广州市大沥水闸课程设计计算书.docx

目 录
第一章 概述
第一节 流域概况 ................................. 2
第二节 枢纽任务 ................................. 2
第三节 闸址水文气象.............................. 2
第四节 闸址地质 .. ..............................2
第五节 设计参考数据 . . ..........................7
第六节 设计成果要求 . ............................8
第二章 枢纽工程布置
第一节 枢纽总体布置概述.........................9
第二节 建筑物布置 ..............................9
第三章 水闸设计
第一节 水闸型式的选择............................10
第二节 水力设计 .............................. 13
第三节 防渗排水设计 ............................20
第四节 结构设计 ................................27
第六章 参考文献 ...35

第一章 概述
第一节 流域概况
xx水闸位于xx市某区xx村，处于xx航道北边，水流自北向南汇入珠江，流域内地势北高南低，流域属珠江三角洲河区。
第二节 枢纽任务
本工程是主要承担排涝任务，并结合挡潮等综合效益的工程。建设本工程是十分必要的。本次设计的主要任务是对该枢纽中的水闸进行全面的结构选型设计和定性的论证枢纽总体布置方案,进行初步设计。
第三节 闸址水文气象
本地区地处北回归线以南，属热带海洋季风气候，温暖湿润，无霜期长达346天，季候风明显且多受强风和海潮侵袭。降雨主要是冷暖气流相遇而形成的锋面雨以及夏季台风引起的台风雨，雨量充沛，年内降雨分布不均，暴雨多集中于夏秋两季，为年内降雨的80%，冬季雨量稀少。
多年平均气温21.3℃，最高气温37.7℃，最低气温-1.9℃，七八月份平均气温28.6℃，一月平均气温13.3℃。
年均日照总时数1953.5小时，日照率50%，年太阳辐射总量109千卡/厘米。常年季节性风向，冬季偏北风，夏冬季多偏东南风，最大风力九级，风速23m3/s。
xx水闸所处的珠江干流属感潮河段，受潮汐的影响明显，涨潮历时短，落潮历时长，年最高潮位多出现在汛期，最低潮位出现在冬季枯水期，潮差的年际变化不大，年内变化相对较大，汛期潮差略大于枯水期潮差，根据《xx市江河流域（区域）防洪(潮)规划》东江北干流洪潮水面线成果，200年一遇设计洪潮水位为2.58m。xx水闸断面20年一遇24小时暴雨形成的设计排涝洪峰流量Q=58.0m3/s。
第四节 闸址地质
xx水闸工程闸址，共布置5个钻孔。场地属珠江三角洲平原地貌，单元钻孔高程为-1.49-3.39m。本场地岩性上部为素填土，其下伏地层有第四系冲积层，白垩系泥质粉砂岩。本场地经钻探，未发现有构造断裂痕迹。
本场地地下水主要为第四系冲积层的孔隙性潜水，主要含水层是砂层。本场地从ZK3和河涌取水样2组。根据水质简易分析试验成果，HCO3-含量1.659～1.734mmol/L，pH值7.0～71，侵蚀CO2含量4.52～6.69mg/l，Mg2+含量2.31～5.10 mg/l，SO42-含量43.67～44.81 mg/l，（详见附表），按《水利水电工程地质勘察规范》所附环境水对混凝土腐蚀的评价标准，本区地下水对建筑物混凝土无腐蚀性。

勘察表明，拟建场地下部岩土大体可分9层，自地面向下各层情况如下所述：第四系素填土（层号1）
（1）素填土
褐黄色，主要由中细砂和少量碎石块组成。碎石块约占15～30%，大小1-12cm。结构较松散。分布在ZK1，ZK3孔可见，最薄处为2.00米，见于ZK3号孔；最厚处为4.00米，见于ZK1号孔，平均厚度为3.00米。层顶最高处标高为339米，见于ZK1号孔；层顶最低处标高为2.85米，见于ZK3号孔，平均标高为3.12米。
第四系冲积层（层号2）
（2-1）淤泥
灰黑色，饱和，流塑。分布在ZK1，ZK2，ZK4，ZK5孔可见，最薄处为3.10米，见于ZK1号孔；最厚处为6.60米，见于ZK4号孔；
平均厚度为5.56米，层顶最高处标高为-0.61米，见于ZK1号孔；层顶最低处标高为-1.49米，见于ZK5号孔，平均标高为-1.12米。
（2-2）淤泥质土
灰黑色，饱和，流塑。仅分布在ZK3孔可见，厚度为4.25米，层顶标高为0.85米。
（2-3）粉质粘土
黄白色，稍湿，可塑。质较纯。全场地分布，最薄处为1.70米，见于ZK1号孔；最厚处为4.75米，见于ZK3号孔，平均厚度为3.58米。层顶最高处标高为-3.40米，见于ZK3号孔；层顶最低处标高为-7.82米，见于ZK4号孔，平均标高为-6.03米。
（2-4）中砂
灰白色，饱和，稍密。含少量粘粒。分布在ZK1，ZK4，ZK5孔可见，最薄处为2.30米，见于ZK5号孔；最厚处为4.10米，见于ZK4号孔，平均厚度为2.95米。层顶最高处标高为-5.41米，见于ZK1号孔；层顶最低处标高为-12.12米，见于ZK4号孔，平均标高为-9.24米。
（2-5）粗砂
灰白色，饱和，中密。含少量粘粒。仅分布在ZK2孔可见，厚度为400米，层顶处标高为-12.17米。
（2-6）砾砂
灰白色，饱和，中密。含少量粘粒。分布在ZK1，ZK3，ZK5孔可见，最薄处为3.80米，见于ZK5号孔；最厚处为9.20米，见于ZK3号孔，平均厚度为7.25米。层顶最高处标高为-7.86米，见于ZK1号孔；层顶最低处标高为-12.49米，见于ZK5号孔，平均标高为-9.50米。
基岩白垩系（K）（层号3）。
（3-1）强风化泥质粉砂岩
褐红色，风化较强烈，岩芯呈半岩半土状，岩芯用手可掰断。夹少量中风化岩块。全场地分布，最薄处为8.50米，见于ZK1号孔；最厚处为10.70米，见于ZK5号孔，平均厚度为9.58米。层顶最高处标高为-16.17米，见于ZK2号孔；层顶最低处标高为-17.35米，见于ZK3号孔，平均标高为-16.53米。
（3-2）中等风化泥质粉砂岩
褐红色，风化较弱，岩芯呈短柱状、块状。岩质较硬，锤击无回弹。全场地分布。最薄处为3.10米，见于ZK3号孔；最厚处为4.20米，见于ZK1号孔，平均厚度为3.66米。层顶最高处标高为-25.11米，见于ZK1号孔；层顶最低处标高为-26.99米，见于ZK5号孔；平均标高为-26.11米。
标准贯入试验统计成果见表1。
表 1 标准贯入试验统计表
层号
岩性
样本数
最大值
最小值
平均值
标准差
变异系数
标准值
2-1
淤泥
4
1
1
1
/
/
/
2-2
淤泥质土
1
/
/
2
/
/
/
2-3
粉质粘土
8
12
6
8.4
1.77
0.21
7.2
2-4
中砂
3
15
13
14.0
/
/
/
2-5
粗砂
1
/
/
24.0
/
/
/
2-6
砾砂
5
28
20
24.4
/
/
/
3-1
强风化岩
9
98
56
79.8
16.2
0.20
69.8
岩石力学性质参数统计成果见表2。
表2 岩石天然抗压强度统计成果表
层号
岩性
样本数
最大值
最小值
平均值
3-2
中等风化泥质粉砂岩
3
7.0
6.6
6.87
砂土渗透系数统计成果见表3。
表3 渗透系数统计表
层号
岩土名称
渗透系数(cm/s)
2-1
淤泥
5.21×10-6
3.04×10-6
8.62×10-7
2-2
淤泥质土
9.26×10-7
9.26×10-7
2-3
粉质粘土
3.27×10-6

6.62×10-6
7.42×10-7
5.24×10-6
3.26×10-6
2.06×10-5
2-4
中 砂
1.04×10-2
1.04×10-2
25
粗 砂
2.17×10-2
2.17×10-2
2-6
砾 砂
5.82×10-2
7.06×10-2
8.29×10-2

砂土物理力学指标结果见统计表4

表4 砂土物理力学指标结果统计表

层号
土名
状态
指标类别
颗粒组成（mm）
休止角（。）
天然重度
内摩擦角
（。）
>2
2～0.5
0.5～0.25
0.25～0.075
0.075～0.05
Φ(。)
Φ’(。)
kN/m3

2-4

中砂

稍密
组 数
1
1
1
1
1

39

33

18.0

31
最大值

最小值

平均值
10.6
30.4
41.2
16.1
1.7

2-5

粗砂

中密
组 数
1
1
1
1
1

40

34

18.5

35
最大值

最小值

平均值
14.2
40.2
26.3
17.6
1.7

2-6

砾砂

中密
组 数
2
2
2
2
2
41
35
18.8
36
最大值
30.9
41.0
18.2
16.5
1.9
最小值
28.7
34.7
12.4
14.3
1.4
注：休止角、天然重度、内摩擦角参考《xx地区
建筑基坑支护技术规定》（GJB02-98）
平均值
29.8
37.9
15.3
15.4
1.7

场地地貌单元单一，据现场5个钻孔揭露，在堪察深度范围内，岩石除见一些节理，裂隙外，尚未发现岩层遭受强烈挤压，扭曲和断裂等不良地质构造因素。另据区域地质图，无区域性断裂从场地及其附近经过，因此基底岩石构造稳定性良好。
本场地地震基本烈度属7度区，设计基本加速度值为0.10 g,场地土由软弱土，中软土，中硬土及基岩组成，综合评价为中硬场地土类别，属《建筑抗震设计规范》（GB50011－2001）II类场地。
本次钻探揭露最大深度为27.10米，已揭穿整个第四系沉积层。本场地在钻探深度内未发现有不良的构造现象。
各岩土层作为基础持力层的评价：
1．第四系冲积层的淤泥，软塑状粉质粘土，粗砂等力学强度低，埋深浅，不宜作为拟建建筑物地基基础持力层。
2．残积层之粉土，中密状，局部密实状，具一定的力学强度，但埋深浅。不宜作为拟建建筑物的基础持力层。
3．强风化岩具有较高的力学强度，埋深不大，可考虑作为拟建建筑物的摩擦型桩的桩端持力层；中风化岩石强度较高，埋深不大，可作为拟建建筑物嵌岩桩桩基持力层。

第五节 设计参考数据
（1）水（潮）位
①闸下潮位：采用200年一遇设计高潮位：2.58m（珠基，下同），排涝相应潮位：2.10m，最低低潮位：-1.21m。
②闸上水位：设计水位为2.30m，最低水位与闸下最低低潮位基本相同为-1.21m。
（2）设计排涝流量
设计排涝标准为20年一遇，设计排涝流量Q设＝58.0m3/s。
②墙后回填土
内摩擦角：φ＝130， c=10 kPa
湿容重：γ湿＝19kN/m3
浮容重：γ浮＝9kN/m3
（3）材料容重及水容重
钢筋混凝土：γ＝25kN/m3
混凝土：γ＝24kN/m3

浆砌石：γ＝20kN/m3
水： γ＝10kN/m3
（4）抗滑稳定安全系数：
基本荷载组合：Kc≥1.30
特殊荷载组合：Kc≥1.15;
（5）多年平最大风速为23m/s.

第六节 设计成果要求
（一）计算书
设计计算书是工程设计的重要工作内容，计算书应注明章节，并要求层次分明，书写清楚。一律打印，计算附图、曲线可用铅笔按比例绘制附入相应的计算部分或用计算机绘图。计算部分可以用软件计算，但要求必须有手算部分
对常用公式可直接列出，对规范或参考文献中的公式要著明来源（作者、书名、出版社、年月）计算过程尽量做到表格化，既便于计算，也便于审核。
主要计算成果汇成总表后放置在前面，首页应有目录，要求计算书整理成册，以便查阅。
（二）设计说明书
设计说明书是毕业设计的主要成果，要表达设计得的设计思想、方法和分析能力。设计说明书是设计主要成果的说明，而不是对计算过程的描述。对所采用的设计参数应说明其根据、对比方案要做综合分析，经过充分论证，作出明确的结论，并附有图纸。在说明书中，需要指明设计的某些理论根据及参考文献，但对理论本身可不加以说明。
设计说明书要求章节分明，简明扼要，文理通顺，字迹工整。书中既有计算数据，又有分析论证和明确的结论，必要时应使用插图与附表，附在所需说明的相应部分。
说明书要求打印成册，附图用铅笔按比例绘制。
（三）工程设计图
工程设计图是工程师的语言，是设计成果的主要表达方式，应严格按照“水利水电工程制图”绘制，要求制图正确，布局合理，主次分明，比例适当，线条清晰，尺寸齐全，必要时就在有简明的注解。

图纸为白绘图纸，用计算机出图，可先绘出草图，经指导教师审查后，再绘制成正式设计图。采用2号图幅，按规范图纸形式出图。

第二章 枢纽工程布置
第一节 枢纽总体布置概述
闸址选择一般根据工程所担负的任务，确定一个建闸的范围，然后在范围内选择几个可能的位置。通过经济技术比较选出一个较为优越的闸址。
闸枢纽应选择在以下地方：河流顺直、稳定；主河槽较窄、两岸陡.本工程中A到D这一河段河流顺直, 主河槽宽度都较接近,河底高程也相差不大,考虑到要在水闸上设交通桥,两岸已建建筑物的布置,在C处有较多的空地可以布置公路,且C处离珠江不远,故将闸址选在C处.
第二节 建筑物布置
闸枢纽建筑物有排涝挡潮闸、横堤,考虑到工程任务和现实需要，整个枢纽布置较为简单。排涝挡潮闸主要由上游连接段、闸室段和下游连接段三部分组成.
(一).上游连接段
上游连接段处于水流行近区,主要作用是引导水流从河道平稳地进入闸室,同时有防冲、防渗作用.
上游连接段包括钢筋混凝土铺盖、护底、上游防冲槽和两岸翼墙。
河床宽度为14m，宽度不较大，采用八字形翼墙连接段，两岸翼墙均采用钢筋混凝土扶壁式挡土墙。
(二).下游连接段
从闸室出来的水流具有相当的能量,下游连接段的主要作用是消除下泄水流的动能,顺利与下游河床水流连接,避免发生不利冲刷现象.下游连接段包括护底坦、海漫、防冲槽和下游翼墙, 下游翼墙也是采用八字形.
(三).闸室段
闸室段是控制水流,并连接两岸和上、下游连接段的主体.闸室段包括闸门、闸墩、底板、工作桥、交通桥、启闭机房等。
第三章 水闸设计
第一节 水闸型式的选择
1. 堰型选择
xx水闸的主要作用是挡潮和排涝，且它是建在珠江三角洲平原地区的软土地基上的，因此根据其运用情况、水流流态、地形和地质等条件综合考虑，采用开敞式宽顶堰.这种型式结构简单,施工方便,地基应力均匀,泄流能力大,上游水位壅高较小,有利于完成冲砂、排污等其他任务。虽然宽顶堰自由泄流时的流量系数较小，但具有泄流能力稳定、地基应力分布均匀、结构简单和施工方便等优点；而且宽顶堰具有泄流能力稳定和地基应力分布均匀的优点。
2.闸底板形式与高程的确定
闸室底板的作用是承受上部荷载,防止水流冲刷,延长闸下渗径.根据C－C断面河床剖面图，并参考不远处C－C断面河床剖面图，再考虑水闸的主要作用是排涝和挡潮，要求在可能的条件下将底板高程尽量定得低一点，可将底板高程定为-1.0m。底板形式采用钢筋混凝土整体式平底板，它的优点是洪水泄水稳定，构造简单，施工方便, 且有利于加快排沙与泄洪。
3.闸顶高程的确定
水闸闸顶高程应根据挡潮和排涝两种运行情况确定。
水闸安全超高下限值参照《水闸设计规范》规定，如下表所示

水闸级别
运用情况
1
2
3
4、5
挡水时
正常蓄水位
0.7
0.5
0.4
0.3
最高挡水位
0.5
0.4
0.3
0.2
泄水时
设计洪水位
1.5
1.0
0.7
0.5
校核洪水位
1.0
0.7
0.5
0.4
1）挡潮时，闸顶高程不应低于设计最高潮位加波浪计算高度与相应安全超高值之和。
设计高潮位为2.58m，水闸级别取为二级,安全超高下限值由《水闸设计规范》查得为0.4m，
波浪计算高度按下式算得：h浪＝hl/2＋hz

hl＝0.0166V05/4D1/3＝0.0166×235/4×0.21/3＝0.49m
L＝10.4hl0.8＝10.4×0.490.8＝5.88m
hz＝πhl2/L cth（2πH/L）＝3.14×0.492/5.88×cth（2×3.14×3.3/5.88）＝0.13m
其中，H＝2.3－（－1.0）＝3.3m
因此，h浪＝0.49/2＋0.13＝0.375m
h挡＝2.58＋0.375＋0.4＝3.36m
2）排涝时，闸顶高程不应低于设计洪水位与相应安全超高值之和。
设计水位为2.30m，安全超高下限值由《水闸设计规范》查得为0.5m，
因此，h排＝2.3＋1.0＝3.3m
同时, 综合考虑水闸本身安全和闸上交通布置的需要、闸基的沉降以及水闸与两岸堤防的连接等,取挡潮闸闸顶高程为3.60m.
4.闸底板尺寸的初步拟定
1）厚度
底板厚度必须满足强度、刚度、抗渗及抗冲的要求，可取 1/5 ～ 1/7 的闸孔净宽，一般为 1.2～ 2.0 m，最薄也不宜小于 0.7 m。在底板上下游两端设有浅齿墙，深度为 0.5～1.5 m，以增加闸室的稳定性和延长防渗长度。底板混凝土应满足强度、抗渗及防冲等要求。本工程初步设计时底板厚度大致取为1.0m, 齿墙深度为 0.5m。
2）总宽度
由于本设计仅设一个闸孔，故底板总宽度应等于闸孔总宽度加上两边墩厚度，取边墩底厚度为2.5m，则底板总宽度＝7＋2.5×2＝12m。
3）顺水流方向的长度
底板长度（顺水流方向）一般受上部结构布置控制，但要满足闸室抗滑稳定和基底压力较均匀等要求。初拟底板长度 L 时，除满足闸室上部结构布置的要求外，还可参考以下两种经验数据：(1)L 约为上游水深的1.5 ～2.5 倍，坚实地基取下限值，松散地基取上限值；(2)L 约为上下游最大水位差的 2 ～ 4倍，在相同的情况下，砂土地基 L 稍小些，粘土地基 L 稍大些。

本工程中底板顺水流方向的长度，初步设计阶段可大致根据经验确定。由于河床表层淤泥被换中细砂，故底板长度可取2.0～4.0）H（H为上下游最大水位差，本设计为2m）。
考虑到要满足闸室的布置及稳定，这里取闸底板长L=8.0m.
5. 边墩的设计
本设计由于采用是单孔水闸，故只有边墩，采用重力式边墩，其作用是承受迎水面的水压力、背水面的回填土压力和渗流压力，同时也支承闸门、工作桥及交通桥等上部结构，其型式和尺寸应满足结构要求。
1）选定边墩型式
边墩材料采用钢筋混凝土，与闸底板一起整体现浇。头部及尾部与上下游翼墙连接处采用半圆形,边墩长取等于底板长度8m。
3）门槽位置和尺寸的确定
门槽中心线分别距墩头5.0m及墩尾3.0m，其深度取0.30m，宽取0.60m。
4）边墩厚度的确定

边墩墩顶厚度取1.0m，墩底厚度取2.5m,挡水侧垂直,挡土侧放坡。
5）边墩横剖面如右下图

6. 闸门型式尺寸的拟定
选用钢闸门，门宽B＝7+0.2×2＝7.4m，闸门厚度取0.5m，由于露顶式闸门顶部应在可能出现的最高挡水位以上有0.3～0.5m的超高。本水闸最高挡水高度为2.58m，闸底高程为－1.0m，选定闸门高度为4.0m，相应的超高值为0.42m，满足规范要求。
8. 工作桥、检修便桥和交通桥的设计
1）工作桥、检修便桥和交通桥的高程的选定
工作桥、检修便桥和交通桥的梁底高程均应高出设计高潮位0.5m以上，若有流冰，应高出流冰面以上0.2m。本水闸位处亚热带地区，所在河涌不存在流冰情况，因此工作桥、检修便桥和交通桥的梁底只考虑需要高出设计高潮位0.5m以上。

本设计的设计高潮位为2.58m，则工作桥、检修便桥和交通桥的梁底高程不应低于2.58+0.5=3.08m。
考虑到闸顶高程为3.6m，为使检修便桥、交通桥桥面与边墩顶面平齐，其梁底高程取为3.1m，即检修便桥、交通桥梁高取0.5m。由于工作桥在墩顶以上设置，因此其梁底高程必然满足要求。
工作桥梁面高程视闸门型式及闸孔水面线而定，对采用固定式启闭机的平面闸门，工作桥横梁底部高程与闸室底板高程的差值约等于闸门高度的 2 倍再加 1.0 ～ 1.5m 的富裕高度,即
H＝2h＋e＝2×4＋1.0＝9m，即桥面高程为8.5m
2）工作桥、检修便桥和交通桥的型式及尺寸的确定
a．工作桥供安设启闭机和操作启闭设备之用，采用现浇梁板式结构。设置在闸墩之上，用四根柱子支承。为保护桥上启闭设备免收雨水淋蚀，设置一启闭机室。工作桥宽度根据闸室布置情况确定，过程如下
工作桥宽＝机墩底宽＋两侧操作所需宽度＋围护结构尺寸
＝1.0＋2×0.6＋2×0.15＋2×0.180=2.86m取2.90m.
闸室宽取为3.50m.
b．交通桥采用现浇梁板式结构，布置于闸室上游侧。由于水闸上游不远处有一过车交通桥，故不再在水闸上设置过车道，而仅做成2.5m宽的人行便桥
c．检修便桥采用现浇梁板式结构，其一端与闸室下游端平齐，另一端则与闸门槽相接，方便检修，其桥宽为2.0m。
第二节 水力设计
一、闸孔孔径的选择
水闸闸孔孔径应根据工程投资、闸门形式、运用要求等因素来确定，必要时需参照闸门系列要求进行选择。
1.闸孔总净宽B0计算
确定闸孔净宽要兼顾泄流能力与消能防冲这两个矛盾的因素。由于设计排涝流量不大，闸门可初步估计采用单孔，闸孔形式采用宽顶堰，堰顶与渠底同高。
根据《水闸设计规范SL265-2001》，水闸的闸孔净宽B0可按公式（A.0.1-1）～（A.0.1-6）计算：

（A.0.1-1）
单孔闸 （A.0.1-2）
多孔闸，闸墩墩头为圆弧形时
（A.0.1-3）
（A.0.1-4）
（A.0.1-5）
（A.0.1-6）
式中 ——闸孔总宽度（m）；
Q——过闸流量（m3/s）；
——计入行近流速水头的堰上水深（m）；
g——重力加速度，可采用9.81（m/s2）；
m——堰流流量系数，可采用0.385；
——堰流侧收系数，对于单孔闸可按公式（A.0.1-2）计算求得或由表A.0.1-1查得；对于多孔闸可按公式（A.0.1-3）计算求得；
b0——闸孔净宽（m）；
bs——上游河道一半水深处的宽度（m）；
N——闸孔数；
——中闸孔侧收系数，可按公式（A.0.1-4）计算求得或由表A.0.1-1查得，但表中bs为b0+dz；
dz——中闸墩厚度（m）；
——边闸孔侧收系数，可按公式（A.0.1-5）计算求得或由表A.0.1-1查得，但表中bs为；
bb——边闸墩顺水流向边缘线至上游河道水边线之间的距离（m）；
——堰流淹没系数，可按公式（A.0.1-6）计算求得或由表A.0.1-2查得；
hs——由堰顶算起的下游水深（m）。
则：V0=Q/w=58.0/35= 1.6571 m/s，bs=10.5m,hs＝2.1-（-1.0）＝3.1m
H＝2.1－（－1.0）＝3.1m， H0=H+＝3.3＋＝3.440m，
m=0.32+0.01,对于本工程，P＝0，故
m＝0.32＋0.01×3/0.46＝0.385
采用试算法，应用单孔时的公式，具体试算如下表所示：

序号
流量Q（m3/s）
上游水深H（m）
上游流速V0（m/s）
下游水深hs（m）
堰上水深H0（m）
闸孔净宽b0(m)
上游河道半深宽bs(m)
侧收缩系数ε
淹没系数σ
流量系数m
总净宽 B0（m）
1
58.0
3.3
1.6571
3.1
3.440
10.000
10.5
0992
0.825
0.385
6.515
2
58.0
3.3
1.6571
3.1
3.440
9.000
10.5
0.976
0.825
0.385
6.618
3
58.0
3.3
1.6571
3.1
3.440
8.000
10.5
0.962
0.825
0.385
6.718
4
58.0
3.3
1.6571
3.1
3.440
7.000
10.5
0.948
0.825
0.385
6.814
5
58.0
33
1.6571
3.1
3.440
6.000
10.5
0.936
0.825
0.385
6.903
6
58.0
3.3
1.6571
3.1
3.440
6.500
10.5
0.942
0.825
0.385
6.859
7
58.0
3.3
1.6571
3.1
3.440
6.800
10.5
0.946
0.825
0.385
6.832
8
58.0
3.3
1.6571
3.1
3.440
6.830
10.5

0.946
0.825
0.385
6.829
9
58.0
3.3
1.6571
3.1
3.440
6.829
10.5
0.946
0.825
0.385
6.829
由上表的试算可知，闸孔的净宽为B0＝6.829m，取B0＝7m，采用单个闸孔。
2、验算过闸单宽流量q：
据《水利计算手册》查得[q]= 9～12m3/s.m
通过设计流量时：
q=Q设/B孔=58/7=8.29m3/s.m＜9～12m3/s.m

∴满足要求
二.消能防冲设施的设计与计算
水闸下游消能防冲设施必须在各种可能出现的水力条件下,都能满足消散动能与均匀扩散水流的要求,且应与下游河道有良好的衔接, 还与水闸形式、闸门的运用管理等密切有关.
1.计算工况
初步拟定，消能防冲计算工况为：上游20年一遇的设计排涝流量Q设＝58.0m3/s，上游设计水位为1.0m，相应下游水位取最低低潮位2.1m。
2.消力池的设计计算
先根据《水力计算手册》（武汉水利电力学院水力学教研室编）判别是否需要建立消力池：如跃后水深＜出池河床水深，则不需建立消力池；如跃后水深＞出池河床水深，则需建立消力池.
由＝，，查表得：
则
故产生淹没水跃。可不需设置消力池。故按构造处理，设一钢筋砼护底,并在护底下设置排水孔, 排水孔孔径一般为15cm，间距为2.5 m，呈梅花形排列。排水孔内充填碎石这样，既能使渗水通过，又有助于避免水流中的泥沙堵塞排水孔。排水孔底部必须设置反滤层。 降低护坦底部的渗透压力.再在参照《水力学》中消力池长度采用经验公式Lk=（0.7～0.8）Lj, ,Lj=6.9（-）.如果需要设消力池,则池长为Lk=（0.7～0.8）Lj=（0.7～0.8）×6.9×(2.63-1.30)=6.42～7.34m. 底板厚度要求分别满足抗冲及抗浮要求，按以下公式计算：
t=k1 t=k2
t—消力池底板始端厚度；
ΔH’—闸孔泄水时的上、下游水位差；

K1—消力池底板计算系数，可采用0.15～0.20；
K2—消力池底板安全系数，可采用1.1～1.3；
U—作用在消力池底面的扬压力；
W—作用在消力池底板顶面的水重；
Pm—作用在消力池底板上的脉动压力，其值可取跃前收缩断面流速水头值的5%；
gb——池底板的饱和重度。
（1）、抗冲
K1取0.2，ΔH’=0.2m，q=8.29m3/s.m
则t=0.2×=0.39m
（2）、抗浮
因在护底的底板下设置排水孔，故扬压力可忽略不计，抗冲计算所得的底板厚度已能满足抗浮要求。
考虑到护底后还有一段海漫,故取可钢筋砼护底长4m，厚0.5m, 护底下设排水孔同时,为改善消能效果,调整水流的流速分布,在护底的近末端处可设置一些消能墩, 消能墩高度可取0.5m.
3. 海漫的设计计算
经过护坦段消能的水流,虽已消除了大部分多余能量,但仍具有一定的剩余能量，流速分布不均匀，具有一定的冲刷能力,为能加速跃后段水流紊动的衰减过程，为此，护坦后还需设置海漫和防冲槽等防冲加固设施，以使水流均匀扩散，使之达到接近天然河道的水流状态,以保护河床免受冲刷.
3.1海漫长度
海漫长度取决于消力池出口的单宽流量、上下游水位差、地质条件、尾水深度及水流扩散情况以及海漫本身的粗糙程度等因素。根据可能出现的最不利水位流量组合情况，若=1～9，且消能扩散良好时，海漫长度可按以下公式计算：
=（《水闸设计规范》（B.2.1））
式中：—海漫起端的单宽流量

—泄流时的上下游水位差（m）
—河床土质系数，是一个经验系数，当河床为粉砂、细砂时，取14～13；当河床为中砂、粗砂及粉壤土时用12～11；当河床为粉质土时，取10～9；当河床为坚硬土时，取8～7.本设计中，取=12，消力池末端宽为8m，则
=58/8=7.25
所以
取=22m.
3.2 海漫的布置及构造
为了使水流更好地扩散，海漫在平面上采取向两侧逐渐扩散的布置方式；海漫的结构应该具有一定的柔性,能够适应地基的不均匀沉陷。海漫还应该是透水的,能够顺利地排出渗水,降低扬压力.海漫表面应该做成粗糙的,以加大与水流的摩擦,有利于消除余能和调整流速分布.海漫一般做成等于或缓于 1:10的斜坡,下面设垫层.
海漫所用的材料，前段约1/4左右海漫长度的范围内，并做成水平.采用浆砌石块，余下的后段，采用干砌石结构,并做成1:10的斜坡。块石直径大于30㎝，其实厚度为50㎝。为防止渗流带走基土，在海漫底层设厚度为20cm的碎石垫层；并在海漫上加设排水孔。

3. 闸门控制运用方式的拟定
在水闸运用中，闸门的启闭操作是关键，要求控制过闸流量和时间准确、及时，保证工程和操作人员的安全，防止闸门受漂浮物的冲击或由剧烈震动以及高速水流引起的破坏。下游最低水位时(始流条件),提升闸门开度不能太大.在此开度下,待下游水位上升到相应水位(即趋
于稳定),可继续提升至一定高度. 一般规定闸门分二次或三次开启，初始开启度为 0.5 ～1.0 m。开启闸门时,应视下游水位上涨情况,分级缓慢地提升到应开高度,保证下游一定水位,避免突然上提,使下游出现水位与开度极不相应的情况.为便于观察下游水位,可在下游100米处,安装水尺一组,进行观测验证.
4.防冲槽的设计计算
4.1防冲槽的作用
水流经过海漫后，仍具有一定的冲刷能力，为防护海漫，在海漫末端挖槽抛石加固，形成一道防冲槽，旨在下游河床冲刷到最大深度时，海漫仍不遭破坏。
4.2下游冲刷深度的计算：
冲刷坑深度按以下公式计算：hd=1.1（《水闸设计规范》（B.3.1））
式中:qm—海漫末端单宽流量；
[v0]—河床土质的不冲速，查表得0.75m/s
hm—海漫末端河床水深。
海漫末端河床宽取为12m。
qm=58/12=4.83m3/（s.m）
则hd=1.1=1.1×=2.34m
防冲槽大多采用宽浅式，其深度一般取1.5～2.5m，底宽取2～3倍的深度，上游坡率=2～3，下游坡率=1.5～2。
本工程取,底宽，上游坡率 =2，下游坡率 =1.5。

4.3上下游两岸护坡和上游河床防护设计
上游水流流向闸室段，流速逐渐加大，为保证河床和河岸不受冲刷，在河床设铺盖，一方面为满足防渗要求另一方面，也为保护河床不受冲刷，上游翼墙设于铺盖段。紧邻铺盖段河床和岸坡用浆砌块石作护面，然后再砌护10米长的一段干砌石。
水闸下游河床和岸坡防冲，除护坡、海漫、防冲槽和下游翼墙外，防冲槽以上两岸需设置护坡，其结构与海漫一致，在防冲槽下游两岸还应护砌15米长的一段干砌块石.
第三节 防渗排水设计
3.1水闸的防渗长度及地下轮廓的布置
水闸渗径长度必须满足闸基防渗长度要求,初步拟定所需防渗长度:
采用《水闸设计规范》中的勃莱公式：
式中：L——闸基防渗长度（m）
——上、下游水位差（m）
C——渗径系数，有反滤层砂壤土，C=5～7
则=(5～7)x2=10～14m
闸底板的长度为8 m，因此需要增设铺盖来延长渗径。由于挡潮闸为双向水流，因此可在水闸上游处增设一7m长的钢筋混凝土铺盖。材料采用混凝土，混凝土标号采用C20，板厚为0.5m。在铺盖与底板接触的一端应适当加厚并用沉降缝分开。
3.2防渗计算方法的选择
水闸防渗布置应根据闸基地质条件和水闸上下游水位差等因素综合分析确定。本工程为中小型水闸，地下轮廓线较为简单，且地基均匀不复杂，故可采用计算简便的直线法计算。初拟地下轮廓线的形状如下：

图1 地下轮廓线布置图

将地下轮廓线按实际尺寸展开,得渗径长度:
＝(1+7+8+1.3+0.5+ －0.5×4)= 18.73m >14m
因此满足防渗要求。
3.3渗流验算
按改进阻力系数法及直线比例法进行验算，计算得到各角点的渗透压力值，列成表格。并计算底版承受的单宽渗透压力值及总压力值。改进阻力系数法计算步骤如下：
3.3.1 确定地基有效深度
根据《水闸设计规范》,土基上水闸的地基有效深度可按公式（C.2.1-1）或公式（C.2.1-2）计算：
当时
当时
式中：Te——地基上水闸地基的地基有效深度（m）；
——地下轮廓的水平投影长度（m）；
——地下轮廓的垂直投影长度（m）。
值从地下轮廓的最高点铅直向下起算，若不透水层的埋深，则用有效深度Te进行计算；若，应按实际透水层深度进行计算。
经计算 =16m
=0.5+1.0=1.5m

则 =0.5x16=8m
即按用有效深度计算。
3.3.2地基分段和阻力系数计算
先将实际的地下轮廓进行适当简化，使之成为垂直的和水平的两个主要部分。简化时，出口处的齿墙，以便得出实有的出口坡降。
用通过已经简化了的地下轮廓不透水部分各角点和板桩尖端的等势线，将地基分段，一般分为内部水平段、内部垂直段、进口、出口段。各基本分段的阻力系数按以下公式计算。
（1） 进口、出口段阻力系数按以下公式计算

（2） 内部垂直段的阻力系数的计算公式为