大环水闸计算书(学习版)

沙堆东堤达标加固工程（大环水闸计算书）-1-江门市水利水电勘测设计院有限公司1基本设计资料1.1工程概况沙堆东堤位于沙堆镇的东南部，虎跳门水道右岸，现状东堤堤围总长21km，其中未达标堤围长16.950km。沙堆东堤是新会区万亩以上重点堤围，围内是当地的政治、经济、文化中心，保护耕地面积3万亩，捍卫人口3.3万人。本次东堤加固工程范围北起白沙冲南堤，南至白沙围尾端，整段堤围形成了一条闭合防线，是沙堆镇抵抗台风暴潮侵袭，阻挡西江洪水和虎跳门水道海潮的重要防洪（潮）屏障，是沙堆镇经济社会可持续稳定发展的前提条件。加固范围内现有排水、挡潮闸14座，均为小型水闸。大环水闸位于沙堆东堤下游，桩号1+780处，主要功能为挡潮、排涝。原大环水闸建于上世纪五六十年代，由于受当时历史条件限制，水闸建设标准较低，闸室已经向临江侧偏移，虽已经采取纠偏措施改善水闸受力状况，但水闸现状进一步向临江侧偏移趋势明显，同时由于工程运行时间较长，建筑结构破损、钢筋外露、闸门锈蚀、启闭设备不灵活等问题使得该水闸的运行存在较大的安全隐患，由于大环水闸原址10m范围内已建有多宗民房，给基坑开挖造成很大困难，水闸内涌两岸也多为住宅，工程内围堰选址较难，且产生较大的征地补偿费用，因此有必要对大环水闸进行移址重建。选址为原水闸临外江侧约32m（交通桥中心距），重建后大环水闸为1孔净宽4m的开敞式水闸，闸底板高程-2.00m，闸顶板高程3.20m，交通桥宽7m。1.2水闸设计标准根据《海堤工程设计规范》（SL438-2008）以及《水闸设计规范》（SD265-2001），位于防洪（挡潮）堤上的水闸，其级别不得低于防洪（挡潮）堤的级别，确定大环水闸为Ⅲ等工程，主要建筑物级别为3级，次要建筑物沙堆东堤达标加固工程（大环水闸计算书）-2-江门市水利水电勘测设计院有限公司级别为4级，临时建筑物级别为5级。水闸的防洪（挡潮）标准为30年一遇，根据水文计算，相应外江虎跳门水道的设计潮水位为2.59m；校核防洪（挡潮）水位取临时最高潮水位2.78m。水闸排涝标准按10年一遇24小时暴雨所产生的径流量，城镇、鱼塘1天排干，农田3天排干设计，相应设计最大过闸流量取最大洪峰流量为25m3/s。1.3特征水位外江设计洪潮水位为2.59m（P=3.33%）；外江校核洪潮水位为2.78m（历史最高潮水位）；外江多年平均高潮水位为0.59m；外江多年平均低潮水位为-0.36m；内河最高限制水位为0.80m；内河正常蓄水位为-0.20m；内河最低内水位为-0.70m。1.4结构数据大环水闸为钢筋砼整体式结构，共1孔，净宽4m。闸顶高程3.20m，闸底板高程-2.00m，水闸闸室顺水流方向总长23.85m，前后干砌石护坦长5.00m。闸顶设交通桥，宽7m，设计荷载等级按公路-Ⅱ级折减设计。1.5工程地质根据地质勘察报告，闸址处原始地貌为珠江三角洲淤积、冲积平原地貌。闸基础底部分布淤泥厚度大，具有高压缩性，承载力小，震动下易发生触变，产生抗滑稳定与沉降变形问题。中粗砂、残积土和基岩承载力较高，是良好大环以挡潮为主，兼负引水灌溉功能，故不校核排涝能力（50-100年一遇），只以历史最高潮水位作为校核潮水标准。沙堆东堤达标加固工程（大环水闸计算书）-3-江门市水利水电勘测设计院有限公司持力层。闸基础的主体部分建议采用钻孔桩基础或地基加固处理措施。对其他挡墙等次要部位，因一般荷载较小，可采用天然地基型式，以浅层淤泥层作为建筑物基础的天然地基持力层，但应在上部铺上垫层，必要时可采用地基加固处理措施。场地内的地下水及地表水对混凝土具有碳酸型弱腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性，对钢结构具有弱腐蚀性。1.6地震设防烈度根据本阶段勘察结果，结合区域地质资料综合分析，勘察场地及附近未发现有影响场地稳定性的地质构造和不良地质作用，场地是稳定的，但其上部分布的软弱土层，即淤泥层属于震陷敏感的软弱地层。根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）及《中国地震动峰值加速度区划图》（GB18306-2001），该地区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，地震动反应谱特征周期值为0.40s。沙堆东堤达标加固工程（大环水闸计算书）-4-江门市水利水电勘测设计院有限公司2闸顶高程计算根据《水闸设计规范》SL265-2001第4.2.4条规定，水闸闸顶高程不应低于正常水位（或最高挡水位）加波浪计算高度与相应安全超高之和；位于防洪（挡潮）堤上的水闸，其闸顶高程不得低于防洪（挡潮）堤堤顶高程。故大环水闸闸顶高程计算确定如下：2.1计算工况大环水闸挡潮工况下，外江历史最高潮水位为2.78m（珠基，下同），设计风速采用重现期为50年的年平均最大风速25.5m/s。2.2计算公式闸顶高程按《水闸设计规范》（SL265－2001）中有关规定进行计算，相关公式如下：0pzZhhhA《水闸设计规范》mmmLHthgTL2227.02045.0207.020207.013.00018.07.013.0mmmgHthgDthgHthgh5.02009.13mmghgTmmpzLHcthLhh22式中：Z—闸顶高程（m）；h0—计算潮水位（m）；A—安全超高（m），取A=0.3m；根据挡水和泄水两种运用情况确定，取较大者，难点：波浪计算高度。水闸规：附录E.0.1；浪压力参与基本组合时，50年一遇；参与特殊组合时，选多年平均最大风速（气象站提供）水闸规4.2.4：不同级别、不同工况沙堆东堤达标加固工程（大环水闸计算书）-5-江门市水利水电勘测设计院有限公司hm—平均波高（m）；v0—计算风速（m/s）；D—风区长度（m）；本工程取500m。Hm—风区内的平均水深（m）；Tm—平均波周期(s)；Lm—平均波长(m)；H—闸前水深（m）；hp—相应于波列累积频率5%的波高（m）；hz—波浪中心线超出计算水位的高度（m）。根据上述，采用Excel表计算，结果如下表2.2-1所示。波浪爬高包括两部分：hphz水文提供基本数据：计算风速（注意扩大系数）、风区长度、风区内平均水深（注意那种工况）。1、由三数据（v0DHm（极可能要做相应修改））推出hm，根据hm和Hm及水闸规表E.0.1-2，推出hp2、由hm、v0推出Tm3、根据Tm、H经试算推出Lm4、根据Lm，计算波浪破碎的临界水深及hz（水闸规E.0.2）5、根据H、Hk、Lm/2之间关系推波浪压力P（浪压力用在闸室稳定计算、工况不同，压力不同）6、根据浪压力断面型式求浪压力作用点，（形心）。沙堆东堤达标加固工程（大环水闸计算书）-6-江门市水利水电勘测设计院有限公司表2.2-1水闸闸顶高程计算1、计算平均波高及hm/Hmhmhm/Hmghm/v02gD/v02gHm/v02v0HmD0.3230.0410.0046.2560.09728.007.78500.02、计算设计波浪波列累计频率波高hP水闸级别波列累计频率P(%)hm/Hmhp/hm0.61935.0000.0411.9183、计算设计波浪平均周期Tm值gTm/v0=13.9(ghm/v02)0.5Tmv0hm2.52028.0000.3234、计算平均波长Lm(试算)Lm=(gTm2/2π)*th(2*πH/Lm)LmTmH(闸前水深)πΔ≤10-39.8722.5204.7803.1420.00085、计算波浪破碎的临界水深Hk=(Lm/4π)*ln[(Lm+2πhp)/(Lm-2πhp)]HkLmhpπ0.6549.8720.6193.1426、计算hza.判别闸前水深H与临界水深Hk及与(Lm/2)关系H关系HkH关系Lm/24.780≥0.6544.780＜4.936b.计算波浪中心线超出计算水位的高度hz=(πhp2/Lm)*cth(2πH/Lm)hzπhpLmH0.1223.1420.6199.8724.7806、闸顶高程计算Z=h0+hp+hz+AZh0hphzA3.8212.7800.6190.1220.300沙堆东堤达标加固工程（大环水闸计算书）-7-江门市水利水电勘测设计院有限公司2.3闸顶高程确定根据《水闸设计规范》SL265-2001第4.2.4条规定，挡水时，水闸闸顶高程不应低于正常蓄水位（或最高挡水位）加波浪计算高度与相应安全超高之和；位于防洪（挡潮）堤上的水闸，其闸顶高程不得低于防洪（挡潮）堤堤顶高程。则本次设计的闸顶高程取水闸两侧堤防堤顶高程为4.20m。沙堆东堤达标加固工程（大环水闸计算书）-8-江门市水利水电勘测设计院有限公司3水力计算3.1闸孔总净宽计算3.1.1计算公式根据《水闸设计规范》（SL265-2001），各水闸采用过流计算公式如下：（1）对于平底闸，当为堰流时，水闸的泄流能力计算根据《水闸设计规范》（SL265-2001）附录A.0.1规定的水力计算公式：3/2002QmBgH；4.000131.2HhHhss式中：Q—水闸泄流量（m3/s）；—淹没系数；—侧收缩系数，按水力学的弗朗西斯公式计算确定；m—流量系数，取0.385；0B—水闸过流净宽（m）；sh—堰顶算起的下游水深（m）；0H—计入行近流速水头的堰上水深（m），近似采用堰上水头HH0。（2）对于平底闸，当堰流处于高淹没度时（9.0/0Hhs），水闸的泄流能力计算根据《水闸设计规范》（SL265-2001）附录A.0.2规定的水力计算公式：sshHgBhQ0002；20065.0877.0Hhs式中：Q—水闸的泄流流量（m3/s）；0—淹没堰流的综合流量系数；0B—水闸过流净宽（m）；g—重力加速度，采用9.81m/s2；本项目可用理正软件计算，1、设计2、复核（0.1-0.3m高差）沙堆东堤达标加固工程（大环水闸计算书）-9-江门市水利水电勘测设计院有限公司sh—由堰顶算起的下游水深（m）；0H—计入行近流速水头的堰上水深（m），近似采用堰上水头HH0。（3）当过闸泄流过程为孔口出流时，采用如下公式进行计算：00'2gHBhQs；Hhe''1'2111heH；her16718.24.0式中：he—孔口高度（m）；—孔流流速系数，采用0.95m；—孔流流量系数，按《水闸设计规范》表A.0.3-1查得；'—孔流垂直收缩系数；—计算系数；r—胸墙底圆弧半径（m）；'—孔流淹没系数，按《水闸设计规范》表A.0.3-2查得。3.1.2计算工况本次水闸规模复核，以排涝流量完全自排设计，各水闸内水位按围内地面控制高程来确定，闸底高程根据内外侧河道底高程综合确定，过闸水头差取0.15m，推求各水闸相应的总净宽。3.1.3计算成果根据上述，本次水闸规模复核使用理正岩土5.6—水力学计算软件计算，其计算成果如下：沙堆东堤达标加固工程（大环水闸计算书）-10-江门市水利水电勘测设计院有限公司**********************************************************************计算项目：大环闸孔总净宽计算**********************************************************************----------------------------------------------------------------------[水闸型式简图]--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------