水闸计算书和图纸

1本文档包含排水闸的计算书和所有图纸，图纸缩略图如下：图纸在最后。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2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2000.35～0.40弱透水层老干局64.40砂砾层1800.35～0.40强透水层师范学校66.30中粗砂1800.35～0.40强透水层石龙头68.70中粗砾砂1800.35～0.40强透水层3罗江围61.90中细砂1300.30～0.35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Ⅰ：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6.0.4。表6.0.4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0.05～0.070.25～0.30细砂0.07～0.100.30～0.35中砂0.10～0.130.35～0.40粗砂0.13～0.170.40～0.45中砾、细砾0.17～0.220.45～0.50粗砾夹卵石0.22～0.280.50～0.55砂壤土0.15～0.250.40～0.50壤土0.25～0.350.50～0.60软粘土0.30～0.400.60～0.70坚硬粘土0.40～0.500.70～0.80极坚硬粘土0.50～0.600.80～0.901.4地震烈度xx县基本地震烈度为Ⅵ，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（A.0.1-1）～（A.0.1-6）计算：02302HgmQB（A.0.1-1）4单孔闸4001171.01ssbbbb（A.0.1-2）多孔闸，闸墩墩头为圆弧形时NNbZ)1(（A.0.1-3）400001171.01ZZZdbbdbb（A.0.1-4）400000221171.01bdbbbdbbZbZb（A.0.1-5）4.000131.2HhHhss（A.0.1-6）式中0B——闸孔总宽度（m）；Q——过闸流量（m3/s）；0H——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（A.0.1-2）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；Z——中闸孔侧收系数，可按公式（A.0.1-4）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）；b——边闸孔侧收系数，可按公式（A.0.1-5）计算求得或由表A.0.1-1查5得，但表中bs为bZbdb20；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（A.0.1-6）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2.2.1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WMAGPmaxmin（7.3.4-1）抗滑稳定安全系数HGfKc（7.3.6-1）式中maxminP——闸室基底应力的最大值或最小值（kPa）；G——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）；M——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；H——作用在闸室上的全部水平向荷载（kN）。2.2.2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：①完建期,上6下游无水；②下游常年蓄水位67.0m，上游无水,关闸清淤；③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：①完建期,上下游无水；②下游P=2%洪水位，上游水位至孔洞顶。2.2.3主要荷载①自重：水闸、设备自重②静水压力③浮托力、渗透压力、水重2.3消能计算2.3.1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。2.3.2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ch＜出池河床水深'sh，则不需建立消力池；如跃后水深ch＞出池河床水深'sh，则需建立消力池，根据《水闸设计规范》（SL265－2001）附录B，消力池深度可按公式（B.1.1-1～B.1.1-4）计算：Zhhdsc'0（B.1.1-1）25.02132))(181(2bbghqhhccc（B.1.1-2）0222203gqhThcc（B.1.1-3）222'2222csghqggqZ（B.1.1-4）式中d——消力池深度（m）；σ0——水跃淹没系数，可采用1.05～1.10，取σ0＝1.1；φ——孔流流量系数，可采用0.95～1.0，取φ＝1.0；7ch——跃后水深（m）；hc——收缩水深（m）；α——水流动能校正系数，可采用1.0～1.05，取α＝1.05；q——过闸单宽流量（m2/s），q＝Q/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）；'sh——出池河床水深（m）。2.4防渗计算2.4.1计算工况西林河两个排水闸的计算工况为：①建设期,上游无水，下游施工洪水；②下游常年蓄水位67.0m，上游无水,关闸清淤；③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：①建设期,上游无水，下游施工洪水；②下游P=2%洪水位，上游水位至孔洞顶。2.4.2计算公式2.4.2.1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：HCL式中：L——闸基防渗长度（m）△H——上、下游水位差（m）C——渗经系数2.4.2.2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。8C.2.1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500SL时05.0LTe当500SL时26.15000SLLTe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）。C.2.2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441.05.1230TS（C.2.2-1）式中：ξ0——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TSctgy14ln2式中：ξy——内部垂直段的阻力系数。3水平段TSSLxx217.0式中：ξx——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）。C.2.3各分段水头损失值可按公式（C.2.3）计算：9niiiiHh1式中：hi——各分段水头损失值（m）；ξi——各分段的阻力系数；n——总分段数。C.2.4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0''0hh（C.2.4-1）niihh10（C.2.4-2）059.0212121.1'''TSTT（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0.1'时，采用0.1'；'S——底板埋深与板桩入土深度之和（m）；'T——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0'1hh（C.2.4-4）C.2.5进、出口段齿墙不规则部分可按下列方法进行修正1当hhx时，可按公式（C.2.5-1）进行修正hhhxx2当hhx时，可按下列两种情况分别进行修正：1）若hhhyx，可按公式（C.2.5-2）和式（C.2.5-3）进行修正进行修正：xxhh2'xyyhhhh'102）若hhhyx，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：xyhh2')('yxcdcdhhhhhC.2.6出口段渗流坡降值可按公式C.2.6）计算：''0ShJ2.5结构计算水闸闸室结构计算利用PC－1500程序集中G－14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PC－1500程序集中G－13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PC－1500程序集中G－14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PC－1500程序集中G－8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B0xx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，σ=0.941，εZ=0.966，εb=0.952，ε=0.959，Q=97m3/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5m，闸孔净高3m；（2）设3孔，单孔净宽