排水闸稳定及结构计算.doc

排水闸稳定及结构计算
1.各排水闸概况
1.1水文资料
根据xx县城堤防总体规划，县城河堤共有5个排水闸，西林河有两个排水闸：xx中学排水闸和老干局排水闸，白沙河有三个排水闸：师范排水闸、石龙头排水闸、及罗江围排水闸。河堤上的排水闸 主要作用是：平时能正常排泄内积水，洪水到来时关闸挡水，不让洪水涌入。根据水文资料，排水闸排涝标准按十年一遇（P=10%）洪水，24小时暴雨产生的洪水总量，24小时排干计算。根据《xx县城区防洪工程洪水计算书》可知各排水闸的水位资料，详见排水闸洪水成果表1.1-1。
表1.1-1 各排水闸洪水成果表
编号
河流名称
支流名称
排水闸名称
桩 号
地面控制水位（m）
外江洪水位（m）
内江洪水成果（P=10%）
Q设（m3/s）
P=2%
P=20%
1
西
林
河
樟洞水
xx中学
西左2+567.56
68.60
69.07
67.98
97
2
江水、龙洞水
老干局
西左3+548.53
68.10
68.44
67.50
87
3
白
沙
河
邬村水
师范学校
白右5+949.92
70.80
72.45
70.26
22
4
热水锅水
石龙头
白右8+203.84
73.40

74.16
72.82
43
5
盘龙水、王宾水
罗江围
白左1+191.00
66.90
68.44
66.65
43.4
1. 2地质资料
根据《xx县城区防洪工程地质勘探可行性研究报告》，可知各排水闸地基主要物理指标表1.2-1。

表1.2-1 各排水闸地基土质主要物理指标表
排水闸名称
闸底高程
闸基土质
承载力标准值（kPa）
摩擦系数
渗透情况
备注
xx中学
64.90
残积土
200
0.35～0.40
弱透水层

老干局
64.40
砂砾层
180
0.35～0.40

强透水层

师范学校
66.30
中粗砂
180
0.35～0.40
强透水层

石龙头
68.70
中粗砾砂
180
0.35～0.40
强透水层

罗江围
61.90
中细砂
130
0.30～0.35
强透水层

1.3等级与安全系数
根据《xx县城堤防加固工程可行性研究报告》西林河、白沙河大堤加固工程等级为三等，水闸为主要建筑物，其等级为三等，根据《水闸设计规范SL265-2001》，水闸整体抗滑稳定安全系数为：基本组合：1.25；特殊组合Ⅰ：1.10。土基上闸室基底应力最大值与最小值之比的允许值为：基本组合：2.50；特殊组合3.0.闸基抗渗稳定性要求水平段和出口段的渗流坡降必须小于规范要求，见下表6.0.4。
表6.0.4 水平段和出口段允许渗流坡降值
地基类别
允许渗流坡降值
水平段
出口段
粉砂
0.05～0.07
0.25～0.30
细砂
0.07～0.10
0.30～0.35
中砂
0.10～0.13
0.35～0.40
粗砂
0.13～0.17
0.40～0.45
中砾、细砾
0.17～0.22
0.45～0.50
粗砾夹卵石
0.22～0.28
0.50～0.55
砂壤土
0.15～0.25
0.40～0.50
壤土
0.25～0.35
0.50～0.60
软粘土
0.30～0.40
0.60～0.70
坚硬粘土
0.40～0.50
0.70～0.80
极坚硬粘土
0.50～0.60
0.80～0.90
1.4地震烈度
xx县基本地震烈度为Ⅵ，按《水闸设计规范SL265-2001》，设计时不考虑地震作用。
2.主要计算公式及工况
2.1闸孔净宽B0计算公式
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），在此忽略不计；
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）。
2.2整体稳定及应力计算公式
2.2.1整体稳定及应力计算公式
根据《水闸设计规范SL265-2001》，利用闸室基底应力和闸室抗滑稳定安全系数计算公式可分别计算各工况下排水闸的整体稳定及基底应力。
闸室基底应力 （7.3.4-1）
抗滑稳定安全系数 （7.3.6-1）
式中 ——闸室基底应力的最大值或最小值（kPa）；
——作用在闸室上的全部竖向荷载（包括闸室基础底面上的扬压力在内，kN）；
——作用在闸室上的全部竖向和水平荷载对于基础地面垂直水流方向的形心轴的力矩（kN.m）；
A——闸室基底面的面积（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）；
Kc——沿闸室基底面的抗滑稳定安全系数；
f——闸室基底面与地基之间的摩擦系数；
——作用在闸室上的全部水平向荷载（kN）。
2.2.2计算工况
根据每个排水闸的具体运行情况，西林河两个排水闸的计算工况为：①完建期,上下游无水；②下游常年蓄水位67.0m，上游无水,关闸清淤；③下游P=2%洪水位，
上游水位至孔洞顶。白沙河四个排水闸的计算工况为：①完建期,上下游无水；②下游P=2%洪水位，上游水位至孔洞顶。
2.2.3主要荷载
①自重：水闸、设备自重
②静水压力
③浮托力、渗透压力、水重
2.3消能计算
2.3.1计算工况
初步拟定，消能防冲计算工况为：上游十年一遇的过闸设计流量，上游设计水位与地面控制水位齐平，相应下游五年一遇的洪水位。
2.3.2消力池计算公式
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，根据《水闸设计规范》（SL265－2001）附录B，消力池深度可按公式（B.1.1-1～B.1.1-4）计算：
（B.1.1-1）
（B.1.1-2）
（B.1.1-3）
（B.1.1-4）
式中d——消力池深度（m）；
σ0——水跃淹没系数，可采用1.05～1.10，取σ0＝1.1；
φ——孔流流量系数，可采用0.95～1.0，取φ＝1.0；
——跃后水深（m）；
hc——收缩水深（m）；
α——水流动能校正系数，可采用1.0～1.05，取α＝1.05；
q——过闸单宽流量（m2/s），q＝Q/B0；
b1——消力池首端宽度（m）；
b2——消力池末端宽度（m）；
T0——由消力池底板顶面算起的总势能（m），这里，不计行近流速；
△ Z——出池落差（m）；
——出池河床水深（m）。
2.4防渗计算
2.4.1计算工况
西林河两个排水闸的计算工况为：①建设期,上游无水，下游施工洪水；②下游常年蓄水位67.0m，上游无水,关闸清淤；③下游P=2%洪水位，上游水位至孔洞顶。白沙河三个排水闸的计算工况为：①建设期,上游无水，下游施工洪水；②下游P=2%洪水位，上游水位至孔洞顶。
2.4.2计算公式
2.4.2.1渗径长度计算
水闸渗径长度必须满足闸基防渗长度要求，因此按下式计算：

式中：L——闸基防渗长度（m）
△ H——上、下游水位差（m）
C——渗经系数
2.4.2.2闸基抗渗稳定计算
利用改进阻力系数法计算水闸各段的渗透压力，得出水闸水平段和出口段的的渗流坡降值。
C.2.1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）；
L0——地下轮廓的水平投影长度（m）；
S0——地下轮廓的垂直投影长度（m）。
C.2.2分段阻力系数可按公式（C.2.2-1）～（C.2.2-3）计算：
1进、出口段
（C.2.2-1）
式中：ξ0——进出口段的阻力系数；
S——板桩或齿墙的入土深度（m）；
T——地基透水层深度（m）。
2内部垂直段

式中：ξy——内部垂直段的阻力系数。
3水平段

式中：ξx——水平段的阻力系数；
Lx——水平段长度（m）
S1、S2——进、出口段板桩或齿墙的入土深度（m）。
C.2.3各分段水头损失值可按公式（C.2.3）计算：

式中：hi——各分段水头损失值（m）；
ξi——各分段的阻力系数；
n——总分段数。
C.2.4进、出口段水头损失值和渗透压力分布图形可按下列方法进行局部修正：
1进出口段修正后的水头损失值可按公式（C.2.4-1）～式（C.2.4-3）计算
（C.2.4-1） （C.2.4-2）
（C.2.4-3）
式中：h0’——进、出口段修正后的水头损失值（m）;
h0——进、出口段水头损失值（m）;
——阻力修正系数，当计算的时，采用；
——底板埋深与板桩入土深度之和（m）
——板桩另一侧地基透水层深度（m）。
2修正后水头损失的减小值，可按（C.2.4-4）计算
（C.2.4-4）
C.2.5进、出口段齿墙不规则部分可按下列方法进行修正
1当时，可按公式（C.2.5-1）进行修正

2当时，可按下列两种情况分别进行修正：
1）若，可按公式（C.2.5-2）和式（C.2.5-3）进行修正进行修正：

2）若，可按公式（C.2.5-2）、式（C.2.5-4）和式（C.2.5-5）进行修正进行修正：

C.2.6出口段渗流坡降值可按公式C.2.6）计算：
2. 5结构计算
水闸闸室结构计算利用PC－1500程序集中G－14带斜拉杆带弹性地基梁的平面
框架内力及配筋计算程序，箱涵结构计算利用PC－1500程序集中G－13多孔涵洞内力的有限元法分析及配筋计算程序，水闸上下游挡墙分别利用PC－1500程序集中G－14带斜拉杆带弹性地基梁的平面框架内力及配筋计算程序和PC－1500程序集中G－8悬臂式挡土墙计算程序。
3.xx中学排水闸
3.1计算闸孔净宽B0
xx中学排水闸采用胸墙式结构，为平底闸。由以上资料可知：N=2，孔口高度e=3.0m，b0=4.43m，bb=1.4m，dz=1.2m，H0=68.6-64.9=3.7m，hs=67.98-64.9=3.08m，σ=0.941，εZ=0.966，εb=0.952，ε=0.959，Q=97 m3/s，m=0.385；经计算，B0=8.86m.考虑综合因素,取B0=10m。
xx中学排水闸孔口尺寸有两方案：（1）设2孔，单孔净宽5 m，闸孔净高3 m；（2）设3孔，单孔净宽3.5 m，闸孔净高3 m。经方案比较，可确定xx中学排水闸设2孔，单孔净宽5 m，净过水宽10 m，闸孔净高3 m。
3.2闸室布置
龙中排水闸位于西林河堤左岸3+500，风景河出口处。排水闸垂直内河堤布置，为胸墙式排水闸，闸底板高程64.9 m；闸底板顺水流方向长8.0 m，2孔，单孔净宽5 m，闸孔高3 m；中墩厚1.2 m，边墩厚1.0 m，闸底板宽13.2 m。底板厚1.0 m；闸墩顶高程与该处堤顶齐平70.36 m。详见“xx中学排水闸布置图”。
3.3水闸整体稳定及地基应力计算
3.3.1计算工况
①完建期,上下游无水
②下游常年蓄水位67.0m，上游无水,关闸清淤
③下游P=2%洪水位69.07m，上游水位至孔洞顶67.90m
3.3.2荷载计算（受荷示意图见附图3.3.2-1）
3.3.2.1水闸自重荷载值计算及对A点求力矩（力矩逆时针为正）
① 胸墙
② 工作便桥
③中闸墩
④边闸墩
⑤闸底板
⑥钢闸门
⑦启闭机
⑧启闭机室
水闸自重荷载值和弯距值为：
3.3.2.2水闸其它荷载值计算及对A点求力矩（力矩逆时针为正）
工况①：上游水重W1=0，下游水重W2=0
渗透压力Gu1=0，浮托力Gu2=0
上游水平压力P1=0，下游水平压力P2=0
工况②：上游水重W1=0，下游水重，
浮托力Gu2=0，渗透压力，

上游水平压力P1=0，
下游水平压力

工况③：上游水重，
下游水重，
渗透压力，
浮托力，
上游水平压力，
下游水平压力，
3.3.2.3各工况的荷载总和见荷载汇总表3.3.2.3-1
表3.3.2.3-1 荷载汇总表
工况
(kN)
(kN)
(kN.m)
①
8036.2
0
695.93
②
7213.34
622.21
1992.42
③
5959.27
694.65
2276.40
3.3.3计算稳定及地基应力
根据公式（7.3.4-1）和（7.3.6-1）可分别计算各工况下水闸的整体稳定及基底应力，见表3.3.3-1。
表3.3.3-2 水闸的整体稳定及基底应力表
工况
基底平均应力(kN/m2)
基底应力最大值与最小值之比
抗滑稳定安全系数
①
76.10
1.14

②
68.31
1.52
4.41
③
56.43
1.80
3.26
经计算xx中学排水闸的整体稳定及基底应力均满足规范要求。
3.4消能防冲计算
3.4.1计算工况
消能防冲计算工况为：上游十年一遇的过闸流量97m3/s，上游设计水位68.6m，下游五年一遇的洪水位67.98m。
3.4.2消力池的计算
根据以上公式，先判断是否需要设置消力池:先求出收缩水深hc＝1.54m，再代入其它公式求出，可不需设置消力池。按构造处理，设8m长0.5m厚的钢筋砼护底。
3.5渗径长度L计算
3.5.1工况
①建设期,上游无水，下游施工洪水65.35m，△H=65.35-64.9=045m；
②下游常年蓄水位67.0m，上游无水,关闸清淤，△H=67-64.9=2.1m；
③下游P=2%洪水位69.07m，上游水位至孔洞顶67.90m，△H=69.07-67.9=1.17m；
3.5.2渗径长度L计算
根据《水闸设计规范SL265-2001》，砂砾层容许渗径系数C=3~2.5，故L=3×2.1=6.3 m，小于水闸渗径长度28.94 m，满足规范要求。
3.5.2闸基抗渗稳定计算
根聚水闸的实际情况，水闸简单分成9段计算其渗透压力，经计算的各段阻力系数、水头损失值、修正后各段水头损失值及水头坡降值见下表：
表3.3.3-3 各段阻力系数和水损值
项目
分段
进口段
铺盖水平段
板桩垂直段
闸底板水平段
板桩垂直段
出口底板水平段
齿墙垂直段
齿墙水平段
出口段
阻力系数
0.652
1.431
0.310
1.587
0.310
2.596
0.099
0.109
0.592
水损值
工况1
0.038
0.084
0.018
0.093
0.018
0.152
0.006
0.006
0.035
工况2
0.178
0.391
0.085
0.434
0.085
0.709
0.027
0.030
0.162
工况3
0.099
0.218
0.047
0.242
0.047
0.395
0.015
0.017
0.090
修正后水损值
工况1
0.033
0.089
0.018
0.093
0.018
0.152
0.001
0.013
0.033
工况2
0.153
0.416
0.085
0.434
0.085
0.709
0.005
0.059
0.154
工况3
0.085
0.230
0.047
0.242
0.047
0.395
0.003
0.033
0.086
表3.3.3-4 水头坡降值
项目
工况
水平段
出口段
水头坡降值
工况1
0.012
0.033
工况2
0.054
0.154
工况3
0.030
0.086
允许值
0.4
0.7
故闸基稳定渗流满足规范要求。
3.6水工结构计算
附xx中学排水闸闸室结构、挡墙计算稿。
4.老干局排水闸
4.1计算闸孔净宽B0
老干局排水闸采用胸墙式结构，为平底闸。根据《水闸设计规范SL265-2001》，排水闸的闸孔净宽B0可按公式（A.0.1-1）～（A.0.1-6）计算，由以上资料可知：N=2，孔口高度e=3.0m，b0=3.95m，bb=0m，dz=1.2m，H0=68.1-64.4=3.7m，hs=67.50-64.4=3.1m，σ=0.935，εZ=0.97，εb=0.963，ε=0.978，Q=87 m3/s，m=0.385；经试算，B0=7.90m。考虑综合因素，取B0=10m。
老干局排水闸孔口尺寸有两方案：（1）设2孔，单孔净宽5 m，闸孔净高3 m；（2）设3孔，单孔净宽3.5 m，闸孔净高3 m。经方案比较，可确定老干局排水闸设2孔，单孔净宽5 m，净过水宽10 m，闸孔净高3 m。
4.2闸室布置
排水闸垂直河堤布置，为胸墙式排水闸，闸底板高程64.4 m；闸底板顺水流方向长8.0 m，2孔，单孔净宽5 m，闸孔高3 m；中墩厚12 m，边墩厚1.0 m，闸底板宽13.2 m。底板厚1.0 m；闸墩顶高程与该处堤顶齐平69.44 m。详见“老干局排水闸布置图”。
4.3排水闸整体稳定及地基应力计算
4.3.1计算工况
① 完建期，上下游无水
②下游常年蓄水位67.0m，上游无水,关闸清淤
③下游P=2%洪水位68.44m，上游水位至孔洞顶67.40m
4.3.2荷载计算（受荷示意图见附图4.3.2-1）
4.3.2.1水闸自重荷载值计算及对A点求力矩（力矩逆时针为正）
① 胸墙
②工作便桥
③中闸墩
④边闸墩
⑤闸底板
⑥钢闸门
⑦启闭机
⑧启闭机室
水闸自重荷载值和弯距值为：
4.3.2.2水闸其它荷载值计算及对A点求力矩（力矩逆时针为正）
工况①：上游水重W1=0，下游水重W2=0
渗透压力Gu1=0，浮托力Gu2=0
上游水平压力P1=0，下游水平压力P2=0
工况②：上游水重W1=0，下游水重，
浮托力Gu2=0，渗透压力，

上游水平压力P1=0，
下游水平压力

工况③：上游水重，
下游水重，
渗透压力，
浮托力，
上游水平压力，
下游水平压力，
4.3.2.3各工况的荷载总和见荷载汇总表4.3.2.3-1
表4.3.2.31 荷载汇总表
工况
(kN)
(kN)
(kN.m)
①
7735.9
0
675.45
②
6840.45
839.11
2327.09
③
5677.84
608.72
2038.85
4.3.3计算稳定及地基应力
根据荷载计算成果表和《水闸设计规范SL265-2001》，利用公式（7.3.4-1）和（7.3.6-1）可分别计算各工况下排水闸的整体稳定及基底应力，见表4.3.3-1。
表4.3.3-1 水闸的整体稳定及基底应力表
工况
基底平均应力(kN/m2)
基底应力最大值与最小值之比
抗滑稳定安全系数
①
73.26
1.14

②
64.78
1.69
3.10
③
53.77
1.74
3.54
经计算老干局排水闸的整体稳定及基底应力均满足规范要求。
4.4消能防冲计算
4.4.1计算工况
消能防冲计算工况为：上游十年一遇的过闸流量87m3/s，上游设计水位68.1m，下游五年一遇的洪水位67.50m。
4.4.2消力池的计算
根据以上公式，先判断是否需要设置消力池:先求出收缩水深hc＝1.28m，再代入其它公式求出，可不需设置消力池。按构造处理，设5m长0.5m厚的钢筋砼护底。
4.5渗径长度L计算
4.5.1计算工况
①建设期,上游无水，下游施工洪水64.72m，△H=64.72-64.4=0.32m；
②下游常年蓄水位67.0m，上游无水,关闸清淤，△H=67-64.4=2.6m；
③下游P=2%洪水位68.44m，上游水位至孔洞顶67.40m，△H=68.44-67.4=1.04m；
4.5.2渗径长度L计算
根据《水闸设计规范SL265-2001》，砂砾层容许渗径系数C=3~2.5，故L=3×2.6=7.8 m，小于水闸渗径长度20 m，满足规范要求。
4.5.3闸基抗渗稳定计算
根聚水闸的实际情况，水闸简单分成9段计算其渗透压力，经计算的各段阻力系数、水头损失值、修正后各段水头损失值及水头坡降值见下表：
表4.5.3-3 各段阻力系数和水损值
项目
分段
进口段
铺盖水平段
板桩垂直段
闸底板水平段
板桩垂直段
出口底板水平段
齿墙垂直段
齿墙水平段
出口段
阻力系数
0.547
0.811
0.172
0.811
0.663
0.663
0.053
0.056
0.496
水损值
工况1
0.046
0.069
0.015
0.069
0.015
0.056
0.005
0.005
0.042
工况2
0.376
0.558
0.118
0.558
0.118
0.456
0.037
0.038
0.341
工况3
0.151
0.223
0.047
0.223
0.047
0.182
0.015
0.015
0.136
修正后水损值
工况1
0.034
0.081
0.015
0.069
0.015
0.056
0.009
0.009
0.033
工况2
0.276
0.658
0.118
0.558
0.118
0.456
0.070
0.076
0.269
工况3
0.110
0.263
0.047
0.223
0.047
0.182
0.028
0.031
0.108
表4.5.3-4 水头坡降值
项目
工况
水平段
出口段
水头坡降值
工况1
0.009
0.033
工况2
0.070
0.269
工况3
0.028
0.108
允许值
0.17
0.45
故闸基稳定渗流满足规范要求。
4.6水工结构计算
附老干局排水闸闸室结构、挡墙计算稿。
5.师范排水闸
5.1计算闸孔净宽B0
师范排水闸采用胸墙式结构，为平底闸。根据《水闸设计规范SL265-2001》，排水闸的闸孔净宽B0可按公式（A.0.1-1）～（A.0.1-6）计算，由以上资料可知：N=1孔口高度e=3.0m，b0=1.7m，bs=4.6m，H0=70.8-66.3=4.5m，hs=70.26-66.3=3.96m，σ=0.87，ε=0.914，Q=22 m3/s，m=0.385；经试算，B0=1.59m。考虑综合因素，取B0=3m。可确定师范排水闸设1孔，闸孔净宽3 m，闸孔净高3 m。
5.2闸室布置
排水闸垂直河堤布置，为胸墙式排水闸，闸底板高程66.30 m；闸底板顺水流方向长8.0 m，1孔，单孔净宽3 m，闸孔高3 m；边墩厚0.8 m，闸底板宽4.6 m。底板厚0.8m；闸墩顶高程与该处堤顶齐平73.74 m。详见“师范学校排水闸布置图”。
5.3水闸整体稳定及地基应力计算
5.3.1计算工况
①完建期，上下游无水
② 下游P=2%洪水位72.45m，上游水位至孔洞顶69.30m
5.3.2荷载计算（受荷示意图见附图5.3.2-1）
5.3.2.1水闸自重荷载值计算及对A点求力矩（力矩逆时针为正）
① 胸墙

② 工作便桥

④边闸墩
⑤闸底板
⑥钢闸门
⑦启闭机
⑧启闭机室
水闸自重荷载值和弯距值为：
5.3.2.2水闸其它荷载值计算及对A点求力矩（力矩逆时针为正）
工况①：上游水重W1=0，下游水重W2=0
渗透压力Gu1=0，浮托力Gu2=0
上游水平压力P1=0，下游水平压力P2=0
工况②： 上游水重，
下游水重，
渗透压力，

浮托力，
上游水平压力，
下游水平压力，
5.3.2.3各工况的荷载总和见荷载汇总表5.3.2.3-1
表5.3.2.3-1 荷载汇总表
工况
(kN)
(kN)
(kN.m)
①
3774.69
0
816.88
②
2950.26
1948.16
764.04
5.3.3计算稳定及地基应力
根据荷载计算成果表和《水闸设计规范SL265-2001》，利用公式（7.34-1）和（7.3.6-1）可分别计算各工况下排水闸的整体稳定及基底应力，见表5.3.3-1。
表5.3.3-1 水闸的整体稳定及基底应力表
工况
基底平均应力(kN/m2)
基底应力最大值与最小值之比
抗滑稳定安全系数
①
102.57
1.39

②
80.17
2.96
1.35
经计算师范排水闸的整体稳定及基底应力均满足规范要求。
5.4消能防冲计算
5.4.1计算工况
消能防冲计算工况为：上游十年一遇的过闸流量22m3/s，上游设计水位70.80m下游五年一遇的洪水位70.26m。
5.4.2消力池的计算
根据以上公式先判断是否需要设置消力池:先求出收缩水深hc＝0.91m，再代入其它公式求出，可不需设置消力池。按构造处理，设置M7.5浆砌石消力池深度0.50m，池长约14.2m，厚0.5m。
5.5渗径长度L计算
5.5.1工况
①建设期,上游无水，下游施工洪水66.56m，△H=66.56-66.3=0.23m；
②下游P=2%洪水位72.45m，上游水位至孔洞顶69.30m，△H=72.45-69.3=3.15m；
5.5.2渗径长度L计算
根据《水闸设计规范SL265-2001》，中细砂容许渗径系数C=7~5，故L=7×3.15=22.05 m，小于水闸渗径长度33.68 m，满足规范要求。
5.5.3闸基抗渗稳定计算
根聚水闸的实际情况，水闸简单分成9段计算其渗透压力，经计算的各段阻力系数、水头损失值、修正后各段水头损失值及水头坡降值见下表：
表5.5.3-3 各段阻力系数和水损值
项目
分段
进口段
铺盖水平段
板桩垂直段
闸底板水平段
板桩垂直段
出口底板水平段
齿墙垂直段
齿墙水平段
出口段
阻力系数
0.491
0.667
0.048
0.426
0.048
1.067
0.029
0.030
0.462
水损值
工况1
0.035
0.047
0.003
0.003
0.003
0.075
0.002
0.002
0.032
工况2
0.473
0.643
0.046
0.411
0.046
1.029
0.028
0.028
0.445
修正后水损值
工况1
0.020
0.062
0.003
0.003
0.003
0.084
0.004
0.005
0.020
工况2
0.267
0.849
0.046
0.411
0.046
1.148
0.056
0.057
0.269
表5.3.3-4 水头坡降值
项目
工况
水平段
出口段
水头坡降值
工况1
0.004
0.020
工况2
0.05
0.269
允许值
0.4
0.7
故闸基稳定渗流满足规范要求。
5.6水工结构计算
附师范学校排水闸闸室结构、箱涵、挡墙计算稿。
6.石龙头排水闸
6.1计算闸孔净宽B0
石龙头排水闸采用胸墙式结构，为平底闸。根据《水闸设计规范SL265-2001》，排水闸的闸孔净宽B0可按公式（A.0.1-1）～（A.0.1-6）计算，由以上资料可知：N=1，孔口高度e=3.0m，b0=2.77m，bs=5.5m，H0=73.4-68.7=4.7m，hs=72.82-68.7=4.12m，
σ=0.838，ε=0.931，Q=43 m3/s，m=0.385；经试算，B0=2.89m。考虑综合因素，取B0=4.5m。可确定石龙头排水闸设1孔，闸孔净宽4.5 m，闸孔净高3 m。
6.2闸室布置
排水闸垂直河堤布置，为胸墙式排水闸，闸底板高程68.70 m；闸底板顺水流方向长8.0 m，1孔，单孔净宽4.5m，闸孔高3 m；边墩厚0.8 m，闸底板宽6.1 m。底板厚0.8m；闸墩顶高程与该处堤顶齐平75.60 m。详见“石龙头排水闸布置图”。
6.3水闸整体稳定及地基应力计算
6.3.1计算工况
①完建期，上下游无水
②下游P=2%洪水位74.16m，上游水位至孔洞顶71.70 m
6.3.2荷载计算（受荷示意图见附图6.3.2-1）
6.3.2.1水闸自重荷载值计算及对A点求力矩（力矩逆时针为正）
①胸墙

②工作便桥

④边闸墩
⑤闸底板
⑥钢闸门
⑦启闭机
⑧启闭机室
水闸自重荷载值和弯距值为：
6.3.2.2水闸其它荷载值计算及对A点求力矩（力矩逆时针为正）
工况①：上游水重W1=0，下游水重W2=0
渗透压力Gu1=0，浮托力Gu2=0
上游水平压力P1=0，下游水平压力P2=0
工况②： 上游水重，
下游水重，
渗透压力，
浮托力，
上游水平压力，
下游水平压力，
6.3.2.3各工况的荷载总和见荷载总和表6.3.2.3-1
表6.3.2.3-1 荷载汇总表
工况
(kN)
(kN)
(kN.m)
①
4620.71

723.83
②
3134.18
740.46
1901.09
6.3.3计算稳定及地基应力
根据荷载计算成果表和《水闸设计规范SL265-2001》，利用公式（7.3.4-1）和（7.3.6-1）可分别计算各工况下水闸的整体稳定及基底应力，见表6.3.3-1。
表6.3.3-1 水闸的整体稳定及基底应力表
工况
基底平均应力(kN/m2)
基底应力最大值与最小值之比
抗滑稳定安全系数
①
94.69
1.27

②
64.23
2.67
1.48
经计算石龙头排水闸的整体稳定及基底应力均满足规范要求。
6.4消能防冲计算
6.4.1计算工况
消能防冲计算工况为：上游十年一遇的过闸流量43m3/s，上游设计水位73.30m下游五年一遇的洪水位72.82m。
6.4.2消力池计算
根据公式（B.1.1-1～B.1.1-4）计算，利用Excel电子表格，先试算求出收缩水深hc＝1.16m，再代入其它公式求出，可不需设置消力池,按构造处理，设置M7.5浆砌石消力池深度0.50m，池长约13m，厚0.5m。
6.5渗径长度L计算
6.5.1计算工况
①建设期,上游无水，下游施工洪水70.41m，△H=70.41-68.7=1.71m；
②下游P=2%洪水位74.16m，上游水位至孔洞顶71.7m，△H=74.16-71.7=2.46m；
6.5.2渗径长度L计算
根据《水闸设计规范SL265-2001》，中细砂容许渗径系数C=7~5，故L=7×2.46=17.22 m，小于水闸渗径长度38.83 m，满足规范要求。
6.5.3闸基抗渗稳定计算
根聚水闸的实际情况，水闸简单分成9段计算其渗透压力，经计算的各段阻力系数、水头损失值、修正后各段水头损失值及水头坡降值见下表：
表6.5.3-3 各段阻力系数和水损值
项目
分段
进口段
铺盖水平段
板桩垂直段
闸底板水平段
板桩垂直段
出口底板水平段
齿墙垂直段
齿墙水平段
出口段
阻力系数
0.484
0.416
0.042
0.429
0.838
0.026
0.016
0.026
0.458
水损值
工况1
0.299
0.258
0.026
0.266
0.026
0.519
0.016
0.016
0.283
工况2
0.431
0.371
0.038
0.382
0.038
0.746
0.023
0.023
0.408
修正后水损值
工况1
0.159
0.398
0.026
0.266
0.026
0.609
0.032
0.032
0.161
工况2
0.228
0.573
0.038
0.382
0.038
0.877
0.046
0.046
0.231
表6.3.3-4 水头坡降值
项目
工况
水平段
出口段
水头坡降值
工况1
0.033
0.161
工况2
0.048
0.231
允许值
0.4
0.7
故