
A2=(80+4.98×2×2+6×2+2.6×2)=304.512㎡
马道到校核水位面积
A3=(80+4.98×2×2+6×2+4.1×2)×4.1=492.492㎡
可得：
A设计= A1 +A2=752.5128㎡
A校核= A1 +A3=940.4928㎡
列入下表，如表2-1所表示：
表2-1 上游水头计算
流量Q(m3/s)
下游水深hs(m)
上游水深H(m)
过水断面积(m2)
行近流速(m/s)
g
v
2
2
0

上游水头H0(m)
设计流量1119
7.43
7.58
752.5128
1.487
0.113
7.693
校核流量1642.35
8.9
9.08
940.4928
1.746
0.156
9.236
注：考虑壅高15~20cm。
闸门全开泄洪时，为平底板宽顶堰堰流，依据公式判别是否为淹没出流。
 表2-2 淹没出流判别表
计算情况
下游水深 hs(m)
上游水头H0(m)

流态
设计水位
7.43
7.693
7.43≥6.154
淹没出流
校核水位
8.9
9.236
8.9≥7.388
淹没出流

根据闸门总净宽计算公式

依据设计洪水和校核洪水两种情况分别计算以下表。其中 为堰流侧收缩系数，取0.96；m为堰流流量系数，取0.385。
B设计=1119/(0.96×0.385×0.574××7.6931.5)= 55.84 m
B校核=1642.35/(0.96×0.586×0.385××9.2361.5)= 61.03m
表2-3 闸孔总净宽计算表
流量Q(m3/s)
下游水深hs(m)
上游水头
H0(m)

淹没系数
(m)
设计流量1119
7.43
7.693
0.966
0.574
55.84
校核流量1642.35
8.9
9.236
0.964
0.586
61.03

依据《闸门设计规范》中闸孔尺寸和水头系列标准，选定单孔净宽b=9m，同时为了确保闸门对称开启，预防不良水流形态，选择7孔，闸孔总宽度为：
L＝nb0+(n－1)d= (7×9)+(2×1.6+4×1.2)=71m
因为闸基为软基河床，选择整体式底板，缝设在闸墩上，中墩厚1.2m，缝墩厚1.6m，边墩厚1m。以下图所表示。

2.4 校核泄洪能力
  依据孔口和闸墩尺寸可计算侧收缩系数，查《水闸设计规范》(规范表2-2)，结果以下：
对于中孔
b0/bs =9/(9+1.2)=0.882，得 0.9803；
靠缝墩孔
b0/bs =9/(9+1.6)=0.849，得 0.975；
对于边孔
b0/bs =9/( b0 +bb)=9/(9+9.08×2+6+(80-71)/2)=0.239，
bb=h校核—h底，得 0.910；
所以 (1×0.9803+4×0.975+2×0.910)/(1+4+2)=0.957
和假定靠近，依据选定孔口尺寸和上下游水位，深入换算流量:
利用公式

校核得：
Q设计=0.96×0.574×0.385×63××7.6931.5=1262.6m3/s

|(1262.6-1119)/1262.6 | =11.4%

Q校核=0.96×0.586×0.385×63××9.2361.5=1695.6 m3/s

|(1695.6-1642.35)/1695.6 | =3.1%
列入下表得：

表2-4 过流能力校核计算表
计算情况
堰上水头H0(m)

校核过流能力
设计流量1119
7.693
0.966
0.574
0.96
1262.53
11.37%
校核流量1642.35
9.236
0.964
0.586
0.96
1695.49
3.13%

设计情况超出了要求5%要求，说明孔口尺寸有些偏大，但依据校核情况满足要求，所以不再进行孔口尺寸调整。
3消能设计
3.1消能防冲设计控制情况
因为本闸在平原地域，河床抗冲刷能力较低，所以采取底流式消能。
设计水位或校核水位时闸门全开渲泄洪水，为淹没出流无需消能。闸前为正常高水位58.69m，部分闸门局部开启，只宣泄较小流量时，下流水位不高，闸下射流速度较大，才会出现严重冲刷河床现象，需设置对应消能设施。为了确保不管何种开启高度情况下均能发生淹没式水跃消能，所以采取闸前水深H=6.77m，闸门局部开启情况，作为消能防冲设计控制情况。
为了降低工程造价，确保水闸安全运行，能够要求闸门操作规程，此次设计按1、3、5、7孔对称方法开启，分别对不一样开启孔数和开启度进行组累计算，找出消力池池深和池长控制条件。
按公式(7)、(8)、(9)、(11)计算：

其中，此次设计取σ0=1.08，ψ=0.95，α=1.02，收缩系数ε则经过查表差值可得。
当开孔数n=1，e=0.8时，ε’=0.616，μ=0.5852，
Q=0.5852×0.8×9×1×=48.54
hc=0.616×0.8=0.493
q= Q/b=48.54/9=5.39
hc″=
当开孔数n=1，e=1.0时，ε’=0.618，μ=0.5871，
Q=0.5852×0.8×9×1×=60.87
hc=0.618×1=0.618
q= Q/b=60.87/9= 6.76
hc″=
同理可算得其它情况各值，将数据列入表3-3。
下游水深计算则需要经过水闸所在横断面图，绘制下游水位和流量关系曲线，并采取明渠均匀流公式计算：

由上述三个公式综合得出一个流量公式：
另外，因为河床n1和滩地n2糙率不一样，且n1< n2，由《水力学上册》209页可得等效糙率计算公式为：
nr=(当渠道底部糙率小于侧壁粗糙系数糙率时采取)
又因为本河道断面有马道，要分两种情况计算：
①当下游水深≤4.98m(马道高程-底部高程=56.9-51.92=4.98m)时，分别取Hs=0、0.5、1、1.5……4、4.5、4.98m，然后经过上述公式计算可得Q=0、14.11、44.47、86.86……436.36、529.73、626.05，
计算简图以下：

将数据代入表3-1，经过这些数据能够绘制出下游水位和流量关系曲线，图3-1。

表3-1(Hs≤4.98)
Q
b
Hs
χ1+χ3
χ2
总湿周
nr
A
0.00
80
0
0.00
80
80.00
0.0225
0.00
14.11
80
0.5
2.24
80
82.24
0.0227
40.50
44.47
80
1
4.47
80
84.47
0.0230
82.00
86.86
80
1.5
6.71
80
86.71
0.0232
124.50
139.54
80
2
8.94
80
88.94
0.0234
168.00
201.45
80
2.5
11.18
80
91.18
0.0235
212.50
271.88
80
3
13.42
80
93.42
0.0237
258.00
350.31
80
3.5
15.65
80
95.65
0.0239
304.50
436.36
80
4
17.89
80
97.89
0.0240
352.00
529.73
80
4.5
20.12
80
100.12
0.0242
400.50
626.05
80
4.98
22.27
80
102.27
0.0243
448.00

②当下游水深≥4.98m(马道高程-底部高程=56.9-51.92=4.98m)时，该断面要考虑马道，查《水力学上册》210页可知复式断面明渠均匀流流量计算方法：立即断面分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个部分，再对每个部分应用公式Q=AC得到：
QⅠ= AⅠCⅠ=KⅠ
QⅡ= AⅡCⅢ=KⅡ
QⅢ= AⅢCⅢ=KⅢ
则经过复式断面渠道流量，应为经过各部分流量QⅠ、QⅡ、QⅢ总和，于是：
Q=(KⅠ+ KⅡ+KⅢ)
计算简图以下：

AⅠ= AⅢ=(b1+)hⅠ
AⅡ=(b1+ mⅡh’)h’+(b2+ 2mⅡh’)hⅠ
各部分湿周分别为
χ1=χ3= b1+ h1
χ2= b2+ 2h’
各部分水力半径分别为
RⅠ=RⅢ= AⅠ/χ1
RⅡ= AⅡ/χ1
各部分流量模数分别为
KⅠ=KⅢ= AⅠCⅠ=
KⅡ= AⅠCⅠ=
用excel将这些公式编入表格，可设计出这两种情况流量计算程序，经过变换Hs值能够得出对应Q值。
又因为之前使用孔口流量公式算出了一系列Q值，则能够在excel里面用试算方法反算出对应Hs值，结果以下表3-2：
表3-2
Q
48.536
60.866
73.158
91.743
123.112
145.606
182.599
219.473
275.228
369.334
Hs
1.054
1.209
1.352
1.551
1.854
2.052
2.355
2.634
3.022
3.614
Q
242.677
304.332
365.789
458.713
615.557
339.748
426.064
512.104
642.199
861.780
Hs
2.800
3.213
3.593
4.123
4.929
3.434
3.942
4.409
5.430
6.330

将上述计算结果列入表3-3：

表3-3 消力池池深池长估算表
开启孔数n
开启高度
收缩系数

泄流量Q
单宽流量
q
收缩水深hc
跃后水深 hc″
下游水深Hs
△Z
流态判别
消力池尺寸
备注
池深
d
水跃长Lsj
池长Lj
1
0.8
0.616
48.54
5.39
0.493
3.267
1.0544
1.3666
自由出流
1.11
19.14
18.79

1.0
0.618
60.87
6.76
0.618
3.628
1.2093
1.6226
1.09
19.92
20.77

1.2
0.619
73.16
8.13
0.743
3.948
1.3517
1.8647
1.05
20.77
22.11

1.5
0.621
91.74
10.19
0.932
4.376
1.5505
2.2099
0.97
21.68
23.76

2.0
0.625
123.11
13.68
1.250
4.992
1.8535
2.7499
0.79
22.52
25.82

3
0.8
0.616
145.61
5.39
0.493
3.267
2.0524
0.2563
自由出流

1.22
19.24
19.14

1.0
0.618
182.60
6.76
0.618
3.628
2.3551
0.2947
1.27
20.65
20.77

1.2
0.619
219.47
8.13
0.743
3.948
2.6337
0.3286
1.30
21.79
22.11

1.5
0.621
275.23
10.19
0.932
4.376
3.0224
0.3735
1.33
23.14
23.76
池深控制
2.0
0.625
369.33
13.68
1.250
4.992
3.6144
0.4352
1.34
24.73
25.82
限开
5
0.8
0.616
242.68
5.39
0.493
3.267
2.7998
0.0721
自由出流
0.66
16.98
19.14

1.0
0.618
304.33
6.76
0.618
3.628
3.213
0.0747
0.63
18.10
20.77

1.2
0.619
365.79
8.13
0.743
3.948
3.593
0.0745
0.60
18.97
22.11

1.5
0.621
458.71
10.19
0.932
4.376
4.123
0.0700
0.53
19.95
23.76

2.0
0.625
615.56
13.68
1.250
4.992
4.9292
0.0533
0.41
21.00
25.82

7
0.8
0.616
339.75
5.39
0.493
3.267
3.434
0.0004
淹没出流

1.0
0.618
426.06
6.76
0.618
3.628
3.942

1.2
0.619
512.10
8.13
0.743
3.948
4.4085

1.5
0.621
642.20
10.19
0.932
4.376
5.43

2.0
0.625
861.78
13.68
1.250
4.992
6.33

3.2消力池尺寸及结构
1、消力池深度计算
依据所选择控制条件，估算池深为1.5m，用(10)、(11)、(12)式计算挖池后收缩水深hc和对应出池落差ΔZ及跃后水深hc″，验算水跃淹没系数符合在1.05～1.10之间要求。

验算得
2、消力池池长
依据池深为1.5m，用公式(13)、(14)计算出对应消力池长度为25ｍ。

3、消力池结构
采取挖深式消力池。为了便于施工，消力池底板做成等厚，为了降低底板下部渗透压力，在水平底板后半部设置排水孔，孔下铺设反滤层，排水孔孔径为10cm，间距为2m，呈梅花形部署。
依据抗冲要求，按式16计算消力池底板厚度。
(16)
其中 为消力池底板计算系数，取0.18； 为确定池深时过闸单宽流量； 为对应于单宽流量上、下游水位差。
，取消力池底板厚度t=1.0m。
消力池结构尺寸见下图：

3.3海漫设计
1、海漫长度计算
用公式(18)计算海漫长度。
其中为海漫长度计算系数，依据闸基土质为中粉质壤土则选12 ,上游水深为6.77m，下游水深可由Q和Hs关系图用差值法得出，也可在excel里面经过试算得出，单宽流量qs=Q/L,L=71m，△H=H-hs'，经过计算将结果列入表3-3。取计算表中大值，确定海漫长度为42m。

表3-3 海漫长度计算表
流量Q
上游水深
下游水深
q

100
6.77
1.635
1.408
5.135
21.438
200
6.77
2.49
2.817
4.280
28.969
300
6.77
3.185
4.225
3.585
33.942
400
6.77
3.795
5.634
2.975
37.407
500
6.77
4.345
7.042
2.425
39.739
600
6.77
4.854
8.451
1.916
41.042
626.05
6.77
4.98
8.818
1.790
41.216
650
6.77
5.464
9.155
1.306
38.815
700
6.77
5.6799
9.859
1.090
38.501

2、海漫结构
因为对海漫要求为有一定粗糙度方便深入消除余能，有一定透水性，有一定柔性。所以选择在海漫起始段为10米长浆砌石水平段，因为浆砌石抗冲性能很好，其顶面高程和护坦齐平。后32米做成坡度为1：16干砌石段，以使水流均匀扩散，调整流速分布，保护河床不受冲刷。海漫厚度为0.6米，下面铺设15cm砂垫层。
3.4防冲槽设计
海漫末端河床冲刷坑深度按公式19计算，

其中河床土质不冲流速可按下式计算。按不一样情况计算如表3-4所表示。
(20)
式中 —河床土质不冲流速，m/s；
—查《水力学》可知此处取0.8m/s；
—水力半径， ；
—海漫末端河床水深，m。
校核情况：计算简图见右图
H1=60.82-49.92=10.9
A1= (80+80+10.9×2×2)×10.9×0.5=1109.62
χ1=80+10.9××2=128.746
q”=Q校/80=20.53
R1/5==
1.2308
=60.82-49.92=10.9
d’=1.1×q’/ -t=7.45
设计情况：计算简图见下图

H 2=59.35-49.92=9.43
A2=(80+80+9.43×2×2)×9.43×0.5=932.2498
χ2=80+9.43××2=122.17
q”=Q设/80=13.99
R1/5==
1.2308
=59.35-49.92=9.43
d’=1.1×q’/ -t=3.38
将数据填入表3-4

表3-4 冲刷坑深度计算表
计算情况

对应过水水面积
湿周

校核情况
20.53
1109.62
128.746
1.5385
1.2308
10.9
7.45
设计情况
13.99
932.2498
122.17
1.5015
1.
9.43
3.38

依据《水闸设计规范》，防冲槽深度通常取1.5~2m，底宽则为深度2~3倍。所以确定防冲槽深度为2m。采取宽浅式，底宽取4m，上游坡率为2，下游坡率为3，出槽后作成坡率为5斜坡和下游河床相连。以下图所表示。

3.5上下游岸坡防护
为了保护上、下游翼墙以外河道两岸岸坡不受水流冲刷，需要进行护坡。采取浆砌石护坡，厚0.3米，下设0.1米砂垫层。保护范围上游自铺盖向上延伸2～3倍水头，下游自防冲槽向下延伸4～6倍水头。
4防渗排水设计
4.1闸底地下轮廓线部署
1、防渗设计目标
预防闸基渗透变形；减小闸基渗透压力；降低水量损失；合理选择地下轮廓尺寸。
2、部署标准
防渗设计通常采取防渗和排水相结合标准，即在高水位侧采取铺盖、板桩、齿墙等防渗设施，用以延长渗径减小渗透坡降和闸底板下渗透压力；在低水位侧设置排水设施，如面层排水、排水孔排水或减压井和下游连通，使地下渗水立即排出，以减小渗透压力，并预防在渗流出口周围发生渗透变形。
3、地下轮廓线部署
(1)闸基防渗长度确实定
依据公式21计算闸基理论防渗长度：

其中 为渗径系数，因为地基土质为中粉质壤土，查表取7，H为上下游最大水头差，为6.77m。
L=7×6.77=47.39m
(2)防渗设备
因为闸基土质以粘性土为主，防渗设备采取粘土铺盖，闸底板上、下游侧设置齿墙，为了避免破坏天然粘土结构，不宜设置板桩。
(3)防渗设备尺寸和结构。
①闸底板顺水流方向长度依据公式(20)计算：
L底=AH
依据闸基土质为中粉质壤土A取2.0，代入数据得L底=A×H=2×6.77=13.54m。
底板长度综合考虑上部结构部署及地基承载力等要求，确定为15m。
②闸底板厚度为t=9×1/6=1.5m，实际取为1.5m。
③齿墙具体尺寸见下图。

(4)铺盖长度依据3 到5倍上、下游水位差，确定为30m。铺盖厚度确定为：便于施工上游端取为0.6m，末端为2.5m方便和闸底板联接。为了预防水流冲刷及施工时破坏粘土铺盖，在其上设置30cm厚浆砌块石保护层，10cm厚砂垫层。
4、校核地下轮廓线长度
依据以上设计数据，实际地下轮廓线部署长度应大于理论地下轮廓线长度，经过校核，满足要求。
铺盖长度+闸底板长度+齿墙长度= 30+15+6.8=51.8m＞47.39m
其中齿墙长度包含齿墙下面斜边3和两个直角边1和2，所以
齿墙长度为2×(1+1+1×)=6.8m，计算简图如右图：
4.2排水设备细部结构
1、排水设备作用
采取排水设备，可降低渗透水压力，排除渗水，避免渗透变形，增加下游稳定性。排水位置直接影响渗透压力大小和分布，应依据闸基土质情况和水闸工作条件，做到既降低渗压又避免渗透变形。
2、排水设备设计
①水平排水 水平排水为加厚反滤层中大颗粒层，形成平铺式。反滤层通常是由2~3层不一样粒径砂和砂砾石组成。层次排列应尽可能和渗流方向垂直，各层次粒径则按渗流方向逐层增大。
反滤层材料应该是能抗风化砂石料，并满足：被保护土壤颗粒不得穿过反滤层；各层颗粒不得发生移动；相邻两层间，较小一层颗粒不得穿过较粗一层空隙；反滤层不能被阻塞，应含有足够透水性，以确保排水通畅；同时还应确保耐久、稳定，其工作性能和效果应不随时间推移和环境改变而变差。
此次设计中反滤层由碎石，中砂和细砂组成，其中上部为20cm厚碎石，中间为10cm厚中砂，下部为10cm厚细砂(见下图)。

②铅直排水设计 本工程在护坦中后部设排水孔，孔距为2m，孔径为10cm，呈梅花形部署，孔下设反滤层。
③侧向排水设计 侧向防渗排水部署(包含刺墙、板桩、排水井等)应依据上、下游水位，墙体材料和墙后土质和地下水位改变等情况综合考虑，并应和闸基防渗排水部署相适应，在空间上形成防渗整体。
在消力池两岸翼墙设2~3层排水孔，呈梅花形部署，孔后设反滤层，排出墙后侧向绕渗水流。

3、止水设计
凡含有防渗要求缝，全部应设止水设备。止水分铅直和水平止水两种。前者设在闸墩中间，边墩和翼墙间和上游翼墙铅直缝中；后者设在粘土铺盖保护层上温度沉陷缝、消力池和底板温度沉陷缝、翼墙、消力池本身温度沉降缝内。在粘土铺盖和闸底板沉陷缝中设置沥青麻袋止水。其结构详图见下图。

4.3防渗计算
1、渗流计算目标：计算闸底板各点渗透压力；验算地基土在初步确定地下轮廓线下渗透稳定性。
2、计算方法有直线百分比法、流网法和改善阻力系数法，因为改善阻力系数法计算结果正确，采取此种方法进行渗流计算。
3、计算渗透压力
(1)地基有效深度计算。
依据公式(22)
判定L0/S0=18＞5，地基有效深度 为
Te=0.5×45=22.5m
计算Te小于实际地基透水层深度25m，所以取小值Te=22.5m。
(2)分段阻力系数计算。经过地下轮廓各角点和尖端将渗流区域分成9个经典段，图4所表示。

其中1、9段为进出口段，用式(23)计算阻力系数；3、5、7段为内部垂直段，用式(24)计算对应阻力系数；2、4、6、8段为水平段，用式(25)计算对应阻力系数。各经典段水头损失用式(26)计算。

计算各断面水头损失：

在excel中编制公式可直接得出全部结果将计算结果列入表4-1中：
表4-1 各段渗透压力水头损失
分段编号
分段名称

①
进口
0.6
—
—
22.5
—
0.448
0.990
0.333
②
水平
—
0
1.9
21.9
30
1.309
2.896
3.553
③
垂直
1.9
—
—
21.9
—
0.087
0.193
0.193
④
水平
—
0
0
20
1
0.050
0.111
0.111
⑤
垂直
1
—
—
21
—
0.048
0.105
0.105
⑥
水平

1.0
1.0
21
13
0.552
1.222
1.222
⑦
垂直
1
—
—
21
—
0.048
0.105
0.105
⑧
水平
—
0
0
20
1
0.050
0.111
0.371
⑨
出口
1.5
—
—
21.5
—
0.469
1.037
0.777
累计

3.06
H= 6.77
H=6.77

对于进出口段阻力系数修正，按公式(27)、(28)、(29)计算：
修正后水头损失：

阻力修正系数：

将计算结果列入表4-2：

表4-2 进出口段阻力系数修正表
段 别
S′
T′

ho′
Δh

进口段
0.6
21.9
0.34
0.33349
0.657
3.553
出口段
2.5
20
0.75
0.7769
0.260
0.371

(3)计算各角点渗透压力值。
用表4-1计算各段水头损失进行计算，总水头差为正常挡水期上、下游水头差6.77m。各段后角点渗压水头=该段前角点渗压水头—此段水头损失值，结果列入表4-3。
表4-3 闸基各角点渗透压力值
H1
H2
H3
H4
H5
H6
H7
H8
H9
H10
6.77
6.44
2.88
2.69
2.58
2.47
1.25
1.15
0.78
0.00

(4)验算渗流逸出坡降。
出口段逸出坡降为： J=hi/S’=0.777/1.5=0.518，小于壤土出口段许可渗流坡降值 (查表得)，满足要求，不会发生渗透变形。绘制闸底板渗透压力分布图见右图。
5闸室部署
5.1 底板和闸墩
1、闸底板设计
(1)作用：闸底板是闸室基础，承受闸室及上部结构全部荷载，并较均匀地传给地基，还有防冲、防渗等作用。
(2)型式：常见闸底板有平底板和钻孔灌注桩底板。因为在平原地域软基上修建水闸，采取整体式平底板，沉陷缝设在闸墩中间。
(3)长度：依据前边设计已知闸底板长度为15m。
(4)厚度　依据前边设计已知闸底板厚度为1.5m。
2、闸墩设计
(1)作用：分隔闸孔并支承闸门、工作桥等上部结构，使水流顺利经过闸室。
(2)外形轮廓：应能满足过闸水流平顺、侧向收缩小，过流能力大要求。上游墩头采取半圆形，下游墩头采取流线型。其长度采取和底板同长，为15m。
(3)厚度　为中墩1.2m，缝墩1.6m，边墩1.0m。平面闸门门槽尺寸应依据闸门尺寸确定，检修门槽深0.20m,宽0.20m,主门槽深0.3m,宽0.8m。检修门槽和工作门槽之间留2.6m净距，方便于工作人员检修。
(4)高度　采取以下三种方法计算取较大值，依据计算墩高最大值为9.58m，
1) =校核洪水位时水深+安全超高
=9.08+0.5=9.58m。
2) =设计洪水位时水深+安全超高
=7.58+0.7=8.28m；
3) =正常挡水位时水深+ (波浪高加安全超高)
=6.77+0.59+0.4=7.76m(式中波浪高度计算请查阅相关书籍)
另依据《水闸设计规范》中要求有防洪任务拦河闸闸墩高程(9.58+51.92=61.5m)不应低于两岸堤顶高程(61.5m)，两岸堤顶高程为61.5m，故经比较后取闸墩高度为10.0m。缝墩尺寸见下图。

5.2 闸门和启闭机
闸门按工作性质可分为工作闸门、事故闸门和检修闸门；按材料分为钢闸门、混凝土闸门和钢丝网水泥闸门；按结构分为平面闸门、弧形闸门等。
1、工作闸门基础尺寸为闸门高8m，宽9m，采取平面钢闸门，双吊点，滚轮支承。
2、检修闸门采取叠梁式，闸门槽深为20cm，宽为20cm，闸门型式如右图所表示。
3、启闭机可分为固定式和移动式两种，常见固定式启闭机有卷扬式、螺杆式和油压式。卷扬式启闭机启闭能力较大，操作灵便，启闭速度快，但造价高。螺杆式启闭机简便、廉价，适适用于小型工程，水压力较大，门重不足情况等。油压式启闭机是利用油泵产生液压传动，可用较小动力取得很大启闭力，但造价较高。在有防洪要求水闸中，通常要求启闭机快速可靠，能够多孔同时开启，这里采取卷扬式启闭机，一门一机。
4、启闭机选型
(1)依据《水工设计手册》平面直升钢闸门结构活动部分重量公式:
(1)
式中 —闸门结构活动部分重量，t；
—闸门支承结构特征系数，对于滑动式支承取0.8；对于滚轮式支承取1.0，对于台车式支承取1.3。
—闸门材料系数，一般碳素结构钢制成闸门为1.0；低合金结构钢制成闸门取0.8。
—孔口高度，取8m；
—孔口宽度，取9m。
将数据代入公式：G=0.012×1.0×0.8×81.65×91.85=17.29t，闸门重力=17.29×10³×9.8=169.442KN，考虑其它原因取闸门自重170KN。
(2)初估闸门启闭机启门力和闭门力，依据《水工设计手册》中近似公式：
(2)

(3)
式中 —平面闸门总水压力，KN， ；
—启门力，KN；
—闭门力，KN；
代入数据得：
总水压力：P==1/2×10×6.77²×9=2062.48(KN)
启门力：FQ=0.11×2062.48+1.2×170=430.87(KN)
闭门力：FW=0.11×2062.48-1.2×170=22.87(KN)
因为闸门关闭挡水时，水压力 P值最大。此时闸门前水位为6.77m，此次设计水闸为中型水闸，系数采取0.11，经计算启闭力FQ为430.8728KN，闭门力FQ为22.8728KN。查《水工设计手册》选择电动卷扬式启闭机型号QPQ-2 40。
5.3 上部结构
1、工作桥
工作桥是为了安装启闭机和便于工作人员操作而设桥。若工作桥较高可在闸墩上部设排架支承。工作桥设置高程和闸门尺寸及形式相关。因为是平面钢闸门，采取固