齐安水闸设计计算书

1一、基本资料1.水位水闸计洪水位2.96m(P=1%)堤防设计洪水位2.88m(P=2%)历史最高洪水位2.60m内河最高控制水位1.30m内河设计运行水位-0.30m2工程等级及标准联围为2级堤围，其主要建筑物为2级建筑物，次要建筑物为3级，临时性建筑物为4级。3风浪计算要素计算风速根据《河道堤防、水闸及泵站水文水利计算》中“相应年最高潮位日的最大风速计算成果表”查得为V=36m/s(P=2%)。吹程在1：500实测地形图上求得D=300m闸前平均水深Hm=6.0m4地质资料根据××××××××××××院提供的《**水闸工程勘察报告》。5地震设防烈度根据《×××省地震烈度区划图》，*属7度地震基本烈度地区，故×××水闸重建工程地震烈度为7度。26规定的安全系数对于2级水闸，规范规定的安全系数见下表1.6-1。表1.6-1荷载组合抗滑安全系数〔kc〕闸室基底应力最大值与最小值之比的允许值基本荷载组合1.301.5特殊荷载组合1.152.0正常潮水位+地震1.052.03二、基本尺寸的拟定及复核2.1抗渗计算2.1.1渗径复核如下图拟定的水闸底板尺寸：如下图拟定的水闸底板尺寸：L=0.5+0.7*2+6+0.5+0.5+1.3+0.5+0.76*2+16.4+0.5+1.3+0.7*2+0.5+0.7*2+6+0.5+0.5=40.72m根据《水闸设计规范》SL265-2001第4.3.2条表4.3.2,×××水闸闸基为换砂基础，渗径系数取C=7则：设计洪水位下要求渗径长度：L=C△H=7×[2.96-（-0.30）]=22.82m∴L实〉L∴满足渗透稳定要求。2.2闸室引堤顶高程计算4闸侧堤顶高程按《堤防工程设计规范》（GB50286—98）中的有关规定进行计算。其公式为：AeRY}])(7.0[13.0)(0018.0{])(7.0[0137.0245.027.022VgdthVgFthVgdthVHg5.02)V(9.13HgVTgLdthTgL222cos22gdFKVeHRKKKROPVp△式中：Y—堤顶超高（m）。R—设计波浪爬高（m）。e—设计风壅增水高度（m）。A—安全超高（m）。H—平均波高（m）。T—平均波周期（s）。V—计算风速（m/s）。F—风区长度（m）。L—堤前波浪的波长（m）。d—水域的平均水深。K—综合摩阻系数，取K=3.6×10-6。β—风向与垂直于堤轴线的法线的夹角（度）。Rp—累积频率为p的波浪爬高。K△—斜坡的糙率及渗透性系数，取0.80。5Kv—经验系数。Kp—爬高累积频率换算系数。R0—无风情况下,光滑不透水护面(K△=1)、H=1m时的爬高值。设计工况的设计潮水位为2.88m（P=2%），计算风速为V=36m/s；风区长度F=300m；风区内的平均水深d根据实测地形图求得为6.0m。经计算：0025.02VHg求得平均波高H=0.34m，702.0VTg求得平均波周期T=2.58s，平均波长L=10.34m，风壅水面高度e=0.01m，经验系数Kv由附录C表C.3.1-2求得为1.289，爬高累积频率换算系数Kp由附录C表C.3.1-3求得为2.07，R0由附录C表C.3.1-4求得为1.24，则计算得波浪爬高：Rp=0.8*1.289*2.07*1.24*0.34=0.90m；堤顶的设计安全超高值按2级堤防，由规范取为A=0.8m，则堤顶的超高值Y为1.71m，堤顶的计算高程为4.59m，考虑到沉降的因素，结合干堤现状则设计堤顶高程取为4.90m。2.3闸顶高程计算闸顶高程按《水闸设计规范》中的有关规定进行计算。其计算公式为：AhhhZzp06}])(7.0[13.0)(0018.0{])(7.0[13.07.02045.0207.02020vgHthvgDthvgHthvghmmm5.0200)(9.13vghvgTmmmmmLHthgTL222mmpzLHcthLhh22式中：Z—闸顶高程（m）。h0—计算潮水位（m）。A—安全超高（m）。hm—平均波高（m）。v0—计算风速（m/s）。D—风区长度（m）。Hm—风区内的平均水深（m）。Tm—平均波周期（s）。Lm—平均波周长（m）。H—闸深水深（m）。hp—相应于波列累积频率p的波高（m）。hz—波浪中心线超出计算水位的高度（m）。设计工况的设计潮水位为h0=3.48m（P=1%），相应设计最大风速为V0=40m/s；风区长度为300m；风区内的平均水深Hm根据实测地形图求得为6.05m；相应求得平均波高hm=0.38m，平均波周期Tm=2.74s，平均波长Lm=11.58m；由附录E表E.0.1-1查得波列累积频率为1%，再由hm/Hm=0.06，7查附录E表E.0.1-2得hp/hm=2.34，则设计风浪波高hp=0.89m；求得hz=0.22m；水闸的设计安全超高值按水闸级别为2级由规范取A=0.4m，则水闸在设计工况下的闸顶高程Z=2.96+0.89+0.22+0.4=4.47m。根据《水闸设计规范》，位于防洪（挡潮）堤上的水闸，其堤顶高程不得低于防洪（挡潮）堤堤顶的高程，则本次设计的闸室顶高程取为4.90m。三、闸室稳定计算闸室稳定及闸底应力计算采用两种组合三种工况基本荷载组合:a.外江设计水位(H0=2.96m)、闸内正常水位(H1=-0.30)b.完建期特殊荷载组合:c.外江平均低潮水位、闸内正常水位8(H1=-0.30)，加地震荷载闸室稳定计算按设计洪水位组合计算水重、静水压力、扬压力、浪压力+土压力+风压力+闸室自重，闸前设计水位为2.96m，闸后设计水位为-0.30m，风速取100年一遇相应年最高潮位日的最大风速为40m/s。其中钢筋混凝土梁、板、墙、边墩容重取25KN/m3。荷载计算：（1）底板重：(18*6.4*0.7+0.8*0.5*3*6.4)*25=2208KN；（2）闸墩1：13.5*6.7*0.7*2*25=3166KN；闸墩2：(6.7+4.9)/2*4.5*0.7*2*25=914KN；闸墩3：0.5*1.2*6.8*4*25+0.5*1.2*5.8*2*25=582KN交通桥:0.3*5.5*6.5*25+(0.2*0.25+0.2*0.3+0.4*0.15)*5.5*25*2=315KN桥面铺装：6*0.1*5.5*25=83KN（4）闸门：65KN；架(6.4*2.7*2+4*2.7*2-1.5*2.1*3-1.2*6)*(0.18*19+0.025*20)*1.2+334=520KN；（6）闸外水重:4.3*4.76*5*10=1023.4KN；（7）闸内水重:13.3*5*1.5*10=997.5KN；（8）闸外水压力1：4.91*4.91/2*5*10=602.7KN；（9）闸外水压力2：2.59*1.55*10*5=200.7KN（10）闸外水压力3：0.5*5*1.55*1.55*10=60.1KN；（9）闸内水压力1:1.65*1.65/2*5*10=68.1KN；闸内水压力2：5*0.67*1.55*10=51.9KN；闸内水压力3：0.5*5*1.55*1.55*10=60.1KN；(10)浮托力:(18*2.2+0.4*3)*6.4*10=2611.2KN；(11)渗透压力1:1.92*18/2*6.4*10=1055.9KN；渗透压力2:0.67*18*6.4*10=771.8；KN；(12)地震惯性力:底板:0.1*9.81*0.25*2208*1.0/9.81=55.2KN闸墩:0.1*9.81*0.25*4661.25*1.5/9.81=174.8KN闸顶刚架0.1*9.81*0.25*520*4/9.81=52KN稳定计算：建成无水情况下水闸稳定计算竖向力竖向力水平力水平力力臂逆时针顺时针底板2208919872边墩13165.86.7521368.8边墩2913.515.6314281.3边墩3204918369边墩417417.753088.5边墩52040.2551交通桥314.8810.253227.47桥面铺装82.510.25845.625工作便桥27.56.25171.875闸门654.485291.525汽车荷载20010.252050刚架519.864.4852331.55合计807969415.7合力矩X=GM=80797.69415=8.59偏心矩e=2l-x=218-8.51=0.41地基应力PAB=BLG（1Le6）=]1841.0*61[*18*4.68079=79.67(KN/m2)60.60(KN/m2)η=60.6067.79=1.312、设计洪水情况:设计洪水情况下水闸稳定计算竖向力竖向力水平力水平力力臂逆时针顺时针上部结构807969415.7闸前水重1023.42.152200.31闸后水重997.511.3511321.6闸前水压力1602.73.1871920.61闸前水压力2200.730.78156.566闸前水压力360.0630.5231.2325闸后水压力168.0632.05139.53闸后水压力251.9250.77840.398闸后水压力360.0630.5231.233浮托力2611.29235010渗透压力11105.966635.5010渗透压力2771.8496946.60合计101004489863.49180.0537294850465610.9683.4447752①求综合摩擦系数；根据《水闸设计规范》中闸室基础底面与地基土之间的摩擦系数可按公式f0=（∑Gtgφ0+C0A）/∑G计算。对于粘性土地基，φ0值可采用室内饱和固结快剪试验内摩擦角φ值的90%，C0值可采用室内饱和固结快剪试验凝聚力C值的30%。根据根据国家电力公司中南勘测设计研究院提供的《×××市番禺区灵山镇×××水闸工程勘察报告》×××水闸闸基为换砂基础，取C=3KPa，φ=15.10。∴C0=0.3×3=0.9Kpa；φ0=0.9×15.10=13.90；∴f0=（Gtgφ0+C0A）/G=（5610.9×tg13.90+0.9×18×6.4）/5610.9=0.266；∴，综合摩擦系数f=0.30；②抗滑稳定安全系数；Kc=f∑G/∑H=(0.266×5610.9)/683.4=2.18＞[Kc]=1.30③抗倾稳定安全系数:KL=M抗/M倾=85046/37294=2.28＞[KL]=1.50；∴满足抗滑、抗倾稳定要求。④抗浮稳定安全系数:Kf=∑V/∑U=10100/4489=2.25＞[Kf]=1.10∴满足抗浮稳定要求。合力矩X=GM=9.561047752=8.51偏心矩e=2l-x=218-8.51=0.49地基应力PAB=BLG（1Le6）=]1849.0*61[*18*4.69.5610=56.65(KN/m2)40.76(KN/m2)η=76.4065.56=1.393、正常蓄水+地震荷载情况:(地震惯性力方向指向闸内)11正常蓄水位+地震荷载情况下水闸稳定计算竖向力竖向力水平力水平力力臂逆时针顺时针上部结构807969415.7闸前水重666.52.151432.98闸后水重997.511.3511321.6闸前水压力1398.942.6331050.54闸前水压力298.4250.7876.7715闸前水压力360.0630.5231.2325闸后水压力168.0632.05139.53闸后水压力251.9250.77840.398闸后水压力360.0630.5231.233浮托力2611.29235010渗透压力11105.966635.50渗透压力2771.8496946.60地震惯性力2821296合计97434489557.43180.053729484624.85254377.3847330.8抗滑稳定安全系数；Kc=f∑G/∑H=(0.266×5254)/377.4=3.70＞[Kc]=1.3