黄圃镇三乡围乌珠水闸重建工程施工阶段.doc

计 算 书项目名称：黄圃镇三乡围乌珠水闸重建工程 设计阶段：施工阶段 审 核 日期 校 核 日期 计 算 日期 目 录1基本资料31.1结构及基本数据31.2安全系数41.3 计算采用规范、标准41.4风浪计算要素41.5地质资料51.6地震设防烈度52基本尺寸的拟定及复核52.1抗渗计算52.1.1渗径复核52.1.2渗流计算62.1.3滤层设计62.1.4防渗帷幕及排水孔设计62.1.5永久缝止水设计72.2浪压力及闸顶高程计算72.2.1设计荷载情况72.2启闭室82.3闸室稳定计算82.4.1完建情况82.4.2设计洪水位情况82.4.3正常洪水位+地震情况92.4.4结论93.水闸过流能力计算及水闸宽度拟定93.1内河涌过流能力计算93.2水闸消能计算114挡土墙稳定计算124.1挡墙计算工况124.2挡墙计算124.3结论125桩基础计算135.1砼预应力管桩方案135.1.1砼预应力管桩承载力计算135.1.2砼预应力桩桩顶的底板的受冲切承载力计算155.2松木桩方案152附表1 水闸闸室箱涵结构设计计算稿 附表2 水闸前后段U型槽结构设计计算稿附表3 水闸内、外河侧悬臂式岸墙稳定计算稿 附表4 水闸闸室稳定计算表 附表5 水闸桩基础处理计算表附表6 水闸渗流稳定计算表1基本资料1.1结构及基本数据乌珠水闸形式采用开敞式，结构采用砼整体箱涵式结构。水闸为单孔，净宽3m，闸底板面高程-1.75m，底板厚0.65m,侧墙厚0.65m, 闸室长15m，闸室后段设8.0m宽交通桥,交通桥桥板采用C25现浇混凝土结构。水闸按50年一遇洪水标准设计，建筑物级别为3级。根据水闸和河道的运行工况，对水闸的各种最不利运行工况确定如下：（1）外江设计洪（潮）水位2.88m外江可能的最高设计潮水位，此时闸顶高程不漫顶，向内涌稳定计算时的最不利水位，此时遭遇正常蓄水位0.00m。（2）外江控制平均低水位0.50正常排洪情况下外江遭遇的计算水位，消能计算时的最不利情况，考虑到0.3m的过闸损失，此时内涌水位为0.80m。（3）外江设计低水位0.00m正常运行情况下外江遭遇的最不利计算水位，向外江稳定计算时的最不利水位，此时内涌水位为1.00m。（4）排涝外江设计水位1.00m 内涌设计洪水情况下外江遭遇多年平均高潮水位，此水位影响水闸的泄流能力，此时水闸闸室整体承受最大水压力，水闸基础平均基底应力情况。水闸特征水位表工程任务特征指标 水位值（m）备注挡水闸外设计洪潮水位2.88此水位向内稳定最不利闸内水位0.00排洪闸内河涌水位2.20此水位消能最不利闸外低潮平均水位1.00外江顶托时最高排洪水位1.90此水位平均应力最不利1.2安全系数根据水闸设计规范：3级水闸基底面抗滑稳定安全系数的允许值kc和基底应力最大值与最小值之比的允许值见下表。荷载组合抗滑安全系数kc闸室基底应力最大值与最小值之比的允许值基本组合蓄水工况1.251.5完建工况1.102.0设计挡潮1.251.5特殊组合正常挡潮地震1.052.01.3 计算采用规范、标准（1）水工建筑物荷载设计规范DL 5077-1997（2）水闸设计规范SL 265-2001（3）水工混凝土结构设计规范 SL/T 191-96 （4）建筑抗震设计规范 GBJ 11-89 1.4风浪计算要素计算风速根据广东省水利厅2003年7月编制的中山市水利工程防洪（潮）标准中“相应年最高潮位日的最大风速计算成果表”查得为V=21m/s(P=2%)。吹程在1：1000实测地形图上量得D=200 m;闸前平均水深Hm=5.80m1.5地质资料采用中山市黄圃镇三乡围乌珠水闸重建工程岩土工程勘察报告，因钻孔ZK1和ZK2位于闸室两侧位置，经比较采用ZK1钻孔地质资料。各层土层的设计参数如下：桩基设计参数建议表 层序号岩土层名称土(岩)层容许承载力f (kPa)钻(冲)孔桩桩周土(岩)极限摩阻力标准值qsik(kPa)钻(冲)孔桩极限端阻力标准值qpk(kPa)桩入土深度(m)15302-1淤泥质土70.8（2-2）淤泥6042-3淤泥质土7083粘土230265007004-1粗砂8008080010004-2砂质粘性土150013012001600 1.6地震设防烈度根据广东省地震烈度区划图，中山市属7度地震基本烈度地区，故乌珠水闸工程地震烈度为7度。2基本尺寸的拟定及复核2.1抗渗计算2.1.1渗径复核按图拟定的水闸底板尺寸，根据水闸设计规范SL265-2001第4.3.2条表4.3.2,水闸闸基为淤泥，渗径系数取C=9则：设计水位下要求渗径长度：L=CH=92.88=25.92m实际渗径长度：Ls 0.5+0.6+5.8+0.6+0.5+0.7+0.7+12.2+0.7+0.7+427mLsL满足渗透稳定要求。2.1.2渗流稳定计算水闸的渗流计算采用改进阻力系数法进行计算。1.各段的水头损失值各段的水头损失值按照下式计算:式中:hi-各分段水头损失值(m); i-计算水头 n-总分段数 x-计算点与出逸点之间的渗径分别计算各段的水头损失得结果见渗透压力计算excel表.2.抗渗稳定性运行验算渗流坡降值：J=H/L=2.88/26=0.111根据水闸设计规范SL265-2001第6.0.4条取地基水平段和出口段允许渗流坡降值分别为0.08和0.26。水闸闸基抗渗稳定满足要求水闸蓄水后，水流不仅通过地基向下游渗透，而且将绕过两岸的连接建筑物向下游渗透。 因此两岸连接建筑物也必须做相同长度的防渗措施，对两侧的填方土料必须按照防渗土料的要求选择。2.1.3滤层设计水闸闸室底板底部设100厚C15砼垫层外，不设专门的滤层。内涌U型槽设反滤层，从下至上依次为反滤土工布一层、中粗砂150mm和碎石150mm。2.1.4防渗帷幕及排水孔设计根据地质资料，该闸址处的地基为淤泥和考虑到水闸闸址处交通条件，闸室基础处理采用400AB型砼预应力管桩，不设专门的防渗措施,两端设齿墙不设排水孔。内河涌U型槽中设置PVC排水管，按梅花型布置，纵横间距均为1m。2.1.5永久缝止水设计根据工程实际,永久缝采用塑料止水接缝板并设止水铜片，塑料止水接缝板满足行业的有关质量要求。2.2闸顶高程2.2.1风浪要素采用水闸设计规范推荐的蒲田试验站公式计算风浪要素：设计工况的设计潮水位为h0=2.88m，相应设计最大风速为V0=21m/s；风区长度取200m。风区内的平均水深取Hm5.8m；2.2.1闸顶高程确定闸顶高程按水闸设计规范中的有关公式进行计算。式中：Z闸顶高程（m）； h0计算潮水位（m）； A安全超高（m）；hm平均波高（m）； v0计算风速（m/s）； D风区长度（m）；Hm风区内的平均水深（m）； Tm平均波周期（s）；Lm平均波周长（m）；H闸深水深（m）；hp相应于波列累积频率p的波高（m）；hz波浪中心线超出计算水位的高度（m）。具体计算如表： 闸顶高程计算表序号项目名称单位设计工况一、波浪要素计算1计算风速v0m/s212风区长度Dm2003风区平均水深Hmm5.80 4闸前水深Hm5.28 5重力加速度gm/s29.816平均波高hmm0.16 7平均波周期Tms1.76 8假定平均波长Lm12.55 9计算平均波长Lmm4.78 二、波高计算1水闸级别32波列累积频率5%3hm/Hm0.03 4hp/hm1.93 5累积频率p=5%的波高hp=hp/hm*hmm0.30 6波浪中心线超出设计水位的高度hzm0.06 三、闸顶高程计算1设计洪(潮)水位(P=2%)/历史最高水位m2.88 2安全加高A（m）m0.43计算闸顶超高y=hp+hz+Am0.76 4计算闸顶高程m3.64 根据水闸设计规范SL265-2001第4.2.4条规定，挡水时，水闸闸顶高程不应低于正常水位（或最高挡水位）加波浪计算高度与相应安全超高之和；位于防洪（挡潮）堤上的水闸，其闸顶高程不得低于防洪（挡潮）堤堤顶高程。另外根据当地居民的生产生活要求,则本次设计的闸室顶高程取4.40m。2.2启闭室初定闸门顶超高为0.37m，则闸门顶高程=2.88+0.37=3.25m，闸门=3.25+1.75=5m,则启闭工作平台顶面高程为11.40m。2.3闸室稳定计算闸室稳定计算采用Excel电子表格进行计算。对于砼预制管桩地基，在各种荷载组合工况下，基底应力稳定计算应满足下列要求： 在各种计算情况下： PPPmax1.2P基本组合 1.5特殊组合 2.02.4.1完建情况水闸初建成尚未放水时。按各部分荷载对闸底板形心轴（垂直水流方向）产生的弯矩计算，详见表，计算结果显示，该荷载组合情况下闸室满足稳定要求。2.4.2设计洪水位情况 水闸建成放水后，遇设计洪水位2.88相应水位0.00m。按各部分荷载对闸底板形心轴（垂直水流方向）产生的弯矩计算，详见表，计算结果显示，该荷载组合情况下闸室满足稳定要求。2.4.3正常洪水位+地震情况水闸建成放水后，遇外江正常水位1.50相应内涌水位0.00m时，遭遇地震情况。此时地震惯性力代表值根据水工建筑物抗震设计规范SL-97规定，采用进行拟静力法计算。根据水工建筑物抗震设计规范（SL-203-97）第4.1.1条:一般情况, 水工建筑物可只考虑水平向地震作用；第4.2.1条：一般情况下，水工建筑物抗震计算应考虑的地震作用力：建筑物自重和其上的荷重所产生的地震惯性力、地震动土压力、水平向地震动水压力（考虑到在正常运行期闸门全开，故在计算时不予考虑）沿建筑物高度作用于各质点的水平向地震惯性力代表值：F=ahGEiai/g ;式中：ah与设计烈度相对应的水平向设计地震加速度代表值，取0.1 g； 地震作用效应折减系数,取0.25; GEi集中在质点i的重力作用代表值； ai质点i的动态分布系数； g重力加速度。按各部分荷载对闸底板形心轴（垂直水流方向）产生的弯矩计算，详见EXCEL计算表格，计算结果显示，该荷载组合情况下闸室满足稳定要求。2.4.4结论上述计算结果显示，闸室在各种荷载组合工况下均满足稳定要求，但地基应力均大于淤泥层地基承载力，不满足地基承载力要求，应进行地基处理，详见桩基础计算相关内容。3.水闸过流能力计算及水闸宽度拟定3.1内河涌过流能力计算水闸设计排水标准为10年一遇最大24小时暴雨产生的洪峰流量遇外江平均高潮位可以及时排出。闸内最高控制水位为2.20m（珠基）。水闸过流按平底闸，高淹没堰流计算,具体计算见下表：式中各符号的含义及计算过程见表。内河涌水力计算序号项目单位计算备注1设计水深h m2.22渠底宽m163边坡系数m0.54过水断面面积A= bh+mh2m237.625湿周X=b+2h(1+m2)0.5m20.926水力半径R=A/Xm1.807渠道糙率n0.038谢才系数C=R1/6/nm1/2/s36.769比降I0.01%10水面宽度m18.211流速v=C(Ri)0.5m/s0.4912计算流量Q=Avm3/s18.54由内河涌过流能力验算水闸的过流能力。水闸过流能力计算序号符号项目名称单位计算1Q设计流量m3/s1202B0闸孔总净宽m203B上游河道总宽m354m流量系数0.3855H上游堰上水深m3.96hs下游堰上水深m3.87v0上游行近流速v0=Q/HBm/s0.88 8H0堰上总水头H0=H+v02/2gm3.94 9淹没系数0.585 10N闸孔数孔311b0闸孔净宽m5.6712dz中闸墩厚度m113bb边闸墩至河道水边线的垂直距离m814z中闸墩侧收缩系数0.975 15b边闸墩侧收缩系数0.918 16水闸侧收缩系数0.956 17Q计算流量Q=mB0(2g)1/2H03/2m3/s149.32 高淹没度hs/H00.9序号符号项目名称单位计算备注1Q设计流量m3/s18.542B0闸孔总净宽m33B上游河道总宽m164H上游堰上水深m2.955h上下游水位差m0.36hs下游堰上水深m2.657v0上游行近流速v0=Q/HBm/s0.398H0堰上总水头H0=H+v02/2gm2.969hs/H0淹没度判别0.96100综合流量系数0.97311Q计算流量Q=0hsB0(2g(H0-hs)1/2m3/s19.01经计算， 围内遇设计标准为10年一遇最大24小时暴雨时，产生的洪峰流量遇外江平均高潮位时可以由本水闸及时排出。且水闸总净宽与内河涌之比为0.57也在合理范围之内，故水闸总净宽取3.0m是合理可行的。3.2水闸消能计算1.消力池计算由于水闸的主要功能为排涝兼顾挡水,考虑到内河涌涌容比较小且堤内的用水量比较小,在取水时水闸内外侧水头差比较小,因此消能设施的设置主要是由排涝工况决 定的.消能计算分别用和式计算。式中：q过闸单宽流量(m2/s)。水流动能校正系数，取1.0。流速系数，取0.95。hc收缩水深(m)。hc跃后水深(m)。T0由底板算起的总势能。q(m2/s)闸内水位（m）闸外水位（m）hc（m）hc（m）hs（m）是否修建消能设施6.332.201.901.321.553.65否计算结果如下：由计算结果得水闸在泄流时产生不必修建消力池,考虑到水闸的闸基为淤泥的允许流速较低和水闸的上下游连接,因此在水闸上下游分别布置6m长钢筋砼U型槽。2.海漫长度计算由于水闸外江河床为淤泥，排涝时水流经U型槽消能后可能对河床造成冲刷。因此还需设置海漫，其长度按水闸设计规范中式 计算，式中：Lp海漫长度(m)。Ks海漫长度计算系数，按规范取10。qs水闸下游的单宽流量(m2/s)。H/闸孔泄水时的上下游水位差(m)。由此计算得时Lp=12.4m。（取Lp13m即：水闸内外江侧采用钢筋砼U型槽长为6m长，外河再设置10m长抛石护底）外河侧海漫长度满足要求。3.海漫末端河床的冲刷深度按水闸设计规范中式进行计算，式中：qm海漫末端的单宽流量(m2/s)。v0河床土质允许不冲流速（m/s），由水力学得v0=0.60m/s。hm海漫末端河床水深（m）。将各数值代入上式得dm=-0.13m，故不需要设置防冲槽。4挡土墙稳定计算4.1挡墙计算工况1.外江悬臂式挡土墙计算工况：（1）非常工况：完建期挡墙内外侧水位均为-1.75m；（2）设计工况一：水位骤降期挡墙内侧水位为1.5m，挡墙外侧水位为1.0m；2.内江悬臂式挡土墙计算工况：（1）非常工况：完建期挡墙内外侧水位均为-1.75m；（2）设计工况一：水位骤降期挡墙内侧水位为1.0m，挡墙外侧水0.50m4.2挡墙计算悬臂式挡土墙的结构计算，采用北京理正软件进行计算,计算结果另附。4.3结论上述计算结果显示，挡土墙在各种荷载组合工况下均满足稳定要求，但地基应力最大值大于淤泥层地基承载力，不满足地基承载力要求，应进行地基处理，拟采用松桩基础，并假定地基复核地基承载力为65kPa。5桩基础计算5.1砼预应力管桩方案由前面稳定计算结果可知，在各种荷载组合下，闸室底板地基应力均大于淤泥层地基承载力（f=40.0kpa），故需进行地基处理，以提高地基承载力，满足闸室上部荷载要求。根据中山市黄圃镇三乡围乌珠水闸重建工程岩土工程勘察报告，结合重建水闸位置，以ZK1孔为计算孔，采用C直径为400mmAB型砼预应力管桩，桩基布置形式按矩形布置，共2行8列共计16根；对于闸室前后连接的U型槽为防止与闸室产生过大沉降差，分别布设2行4列直径为400mmAB型砼预应力管桩，共计16根。5.1.1砼预应力管桩承载力计算5.1.2砼预应力桩桩顶的底板的受冲切承载力计算5.2松木桩方案附表一： -1.计算项目: 闸室箱涵结构计算- 计算条件 纵筋级别: HRB335 箍筋级别: HPB235 箍筋间距: 200(mm) 配筋计算时 as: 35(mm) 支座弯矩调整系数: 1.000 跨中弯矩调整系数: 1.000 执行规范 混凝土结构设计规范GB50010-2002 计算结果 单位： 钢混构件宽(B) - mm 钢混构件高(H) - mm 钢材截面积(A) - *102mm2 钢材惯性矩(I) - *104 mm4 钢材弹性模量(Es) - *108 kN/m2 弯矩 - kN-m 剪力 - kN 配筋 - mm*mm各荷载工况组合系数 工况号: 1 - 1.000 工况号: 2 - 1.000 工况号: 3 - 1.000 工况号: 4 - 1.000 工况号: 5 - 1.000 工况号: 6 - 1.000 工况号: 7 - 1.000 工况号: 8 - 1.000 工况号: 9 - 1.000 工况号: 10 - 1.000-构件号: 1 起点号 2 终点号 1 宽 1000 高650 砼等级 C25 起点 中点 终点座标 (mm): (34050.0 31300.0) (30400.0 31300.0)位移 x(mm): 0.000 -0.000 -0.000位移 y(mm): -0.000 0.115 -0.000弯矩 (kN-m): -82.074 69.369 -82.009剪力 (kN): 165.947 0.018 -165.911轴力 (kN): 0.000 0.000 0.000上部纵筋(mm2): 1300.0 1300.0 1300.0下部纵筋(mm2): 1300.0 1300.0 1300.0左侧纵筋(mm2): 1300.0 1300.0 1300.0右侧纵筋(mm2): 1300.0 1300.0 1300.0箍 筋(mm2): 435.4 435.4 435.4-构件号: 2 起点号 1 终点号 3 宽 1000 高650 砼等级 C25 起点 中点 终点座标 (mm): (30400.0 31300.0) (30400.0 37550.0)位移 x(mm): -0.000 0.026 0.004位移 y(mm): -0.000 -0.028 -0.028弯矩 (kN-m): -82.009 18.201 -62.889剪力 (kN): 80.413 -6.610 -35.618轴力 (kN): -81.678 -81.678 -81.678上部纵筋(mm2): 1300.0 1300.0 1300.0下部纵筋(mm2): 1300.0 1300.0 1300.0左侧纵筋(mm2): 1300.0 1300.0 1300.0右侧纵筋(mm2): 1300.0 1300.0 1300.0箍 筋(mm2): 335.5 335.5 335.5-构件号: 3 起点号 4 终点号 2 宽 1000 高650 砼等级 C25 起点 中点 终点座标 (mm): (34050.0 37550.0) (34050.0 31300.0)位移 x(mm): -0.006 -0.026 0.000位移 y(mm): -0.028 -0.000 -0.000弯矩 (kN-m): -62.954 18.135 -82.074剪力 (kN): 35.618 6.610 -80.413轴力 (kN): -82.084 -82.084 -82.084上部纵筋(mm2): 1300.0 1300.0 1300.0下部纵筋(mm2): 1300.0 1300.0 1300.0左侧纵筋(mm2): 1300.0 1300.0 1300.0右侧纵筋(mm2): 1300.0 1300.0 1300.0箍 筋(mm2): 335.5 335.5 335.5-构件号: 4 起点号 3 终点号 4 宽 1000 高450 砼等级 C25 起点 中点 终点座标 (mm): (30400.0 37550.0) (34050.0 37550.0)位移 x(mm): 0.004 -0.006 -0.006位移 y(mm): -0.028 -0.264 -0.028弯矩 (kN-m): -62.889 73.051 -62.954剪力 (kN): 81.678 67.297 -82.084轴力 (kN): -35.618 -35.618 -35.618上部纵筋(mm2): 900.0 900.0 900.0下部纵筋(mm2): 900.0 900.0 900.0左侧纵筋(mm2): 900.0 900.0 900.0右侧纵筋(mm2): 900.0 900.0 900.0箍 筋(mm2): 266.7 266.7 266.7附表二 -计算项目: 内河U型槽A断面结构计算- 计算简图 纵筋级别: HRB335 箍筋级别: HPB235 箍筋间距: 200(mm) 配筋计算时 as: 35(mm) 支座弯矩调整系数: 1.000 跨中弯矩调整系数: 1.000 执行规范 混凝土结构设计规范GB50010-2002 计算结果 单位： 钢混构件宽(B) - mm 钢混构件高(H) - mm 钢材截面积(A) - *102mm2 钢材惯性矩(I) - *104 mm4 钢材弹性模量(Es) - *108 kN/m2 弯矩 - kN-m 剪力 - kN 配筋 - mm*mm各荷载工况组合系数 工况号: 1 - 1.000 工况号: 2 - 1.000 工况号: 3 - 1.000 工况号: 4 - 1.000 工况号: 5 - 1.000 工况号: 6 - 1.000 工况号: 7 - 1.000 工况号: 8 - 1.000 工况号: 9 - 1.000 工况号: 10 - 1.000-构件号: 1 起点号 1 终点号 2 宽 1000 高500 砼等级 C25 起点 中点 终点座标 (mm): (22600.0 25400.0) (26100.0 25400.0)位移 x(mm): 0.000 -0.000 -0.000位移 y(mm): 0.000 -0.969 -0.000弯矩 (kN-m): 259.550 169.589 259.550剪力 (kN): -102.813 0.000 102.813轴力 (kN): -0.000 -0.000 -0.000上部纵筋(mm2): 2012.0 1314.6 2012.0下部纵筋(mm2): 2012.0 1314.6 2012.0左侧纵筋(mm2): 1000.0 1000.0 1000.0右侧纵筋(mm2)