无心伤害36327269
范文一：水闸课程设计
水闸课程设计
第一章 总述
第一节 概述
本工程是西通河灌区第一级抽水站的拦河闸，其主要任务是拦蓄西通河的河水，抬高水位满足抽水灌溉的需要; 洪水期能够宣泄洪水，保证两岸农田不被洪水淹没。
第二节 基本资料
(一) 闸的设计标准
根据《水闸设计规范.》SD133-84(以下简称SD133-84),该闸按IV级建筑物设计。
(二) 水位流量资料
3运用情况 上游水位(米) 下游流量(m/s)
正常蓄水 198.00 0
设计洪水 198.36 61.40
校核洪水 198.90 79.70
下游水位流量关系见表
H(m) 195.00 196.00 197.00 197.50 198.00 198.15 198.50 198.65 下
3Q(m/S) 0.00 8.63 27.96 41.07 55.40 61.40 73.98 79.70
(三) 地形资料
闸址附近，河道顺直，河道横部面接近梯形，底宽18米，边坡1:1.5，河底高程195.00米，两岸地面高程199.20米。
(四) 闸基土质资料
闸基河床地质资料柱状图如图所示
层序 高程(M) 土质摡况
I 195.00-191.8 细砂
II 191.8—183.32 组砂
III 183.32 粘土 闸址附近缺乏粘性土料，但有足够数量的混凝土骨料和砂料。闸基细砂及墙后回填砂料土工试验资料如下表;
天然容重 饱和容重 内摩擦角 凝聚力 不均匀系数 相对密实度 细砂 18.64 20.61 22 0 12
0.46
砂土料 18.20 20.21 32 0 15
0.62
，2 细砂允许承载力为150KN/m 其与混凝土底板之间的摩擦系数f=0.35。 (五) 其他资料
1.闸上交通为单车道，按汽-10设计，带-50校核。桥面净宽4.0，总宽为m4.4。 m
2.闸门采用平面钢闸门，有3米，4米，5米三种规格闸门。
3.该地区地震设计烈度为4度。
4.闸址附近河道有干砌石护坡。
5.多年平均最大风速12米/秒 ，吹程0.15公里。
第三节 工程综合说明书
本工程为?级拦河闸。设计采用开敞式水闸。
水闸由上游连接段、闸室段、下游连接段三部分组成。
闸室段位于上、下游连接段之间。是水闸工程的主体。其作用是控制水位、调节流量。包括闸门、闸墩、边墩、底板、工作桥、检修便桥、交通桥、启闭机等。
上游连接段的作用是将上游来水平顺地引进闸室。包括两岸的翼墙、护坡、铺盖、护底和防冲槽。
下游连接段的作用是引导过闸水流均匀扩散。通过消能防冲设施。以保证闸后水流不发生有害的冲刷。包括消力池、海漫、防冲槽以及两岸的翼墙和护坡。 第二章 水力计算
第一节 闸室的结构型式及孔口尺寸确定
,一,闸孔型式的选择
该闸建在天然河道上，河道横部面接近梯形，因此采用开敞式闸室结构。该闸建在天然河道上，为了满足泄洪、冲沙、排污的要求，宜采用结构简单，施工方便，自由出流范围较大的无坎宽顶堰，考虑到闸基持力层是粘细砂，土质一般，承载能力不好，并参考该地区已建工程的经验，根据一般情况下，拦河闸的底板顶面可与河底齐平。即闸底板顶面(即堰顶)与西通河河底齐平，所以高程为195.00 m。
(二)闸孔尺寸的确定
初拟孔口尺寸，该闸的尺寸必须满足拦洪灌溉以及泄洪的要求。
1.计算闸孔总净宽 B0
(1)在设计情况下: ?、上游水H=198.36-195=3.36 m
?、下游水深=198.15-195.00=3.15 hms
3ms/?、下泄流量Q=61.40
则上游行近流速:
V=Q/A 0
根据和断面尺寸:
2mHA=,b，,H =,18+1.5×3.36,×3.36,77.4 m
其中b为河道宽:b=18 m为边坡比:m=1:1.5 m
V=Q/A =61.40/77.41=0.793m/s 0
2H=H，αv/2 (取α,1.0, 0
2=3.36，0.793/,2×9.81,
,3.39 m
hs则=3.15/3.39=0.929>0.8 故属于淹没出流。 H0
(2)校核情况: ?、上游水H=198.9-195=3.9 m
?、下游水深=198.65-195=3.65 hms
3?、下泄流量Q=79.70 ms/则上游行近流速:
V=Q/A 0
根据和断面尺寸:
2mHA=,b，,H =,18+1.5×3.9,×3.9,93.02m
其中b为河道宽:b=18 m为边坡比:m=1:1.5 m
V=Q/A =79.7/93.02=0.86m/s 0
2H=H，αv/2g ,取α,1.0, 02=3.9，0.86/,2×9.81,
=3.94 m
hs则 =3.65/3.94=0.93>0.8 , 故属于淹没出流。 H0
(3)确定闸孔宽度
由以上结果可得，则按水流成堰流时并且为淹没出流，计算根据《水工建筑
物》，由宽顶堰淹没出流公式: 0
hs根据，查SL-265-2001,附录A.01，查得淹没系数=0.74，对无坎宽顶H0
堰:m=0.385 假设侧收缩系数=0.90 ,
2v 02g
H
H1
h s
在设计情况下:
由公式 0
所以，在设计情况下
=8.66 m
在校核情况下:
=9.0 m
整理上述计算如下表
计算上游下游流量 行进行进淹没流量侧收 B0水深水头系数缩系情况 水深 流速 系数m Q б 数ε hHH 0s
设计3.36 3.15 61.40 0.793 3.39 0.74 0.385 0.90 8.66 情况
下
校核3.90 3.65 79.70 0.86 3.94 0.74 0.385 0.90 9.0 情况
下
b2.闸孔孔数n及单孔净宽 0
b单孔宽度根据水闸使用要求，闸门型式及启闭机容量等因素，并参照闸0
BBB门尺寸选定。由>比较得，取净宽较大的值，则取=9.0。 m01020
BhH,以上为的第一次近似值，据此可计算的第二次近似值，按=0.93，s00
及闸墩边形状，查《水力学》，得=0.502 ，=0.70。侧收缩系数按式计算为:
=1-0.2×[0.7+(3-1)×0.502]×3.9/9
=0.85
净宽的第二次计算近似值为 B0
=9.5 m
再将净宽的第二次近似值代入式中，可得=0.86，再次试算后仍得B,0
=0.86，计算得出=9.4,根据所给闸门的型号尺寸，则选择孔数n=3，每B,m02
孔净宽=3.2，则闸孔总净宽=3.2×3=9.6, bBmm00
3.闸孔泄流能力校核
中墩采用钢筋混凝土结构，根据设计规范SL265-2001,取中墩厚d=1.5,m
墩首、墩尾均采用尖圆形。边墩厚度为1.0，墩首、尾采用半圆形。 m
根据拟定的闸孔尺寸净宽=9.6，用设计情况进行检验。根据堰流公式: Bm0
0
3/2Q,，，，，，,,,？，0.860.740.38529.819.6 实
3ms/ =64.28
:=|(64.28-61.40)/61.40|×100,=4.7,,5, 则
实际过流能力满足泄水的设计要求
b由此得该闸的孔口尺寸确定为:选择孔数n=3，每孔净宽=3.2m，2个中0
B墩各厚d=1.5，边墩厚度为1.0，闸孔总净宽=9.6，闸室总长度B=3×mmm03.2+2×1.5=12.6。 m
第二节 消能防冲型式
水闸闸门开启时，下泄水流具有较高能量，为防止高速水流及波状水跃的冲击等不利作用，闸下应采取防冲措施。
(一)消能型式
水闸上、下游水头一般较低，下游一般为土基，宜采用底流式消能。因此，消能设计的主要任务是确定下游消力池深度与长度，护坦型式与构造、海漫长度与构造一集防冲槽等。
(二)消力池设计
1(消力池设计依据
当过闸流量不变，上游水位较高时往往是消力池设计的依据，而实际运行中，流量却是变化的。因而，消能设计依据应是上游为较高水位、下游为较低水位时，通过某一流量，下泄水流能量E=γq?H最大时，相应的数据即为消力池设计依据。为了降低工程造价、确保水闸安全运行，可以规定闸门的操作规程，本次设中孔开启。分别开启不同高度进行计算，找出消力池池深和池长的控制条件。闸
3门的开度拟分三级开启。第一级泄流量8.63/;待下游水位稳定后，开度增ms
3大至设计流量61.4/;最后待下游水位稳定后，再增大开度至最大下泄流量ms
379.7/。 ms
消力池尺寸计算表
消
单 力水垂直 泄 收缩跃后下游开启宽 池池跃收缩 流 水深水深水深流''高度 深 长流 h长hc1c1系数量 态 ''e 量 h h d 度h csLcj ,Q q L sj
远
离
0.17 0.612 8.19 0.65 0.10 0.88 1.00 式0.07 1.13 0.5 7.5 7.3
水
跃
淹
没
2.42 0.666 98.56 7.82 3.80 0.67 3.15 式? ? ? ? ?
水
跃
淹
没
3.91 0.973 47.61 3.78 3.62 0.85 3.65 式? ? ? ? ?
水
跃
其中按以下公式计算
e/H垂直收缩系数与闸孔相对开度有关，查《水力学》表9-8可得。 ,
泄流量:Q= ,eB2gH0
e1流量系数:,,,,,, H
'''d,消力池深度: ,h,h,,Zcs0
收缩水深: h,,ec
,消能计算公式: h,1c,,T0,,T0T0
2q ,,22g,
0.252，，,,hb8q''c1,,h,1，,1 ,,c3,,2bgh,,c,,2，，
22qq,,Z出池落差: ,,,2'''22gh2gh,sc
消力池长:L=L，,L sjSj
其中消力池与闸底板以1:4的斜坡段连接
''，，L,6.9h,h水跃长度: ccj
'是出池河床水深 hs
T是从消力池底板顶面算起的总势能 0
为水流动能校正系数取1.0。β为水跃长度校正系数取0.75。水跃淹没系数
,=1.05。流速系数。 ,,0.950
2(消力池深度d及消力池长度的计算
结论:通过计算上述计算可知，当闸孔开度为0.17时满足控制条件，其m余两组都不满足条件，根据下列计算:
3ms/以下泄流量Q=8.63作为确定消力长度的计算依据。
(1)消力池力池深
依据SL265-2001,附表B1.1,则计算出消力池的相关参数:
22qq,, Z,,,2'''22gh2gh,sc
220.710.71，，= ,22229.811129.810.91，，，，，
=-0.006 m
',Z其中为出池落差、为出池河床水深、为水流动能校正系数取1.0。 hs
'''d,则 ,h,h,,Zcs0
=1.05×0.921-1+0.006
=-0.0385 m
则计算出消力池池深d=-0.0385，但为了稳定泄流时的水流，根据规范m
取池深d=0.5。 m
(2)消力池长度计算:
3ms/由前面的计算，以下泄流量8.63作为确定消力池长度计算的依据。略
去行进流速v，则: 0
T,H，d=3.9+0.5=4.4 m0
根据公式
220..68q,0.02,,其中: = 22，9.812g,
,0.02,h则:= 1c0.02,4.4,,T00.02,.4,,T04.4T0
=0.07 m
0.252，，,,hb8q''c1,, h,1，,1,,c3,,2bgh,,c,,2，，
2，，0.0780.68， = 11，,,,329.810.07，,,，，
=1.13 m
''水跃长度: =6.9(1.13-0.07)=7.3 ，，L,6.9h,hmccj
消力池与闸底板以1:4的斜坡段连接， ==0.5×4=2，则消力池长度: Ldpms
==2+0.75×7.3=7.5 LL，,LmsjSj
所以取消力池长度为7.5。 m
3(消力池底板厚度 t
(1)消力池底板厚度，为减少作用于底板扬压力，消力池底板可以做成透水的，
始端厚度可按抗冲和抗浮要求确定。
t,kq,H抗冲 1
U,W,PM抗浮 t,k2,1
,H其中为消力池底板计算系数取0.18，为消力池进口处的单宽流量，为相qk1
应于单宽流量的上、下游水位差。
此结构按抗冲条件计算得:
t,kq,H 1
消力池底板厚度计算表
下游水流量上游水深3t,Hqm(/s?) () () mmm3深() mm(/) s'() hms
8.63 3.90 1.00 0.68 2.90 0.19 27.96 3.90 2.00 2.22 1.90 0.31 41.07 3.90 2.50 3.26 1.40 0.35 55.40 3.90 3.00 4.40 0.90 0.37 61.40 3.90 3.15 4.87 0.75 0.37 73.98 3.90 3.50 5.87 0.40 0.35 79.70 3.90 3.65 6.32 0.25 0.32 计算取最大值=0.370.5，故取消力池池底厚度取t=0.5。 t,m(2)消力池构造
消力池一般可用浆砌石或混凝土建成，下设0.3的卵石垫层，透水底板设排水m
孔，孔径0.2，孔距2，梅花状布置，底部设反滤层。为使出闸水流在池中mm
产生水跃，在消力池与闸底板连接处留一宽为1.5的平台，为了增强护坦班的m
抗滑稳定性在消力池的末端设置齿墙，墙深1，宽为0.6 mm
(三)防冲加固措施
1.海漫
水流经过消力池，虽已消除了大部分多余能量，但仍留有一定的剩余动能， 特别是流速分布不均、脉动仍较剧烈，具有一定的冲刷能力。因此?护坦后仍需 设置海漫等防冲加固设施，以使水流均匀扩散，并将流速分布逐渐调整到接近天然河道的水流形态。
L,Kq,H(1)海漫的长度计算由式: pss
为海漫长度计算系数，根据闸基土质为河床为细砂取=14.0，为消KKqsss力池出口处的单宽流量。
海漫长度计算表
下游水流量上游深3() Lm(/s?) mqm,H水深() Kq,Hm ps3ss(/) ms'() hm() ms
8.63 3.90 1.00 0.48 2.90 0.90 12.66 27.96 3.90 2.00 1.55 1.90 1.46 20.46 41.07 3.90 2.50 2.28 1.40 1.64 22.99 55.40 3.90 3.00 3.08 0.90 1.71 22.93 61.40 3.90 3.15 3.41 0.75 1.72 24.06 73.98 3.90 3.50 4.11 0.40 1.61 22.57 79.70 3.90 3.65 4.43 0.25 1.49 20.84 计算取表中最大值L=24，河床宽度为18。 mmp
(2)海漫构造。海漫使用厚度45cm的块石材料，海漫起始段做10m 长的水平段浆砌块石，其顶面高程与护坦齐平。水平段后做成1:10 的斜坡干砌块石，以使河流均匀扩散，调整流速分布，保护河床不受冲刷。浆砌块石海漫上设排水孔，干砌块石上设浆砌块石格埂。海漫底部铺设20cm厚的砂粒垫层。 2(防冲槽
海漫与下游渠道相交处，应设防冲槽，以保护海漫免受冲刷。按下列公式:
qmd,1.1,h mm,,v0
海漫末端水
,,qvd流量Q 单宽流 0mmh深 m
设计洪水 61.40 3.41 3.15 0.80 1.54 校核洪水 79.70 4.43 3.65 0.80 2.44 根据计算防冲槽的深度太大，如按计算深度作为防冲槽深度、很不经济、施工也困难。故取防冲槽深度为2.0，槽顶高程与海漫末端齐平，底宽取5。上游mm边坡系数为2，下游边坡系数为3。
第三章 水闸防渗及排水设计
第一节 防渗设施及闸底轮廓布置
水闸的地下轮廓是指水闸底板与地基的接触部分，由不透水和透水部分组成，对于砂土层地基通常采用直板桩和铺盖增加防渗长度，地下轮廓的设计主要包括底板，防渗铺盖，板桩等的设计。
1.底板
底板既是闸室的基础，又兼有防渗、防冲刷的作用。它既要满足上部结构布置的要求，又要满足稳定及本身的结构强度等要求。
(1)底板顺水流方向的长度L:
有经验公式:L=3.5H=3.5×(198.90-195.00)=13.6 m
为了满足上部结构布置的要求，L必须大于交通桥宽、工作桥、工作便桥及其之间间隔的总和，即取L=14.0。 m
(2)底板厚度d:
根据经验，底板厚度为(1/5,1/7)单孔净跨，一般为1.0,2.0由此初m拟底板厚度d=1.0 m
(3)底板构造:
底板采用钢筋混凝土结构，深的齿采用C20混凝土，上下游两端各设1.0m墙嵌入地基，底板分缝设以“v”型铜片止水，由于地基为砂性土的细砂地基，抵抗渗流变形的能力较差，渗流系数也较大，由此得在底板两端分别设置不同深度的板桩，由于一般为水头的(0.6,1.0)倍，由水头大小可知，上游端设板桩深为3.0，下游端不设板桩。 m
2.铺盖
铺盖用钢筋混凝土结构，采用C20，其长度为上下游最大水位差的(3,5)倍，则取铺盖L=12.0，铺盖厚度为0.5。铺盖两端各设设0.5深的小齿墙，mmm其头部不再设防冲槽，为了防止上游河床的冲刷，铺盖上游设块石护底，厚为0.3，其下设0.2厚的砂石垫层。顺水流方向设置永缝，缝距为8。 mmm3.板桩
(1)根据工程经验:用钢筋混凝土板桩，板桩长度3，厚度0.2,宽度mm0.4。 m
(2)板桩的构造:采用现场预制，桩的两侧做成舌槽形，以便相互贴紧，板桩与闸室的连接形式是把板桩顶嵌入底板面特留的的凹槽内，桩顶填塞可塑性较大的不透水材料
4.其它防渗设施
侧向防渗主要靠上游翼墙和边墩，则上游翼墙为曲线形式，从边墩开始向上游延伸至铺盖头部，以半径为7.0米的圆弧插入岸坡。闸底板的上、下游端均设置齿墙，用来增强闸室的抗滑稳定，并延长渗径，齿墙深1m。
综上所述
闸基防渗的计算必须的防渗长度满足:
L=C??H
?H为上下游最大水位差，则?H=3.9,C为允许渗径系数值，由于为砂性m
土则取C=9.0。得最小允许防渗长度L=C??H=3.9×9.0=35.1。则地下轮廓布m置见下图。
实际闸基防渗长度L:
L=0.5+0.5+0.7+11+0.7+0.5+3+1+1.4+10+1.4+1+1.5=36.0 m
则L=36.0,L=35.1 闸基防渗长度满足要求 mm
第二节 防渗和排水设计及渗透压力计算
采用改进阻力系数法进行渗流计算
为了便于计算，将复杂的地下轮廓进行简化。由于铺盖头部及底板上下游两端的齿墙均较浅，可以将它们简化成短板的形式如下图: 1.确定地基的有效深度
根据钻探资料，闸基透水层深度很大。故在渗流计算中必须取一有效深度代替实际深度。由地下轮廓线简化图知:地下轮廓的水平投影长度L=12+14=26m;0地下轮廓的垂直投影长度S=195.00-190.00=5m。 L/S=26/5=5.2,5时,故地基0
TT的有效深度=0.5L=13m。而地基的实际计算深度=195.0-183.32=11.68m,，0e
则,，故地基的实际计算深度==11.68m。 TTTTee
2(渗流区域的分段和阻力系数的计算
过地下轮廓的角点、尖点，将渗流区域分成八个典型段。如上图，1、8段为进出口段，2、4、5、7则为内部垂直段，3、6、二段为内部水平段。 (1)设计洪水位情况
各流段阻力系数为
编名' ,hhST\L计算公式 iii号 称
? 进1.0 11.68 0.478 0.433 0.294 32出S,, ,,1.5，0.441,,口T,,? 1.5 10.98 0.517 0.468 0.397 段
? 0.5 11.18 0.045 0.041 0.082
内
部? 4.5 11.18 0.457 0.414 ，，2S,,, ,lncot1,,,,垂,,4T,,,，，直? 4.0 10.68 0.379 0.343
段
? 1.0 10.68 0.091 0.082 0.155
=0.5 S1T=11.18
? 0.760 0.688 0.786
内L=12 =4.5 S2部LSS，，,0.7，12水,, T平=4.0 S1T段 =10.68
? 0.983 0.890
L=14.0 =1.0 S2
?H=198.36-195.00=3.36m。根据水流的连续条件，经过各流段的单宽渗流流量均应相等。
,H,?各流段的水头损失的计算,则得 h,ii,
hh=0.433m =0.041m 12
=0.688m =0.414m hh34
=0.343m =0.890 hh56
=0.082m =0.468m hh78
?进出口段进行必要的修正:进出口修正系数为
''=11.18m =11.68m =1m TST
则得: =0.68,[]=1.0 故需要修正 进水口段水头损失的修正为:
'=×h=0.68×0.433=0.294m h11
进口段水头损失的修正量为:
'Δh=,=0.434-0.294=0.140m hh11
修正量应转移给相邻各段
+=0.73>0.140 hh32
'所以 =0.0412=0.082m h，2
'=0.688+(0.139-0.041)=0.786m. h3
同样对出口段修正如下
''TST =10.68m =11.68m =2m
则得: =0.849,[]=1.0 故亦需要修正 出口段的水头损失修正为
'= ×h=0.397m h88
进口段水头损失的修正量为:
',hh=-=0.467-0.397=0.070m h88
将该修正量转移给相邻各段，则
' h=0.085+0.070=0.155 7
?计算各角点的修正后的渗压水头:由上游进口段开始，逐次向下游从作用
水头值?H中相继减去各分段的水头损失值，即可求得各角隅点的渗压水头值:
=3.36m H1
'=-=3.066m HHh121
'=-=2.984m HHh322
'=-=2.198m HHh343
=-=1.784m HHh544
=-=1.441m HHh655
=-=0.551m HHh766
'=-=0.396m HHh877
'=-=0 HHh988
?作出渗透压力分布图:根据以上算得渗压水头值，并认为沿水平段水头损
失呈线形变化，则作出设计洪水位是渗透压力分布图
设计洪水位时渗透压力分布图 单位宽度底板所受渗透压力:
HHP=0.5×(+ )×14×1=0.5×(1.441+0.551)× 14×1 671
kN=136.91 单位宽铺盖所受的渗透压力:
HPH=0.5×(+)×12×1=0.5×(2.984+2.198)× 12×1 342
kN=304.49
2(校核洪水位情况
各流段阻力系数为
编名' ,hhST\L计算公式 iii号 称
? 进1.0 11.68 0.478 0.502 0.341 32出S,, ,,1.5，0.441,,口T,,? 1.5 10.98 0.517 0.543 0.461 段
? 0.5 11.18 0.045 0.047 0.094
内
部? 4.5 11.18 0.457 0.480 ，，2S,,, ,lncot1,,,,垂,,4T,,,，，直? 4.0 10.68 0.379 0.398
段
? 1.0 10.68 0.091 0.096 0.178
=0.5 S1T=11.18
? 0.760 0.799 0.913
内L=12 =4.5 S2部LSS，，,0.7，12水,, T平=4.0 S1T段 =10.68
? 0.983 1.033
L=14.0 =1.0 S2
?H=198.90-195.00=3.90m。根据水流的连续条件，经过各流段的单宽渗流流量均应相等.
,H各流段的水头损失的计算?,,则得 h,ii,
hh=0.502m =0.047m 12
hh=0.799m =0.480m 34
hh=0.398m =1.033 56
=0.096m =0.343m hh78
?进出口段进行必要的修正:进出口修正系数为
''=11.18m =11.68m =1m TST
则得: =0.68,[]=1.0 故需要修正 进水口段水头损失的修正为:
'=×h=0.68×0.502=0.341m h11
进口段水头损失的修正量为:
'Δh=,=0.502-0.341=0.161m hh11
修正量应转移给相邻各段
+=0.846>0.047 hh32
'所以 =0.0472=0.094m h，2
'=0.799+(0.161-0.047)=0.913m. h3
同样对出口段修正如下
''TS T=10.68m =11.68m =2m
则得: =0.849,[]=1.0 故亦需要修正 出口段的水头损失修正为
'= ×h=0.461m h88
进口段水头损失的修正量为:
',hh=-=0.543-0.461=0.082m h88
将该修正量转移给相邻各段，则
' =0.096+0.082=0.178 h7
?计算各角点的修正后的渗压水头:由上游进口段开始，逐次向下游从作用
水头值?H中相继减去各分段的水头损失值，即可求得各角隅点的渗压水头值:
H=3.9m 1
'HH=-=3.559m h121
'=-=3.465m HHh322
'=-=2.552m HHh343
=-=2.072m HHh544
=-=1.674m HHh655
=-=0.641m HHh766
'=-=0.461m HHh877
'=-=0.000 HHh988
?根据以上计算作出校核洪水位是渗透压力分布图,如图
校核洪水位时渗透压力分布图 单位宽度底板所受渗透压力:
=0.5×( H+ H)×14×1 P671
kN=158.97
单位宽铺盖所受的渗透压力:
P=0.5×( H+ H)×12×1 342
kN=353.87
3.抗渗稳定验算
闸底板水平段的平均渗透坡降和出口处的平均逸出坡降:
J(1)闸底板水平段的平均渗透坡降为: x
设计情况
'h0.890,67 J,,,0.0636,,,J,0.07~0.10xXL14x
校核情况
'h1.003,67 J,,,0.072,,,J,0.07~0.10xXL14x
(2)渗流出口处的平均逸出坡降为
设计情况
'h0.3978 ,,J,,,0.265,J,0.3~0.3500'1.5s
校核情况
'h0.4618,,，所以闸基的防渗满足抗渗稳定的要求。 J,,,0.307,J,0.3~0.3500'1.5s
第三节 排水设施及细部构造
为加厚反滤层中的大颗粒层，形成平铺式。排水反滤层一般是2-3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。
反滤层的材料应该是能抗风化的砂石料，并满足被保护土壤的颗粒不得穿过反滤层，各层次的粒不得发生移动，相邻两层间，较小一层的颗粒不得穿过较粗一层的空隙，反滤层不能被阻塞。应具有足够的透水性，以保证排水畅通。同时还应保证耐久、稳定，其工作性能和效果应不随时间的推移和环境的改变而变差。
其中上部为20cm 厚的碎石，中本次设计中的反滤层有碎石、中砂和细砂组成，
间为10cm 厚的中砂，下部为10cm 厚的细砂。
第四章 闸室布置
第一节 闸底板、闸墩
(1)闸底板
采用整体式平底板。详细叙述见第三章第一节。底板顺水流方向的长度L=14m，底板厚度d=1.0m。
(2)闸墩
闸墩承受闸门传来的水压力，也是坝顶桥梁的支撑。
闸墩顺水方向的长度取与底板相同，取14.0m。闸墩为钢筋混凝土结构，中墩厚均为1.5m。边墩与岸墙合二为一，采用重力式结构。闸墩上游部分的顶部高程在泄洪时应高于设计或校核洪水位加相应的安全超高;挡水时应高于设计或校核洪水位加波浪计算高度加安全超高。
波浪计算 水位高程 安全加高 闸顶高程 闸墩高程 高程
设计洪水198.36 0.3 0.2 198.86 3.86 位 挡水时 校核洪水198.90 0.2 0.2 199.30 4.30 位
设计洪水198.36 0.5 0.2 199.06 4.06 位 泄水时 校核洪水198.90 0.4 0.2 199.50 4.50 位
由已知的多年平均最大风速为12m/s，吹程为0.15公里，计算破浪高:
根据官厅水库公式:
51513344h,0.0166VD,0.0166，120.15,0.2m 10
其安全超高查SL265-2001，表4.2.4得，泄水时:设计洪水位时为0.5m。校核洪水位时为0.4m;挡水时:设计洪水位时为0.3m。校核洪水位时为0.2m。 依据表格得，闸墩高度为4.5m。
闸墩下游部分的高度只要比下游最高水位适当高些，不影响泄流即可。由于校核洪水位时下游最高水位?=198.65m，由此取闸墩下游部分的顶部高程为?=199.2m，闸墩上设两道门槽(检修门槽和工作门槽)，检修门槽在上游，槽深为0.2m，宽0.4m，工作槽槽深为0.40m，宽0.5m。两者相距2.0m。具体位置见下图。下游不设检修门，闸墩下游头部均为流线形。
第二节 闸门和启闭机
闸门采用露顶式平面钢闸门，则闸门顶高程为199.40m，闸门高4.4m，门宽
为4.0m。
查SL265-2001和《水闸》，根据经验公式:
1.430.08初估闸门自重. G,KKkHBZCg
G为门重，10KN，墩高度4.5m，为孔口宽度为3.2m，采用滚轮式支承BB=1.0，采用普通低合金钢结构=0.8，由于H,5.0m,取=0.156，则KKKKgCCZ
1.430.0811.77kN得门自重,为满足要求则取门G,1.0，0.8，0.156，4.5，3.2,
G,12.0kN。
根据经验公式，初估计启门力，闭门力，，F,0.1,0.2P，1.2GQ
。则P为作用在门上的总水压力(见图)， ，，F,0.1,0.2P,0.96GW
不计浪压力的影响，作用在每米宽门上游面的水压力:
kNP=1/2×9.81×3.9 ×3.9=74.60 上
作用在每米宽门上游面的水压力:
kNP=1/2×3.65×3.65 ×9.81=65.35 下
则门上总的水压力为:
当处于开启状态时:
kNPP =×3.2=238.72 上
kNF=0.2×74.6+1.2×12.0=62.41 Q
当处于关闭状态时:
kNPPP=(-)×3.2=(74.6-65.35)×3.2=29.6 下上
kNF=0.2×29.6-0.9×15.0=-7.58 W
F,0，表示闸门能靠自重关闭，则不需加压重块帮助关闭，根据计算所需W
kN的启门力=62.14，初选单吊点卷扬式启闭机QPQ-80，机架外轮廓J=1473mmFQ
(查《闸门与启闭设备》P240-242)。
第三节 工作桥、公路桥、检修便桥
(一)工作桥
工作桥的宽度不仅要满足启闭机布置的要求，且两侧应留有足够的操作度，其宽度B=启闭机宽度+2×栏杆柱宽+2×操作宽度+2×栏杆外富裕宽度=1.473+2×1.0+2×0.2+2×0.1=4.073m，故取工作桥净宽4.0m。工作桥为板梁式结构，预制装配，两根主梁高0.8m，宽0.4m，中间活动铺板厚0.1m。其结构见图。
工作桥结构图
为了保证启闭机的机脚螺栓安置在主梁上，主梁间的净距为1.2m。在启闭机机脚处螺栓处设两根横梁,其宽0.3m，高为0.5m，工作桥设在实体排架上，排架的厚度即闸墩门槽处的颈厚为0.7m，排架顺水流方向的长度为2.2m，宽0.6m。则排架高=门高+富裕高度+上游顶高程=4.4+0.6+199.4=204.4m。 (二)公路桥
在下游闸墩部分搁置公路桥，桥面高程为?=200.30m，梁的截面尺寸0.4×0.7m，桥面净宽为4.0m，总宽4.4m。
(三)检修便桥
为了便于对闸门进行检修、观测、在检修门槽处设置有检修便桥。桥宽1.5m。桥身结构仅为两根嵌置于闸墩内的钢筋混凝土简支梁，梁高0.4m，宽0.2cm。梁中间铺设厚0.1m的钢筋混凝土板。由于检修闸门使用频率低，故不需设固定启闭机，检修时可采用临时启闭设备。
第四节 闸室的分缝和止水设备
水闸沿轴线每隔一定距离必须设置沉陷缝，兼作温度缝，以免闸室因不均匀沉陷及温度变化产生裂缝。缝距一般为15-30m、缝宽为2-3cm。整体式底板闸室沉陷缝。一般设在闸墩一孔、两孔或三孔一联为独立单元。其优点是保证在不均匀沉降时闸孔不变形，闸门仍正常工作。
凡是有防渗要求的缝，都应该设止水设备。止水分铅直和水平两种，前者设 在闸墩中间，边墩与翼墙以及上游翼墙本身。后者设在铺盖，消力池与底板和混凝土铺盖，以及消力池本身的温度沉降缝内。
本次设计缝宽为20mm，横缝设在闸墩之间，闸墩与底板连在一起。止水设备: 铅直止水设在闸墩中间，边墩与翼墙间采用水平止水设备。
第五章 闸室稳定计算
第一节 荷载及其组合
(一)荷载情况
水闸承受的荷载主要由:自重、水重、水平水压力、扬压力、浪压力、地震 等。荷载组合分基本组合和特殊组合。基本组合按完建无水期和设计洪水位情况，特殊组合按校核洪水位情况
荷载组合 计算情况 自重 静水压力 扬压力 浪压力 地震荷载
完建无水? 期 基本组合 设计洪水? ? ? ? 位情况
校核洪水特殊组合 ? ? ? ? 位情况
(二)荷载计算
1.完建期的荷载
荷载计算主要是闸室及上部结构自重，取中间闸室为单元进行计算。
GGG 完建期的荷载主要包括闸底板重力，闸墩重力，闸门重力、工作桥321
及启闭机设备重力、公路桥重力和检修便桥重力、取钢筋混凝土的容重GGG564
3为25。 kN/m
底板重力为: G1
=14×1×9.4×25+0.5×(2+1)×1×9.4×25×2 G1
kN=3995
闸墩重力:则每个中墩重: G2
'=1.55×1.5×4.5×25+0.4×1.1×4.5×25+0.7×0.5×4.2×G2
25+5.95×1.5×4.2×25+2×1.03×4.5×25+2×1.03×4.2
×25+2×1.5×4.5×25
kN=2070.49
'kN每个闸室单元有两个中墩，则: =2=2×2070.49=4141 GG22
'kNkN闸门重=12，则两个闸门重=24.0 GG33
工作桥重力: G4
'=(4.9×0.6×0.7+5.2×0.6×0.7+0.6×0.7×1)×2×G4
25+0.4×0.8×9.4×2×25+0.1×4×9.4×25+9.4×2×
0.5×(0.1+0.02)×1×25+0.7×0.1×9.4×2×25
kN =516.4
'kN考虑到栏杆机横梁重等取=520 G4
查《闸门与启闭设备》
kNkNQPQ-80启闭机机身重15.0，考虑到混凝土及电机重，每台启闭机重20,
''kN启闭机重力=2×20=40.0 G4
G公路桥重力: 5
G=0.4×0.7×9.4×2×25+4.4×0.4×9.4×25+0.2×1×9.45
×2×25
kN=639.2
kN考虑到栏杆重,取公路桥重为: =650 G5
检修便桥重力: G6
=0.2×0.5×9.4×25×2+1.1×0.1×9.4×25 G6
=72.85kN
kN考虑到栏杆及横梁重力等去检修桥重: =85。 G6
完建情况下作用荷载和力矩计算表(对底板上游端B点求力矩)
kN力矩(?m)
部位 重力(KN) 力臂(m)
? ?
底板 3995 7.0 27965
? 12 3.13 37056
闸门
? 12 5.5 66
闸墩 4141 7.0 28987 工作桥 520 5.5 2860
? 20 3.13 62.6
启闭机
? 20 5.5 110 公路桥 650 9.8 6370 检修便桥 85 3.13 266.05
合计 9455 66724
2.设计洪水情况下的荷载
在设计洪水情况下,闸室的荷载除了闸室本身的重力外,还有闸室内水的重
力、浪压力、水压力、扬压力等。
W闸室内水重: 1
kN=3.36×6.4×5.75×9.81=1212.99 W1
水平水压力:首先计算波浪要素。由设计资料可知:多年平均最大风速为
12m/s，吹程为0.15公里，计算破浪高:
51513344h,0.0166VD,0.0166，120.15,0.2m 10
0.80.8 L,10.4h,10.4，0.2,2.9m1
22h2H3.14，0.22，3.14，3.36,,1 h,coth,coth,0.04mzLL2.92.9则波浪破碎的临界水深为:H=3.36,L/2=2.9/2=1.45 故为深水波:则相关
荷载计算值如下:
设计洪水位时荷载图
P=0.5×1.45×9.81×(0.2+0.04+1.45)×9.4+0.5×(1.45+3.36+0.3)1
kN×9.81×2.21×9.4=647.16(?)
kNP=0.5×(2.496+3.804)×9.81×9.4×1.7=504.3(?) 2
2P=0.5×0.7×9.4×9.81=23.1kN(?) 3
kNP=0.5×(0.7+2+0.552)×9.81×9.4×1.3=199.1 4
浮托力:=0.5×(1+2) ×2×1×9.81×9.4+1×10×9.4×9.81+2×2×1F
kN×9.4×9.81=1601 (?)
U渗透压力:=0.5×(2.496+0.2×2.496)×0.5×9.4×9.81×13.5+0.5
kN×(0.2×2.496+0.396)×13.5×9.4×9.81=639.6 (?) 设计洪水情况下的荷载图见上图,设计洪水情况下的荷载计算见表，
设计洪水情况下荷载和力矩计算对B点取矩
kNkNkN竖向力() 水平力() 力矩(?) m荷载名力臂
称 (m) ? ? ? ? ? ? 闸室结90422.9 66280.7 构重力 8
115.39 4.47 505.79 上游水 531.77 2.65 1409.19 压力 504.30 0.91 458.91 下游水23.1 1.53 35.34 压力 199.1 0.52 103.53 浮托力 1601 7.0 11207
522.11 7.0 3654.77 渗透压 65.6 4.5 393.6 力 51.87 0.17 8.82 水重力 1212.99 2.88 3493.41
10635.97 2249.58 1151.46 222.2 72158 15403.06 合计
8386.39(?) 929.26(?) 56754.94(?) 3.校核洪水位情况的荷载
校核洪水位情况时的荷载与设计洪水位情况的荷载计算方法相似。所不同的是水压力、浪压力、扬压力是相应校核水位以下的水压力、浪压力、扬压力。
kN闸室内水重: =3.9×6.4×5.75×9.81=1407.93 W1
水平水压力:
首先计算波浪要素。在校核水位下与设计下的波浪相同，故其波浪要素与设计情况下的下同因此:
P=0.5×1.45×9.81×(0.2+0.04+1.45)×9.4+0.5×(1.45+3.9+0.3)1
kN×9.81×2.75×9.4=847.02(?)
kNP =0.5×(2.849+4.093)×9.81×9.4×1.7=555.7(?) 2
2kNP=0.5×0.7×9.4×9.81=23.1(?) 3
kN=0.5×(0.7+2+0.641)×9.81×9.4×1.3=204.52(?) P4
浮托力:F=0.5×(1+2)×2×1×9.81×9.4+1×10×9.4×9.81+2×2×1
kN×9.4×9.81=1601(?)
渗透压力:U=(0.46×14+0.5×(0.0252+1.9408)×0.5+0.0252×13.5)
kN×9.4×9.81=668.8 (?)
校核洪水情况下的荷载图见设计洪水位似的荷载图, 校核洪水情况下的荷载计算见下表。
校核洪水情况下荷载和力矩计算对B点取矩
kNkNkN竖向力() 水平力() 力矩(?) m荷载名力臂
称 (m) ? ? ? ? ? ? 闸室结9422.98 66280.7 构重力
115.39 5 576.95 上游水 731.63 2.85 2085.15 压力 555.7 0.8 444.56 下游水23.1 1.53 35.34 压力 204.52 0.52 106.35 浮托力 1601 7.0 11207
606.49 7.0 4245.43 渗透压 16.02 4.5 72.09 力 46.29 0.23 10.65 水重力 1407.93 2.88 4054.84
10830.91 2269.8 1402.72 227.62 73442.2 15676.86 合计
8561.11(?) 1175.1(?) 57765.34(?) 第二节 地基应力计算
1.完建期
?闸室基底压力计算
MWBe,,,,maxe,, P16 ,,，,,min2WAB,,,
W,9455kNM,66724kN,m由上可知，，，另外，，B14m,,,
2A149.4134.4m,，,,则
MB1466724, ,,,,0.057e,,，，m偏向下游294552W,
W72.07kPae94550.057,,,,,,max 1616P,,，,,，,,,,,min70.31kPaAB134.414,,,,
?地基承载力验算
由上可知
—1，， P,P，P,71.19kPaminmax2
2kN由资料可知，细砂允许承载力为150/,,地基承载力满足要求。 mP?不均匀系数计算
由上可知
Pmax ,, ,,,1.026,,,2.00Pmin
基地压力不均匀系数满足要求。 设计洪水情况 2.
?闸室地基压力计算
W,8386.39kNM,56754.94kN,m 由计算可知: ，则 ,,
1456754.96,, =0.23m(偏上游) e28386.39
68.55kPa8386.390.23,,minP16 ,,，,,,max56.25kPa134.414,,?地基承载力验算
由上可知
1PPPkPaR,，,,()62.4[] maxmin2
地基承载力满足要求。 所以，
?不均匀系数计算
由上可知
Pmax,,,,,1.22,,,2.00 Pmin
所以，基地压力不均匀系数满足要求。 3.校核洪水情况
?闸室基底压力计算
由表可知， W,8561.11kNM,57765.34kN,m,,
则
1457765.34 e0.25m(),,,偏上游28561.11
70.52kPa8561.110.25,,min P16,,，,,,max56.87kPa134.414,,
?地基承载力验算
由上可知
1 PPPkPa,，,,()63.7R,,maxmin2
所以，地基承载力满足要求。
?不均匀系数计算
由上可知
Pmax ,, ,,,1.24,,,2.50Pmin
底压力不均匀系数满足要求。 所以，基
第三节 闸室稳定计算
1.设计洪水位
临界压应力:
,,,,，，Artan21tanBC ，，,b
,其中:系数A=4，r=10.81，B=14, =22.C=0 b
,则: P,68.55kPa=244.36,故不会发生深层滑动。 kpa,max仅作表层滑动稳定分析:
fW,K,,2.49,,,K,1.25 ccP,
其中:,=0.35 所以，闸室抗滑稳定性满足要求。 2.校核洪水位
fW,,,K,,2.01,K,1.25 ccP,
所以，闸室抗滑稳定性满足要求。由此得，闸室的稳定计算都满足所给条件的，故以上闸室的布置满足设计的要求。
第六章 上、下游连接建筑物
两岸连接物的设计主要包括边墩和岸墩以及翼墙的布置。 1.边墩和岸墙
由于边墩既是挡土墙，承受迎水面的水压力。背水面的土压力和渗透压力，以及自重、扬压力等荷载，而且由于边墩还承受上部公路桥所带来的荷载，为了使工程量节省和简便，则边墩和岸墙设为整体，即采用重力式的边墩，墙身采用钢筋混凝土结构。
2.翼墙
上游翼墙除挡水外，最主要的作用是将上游来水平顺的导入闸室，其次是配合铺盖起防渗作用，由此得顺水流流向的长度为12m，上游端插入岸墙，墙顶高出最高水位0.6m。下游翼墙除挡土外，其主要作用是导引出闸水流沿翼墙均匀的扩散，避免在墙身前出现回流漩涡等不利流态，则其顺水流流向的长度为35m，墙顶高出下游最高水位，则设其顶部高程与岸边高程相等为199.2m，由于地基为细砂，则布置型式采用曲线式。
范文二：水闸课程设计
水利水电工程建筑物课程设计（二）
水闸课程设计
编写:田明武
水利工程系
四川水利职业技术学院
二零零三年八月
水闸课程设计任务书
一、课程设计的目的
课程设计是学生把所学的理论和生产实践相结合的重要环节，所以通过课程设计要达到以下的目的：
1、根据理论知识的学习，使所学的专业技能得到巩固、扩大、深入和系统化。
2、培养综合运用所学知识解决实际工程问题的能力，初步掌握水利工程设计的方法和步骤。
3、训练和提高编写设计文件，进行各种计算和绘制水利工程图的能力和技巧。
4、提高独立钻研问题的能力，培养严肃认真，实事求是，刻苦钻研的工作作风。
二、设计的任务：
根据所给地形、地质、水文和其它有关资料及相应的规划成果，在给定的闸轴线上进行开敞式水闸设计。
1、闸孔型式选择。
2、通过水力计算，确定水闸闸孔尺寸、孔数及消能防冲形式和尺寸。
3、按防渗要求布置闸基地下轮廓线。拟定防渗排设备的形式，尺寸和构造。计算渗透压力。
4、参照已建成类似工程，拟定底板、闸墩、边墩、闸门、启闭机、启闭机桥、公路桥及检修桥的形式和尺寸。
5、闸室稳定计算及地基应力验算。
6、拟定上、下游翼墙及护坡的形式、构造及尺寸。
7、细部构造拟定。
三、设计成果及要求
设计成果包括设计图，设计说明书，其要求如下。
1、设计图：一律铅笔绘制或采用CAD制图，要求制图正确，图面饱满，绘制清晰、比例适当、尺寸齐全。
2、图幅规定为1号图，内容为水闸总体布置平面图与纵剖面图。?? 1张
3、设计说明书：
说明书的内容应包括本建筑物的设计原始资料。设计原理和基本构思以及各部分结构型式和尺寸。计算部分应列出使用的公式和参数并附有计算简图。计算结果尽可能以表格形式表达。
四、课程设计时间安排：
1、了解任务书及熟悉资料???????????????半天
2、水力学计算及渗流计算???????????????半天
3、闸室布置及稳定计算及上下游联接建筑物布置????1天半
4、画图??????????????????????2天
5、整理报告????????????????????半天
合计??????????????????????5天
水闸课程设计基本资料
一、题目：拦河闸及进水闸枢纽
二、内容：
1、拟定拦河闸的闸室结构型式、孔口型式、孔口尺寸、孔数。闸室总长度，进水闸的孔口尺寸。正常挡水位、设计洪水位、校核洪水位。
2、确定拦河闸（进水闸）闸底板高程。顶部高程，拟定闸室各部分结构尺寸
3、选定下游消能方式，拟定消力池结构尺寸。
4、进行防渗布置，进行渗流计算（任选一种计算方法）。
5、进行闸室稳定计算及地基承载力验算。
6、闸室结构计算。
7、绘制平面布置图一张（在地形图上布置），工程图一张（50×75cm方格纸），包括上游立面图，纵剖面图（拦河闸及进水闸）细部构造图。
8、整理计算书，编写课程设计说明书。
三、任务：
除第6项选作外，每人必须完成上述所有内容，在进行荷载组合时，分两组，一组按基本组合计算，另一组按特殊组合计算。
四、基本资料
1、气象资料
闸址为四川省峨边彝族自治县境内某河上，流域多年平均气温16.2℃，极端最低气温-3.2℃，极端最高气温为35.7℃。多年平均年降水量为841.5mm，多年平均相对湿度为77%，最小相对湿度为11%，多年平均蒸发量1257mm，多年平均风速2.1m/s，历年最大风速17.3m/s。
2、地形、地质资料
工程区位于四川省盆地西南部边缘地带，区内冲沟发育，地形切割深而陡竣，沟深数十米至上百米，属构造剥蚀形成的高中山地形和河谷下切而形成的构造侵蚀地形。
闸址河床宽13～25m。谷底覆盖层度0.5～2.5m，以砂砾卵石为主，夹少量漂石，石质以砂岩、灰岩为主，结构稍～中密，透水性强。
谷底下伏基岩为侏罗系砂溪庙组粉细粒砂岩与砂质泥岩互层。岩体较完整，弱风化带厚度10～15m，透水性中等。岸坡坡角30～35°。堆积层为亚粘土夹块碎石，结构松散，厚度1～3m。高程1930m以上为岩质边坡。两岸无不良物理地质作用，边坡稳定。
岩体强风化带厚度6～8m，弱风化带15～20m。
地震设计基本烈度7度。
3、相关技术指标及参数
1）、水闸基本参数：
进水闸底板顶面高程：1907.50m；
进水闸设计引用流量：2.5m3/s；
2）、洪水资料：
P=0.5%，Q=268m3/s；P=1%，Q=232m3/s；P=2%，Q=189m3/s；P=3.333%，Q=173m3/s；P=5.0%，Q=152m3/s。
3）、洪水标准及建筑物级别
根据《SL252－2000》的规定，本工程属5等小二型工程，根据《水闸设计规范》，主要建筑物及次要建筑物均按照5级建筑物设计。
根据规范，本工程按三十一遇洪水设计，一百年一遇洪水校核。 4）、地质相关参数 闸基与砂卵石地基之间摩擦系数：f＝0.5； 闸基与岩石地基之间摩擦系数：f＝0.6；
地基允许承载力：[R岩]=10Mpa;
凝聚力：C=0；
渗透系数：K=20～30m/d；
允许渗透比降：J允=0.16；
开挖边坡：m=1:1；
允许单宽流量：q=16 m3/s。
5）、1:500地形图一张，闸轴线已在图中表明。
地基允许承载力：[R土]=0.25Mpa;
水闸课程设计指导书
一、资料分析
了解本工程在国民经济中的作用,熟悉各种水位特征及相应的流量等规划成果。研究地形、地质、水文气象，分析这些条件对水闸设计和施工的影响。
二、闸室型式的选定
在给定的轴线上，根据运用要求选定闸室的型式。
三、水力计算
1、闸孔口尺寸设计
(1) 闸底板高程的确定：根据水闸下游的地质条件及水闸工程量的经济比较，确定闸底板高程。本次设计建议采用平底板。
(2) 闸孔总宽度的计算：根据水闸的上下游水位及闸底高程判断过闸水流的性质。按相应的水力学公式计算闸孔总宽度。
(3) 孔数及孔宽的选定：根据计算和遵照“水利水电工程钢闸门的设计规范”（SL282—2000）的规定选定合理的单孔宽及相应的孔数。
(4) 水闸泄流能力验算：根据初步确定的孔数，孔宽及相应的水位验算孔口泄流能力。
2、消能防冲设计
根据水闸闸址区地形、地质条件，建议采用消力池消能。本设计需要确定消能防冲各设计尺寸及构造。
(1) 确定消能控制情况及消力池尺寸：
根据情况分析，在闸门局部开启时多为最不利的消能情况，应根据列表试算法来确定消力池的各项尺寸。
(2)护坦的厚度根据公式并参考相似的已建工程确定。
(3)海漫及防冲槽尺寸及构造的确定：可按教材中所介绍公式及参考已建工程确定。
四、防渗设计
1、闸底轮廓布置：
渗径长度应满足防渗要求，渗径系数应大于5～7。
2、建议采用浆砌石或混凝土铺盖，长度在(3～5)倍水头范围内选取。参考教材及已建工程实例拟定铺盖的各项尺寸及构造
3、排水及反滤层的布置参教科书
4、侧向防渗布置：
两岸防渗布置必须与闸室防渗相配合，两岸各个可能的渗径都不得小于闸室渗径。
5、闸底板渗透应力计算：建议采用改进的阻力系数法计算。
五、闸室布置
1、闸室建议采用整体式平底板，底板顺水流方向不宜过长，主要根据上部结构布置要求及满足闸室稳定的需要。
2、闸门及闸墩型式的选择和尺寸的拟定：建议采用钢筋混凝土平板闸门，可参考教材根据水闸的运用要求确定闸墩高度。
3、交通桥宽：无交通要求
4、工作桥的型式和尺寸可参考已建工程和运用要求确定。
5、按比例绘制闸室布置草图并注明尺寸。
六、闸室稳定及地基应力验算
1、地基应力验算：按完建无水及关门挡水，下游无水两种情况计算，要求： σmax≤[η]σmin
2.稳定计算 σmin?0 0≤σmax≤1.2[P地基]
(1)正常情况按关门挡水时下游无水(可认为地下水位与闸底板齐平)闸室稳定计算。
(2)校核情况，按上游正常洪水位，下游相应水位验算稳定情况。
以上稳定计算均要求满足规范规定的抗滑稳定安全系数，如不能满足时应采用相应的措施解决。
七、闸室与两岸连接建筑物的布置
参考已建工程及教材。
八、细部构造处理
止水构造等
九、主要参考书
教材
水工建筑物设计手册
水闸设计规范
水利水电工程等级划分及洪水标准
十、编写设计说明书参考提纲
第一章 总论
第一节 概述；第二节 基本资料；第三节 工程综合说明书
第二章 水力计算
第一节 闸室的结构型式及孔口寸确定；第二节 消能防冲设计
第三章 水闸防渗及排水设计
第一节 闸底轮廓布置；第二节 防渗和排水设计及渗透压力计算；第三节 防渗排水设施和细部构造
第四章 闸室布置
第一节 闸底板、闸墩；第二节 工作桥、公路桥、检修便桥；第三节 闸门和启闭机；第四节 闸室的分缝和止水设备
第五章 闸室稳定计算
第一节 荷载及其组合；第二节 地基应力验算；第三节 闸室稳定验算
第六章 渠道及沉砂池设计
第七章 上下游连接建筑物
第一节 上游连接建筑物；第二节 下游连接建筑物
范文三：水闸课程设计
分类号 编 号
水利与土木工程学院
South China Agricultural University of Water Conservancy and
Civil Engineering
题目 水闸课程设计
专 业 水利水电工程
层 次 本 科
姓 名 胡 洁 婷
学 号 200630540208
指导教师 刘远老师
2009年 5 月 11 日
水闸设计说明书
目录
第1章 总论 .............................................................................................1 1.1 设计资料........................................................................................... .1 1.2 工程综合说明……………………………………………………… 3
第2章 水力设计.......................................................................................4 2.1 闸孔设计.............................................................................................4 2.2 消能防冲设计.....................................................................................7 第3章 水闸防渗及排水设计.............................................................…12
3.1 地下轮廓线布置...............................................................................12 3.2 渗流计算...............................................................................………13
3.3 防渗排水的细部构造...................................................................... 17 第4章 闸室布置................................................................................... 19 4.1 闸室结构布置...................................................................................19 4.2 闸门及启闭机...................................................................................20 4.3 闸室的分缝和止水设备.................................................................. 22 第5章 闸室稳定计算............................................................................23 5.1 荷载及其组合.................................................................................. 23 5.2 闸室应力、穩定计算........................................................................ 23 第6章 上下游连接建筑物................................................................. 27 6.1上游连接建筑物.................................................................................27 6.2下游连接建筑物.................................................................................27
第一章 总论
1.1 设计资料
一、工程概况及拦河闸的任务
颍河拦河闸位于郾城县境内，闸址位于颍河京广铁路桥上游和吴工渠入颍河口下游之间，流域面积
2234平方公里，流域内耕地面积288万亩。农作物以种植小麦、棉花等经济作物为主，流域平均纵坡1/6200。
本工程等别为?等，拦河闸按3级建筑物设计。
本工程投入适使用后，在正常蓄水位时，可蓄水2230万立方米。上游5个县25个乡已建成排灌站
42处有效面积25万亩。闸上游开南、北两干渠，修建各类建筑物1230座，可自流灌溉下游三县21万亩
农田，效益巨大，是解决颍河流域农田的灌溉动脉，同时也是解决颍河地区浅层地下水贫水区的重要水源。
二、地质资料
1、根据地质钻探资料，闸址附近地层为中粉质壤土，厚度约25m，其下为不透水层，其物理力
33学性质如下:?天然容重，饱和容重;?内摩擦角?,,,22.0kNmf,23,,20.0kNmsat
,3凝聚力;?渗透系数:粗砂;?变形模量:;?地基EMPa,15Kcms,，9.310ckPa,0.10
，地基应力不均匀系数容许值;?混凝土、砌石与土基的摩容许承载力skPa,150,,1.5~2.0,,,,
擦系数。 f,0.36
2、本地区地震烈度在6度以下。
三、建筑材料
1、石料:本工程位于平原地区、山丘少，石料需从外地供给，距京广线很近，交通条件较好。
2、粘土:经调查，本地区附近有较丰富的粘土材料。
3、闸址附近有足够多的砂料。
四、水文气象
1、气温:本地区年最高气温42度，最低气温为,18度。
2、风速:最大风速，吹程。 vms,20Dkm,0.6
333、流量:年平均最大流量为，最大年径流量总量为9.25亿;年平均最小流量为36.1msm
33，最小年径流量总量为0.42亿。 15.6msm
4、冰冻:颍河流域冰冻时间短，冻土很薄，不影响施工。
五、规划数据
1、河底宽65m，河床高程51.92m，两岸高程61.50m。河道呈复式断面，如图1所示，河床糙率为
0.0225，滩地糙率为0.03。
32、孔口设计水位、流量:设计洪水位50年一遇，相应流量1144.45，闸上游水位61.00m，闸ms
下游水位60.82m。
3、闸室稳定计算水位:设计情况，上游水位58.7m，下游无水;校核情况，上游水位59.2m,下游无水。
4、消能设计水位:上游水位58.7m。
5、闸上有交通要求，交通桥宽6m。
6、本工程等别为III等，拦河闸按3级建筑物设计。
1.2 工程综合说明
本工程为?级拦河闸，设计采用开敞式水闸。
水闸由上游连接段、闸室段、下游连接段三部分组成。
闸室段位于上、下游连接段之间，是水闸工程的主体，其作用是控制水位、调节流量。包括闸门、闸墩、边墩、底板、工作桥、检修便桥、交通桥、启闭机等。
上游连接段的作用是将上游来水平顺地引进闸室。包括两岸的翼墙、护坡、铺盖、护底和防冲槽。
下游连接段的作用是引导过闸水流均匀扩散，通过消能防冲设施，以保证闸后水流不发生有害的冲刷。包括消力池、海漫、防冲槽以及两岸的翼墙和护坡。
具体尺寸设计、布置，详见下面的章节介绍。
第二章 水力设计 2.1 闸孔设计
1、闸底板高程的确定
根据水闸下游的地质条件及水闸工程量的经济比较，本次设计采用平底板，开敞式，闸底板顶面与河底
高程齐平。
2、闸孔总宽度的计算
1)采用设计洪水位拟定闸孔尺寸。
上游水深 Hm,,,59.551.927.58
下游水深 ,,,59.3551.927.43m
Q上游行近流速 v,0w
2 wm,，，，，，,，,(65.027.58)7.582(59.558.50)13.0633.6
1144.45 vms,,1.8060633.6
22,v1.01.806，00行近水头 HHm,，,，,7.587.7460229.81g，h7.43s 故属淹没出流。 ,,,0.9590.727.746H0
hh0.40.4ss ,,,,，，,,2.31(1)2.310.959(10.959)0.617sHH00
32 取 则 QmBgH,,,2m,0.385,,0.96s0
Q1144.45 ,,,Bm52.603322,,，，，，，mgH20.6170.960.38529.817.746s0
2)采用校核洪水位拟定闸孔尺寸。 上游水深 Hm,,,61.0051.929.08下游水深 hm,,,60.8251.928.9s
Q上游行近流速 v,0w
2 wm,，，，，，,，,(65.0029.08)9.082(61.0058.50)13820.1
1642.35 vms,,2.0030820.1
22,v1.02.003，00行近水头 HHm,，,，,9.089.2840229.81g，h8.9s 故属淹没出流。 ,,,0.9590.72H9.2840
hh0.40.4ss ,,,,，，,,2.31(1)2.310.959(10.959)0.617sHH00
32 取 则 QmBgH,,,2m,0.385,,0.96s0
Q1642.35 ,,,Bm57.503322,,，，，，，mgH20.6170.960.38529.819.284s0
表2—1:闸孔净宽计算表
下游 流量 行进 上游 行进 淹没 流量 侧收缩 B 计算情况 0 水头 水深hQH流速 系数 系数 系数 ,m,H水深 s0
v0
设计洪水位 7.58 7.43 1144.45 1.806 7.746 0.617 0.385 0.96 52.6
校核洪水位 9.08 8.90 1642.35 2.003 9.284 0.617 0.385 0.96 57.5
3、孔数及孔宽的选定
根据《水利水电钢闸门设计规范》(SL74-95)中闸孔尺寸和水头系列标准，为了保证闸门对称开启，防止不良水流形态，选n=7孔，选单孔净宽b=8m。 0
则实际总净宽 Bm,，,78560
闸墩头部均采用半圆形，墩厚，边墩取0.8m dm,1z
闸孔总宽度为: Lm,，，,5616620
尺寸示意图见图2,1
图2-1 单位(m)
4、水闸泄流能力验算
2)设计洪水位验算
对于中孔:bm,8 0
bb880044 ,,,,,,，,，,10.171(1)10.171(1)0.982z，，，，bdbd8181zz00
1对于边孔:bm,8 bm,，，，，，,,，,[(65227.58)2136220.8]28.860b2
bb00,,,,10.171[1]bdz4dbb，，z0b2bb，，0b2
88,,，,,10.171(1)0.909411828.86828.86，，，，22
,,(1)n,，0.982(71)0.909，,，zb则 ,,,0.972,n7
332水闸泄洪能 Qms,，，，，，，,0.6170.3850.9725629.817.7461234.71
1144.451234.71,误差为 ,,7.89%5%1144.45
)校核洪水位验算 2
对于中孔: bm,80
bb88004 ,,,,,,，,，,410.171(1)10.171(1)0.982z，，，，bdbd8181zz00
1对于边孔: bm,8bm,，，，，，,,，,[(65229.08)2136220.8]31.860b2
bb00,,,,10.171[1]bdz4dbb，，z0b2bb，，b02
88,,，,,10.171(1)0.909411831.86831.86，，，，22
,,(1)n,，0.982(71)0.909，,，zb则 ,,,0.972,n7
332水闸泄洪能力 Qms,，，，，，，,0.6170.3850.9725629.819.2841620.14
1642.351620.14,误差为 满足要求。 ,,1.35%5%1642.35
表2-2过流能力校核计算
行近水校核过 33计算情况(m/s) (m) Q(m/s) σs ε m B0头H(m) 流能力 0
设计流量7.746 0.617 0.972 0.385 56 1234.71 7.9, 1144.45
校核流量9.284 0.617 0.972 0.385 56 1620.14 1.4, 1642.35
设计情况超过规定的5%的要求，说明孔口尺寸有些偏大。但考虑到校核情况满足要求所以不再进行孔口尺寸调整。
2.2 消能防冲设计
1、确定消能型式
由于本闸位于平原地区，河床的抗冲刷能力较低，所以采用底流式消能。 2、确定消能控制情况及消力池尺寸
设计水位或校核水位时闸门全开宣泄洪水，为淹没出流，无须消能。闸前为
，部分闸门局部开启，只宣泄较小的流量时，下游水位不高，正常高水位58.7m
闸下射流速度教大，才会出现严重的冲刷河床现象，须设置相应的消能设施。为了保证无论何种开启高度的情况下均能发生淹没式水跃消能，采用闸前水深 H=58.7-51.92,6.78m,闸门局部开启情况，作为消能防冲设计的控制情况。消力池设计采用挖深式消力池，消力池首端宽度采用闸孔总宽度，末端宽度bm,621
采用河底宽度。 bm,652
为了降低工程造价，确保水闸安全运行，可以规定闸门的操作规程，本次设计按1、3、5、7孔对称方式开启，分别对不同开启孔数和开启高度进行组合计算，找出消力池池深和池长的控制条件。
表2,3消力池尺寸计算表
消 收 跃 下 力 水 开 开 单 垂直 泄 缩 后 游 池 池 跃 启 启 宽 收缩 流 水 水 水 ''h深 长 长 h孔 高 流 流态 c1c1 系数 量 深 深 深 d 度 数度 量 L Q ,'j'' hh hn e q cscLsj 0.7 0.615 36.518 4.123 0.431 2.599 0.994 2.967 1.320 18.811 18.042 0.352
1.0 0.618 51.643 5.831 0.618 3.018 1.222 3.478 1.370 20.883 20.538 远驱0.501 1 1.2 0.619 61.440 6.937 0.743 3.243 1.356 式水3.757 1.400 21.959 21.812 0.600 跃 1.5 0.621 75.835 8.562 0.932 3.525 1.537 4.109 1.350 22.787 23.183 0.749
2.0 0.625 98.955 11.172 1.250 3.884 1.800 4.561 1.230 23.336 24.555 1.003
0.7 0.615 109.554 4.123 0.431 2.599 1.913 2.939 1.080 17.678 17.810 远驱0.358
1.0 0.618 154.929 5.831 0.618 3.018 2.350 式水3.446 1.150 19.801 20.268 0.509 3
跃 1.2 0.619 184.321 6.937 0.743 3.243 2.605 3.725 1.180 20.849 21.505 0.608
1.5 0.621 227.504 8.562 0.932 3.525 2.950 4.077 1.180 21.896 22.902 0.758 2.0 0.625 296.864 11.172 1.250 3.884 3.451 4.543 1.150 22.890 24.386 1.009 0.7 0.615 182.590 4.123 0.431 2.599 2.590 2.862 0.450 14.674 17.165 0.374
淹没5 1.0 0.618 258.216 5.831 0.618 3.018 3.179 式水3.326 0.360 15.859 19.225 0.539
跃
按以下公式计算:
孔口出流流量: (2-6) QebngH,,20
e流量系数: ,,,,,,'1'H
'''消力池池深: (2-7) dhhZ,,,,,0cs
收缩水深: (2-8) he,,'c
,消能计算公式: (2-9) h,c1,T,0,T,0T0
2,,h8,qb"0.25c1 (2-10)h11(),，,,, c3,,2ghbc2,,
22,,qq (2-11),,,Z出池落差: 22222ghgh,sc
LLL,，, (2-12) 消力池长:sjsj
斜坡段坡度取为1:4
"水跃长度: (2-13) Lhh,,6.9()jcc
其中: 流速系数， 水跃淹没系数,,1.075， ,,0.950
水动能校正系数， 水跃长度校正系数 ,,0.75,,1.0
结论:通过计算，得出开启1孔开启高度为1.2m的消力池池深为控制条件。
根据所选择的控制条件，估算池深为1.4m 。根据消力池尺寸计算表,最后取消
力池长为25m。
3、确定消力池底板厚度
'按抗冲要求,根据公式计算消力池底板厚度。其中k为消力池tkqH,,11
'底板计算系数，取0.18;q为消力池进口处的单宽流量;为相应于单宽流量,H
的上，下游水位差。取计算表中的大值，取消力池底板厚度t=1m。
表2-4消力池底板厚度计算表
33流量(m/s) 上游水深(m) 下游h,(m) q(m/s.m) ΔH,(m) t(m) s
100 6.780 1.812 1.613 4.968 0.341
200 6.780 2.734 3.226 4.046 0.459
300 6.780 3.473 4.839 3.307 0.534
400 6.780 4.112 6.452 2.668 0.584
500 6.780 4.685 8.064 2.095 0.615
600 6.780 5.210 9.678 1.570 0.627
700 6.780 5.697 11.290 1.083 0.617
图2-2 消力池构造尺寸图 (单位:高程m，尺寸(mm)
4、确定海漫及防冲槽尺寸构造
水流经过消力池，虽已消除了大部分多余能量，但仍留有一定的剩余动能，特别是流速分布不均，脉动仍较剧烈，具有一定的冲刷能力。因此，护坦后仍需设置海漫等防冲加固设施，以使水流均匀扩散，并将流速分布逐渐调整到接近天然河道的水流形态。
'按公式计算海漫长度，K为海漫长度计算系数，根据闸基LkqH,,spss
土质为中粉质壤土则选k,12。为消力池出口处的单宽流量。取计算表中的大qss
值，确定海漫长度为41m，宽度为河床宽度65m。
海漫起始段做10m长的水平段，其顶面高程与护坦齐平，水平段后做成
1:10的斜坡，以使河流均匀扩散，调整流速分布，保护河床不受冲刷。
表2-5海漫长度计算表
33'.流量(m/s) 上游水深(m) 下游h,(m) ΔH,(m) Lp(m) sq(m/sm) qH,ss
100 6.78 1.812 1.538 4.968 2(01 22.218
200 6.78 2.734 3.077 4.046 2(49 29.854
300 6.78 3.473 4.615 3.307 2(90 34.764
400 6.78 4.112 6.154 2.668 3(17 38.046
500 6.78 4.685 7.692 2.095 3(34 40.040
600 6.78 5.210 9.231 1.570 3(40 40.811
700 6.78 5.697 10.769 1.083 3(35 40.172
800 6.78 6.154 12.308 0.626 3(12 37.447
900 6.78 6.586 13.846 0.194 2(47 29.634
水流经过海漫后，尽管多余能量得到了进一步消除，流速分布接近河床水流的正常状态，但在海漫末端仍有冲刷现象。为保证安全和节省工程量，在海漫末端设置防冲槽。
qm海漫末端的河床冲刷深度按公式计算。其中，为河床v1.1,,dh,,0mm,,0v
土质的不冲流速，取为0.85m/s;是海漫末端单宽流量;为海漫末端河床qhmm
水深。
表2—6:防冲槽深度计算表
单宽 海漫末端 水力 流量 湿周 A 流量Q过水面积dv 半径 ,,0m0 , 的水深hmq R m
设计洪水 1144.45 17.607 7.557 608.421 98.796 6.128 1.555 4.90
校核洪水 1642.35 25.267 9.274 774.824 106.475 7.277 1.647 7.60
根据计算防冲槽的深度太大，如按计算深度作为防冲槽深度，很不经济，施工也困难。故取防冲槽深度为2.0m，槽顶高程与海漫末端齐平，底宽取5m，上游边坡系数为3，下游边坡系数为3。
第3章 水闸防渗及排水设计
3.1 地下轮廓线布置
防渗设计的目的是防止闸基渗透变形;减小闸基渗透压力;减少水量损失;合理选用底下轮廓尺寸。按照防渗和排水相结合的原则，在上游侧采用铺盖、板桩、齿墙等防渗设施，延长渗径，以减小作用在底板上的渗流压力，降低闸基渗流的平均坡降;在下游侧设置排水反滤设施，如面层排水、排水孔排水或减压井与下游连通，使地基渗水尽快排出，防止在渗流出口附近发生渗透变形。 1、 防渗长度的确定
防渗长度应满足式的要求。根据地基为中粉质壤土，渗径系数C为 LCH,
5,7，取7。取校核情况上游水位59.2m，下游无水来设计防渗。则上下游水位差。于是。 ,,,,Hm59.2051.927.28LCHm,,,，,7.07.2850.962、防渗设备
在闸室上游设置水平防渗，防渗设备采用粘土铺盖;而将排水设施布置在消力池底板下。闸基土质为粉质壤土，由于打桩可能破坏地基土的天然结构，故不设置板桩。闸底板上、下游设置齿墙。
3、防渗设备尺寸和构造
闸底板顺水流方向长度，据闸基土为中粉质壤土，闸室底板取3倍的H。
L,3.0，7.28,21.84m综合考滤取上部结构布置及地基承载力等要求，确底
1定闸底板长20m。闸底板厚度为:，取t=1.5m。 t,，8,1.33m6
铺盖长度取3—5倍的上下游水位差.
LHm,，,,，,4.04.07.2829.12Lm,30.0其长度。取 铺盖铺盖
为方便施工，上游端取0.6m，末端为1m，以便和底板连接。
齿墙深度取1m。
校核地下轮廓线的长度。根据以上设计数据，实际的地下轮廓线布置长度应
大于理论的地下轮廓线长度。
实际地下轮廓线长度=0.6+30+20+2,52.6(m)>L=50.96(m)，满足要求。
3.2 渗流计算
闸底板的渗透压力计算采用改进的阻力系数法。 确定地基的有效深度
Lm,，,302050Sm,2.5LS,,,50/2.52050000
计算深度，故按实际深度计算。 TLmT,,,0.525e0
1、设计洪水位情况
渗流区域渗透压力水头损失的计算列于表3,1 进出口水头修正
进口处修正系数
11 ,,,,,,,1.211.210.3131.01TS''24.40.6，，，，[12()2](0.059)[12()2](0.059)TT2525' hhm,,，,,0.3130.9820.307111
,,,,hm0.9820.3070.675 1
' hm,，,2.5940.6753.2692
1出口处修正系数 ,,,,,1.210.6731.0222.52.5，，[12()2](0.059)2525
'hhm,,，,,0.6731.0770.725 929
,,,,hm1.0770.7250.3529
hhmhm，,,,,0.2920.352879
' ？,,hhm20.39488
' hhm,,20.19077
' hhhhhm,，,,,,1.43166987
修正后水头损失列于表3,1。
'h0.7259出口处的逸出坡降J为 J,,,0.29'S2.5粉质壤土的出口段容许坡降为0.50,0.60，小于容许值，满足要求。
表3-3 各段渗透压力水头损失
编' (m) h,(m) h名称 计算公式 S S1 S2 T L iii号
S3/2 ,,，1.5()0.441? 进口段 0.6 , , 25 , 0.445 0.982 0.307 1T
LSS,，0.7()12 ,? 铺盖水平段 ,, 0 1.9 24.4 30 1.175 2.594 3.269 2T
2,S ,,? 齿墙垂直段 lncot[(1)],1.9 - - 24.4 - 0.078 0.172 0.172 34T,
LSS,，0.7()12 ,? 齿墙水平段 ,- 0 0 22.5 2 0.089 0.197 0.197 4T
2,S ,,? 齿墙垂直段 lncot[(1)],1 - - 23.5 - 0.043 0.095 0.095 54T,
LSS,，0.7()12 ,,? 底板水平段 - 1 1 23.5 16 0.621 1.371 1.431 6T
2,S ,,lncot[(1)]? 齿墙垂直段 ,1 - - 23.5 - 0.043 0.095 0.19 74T,
LSS,，0.7()12 ,,? 齿墙水平段 - 0 0 22.5 2 0.089 0.197 0.394 8T
S3/2 ,,，1.5()0.441? 出口段 2.5 - - 25 - 0.488 1.077 0.725 9T
3.071 6.78 6.78 ,
51.9210
不透水层
图3-1 单位(m)
各点的渗透压力值列表如下
表3—4:各角点的渗透压力值 单位(m)
HHHHHHHHHH12345678910
6.78 6.473 3.204 3.032 2.835 2.740 1.309 1.119 0.725 0
2、校核洪水位情况
渗流区域渗透压力水头损失的计算列于表3,3
进出口水头修正
进口处修正系数
11 ,,,,,,,1.211.210.3131.01TS''24.40.6，，，，[12()2](0.059)[12()2](0.059)TT2525' hhm,,，,,0.3131.0550.330111
,,,,hm1.0550.3300.725 1
' hm,，,2.7850.7253.5102
1出口处修正系数 ,,,,,1.210.6731.0222.52.5，，[12()2](0.059)2525
' hhm,,，,,0.6731.1570.779929
,,,,hm1.1570.7790.3789
hhmhm，,,,,0.3130.378879
' ？,,hhm20.42288
' hhm,,20.20477
' hhhhhm,，,,,,1.53766987
,3。 修正后水头损失列于表3
'h0.7999出口处的逸出坡降J为 J,,,0.32'S2.5
粉质壤土的出口段容许坡降为0.50,0.60，小于容许值，满足要求。
表3-3 各段渗透压力水头损失
编' (m) h,(m) h名称 计算公式 S S1 S2 T L iii号
S3/2 ,,，1.5()0.441? 进口段 0.6 , , 25 , 0.445 1.055 0.330 1T
LSS,，0.7()12 ,? 铺盖水平段 ,, 0 1.9 24.4 30 1.175 2.785 3.510 2T
2,S ,,? 齿墙垂直段 lncot[(1)],1.9 - - 24.4 - 0.078 0.185 0.185 34T,
LSS,，0.7()12 ,? 齿墙水平段 ,- 0 0 22.5 2 0.089 0.211 0.211 4T
2,S ,,? 齿墙垂直段 lncot[(1)],1 - - 23.5 - 0.043 0.102 0.102 54T,
LSS,，0.7()12 ,,? 底板水平段 - 1 1 23.5 16 0.621 1.472 1.537 6T
2,S ,,lncot[(1)]? 齿墙垂直段 ,1 - - 23.5 - 0.043 0.102 0.204 74T,
LSS,，0.7()12 ,,? 齿墙水平段 - 0 0 22.5 2 0.089 0.211 0.422 8T
S3/2 ,,，1.5()0.441? 出口段 2.5 - - 25 - 0.488 1.157 0.779 9T
3.071 7.28 7.28 ,
51.9210
不透水层
3.44
6.95
图3-2 单位(m)
各点的渗透压力值列表如下
表3—4:各角点的渗透压力值 单位(m)
HHHHHHHHHH123456789107.28 6.95 3.44 3.255 3.044 2.942 1.405 1.201 0.779 0
3.3防渗排水的细部构造
1、防渗设施
(1)粘土铺盖
铺盖上游端厚度取0.6m，铺盖与底板连接处为一薄弱部位，在该处铺盖加厚，将底板前端做成倾斜面，使粘土能借自重及其上的荷载与底板紧贴;在连接处铺设沥青麻袋止水，一端用螺丝固定在斜面上，另一端埋在粘土中。为了防止水流冲刷及施工时破坏黏土铺盖，在铺盖上设置30cm厚的浆砌石保护层，10cm厚的砂垫层。
(2)齿墙
闸底板的上、下游端均设置齿墙，用来增强闸室的抗滑稳定，并延长渗径，齿墙深1m。
2、排水设施
(1) 水平排水。水平排水为加厚反滤层中的大颗粒层，形成平铺式。排水反滤层一般是由2-3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。
反滤层的材料应该是能抗风化的砂石料，并满足:被保护土壤的颗粒不得穿过反滤层;各层次的粒不得发生移动;相邻两层间，较小一层的颗粒不得穿过较粗一层的空隙;反滤层不能被阻塞，应具有足够的透水性，以保证排水畅通;同时还应保证耐久、稳定，其工作性能和效果应不随时间的推移和环境的改变而变
差。
本次设计中的反滤层有碎石、中砂和细砂组成，其中上部为20cm厚的碎石，中间为10cm厚的中砂，下部为10cm厚的细砂。(见图3-2)
图3-2反滤层布置图 (单位 cm)
铅直排水设计。本工程在护坦的中后部设排水孔，孔距为2m，孔径为10cm，(2)
呈梅花形布置，孔下设反滤层。
(3) 侧向排水设计。侧向排水布置应根据上、下游水位、墙体材料和墙后土质以及地下水位变化等情况综合考虑，并应与闸基排水布置相适应，在空间上形成防渗整体。
在消力池两岸翼墙设2-3层排水孔，呈梅花形布置，孔后设反滤层，排出墙后的侧向绕渗水流。
3、止水设施
凡具有防渗要求的缝，都应设止水设备。止水分铅直止水和止水止水两种。前者设在闸墩中间、边墩与翼墙间以及上游翼墙铅直缝中;后者设在黏土铺盖保护层上的温度沉陷缝、消力池与底板温度沉陷缝、翼墙和消力池本身的温度沉陷缝内。在黏土铺盖与闸底板沉陷缝中设置沥青麻袋止水。
第四章 闸室布置
4.1 闸室结构布置
1、闸室的底板
采用整体式平底板，顺水流方向的长度，底板厚度1.5m。 Lm,20.0
2、闸墩的高程
闸墩高度取9.60m，计算过程及结果见表4—1。
表4—1 闸墩顶高程计算表
水位高程 安全加高 波浪计算高度 闸顶高程 闸墩高度
59.20 0.30 0.59 60.09 8.17 挡水时 最高挡水位
59.50 0.70 0.00 60.20 8.18 设计洪水位
泄水时
61.00 0.50 0.00 61.50 9.58 校核洪水位
3、交通桥、工作桥及检修便桥
交通桥设在水闸下游一侧，桥宽6m，其中人行道宽1m，两边设栏杆。具体尺寸见图4-1。工作桥、检修便桥的型式和尺寸参考已建工程和运用要求确定。具体尺寸见图4-2、4-3。
图4,1 交通桥细部结构图 单位(mm)
700400
70060010020502050
200
400
400200
600200700300单位:mm单位:mm
图4—2:工作桥细部结构图 图4—3:检修便桥细部结构图 4.2 闸门和启闭机
1、闸门的选择
闸门为露顶的直升式闸门，闸门的高度由最高挡水位加0.3~0.5m的安全加高确定，门高=水深+安全加高，取闸门高度为8.0m。采,,，,(59.251.92)0.57.78
m。平面闸门的门槽设用平面钢闸门，闸门设置在偏向上游侧，距闸墩中心点1
在闸墩水流平顺的部位，深度为0.3m。门槽宽度取0.5m。检修门槽深0.2m，宽0.3m。检修门槽与工作门槽之间的净距取为2.0m。闸墩的尺寸及工作闸门和检
2。 修闸门的门缝尺寸如图 4—
图4-4:闸墩细部结构图
mm) 单位(
2、启闭机的选型
)根据规范，对闸门的自重进行估算。采用滚动式支承，对于门高， (1Hm,8.0
1.430.881.430.88 GKKKHBt,,，，，，,1.01.00.138815.85zcg
考虑其他因素取闸门自重160kN。
(2)当上游挡水位为59.2m的时候，计算启闭力。
FnTTnGP,，,，()闭门力: wTzdzsGt
'启门力:FnTTPnGGW,，，，，，() QTzdzsxGjs
式中:—摩擦阻力的安全系数，一般取1.2; nT
Tzd—支承摩擦阻力(kN);
Tzs—止水摩擦阻力(kN);
n—计算闭门力的闸门自重修正系数，取0.9; G
'—计算启门力的闸门自重修正系数，取1.1; nG
G—闸门活动部分的自重(kN);
Ws—作用在闸门上的水柱压力(kN);
P对于滑动轴承摩擦阻力计算公式为:Tzd, ()frf，1R式中:f—滑动支承的摩擦系数，取0.12; 2
P—作用在闸门上总水压力(kN);
对于止水摩擦阻力计算公式为:Tzs,fPzs 3
式中:f—止水与止水座的滑动摩擦系数，取0.65; 3
Pzs—作用在止水上的水压力(kN)。
221)平面闸门的总水压力: P=1/2H1/2107.2882120,LkN,，，，,
2)止水摩擦阻力:
Tzs,fPzs, 0.65[0.510(27.587.28)0.38]61.5，，，，,，，,kN3
P21201203)支承摩擦阻力:Tzd, ()(0.141)53.0frfkN，,，，，,1R4002
4)因闸门为开敞式，作用在闸门上的水柱压力为0.
5)忽略Pt，则闭门力 FkN,，，,，,,1.2(53.061.5)0.91606.6w
依靠闸门自重可关闭闸门。
6)忽略Px，则启门力 FkN,，，，，,1.2(53.061.5)1.1160313.4Q
所以选用 卷扬式启闭机。 QPG400—40
4.3 闸室分缝和止水设备
水闸沿轴线每隔一定距离必须设置沉陷缝，兼作温度缝，以免闸室因不均匀沉陷及温度变化产生裂缝。缝距一般为15-30m，缝宽为2-3cm。整体式底板闸室沉陷缝，一般设在闸墩，一孔，两孔或三孔一联为独立单元，其优点是保证在不均匀沉降时闸孔不变形，闸门仍正常工作。
凡是有防渗要求的缝，都应该设止水设备。止水分铅直和水平两种，前者设在闸墩中间，边墩与翼墙以及上游翼墙本身;后者设在铺盖，消力池与底板，和混凝土铺盖，消力池本身的温度沉降缝内。
本次设计缝宽为20mm，取中间三孔为一联，两边各为两孔一联。止水设备:铅直止水设在闸墩中间，边墩与翼墙间采用水平止水设备。
闸室具体布置见图4-5。
图4,5 闸室布置图
横缝间设置水平止水，见图4—6。
横缝
止水片
沥青油毛毡
图4-6:横缝水平止水
第五章 闸室稳定计算
5.1 荷载及组合
水闸承受的荷载主要由:自重、水重、水平水压力、扬压力、浪压力、地震等。本地区地震烈度在6级以下，不用考虑地震。
荷载组合分基本组合和特殊组合。基本组合按完建无水期和正常挡水期情况，特殊组合按校核挡水期情况。荷载组合见表5—1。
表5—1:荷载组合表
荷载组合 计算情况 自重 静水压力 扬压力 浪压力
基本组合 完建无水期 ?
正常挡水期 ? ? ? ?
特殊组合 校核挡水期 ? ? ? ?
5.2 闸室应力、稳定计算
1、 完建无水情况
荷载计算主要是闸室及上部结构自重，取中间三孔一联为单元进行计算。钢
333筋混凝土容重取，混凝土容重取，砖石容重取，水25/kNm24/kNm19/kNm
3重取。底板顺水流反向长20.0m，垂直水流方向长27.0m。底面积10/kNm
2。力矩为对闸门底板中心所取。计算结果见表5—2。 Am,540
表5—2:完建无水情况荷载计算表
.力矩(kN m) 部位 自重(kN) 力臂(m)
,? ?， 闸底板 20325.00 0 , , 闸墩 19440.00 0 , , 交通桥 3267.00 7.00 22869.00 , 排架 8943.75 1.00 , 8943.75 工作桥 1606.50 1.00 , 7148.93 检修桥 526.50 4.45 , 526.50 启闭室 4218.75 1.00 , 4218.75 启闭机 1200.00 1.00 , 1200.00 闸门 480.00 1.00 , 480.00 合计 60007.50 351.08
WM6,,由公式,,,计算最大及最小应力，验算地基应力。 maxAABmin
60007.56351.08， ,,,,,,110.93kPamin上游54054020，
60007.56351.08， ,,,,，,111.32kPamax下游54054020，
,,，maxmin平均应力: 111.13150kPakPa,,,,,,,,2
,111.32max不均匀系数: ,,,,,1.001.5,,,,110.93,min
故完建期的地基承载力满足要求，地基不会发生不均匀沉陷。
2、正常挡水情况
闸室荷载除了永久设备的自重，还包括水重、水压力、扬压力、浪压力等。正常挡水情况为上游水位58.7m，下游无水。
荷载计算表见表5—3。计算荷载示意图如图5—1。
图5—1:荷载计算示意图。
表5—3:正常挡水情况荷载计算表
.垂直力(kN) 水平力(kN) 力矩kNm 荷 载 力臂
名 称 (m) ? ? ? ? ,? ?， 闸 室 60007.5 , , , , 351.08 , 自 重
P1 , , 6205.73 , 2.26 14024.95 , 上游
水压力 P2 , , 4691.25 , 1.25 , 5864.06 下游水P3 , , , 843.75 1.67 1409.06 , 压力
Pv1 , , 217.07 , 7.00 1519.49 , 浪压力 Pv2 , , 2335.75 , 4.45 10394.09 , 浮 托 力 , 8910 , , 0 , ,
, 3915 , , 0 , , 渗 透
压 力 , 15519.6 , , 3.33 51680.27 , 水 重 15560.1 , , , 5.75 , 89470.58
75567.6 38344.6 13449.8 843.75 , 79378.94 95334.64 合 计 47225.00(?) 12606.05 (?) , 15955.70(?)
WM6,,由公式计算最大及最小应力，验算地基应力。 ,,,maxAABmin
47225.00615955.70， ,,,,，,96.32kPamax上游54054020，
47225.00615955.70， ,,,,,,78.59kPamin下游54054020，
,,，maxmin平均应力: 87.46150kPakPa,,,,,,,,2
,96.32max不均匀系数: ,,,,,1.231.5,,,,78.59,min
验算闸室的抗滑稳定:
0tan,WcA，tan2347225.000.1540，，，,00 KK,,,,,1.591.25,,ccP12606.05,
故正常挡水期的地基承载力满足要求，地基不会发生不均匀沉陷。
2、 校核挡水情况
校核挡水情况为:上游水位为59.2m，下游无水。荷载计算表见表5—4。
表5—4:校核挡水情况荷载计算表
.垂直力(kN) 水平力(kN) 力矩kNm 荷 载 力臂
名 称 (m) ? ? ? ? ,? ?，
闸 室 60007.5 , , , , 351.08 , 自 重
P1 , , 7154.78 , 2.43 17386.12 , 上游
水压力 P2 , , 4802.63 , 1.25 , 6003.29 下游水P3 , , , 843.75 1.67 1409.06 , 压力
浪压力 Pv1 , , 229.55 , 7.50 1721.63 ,
Pv2 , , 2631.94 , 4.80 12633.31 , 浮 托 力 , 8910 , , 0 , ,
, 4320 , , 0 , , 渗透压
力 , 16605 , , 3.33 55294.65 , 水 重 16707.6 , , , 5.75 , 96068.7
76715.1 29835 14818.9 843.75 88795.85 102071.99 合 计 46880.10(?) 13975.15(?) 13276.14(?)
WM6,,由公式计算最大及最小应力，验算地基应力。 ,,,maxAABmin
46880.10613276.14， ,,,,，,94.19kPamax上游54054020，
46880.10613276.14， ,,,,，,86.76kPamin下游54054020，
,,，maxmin平均应力: 90.48150kPakPa,,,,,,,,2
,94.19max不均匀系数: ,,,,,1.091.5,,,,86.76,min
验算闸室的抗滑稳定:
0tan,WcA，tan2346880.100.1540，，，,00 KK,,,,,1.431.05,,ccP13975.15,
故校核挡水期的地基承载力满足要求，地基不会发生不均匀沉陷。
第六章 上下游连接建筑物
6.1 上游连接建筑物
水闸上游连接段包括渠底的铺盖、护底、上游防冲槽以及上游翼墙和护坡。 1、铺盖
采用粘土铺盖。前端厚度为0.6m，逐渐向闸室方向加厚，铺盖上面设置保护层。
2、上游护坡、护底
水闸上游护坡及护底根据水流流态、河床土质抗冲能力布置，并在上游护底首端增设防冲槽。
3、上游翼墙
上游翼墙采用圆弧式，从边墩开始，向上游用圆弧形的铅直翼墙与河岸连接，上游圆弧半径为12m，从闸室向上游岸坡连接时先采用扶壁式，当翼墙插入岸体一定深度时，再采用重力式挡土墙。
6.2 下游连接建筑物
下游连接段包括下游河床部分的消力池、海漫和防冲槽，及两岸的翼墙和护坡两大部分。
1、下游翼墙
下游翼墙采用铅直的八字形翼墙，其扩散角采用8o，直到消力池末端，当进入海漫后采用扭曲面与下游两岸连接，采用悬臂式挡土墙来挡土。 2、护坡
采用浆砌块石护坡，长度与防冲槽末端齐平。
3、消力池、海漫及防冲槽
具体布置见第二章,消能防冲设计。
范文四：水闸课程设计
水利水电工程建筑物课程设计(二) 水闸课程设计
水利水电工程建筑物课程设计(二)
水闸课程设计
编写:田明武
水利工程系
四川水利职业技术学院
二零零三年八月
- 1 - 1
水利水电工程建筑物课程设计(二) 水闸课程设计
水闸课程设计任务书
一、课程设计的目的
课程设计是学生把所学的理论和生产实践相结合的重要环节，所以通过课程设计要达到以下的目的:
1、根据理论知识的学习，使所学的专业技能得到巩固、扩大、深入和系统化。
2、培养综合运用所学知识解决实际工程问题的能力，初步掌握水利工程设计的方法和步骤。
3、训练和提高编写设计文件，进行各种计算和绘制水利工程图的能力和技巧。
4、提高独立钻研问题的能力，培养严肃认真，实事求是，刻苦钻研的工作作风。 二、设计的任务:
根据所给地形、地质、水文和其它有关资料及相应的规划成果，在给定的闸轴线上进行开敞式水闸设计。
1、闸孔型式选择。
2、通过水力计算，确定水闸闸孔尺寸、孔数及消能防冲形式和尺寸。
3、按防渗要求布置闸基地下轮廓线。拟定防渗排设备的形式，尺寸和构造。计算渗透压力。
4、参照已建成类似工程，拟定底板、闸墩、边墩、闸门、启闭机、启闭机桥、公路桥及检修桥的形式和尺寸。
5、闸室稳定计算及地基应力验算。
6、拟定上、下游翼墙及护坡的形式、构造及尺寸。
7、细部构造拟定。
三、设计成果及要求
设计成果包括设计图，设计说明书，其要求如下。
1、设计图:一律铅笔绘制或采用CAD制图，要求制图正确，图面饱满，绘制清晰、比例适当、尺寸齐全。
2、图幅规定为1号图，内容为水闸总体布置平面图与纵剖面图。?? 1张
3、设计说明书:
说明书的内容应包括本建筑物的设计原始资料。设计原理和基本构思以及各部分结构型式和尺寸。计算部分应列出使用的公式和参数并附有计算简图。计算结果尽可能以表格形式表达。
四、课程设计时间安排:
1、了解任务书及熟悉资料???????????????半天
2、水力学计算及渗流计算???????????????半天
3、闸室布置及稳定计算及上下游联接建筑物布置????1天半
- 2 - 2
水利水电工程建筑物课程设计(二) 水闸课程设计
4、画图??????????????????????2天
5、整理报告????????????????????半天
合计??????????????????????5天
水闸课程设计基本资料
一、题目:拦河闸及进水闸枢纽
二、内容:
1、拟定拦河闸的闸室结构型式、孔口型式、孔口尺寸、孔数。闸室总长度，进水闸的孔口尺寸。正常挡水位、设计洪水位、校核洪水位。
2、确定拦河闸(进水闸)闸底板高程。顶部高程，拟定闸室各部分结构尺寸
3、选定下游消能方式，拟定消力池结构尺寸。
4、进行防渗布置，进行渗流计算(任选一种计算方法)。
5、进行闸室稳定计算及地基承载力验算。
6、闸室结构计算。
7、绘制平面布置图一张(在地形图上布置)，工程图一张(50×75cm方格纸)，包括上游立面图，纵剖面图(拦河闸及进水闸)细部构造图。
8、整理计算书，编写课程设计说明书。
三、任务:
除第6项选作外，每人必须完成上述所有内容，在进行荷载组合时，分两组，一组按基本组合计算，另一组按特殊组合计算。
四、基本资料
1、气象资料
闸址为四川省峨边彝族自治县境内某河上，流域多年平均气温16.2?，极端最低气温-3.2?，极端最高气温为35.7?。多年平均年降水量为841.5mm，多年平均相对湿度为77%，最小相对湿度为11%，多年平均蒸发量1257mm，多年平均风速2.1m/s，历年最大风速17.3m/s。
2、地形、地质资料
工程区位于四川省盆地西南部边缘地带，区内冲沟发育，地形切割深而陡竣，沟深数十米至上百米，属构造剥蚀形成的高中山地形和河谷下切而形成的构造侵蚀地形。
闸址河床宽13,25m。谷底覆盖层度0.5,2.5m，以砂砾卵石为主，夹少量漂石，石质以砂岩、灰岩为主，结构稍,中密，透水性强。
谷底下伏基岩为侏罗系砂溪庙组粉细粒砂岩与砂质泥岩互层。岩体较完整，弱风化带厚度10,15m，透水性中等。岸坡坡角30,35?。堆积层为亚粘土夹块碎石，结构松散，厚度1,3m。高程1930m以上为岩质边坡。两岸无不良物理地质作用，边坡稳定。
- 3 - 3
水利水电工程建筑物课程设计(二) 水闸课程设计
岩体强风化带厚度6,8m，弱风化带15,20m。
地震设计基本烈度7度。
3、相关技术指标及参数
1)、水闸基本参数:
进水闸底板顶面高程:1907.50m;
3进水闸设计引用流量:2.5m/s;
2)、洪水资料:
3333P=0.5%，Q=268m/s;P=1%，Q=232m/s;P=2%，Q=189m/s;P=3.333%，Q=173m/s;
3P=5.0%，Q=152m/s。
3)、洪水标准及建筑物级别
2000》的规定，本工程属5等小二型工程，根据《水闸设计规范》，根据《SL252,
主要建筑物及次要建筑物均按照5级建筑物设计。
根据规范，本工程按三十一遇洪水设计，一百年一遇洪水校核。
4)、地质相关参数
闸基与砂卵石地基之间摩擦系数:f,0.5;
闸基与岩石地基之间摩擦系数:f,0.6; 地基允许承载力:[R]=0.25Mpa; 土
地基允许承载力:[R]=10Mpa; 岩
凝聚力:C=0;
渗透系数:K=20,30m/d;
允许渗透比降:J=0.16; 允
开挖边坡:m=1:1;
3允许单宽流量:q=16 m/s。
5)、1:500地形图一张，闸轴线已在图中表明。
- 4 - 4
水利水电工程建筑物课程设计(二) 水闸课程设计
水闸课程设计指导书
一、资料分析
了解本工程在国民经济中的作用,熟悉各种水位特征及相应的流量等规划成果。研究地形、地质、水文气象，分析这些条件对水闸设计和施工的影响。 二、闸室型式的选定
在给定的轴线上，根据运用要求选定闸室的型式。
三、水力计算
1、闸孔口尺寸设计
(1) 闸底板高程的确定:根据水闸下游的地质条件及水闸工程量的经济比较，确定闸底板高程。本次设计建议采用平底板。
(2) 闸孔总宽度的计算:根据水闸的上下游水位及闸底高程判断过闸水流的性质。按相应的水力学公式计算闸孔总宽度。
(3) 孔数及孔宽的选定:根据计算和遵照“水利水电工程钢闸门的设计规范”(SL282—2000)的规定选定合理的单孔宽及相应的孔数。
(4) 水闸泄流能力验算:根据初步确定的孔数，孔宽及相应的水位验算孔口泄流能力。
2、消能防冲设计
根据水闸闸址区地形、地质条件，建议采用消力池消能。本设计需要确定消能防冲各设计尺寸及构造。
(1) 确定消能控制情况及消力池尺寸:
根据情况分析，在闸门局部开启时多为最不利的消能情况，应根据列表试算法来确
定消力池的各项尺寸。
(2)护坦的厚度根据公式并参考相似的已建工程确定。
(3)海漫及防冲槽尺寸及构造的确定:可按教材中所介绍公式及参考已建工程确定。 四、防渗设计
1、闸底轮廓布置:
渗径长度应满足防渗要求，渗径系数应大于5,7。
2、建议采用浆砌石或混凝土铺盖，长度在(3,5)倍水头范围内选取。参考教材及已建工程实例拟定铺盖的各项尺寸及构造
- 5 - 5
水利水电工程建筑物课程设计(二) 水闸课程设计
3、排水及反滤层的布置参教科书
4、侧向防渗布置:
两岸防渗布置必须与闸室防渗相配合，两岸各个可能的渗径都不得小于闸室渗径。 5、闸底板渗透应力计算:建议采用改进的阻力系数法计算。
五、闸室布置
1、闸室建议采用整体式平底板，底板顺水流方向不宜过长，主要根据上部结构布置要求及满足闸室稳定的需要。
2、闸门及闸墩型式的选择和尺寸的拟定:建议采用钢筋混凝土平板闸门，可参考教材根据水闸的运用要求确定闸墩高度。
3、交通桥宽:无交通要求
4、工作桥的型式和尺寸可参考已建工程和运用要求确定。
5、按比例绘制闸室布置草图并注明尺寸。
六、闸室稳定及地基应力验算
1、地基应力验算:按完建无水及关门挡水，下游无水两种情况计算，要求:
,max,,,,,，0min0,,,1.2[P],minmax地基
2.稳定计算
(1)正常情况按关门挡水时下游无水(可认为地下水位与闸底板齐平)闸室稳定计算。
(2)校核情况，按上游正常洪水位，下游相应水位验算稳定情况。
以上稳定计算均要求满足规范规定的抗滑稳定安全系数，如不能满足时应采用相应的措施解决。
七、闸室与两岸连接建筑物的布置
参考已建工程及教材。
八、细部构造处理
止水构造等
九、主要参考书
教材
水工建筑物设计手册
水闸设计规范
- 6 - 6
水利水电工程建筑物课程设计(二) 水闸课程设计
水利水电工程等级划分及洪水标准
十、编写设计说明书参考提纲
第一章 总论
第一节 概述;第二节 基本资料;第三节 工程综合说明书
第二章 水力计算
第一节 闸室的结构型式及孔口寸确定;第二节 消能防冲设计 第三章 水闸防渗及排水设计
第一节 闸底轮廓布置;第二节 防渗和排水设计及渗透压力计算;第三节 防渗排水设施和细部构造
第四章 闸室布置
第一节 闸底板、闸墩;第二节 工作桥、公路桥、检修便桥;第三节 闸门和启闭机;第四节 闸室的分缝和止水设备
第五章 闸室稳定计算
第一节 荷载及其组合;第二节 地基应力验算;第三节 闸室稳定验算 第六章 渠道及沉砂池设计
第七章 上下游连接建筑物
第一节 上游连接建筑物;第二节 下游连接建筑物
- 7 - 7
范文五：水闸课程设计
上海市崇明县界河水闸
复核计算分析报告
2009年9月1日
目录
1工程概况及基本资料.......................................................................22闸顶高程复核...................................................................................53闸孔宽度及消能防冲复核..............................................................54闸室防渗复核...................................................................................65闸室稳定复核计算...........................................................................86地基沉降计算...................................................................................97闸室底板、墩墙配筋复核计算......................................................98上、下游消力池结构复核............................................................129翼墙复核计算.................................................................................1410闸门结构及启闭机启闭力复核..................................................1711评价及建议...................................................................................20
崇明县界河水闸复核计算分析报告
1工程概况及基本资料
界河水闸位于崇明县西北方向的新村乡，工程坐落在临长江北支的界河入江口。是《上海市崇明岛水利规划（引淡除涝规划）》的27座崇明岛沿岛水闸之一，工程任务为挡潮和排涝，并兼顾引淡和通航。工程挡洪设计标准为100年一遇高潮位加11级风，排涝标准设计标准为20年一遇。
界河水闸闸室为开敞式结构型式，闸室底板面高程为-0.50m，底高程为-2.00m，闸室顶高程8.50m。顺水流向：底板长20.00m，下游（长江侧）设置20.00mU型槽结构消力池，消力池后接长60.00m海漫和长12.00m防冲槽，上游（内河侧）设置18.00mU型槽结构消力池，消力池后接长40.00m海漫和长12.00m防冲槽。上、下游翼墙为“⊥”型钢筋混凝土结构。
闸室下游布置公路桥，桥面总宽7.50m，净宽7.00m，桥面高程为8.50米，桥面横坡1.4%，设计荷载为公路Ⅱ级。
闸室布置平板直升钢闸门，闸门顶高程7.00m，配备QPQ2×250kN卷扬式启闭机。
根据工程规模及防护对象的重要性，闸室以及与闸室连接的内、外河消力池、外河侧翼墙等为1级建筑物，内河侧翼墙等为3级建筑物。
根据《中国地震动参数区划图（GB18306-2001）》，工程处6度
地震设防地区，按《水工建筑物抗震设计规范（SL203-97）》，1级建筑物基本地震烈度可提高1度，按7度进行抗震设计，其余建筑物按6度可不进行抗震计算。
根据《岩土工程勘察报告》，闸址（Z6钻孔资料）处土层自上而下分布情况如下：
底面至高程2.21m，为①1层，为人工填土；
高程2.21m～-0.49m，为③1层，淤泥质粉质粘土夹粉性土，天然重度18.1kN/m3，凝聚力c=10kPa，摩擦角φ=15度，渗透系数5.0E-5cm/s，承载力设计值为75kPa。
高程-0.49m～-3.79m，为③2-1层，砂质粉土，天然重度18.7kN/m3，凝聚力c=6kPa，摩擦角φ=28度，渗透系数3.0E-4cm/s，承载力设计值为130kPa，压缩模量Es=9MPa。
高程-3.79m～-8.79m，为③2-2层，粉砂，天然重度18.7kN/m3，凝聚力c=0kPa，摩擦角φ=30度，渗透系数9.0E-4cm/s，承载力设计值为140kPa，压缩模量Es=13MPa。
高程-8.79m～-15.09m，为⑤1层，粉质粘土夹粉性土，天然重度18.2kN/m3，凝聚力c=8kPa，摩擦角φ=20度，渗透系数7.0E-5cm/s，承载力设计值为110kPa，压缩模量Es=8MPa。
高程-15.09m～-19.79m，为⑤2-1层，砂质粉土，天然重度18.7kN/m3，压缩模量Es=15MPa。
高程-19.79m以下为⑤2-2层，粘质粉土夹粘性土，天然重度
18.3kN/m3，压缩模量Es=10MPa。
闸底板底面高程为-2.00m，处③2－1层砂质粉土上，闸底下该层土厚度约2.0m，该层土具有承载力高、压缩性低，该层下为厚度、强度均较大的第③2－2层粉砂。在7度地震时，为不液化土层。
本复核计算内容为闸顶高程复核；闸孔宽度及消能防冲复核；闸室防渗复核；闸室抗滑稳定复核计算；闸室底板、墩墙配筋复核计算；上、下游U型槽消力池配筋复核；翼墙稳定复核计算；闸门结构及启闭机启闭力复核等。
根据设计单位提供的资料，工程复核计算水位及组合见下表1。
工
况
表1复核计算水位组合内河水位外河水位（m）（m）
3.753.752.502.50无水2.500.822.503.752.502.80
3.690.822.30-0.20无水6.54+11级风
3.693.690.82-0.20-0.20
流量
（m3/s）78.622.054.94.4
备注闸孔计算消能计算闸孔计算消能计算
排涝(一)
孔径及消能计算
排涝(二)排涝(三)排涝(四)完建期正向设计(一)正向设计(二)
稳定计算
正向地震反向设计(一)反向设计(二)反向校核
2闸顶高程复核
在正向设计（一）工况下，复核闸顶高程。风浪计算按《水闸设计规范》附录E进行，吹程取闸前水面宽度5倍，计算波浪压力图形见《水闸设计规范》图E.0.2-1，计算结果:
波浪中心线以上高程HL=0.661(m)静水位至波浪中心距离Hz=0.201(m)波长LL=6.82(m)浪高HL+Hz=0.862(m)
单位宽度内波浪压力PL=14.692(kN/m)压力形心至底板面距离y=6.191(m)
挡洪时，闸顶高程为最高挡洪水位加波浪计算高度与相应安全超高值之和，对1级水闸，安全超高值下限为0.50m，由此可计算闸顶高程为：6.54+0.862+0.5=7.902m。
根据《水闸设计规范》，防洪堤上的水闸，顶高不得低于防洪堤堤顶高程，该处防洪堤堤顶高程为8.00m，设计闸顶高程为8.50m，满足规范要求。
3闸孔宽度及消能防冲复核
在排涝水位下，闸孔宽度核算采用《水闸设计规范（SL265-2001》附录A相关公式计算，经计算各水位组合下过流流量如下表2。
表2
工况排涝(一)排涝(三)
水位(m)上游3.752.50
闸孔过流流量核算成果表
设计流量(m3/s)78.654.9
计算流量(m3/s)65.273.7
备注
可降低下游水位
下游3.692.30
计算表明，在排涝(一)水位组合下，建议增加过闸落差，以达到设计流量。
消能防冲核算采用《水闸设计规范（SL265-2001》附录B相关公式计算，经计算各水位组合下消力池尺寸如下表3。
消能防冲核算成果表
消力池消力池水位(m)设计流量
深度长度3
(m/s)上游下游(m)(m)3.752.50
0.82-0.20
22.04.4
0.460.405
10.85.95
表3
工况排涝(二)排涝(四)
备注
下游设置深1.00m，长20.00m消力池，可满足排涝工况下的消能防冲。
4闸室防渗复核
闸室底板处在③2-1砂质粉土上，其土层渗透系数k=3.00E-4cm/s，底高程为-3.79m，其下③2-2层，粉砂土，渗透系数k=9.00E-4cm/s，均为透水土层。闸室顺水流向闸底板长20.00m，底板下上下游设置防渗板桩，桩底高程为-10.70m，上游（内河侧）设置18.00m长U型槽消力池，下游（长江侧）设置20.00m长U型槽消力池，消力池末端设置滤层、冒水孔，计算闸基防渗长度为62.00m。在正向设计（一）工况，上、下游水位差最大，为4.04m，按《水闸设计规范
4.3.2条，（SL265-2001）》需要防渗长度L＝C△H＝11×4.04=44.5m，设计防渗长度满足规范要求。
采用改进阻力系数法在正向设计（一）工况下进行渗流复核，地下轮廓线见图1，按《水闸设计规范》（SL265-2001）附录C.2计算各段的阻力系数，并计算各段的渗压水头损失。计算成果如下表4。
4图1渗流地下轮廓线
表4渗流计算成果表
区段号1-22-33-44-55-66-77-88-99-1010-1111-1212-1313-14
区段名进口水平段内部垂直段内部水平段内部垂直段内部水平段内部倾斜段内部水平段内部倾斜段内部水平段内部垂直段内部水平段内部垂直段出口水平段
水头损失值0.0300.9860.0250.5090.0000.0460.8490.0460.0000.5090.0250.9940.021
坡降0.0060.1200.1000.0640.0000.0410.0530.0410.0000.0640.1000.1210.004
根据表4渗流计算成果，出口段坡降J0=0.004<><>
5闸室稳定复核计算
闸室稳定计算按《水闸设计规范（SL265-2001）》第7.3节规定进行。
根据地质资料，闸室底板处在③2-1层砂质粉土上，凝聚力c=6kPa，内摩擦角φ=28度，承载力设计值为130kPa。闸室基底面与地基间摩擦系数按《水闸设计规范（SL265-2001）》第7.3.11条公式计算：
f0=
tgφ0∑G+C0A
G
经计算，闸室稳定计算成果见表5。
表5
水位
计算工况
H上游m
完建期挡潮设计(一)挡潮设计(二)地震挡水设计(一)挡水设计(二)挡水校核
无水2.500.822.503.752.502.80
H下游m无水6.543.693.690.82-0.20-0.20
闸室稳定计算成果表
偏心
地基反力
距em-0.65-0.89-0.60-1.56-1.16-1.05-1.08
PmaxkPa
PminkPa
PkPa
不均匀系数η
[η]
抗滑稳定安全系数Kc∞3.96
[Kc]1.351.35
143.2796.37119.821.492.00104.3860.53110.3876.47131.5547.62124.5660.38127.9366.80127.8965.47
82.4693.4389.5992.4797.3796.68
1.722.00
1.442.0010.201.352.762.502.062.00
4.179.82
1.101.35
1.922.0015.261.351.952.5013.021.20
注：偏心距负值表示偏上游(内河侧)；对地震期，不均匀系数可适当增大。
复核计算可以看出：闸墩外侧设置空箱，而水压力作用宽度仍为闸孔宽度，能显著提高闸室抗滑稳定安全系数；启闭机房、控制室、景观房等建筑偏内河侧布置，在内河水位高的各挡水工况，地基反力不均匀系数较大，接近（或者略微超出）规范允许值，建议利用闸墩外侧空箱合理填土（如长江侧空箱填土，内河侧空箱不填或者少填土），调整由于建筑布置引起的地基反力不均匀。
复核计算成果表明地基承载力、基底应力不均匀系数满足规范要求，抗滑稳定安全系数满足规范要求。
6地基沉降计算
地基最终沉降量按《建筑地基基础设计规范（GB50007－2002）》式（5.3.5）计算：
s=ψs∑
i=1n
p0
zii?zi?1i?1Esi
()
经计算，最终沉降量为11.3cm，满足规范“地基最大沉降量不超过15cm”。
7闸室底板、墩墙配筋复核计算
界河水闸底板与墩墙、空箱构成U型结构，在稳定计算的基础上，在下游闸门（工作门）处划分为两部分进行不平衡剪力计算。结构计算采用河海大学《水工结构内力计算与图形处理（SGR04）》软件，计算模型见图1，考虑稳定计算各工况荷载，经计算，上、下
游闸室结构弯矩包络图见下图2。
图1计算模型
-323.-177--6图1闸室结构弯矩包络图
结构配筋计算相关系数按《水工混凝土结构设计规范(SL191-2008)》取值，下游闸室结构配筋复核计算成果见表6，上游闸室结构配筋复核计算成果见表7。
表6
部位计算项目弯矩标准值
αsγs
计算所需配筋As设计配筋As
mm2mm
2
下游闸室结构配筋计算成果表
下游闸室
墩墙(迎水侧)593.50.030.991985/22501900
单位kN*m
底板面层1501.00.070.9651296157.5φ28@100
底板底层177.70.011.00589/22502094φ20@150
空箱底板底面
323.40.020.9912942094φ20@150
φ22@200
表7
部位计算项目弯矩标准值
αsγs
计算所需配筋As设计配筋As
mm2mm
2
下游闸室结构配筋计算成果表
下游闸室
墩墙(背水侧)165.40.011.00548/22501900
空箱底板底
面488.70.030.9819662094φ20@150
单位kN*m
底板面层1408.90.060.9748036457.5φ28@100
底板底层624.80.030.992091/22502094φ20@150
φ22@200
计算成果表明闸室底板、墩墙配筋能满足要求。
8上、下游消力池结构复核
上、下游消力池为U型槽结构，由于紧接消力池的翼墙通长设置透水孔，U型槽墙后水位和墙前水位相差不大，因此完建期为U型槽结构计算的控制工况。结构计算采用河海大学《水工结构内力
计算与图形处理（SGR04）》软件，经计算，上、下游消力池U型槽弯矩图见下图3。结构配筋计算相关系数按《水工混凝土结构设计规范(SL191-2008)》取值，配筋计算成果见表8。
--25图3
表8
部位计算项目弯矩标准值
αsγs计算所需配筋
As设计配筋As
mm2单位kN*m
上、下游消力池结构弯矩图上、下游消力池结构配筋成果表
长江侧
内河侧
底板底层445.90.050.9823633753
φ20@150+φ18@150
墩墙(背水侧)445.90.030.9819553753
底板面层566.20.060.9730212532
φ22@150
墩墙(背水侧)253.40.010.998793753
φ20@150+φ18@150
底板面层506.80.020.9917692532
φ22@150
底板底层253.40.010.998793753
φ20@150+φ18@150
mm2
φ20@150+φ18@150
复核表明，除下游U型槽底板面层配筋偏少外，其它部位钢筋配置满足承载力要求。
9翼墙复核计算
界河水闸上、下游翼墙为“⊥”形钢筋混凝土挡土墙，翼墙剖面结构见下图4。计算考虑的荷载为结构自重、水重、水压力、扬压力、地震等作用。根据地质资料，长江侧第1节、内河侧第1节翼墙底板处在③2-1层砂质粉土上，凝聚力c=6kPa，摩擦角φ=28度，承载力设计值为130kPa。长江侧第2节、内河侧第2节翼墙底板处为③1层，淤泥质粉质粘土夹粉性土，凝聚力c=10kPa，摩擦角φ=15度，承载力设计值为75kPa。翼墙基底面与地基间摩擦系数按《水闸设计规范（SL265-2001）》第7.3.11条公式计算：
f0=
tgφ0∑G+C0A
G
经计算，翼墙稳定计算成果见表9。
内河侧第2节翼墙
图4翼墙结构计算示意图
表9水位
项目名称
计算工况
墙前墙后m
完建期
长江侧第高水位1节翼墙低水位
地震期完建期
长江侧第高水位2节翼墙低水位
地震期完建期
内河侧第高水位1节翼墙低水位
地震期完建期
内河侧第高水位2节翼墙低水位
地震期
m
翼墙稳定计算成果表偏心
地基反力
距em0.090.150.180.43
pmaxkPa
pminkPa
pkPa
不均匀系数η
[η]
抗滑稳定安全系数Kc
[Kc]
-2.00-2.006.54-0.203.69
6.541.003.69
116.4297.72107.071.192.002.131.3570.12
52.40
61.2693.8770.6588.7051.5884.2760.7291.1555.7074.9664.2269.1643.5362.8151.97
1.342.002.251.351.422.001.701.352.372.501.421.101.502.001.871.351.722.002.021.351.752.001.701.353.682.501.291.101.222.001.901.251.482.001.891.251.462.001.611.252.532.501.301.051.142.002.141.251.402.002.101.251.172.001.901.252.002.501.441.05
110.1877.5699.36
41.94
-2.00-2.000.151106.5270.886.54-0.203.69
6.541.003.69
0.1990.200.43
65.23
37.92
107.1861.3595.49
25.94
-2.00-2.000.083100.2482.063.750.822.50
3.751.002.50
0.160.160.36
66.4289.0792.0973.8150.8567.8069.30
44.9860.8536.3564.5036.2057.8234.63
-2.00-2.000.0453.750.822.50
3.751.002.50
0.1120.050.22
注：偏心距正值表示偏墙前；对地震期，不均匀系数可适当增大。
计算成果表可以看出除长江侧第2节翼墙完建期、低水位工况地基反力大于地基允许承载力设计值(75kPa)外，其余各节翼墙各工况地基承载力、地基反力不均匀系数、抗滑稳定安全系数均满足规范要求。建议对长江侧第2节、内河侧第2节翼墙底板下③1层淤泥质粉质粘土夹粉性土进行处理。
10闸门结构及启闭机启闭力复核
界河水闸闸门为双主梁平面钢闸门，闸门宽度11.94m，闸门高度7.60m，配备QPQ-2×320kN卷扬式启闭机。
根据各工况水位组合进行分析，闸门在正向设计(一)（长江侧水位6.54m+11级风，内河侧水位2.50m）所受水压力最大，该工况验算门叶结构的强度；排涝(二)工况启闭闸门（长江侧水位0.82m，内河侧水位3.75m）启闭力最大，该工况验算启闭机启闭力。
10.1主梁复核
在正向设计(一)水位组合工况下，闸门受水压力见图5
。
图5闸门受水压力示意图
面板兼做主梁翼缘的有效宽度按《水利水电工程钢闸门设计规范》计算：
B=ξ1b=0.715×850=608mmB≤60δ+bl=60×12+16=736mm
取两者的小值B＝608mm。
上主梁受荷载q1＝112.46kN/m，下主梁受荷载q2=105.04kN/m，上主梁受水压力最大，其内力、应力计算：
11
M=ql2=×112.46×12.42=2161.5kN?m
88
My12161.5×106×660.522
σ1===159.87N/mm<[σ]=160n>
I0.00893×1012
My22161.5×106×619.5σ2===149.95N/mm2<[σ]=160n>
12
I0.00893×10
计
算表明，闸门主梁强度满足规范要求。
10.2面板复核
闸门面板按《水利水电工程钢闸门设计规范》附录G中式（G1）验算。
上主梁与下主梁之间面板区格受水压力最大，其应力计算：
σzh=
σ+σ
2
mymx
?σ0x?σmyσmx?σ0x≤1.1α[σ]
2
σmy=kyqa2/δ2=0.498×0.0404×8502/122=100.9N/mm2σmx=μσmy=0.3×100.9=30.27N/mm2
σzh=.92+30.27?159.87?100.9×30.27?159.87=200.13
2
≤1.1α[σ]=1.1×1.5×160=264N/mm
2
计
算表明面板强度满足要求。
10.3闸门启闭力复核
闸门启门力按《水利水电工程钢闸门设计规范》中式（8.1.1-3）计算：
'
FQ=nT(Tzd+Tzs)+nGG+Ws
Tzd=
P
(f1r+f)=979.2×(0.25×85+1)=54.47kNR400
Tzs=f3Pzs=0.7×24.48=17.14kN
FQ=1.2×(54.47+17.14)+1.1×303.8=420.1kN
启闭机选用QPQ-2×320kN卷扬式启闭机，满足启门力要求。闸门闭门力按《水利水电工程钢闸门设计规范》中式（8.1.1-1）计算：
FW=nT(Tzd+Tzs)?nGG=1.2×(54.47+17.14)?0.9×303.8
=?187.5kN<>
闸门可依靠自重关闭。
10.4吊耳复核
吊耳孔壁承压应力按《水利水电工程钢闸门设计规范》附录K中式（K2）计算：
P0.25×640×103
σcj===30.8N/mm2<[σcj]=120n>
dδ100×52
吊耳孔拉应力按附录K中式（K3）计算：
R2+r21302+50222
σk=σcj22=30.8×=41.5N/mm<[σ]=120n>
R?r1302?502
吊耳孔壁承压应力、吊耳孔拉应力满足规范要求。
11评价及建议
1、界河水闸处长江防洪堤上，该处防洪堤堤顶高程为8.00m，闸顶设计高程为8.50m，满足《水闸设计规范》要求。
2、闸孔设计净宽12.00m，在排涝(一)水位组合下(内河水位
3.75m，长江水位3.69m)，闸孔计算过流为65.2m3/s，未能达到给定的设计流量78.6m3/s，建议增加过闸落差，以达到设计流量。闸上、下游消能防冲满足规范要求。
3、闸室在最大水位差工况下（长江内水位6.54m，内河侧水位
2.50m），顺水流向渗径长度满足规范要求，采用改进阻力系数法计算出口段渗流坡降为0.004，小于规范允许值0.325，水平段渗流坡降为0.053，小于规范允许值0.065(闸室底板处在砂质粉土上，按规范取出口段允许坡降0.25，水平段允许坡降0.05，出口设置滤层允许值可加大30％)，闸室渗流长度、渗流坡降满足规范要求。
4、闸室地基承载力、基底应力不均匀系数满足规范要求，抗滑稳定安全系数满足规范要求。由于启闭机房、控制室、景观房等建筑偏内河侧布置，在内河水位高的各挡水工况，地基反力不均匀系数较大，接近（或者略微超出）规范允许值，建议利用闸墩外侧空箱合理填土（如长江侧空箱填土，内河侧空箱不填或者少填土），调整由于建筑布置引起的地基反力不均匀。
5、闸室地基计算最终沉降量为11.3cm，满足规范“地基最大沉降量不超过15cm”。
6、闸室底板、墩墙配筋满足规范要求。
7、上、下游消力池，除下游U型槽底板面层配筋偏少外，其它部位钢筋配置满足承载力要求。建议下游U型槽底板面层钢筋由φ22@150调整为φ25@150。
8、除长江侧第2节翼墙完建期、低水位工况地基反力大于地基允许承载力设计值(75kPa)外，其余各节翼墙各工况地基承载力、地基反力不均匀系数、抗滑稳定安全系数均满足规范要求。建议对长江侧第2节、内河侧第2节翼墙底板下③1层淤泥质粉质粘土夹粉性土进行处理。
9、闸门主要构件强度满足规范要求，启闭机启闭力满足各排涝工况下闸门运行要求。
