水閘設計及閘室穩定計算精品

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【關鍵字】情況、運行、有效、合作、安全、穩定、成果、基礎、工程、作

用、結構、水平、任務、設置、滿足、方向、規范

[附錄一： 泄洪沖砂閘及溢流堰的水力計算

1.1設計資料：

根據設計任務書中提供的資料和該樞紐布置段的基本地形資料本工程中的

河流屬于山溪性河流天然來水量多集中在洪水季節，平時來水量僅占全年來水量

的10%；河水中泥沙含量較大尤其是伴隨洪水中的泥沙較多；再根據其地形資料

來看本工程布置段的地形坡度比較合適，因此在選擇泄洪沖砂閘地板高程

1852.40m。

根據上述本工程中的泄洪沖砂閘為寬頂堰，堰頂高程1852.40m，過閘水流

流態為堰流。汛期通過閘室的設計洪水流量Q=1088m/s,校核洪水流=1368

設

3

Q

校

m/s。

3

因為泄洪沖砂閘為寬頂堰所以尺寸擬定用堰流公式：

δ- 為淹沒系數，取為1.0；

m

---為流量系數，因為是前面無坎的寬頂堰所以m=0.385；

ε--為側收縮系數，先假定為1.0；

H--- 位總水頭，初設階段不考慮行進流速，即假設的堰上水頭；

b—閘門凈寬；

來洪水時洪水將由溢流堰和泄洪沖砂閘兩部分共同承擔，這樣可減去一部分

閘孔的凈寬并設置溢流側堰初步擬定溢流堰為折線形實用堰。

初步擬定溢流堰堰頂高程=進水閘設計流量的堰頂水頭對應的水位+

（0.2—0.3m）=進水閘閘底高程1853.60m +閘前水位1.40m +超高0.2m =1856.4m

采用共同水位法和堰流公式計算兩種工作情況下的特征洪水位：

先假設一個水位，用堰流公式分別計算過堰流量和過閘流量，二者相加

等于實際流

接近計算工作情況下的洪水流量時，該水位就為所求。因為泄洪沖砂閘為寬

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頂堰

所以尺寸擬定用堰流公式：

δ- 為淹沒系數，取為1.0

---為流量系數，因為是前面無坎的寬頂堰所以m=0.385；計算溢流堰

m

時因為溢流堰為折線形實用堰m=0.3.

ε--為側收縮系數，先假定為1.0；

H--- 位總水頭，初設階段不考慮行進流速，即假設的堰上水頭。

b—閘門凈寬

計算結果如附表1-1，1-2

（a）設計洪水情況下：洪水流量Q=1018 m/s。

3

附表1-1 設計洪水情況下泄洪沖砂閘水力計算表

水位 (m)

過閘總流量過堰總流量 實際總流量

（m/s) （m/s） （m/s）

333

1855.8 1018.9 35.1 1054

（b）校核洪水情況下：洪水流量Q=1368 m/s

3

附表1-2 校核洪水情況下泄洪沖砂閘水力計算表

水位 （m）

過閘總流量 過堰總流量 實際總流量

（m/s） （m/s） （m/s）

333

1856.3 1251.7 118.6 1370.3

經過計算泄洪沖砂閘凈寬96m，溢流堰長度95m，設計洪水位1855.8m校核

洪水位1856.30m。

泄洪沖砂閘凈寬為96m，每孔取凈寬8m，邊墩寬0.8m ,中墩寬1.0m縫墩

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1m。

1.2泄洪沖砂閘地板滲透穩定計算

1）地板滲流計算

1、確定地基計算深度

（1）計算

T

e

水平投影長度=10m，鉛直投影長度=1.5m；

LS

00

因為=6.67>5；

L

0

S

0

所以=0.510=5m；

T?0.5

e

??

L

0

所以地基不透水層的有效計算深度為5.0m。

（2）計算各段Aa阻力系數

1：S=1.5m，T=5m；

2：L=0.75m，T=5m， ；

S?S?0

12

?

X

??

L?0.7S?S

??

12

0.15

T

3：S=0.5m，T=5m，；

?

?3.1416

4：L=8.5m，S =0.5m，T=5m，0.5m；

1

S?

2

L?0.7S?S

??

12

?

X

??

1.36

T

5：S=0.5m，T=5m，；

?

?3.1416

6：L=0.75m，T=5m， ；

S?S?0

12

?

X

??

L?0.7S?S

??

12

0.15

T

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7：S=1.5m，T=5m；

(3)計算各段水頭損失：

h

i

總水頭損失=3.90m；； 在

?H

h?

ii

?H

?

??3.234

?

?

?

列表計算各段水頭損失h；

i

附表1-3水頭損失計算表：

序

號

1 2 3 4 5 6 7

0.687 0.150 0.100 1.360 0.100 0.150 0.687

0.828 0.181 0.121 1.64 0.121 0.181 0.828

（4）進出口水頭損失值的修正

1進口處修正系數；

B

1

B?1.21?

1

1

??

??

TS

'

2

??

??

12?2?0.059

??

??

TT

??

??

??

??

；

'

式中S=1.5m,T=5m,=5m;

T

代入得=1.01；

B

1

B

1

>1所以不用進行修正；

2出口處修正系數

B

2

T

'

=3.5m， T=5m， S=1.5m；

B

2

=0.857〈1.0，所以出口處要修正。

出口段水頭損失減小值為：H=；

7

?

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?h

=0.828-0.710=0.118m；

H=0.181+0.118=0.299

6

（5）計算各角隅點的滲壓水頭并列表：

附表1-5 各角隅點滲壓水頭

h1 h2 h3 h4 h5 h6 h7

3.072.82.771.131.000.71

2 91 0 0 9 0

0

（6）繪制滲壓水頭分布圖

（7）閘底板水平段滲透坡降和滲流坡降的計算：

1閘底板水平段平均滲透坡降：

J

x

閘底板的輪廓線由6點至11點，水平投影。

L?8.50m

J???0.193?0.22~0.28

x

H?H

611

1.64

??

；

L8.5

2出口處得出逸坡降：

J

0

出口處既11點至12點，滲透距離為。

S?1.50m

'

J???0.47?0.50~0.55

0

H?H

1112

0.71

??

；

'

1.5

S

????

JJ

0x

、參見SL265—2001《水閘設計規范》

所以滿足允許滲透比降。

1.3 泄洪沖砂閘地板抗滑穩定計算

根據《水閘設計規范》SL265——2001閘室穩定計算宜取相鄰順水流向永久

縫之間的閘段為計算單元，選取中間兩孔閘室作為計算單元。

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附圖1-4計算單元

選取示意圖：

自重荷載：

根據《水工鋼筋混凝土結構學》中鋼筋混凝土按線性分布荷載為25 KN/m。

3

根據水閘的基本尺寸設計對其進行荷載計算。

作用在水閘上的自重荷載有：

底板：

G?10?1.0?2?0.5?1.5?0.5?25?268.75KN

??

??

閘墩：

G?0.5?5.4?0.5?4.5?10?25?1237.5KN

??

????

閘門：根據《水閘》閘門為弧形露頂式B10m，所以

?

G?KKBHH

cbs

0.330.42

Hs——設計水頭；

Kc——材料系數，本工程取1；

Kb——孔門寬度系數，本工程Kb=0.472；

H——孔口高度；

閘門：

G?KKBHH

cbs

0.330.42

?1.0?0.472?8?2.9?4.1?4.16噸

G=4.16×10=41.6KN

工作橋，交通橋及其梁：

G?19?4?0.3?25?5?19?0.3?0.5?25?926.25KN

根據算出的閘門的數據參考《閘門與啟閉設備》采用雙吊點卷揚式

6?37?1?24?160

?

型啟閉機，該啟閉機的自重為2.55噸。

啟閉機：G=2.55*10=25.5KN

根據SL265—2001《水閘設計規范》中應該選取不同的荷載組合作為不同的

工況對閘室的穩定進行驗算看閘室是否安全。

第一種工況選為完建無水的狀況

附表1-6 泄洪閘荷載計算成果表（完建無水期）

0.330.42

??

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荷載名力臂

稱 L(M)

↓ ↑ +（逆時針）

垂直力M(KN) 力矩M(KN·M)

0 0.00 0.00 0 底 板 5106.25

0 0.00 0.00 0 閘 墩 3712.5

2.5 0.00 0.00 2316.25 工作橋 926.25

2 1852.5 0.00 0 交通橋 926.25

2 0.00 0.00 83.2 閘 門 41.6

2 0.00 0.00 51 啟閉機 25.5

1852.5 2450.45 ∑ 10738.35

0

-（順時

針）

完建無水工況下的閘室穩定計算

根據SL265-2001《水閘設計規范》中地基承載力公式：

P

max

式中 —完建無水期基底壓力的最大和最小值，kPa；

min

（包括基礎底面的上的揚壓—作用在閘室上的全部豎向荷載，

?

G

力）KN；

?

M

—作用在閘室上的豎向和水平荷載對于閘底板垂直于水流

方向的形心軸的力矩（kN.m）；

—閘室基底的面積（m）；

A

2

W—閘室基底面對于該底面垂直水流方向的形心軸的截面矩

（m）；

3

地基承載力不均勻性驗算公式：

??

??

p

max

??

p

min

根據計算結果，判斷是否滿足要求。

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根據SL265-2001《水閘設計規范》野云溝河床多是漂石、卵、碎石、角石、

礫砂及少量的粉土，粉砂膠結而成，所以屬于中等堅實取2.0

?

所以滿足要求

第二種工況為上游為正常引水為下游無水的工況（此工況為最不利工況）

正常當水期荷載計算及抗滑穩定驗算：

附圖1—5水閘穩定計算水重作用力意圖：

S?2.7?3.9?0.8?2.3?0.5?11.45m

水

2

水重：

G?11.45?16?10?1832KN

附圖1-6水閘穩定計算水平壓力作用力意圖：

水平壓力：

滲透壓力： KN

W?（3.07?0.71）?10/2?19?10?3591

浮托力：

W?(10?1?2?0.375)?9.5?10?1045KN

計算結果列于表:

附表1-7 泄洪閘閘室荷載計算成果表(正常擋水期

)

垂直力M 水平力P 力矩M0

（kN） (kN) (kNm)

↓ ↑ ← → +（逆時針） －（順時針）

閘室 10738.35

水重 1832 1.5 2748

荷載名稱

力臂

(m)

1216.8 1.3 1581.84

76.05 1.3 98.865

上游水壓力

12570.35 4636 1292.85 2748 1680.71

1045 浮托力

3591 滲透壓力

合計

7934.35 1292.85 1067.30

根據SL265-2001《水閘設計規范》中地基承載力公式：

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P

max

式中

min

—完建無水期基底壓力的最大和最小值，kPa；

（包括基礎底面的上的揚壓—作用在閘室上的全部豎向荷載，

力）KN；

—作用在閘室上的豎向和水平荷載對于閘底板垂直于水流

?

G

?

M

方向的形心軸的力矩（kN.m）；

—閘室基底的面積（m）；

A

2

—閘室基底面對于該底面垂直水流方向的形心軸的截面矩

W

（m）；

3

地基承載力不均勻性驗算公式：

根據計算結果，判斷是否滿足要求。

不均勻系數驗算

故滿足要求。

閘室基底面的抗滑穩定計算：

根據SL265-2001《水閘設計規范》中的閘室抗滑穩定計算公式：

式中：

f

—閘室與地基的摩擦系數；由張世儒 《水閘》查表7-8.

?

G

—作用在閘室上的全部豎向荷載，kN；

?

P

—作用在閘室上的全部水平荷載，kN；

根據喀拉溝渠首的不同運行工況選最不利工況（上游為設計引水為時）對閘

室抗滑穩定進行驗算。

因為喀拉溝河床多是漂石、卵、碎石、角石、礫砂，再根據SL265-2001《水

閘設計規范》表 取0.4。

f

因為喀拉溝渠首工程水閘為3級，根據SL265-2001《水閘設計規范》在基

本荷載工況下抗滑穩定安全系數為。

??

K?1.25

c

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K?2.45?K?1.25

cc

??

所以，滿足抗滑穩定要求。

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