水闸设计实训教案资料.doc

水闸设计实训精品文档水闸设计一、设计任务1、选择的泄洪方案，确定堰型、闸高和孔口尺寸。2、选择合适的建筑物形式，作出2个枢纽总体布置方案，其中有一个方案为推荐方案。通过技术经济比较，选定较优方案。3、以选定方案中的拦河闸为重点设计项目，要求拟定拦河闸的闸室的结构尺寸；对其稳定、地基承载力等进行计算；进行闸下防渗和消能防冲布置及计算。4、对选定方案中的 闸墩、底板、导水墙、滚水坝或护坦板等进行设计，要求结构合理，安全稳定，造价经济。5、最后提交成果：图纸3-4张，说明书40-50页，计算书。二、成果要求要求：上列设计内容，学生应做到全面掌握，重点深入，并独立地完成所规定的设计内容，提出自己的设计成果。对重点建筑物设计应做的较为详细。对水利计算，堰型选择与水利枢纽布置部分要求可见降低，进行一定的方案比较后，选出有一定论证的较为合理的方案。设计成果应包括设计图，设计说明书与计算书等部分，具体要求：1、设计图设计图是毕业设计的主要成果：一律用计算机绘制，要求制图正确，图面饱满（没有多余的空幅，没有重复的构造，图副布局合理，主次分明，图应有标题），绘制清晰，尺寸齐全。）图上应注明比例尺，选用的比例尺大小应符合与建筑物构造的复杂程度。在草拟建筑物或其细部图时，最好事先考虑该图在大图中的布置来定比例尺。要注意图中线条的粗细和字号的大小。在建筑物与地基连接的图上，应按规定符号标出地质情况。图幅规定为A3，数量一般为35张，具体安排可参考如下：选定的水利枢纽布置图 1张主要建筑物及其结构图 3-4张2、设计说明书与计算书设计说明书是毕业设计的重要成果，要求章节分明，文理通顺，字迹工整。设计说明书的内容包括：选型理由、方案比较、设计依据、计算公式、原始数据、设计成果、理论分析。既有计算数据又有分析论证，此外还必须注意恰当的使用插图与附表，不必罗列繁长的计算过程。说明书的章节格式可参考指示书最后的附例。说明书用计算机打印（或用钢笔书写），并加注标点，每章节应有标题，说明书前应有目录，页数应有统一编号；附图要符合水利工程制图的需要，用计算机绘制，计算成果最好列成表格，不必详列过程，说明书用A4纸副，沿左侧装订（具体情况按学院要求）。说明书的分量，以40-50页为宜。计算书内容包括：计算公式、初始数据、计算过程、计算结果。计算书应整理清楚，便于查阅。计算书不另编章节，其所标章节与说明书相对应。计算书与说明书分开编写。计算书与说明书应于每一阶段结束后，立即编写，不要累计到最后阶段形成慌乱。 三、设计指导1、枢纽概况1.1 本枢纽在国民经济中的意义苏河水闸是苏河上的一座取水闸，位于某市西南，距市区约10km。闸址上游80km处已建有综合利用的水利枢纽，总库容为23.0亿m3，经过水库调节，每年下泄水量为15.0亿m3。除了城市工业用水和发电用水5.5亿m3外，其余可供灌溉之用。灌区分布在苏河两岸。苏河以南灌区的灌溉面积为63万亩，苏河以北灌区的灌溉面积为65万亩。因而需建水闸以抬高河道水位满足灌溉要求。苏河两岸虽有堤防，但高度和质量均不能满足建闸后防御洪水的要求。为了保护两岸农田及城市的安全，要求按照建闸后的上游水位加高堤防。本枢纽主要任务为引水灌溉，灌溉面积为128万亩，并同时改善城市的供水条件和连接两岸公路的交通桥问题。1.2 枢纽地区的自然及社会条件苏河全长289km，流域面积8385Km2。闸址上游80km的水库以上为山谷河道，书库以下河流进入平原地区，河道逐渐扩宽，一般在200500m之间，河道比降平缓。水库与闸址之间，除沿河两岸因过去洪水泛滥，地形起伏不平外，其余大都地势平坦，南北向地面坡降约为1/25001/3500，东西向约为1/20001/4000。1、交通运输：合大公路在闸址附近通过，铁路距离闸址仅6Km。交通运输方便。2、施工用电及生活资料均可由下游城市供应。3、施工队伍及施工设备均无问题。2、 闸址水文特性2.1 洪水经过上游水库调节后，闸址的不同频率的洪峰流量见表2.1。汛期为每年710月。表2.1 闸址洪水频率与洪峰流量洪水频率0.1%0.33%0.5%1%2%5%流量(m3/s)615053005000450040003300洪水频率10%20%25%33.3%5075%流量(m3/s)28002200200014807202872.2 闸址水位流量关系闸址的水位流量关系曲线见图2.1。图2.1 闸址水位流量关系曲线2.3 泥沙经过上游水库调蓄后，下泄水流含沙量已很小，平均含沙量为0.5Kg/m3。2.4 非汛期流量非汛期各月重现期为5、10、15年的流量见表2.2。表2.2 116月重现期为5、10、15年的流量 月份重现期(年)11121234561092079053033058076089010501511609506604007309801100129057236204102604566007008252.5 气温根据闸址处水文站60多年的观测资料，多年平均气温为16.8。以8月份为最高，月平均气温30.2；1月份最低，月平均气温2.2；最高气温达41.5，最低气温-8。2.6 风速多年平均风速4.8m/s，汛期多年最大风速平均为12m/s，闸前吹程6Km。2.7 降雨天数根据闸址处气象站记录，日降雨量大于5mm的降雨天数如表2.3所示。表2.3 降雨天数月 份123456789101112平均天数334566988432最多天数57891011141412866最少天数0122235432103、 枢纽及库区地形地质条件3.1 闸址地质情况闸址地质系属第四纪沉积层，厚度较大。河床两岸滩地为粉质壤土，厚度14.5m；河床为中砂，最大厚度达25m；其下为砾质粗砂层，厚度49m；基岩为花岗岩。闸轴线的地质剖面见图3.1。图3.1 闸基砂颗粒分配曲线沿河一带地下水埋藏深度随地形变化。地下水面一般在地表下3m左右。因土质透水性较大，地下水水位变化受河道水位影响，丰水期河水补给两岸地下水，地下水水位较高；枯水期地下水补给河水，地下水水位较低。3.2 地基土壤设计指标1、内摩擦角 中砂=25，砾质中砂=28，粉质壤土=18；2、渗透系数 中砂k=4.510-3cm/s， 砾质中砂k=3.010-3cm/s， 壤土k=3.010-5cm/s；3、空隙比 中砂e=0.56，砾质中砂e=0.58；4、地基允许承载力 中砂=0.26Pa，砾质中砂=0.28Pa；5、闸基砂颗粒分配曲线见图3。6、变形模量 中砂E=24.0Pa，砾质粗砂E=32.0Pa。3.3 闸址建筑材料3.3.1 回填土可以用中砂、砾质中砂来回填。1、容重 干=16KN/m3，湿=18KN/m3，饱=20KN/m3；2、内摩擦角 =25；3、粘结力 C=0。3.3.2 混凝土与各种土壤的摩擦系数1、混凝土与粉质壤土 f=0.28；2、混凝土与中砂 f=0.443.3.3 地震本地区地震烈度为5度。3.3.4 建筑材料1、石料：由于闸址位于平坦地区，山丘少，石料需从外地运来。经调查，离闸址约20Km有两个石料场可供应石料，其抗压强度为40Pa左右，容重为2628KN/m3左右。石料场距离铁路2Km。2、混凝土骨料：闸址下游2.54.0Km的河滩上有采料场，其中的砂、卵石可作混凝土骨料。3、土料：闸址上游12Km有粉质壤土，其物理力学参数与闸址的粉质壤土大体相同。4、水泥、钢材、木材：由外地供给，通过铁路运来。图3.2 闸轴线的地质剖面图4、 枢纽布置4.1 枢纽组成苏河水闸枢纽是以取水为主的水利水电工程，枢纽由泄水闸，土石坝，取水闸，引水渠，交通桥，合大公路和两岸连接建筑物组成。苏河水闸枢纽的灌溉面积为128万亩，查水利水电工程等别划分及洪水标准表2.1.1水利水电枢纽工程分等指标得，此枢纽工程等别为二级，工程规模为大（2）型。查水闸设计规范(SL265-2001)(以后不详细说明，只注明规范)表2.1.2水闸枢纽建筑物级别划分，确定大二级主要建筑物级别为2级，次要建筑物为3级，临时建筑物级别为4级。查规范表2.2.1平原区水闸洪水标准得，2级水闸洪水设计洪水重现期为5030年，校核洪水重现期为200100年，本设计设计洪水重现期为50年，校核为200年。查图2.1闸址水位流量关系曲线得，下游设计洪水位为37.5m，下游校核洪水位为38.0m，上游正常水位为35m。泄水闸居中布置，泄水闸包括闸室，上游铺盖，上游防冲槽，板桩，下游护坦，下游海漫，下游防冲槽，上下游护岸和翼墙。两岸各设一个取水闸，取水闸通过引水渠从上游引水，取水闸和泄水闸通过土石坝连接，公路通过泄水闸和土石坝，贯通河流两岸。枢纽采用全闸方案，无拦河坝和水电站厂房。因此，另外，将靠近河岸的几个闸孔作为既排水又冲沙之用。水闸枢纽布置应根据闸址地形，地质，水流等条件，以及该枢纽中各建筑物的功能，特点，运用要求等，合理安排水闸与枢纽其他建筑物的相对位置。4.1.1 闸轴线的选择泄水闸布置在主河床上，使水闸建成后的下泄流量尽量符合天然河道的水流特性。为了保证泄水通畅，减少对上下游河床的冲刷影响和对堤防的威胁，闸轴线宜与河道中心线正交。闸轴线一般选在河道较狭窄处，以节约工程量。此处闸轴线已经选好。将泄水闸底板上游侧定在闸轴线位置。4.1.2 泄水闸宽度的确定在宽阔的河道上，泄水闸的宽度远小于闸址处的主河道宽，在沿闸轴线的其余部分用拦河坝或水电站厂房挡水，水闸的上下游连接建筑物简化为上下游导墙。闸孔总净宽的确定主要涉及两个问题：一个是过闸单宽流量的大小，另一个是闸室总宽度与河道总宽度的关系。如果采用的闸孔总净宽过小，使过闸单宽流量过大，将增加闸下消能布置的困难，甚至影响水闸工程的安全；反之，如果采用的闸孔总净宽过大，使过闸单宽流量过小，工程量过大，造成浪费。一般来说，采用的闸孔总净宽要略大于计算值，以留有余地（以超过计算值3%5%为宜）。同时，还要求闸室总宽度大体上与上下游主河道宽度（即通过设计流量的平均过水宽度）相适应。采用全闸方案，为了使河道水流流态与建闸前尽量相似，水闸段的长度取与闸址处河道宽度相近。最后通过底板高程和泄流能力的计算，确定泄水闸总宽。4.2 水力计算4.2.1 底板高程确定根据地形图，测得闸址处的主河道宽度为270米左右，根据底板高程不同，选取闸孔总净宽与闸址处河道宽度相近，初步选定3个底板高程，进行方案比较。方案一：拟定底板高程为31m，则闸门高度为35-31=4m。闸孔宽深比取1.61.8，单孔宽度取整数为7m，闸孔总净宽取730=210m。方案二：拟定底板高程为30.5m，则闸门高度为35-30.5=4.5m。闸孔宽深比取1.61.8，单孔宽度取整数为8m，闸孔总净宽取828=224m。方案三：拟定底板高程为31.5m，则闸门高度为35-31.5=3.5m。闸孔宽深比为1.61.8，单孔宽度取整数为6m，闸孔总净宽取636=216m。计算公式：对于平底闸，当堰流处于高淹没度（hs/Ho0.9）时，闸孔总净宽按下列公式计算。 (4.1) (4.2)其中， H上游闸前水深，m。Vo校核流量时入闸水流流速，v/s。 Ho上游闸前水深+流速水头，m。 Bo闸孔总净宽，m。 淹没堰流的综合流量系数。 Q校核流量，m3/s。N闸孔数。bo单孔宽度，m。 hs下游水深，m。 hz底板高程，m。具体方法：根据规范，上游水位壅高为0.10.3m，先假定一个上游水位壅高，用EXCEL进行试算，算出一个流量，之后反复试算，直到计算出的流量等于校核流量。方案比较：三个方案中，方案二底板高程过小，增大闸身和两岸结构的高度，反而增加工程投资，同时增加闸下消能防冲布置上的困难，还可能会带来严重的泥沙淤积。方案三的底板高程过高，使得闸孔总净宽增大，泄水闸闸室段向河道两岸延伸，不利于保持原有水流流态，同时增加了工程量和成本，不经济。方案一的底板高程适中，接近原河床高程，泄水闸段宽度与河道闸址处宽度相近，不破坏原有河道水流流态，同时也给施工带来方便，节约成本。最后确定底板高程为31m，30个孔，每孔宽度7米，溢流前缘总净宽210m。校核情况下上游水位38.1m。4.2.2 泄流能力计算水闸闸门全开敞时的泄流能力按堰流计算。正常情况： ， 式中 N闸孔数；b单孔宽度（m）；过闸流量（m3/s）；过闸单宽流量（m2/s）； 计入行近流速水头的堰上水深（m），此处由于上游水头很小，所以近似取为上游堰上水深； 堰流侧收缩系数；中闸孔侧收缩系数，可查水闸规范表A.0.1-1；边闸孔侧收缩系数。校核情况： 4.2.3 闸顶高程闸顶高程计算，首先要算出波浪高度。波浪要素可根据水闸闸前风向，风速，风区长度，风区内的平均水深等因素按下列规定计算：平均波高和平均波周期按莆田试验站公式计算，即 (4.3) (4.4)式中 平均波高（m）；计算风速（m/s），当浪压力参与荷载的基本组合时，可采用当地气象台站提供的重现期为50年的年最大风速；当浪压力参与荷载的特殊组合，可采用当地气象台站提供的多年平均年最大风速；D风区长度（m），当闸前水域较宽广或对岸最远水面距离不超过水闸前沿水面宽度5倍时，可采用对岸至水闸前沿的直线距离；当闸前水域较狭窄或对岸最远水面距离超过水闸前沿水面宽度5倍时，可采用水闸前沿水面宽度的5倍；风区内的平均水深（m），可由沿风向作出的地形剖面图求得，其计算水位应与相应计算情况下的静水位一致；平均波周期（s）。具体计算过程见计算书4.2.3。算得正常情况下波浪的计算高度为0.33m。查得挡水时（正常蓄水位），水闸安全超高下限值为0.5m。泄水时（校核洪水位），水闸安全超高下限值为0.7m。于是，挡水情况（正常蓄水位）水闸闸顶高程为：正常蓄水位+正常情况波浪高度+正常挡水时水闸安全超高泄水情况（校核水位）下水闸闸顶高程为：校核洪水位+泄水时安全超高最后选定两者较大值为水闸闸顶高程。4.3 枢纽布置方案的比较和选定枢纽布置应根据闸址地形，地质，水流等条件，以及该枢纽中各建筑物的功能，特点，运用要求等，合理安排好水闸与枢纽其他建筑物的相对位置。5、泄水闸设计5.1 闸型选择闸室结构有开敞式，胸墙式，涵洞式和双层式等。开敞式闸室亦称堰流式闸室，其泄流特点是闸门全开时过闸水流具有自由水面，一般底板高程较高，挡水高度较小的水闸都采用这种型式。胸墙式和涵洞式闸室亦称孔流式闸室，其泄流特点是闸门全开时过闸水流只能通过固定孔洞下泄，自由水面受到闸室顶部的固定结构部件(如胸墙或涵洞顶板)所挡，一般底板高程较低，挡水高度较大的水闸常用这种闸室结构型式。双层式闸室亦称混合泄流式闸室，是一种分上下两层，分别装设闸门，既具有面层泄流能力，又具有底层泄流能力的闸室结构。因为此枢纽的底板高程较高，正常挡水高度在5米以内，较小，所以采用开敞式。当闸门全部打开时，闸室过水断面积和泄流量都随着水位的抬高而增大。另外，由于过闸水流不受任何阻挡，大量漂浮物可随着水流下泄，不致堵塞闸孔，因此有排冰，过木的作用。5.2 闸门闸门有弧形闸门和平面闸门。弧形闸门具有重量轻，受力条件好，比同跨度平面闸门要求的启闭机容量小，启闭机运用灵活，不需设置门槽，过闸水流顺畅等优点，因此挡水高度和闸孔孔径均较大，需由闸门控制泄水的水闸宜采用弧形闸门。当永久缝设置在闸室底板上时，由于底板的整体性较差，在地基不均匀沉降的情况下，较易造成闸底板顶面高低不平，闸墩侧向倾斜的现象，从而改变闸孔形状，使得对闸孔变形很敏感的弧形闸门很难适应，因此宜采用平面闸门。如果采用弧形闸门，必须根据地基情况考虑地基的不均匀沉降对闸门强度，止水和启闭的影响。根据当地的情况，此枢纽在正常运行条件下，上游水位必须维持在35m正常水位，所以闸门必须经常提起和放下，考虑到平面闸门由于水流的冲击，闸门槽和闸门衔接不良，可能会产生振动，影响闸室稳定和挡水，另外，弧形闸门运用灵活，效率高，开启时间短。因此选用弧形闸门。不过，要对地基做一定的处理。弧形闸门作工作闸门，应设在闸墩水流较平顺部位，这样可以避免产生因水流流态不好对闸门运行带来不利的影响。闸孔宽深比取1.61.8，是一种较优的孔型，为了满足检修闸室，特别是在正常蓄水位以下检修闸门门槽的需要，往往在工作闸门门槽的上下游侧各设置一道检修闸门门槽。由于此枢纽在检修情况下下游水位很浅，另外存在枯水期，可以在下游不设检修门槽，检修时，只须用麻袋或其他物体挡水即可。为了满足闸门安装与维修的需要，同时也方便启闭机的布置与运行，检修闸门门槽与工作闸门门槽之间的净距离一般不宜小于1.5m。此枢纽中，考虑到工作闸门为弧形闸门，没有门槽，为了减小闸室长度，可以把检修闸门门槽和弧形闸门的距离设为1.0m。检修闸门用叠梁式闸门。另外，露顶式闸门顶部应在可能出现的最高挡水位以上有0.30.5m的超高。在此设0.3m的超高。5.3 底板5.3.1 底板选型闸室底板是整个闸室结构的基础，是承受水闸上部结构的重量及荷载，并向地基传递的结构，同时兼有防渗及防冲作用，防止地基由于受渗透水流作用可能产生的渗透变形，并保护地基免受水流的冲刷。因此闸室底板必须具有足够的整体性，坚固性，抗渗性和耐久性。闸室底板通常都是采用钢筋混凝土结构。平底板是最常用的一种底板型式，构造简单，施工方便，对不同的地基有一定的适应性。箱式平底板具有良好的整体性，对地基不均匀沉降的适应性和抗震性能都很好，但缺点是工程量大，施工较复杂。因此，只有在高压缩性软粘土地基上，为了减小地基的不均匀沉降需增大闸室的横向刚度，或因承载力不足需加大闸室底板砌置深度时，才采用箱式平底板。低堰底板和折线底板（亦称斜底板），在实际工程中的应用远不及平底板普遍，而且受力条件较复杂，目前还没有精确的分析计算方法，只是在某些特定的条件下才被采用。当需要限制单宽流量而闸底建基高程不能抬高，或因地基表层松软需要降低闸底建基高程，或在多泥沙河流上有拦沙要求时，可采用低堰底板。在坚实或中等坚实地基上，当闸室高度不大，但上下游河（渠）底高差较大时，可采用折线底板，其后部可作为消力池的一部分。根据地基和泄流条件选用平底板，这样构造简单，施工方便。平底板按其与闸墩的连接方式，分为整体式和分离式。整体式是闸室底板与闸墩一起浇筑，在结构上形成一个整体。这种底板能将上部桥梁，设备及闸墩的重量传递给地基，使地基应力趋于均匀。整体式底板可用于地基条件较差的情况。分离式平底板的两侧设置分缝，底板与闸墩在结构上互不传力。闸墩和上部设备的重量通过闸墩传到地基，底板只起防渗，防冲的作用。分离式底板适用于闸孔大于8m且坚实的地基和岩基。根据受力条件，选用整体式平底板。5.3.2 底板横缝为了防止和减少由于地基不均匀沉降，温度变化和混凝土干缩引起的裂缝，对于多孔水闸的闸室底板，必须沿垂直水流向进行分段，即设置若干道顺水流向的永久缝，但分段长度不宜过大，亦不宜过小。如分段长度过大，则永久缝的道数虽可减少，但不可能完全防止和减少裂缝；如分段长度过小，则永久缝的道数增多，不仅增加施工麻烦，还增加了工程造价，而且多设置一道缝，在防渗方面就有可能增加一个薄弱环节。分段长度的确定，主要是根据闸室地基条件和结构构造特点，结合考虑采用的施工方法和措施等因素。水利规范规定，岩基上的分段长度不宜超过20m，土基上的分段长度不宜超过35m。当闸室顺水流向永久缝分在闸墩处时，优点是闸室结构整体性好，对地基不均匀沉降的适应性强，且具有良好的抗震性能，但缺点是工程量较大，而且闸孔孔径不宜过大，因为闸孔孔径过大，底板应力很大，需配置较多的钢筋。当闸室顺水流向永久缝分在闸室底板的中间或两侧时（缝型可为垂直贯通式或搭接式），优点是工程量较小，但缺点是底板接缝较多，闸室结构的整体性较差，给止水防渗和浇筑分块带来不利和麻烦。当在闸室底板中间分缝时，由于底板挑出的悬臂不宜过长，故闸孔孔径不宜过大，一般以不大于8m为好；当在闸室底板两侧分缝时，即所谓“大，小底板”，底板挑出的悬臂长度不是完全由闸孔孔径的大小来决定的，闸孔孔径可以大于8m。根据此枢纽的条件，确定为三孔一缝，选择在底板中间分缝，缝距3cm。横缝为永久缝，采用铅直贯通缝。5.3.3 底板高程底板高程的确定，不仅对闸孔的型式，尺寸和闸室的稳定有着决定性的影响，而且直接关系到整个水闸工程的工程量和造价。如果将底板高程定的低一些，可加大过闸水深和过闸单宽流量，减少闸室总宽度，减少工程投资，而且有利于水闸引水或排水；但是，如果将底板高程定的太低，将增大闸身和两岸结构的高度，可能反而增加工程投资，同时增加闸下消能防冲布置上的困难，甚至还会带来严重的泥沙淤积。多孔水闸各闸孔的底板高程设为相同。闸孔孔径的大小，主要应根据闸的地基条件，运用要求，选用的闸门结构型式，启闭机容量等因素综合分析确定，并应符合国家现行的SL74-95规定的闸门孔口尺寸系列标准。按照我国目前的闸门设计技术水平和制造工艺条件，如采用弧形钢闸门，闸门孔孔径一般选用812m，因为这样的孔径无论是在闸底板厚度和配筋量方面，还是在闸门，启闭机价格方面，都是比较合理的。对于多孔水闸，当闸孔孔数较少时，为了便于闸门的对称开启，使过闸水流均匀，避免发生偏流，造成闸下的局部冲刷，同时使闸室结构受力对称，有利于工程的安全运行，闸孔的孔数以采用单数为好。因此，规范规定，闸孔数少于8孔时，宜采用单孔数。当闸孔孔数超过8孔时，在一般情况下采用单数孔或双数孔都是可以的。由前面底板高程计算所得，本枢纽为30个孔。单孔孔径为7m。5.3.4 底板厚度闸室底板厚度应根据闸室地基条件，作用荷载及闸孔净宽等因素。闸室底板通常是等厚度的，也可采用变厚度，后者在地基较坚实的情况下，有利于改善底板的受力条件。对于大中型水闸，闸室平底板厚可取闸孔净宽的1/61/8，其值约为1.02.0m,，最小厚度不宜小于0.7m。5.4 闸顶高程闸顶高程通常是指闸室胸墙或闸门挡水线上游闸墩和岸墙的顶部高程。由于水闸是兼有挡水和泄水双重作用的水工建筑物，因此闸顶高程应根据挡水和泄水两种情况确定。水闸通常是在正常蓄水位条件下关门挡水，有时因外河行洪或其他原因，不允许水闸向外河泄水，此时可能出现最高挡水位高于正常蓄水位的情况。无论是在正常蓄水位或最高挡水位条件下的关门挡水，由于风力作用，闸前均会出现波浪，因此闸顶高程不应低于水闸正常蓄水位加波浪计算高度与相应安全超高值之和。当水闸闸前水位达到设计洪水位必须开闸泄水时，由于流速影响，水面不会形成较高的波浪，至少不会形成立波波形，因此闸顶高程不应低于设计洪水位与相应安全超高值之和。为了不致使上游来水漫过闸顶，危及闸室结构安全，上述挡水和泄水两种情况下的安全保证条件应同时得到满足。此外，在确定闸顶高程时，还应分别考虑软弱地基上闸基沉降的影响，多泥沙河流上闸前泥沙淤积后水位可能抬高的影响，防洪（挡潮）堤上水闸两侧堤顶可能加高的影响。为了方便，两岸土石坝的高程也采用闸顶高程。由闸顶高程由计算确定。5.5 闸墩闸墩是闸门和各种上部结构的支承体，由闸门传来的水压力和上部结构的重量和荷载通过闸墩传布于底板。闸墩通常是实体的，其纵向刚度很大，可以保证在纵向不会产生显著的变形。闸墩上游墩头一般做成半圆形，半圆形墩头水流条件好，施工方便；下游墩头多采用流线形，以利于水流的扩散。为了闸墩上部桥面和设备安装，常将闸墩上部不过流部分的上下游端均做成方形。考虑到此枢纽的水流比较平缓，水头损失不大，为了施工方便，此处闸墩的上下游墩头都为半圆形。闸墩厚度通常是根据结构构造要求和施工方法确定的。弧形闸门的闸墩，因为没有门槽，可采用较小厚度。平面闸门的闸墩厚度，往往受门槽的深度控制。此处设中闸墩厚度设为2m，边墩厚1m，检修门槽宽深都为0.25m。5.6 启闭机及其他设施5.6.1 启闭机常用的闸门启闭机主要有卷扬式，螺旋式和液压式三种。固定卷扬式启闭机是应用最广泛的一种启闭机，它适用于闭门时不需施加压力，且要求在短时间内全部开启的闸门，一般每孔布置一台。螺旋式启闭机一般适用于小型水闸，因其闸门尺寸和要求的启闭力都很小，常用螺旋式启闭机，使用简洁，价格便宜。液压式启闭机是一种比较理想的启闭设备，其优点是利用液压原理，可以用较小的动力获得很大的启门力；同时机体体积小，重量轻，当闸孔较多时，可以降低机房，管路以及工作桥的造价；此外，液压传动比较平稳和安全（有溢冲阀，超载时起自动保护作用），并较易实现遥测，遥控和自动化。液压式启闭机的缺点是对金属加工条件要求较高，加工精度的高低对液压启闭机的使用效果影响较大，同时设计选用时要解决闸门起吊同步的问题，否则会发生闸门歪斜卡阻的现象。本枢纽闸孔较多，为了减少机房，管路以及工作桥的工程造价，减少闸室体积和重量，采用液压式启闭机。控制室设在闸墩上，一个控制室控制2个弧形闸门。5.6.2 其他设置本枢纽为露顶式闸门，所以不设胸墙。由于工作闸门是弧形闸门，采用液压式启闭机，所以闸室上部只需设交通桥，油压控制室，顶部板梁铺层和用于移动启闭机（用于起吊检修闸门）的轨道。根据资料，合大公路从闸上通过，设计标准为级，查有关规范，定交通桥总宽为8m，厚0.3m，架设在闸墩上。交通桥由2个T形梁支撑。设定交通桥净宽7.5m，两侧设0.25m安全带，安全带上布设1.1m高的栏杆，栏杆重力按1.3kN/m。闸墩顶部板梁铺层用于移动启门机的行走，厚度以0.30.5m厚为宜。选定厚度为0.3m。移动启门机的重量以25KN计。6、闸下防渗布置水闸在上下游水头差的作用下，不仅在闸基土体中会产生渗流，同时还会产生绕过两岸连接建筑物的岸坡绕渗。水闸闸基渗流在底板上形成的扬压力，不利于闸室稳定；岸坡绕渗对连接建筑物的侧向稳定不利。闸基渗流和岸坡绕渗还可能造成渗流出逸处的渗透变形破坏，甚至导致水闸失事。渗透引起水量损失，但是在水闸枢纽中，除非水量损失过大或形成特殊通道，水量损失往往不是渗流分析中的主要问题。6.1 防渗布置水闸闸下防渗包括上游铺盖，板桩，闸底板和不透水护坦板等设施。水流经地基渗向下游，形成地下渗流场。从防渗铺盖前端开始，沿铺盖，板桩，底板及护坦，到下游排水的前端为止，是闸基渗流场的第一根流线，称为地下轮廓线。地下轮廓线的长度称为渗径长度。在地下轮廓线上，渗透水压力自上游向下游沿程递减。地下轮廓线所在的建筑物承受渗透水压力，因此，闸下渗流为有压渗流。水闸防渗排水设计的首要任务是布置地下轮廓线。地下轮廓线的布置原则是“上防下排”，即在闸基靠近上游侧以防渗为主，采取水平或垂直减渗措施，阻截渗水，消耗水头。在防渗体的下游侧以排水为主，尽快排除渗水，降低渗压。闸下防渗排水的布置方式不同，对减少建筑物的渗压和防止闸基渗透变形的作用也显著不同。如果上游防渗设施不变，单纯地将排水设施向前延伸，渗径长度缩短的同时，闸下的平均渗流坡降增大，对防止渗透变形不利。特别是当排水开始处的逸出坡降增大到土壤的临界渗透坡降时，很容易引起渗透变形，必须加强反滤层或其他防止渗流破坏的专门措施。这说明，降低渗压和防止渗透变形的要求往往是互相矛盾的。设计时，必须根据闸基土壤条件抓住主要矛盾，全面考虑，力求做到经济合理。地下轮廓线的布置方式与地质条件密切相关。闸址所在地的地质条件是以中砂为主。砂性土闸基的特点是摩擦系数较大，有利于闸室抗滑稳定。但是，砂性土抵抗渗透变形的能力较差，渗透系数也较大，故防渗设计时应以防止渗透变形和减少渗透为主。当砂土很厚时，粗砂和砾质地基，一般采用铺盖与闸底板上游端板桩（或垂直防渗墙）相结合的方式，这时，板桩达不到不透水层，称为悬挂式板桩。排水一般设在消力池下面即可，不必再向上游延伸。当砂层较薄，不透水层埋深不大于水头的11.5倍时，最好采用齿墙或板桩切断砂层，彻底切断闸下渗流通道。这时，在消力池底板下面仍然要设置排水。这样，渗压，渗透变形，漏水等问题都可以得到较好的解决。根据闸址处提供的资料，闸址处中砂层很厚，所以采用闸下排水向上游延伸到护坦板的底部，护坦板底部没有渗透压力，闸底渗压明显减小。均质土地基上的水闸闸基轮廓线应根据选用的防渗排水设施，经合理布置确定。在工程规划和可行性研究阶段，初步拟定的闸基防渗长度应满足下面公式要求 式中 闸基防渗长度，即闸基轮廓线防渗部分水平段和垂直段长度的总和（m）。 上下游水位差（m）。 允许渗径系数值，6.2 渗流计算计算方法：改进阻力系数法。计算公式：土基上水闸的地基有效深度可按公式(6.1)或公式(6.2)计算：当时， (6.1)当时， (6.2)式中 Te土基上水闸的地基有效深度（m）。 Lo地下轮廓线的水平投影长度（m）。 So地下轮廓线的垂直投影长度（m）。 当计算的Te值大于地基实际深度时，Te值应按地基实际深度采用。分段阻力系数可按公式(6.3) (6.6)计算1 进，出口段： (6.3) 2 内部垂直段： (6.4)3 水平段： (6.5)4 各分段水头损失按式(6.6)计算： (6.6)式中 各段的阻力系数； S板桩或齿墙的入土深度； T地基透水层深度； Lx水平段长度； ,进出口段板桩或齿墙的入土深度； 各分段水头损失值； n总分段数。5 进出口段修正后的水头损失值按式(6.7)和(6.8)计算： (6.7) (6.8)修正后水头损失减小值按式(6.9)计算： (6.9)水力坡降呈急变形式的长度按式(6.10)计算： (6.10)出口段渗流坡降值按式(6.11)计算： (6.11)式中 出口段修正后的水头损失值； 阻力修正系数，当计算的1时，采用=1.0； 底板埋深与板桩入土深度之和； 板桩另一侧地基透水层深度； J出口段渗流坡降值； 修正后水头损失的减小值； 水力坡降呈急变形式的长度；6.3 防渗措施6.3.1 齿墙闸室底板的上下游端均宜设置齿墙，齿墙深度可采用0.51.5m，既能增加渗径长度，降低闸基底部渗透压力，减小渗透水流的出逸坡降，又能增加闸室的抗滑稳定性。但齿墙深度最大不宜超过2.0m，否则施工有困难，尤其是在粉土或粉细砂地基上，在地下水位较高的情况下，齿墙基槽难以开挖成形。6.3.2 铺盖铺盖长度应根据防渗效果大和工程造价低的原则确定，如果混凝土或钢筋混凝土铺盖兼作阻滑板用，还应满足抗滑稳定的要求。从渗流观点看，铺盖过短，不能满足防渗要求；但铺盖过长，其单位长度效果会降低，同时也不经济，一般采用上下游水位差的35倍。混凝土或钢筋混凝土铺盖最小厚度不宜小于0.4m，其顺水流向的永久缝缝距可采用820m，靠近翼墙的铺盖缝距宜采用小值，缝宽可采用23cm。在混凝土板铺盖与闸室底板连接处要设置止水，止水片的材料为紫铜片，塑料片。6.3.3 板桩垂直防渗设施除了齿墙之外，还有钢板桩，钢筋混凝土板桩，木板桩，混凝土防渗墙，高压旋喷灌浆帷幕。木板桩易劈裂，施工质量难以保证，除某些小型临时性工程外，木板桩已很少使用。钢板桩强度大，容易打入地基，用锁扣连接后漏水少。钢板桩成本较高，在一些大型工程中使用能够加快施工速度。根据规范，钢筋混凝土板桩长度多采用35m，最长达8m。如果钢筋混凝土板桩长度过长，不仅在经济上不尽合理，而且桩下渗流不经过闸底板的底面，直接由上板桩渗至下板桩，并不能增加渗径长度，同时板桩长度过长，还增加施工困难。钢筋混凝土板桩下端为楔形，以便于打入地下。板桩两侧采用梯形槽，用锁扣装置连接，可减少板桩成形后的桩间漏水。板桩用强夯逐渐打击进入预定位置。钢筋混凝土的最小厚度不小于0.2m，宽度不小于0.4m。板桩与底板之间应避免刚性连接，以适应闸身沉陷。混凝土墙用冲击钻逐段凿槽灌浆形成。7、闸室稳定闸室竣工后，闸室及上部设备的全部重量由地基承担，这时地基承受的压力最大，需要有足够的承载力。在闸室自重作用下，往往可能产生较大的地基和不均匀沉降。较大的闸室沉降将使闸室的顶部高程达不到设计要求；不均匀沉降将使闸室倾斜，不能正常工作，甚至出现底板断裂，特别是闸室边墩外侧回填土后，更容易在边闸孔产生这种情况。闸基压应力超过地基允许压应力后，地基可能失去稳定。水闸挡水后，在水平推力等荷载作用下，可能产生沿地基面的表层滑动，也可能连同一部分土体产生深层滑动。闸室还可能在检修时，因重力不足而浮起。闸室在施工，完建，运行和检修期间都应该保持稳定。闸室稳定计算包括整体抗滑稳定计算，基底应力校核以及检修抗浮计算。水闸结构使用的建筑材料，主要有混凝土和钢筋混凝土，在有的部位也有采用浆砌条石或浆砌块石的。混凝土的中都可采用23.524.0kN/m3，钢筋混凝