水闸设计教学文稿.doc

水闸设计精品资料水闸初步设计目录第一章 概述 3第一节 工程设计资料 3第二章 水利枢纽布置 3第一节 总体布置概 3第二节 水闸布置 3第三章 水闸设计 4第一节 闸孔型式和尺寸设计 4第二节 消能防冲设计 6第三节 防渗排水设计 7第四节 闸室布置10第五节 水闸抗滑稳定计算12 第六节 细部结构设计16第七节 上下翼墙设计17第四章 参考文献18第一章 概述第一节 工程设计资料一、设计基本资料设计流量为0.05，闸前设计水位为12.0m，闸后设计水位为11.95m，河床底高程11.0m。多年平均最大风速为5m/s；风向：按垂直水闸横轴线考虑；吹程0.2km。第二章 水利枢纽布置第一节 总体布置概述一、拟定枢纽建筑物等级根据水利电力工程等级划分及洪水标准（SL2522000）第2.1.3条及2.2.1条确定本工程为五等小（一）型，本水闸级别为五等，所以主要建筑物按五等级别设计。二、 闸址的选择 枢纽布置选择须考虑以下几点：1）闸址应选择在顺直河段，且较稳定的河岸；2）轴线附近地质条件因较好、河床稳定；3）闸址上游河道有足够的蓄水容积；4）交通方便、原料最好就近取材。第二节 水闸布置水闸由闸室、上游连接段和下游连接段三部分组成。一、闸室布置闸室是水闸挡水和泄水的主体部分 ，本设计的闸室包括：底板、闸门、胸墙、边墩（岸墙）、工作桥及交通桥。底板是闸室的基础，见有防渗和防冲的作用，并保护地基免受泄水水流的冲刷，同时它又是水闸地下轮廓的主要组成部分，限制通过地基的渗透水流，减小地基渗透变形的可能性。闸门是用来双向挡水和控制过闸流量。胸墙是用来挡水以减小闸门高度的。闸墩用以支撑闸门、工作桥、交通桥，把闸门传来的水压力和上部结构的重量以及菏载传布于地板。工作桥用来安装启闭设备。交通桥用来联系两岸交通。二、防渗排水布置防渗设施主要有水平防渗和竖向防渗，水平防渗主要是指铺盖，竖向防渗有板桩及齿墙，而排水设施则是指铺设在消力池、浆砌石海漫底部或闸底板下游段起导渗作用的沙砾石层。排水常于防滤层结合使用。承受双向水头的水闸，其防渗排水布置应以水位差较大的一向为主，合理选择双向布置方式。三、消能防冲布置本水闸是双向排水，上下游都均应考虑其消能防冲布置。但是水闸多为外江往内河泄洪时开启闸门，而内河水位受不涝水位1.3m控制，当水位较高时，采用抽排设施降低内河水位。因此次处不对内河往外江排水情况进行效能防冲计算。闸下消能防冲设施石用于消能功能与均匀扩散水流的，且应与下游河道有良好的连接；本设计采用底流式消能方式。四、两岸连接布置（一） 上游连接段上游连接段包括护底、上游防冲槽以及上游翼墙。上游护坡及护底布置应根据水流流态、河床土质抗冲能力等因素确定，由上游护底首端再加设防冲墙。具有双向挡水作用的水闸，其上游护坡、护底应根据水流条件确定。（二）、下游连接段下由连接段包括海漫、防冲槽及两岸的翼墙和护坡两大部分，其主要作用是改善出闸水流条件，提高泄流能力和消能防冲效果，以确保下游河床和边坡的稳定。第三章 水闸设计第一节 闸孔型式和尺寸设计 闸孔型式和尺寸设计包括：堰型的选择；单孔尺寸及闸孔总净宽的确定；闸顶高程、闸门高度的确定；闸墩设计和底板设计。一、 闸室结构型式本水闸是以防洪、排污、灌溉为主的综合性水利工程，采用开敞式闸室结构。由于上下游水位变幅不大，故不需要设胸墙代替闸门挡水，本闸采用不带胸墙的开敞式结构。（上下游水位差为0.05m）不设闸门。二、 堰型的选择及堰顶高程的确定由于是进水闸，考虑到拦沙要求，故设为有坎宽顶堰，采用整体式平底板。确定闸底板高程11.50m，河床底高程11.0m。三、 闸孔尺寸的确定1）判别堰的出流情况已知设计流量为0.05，相应上游设计水位为12m，下游设计水位为11.95m。堰上水头，下游水头 0.80，为淹没出流，查宽顶堰淹没系数表得2）求流量系数m堰上水头，堰高 ，因，所以流量系数为3） 确定闸孔尺寸 初步假定，则闸孔宽度边墩为流线型，形状系数，则此值与原假定的值相同，现用再计算值 该B值和第一次计算值相同，取B=0.12m,闸孔为单孔，实际工程中应考虑去闸门的尺寸为整数,所以取闸门孔口为单孔，净宽B=0.2m 第二节 消能防冲设计因为平原水闸水头低，河床土体抗冲能力差，下游水位变幅大，故不用挑流消能和面流消能，而采用底流消能。底流消能一般由消力池、海漫、防冲槽等组成。判别底流式衔接形式：计算下游坝高计算闸前水深 =0.05/1.0=0.05m/s=1.0+=1.0m故采用逐次渐近法计算由，闸底轮廓线长度满足防渗要求渗透压力：由直线比例法求得地下轮廓各点的渗透压力,闸基渗透压力计算示意图如下：求地下轮廓各点的渗透压力闸底板上游点的渗透压力为：=故单位宽度闸底板总渗透压力为：抗渗性分析验算闸基抗渗稳定性，主要是为了防止底下渗流冲刷地基土并造成渗透变形。验算闸基抗渗稳定性时水平段和出口段的渗流坡降必须分别小于水闸设计规范表中规定值，以保证地基不会发生渗透破坏。渗透坡降J的验算: 渗透坡降说明本水闸的地基轮廓线满足闸基抗渗稳定要求滤层设计滤层的作用是防止渗流出口处土体由于渗透变形或水土流失而引起的破坏，滤层的设计，最基本的要求是不允许基土流失或穿过滤层造成堵塞，从而影响滤料的透水性和被保护的土体的稳定性。滤层一般由13层级配均匀耐风化的沙、砾、卵石或碎石构成每层粒径随渗流方向而增大，级配应能满足被保护土的稳定性和滤层的透水性要求，一般情况下，粘性土地基上的滤层为两层。滤层的厚度可采用0.20.3m。滤层的铺设长度应使其末端的渗流坡降值小于地基土在滤层保护时的允许渗流坡降值。三、 排水设施排水一般都布置在闸室下游消力池的下面，消力池上设排水孔。对于粘性土地基，水闸底板下一般不设置排水。因为排水滤层一旦发生淤堵事故，将难以检修和更换。在下游翼墙、上游护底和下游海漫水平分段分别设置排水孔，排水孔孔径取0.1 m；间距.为1.03.0 m。翼墙上的取3 m、护底和海漫上的取1.0 m；按照梅花形排列。第四节 闸室布置 闸室结构布置主要包括底板、闸墩、胸墙、闸门、工作桥和交通桥等结构的布置和尺寸的拟定。一、 底板底板采用整体式平底板，长度为2m，厚度为0.5 m，上下游均设齿墙。二、 闸墩设计 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。闸墩结构型式根据闸室结构抗滑稳定性和闸墩纵向刚度要求确定，本设计采用实体式（其刚度很大，可以保证在纵向不会产生变形）。边墩厚度为0.3m，边墩头部采用圆弧形，下游墩头部采用流线型边墩长度与闸室底板顺水流方向长度相等，为2m。闸顶高程的确定根据水闸设计规范第4.2.4条阐述：挡水时闸顶高程最高挡水位+波浪计算高度+安全超高闸顶高程最高挡水位（m）。安全超高（m）。平均波高（m）。计算风速（）。D风区长度（m）。风区内的平均水深（m）。平均波周期（s）。平均波周长（m）。闸深水深（m）。相应于波列累积频率p的波高（m）。波浪中心线超出计算水位的高度（m）。最高挡水位为（P=20%），相应设计最大风速为；风区长度为200m；风区内的平均水深为1m；相应求得平均波高=0.032m，平均波周期=0.792s，平均波长=0.979m；则设计风浪波高；求得，=0.007m水闸的设计安全超高值按水闸级别为5级由规范取A=0.2m，则水闸的闸顶高程该设计水闸属于小型水闸，综合取闸室顶高程为12.5m.交通桥设计在闸室的下游侧布置交通桥，桥身结构为钢筋混凝土板梁结构构，不考虑汽车通过，只考虑人行过，定桥宽为2.0m，跨度为1.5m，桥面板厚取为10cm，其中两侧各设1.0m高的栏杆。 第五节 水闸抗滑稳定计算荷载分类及其组合：作用于水闸上的荷载分两类。 基本荷载 主要有：1) 水闸结构及其上部填料和永久设备自重；2) 相应于正常畜水位或设计洪水位下水闸底板上的水重；3) 相应于正常畜水位或设计洪水位情况下的静水压力；4) 相应于正常畜水位或设计洪水位情况下的扬压力；5) 土压力；6) 淤泥压力；7) 风压力；8) 相应于正常畜水位或设计洪水位情况下的浪压力。 特殊荷载 主要有：1) 相应于校核洪水水位情况下水闸地板上的水重；2) 相应于校核洪水水位情况下的静水压力；3) 相应于校核洪水水位情况下的扬压力；4) 相应于校核洪水水位情况下的浪压力；5) 地震荷载；6) 其他出现机会较少的荷载等。在本设计中，分两种情况（完建情况、设计情况）进行荷载计算及组合。1）完建情况（基本组合），荷载计算仅考虑闸室及其上部结构自重，主要包括闸地板重力G、闸墩重力G、交通桥重力G、取混凝土、钢筋混凝土的容重为25KN/。完建情况荷载图和荷载计算表见下图底板自重：交通桥自重：考虑到栏杆等重量，故取为10KN闸墩自重：2）设计洪水情况下的荷载。在设计洪水情况下,闸室的荷载除此之外,还有闸室内水的重力、水压力、扬压力等。闸室水重： 水闸设计水位情况下的荷载图见下图, 设计水位情况下的荷载计算表见下表，设计水位情况下荷载和力矩计算对B点取矩水平水压力：浪压力：浮托力：渗透压力： 完建情况下作用荷载和力矩计算表(对底板上端B点求力矩)部位重力(KN)力臂(m)力矩(KNm)顺逆底板63.52.50158.75闸墩502.50125交通桥102.5025合计123.5308.75 设计水位情况下荷载和力矩计算（对B点取矩）荷载名称竖向力（KN）水平力（KN）力臂（m）力矩（KNm）顺逆闸室结构重力123.5308.75上游水压力2.8812.351.330.43.844.94浪压力0.1252.60.33下游水压力9.190.4173.83浮托力15.3115.3渗透压力0.590.670.40水重力9.310.767.08合计123.8115.8915.3539.19324.9419.53107.92（）6.163（）305.41（）设计水位荷载计算表基底反力与抗滑稳定计算1、土基上的闸室稳定计算应满足下列要求：1) 在各种计算荷载情况下，闸室平均基底应力不大于地基允许承载力，最大基底应力不大于地基允许承载力的1.2倍。2) 闸室基底应力的最大值与最小值之比不大于水闸设计规范P137表7-3-5（松土 ：基本组合1.5 ； 特殊组合 2.00）规定的允许值。3) 沿闸室基底面的抗滑稳定安全系数不小于水闸设计规范P153表7-3-13（水闸五级： 基本荷载 1.20 ；特殊组合 1.05）规定的允许值。验算闸室基底压力，方向竖直向下，方向竖直向下均小于地基允许承载力100，且，故土基上的闸室稳定满足要求。闸室基底上下游压力值，作用在闸室上的全部竖向荷载，作用在闸室上的全部竖向和水平向荷载对于基础底面垂直水流方向的形心轴的力矩，闸室基础底面的面积，闸室基础底面对于该底面垂直水流方向的形心轴的截面矩，闸室基底应力的最大值与最小值之比，为允许值，地基土质松软，值为2.00验算闸室的抗滑稳定，故水闸抗滑状态满足要求。沿闸室基础底面的抗滑稳定安全系数闸室基础底面与地基之间的摩擦系数，因地基为粘土地质，值为0.4作用在闸室上的全部水平向荷载，第六节 细 部 结 构 设 计一、 分缝设计为了适应地基不均匀沉降和伸缩变形，水下各构件和构件本身均留有接缝。凡不允许透水的缝中均必须设置止水设备。按照止水设备的走向，缝有垂直分缝和水平缝之分。属于垂直缝的有：设于边墩与翼墙间的接缝等。属于水平缝的有，消力池和底板之间，护底与两则翼墙底板之间，还有闸后消力池与闸底板之间的分缝（视排水起点的不同，这种缝可能是透水的，也可能是不透水的），以及消力池与翼墙之间的接缝。各种接缝应尽可能做成平面形状，宽度和间距应根据相对沉降量，伸缩变形和水闸总体布置等要求拟定。缝宽一般取1.02.5cm。取1.0cm。二、止水设计位于防渗范围内的永久缝应设一道止水。大型水闸的永久缝应设两道止水。止水的型式应能适应不均匀沉降和温度变化的要求，止水材料应耐久。垂直止水与水平止水相交处必须构成密封系统。止水有垂直止水和水平止水。接缝交叉有“垂直交叉”（垂直缝与水平缝的交叉）和“水平交叉”（水平缝和水平缝的交叉）。交叉处的连接方法大致可以分为两类：一类是柔性连接（即将金属止水片的接头部分埋在沥青块里），一类是刚性连接（即将金属止水片剪裁厚焊接成整体）。工程中多根据交叉类型及施工条件来决定止水片的连接方法：对于“垂直交叉”，一般多用柔性连接：而对于“水平交叉”，则多用刚性连接。分缝和止水设备的工作量虽小，但对水闸正常工作的影响很大。如果设计和施工不当，止水一旦破坏以后，严重的将会影响整个水闸的安全，因此应引起足够重视第七节 上 下 翼 墙 设 计 上下游两岸采用喇叭形翼墙，连接闸室段的墙顶高程为12.5m，底板高程为11.0m。 上游翼墙除挡土外，还有的作用是将上游来水平顺地导入闸室，其次是配合铺盖起防渗作用，因此，其平面布置与上游进水条件和防渗设施相协调。上游段翼墙的每侧扩散角度分别不大于12度18度，取8度。闸室上游翼墙连同上游段挡土墙总长为5m，在外江与挡土墙头接触处两岸分别设半径为1.0m的圆弧插入岸坡。下游翼墙除挡土外还有导引出闸的水流沿翼墙均匀地扩散的作用，避免在墙前出现回流旋涡等不利流态。翼墙的平均扩散角每侧宜采用7度12度，取8度。与内河连接处以半径为0.4m的圆弧插入岸坡。第四章 参考文献1) 水闸设计2) 水闸设计规范（sl265-2001）3) 水工钢筋混凝土结构 （教材）4) 水工建筑物设计示例与习题 杨树宽主编5) 水工挡土墙设计 管枫年 等三人编6) 混凝土结构构造 （中国建筑出版社）7) 建筑结构静力计算手册 （中国建筑工业出版社）8) 水工建筑物 （教材）9) 水力学 （教材）10) 建筑力学 （教材）11) 水利水电枢纽工程等级划分及设计标准仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢20