龙河闸设计说明书.doc

龙河闸设计说明书水工0016班 臧德善2023-4-29第一章：工程概况11资料分析一、建龙河节制闸的意义龙河节制闸位于江苏省龙河入米湖的入口处，为米湖控制线的配套工程之一，重要作用是龙河流域降暴雨时，圩区洪水抽排至龙河经该闸排入米湖；当米湖汛期水位高时，启动该闸使米湖一部分洪水经龙河入江起分洪作用；灌溉时节，关闸蓄水用龙河水灌溉农田，假如龙河水位低于米湖水位则开闸引入湖水灌溉。所以，该闸具有分洪、排涝、灌溉的作用。二、地形、地质、气象资料龙河的断面尺寸为底宽25米、河底高程-0.5米，边坡1:2.5,堤顶高程5.0米。米湖堤顶高程为7.0米，最高蓄洪水位5.5米时吹程1.5Km，风速V=24m/s，平均水深7米，水域宽阔。土壤内磨擦角=11，粘聚力C29KN/m2。三、设计标准该闸为3级水工建筑物，闸上公路桥为汽10级标准车。最大挡水位：米湖5.5米，龙河3.8米，此时相应分洪流量90m3/s。反向挡水水位：米湖2.17，龙河南3.0。排涝水位：米湖2.74，龙河南2.85米，相应排涝流量84 m3/s。回填土设计干密度Rd=15N/m3，控制含水量W=25%。四、其它资料设计另建一座6米宽船闸用于通航与该闸配合使用。规划二期将龙河河底高程降至-1.0米，以利降底龙河流域田间地下水位，同时便利通航。五、资料分析根据地形、地质条件，该闸址选在龙河与米湖的入口处，与龙河正交，基础不需要解决，但设计闸底板时应考虑二期将龙河河底高程降至-1.0米的因素。该闸运用为双向挡水，在闸门和上下游消能设计时要考虑。该闸施工时，在闸址上下游填筑土坝围堰，排干积水后即可进行基础施工。12 工程概况该闸采用铪开敞式结构，共3孔，每孔净宽5米。闸室部分长11.3米，底板高程为-0.5米，为铪整体结构，平底宽顶堰型式，厚1米（两边齿槽深0.8米），中墩及边墩厚均为1米，为方便交通，闸室下游（龙河侧）设4米宽交通桥。上游连接段长10米，用砼挡土墙从闸连到米湖堤坝后，米湖两侧用浆砌块石护坡。下游连接段消力池部分长19米，铪底板厚0.5米，池深0.8米；护坦长25.2米，其中砼护坦长4.3米，干砌石护坦20.9米。下游闸室两边用砼挡土墙与龙河堤坝连接后，龙河两岸堤用浆砌石护面。闸门采用平板钢闸门，为减小闸门高度，上游采用铪胸墙，胸墙高4米，钢闸门高3.5米。启闭机工作桥采用铪排架T型梁结构，桥面高程12.1米，桥上建机房。第二章：水闸的水力计算2-1孔口设计计算由于该闸即要渲泄米湖洪水，又要排除龙河流域的内涝，所以拟规划为平底宽顶堰型式。计算条件：以排涝流量设计孔径，以泄洪流量校核孔径。一、 闸孔净宽的拟定（一） 设计状况（排涝）设计龙河水位为2.85m，米湖水位为2.74m。水深H为3.35m。（1）流态的判别：hs=3.24 H=3.35 hs/H=3.24/3.35=0.970.85故出口水流为淹没流,查水闸设计规范（SD133-84）得淹没系数为0.50。（2）侧收缩系数（）的拟定边墩及中墩拟采用园弧型墩头，边墩计算厚度采用bb=13.60m，中墩厚度采用1.0m。P/H=0.5/3.35=0.15中孔b0/bs=5/6=0.833查得z=0.978边也b0/bs=5/13.60=0.368查得b=0.933为了控制运用的方便，初步拟定闸孔数为3孔，因此侧收缩系数=(z(N-1)+ b)/N=0.963（3）流量系数：由P/H=0.5/3.35=0.15查规范(SD133-84)得流量系数m=0.434因此闸孔总净宽B0=Q/m(2g)1/2H03/2=84/(0.50.9630.434(19.6)1/23.353/2)=14.8m取净宽B0=15m，故采用3孔，每孔净宽5.0m。（二） 校核状况（泄洪）米湖水位为5.50m，龙河水位为3.80m，闸门全开时水流型式判断：35/6=0.580.65 故属于孔流。过流量计算：根据规范（SD133-84）可知：Q=B0he(2gH0)1/2 B0=15mhe/H=0.58r/he=0.3/3.5=0.09查表知流量系数：=0.555收缩断面水深hc可按下式试算:hc3-T0hc2+q2/(2g2)=0hc收缩断面水深（m）T0总势能（m），等于7.1mc水流动能校正系数，取1.00q单宽流量（m3/s.m），等于6 m3/s.m流速系数，采用0.95经试算得hc=0.57m其共厄水深hc”=3.36m(he- hc”)/(H- hc”)=(3.5-3.36)/(6-3.36)=0.05查表得孔流淹没系数=0.99上游作用水头H0=6.0m因此校核过流能力Q=150.990.5553(19.66)1/2=268.1m3/s满足泄洪过流规定。2-2 消能防冲计算一、设计资料根据任务书，分洪消能水位：米湖5.5m，龙河3.8m，泄洪流量90m3/s。二、消能方式的选择根据地质、水力、施工条件，拟采用底流式消能方式。三、消力池设计（1） 消力池深度及长度计算根据规范（SD133-84）可知，hc3-T0hc2+q2/(2g2)=0（hc为收缩断面水深，T0为总作用水头，q为过闸单宽流量，为水流动能校正系数，采用1.0,为流速系数,（取0.95)通过试算得收缩断面水深为0.48m跃后水深：hc”=hc/2(1+8 q3/(ghc3)1/2-1)=2.17m水跃长度的计算：根据规范（SD133-84）可知，水跃长度Lj=6.9(hc”-hc)=11.63m,消力池长度计算:消力池长度Lsj=Ls+Lj(Ls为消力池斜坡段投影长度这里Ls=3m, 为水跃长度校正系数,可采用0.75)所以Lsj=11.72m，所以取消力池长度为13.0m.（2） 消力池底板厚根据度根据规范（SD133-84）之规定：消力池底板厚度t =k1(q(H)1/2)1/2(k1计算系数，取0.2；H泄水时的上、下游水位差，取1.7m；t为消力池底板厚度)经计算得t=0.43m因0.43小于0.5m，故取0.5m厚。四、海漫设计海漫长度计算：Lp=ks(q(H)1/2)1/2(Lp为海漫长度；q为消力池末端单宽流量；ks为海漫长度计算系数，取9；)消力池末端单宽流量q=90/25=3.6m3/s.m。经计算得海漫长度Lp=21.5m。故取22m。海漫分两段：前段长4.3m，材料采用0.3m厚C20砼，下铺0.6m反滤层；后部分采用0.3m厚浆砌块石。五、防冲槽设计海漫末端河床冲刷深度计算：d=1.1q”/v0-hs”(d河床冲刷深度；q”为海漫末端单宽流量，q”=90/25=3.6m3/s.m；v0为河床土质的不冲流速，取0.7/s；hs”为海漫末端河床水深，hs”=4.8m）经计算得海漫末端河床冲刷深度d=0.86m。故防冲槽的深度为0.9m。防冲槽采用干抛块石，长3m。2-3 闸门控制运用方式该闸共有3孔，为了在开、关闸门时有助于闸室稳定和下游防冲，在运用时应先开中孔，再分别开两边孔。第三章 水闸防渗排水设计3-1概述根据水闸规范，水闸的防渗排水设计内容涉及：1 地下轮廓线的拟定2 闸下渗透压力的计算3 闸渗流抗渗稳定性验算4 反滤设计5 选定水闸垂直和水平缝的止水设施构6 基本资料水位：正向挡水：米湖5.5m 龙河3.0m 反向挡水: 米湖2.17m 龙河3.0m3-2 地下轮廓线拟定一、初拟地下轮廓线初步选定工作桥宽3.5m，交通桥宽5.0m，检修桥宽0.4m，闸墩墩头各1.1m，底板厚1.0m，两头齿槽深0.8m。这样，闸室地下轮廓线长L实=3.5+5+0.4+1.12+0.2+1+0.82 =13.9 m二、 地下轮廓线校核闸基防渗长度的计算：L=c.H（L为拟定渗径长度，c为渗径系数，H为上、下游水位差）由于闸基为壤土，所以c值根据规范(SD133-84)采用4所以L需=42.5=10.0m。L需L实，满足规定。3-3 水闸的渗透计算地基渗流计算采用改善阻力系数法进行计算。1、地基有效深度的计算：根据规范（SD133-84）之公式：L0=30.3mS0=2.2mL0/SO=9.25,故Te=0.5L0=15.15m2、 各段阻力系数的计算（1）、进出口段的阻力系数的计算按下式进行计算：0=1.5(S/T)3/2+0.441T透水地基深度按有效深度计算：T=0.5L0或T=1.5S0，两者取其大者故取15.15mS板桩或齿墙的入土深度（m）S=1.6m因此0=0.492(2)、内部底坎段的阻力系数y=2/lnctg（/4）（1-S/T）=1.327y内部垂直段的阻力系数S板桩或齿墙入土深度（m）T地基透水层深度(m)x =(L-0.7(S1+S2)/T=(30.3-0.7*(1.6+1.7)/15.15=1.846x水平段的阻力系数L板桩或齿墙间包外水平距离（m）S1、S2进、出口段板桩或齿墙的入土深度（m）(3)、各分段水头损失计算hn=n*H/ihn 第n段的渗透水头损失(m)n第n段的阻力系数H上下游水位差(m)，H=2.5mi所有阻力系数之和进口段水头损失为：h1=2.5*0.492/4.157=0.3m内部垂直段水头损失为：h2=2.5*1.327/4.157=0.79m内部水平段水头损失为：h3=2.5*1.846/4.157=1.12m出口段水头损失为：h4=2.5*0.492/4.157=0.3m4、进出口段水头修正根据规范（SD133-84）之规定：h0=h0h0修正后水头损失值(m)修正系数，按下式计算=1.21-1/(12(T/T)+2)( S/T+0.059)S底板埋深与板桩入土深度之和（m）, S=1.2mT板桩另一侧地基透水层深度(m)T=13.95m=1.131.0，故取1.0修正后进出口水头损失值仍为0.3m。因此绘制渗透压力水头线如下图5、出口段渗流坡降的计算：J=h0/sh0= h0=0.3ms=1.7mJ=0.18小于规范（SD133-84）所规定的允许出口段坡降值0.50.6,故出口段不会发生渗流破坏。3-4 排水设施及止水一、排水设施紧接消力池后的前段护坦采用砼结构，护坦上设排水孔，护坦下铺反滤料。反滤料共分三层，每层厚0.2m，从下向上依次为细砂层、粗砂层和碎石层。二、止水设施闸室与上下游连接段必须设沉降缝，在闸基防渗范围内的分缝需布置止水。止水材料采用W型橡皮，布置详见施工图。第四章：水闸的闸室布置及稳定计算4-1 闸室的结构布置闸室分为下部结构（闸底板等）、中部结构（闸墩、胸墙、闸门）和上部结构（工作桥及其排架、公路桥、检修便桥等）。现将各部分布置要点叙述如下：一、下部结构底板1 底板的功用：是闸室的基础，承担闸室的所有荷载，并较均匀地传递给地基。2 底板的型式：整体式平底板，钢筋混凝土结构。3 基本尺寸：长11.3m，宽18m，厚1m，两头齿槽深0.8m。4 构造：闸底板与上下游护坦连接处设沉降缝，缝宽22.5cm，内设橡皮止水带二、中部结构1、 闸墩（1） 闸墩的功用：分隔闸孔并支承闸门、工作桥及交通桥等上部结构。（2） 型式：考虑水力、施工、运用等条件，采用整体式混凝土结构，上游墩头用半园形，下游墩头用三角形。（3） 尺寸I、闸墩的长度应满足上部结构布置的需要与底板长度相同，采用11.3m。II、主门槽与检修门槽的尺寸、间距，按图布置，主门槽宽0.5m，检修门槽宽0.4mIII、闸墩顶高程，上下游闸墩顶高程都应高于相应的上下游最高水位，并有一定的安全超高（根据水闸规范2、3级建筑物，泄洪时的安全超高应0.5m）。由设计任务书知米湖大堤，堤顶高程为7.0m，故上游闸墩高程为7.0m，下游闸墩顶高程采用6.5m（扣除铰接板厚0.5m）2、 边墩：边墩的材料、墩顶高程和长度与闸（中）墩相同，具体型式、尺寸如下图所示，边墩与上下游翼墙之间应设温度沉陷缝，并布置垂直止水。3、 胸墙：由前水力计算在闸门上游侧（米湖一侧）布置有胸墙，胸墙底高程以不影响泄流为原则，根据水位资料及胸墙构造，底高程采用3.0m，胸墙顶高程应与上下游侧闸墩顶相平，采用7.0m，故胸墙高度为7-3=4.0m,胸墙的型式和尺寸，见图。胸墙采用简支结构，其长度为5m，为使水流平顺地进入闸孔，胸墙底部迎水面直做成圆弧形。4、 主门启闭机选择：（1） 闸门：由水力计算，拟采用潜孔式平面钢闸门，孔净宽B=5.0m，闸门宽度b=5+0.252=5.5m。顶高程=下游水位+安全超高=3.0+0.5=3.5m，故闸门高度为3.5+0.5=4.0m闸门尺寸宽高为5.5m4m，（根据钢闸门设计规范）闸门重量估算：根据钢闸门设计规范，对于潜孔式平面滚轮闸门自重。G=K1K2K30.073A式中: A孔口面积(M)K1闸门工作性质系数，对工作闸门K1=10K2孔口高度比修正系数当H/B1时，K2=1.1K3水头修正系数，当设计上游水深6.0M时，K3=1.0G=10 1.110.0732.2=1.8T(2) 启闭机选型I、水压力计算采用设计水位：上游米湖水位M，下游龙河水位为3.0M，计算简图如下： 5.5 3 55 30P=1/2（555.5）5-1/2（303）5=532.25 (KN)、闸门启闭力计算：启闭力：F=（0.10.12）P+1.2G t(吨)闭门力：F= (0.10.12) P+0.9G t(吨)式中：P：作用在平面闸门下的总水压力G：闸门重量则启门力F1=0.1253.225+1.21.8=8.55(T) 闭门力F2=0.1253.225+0.91.8=8.01(T)选10T启闭力的启闭机。、启闭机选型：由闸门设计规范选用启闭机容量应计算的启闭力；根据闸室布置和运用规定，布置为一机一门型式，选用双吊点的固定卷扬式启闭机。三、 上部结构：1、 工作桥（1） 工作桥的功用是安装启闭机和操作启闭机。（2） 工作桥结构型式，为保证质量，便于施工，拟采用铪板梁桥结构，现场预制吊装。（3） 工作桥的尺寸、宽度BB=启闭机底座宽+2操作宽+2栏宽其中：启闭机底坐宽可由厂家产品目录中查相应启闭机型号的基础尺寸，结合我们设计可采用1.2m；操作宽：一般为0.61.2m，取0.6m栏杆截面可采用0.1m0.1m，高度1.0m，间距2.0m所以工作桥宽选2.6m。、高度h工作桥采用T型梁结构，梁高，底梁宽0.3m。具体尺寸见布置图。2、 排架设计：为减小闸墩高度，减少少工程量并节约造价，可在闸墩上加设排架，支承工作桥。（1） 排架宽度，取与工作桥同宽，即2.6m。（2）排架高度采用排架顶高程为闸门高度加富裕超高=4.0m+0.5m=4.5m故排架顶高程为：7+4.5=11.5m（3）排架厚度由于采用活动门档，为便于闸门启闭，一般排架厚度可取等于门槽处闸墩厚度，即t=1.0-20.25=0.5m（4）为便于检修闸门启闭，在排架上游侧布置牛腿，其上可安排起吊设备轨道，牛腿材料采用铪，具体尺寸见图。3、 公路桥为联系两岸交通，在闸下游侧闸墩上布置公路桥，按单车道汽车10级标准设计，桥面为铰接板，预制吊装桥面总宽为5.0m，净宽为4.5m，两侧安全带与栏杆宽为20.25m，具体尺寸见图。4、 上游检修便桥采用预制装配式结构，尺寸见图。4-2 闸室的稳定计算上部结构重量1、 工作桥传递到闸墩上的重量：9.9t2、 检修便桥传递到闸墩上的重量：1.44t3、 启闭台重：14.63t4、 公路桥传递到闸墩上的重量：37.5t5、 胸墙传递到闸墩上的重量：12.5t6、 闸墩自重：207.85t边墩上部作用荷载为：75.97t中墩上部作用荷载为：137.31t7、 底板重量：520.6t一、基底应力计算计算见附表。完建期基底最大与最小应力之比值为：5.37/5.20=1.032.0运营期基底最大最小应力之比值为：7.74/7.57=1.02HLj=0.34,且HLL/2=2所以浪压力PL=（hL+hz）LL/4=0.32t/m静水压力：p静上=1/2H2上=18.0t/mp静下=1/2H2下=6.125t/mP=(0.32+18-6.125) 19=231.71tPP临故抗滑是稳定的。第五章：水闸的结构设计闸底板结构计算（采用截面法进行计算）：垂直水流方向取1米宽板条作为计算对象，只计算运营期。M为边墙填土传递过来的荷载边墙土压力计算填土深度：h=7.5m根据土力学积极土压力公式：p=Htg(45-/2)-c=d(1+)=1.5（1+0.25）=1.875=11pmax=1.8757.5tg(45-11/2)-2.9=8.69t/m2闸门上段中间处板条受力情况如下图上部结构传递到闸墩上的荷载按均布到闸墩上进行计算：中墩：12.15t/m边墩：6.72t/m闸墩自重(具有上部结构重)：中墩：30.9t边墩：25.47t 水重：q水=6t/m底板自重：q自重=2.5t/m地基反力：q反=7.71t/m浮托力：q浮=1.0t/m渗透压力：q渗=1.35t/m根据前面的渗透计算成果可绘制渗透压力及浮托力如下图1. N+Q+L（q自+ q水-q浮- q渗-q反）=030.92+25.472+Q+19（2.5+6-1-1.35-7.71）=0解得: Q=-83.1t(负号说明方向向上)不平衡剪力的分派：形心轴y0计算按形心计算公式，计算得y0=3.10mh2=y0-1=2.10m惯性矩I的计算按公式I=I底板+I闸墩I底板=19*13/12+19*1*2.62=130.02I闸墩=1*4*7.53/12+4*（7.5/2-2.1）2*7.5*1=222.3I=I闸墩+ I底板=352.32 Q板=L*Q/I*（2y03/3-y02h2+h23/3）=12.40t Q墩=83.1-12.4=70.7t 由于闸墩的截面积相等。故四闸墩均匀分派剪力。都为17.68t。作用在闸底板上的均布荷载q=q反+ q浮+ q渗- q自- q水+Q板/19=7.71+1.35+1-2-6+12.4/19=2.71t/m作用底板的力矩计算土压力pmax=Htg(45-1/2)-c=8.69t/m2按100%计入水压力不计.土压力产生的力矩M为81.47tm因此计算简图如下配筋计算分别计算边墩脚处及1/4、1/2跨处的内力X=1米处Q1+25.47=2.71*1Q1=-22.76t（负号说明，Q1方向向上）M1+25.47*1=81.47+2.71*1/2M1=57.35tMX=5米处Q5+25.47=2.71*5Q5=-11.92t（负号说明Q9方向向上）M5+25.47*5=2.71*52/2+81.47M5=-12.0tX=9米处Q9+25.47+30.9=2.71*9Q9=-31.98t（负号说明Q9方向向上）M9+25.47*9+30.9*3=2.71*92/2+81.47M9=-99.81tM配筋计算弯曲配筋计算，底板上层取X=9M时的跨中弯矩进行计算，拟定砼为C25，安全系数K取1.5A0=KM/bh02Rw=0.09=0.01Ag=51.03cm2故选配2610的二级钢筋底层配筋选用X=1M处的弯矩进行计算同上式：A0=0.05Ag=28.46cm2选配2011的二级钢筋抗剪计算Q9=31.98t抗剪安全系数K取1.6KQ=1.6*31.98=51.17t0.2bh0Ra/1000=213.4tkQ0.2bh0Ra，故截面满足规定0.07bh0Ra/1000=74.69tkQ0.07bh0Ra故不要进行抗剪配筋计算。