毕业设计黄圃镇三乡围乌珠水闸重建工程施工阶段.docx
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毕业设计黄圃镇三乡围乌珠水闸重建工程施工阶段
计算书
项目名称：
黄圃镇三乡围乌珠水闸重建工程
设计阶段：
施工阶段
审核日期
校核日期
计算日期
附表1水闸闸室箱涵结构设计计算稿
附表2水闸前后段U型槽结构设计计算稿
附表3水闸内、外河侧悬臂式岸墙稳定计算稿
附表4水闸闸室稳定计算表
附表5水闸桩基础处理计算表
附表6水闸渗流稳定计算表
1基本资料
1.1结构及基本数据
乌珠水闸形式采用开敞式，结构采用砼整体箱涵式结构。
水闸为单孔，净宽3m，闸底板面高程-1.75m，底板厚0.65m,侧墙厚0.65m,闸室长15m，闸室后段设8.0m宽交通桥,交通桥桥板采用C25现浇混凝土结构。
水闸按50年一遇洪水标准设计，建筑物级别为3级。
根据水闸和河道的运行工况，对水闸的各种最不利运行工况确定如下：
（1）外江设计洪（潮）水位2.88m
外江可能的最高设计潮水位，此时闸顶高程不漫顶，向内涌稳定计算时的最不利水位，此时遭遇正常蓄水位0.00m。
（2）外江控制平均低水位0.50
正常排洪情况下外江遭遇的计算水位，消能计算时的最不利情况，考虑到0.3m的过闸损失，此时内涌水位为0.80m。
（3）外江设计低水位0.00m
正常运行情况下外江遭遇的最不利计算水位，向外江稳定计算时的最不利水位，此时内涌水位为1.00m。
（4）排涝外江设计水位1.00m
内涌设计洪水情况下外江遭遇多年平均高潮水位，此水位影响水闸的泄流能力，此时水闸闸室整体承受最大水压力，水闸基础平均基底应力情况。
水闸特征水位表
工程任务
特征指标
水位值（m）
备注
挡水
闸外设计洪潮水位
2.88
此水位向内稳定最不利
闸内水位
0.00
排洪
闸内河涌水位
2.20
此水位消能最不利
闸外低潮平均水位
1.00
外江顶托时最高排洪水位
1.90
此水位平均应力最不利
1.2安全系数
根据水闸设计规范：
3级水闸基底面抗滑稳定安全系数的允许值〔kc〕和基底应力最大值与最小值之比η的允许值见下表。
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η
基本
组合
蓄水工况
1.25
1.5
完建工况
1.10
2.0
设计挡潮
1.25
1.5
特殊
组合
正常挡潮＋地震
1.05
2.0
1.3计算采用规范、标准
（1）《水工建筑物荷载设计规范》DL5077-1997
（2）《水闸设计规范》SL265-2001
（3）《水工混凝土结构设计规范》SL/T191-96
（4）《建筑抗震设计规范》GBJ11-89
1.4风浪计算要素
计算风速根据广东省水利厅2003年7月编制的《中山市水利工程防洪（潮）标准》中“相应年最高潮位日的最大风速计算成果表”查得为V=21m/s（P=2%）。
吹程在1：
1000实测地形图上量得D=200m;
闸前平均水深Hm=5.80m
1.5地质资料
采用《中山市黄圃镇三乡围乌珠水闸重建工程岩土工程勘察报告》，因钻孔ZK1和ZK2位于闸室两侧位置，经比较采用ZK1钻孔地质资料。
各层土层的设计参数如下：
桩基设计参数建议表
层序号
岩土层名称
土（岩）层
容许承载力
f（kPa）
钻（冲）孔桩桩周土（岩）极限摩阻力标准值
qsik（kPa）
钻（冲）孔桩极限端阻力
标准值qpk（kPa）
桩入土深度（m）
≤15
＞30
〈2-1〉
淤泥质土
70.
8
（2-2）
淤泥
60
4
〈2-3〉
淤泥质土
70
8
〈3〉
粘土
230
26
500
700
〈4-1〉
粗砂
800
80
800
1000
〈4-2〉
砂质粘性土
1500
130
1200
1600
1.6地震设防烈度
根据《广东省地震烈度区划图》，中山市属7度地震基本烈度地区，故乌珠水闸工程地震烈度为7度。
2基本尺寸的拟定及复核
2.1抗渗计算
2.1.1渗径复核
按图拟定的水闸底板尺寸，根据《水闸设计规范》SL265-2001第4.3.2条表4.3.2,水闸闸基为淤泥，渗径系数取C=9则：
设计水位下要求渗径长度：
L=C△H=9×2.88=25.92m
实际渗径长度：
Ls＝0.5+0.6+5.8+0.6+0.5+0.7+0.7+12.2+0.7+0.7+4＝27m
∴Ls〉L
∴满足渗透稳定要求。
2.1.2渗流稳定计算
水闸的渗流计算采用改进阻力系数法进行计算。
1.各段的水头损失值
各段的水头损失值按照下式计算:
式中:
hi-----各分段水头损失值（m）;
ξi-----计算水头
n-----总分段数
x-----计算点与出逸点之间的渗径
分别计算各段的水头损失得结果见渗透压力计算excel表.
2.抗渗稳定性运行验算
渗流坡降值：
J=H/L=2.88/26=0.111
∵根据《水闸设计规范》SL265-2001第6.0.4条取地基水平段和出口段允许渗流坡降值分别为0.08和0.26。
∴水闸闸基抗渗稳定满足要求
水闸蓄水后，水流不仅通过地基向下游渗透，而且将绕过两岸的连接建筑物向下游渗透。
因此两岸连接建筑物也必须做相同长度的防渗措施，对两侧的填方土料必须按照防渗土料的要求选择。
2.1.3滤层设计
水闸闸室底板底部设100厚C15砼垫层外，不设专门的滤层。
内涌U型槽设反滤层，从下至上依次为反滤土工布一层、中粗砂150mm和碎石150mm。
2.1.4防渗帷幕及排水孔设计
根据地质资料，该闸址处的地基为淤泥和考虑到水闸闸址处交通条件，闸室基础处理采用Φ400AB型砼预应力管桩，不设专门的防渗措施,两端设齿墙不设排水孔。
内河涌U型槽中设置PVC排水管，按梅花型布置，纵横间距均为1m。
2.1.5永久缝止水设计
根据工程实际,永久缝采用塑料止水接缝板并设止水铜片，塑料止水接缝板满足行业的有关质量要求。
2.2闸顶高程
2.2.1风浪要素
采用《水闸设计规范》推荐的蒲田试验站公式计算风浪要素：
设计工况的设计潮水位为h0=2.88m，相应设计最大风速为V0=21m/s；风区长度取200m。
风区内的平均水深取Hm＝5.8m；
2.2.1闸顶高程确定
闸顶高程按《水闸设计规范》中的有关公式进行计算。
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）。
具体计算如表：
闸顶高程计算表
序号
项目名称
单位
设计工况
一、
波浪要素计算
1
计算风速v0
m/s
21
2
风区长度D
m
200
3
风区平均水深Hm
m
5.80
4
闸前水深H
m
5.28
5
重力加速度g
m/s2
9.81
6
平均波高hm
m
0.16
7
平均波周期Tm
s
1.76
8
假定平均波长L
m
12.55
9
计算平均波长Lm
m
4.78
二、
波高计算
1
水闸级别
3
2
波列累积频率
5%
3
hm/Hm
0.03
4
hp/hm
1.93
5
累积频率p=5%的波高hp=hp/hm*hm
m
0.30
6
波浪中心线超出设计水位的高度hz
m
0.06
三、
闸顶高程计算
1
设计洪（潮）水位（P=2%）/历史最高水位
m
2.88
2
安全加高A（m）
m
0.4
3
计算闸顶超高y=hp+hz+A
m
0.76
4
计算闸顶高程
m
3.64
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。
另外根据当地居民的生产生活要求,则本次设计的闸室顶高程取4.40m。
2.2启闭室
初定闸门顶超高为0.37m，则闸门顶高程=2.88+0.37=3.25m，闸门=3.25+1.75=5m,则启闭工作平台顶面高程为11.40m。
2.3闸室稳定计算
闸室稳定计算采用Excel电子表格进行计算。
对于砼预制管桩地基，在各种荷载组合工况下，基底应力稳定计算应满足下列要求：
在各种计算情况下：
P≤〔P〕
Pmax≤1.2〔P〕
基本组合η≤1.5
特殊组合η≤2.0
2.4.1完建情况
水闸初建成尚未放水时。
按各部分荷载对闸底板形心轴（垂直水流方向）产生的弯矩计算，详见表，计算结果显示，该荷载组合情况下闸室满足稳定要求。
2.4.2设计洪水位情况
水闸建成放水后，遇设计洪水位2.88相应水位0.00m。
按各部分荷载对闸底板形心轴（垂直水流方向）产生的弯矩计算，详见表，计算结果显示，该荷载组合情况下闸室满足稳定要求。
2.4.3正常洪水位+地震情况
水闸建成放水后，遇外江正常水位1.50相应内涌水位0.00m时，遭遇地震情况。
此时地震惯性力代表值根据《水工建筑物抗震设计规范》SL-97规定，采用进行拟静力法计算。
根据《水工建筑物抗震设计规范》（SL-203-97）第4.1.1条:
一般情况,水工建筑物可只考虑水平向地震作用；第4.2.1条：
一般情况下，水工建筑物抗震计算应考虑的地震作用力：
建筑物自重和其上的荷重所产生的地震惯性力、地震动土压力、水平向地震动水压力（考虑到在正常运行期闸门全开，故在计算时不予考虑）
沿建筑物高度作用于各质点的水平向地震惯性力代表值：
F=ahξGEiai/g;
式中：
ah——与设计烈度相对应的水平向设计地震加速度代表值，取0.1g；
ξ——地震作用效应折减系数,取0.25;
GEi——集中在质点i的重力作用代表值；
ai——质点i的动态分布系数；
g——重力加速度。
按各部分荷载对闸底板形心轴（垂直水流方向）产生的弯矩计算，详见EXCEL计算表格，计算结果显示，该荷载组合情况下闸室满足稳定要求。
2.4.4结论
上述计算结果显示，闸室在各种荷载组合工况下均满足稳定要求，但地基应力均大于淤泥层地基承载力，不满足地基承载力要求，应进行地基处理，详见桩基础计算相关内容。
3.水闸过流能力计算及水闸宽度拟定
3.1内河涌过流能力计算
水闸设计排水标准为10年一遇最大24小时暴雨产生的洪峰流量遇外江平均高潮位可以及时排出。
闸内最高控制水位为2.20m（珠基）。
水闸过流按平底闸，高淹没堰流计算,具体计算见下表：
式中各符号的含义及计算过程见表。
内河涌水力计算
序号
项目
单位
计算
备注
1
设计水深h
m
2.2
2
渠底宽
m
16
3
边坡系数m
0.5
4
过水断面面积A=bh+mh2
m2
37.62
5
湿周X=b+2h（1+m2）0.5
m
20.92
6
水力半径R=A/X
m
1.80
7
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