排水闸稳定及结构计算

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+567.5668.6069.0767.98972江水、龙洞水老干局西左3+548.5368.1068.4467.50873白沙河邬村水师范学校白右5+949.9270.8072.4570.26224热水锅水石龙头白右8+203.8473.4074.1672.82435盘龙水、王宾水罗江围白左1+191.0066.9068.4466.6543.41. 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2000.350.40弱透水层老干局64.40砂砾层1800.350.40强透水层师范学校66.30中粗砂1800.350.40强透水层石龙头68.70中粗砾砂1800.350.40强透水层罗江围61.90中细砂1300.300.35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：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。表 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0.050.070.250.30细砂0.070.100.300.35中砂0.100.130.350.40粗砂0.130.170.400.45中砾、细砾0.170.220.450.50粗砾夹卵石0.220.280.500.55砂壤土0.150.250.400.50壤土0.250.350.500.60软粘土0.300.400.600.70坚硬粘土0.400.500.700.80极坚硬粘土0.500.600.800.901.4地震烈度xx县基本地震烈度为，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（-1）（A.0.1-6）计算： （-1）单孔闸 （-2）多孔闸，闸墩墩头为圆弧形时 （-3） （-4） （-5） （-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（-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（-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（-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（-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 （-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）。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：完建期,上下游无水；下游常年蓄水位67.0m，上游无水,关闸清淤；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：完建期,上下游无水；下游P=2%洪水位，上游水位至孔洞顶。主要荷载自重：水闸、设备自重静水压力浮托力、渗透压力、水重2.3消能计算计算工况初步拟定，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。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（SL2652001）附录B，消力池深度可按公式（）计算： （） （） （） （）式中d消力池深度（m）；0水跃淹没系数，可采用1.051.10，取01.1；孔流流量系数，可采用0.951.0，取1.0；跃后水深（m）；hc收缩水深（m）；水流动能校正系数，可采用1.01.05，取1.05；q过闸单宽流量（m2/s），qQ/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防渗计算计算工况西林河两个排水闸的计算工况为：建设期,上游无水，下游施工洪水；下游常年蓄水位67.0m，上游无水,关闸清淤；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：建设期,上游无水，下游施工洪水；下游P=2%洪水位，上游水位至孔洞顶。计算公式.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。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）。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：0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：y内部垂直段的阻力系数。3水平段式中：x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）。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）； i各分段的阻力系数； n总分段数。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）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： 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PC1500程序集中G14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PC1500程序集中G13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PC1500程序集中G14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PC1500程序集中G8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，=0.941，Z=0.966，b=0.952，=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计算工况完建期,上下游无水下游常年蓄水位67.0m，上游无水,关闸清淤下游P=2%洪水位69.07m，上游水位至孔洞顶67.90m荷载计算（受荷示意图见附图3.3.2-1） .1水闸自重荷载值计算及对A点求力矩（力矩逆时针为正） 胸墙 工作便桥 中闸墩 边闸墩 闸底板 钢闸门 启闭机 启闭机室 水闸自重荷载值和弯距值为： .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：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：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：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，表.3-1 荷载汇总表 工况(kN) (kN)(kN.m)8036.20695.937213.34622.211992.425959.27694.652276.40计算稳定及地基应力根据公式（-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-1。表-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76.101.1468.311.524.4156.431.803.26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。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hc1.54m，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计算工况建设期,上游无水，下游施工洪水65.35m，H=65.35-64.9=0.45m；下游常年蓄水位67.0m，上游无水,关闸清淤，H=67-64.9=2.1m；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=32.5，故L=32.1=6.3 m，小于水闸渗径长度28.94 m，满足规范要求。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 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0.6521.4310.3101.5870.3102.5960.0990.1090.592水损值工况10.0380.0840.0180.0930.0180.1520.0060.0060.035工况20.1780.3910.0850.4340.0850.7090.0270.0300.162工况30.0990.2180.0470.2420.0470.3950.0150.0170.090修正后水损值工况10.0330.0890.0180.0930.0180.1520.0010.0130.033工况20.1530.4160.0850.4340.0850.7090.0050.0590.154工况30.0850.2300.0470.2420.0470.3950.0030.0330.086表-4 水头坡降值项目工况水平段出口段水头坡降值工况10.0120.033工况20.0540.154工况30.0300.086允许值0.40.7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（-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，=0.935，Z=0.97，b=0.963，=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计算工况 完建期，上下游无水下游常年蓄水位67.0m，上游无水,关闸清淤下游P=2%洪水位68.44m，上游水位至孔洞顶67.40m荷载计算（受荷示意图见附图4.3.2-1） .1水闸自重荷载值计算及对A点求力矩（力矩逆时针为正） 胸墙 工作便桥 中闸墩 边闸墩 闸底板 钢闸门 启闭机 启闭机室 水闸自重荷载值和弯距值为： .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：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：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：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，表.3-1 荷载汇总表 工况(kN) (kN)(kN.m)7735.90675.456840.45839.112327.095677.84608.722038.85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（-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-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73.261.1464.781.693.1053.771.743.54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。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hc1.28m，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计算计算工况建设期,上游无水，下游施工洪水64.72m，H=64.72-64.4=0.32m；下游常年蓄水位67.0m，上游无水,关闸清淤，H=67-64.4=2.6m；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=32.5，故L=32.6=7.8 m，小于水闸渗径长度20 m，满足规范要求。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 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0.5470.8110.1720.8110.6630.6630.0530.0560.496水损值工况10.0460.0690.0150.0690.0150.0560.0050.0050.042工况20.3760.5580.1180.5580.1180.4560.0370.0380.341工况30.1510.2230.0470.2230.0470.1820.0150.0150.136修正后水损值工况10.0340.0810.0150.0690.0150.0560.0090.0090.033工况20.2760.6580.1180.5580.1180.4560.0700.0760.269工况30.1100.2630.0470.2230.0470.1820.0280.0310.108表-4 水头坡降值项目工况水平段出口段水头坡降值工况10.0090.033工况20.0700.269工况30.0280.108允许值0.170.45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（-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，=0.87，=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计算工况完建期，上下游无水 下游P=2%洪水位72.45m，上游水位至孔洞顶69.30m荷载计算（受荷示意图见附图5.3.2-1） .1水闸自重荷载值计算及对A点求力矩（力矩逆时针为正） 胸墙 工作便桥 边闸墩 闸底板 钢闸门 启闭机 启闭机室 水闸自重荷载值和弯距值为： .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：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： 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，表.3-1 荷载汇总表 工况(kN) (kN)(kN.m)3774.690816.882950.261948.16764.04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（-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-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102.571.3980.172.961.35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。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hc0.91m，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计算工况建设期,上游无水，下游施工洪水66.56m，H=66.56-66.3=0.23m；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=75，故L=73.15=22.05 m，小于水闸渗径长度33.68 m，满足规范要求。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 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0.4910.6670.0480.4260.0481.0670.0290.0300.462水损值工况10.0350.0470.0030.0030.0030.0750.0020.0020.032工况20.4730.6430.0460.4110.0461.0290.0280.0280.445修正后水损值工况10.0200.0620.0030.0030.0030.0840.0040.0050.020工况20.2670.8490.0460.4110.0461.1480.0560.0570.269表-4 水头坡降值项目工况水平段出口段水头坡降值工况10.0040.020工况20.050.269允许值0.40.7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（-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，=0.838，=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计算工况完建期，上下游无水下游P=2%洪水位74.16m，上游水位至孔洞顶71.70 m荷载计算（受荷示意图见附图6.3.2-1） .1水闸自重荷载值计算及对A点求力矩（力矩逆时针为正）胸墙 工作便桥 边闸墩 闸底板 钢闸门 启闭机 启闭机室 水闸自重荷载值和弯距值为： .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：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： 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，表.3-1 荷载汇总表 工况(kN) (kN)(kN.m)4620.71723.833134.18740.461901.096.3.3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（-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-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94.691.2764.232.671.48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（）计算，利用Excel电子表格，先试算求出收缩水深hc1.16m，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计算计算工况建设期,上游无水，下游施工洪水70.41m，H=70.41-68.7=1.71m；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=75，故L=72.46=17.22 m，小于水闸渗径长度38.83 m，满足规范要求。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 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0.4840.4160.0420.4290.8380.0260.0160.0260.458水损值工况10.2990.2580.0260.2660.0260.5190.0160.0160.283工况20.4310.3710.0380.3820.0380.7460.0230.0230.408修正后水损值工况10.1590.3980.0260.2660.0260.6090.0320.0320.161工况20.2280.5730.0380.3820.0380.8770.0460.0460.231表-4 水头坡降值项目工况水平段出口段水头坡降值工况10.0330.161工况20.0480.231允许值0.40.7故闸基稳定渗流满足规范要求。6.6水工结构计算附石龙头排水闸闸室结构、箱涵、挡墙计算稿。7罗江围水闸 罗江围水闸位于白沙河堤左岸1+191处，出口处河床底高程61.5 m。白沙河五年一遇（P=20%）洪水位66.65m，五十年一遇（P=2%）洪水位68.44m；盘龙水十年一遇（P=10%）洪水设计流量Q设=43.4m3/s。可自排。平常闸门全开排水，洪水到来时，且白沙河水位高于盘龙水河水位时关闸挡水。水闸形式选择胸墙式水闸。7.1确定闸底高程 盘龙水出口的河口底高程为61.5 m，考虑到要从盘龙水往白沙河排水及测量误差，设闸底高程为61.9 m。7.2确定闸孔净宽由于采用胸墙式平底水闸，为此，假设孔口高度e=3.5m，且10年一遇设计洪水流量，相对较小，因此可设孔数为一孔，净宽B0=4.0m，则单宽流量q=43.4/4.0=10.85m3/s.m，上游水位H上=66.9m，则上游水深h上=66.9-61.9=5.0m，下游水位H下=66.65m，则下游水深h下=66.65-61.9=4.75m。7.3判别流态由于，为宽顶堰流。7.4计算闸孔总宽度当为堰流时，根据水闸设计规范SL265-2001，水闸的闸孔净宽B0可按以下公式计算：由于本水闸堰高P=0，所以查水闸设计规范附表2-1，得堰流流量系数m=0.385；查水闸设计规范附表2-2，由P/H=0，b0/bs=0.8，得堰流侧收缩系数=0.968；由，查水闸设计规范附表2-3，得堰流淹没系数=0.83。分别代入上式得闸孔总宽度为： 可见假设满足要求，考虑误差及河道宽度，取水闸净宽。7.5水闸底板长度的确定水闸底板长度必须满足闸基防渗长度要求，因此按下式计算：由于本水闸地基类别为中细砂，查水闸设计规范附表1-1，得渗经系数C值为57，根据白沙河堤施工洪水水面线计算成果表，查得H=0.72m，考虑到本工程上下游水位差较小，可取较大的C值。所以考虑到要满足闸室的布置及稳定，这里取闸底板长L=8.0m。7.6闸室布置水闸顺着河堤布置，为胸墙式水闸，闸底板高程61.9m，顺水流方向长8.0m，1孔布置，净宽4.0m，闸孔高3.5m，边墩厚1.0m，闸底板总宽6.0m，底板厚0.8m，闸墩顶高程与该处堤顶齐平69.40m。详见“罗江围水闸布置图”。7.7水闸整体稳定及地基应力计算7.7.1计算工况根据罗江围水闸的运行情况，选择两种工况进行计算：工况一，完建期,水闸上下游无水。工况二，运行期，外江白沙河P=2%洪水位68.44m，内江盘龙水上游水位与孔口齐平65.4m荷载计算及对底板中点O求力矩（受荷示意图见附图） 方向规定：力以向下为正（+），向上为负（-）；向左为正，向右为负；力矩以逆时针方向为正，以顺时针方向为负。.1工况一闸室自重：底板边墩胸墙闸顶盖板钢闸门重启闭机重机室总重 由于上下游无水，因此无水压力，浮托力，渗透力。因为上下游无水，不存在滑动问题。地基应力计算对以上各力求和G=+=4454.18KN（+）对以上各力矩求和M=+=1754.76KN（+）根据荷载计算结果和水闸设计规范，利用闸室基底应力计算公式计算水闸的基底应力。闸室基底应力 所以，Kc=1.20地基应力计算P=180KPa基底压应力不均匀系数7.8水闸消力池计算 消力池采用矩形扩散式断面，底流消能，扩散角为11度，闸室出口采用1：6的斜坡段与消力池连接。 判断是否需要设计消力池由及流速系数，得下游的收缩水深为。再得下游跃后水深为。 由于，不需要设消力池，但考虑到实际过流情况，可设消力池的池深为S=0.5m。 确定消力池长： 由消力池的池深S=0.5m，单宽流量，可求得下游消力池长，考虑到平面布置的需要，实际取消力池长。7.9渗径长度L计算计算工况建设期,上游无水，下游施工洪水63.2m，H=63.2-61.9=1.3m；下游P=2%洪水位68.44m，上游水位至孔洞顶65.4m，H=68.44-65.4=3.04m；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=75，故L=73.04=21.28m，小于水闸渗径长度36m，满足规范要求。7.10渗流稳定验算验算闸基抗渗稳定性时,要求水平段和出口段的渗流坡降必须小于规范规定的允许渗流坡降值.由于本水闸闸基础较差,因此采用改进阻力系数法来计算.7.10.1土基上水闸的地基有效深度可按下面公式计算:当时,;当时,.式中 -土基上水闸的地基有效深度(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). 当计算的值大于地基实际深度时, 值应按地基实际深度采用.本工程中, ,.所以,.由于计算的值大于地基实际深度, 值按地基实际深度计算.7.10.2分段阻力系数可按下面公式计算:(1)进出口段式中 -进出口段的阻力系数;-板桩或齿墙的入土深度(m);-地基透水深度(m).所以 . (2)内部垂直段 式中 -内部垂直段的阻力系数;所以 (3)水平段 式中 -水平段的阻力系数; -水平段长度(m);、-进出口段板桩或齿墙的入土深度(m);所以, 7.10.3各分段水头损失值可按下面公式计算:式中 -各分段水头损失值(m); -各分段的阻力系数; -总分段数; -上下游水位差,这里:工况1:建设期,上游无水，下游施工洪水63.2m，H=63.2-61.9=1.3m；工况2:下游P=2%洪水位68.44m，上游水位至孔洞顶65.4m，H=68.44-65.4=3.04m.所以,工况1:下游出口段水头损失值为:.工况2:下游出口段水头损失值为:.7.10.4下游出口处渗流坡降值可按下面公式计算: 式中 -出口段渗流坡降值; -出口段修正后的水头损失值,这里(m); -阻力修正系数,一般采用1.0; -底板埋深与板桩入土深度之和(m).所以, 工况1: 出口段渗流坡降值0.30.工况2: 出口段渗流坡降值0.30. 7.10.5水平段渗流坡降值计算:工况1: 水平段水头损失值为:.工况2: 水平段水头损失值为:.所以, 工况1: 出口段渗流坡降值0.07.工况2: 出口段渗流坡降值0.07.所以闸室底板满足渗流稳定要求.7.11水工结构计算附罗江围排水闸闸室结构、箱涵、挡墙计算稿。