夏仕港闸工程设计说明书

目 录1 工程总体布置. 32 孔设计算. 42.1 孔径的计算 . . 42.2高程的确定42.3 孔径尺寸及前沿宽度的确定. 43 消能计算 .6 3.1、消力池的设计. 63.2、海漫与防冲槽计算 74 闸基渗流计算 94.1地下轮廓线布置及防渗长度确定.94.2闸基渗流计算 .105 闸室布置与构造. .145.1底板布置 . . 145.2闸墩 . 14 5.3工作桥. 155.4交通桥. .165.5分缝 . .165.6止水 .175.7闸室结构布置图 .176 闸室稳定分析 .186.1完建无水期荷载计算及地基承载力验算. . 186.2闸室有水情况下的荷载计算 . 20 6.3 闸室荷载的汇总及稳定分析 .257 闸墩强度设计. . 307.1闸墩底部应力计算. 307.2、平面闸门门槽应力的计算 .337.3闸门设计. . 348、闸室底板设计. .358.1底板设计. .358.2闸门底板配筋计算及裂缝校核.53附录 571、 工程总体布置夏仕港闸位于靖江市斜镇夏仕港口，距江边约1km，受益保护范围为靖江、姜堰、泰兴三市。受益面积90万亩，兼有挡洪、蓄水、排涝、通航等功能。夏仕港闸共分三段，上下游段和闸室段。上下游段都设置扶壁式翼墙，闸室和上下游河道的连接都采用圆弧形翼墙。本水闸总宽为82.2m，共设9孔，每孔净宽8m。闸室段设计有交通桥、工作桥、检修桥、闸门、闸墩。工作桥上设置卷扬式启闭机，闸门采用露顶式平面钢闸门。闸室段设有一个缝墩，把闸室分成辆个部分，缝墩的缝里设有紫铜片止水。上游段设置10m干砌块石护坡、10m浆砌块石护坡、15m长的混凝土铺盖。下游设置23.3m的消力池和37m长的海漫，在海漫末端还设置了一个防冲槽。2、孔径计算2.1孔型式的确定本工程的主要作用有挡洪、蓄水、排涝、通航等，在洪水时期担负着泄洪的任务，应具有较大的泄水能力，所以采用无底坎宽顶堰孔口。2.2高程的确定本水闸单宽流量较大，可以降低堰顶的高程，使堰顶高程与河床同高，即闸底板高程为0.0m。2.3孔径尺寸及前沿宽度的确定已知上下游水位，可推算上游水头及下游水深。计算见下表1.2.1-1表1.2.3-1 上游水头计算表流量Q（m3/s）下游水深hs（m）上游水深H（m）过水断面积（m2）行近水速V0（m/s）V0/2g(m)上游水头H0（m）设计流量5004.905.004501.110.065.06闸门全开时，为平底板宽顶堰堰流，判别是否为淹没出流，其判别计算见下表：表1.2.3-2 淹没出流判别计算表计算工况下游水深hs（m）上游水头H0（m）流态设计工况4.905.000.98淹没出流从上表可以看出，堰流处于高度淹没度，因此闸孔总流量公式为,则计算闸孔总净宽可用公式，计算见下表1.2.1-3：表1.2.3-3 闸孔总净宽计算表计算工况流量Q（m3/s）下游水深hs（m）上游水头H0（m）hs/H0淹没堰流综合系数0B0（m）设计工况5004.905.060.9680.97858.89根据水利水电工程钢闸门设计规范中闸孔尺寸和水头系列标准，选定单孔净宽b0=7.0m，同时为了保证闸门对称开启，防止不良水流形态，选用9孔闸，并将闸墩分缝，缝设在闸墩中间，中墩厚为1.0m，边墩和分墩厚均为0.7m。见图1.2.1-1所示。闸孔总宽为： m图1.2.3-4 闸孔尺寸布置图 （单位：m m）3、消能计算为了保证水闸的正常运用，防止河床冲刷，一方面尽可能消除水流的动能，消除波状水跃，并促使水流横向扩散，防止折冲水流出现；另一方面要保护河床及河岸，防止剩余动能引起的冲刷。要解决以上问题，就是要有一个好的消能设施。工程实际中经常采用底流消能方式。底流消能由消力池、海漫、和防冲槽三部分组成。消力池紧接闸室，在池中利用水跃进行消能。海漫紧接消力池，其作用是继续消除水流的剩余动能，使水流扩散并调整流速分布，以减小底部流速。海漫末端设置防冲槽。消力池常用的有三种：下挖式消力池。即降低护坦高程而形成的消力池，适用于闸下尾水深度小于跃后水深的情况。突槛式消力池（即消力墙式消力池）。适用于闸下尾水深度略小于跃后水深的情况。如果地基开挖困难，或因冬季要求放空池中积水以防止冰冻时，则可不开挖而直接在护坦末端修建低堰，抬高池内水位，从而形成突槛式消力池。综合式消力池。当闸下尾水深度远小于跃后水深，且计算出的消力池深度又较深时，可采用下挖式消力池与突槛式消力池相结合的综合式。工程中经常采用的是下挖式消力池，本次设计也采用下挖式消力池设计。1.3.1 消力池的设计1、消力池深度计算根据水闸设计规范中公式，进行试算。式中：d：消力池深度，：水跃淹没深度系数，取，：跃后水深，：收缩水深，：水流动能校正系数，取1.0，q：过闸单宽流量，：消力池首端宽度：消力池末端宽度， ：由消力池底板顶面算起的总势能，：出水池落差，：出水池河床水深，：流数系数，取0.95。表1.3.1-1 上游水深计算表计算情况流量Q（m3/s）单宽流量m3/s闸室水深H（m）下游水深hs（m）过水断面积m2行近流速m/sH0（m）正向70011.15.03.94501.560.1225.122反向75011.94.76.2587.81.280.0846.284现知上述条件，假定d=0.5m， 然后依次求，进行计算，若，取，当时重新试算，其中d值可以通过试算求得，经计算消力池深度为1.9m。2、消力池长度确定1）水跃长度Lj计算根据规范 2）消力池长度计算根据规范，消力池长度，其中为消力池斜坡段水平投影长度，取4，为水跃长度校正系数，取0.8。3、消力池底板厚度计算根据抗冲要求，消力池底板始端厚度按公式计算，其中为消力池底板计算系数，可采用0.150.20，取=0.18，为确定池深时的过闸单宽流量，为闸孔泄水时的上下游水位差。由于本次工程设计消力池底板下无扬压力作用，不考虑抗浮要求时的消力池底板厚度。经计算消力池下挖深度，消力池总长为23.3m，消力池采用钢筋混凝土制造，厚度为0.5m。4、消力池构造本次工程采用下挖式消力池，为了便于施工，消力池底板做成等厚，为了降低护坦底部的渗透压力，可在护坦下设铅直排水孔，并在护坦底部铺设反滤层，排水孔设在水平底板的后半部，排水孔直径为10cm，间距为2.0m，反滤层厚为30cm，分三层，从上到下依次为10cm厚中石子，10cm厚小石子，10cm厚砂。护坦与闸室、岸墙及翼墙间需要沉陷缝分开，以适应不均匀沉降，护坦在平行水流方向设沉陷缝，间距为15.4m。下游翼墙顺水流方向的投影长度应大于或等于消力池长度，平均扩散角宜采用7度到12度，本次设计选用8度，则消力池末端的宽度为80m。消力池构造尺寸见图1.2.1-2。图1.3.1-2 消力池构造尺寸图（单位：高程m，尺寸mm）1.3.2 海漫与防冲槽计算1、海漫计算1）海漫长度根据规范，海漫的长度，其中为海漫长度计算系数，由于河床土质为粉质粘土，所以取为8；为消力池末端单宽流量；为闸孔泄水时上下游水位差。上述公式仅适用于=19的范围内。消能工况 ，；考虑安全因素取=37m。2）海漫构造对于海漫要求表面有一定的粗糙度，以利于进一步消能，具有一定的透水性，以便使渗透水自由排出，降低扬压力，具有一定的柔性，以适应下游河床可能的冲刷变形，所以在海漫的起始段为13m长的浆砌石水平段，因为浆砌石的抗冲性能较好，其顶面高程与护坦齐平，后24m为干砌石段，保护河床不受冲刷，海漫厚度取为0.4m，下铺设20cm的垫层，10cm的小石子，10cm厚的砂。2、防冲槽计算海漫末端的河床冲刷深度可用公式计算，其中为海漫末端单宽流量；为河床土质允许的不冲流速，可按公式计算，由土质决定，R为水力半径；为海漫末端的河床水深。海漫冲刷深度见表1.2.2.2-1：表1.3.1-3 海漫冲刷坑深度计算计算工况相应过水断面积A（）湿周消能工况11.9721139.41.3151.131.04防冲槽深度一般取1.52.0m，当时，亦可扩大=2.53.0m，若太大，开挖困难，当所取深度比理论深度小时，可以放缓防冲槽边坡，保证其面积相等，所以取=2.0m，底宽，取L=2.0m，上游边坡取为1：2，下游边坡取为1：3。海漫构造尺寸见图1.2.2.2-1。图1.3.1-4海漫防冲槽构造图 （单位：高程m，尺寸mm）4、 闸基渗流计算4.1 地下轮廓线布置及防渗长度确定1、地下轮廓线布置（1）闸基防渗长度的确定根据规范，闸基防渗长度应满足公式，其中为上下游最大水位差；为允许渗径系数，与河床土质有关，因为地基土持力层为粉质粘土，取为8，则（2）防渗设备由于闸基土为粉质粘土，防渗设备采用混凝土铺盖，闸底板上下游侧设置齿墙。（3）防渗设备的尺寸和构造 闸底板顺水流方向的长度应满足闸室整体稳定性和地基允许承载力的要求，其中为经验系数，与地基土质有关，粉质粘土地基取810，取8；为上下游水位差，所以，取20m。 闸底板厚度，为闸孔净宽，所以 齿墙取为深0.5m，宽0.5m，见图1.4.1-1所示1:11:1图4-1 闸底板尺寸构造图 （单位：高程m，尺寸mm） 铺盖长度一般采用上下游最大水位差的35倍，取15m长，；铺盖合度确定：为了便于施工，铺盖厚度取为0.5m，在顺水流方向设置永久缝，铺盖前端设置齿墙，深0.5m，宽0.5m。2、校核地下轮廓线长度根据以上的设计数据，实际的地下轮廓线布置长度应大于理论的地下轮廓通过校核，满足要求。3、排水设备的细部构造（1）排水设备的作用采用排水设备，可降低渗透压力，排除渗水，避免渗透变形，增加下游的稳定性，排水的位置直接影响渗透压力的大小和分布，应根据闸基土质情况和水闸工作条件，做到既减小渗压又避免渗透变形。（2）排水设备的设计 水平排水：水平排水为加厚反虑层中的大颗粒层，形成平铺式。排水反虑层一般是由23层不同粒径的砂和砂砾石组成的，层次排列应尽量与渗流的方向垂直，各层次的粒径则按渗流方向逐层增大。消力池下面的反滤层为10cm中石子，10cm小石子，10cm砂；海漫下面设置2层，10cm石子，10cm砂。铅直排水设计：本工程在消力池后部设排水孔，孔距为2m，孔径为10cm，呈梅花形布置，孔下设置反滤层。4.2 闸基渗流计算1、渗流计算的目的和计算方法计算闸底板各点渗透压力，验算地基土在初步拟定的底下轮廓线下的渗透稳定性。计算方法有直线的比例法、流网法和改进阻力系数法，由于改进阻力系数法计算结果精确，因此采用此法进行渗流计算。1）用改进阻力系数法计算闸基渗流（1）地基有效深度的计算根据与5比较得出，为地下轮廓线水平投影的长度，为33m；为地下轮廓线垂直投影的长度，为7m。则，所以地基有效深度。（2）分段阻力系数的计算为了计算的简便，特将地下轮廓线进行简化处理，通过底下轮廓线的各角点和尖端将渗流区域分成8个典型段，如图1.2.3.2-1所示。其中、段为进口段和出口段，用公式计算阻力系数，、段为内部垂直段，用公式计算阻力系数，、段为水平段，用公式计算阻力系数。其中为板桩的入土深度，各典型段的水头损失按公式计算，对于进出口段的阻力系数修正，按公式，式中，计算，其中为进出口段修正后的水头损失值，为进出口段损失值，为阻力修正系数，当时，取，为底板埋深与板桩入图深度之和，为板桩另一侧地基透水层深度。其计算见表4-2：-1.00.00.0123456789图1.4.2-1渗流区域分段图 （单位：m）各段渗透压力水头损失 单位：（m）分段编号分段名称SS1S2TLihi 设计水位组合校核水位组合进口117.290.4620.5040.567垂直0.516.790.02980.0330.037水平0.56.516.79150.6020.6570.739垂直6.516.790.4130.4500.507垂直616.290.3910.4270.480水平6616.29180.5890.6430.724垂直616.290.3910.4270.480出口6.216.490.7870.8590.966合计3.6644.57.5 进出口段的阻力系数修正表 单位：（m）段别设计组合校核组合设计组合校核组合进口段117.2916.790.5670.2860.3210.2180.246出口段6.216.4916.291.042（3）计算各角点的渗透压力值用上表所计算的水头损失进行计算，总的水头差分别为4.0m和4.5m，各段后角点渗压水头=该段前点渗压水头此段的水头损失，结果列入表1.3.2.2-3： 闸基各角点渗透压力值 单位：（m）H1H2H3H4H5H6H7H8H94.03.7143.6482.8062.3561.9291.2860.85904.54.1794.1053.1572.652.171.4460.9660（4）算渗流逸出坡降出口段的逸出坡降分别为和，由水闸设计规范可查得，则都小于地基土出口段允许渗流坡降值，满足要求，不会发生渗透变形。水平段渗透坡降由于地基土为粉砂，由水闸设计规范可查得，水平段允许坡降取为0.1。设计水位组合的情况下：第段 第段 校核水位组合的情况下：第段 第段 5、 闸室布置与构造5.1底板布置1、作用：闸底板是闸室的基础，承受闸室及上部结构的全部荷载，并较均匀地传给地基，还有防冲，防渗等作用。2、形式：本次设计闸室底板 采用水平底板，由于在准平原地形河道上建闸，采用整体式平底板，沉陷缝设在闸墩中间，本次设计共设立了两个分缝闸墩。3、长度：根据前面设计，知闸底板长度为18m。4、厚度：根据前面设计，知闸底板厚度为1.0m。5、底板齿墙深为0.5m，可以增加闸室稳定性和加长防渗长度。6、在底板齿墙下设置防渗板桩，板桩底高程为-9.5m。5.2 闸墩1、作用：分隔闸孔并支承闸门、工作桥等上部结构，使水流顺利通过闸门。2、外形轮廓：应能满足过闸水流平顺、侧向收缩小，过流能力大的要求，上游墩头采用半圆形，闸墩长度取决于上部结构布置及闸孔形式，一般与底板同长或者稍短一些，本次设计取与闸底板同长为18m。3、厚度：闸墩厚度必须满足稳定要求和强度要求，中墩厚度为1.0m，边墩厚度为0.7m.另外考虑计算的简便，把分墩尺寸设置与边墩相同厚度也为0.7m。平面闸门槽尺寸应根据闸门的尺寸确定，检修门槽深0.15m，宽0.20m，主门槽深0.30m，宽0.62m。检修门槽和工作门槽之间留3.0m的净距，以便工作人员检修。4、高度：闸墩高程应根据设计和校核两种情况决定， 设计情况 H墩=设计水位+波浪高度+波浪中心线至静水面距离+安全超高 校核情况 H墩=校核水位+波浪高度+波浪中心线至静水面距离+安全超高 波浪高度计算：1）设计情况根据公式计算波浪高度，其中为平均波高；为计算风速，本次设计为18m/s；为吹程，本次设计为0.7km；为风区内平均水深。，由于本水闸等级为3级，所以，则=0.82m，=1.44m，=0.86m，则设计情况下闸墩顶部高程为：顶=4.6+1.44+0.86+0.7=7.6m2）校核情况根据公式计算波浪高度，其中为平均波高；为计算风速，本次设计为18m/s；为吹程，本次设计为0.7km；为风区内平均水深。，所以=0.41m，=0.77m，=0.13m，则设计情况下闸墩顶部高程为：顶=6.1+0.77+0.14+0.5=7.5m，经比较，选用闸墩墩顶高程为7.6m由下面的计算可知，本次设计滚轮采用悬臂式滚轮，则选用荷载重为40t的滚轮，滚轮直径为60mm，由此可确定闸墩的主门槽尺寸为：620mm400mm。闸墩尺寸见图1.2.4.2-1。图1.4.2-1 闸墩尺寸详图 （单位：mm）5.3 工作桥工作桥是为了安装启闭机和便于工作人员操作而设置的桥，若工作桥较高可在闸墩上设置排架支承。工作桥设置高程与闸门尺寸及形式有关。由于是平面钢闸门，采用固定式卷扬启闭机，闸门提升后不能影响泄放最大流量，并保留一定的富裕度。工作桥高度视闸门形式，闸孔水面线而定，对于平面闸门采用固定式启闭机时工作桥纵梁底缘高程=闸墩高程+闸门高+11.5m=40.6+6.6+1.4=48.6m。工作桥的纵梁高取为800mm；工作桥横梁高为纵梁的2/33/4，即533600mm，取600mm，宽度为高度的1/31/2，即183275mm，取250mm，铺盖板厚度为60mm，预制宽度有两个尺寸分别为420mm和360mm，长1730mm。工作桥尺寸布置见图1.2.4.3-1。图1.2.4.3-1 工作桥构造图 （单位：mm）工作桥排架采用实心板形式，板厚取为400mm，高为=门高+超高=6.6+1.4=8.0m。5.4 交通桥交通桥的作用是连接两岸的交通，供车辆和人通行，交通桥的形式可采用板梁式，位置应根据闸室稳定及两岸的连接条件确定，布置在下游。本次设计交通桥荷载等级为公路级，桥面净宽为9.0m，采用钢筋混凝土铰接板铰接而成，加上每边宽1.0m的人行道，交通桥共宽为11m。交通桥采用预制装配式钢筋混凝土简支板桥，预制板材料为混凝土C50，铺装层为混凝土C30，填缝采用混凝土C30，主筋采用HR335，其它采用R235钢筋。本次设计交通桥由11块宽1.0m厚30cm的钢筋混凝土实心板铰接而成，上铺58cm厚的沥青混凝土，人行道比车道高25cm，车道做成一定的坡度。交通桥断面如下图所示：图1.2.4.4-1 交通桥构造图 （单位：mm）55分缝闸室沿轴线每隔一定距离顺流向设缝分开，以免闸室因不均匀沉陷及温度变化而产生裂缝。凡具有防渗要求的缝都应设止水。由于本工程地基条件较好，故在闸底板设置沉陷缝。5.6止水凡是有防渗要求的缝，都应设止水设备。止水分铅直和水平两种，前者设在边墩与岸墙间以及上下游翼墙；后者设在铺盖与底板。5.7闸室结构布置图图5.7-1 闸室段布置图 （单位：mm）闸室沿轴线每隔一定距离顺流向设缝分开，以免闸室因不均匀沉陷及温度变化而产生裂缝。缝间距一般1530m，本闸室段由9孔组成总净宽63m，三孔一联，一联总宽为72.4m，共两联，共设置4个缝墩。6、 闸室稳定分析水闸在使用过程中，可能会出现各种不利情况，完建无水期是水闸建好尚未投入使用之前，竖向荷载最大，容易发生沉陷或不均匀沉陷。本次设计稳定计算需要考虑设计水位组合、校核水位组合和地震情况，本次设计地震烈度为度，因此不需要考虑地震情况，但是为了考虑全面，也进行地震期校核。完建无水期和设计水位组合为基本荷载组合，校核水位情况和地震水位情况为特殊组合，取中间段底板验算其稳定。荷载计算情况见下表： 荷载组合荷载组合计算情况荷载自重静水压力扬压力泥沙压力地震力浪压力稳定计算完建无水期设计工况6.1完建无水期荷载计算及地基承载力验算1、荷载计算荷载计算主要是闸室及上部结构自重，在计算中以三孔为一个单元，省略一些细部结构自重，如栏杆、房屋等。力矩为对闸底板中心所取，钢筋混凝土重度采用25kN/m3，沥青混凝土重度采25kN/m3，水重度采用9.8kN/m3。闸室底板的计算宽度为，完建无水期的荷载分布见下图，闸室完建无水期荷载计算情况见表6.1-1：完建无水期荷载分布图 6-1完建无水期荷载计算部位算式自重（kN）力臂（m）力矩（kN.m）+ - 闸底板11437.8000中墩11301.2000工作桥587.4783.492050.29排架322.563.491125.734交通桥2603.378410413.51210159.14检修桥85.46.9589.26启闭机68.5623.49239.281闸门314.73.491098.303合计26720.778（+）5310.6362、地基承载力验算根据荷载计算结果，进行地基承载力验算，由设计资料可知地基承载力为，则：地基应力平均值地基不均匀系数根据计算结果，可得出结论为：完建期的地基承载力能够满足要求，地基也不会发生不均匀沉降。6.2闸室有水情况下的荷载计算闸室有水期荷载除闸室自重外，还有静水压力、水重、浪压力和闸底板所受的扬压力。闸室有水情况下的荷载分布图见图6-2。图6.2-1 有水期的闸室荷载分布图1、自重 G=26720.778kN2、水重上游：设计和校核情况下的水位均为37.0m对底板底中心的力臂为6.4m，则 (-)下游：设计水位情况、校核水位情况和地震情况下均为无水情况，给这两种情况下的下游水重都为03、扬压力扬压力=渗透压力+浮托力，浮托力有下游水深引起。（1）设计水位情况下：下游水位为3.60m，则1）浮托力计算浮托力的计算简图如图6-3所示图6.2.2设计情况闸室浮托力分布图齿坎底的压强底板底的压强则 浮托力2）渗透压力计算渗透压力计算简图如图6-4所示：图6-4 设计时期渗透压力分布图渗透力可以分成两个部分，F1和F2扬压力=4483.5+5535.15+1383.787=11402.437kN浮托力对底板底中心力臂为0，则力矩为0，渗透压力F1对底板中心力臂为0，则力矩为0渗透压力F2对底板中心力臂为3m，则力矩=31383.787=4151.362kN扬压力对底板底中心的力矩为： （+）（2）校核水位情况：下游水位为2.50m，则浮托力计算图6.2-3校核时期浮托力分布图齿坎底的压强=底板底的压强=则浮托力1）渗透压力计算图6.2-4校核时期渗透压力分布图渗透力可以分成两个部分，F1和F2 扬压力=2331.42+6223.815+1558.106=10113.341kN浮托力对底板底中心力臂为0，则力矩为0，渗透压力F1对底板中心力臂为0，则力矩为0渗透压力F2对底板中心力臂为3m，则力矩=31558.106=4674.318kN扬压力对底板底中心的力矩为： 31558.106=4674.318kN （+）4、水平水压力水平水压力计算简图见图1.2.5.2-1。混凝土铺盖：1点处止水表面=静水压力，止水底面=a点浮托力+c点渗透压力，2点处=2点处扬压力，3点处=3点处扬压力。1）设计水位情况A、上游上游水压力的计算简图，如右图6.2-5 上游水压力示意图 荷载计算表力计算式大小（kN）力臂（m）力矩（kN.m）+-F12210.6642.134708.715F2148.5420.689.125F34.7820.572.726F4790.536F5116.803-0.1719.857合计3271.3274780.709B、下游力臂为：0力矩为：02）校核水位情况A、上游 上游水压力示意图 荷载计算表力计算式大小（kN）力臂（m）力矩（kN.m）+-F12210.6642.134708.715F2165.330.699.198F34.7820.572.276F4874.472F5116.327-0.1719.776合计3371.5754790.413B、下游力臂为：0.17m力矩为：348.274 kN.m 5、浪压力计算设计水位和校核水位情况下闸前水深为4.0m，设计风速为30m/s，吹程D=2km，校核风速为20 m/s，吹程为2 km。1）、设计情况（1）闸门前平均波高按下列公式计算 式中为平均波高；为计算风速；为吹程；为风区内平均水深。经计算，=0.57m。（2）平均波周期按下列公式计算 ，即得（3）平均波长计算平均波长的计算根据水闸设计规范上的表可查得 。（4）浪压力计算式中 ：使波浪破碎的临界水深； ：波浪中心线到波浪顶的高度，查规范得，则。则和，所以所以用公式则整个计算闸室段上的浪压力， 对闸室底板底中心的力臂为：3.78m则对闸室底板底中心的力矩为：2）、校核情况公式同上面的设计情况相同，由此可得： 则整个计算闸室段上的浪压力 对闸室底板底中心的力臂为：3.61m则对闸室底板底中心的力矩为： 6.3 闸室荷载的汇总及稳定分析1、设计水位情况下（1）闸室荷载计算闸室荷载汇总见表6.3-1（2）稳定分析根据荷载计算结果，进行地基承载力验算：地基应力平均值地基不均匀系数表6.3-1 闸室荷载汇总表荷载名称竖向力（kN）水平力（kN）力矩（kN.m）+自重26720.7785310.636水重上游4300.36527522.016下游026239.5扬压力渗透压力6718.9374151.362浮托力4483.50水平水压力上游3271.3274780.709下游269.010浪压力824.4763116.519合计19618.6563826.793-10162.79根据计算结果，可得出结论为：设计水位情况下的地基承载力能够满足要求，地基也不会发生不均匀沉降。抗滑稳定计算闸底板上下游端设置的齿墙深度为0.5m，按浅齿墙考虑，滑动面沿闸底板与地基的接触面，按公式计算，式中 ：沿闸室地基底面的抗滑稳定安全系数 ：闸室地基面与地基之间的摩擦系数，由于本次设计地基持力层为粉砂层，因此取0.3 ：作用在闸室上的全部水平荷载 ：作用在闸室上的全部竖向荷载经计算闸室抗滑满足要求。2、校核水位情况下（1）荷载汇总表见表6.3-2表6.3-2 荷载汇总表荷载名称竖向力（kN）水平力（kN）力矩（kN.m）+自重26720.7785310.636水重上游4300.36527522.016下游026239.5扬压力渗透压力7781.9214674.318浮托力2331.420水平水压力上游3371.5754790.413下游119.5620.325浪压力506.5441828.624合计20907.7523758.559-10897.7（2）稳定分析根据荷载计算结果，进行地基承载力验算：地基应力平均值：地基不均匀系数：根据计算结果，可得出结论为：校核水位情况下的地基承载力能够满足要求，地基也不会发生不均匀沉降。抗滑稳定计算闸底板上下游端设置的齿墙深度为0.5m，按浅齿墙考虑，滑动面沿闸底板与地基的接触面，按公式计算，式中 ：沿闸室地基底面的抗滑稳定安全系数 ：闸室地基面与地基之间的摩擦系数，由于本次设计地基持力层为粉砂层，因此取0.3 ：作用在闸室上的全部水平荷载 ：作用在闸室上的全部竖向荷载经计算闸室抗滑满足要求。3、地震期（1）荷载计算见表6.3-3表6.3-3 地震期惯性力计算表自重（kN）计算式大小（kN）力臂（m）力矩（kN.m）底板11437.5142.9690.571.485闸墩11301.2211.8984.81017.11交通桥2603.37897.6278.93871.809检修桥85.43.2038.7027.866排架322.5612.09612.6152.410工作桥655.96232.79817.0557.566合计500.5912698.246地震期荷载与校核工况下的荷载取值相同，于是得：竖向荷载汇总：水平荷载汇总： 总弯矩汇总 ： （2）稳定分析根据荷载计算结果，进行地基承载力验算：地基应力平均值地基不均匀系数根据计算结果，可得出结论为：地震情况下的地基承载力能够满足要求，地基也不会发生不均匀沉降。抗滑稳定计算闸底板上下游端设置的齿墙深度为0.5m，按浅齿墙考虑，滑动面沿闸底板与地基的接触面，按公式计算，式中 ：沿闸室地基底面的抗滑稳定安全系数 ：闸室地基面与地基之间的摩擦系数，由于本次设计地基持力层为粉砂，因此取0.3 ：作用在闸室上的全部水平荷载 ：作用在闸室上的全部竖向荷载经计算闸室抗滑满足要求。2、 各种情况下的稳定分析汇总见表6.3-4：表6.3-4 稳定汇总表计算情况水位（m）上游下游完建期64.87156.80956.809751.141.5设计期37.033.052.38236.95644.669751.421.51.541.2校核期37.032.555.87539.33347.604751.422.01.671.1地震期37.032.550.33439.00444.669751.292.01.361.17、 闸墩强度设计7.1、闸墩底部应力计算（1）运用情况下在运用情况下，闸墩两侧闸门皆关闭，闸墩承受最大水头时水压力，自重与上部结构重量，这种情况为纵向最不利情况，则按下列公式计算：式中 ：闸墩底部正应力 ：计算截面的面积 ：计算截面以上竖向力的总和 ：计算截面以上各力对截面形心轴y的力矩总和 ：计算截面对其形心轴y的惯性矩L：闸墩顺水流方向长度运用情况下的闸墩计算简图如图所示 运用情况下闸墩荷载分布图将闸墩近似地定位矩形计算，作用在闸墩铅直方向上的力有：竖直方向的荷载汇总： 墩底水平截面的形心轴至上游端的距离为：墩底截面形心轴的惯性矩为完建期情况下的闸墩底部纵向正应力计算，对闸墩底形心轴求矩，得到总弯矩得：中墩的面积为： 闸墩底部的应力为：对设计水位情况和校核水位情况比较，校核水位情况下的水位差比较大，对闸墩有更不利的影响，因此只需计算校核水位情况下的闸墩纵向正应力即可。自闸墩底向上取1m的墩条计算闸墩墩条受上游水压力与浪压力对底板形心的力矩为：总弯矩为：闸墩采用C20混凝土，混凝土的容许压应力为6860kN/m2，经计算在完建无水期和校核水位情况下闸墩的纵向正应力均小于应力容许值。因此在纵向上只需按构造配筋即可，构造配筋配直径为12mm的二级钢筋，间距为250mm。（2）检修情况下一孔检修，检修闸门关闭，两侧相邻孔主闸门关闭，所属校核情况闸墩承受侧向水压力，闸墩自重及上部结构自重，验算闸墩侧向受力时墩底截面应力，按下列公式计算：式中 ：闸墩底部正应力 ：计算截面的面积 ：计算截面以上竖向力的总和 ：计算截面以上各力对截面形心轴x的力矩总和 ：计算截面对其形心轴x的惯性矩d：闸墩厚度。检修情况下的计算简图如图所示： 闸墩自重及上部结构自重总和为4495.97kN，对形心轴力矩为0。计算侧向水压力时自墩底向上取1m高的墩条计算过水侧受到的压力对闸墩形心轴y-y的力矩为：墩底截面形心轴的惯性矩为所以所以闸墩只需按构造配筋即可。（3）缝墩验算竖向荷载:弯矩：产生的扭矩：扭矩在A点产生剪应力近似值为：同时水平水压力对底部还有剪切作用：所以缝墩只需按构造配筋即可7.2、平面闸门门槽应力的计算 平面闸门门槽颈部因受闸门结束水压力，产生拉力，因此要对门槽颈部进行应力分析。见图1.2.6.2-3。自墩底向上取1m高闸墩作为计算单元，由左右侧闸门传来的水压力为，在单元上、下水平面将产生剪力，剪力差应等于。计算简图如图所示，因此，由力的平衡条件可求得此1m高门槽颈部所受拉力为：闸墩采用C20混凝土，容许拉应力为0.44N/mm2，即440kN/m2，所以门槽颈部只需要按构造配筋即可。配直径为12mm的二级钢筋，间距为250mm 式中 ：门槽颈部以前闸墩的水平截面面积 ：闸墩水平截面面积图7.4-1 门槽应力计算简图7.3闸门设计7.3.1闸门结构形式及布置1、闸门尺寸的确定 图7.3-1闸门主要尺寸图（单位：m）闸门高度： 6.6m闸门的荷载跨度为两侧止水的间距L17.0m闸门的计算跨度L7.4m8、 闸室底板设计8.1底板设计8.1.1 闸室底板内力计算水闸闸室在顺水流方向受力很小，不用进行计算配筋，按照构造配受力钢筋就可以满足要求，而垂直水流方向受力很大，应根据计算配受力钢筋。因此在垂直水流方向取单宽板条作为梁计算，以其结果配置受力筋，而顺水流方向只按照构造要求配置受力钢筋。1、计算方法的选择本设计地基土为粉砂土，并且为了保证精度，于是采用弹性地基梁法进行计算。弹性地基梁法就是在闸门上下游侧各取一个单宽板条，通过计算板条上的不平衡剪力，来求板条的内力和板条下的地基应力。2、计算情况选择完建无水期时的水闸不受上下游水压力和扬压力的影响，只受自身重力和地基反力的影响，但自重较大，正常设计水位工况下水闸既受上下游水压力和扬压力的影响，又受自重和地基反力的影响，也是计算情况之一，校核水位工况下的上下游水位差最大，因此也是计算情况之一。弹性地基梁法计算地板内力（1）闸底板的地基反力地基反力分完建无水期、设计水位工况及校核水位工况，其数值与地基承载力大小相等，方向相反。因此直接采用前面计算结果可知：完建无水期为，设计水位工况为，校核水位工况为。（2）不平衡剪力的计算计算单元选取由于底板上的荷载在顺水流方向是有突变的，而地基反力是连续变化的，所以作用在单宽板条及墩条上的力是不平衡的，维持板条及墩条上的力的平衡的差值为，称为不平衡剪力。选取中间的三孔一联为计算单元，以工作闸门的前缘为分界线，分别取两个脱离体，上游段长5.2m，下游段长12.8m。计算出相应的不平衡监力。计算简图如图8.1-1所示：根据已知条件列表计算见表8.1-1：表8. 1.1-1 完建期不平衡剪力计算 单位（kN）荷载名称上游段下游段小计结构重力闸墩3244.448056.7611301.2底板3400.758036.7511437.5交通桥02603.3782603.378工作桥293.739293.739587.478检修桥85.4085.4钢闸门0314.7314.7排架161.28161.28322.56启闭设备34.28134.28168.562合计7219.8919500.88826720.778地基反力7355.67819365.126720.778不平衡力135.788135.788不平衡剪力135.788 135.788 不平衡剪力的分配计算中性轴的位置，中性轴计算图如图8.1-2所示：图8.1-2 中性轴计算简图由图可知：中性轴位置为：不平衡剪力的分配：不平衡剪力应该由闸墩及底板共同承担，由于截面较简单，采用积分法进行分配。用下列公式计算为了计算方便，在求时取y坐标向下为正：分配给闸墩的分配给中墩分配给缝墩分配给闸底板的式中 ：不平衡剪力在闸底板上的分配值：不平衡剪力在闸墩上的分配值：不平衡剪力在一个中墩上的分配值：不平衡剪力在一个风顿感上的分配值：闸墩和闸底板上的总的不平衡剪力设计水位工况和校核水位情况下的不平衡剪力的计算及分配设计工况和校核工况下的计算简图分别见图8.1-3和图8.1-4：计算表格见表8-3：表8-3 不平衡剪力计算 单位（kN）荷载名称设计水位工况校核水位工况上游段下游段上游段下游段结构重力7219.8919500.8887219.8919500.888水重4300.31504300.3150浮托力1333.0943150.406711.3821620.038渗透压力2282.9264636.0112568.2925213.629地基反力6363.5413255.1166786.24114121.512不平衡力1540.6451540.6451454.2911454.291不平衡剪力1540.6451540.6451454.2911454.291(3) 单宽板条上的荷载计算在闸底板上游段和下游段中点各取长为一联的单宽板条进行计算,上游段长,下游段长。板条尺寸及集中荷载和均布荷载q如图8-6所示，集中荷载及分布荷载按下表所示计算：表中符号含义如下（重力单位kN）：对应上、下游段闸底板重：对应上、下游段一个中墩重：对应上、下游段闸墩上结构重：对应上、下游段闸底板上的不平衡剪力：对应上、下游段中墩上的不平衡剪力：对应上、下游段闸底板所受的渗透压力：对应上、下游段闸底板所受的浮托力：计算单元长度的一半为8.7m。1）完建时期A、上游段均布荷载闸墩处集中荷载 缝墩 中墩 B、下游段均布荷载闸墩处集中荷载缝墩 中墩 2）设计时期A、上游段均布荷载闸墩处集中荷载缝墩 中墩 B、下游段均布荷载闸墩处集中荷载缝墩 中墩 3）校核时期A、上游段均布荷载闸墩处集中荷载缝墩 中墩 B、下游段均布荷载闸墩处集中荷载缝墩 中墩 单宽板条上的荷载计算见表8-6表8-4 单宽板条荷载计算荷载类型完建无水期设计水位工况校核水位工况上游段下游段上游段下游段上游段下游段均布荷载q（kN/m）26.88925.69836.7121.19639.4174.225集中荷载（kN ）151.532168.45961.68193.76364.888192.46集中荷载（kN ）227.705262.186102.311297.129106.741295.329（5）利用郭氏表计算底板内力 根据已知的集中荷载、均布荷载等值，查相关郭氏表中的集中荷载弯矩系数，计算汇总得完建无水期、设计水位工况和校核工况的上下游弯矩，如表2.6.1.1-7，根据计算结果绘制底板上下游弯矩图，见图1.2.6.1.1-7 对于分布荷载计算柔性指数用公式式中：地基土的变形模量，本次工程为粉砂土，取：混凝土的变形模量，为C20，取：地基梁长度的一半长度取12.2m：梁高度，即底板厚度为1.0m 则，取为2。 对于集中荷载 距离系数对于集中荷载 距离系数 式中 ：集中力到地基梁中心的系数：集中力到地基梁中心的距离 ：地基梁长度的一半长度板条内的弯矩计算见表表8-5 单宽板条荷载计算文档可自由编辑打印图8-7单宽板条上弯矩分布图（kN.m）表8-6 单宽板条内力计算闸底板弯矩计算表格段别弯矩系数板带上荷载产生的弯矩植M(kn.m)板带上荷载边荷载完建时期设计时期校核时期均布荷载集中荷载N1(a=0.3)集中荷载N2a=1.0)PPq上=26.889 KNq下=25.698 KNN1上=227.705KNN1下=262.186KNN2上=