水闸设计及闸室稳定计算.doc

[附录一： 泄洪冲砂闸及溢流堰的水力计算
1.1设计资料：
根据设计任务书中提供的资料和该枢纽布置段的基本地形资料本工程中的河流属于山溪性河流天然来水量多集中在洪水季节，平时来水量仅占全年来水量的10%；河水中泥沙含量较大尤其是伴随洪水中的泥沙较多；再根据其地形资料来看本工程布置段的地形坡度比较合适，因此在选择泄洪冲砂闸地板高程1852.40m。
根据上述本工程中的泄洪冲砂闸为宽顶堰，堰顶高程1852.40m，过闸水流流态为堰流。汛期通过闸室的设计洪水流量=1088m3/s,校核洪水流=1368 m3/s。
因为泄洪冲砂闸为宽顶堰所以尺寸拟定用堰流公式：

δ- 为淹没系数，取为1.0；
---为流量系数，因为是前面无坎的宽顶堰所以m=0.385；
ε--为侧收缩系数，先假定为1.0；
H--- 位总水头，初设阶段不考虑行进流速，即假设的堰上水头；
b—闸门净宽；
来洪水时洪水将由溢流堰和泄洪冲砂闸两部分共同承担，这样可减去一部分闸孔的净宽并设置溢流侧堰初步拟定溢流堰为折线形实用堰。
初步拟定溢流堰堰顶高程=进水闸设计流量的堰顶水头对应的水位+（0.2—0.3m）=进水闸闸底高程1853.60m +闸前水位1.40m +超高0.2m =1856.4m
采用共同水位法和堰流公式计算两种工作情况下的特征洪水位：
先假设一个水位，用堰流公式分别计算过堰流量和过闸流量，二者相加等于实际流
接近计算工作情况下的洪水流量时，该水位就为所求。因为泄洪冲砂闸为宽顶堰
所以尺寸拟定用堰流公式：

δ- 为淹没系数，取为1.0
---为流量系数，因为是前面无坎的宽顶堰所以m=0.385；计算溢流堰时因为溢流堰为折线形实用堰m=0.3.
ε--为侧收缩系数，先假定为1.0；
H--- 位总水头，初设阶段不考虑行进流速，即假设的堰上水头。
b—闸门净宽
计算结果如附表1-1，1-2
（a）设计洪水情况下：洪水流量Q=1018 m3/s。
附表1-1 设计洪水情况下泄洪冲砂闸水力计算表
水位 (m)
过闸总流量（m3/s)
过堰总流量 （m3/s）
实际总流量（m3/s）
1855.8
1018.9
35.1
1054
（b）校核洪水情况下：洪水流量Q=1368 m3/s
附表1-2 校核洪水情况下泄洪冲砂闸水力计算表
水位 （m）
过闸总流量 （m3/s）
过堰总流量 （m3/s）
实际总流量 （m3/s）
1856.3
1251.7
118.6
1370.3
经过计算泄洪冲砂闸净宽96m，溢流堰长度95m，设计洪水位1855.8m校核洪水位1856.30m。
泄洪冲砂闸净宽为96m，每孔取净宽8m，边墩宽0.8m ,中墩宽1.0m缝墩1m。

1.2泄洪冲砂闸地板渗透稳定计算
1）地板渗流计算

1、确定地基计算深度
（1）计算
水平投影长度=10m，铅直投影长度=1.5m；
因为=6.67>5；
所以=0.510=5m；
所以地基不透水层的有效计算深度为5.0m。
（2）计算各段Aa阻力系数
1：S=1.5m，T=5m；

2：L=0.75m，T=5m， ；
0.15
3：S=0.5m，T=5m，；

4：L=8.5m，S1 =0.5m，T=5m，0.5m；
1.36
5：S=0.5m，T=5m，；

6：L=0.75m，T=5m， ；
0.15
7：S=1.5m，T=5m；

(3)计算各段水头损失：
总水头损失=3.90m；； 在
列表计算各段水头损失hi；

附表1-3水头损失计算表：
序号
1
2
3
4
5
6
7

0.687
0.150
0.100
1.360
0.100
0.150
0.687

0.828
0.181
0.121
1.64
0.121
0.181
0.828

（4）进出口水头损失值的修正
1进口处修正系数；
；
式中S=1.5m,T5m,=5m;
代入得=1.01；
>1所以不用进行修正；
2出口处修正系数
=3.5m， T=5m， S=1.5m；
=0.857〈1.0，所以出口处要修正。
出口段水头损失减小值为：H7=0.8280.857=0.710m；
=0.828-0.710=0.118m；
H6=0.181+0.118=0.299

（5）计算各角隅点的渗压水头并列表：
附表1-5 各角隅点渗压水头
h1
h2
h3
h4
h5
h6
h7
3.072
2.891
2.770
1.130
1.009
0.710
0

（6）绘制渗压水头分布图

（7）闸底板水平段渗透坡降和渗流坡降的计算：
1闸底板水平段平均渗透坡降：
闸底板的轮廓线由6点至11点，水平投影。
；
2出口处得出逸坡降：
出口处既11点至12点，渗透距离为。
；
、参见SL265—2001《水闸设计规范》
所以满足允许渗透比降。

1.3 泄洪冲砂闸地板抗滑稳定计算
1.3.1计算单元的确定
根据《水闸设计规范》SL265——2001闸室稳定计算宜取相邻顺水流向永久缝之间的闸段为计算单元，选取中间两孔闸室作为计算单元。
附图1-4计算单元选取示意图：
1.3.2承载力计算
自重荷载：
根据《水工钢筋混凝土结构学》中钢筋混凝土按线性分布荷载为25 KN/m3。根据水闸的基本尺寸设计对其进行荷载计算。
作用在水闸上的自重荷载有：
底板：
闸墩：
闸门：根据《水闸》闸门为弧形露顶式B10m，所以
Hs——设计水头；
Kc——材料系数，本工程取1；
Kb——孔门宽度系数，本工程Kb=0.472；
H——孔口高度；
闸门：
G=4.16×10=41.6KN
工作桥，交通桥及其梁：
根据算出的闸门的数据参考《闸门与启闭设备》采用双吊点卷扬式型启闭机，该启闭机的自重为2.55吨。
启闭机：G=2.55*10=25.5KN
根据SL265—2001《水闸设计规范》中应该选取不同的荷载组合作为不同的工况对闸室的稳定进行验算看闸室是否安全。
第一种工况选为完建无水的状况
附表1-6 泄洪闸荷载计算成果表（完建无水期）
荷载名称
垂直力M(KN)
力臂L(M)
力矩M0(KN·M)

↓
↑

-（顺时针
+（逆时针）
底 板
5106.25
0.00
0
0.00
0
闸 墩
3712.5
0.00
0
0.00
0
工作桥
926.25
0.00
2.5
0.00
2316.25
交通桥
926.25
0.00
2
1852.5
0
闸 门
41.6
0.00
2
0.00
83.2
启闭机
25.5
0.00
2
0.00
51
∑
10738.35

1852.5
2450.45

完建无水工况下的闸室稳定计算
根据SL265-2001《水闸设计规范》中地基承载力公式：

式中 —完建无水期基底压力的最大和最小值，kPa；
—作用在闸室上的全部竖向荷载，（包括基础底面的上的扬压力）KN；
—作用在闸室上的竖向和水平荷载对于闸底板垂直于水流方向的形心轴的力矩（kN.m）；
—闸室基底的面积（m2）；
W—闸室基底面对于该底面垂直水流方向的形心轴的截面矩（m3）；
地基承载力不均匀性验算公式：
根据计算结果，判断是否满足要求。

根据SL265-2001《水闸设计规范》野云沟河床多是漂石、卵、碎石、角石、砾砂及少量的粉土，粉砂胶结而成所以属于中等坚实取2.0

所以满足要求

第二种工况为上游为正常引水为下游无水的工况（此工况为最不利工况）
正常当水期荷载计算及抗滑稳定验算：

附图1—5水闸稳定计算水重作用力意图：
水重：

附图1-6水闸稳定计算水平压力作用力意图：

水平压力：

渗透压力： KN
浮托力：
计算结果列于表:
附表1-7 泄洪闸闸室荷载计算成果表(正常挡水期)
荷载名称
垂直力M
（kN）
水平力P
(kN)
力臂
(m)
力矩M0
(kNm)
↓
↑
←
→
+（逆时针）
－（顺时针）
闸室
10738.35

水重
1832

1.5
2748

上游水压力

1216.8
1.3

1581.84

76.05
1.3

98.865
浮托力

1045

渗透压力

3591

合计
12570.35
4636

1292.85

2748
168071
7934.35
1292.85

1067.30

根据SL265-2001《水闸设计规范》中地基承载力公式：

式中 —完建无水期基底压力的最大和最小值，kPa；
—作用在闸室上的全部竖向荷载，（包括基础底面的上的扬压力）KN；
—作用在闸室上的竖向和水平荷载对于闸底板垂直于水流方向的形心轴的力矩（kN.m）；
—闸室基底的面积（m2）；
—闸室基底面对于该底面垂直水流方向的形心轴的截面矩（m3）；
地基承载力不均匀性验算公式：

根据计算结果，判断是否满足要求。

不均匀系数验算

故满足要求。
闸室基底面的抗滑稳定计算：
根据SL265-2001《水闸设计规范》中的闸室抗滑稳定计算公式：

式中：—闸室与地基的摩擦系数；由张世儒 《水闸》查表7-8.
—作用在闸室上的全部竖向荷载，kN；
—作用在闸室上的全部水平荷载，kN；
根据喀拉沟渠首的不同运行工况选最不利工况（上游为设计引水为时）对闸室抗滑稳定进行验算。
因为喀拉沟河床多是漂石、卵、碎石、角石、砾砂，再根据SL265-2001《水闸设计规范》表7.3.10 取0.4。

因为喀拉沟渠首工程水闸为3级，根据SL265-2001《水闸设计规范》在基本荷载工况下抗滑稳定安全系数为。
所以，满足抗滑稳定要求。