水工建筑物课程设计某水闸门设计.docx
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目录
前言 1
1.1水闸等级划分 1
1.2工程任务 1
1.3基本资料 2
1.4设计内容 4
2.闸室布置 4
2.1闸型选择 4
2.2闸室基本尺寸的确定 5
2.3泄流能力校核 10
3.消能防冲设计 12
3.1消力池深度计算 12
3.2消力池长度的计算：
16
3.3护坦构造 16
3.4海漫的长度和型式 17
3.5防冲槽设计 18
4.防渗设计 18
4.1选择地下轮廓线长度 18
4.2渗透压力计算 20
5.闸室抗滑稳定分析 20
5.1荷载及其组合 20
5.2地基应力计算 24
5.3闸室稳定验算 25
实习心得 27
前言
1.1水闸等级划分
平原区水闸枢纽工程分等指标
工程等别
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
规模
大
（1）型
大
（2）型
中型
小
（1）型
小
（2）型
过闸流量m3/s
≥5000
5000～1000
1000～100
100～20
<20
防护对象的重要性
特别重要
重要
中等
一般
——
灌排渠系建筑物分级指标
工程级别
1
2
3
4
5
过水流量m3/s
≥300
300～100
100～20
20～5
≤5
1.2工程任务
本枢纽位于某河下游，主要任务是壅高水位，以满足河流两岸引水灌溉要求，并适当照顾到工业给水、陆路交通等。
枢纽由泄洪闸、灌区进水闸等组成。
枢纽建成后可灌溉农田5.5万亩。
要求闸顶公路净宽4.5m（图1）
28
图1 枢纽平面布置图
1—泄洪闸； 2—进水闸； 3—闸上公路
1.3基本资料
1、上下游河道底宽60米，边坡1:
2和1：
2.5。
泄洪闸设计过闸流量为
120m3/s
170m3/s
，相应上游水位为▽17.0米，下游水位▽12.0米。
校核流量为
，相应上游水位为▽18.5米。
下游水位▽12.5米，此水闸（泄洪闸）
为II等1级建筑物。
2、河道上游正常蓄水位为▽2.7米，最高蓄水位为▽8.5米，下游水位▽1.0米。
取水闸下游河道水位流量关系如表1：
表1
水位（米）
3.20
3.70
4.10
4.45
4.80
5.10
5.35
5.60
流量（m3/s）
10
20
30
40
50
60
70
80
水位（米）
5.80
6.00
6.10
6.20
6.25
6.30
6.33
6.40
流量（m3/s）
90
100
110
120
130
140
150
170
3、取水闸上下游底高程▽10.0米，闸底板高程与河底齐平。
4、闸址处地形平缓，堤顶高程在19.4米左右。
5、闸址持力层为中细砂夹粉土，地基承载力为
80KN/m3
6、闸址附近多年平均最大风速
14m/s
为沿水面从水闸上游面到对岸的最
大垂直距离为2Km。
7、地基情况
闸底板位于砂壤土，其力学指标较好。
其各项指标如下：
抗剪强度指标：
φ水下=25。
;φ水上=30。
地基承载能力：
p=165Mpa
渗径系数（勃萊系数）：
c=9.0
密度：
r干=15KN/m3; r湿=18.5KN/m3; r浮=10KN/m3;
r饱=20KN/m3
土壤凝聚力：
c水上=10KN/m2; c水下=5KN/m2
D.地基允许不均匀系数：
[η]=2.6~3.0
E.抗滑稳定安全系数：
[k]设计=1.30；[k]校核=1.10
F.建筑物与地基的摩擦系数：
f=0.4~0.5
G.建筑材料：
该地区为冲积平原，砂、石需从外地运输；
H.该水闸有交通要求，该区地震烈度为7度，要求按照7度设防;
I.本地区有交通要求，交通桥宽度一般为4~5m；不考虑地震要求。
8、闸顶公路桥汽车荷载为汽车—10级，行车路面净宽4.5m，两侧各加
0.75m宽的人行道。
9、工作闸门可用钢或钢筋混凝土平面闸门，检修闸门可选用叠梁门。
启闭机用螺杆式或卷扬式固定启闭机。
1.4设计内容
（一）闸址选择
（二）水闸总体布置
1.主要建筑物的形式选择及尺寸拟定；
2.闸孔设计；
3.水闸消能防冲设计；
4.水闸防渗设计；
（三）闸室稳定计算
（四）两岸连接建筑物尺寸拟定
2.闸室布置
2.1闸型选择
根据流量大小、上下游水位，地形地质等因素，本设计闸底板采用开敞式平
底板。
2.2闸室基本尺寸的确定
1.闸底板高程与河床齐平▽10.0米；
2.闸底板顺水流方向长度L=4.0m；
底板顺水流方向的长度应根据闸室地基条件和上部结构布置要求，以满足闸室整体稳定和地基允许承载力为原则来分析确定。
初拟时可参考以建工程的经验数据选定，当地基为碎石土和砾（卵）石时，底板长度可取（1.5～2.5）
H（H为水闸上、下游最大水位差）;砂土和砂壤土则取（2.0～3.5）H；粉质壤土和壤土可取（2.0～4.0）H；粘土取（2.5～4.5）H。
本设计的闸基土质为中细砂夹粉土，所以闸底板顺水流方向的长度取（2.0～4.0）H，最终定为
L=12m。
3.闸底板厚度d=2.0m；
底板厚必须满足强度和刚度的要求，通常采用等厚度的，也可采用变厚度的
（后者在坚实地基情况下有利于改善底板的受力条件），应根据闸室地基条件、作用荷载及闸孔净宽等因素，经计算并结合构造要求确定。
大中型水闸平底板厚度可取闸孔净宽的16～18，一般为1.0～2.0m，最薄不小于0.7m。
取闸底板厚度d=1.0m；
4.闸门的选择：
闸门的结构选型应根据其受力情况、控制运用要求、制作、运输、安装、维修条件等，结合闸室结构布置等合理选定。
当永久缝设置在闸室底板上时，
宜采用平面闸门。
露顶式闸门顶部在可能出现的最高挡水位以上有0.3～0.5m的超高。
由基本资料可知，可能出现的最高水位为▽8.5m，则闸门的高度取2.5m
5.闸墩
（1）闸墩顶部高程
闸墩顶部高程一般是指闸室胸墙或闸门挡水线上游闸墩和岸墙的顶部高程，应满足挡水和泄水两种运用情况的要求。
挡水时，闸顶高程不应低于水闸正常蓄水位（或最高挡水位）加波浪计算高度与相应的安全超高值之和；泄水时，不应低于设计洪水位（或校核洪水位）与相应安全超高值之和。
水闸安全超高下限值见下表：
水闸安全超高下限值 （单位：
米）
运用情况
水闸级别
1
2
3
4/5
挡水时
正常蓄水位最高挡水位
0.7
0.5
0.5
0.4
0.4
0.3
0.3
0.2
泄水时
设计洪水位校核洪水位
1.5
1.0
1.0
0.7
0.7
0.5
0.5
0.4
闸墩顶部高程计算：
波浪计算高度hz=1.24´h5%
1
gh 1ægDö3
v
0
v
2
ø
÷
=0.0076v-12ç
0
0 è 2
h
式中h——当gD=20～250时，为累计频率5%波高的波高 ，当
v
2 5%
0
gD=250～100时，为累计频率10%的波高h10%；
v
2
0
由资料可知：
闸址附近多年平均风速为14m/s，有效吹程为2Km，则：
gD 9.8´2000
=
v
2 12
0
=136
÷
1
1ægDö3
1
1ægDö3
v
÷
v
h5%
0.0076v-12ç
0
= è
g
´ 2 0.0076v-12ç
v
0
0
ø
è
2
0 =
g
´ 2
v
0
ø
2
0 =0.467
hz=1.24h5%
=1.24´0.467=0.58
挡水时闸墩顶部高程为：
正常蓄水位+波浪计算高度+安全超高=2.7+0.58+0.4=3.68m最高蓄水位+波浪计算高度+安全超高=8.5+0.58+0.3=9.38m
泄水时闸墩顶部高程为：
设计洪水位+安全超高=7.0+0.7=7.7m校核洪水位+安全超高=8.5+0.5=9.0m
所以闸墩的顶部高程为▽2.7m。
（2）墩头型式
闸墩的结构型式应根据闸室结构抗滑稳定性和闸墩纵向要求确定，一般采用实体式，常用混凝土、少筋混凝土或浆砌石。
闸墩的外形轮廓设计应满足过闸水流平顺、侧向收缩小、过流能力大的要求。
上游墩头采用半圆形，以减小
水流的进口损失；下游墩头宜采用流线型，以利于水流的扩散。
（3）闸墩长度和厚度
闸墩的长度取决于上部结构布置和闸门的形式，一般与底板等长或稍短于底板。
闸墩上下游面为铅直面。
闸墩的厚度应满足稳定和强度要求，根据闸孔孔径、受力条件、结构构造要求、闸门型式和施工方法等确定。
根据经验，取闸墩厚度为1.0m，混凝土材料。
（3）闸门槽尺寸
平板闸门槽的尺寸取决于闸门尺寸和支撑型式。
工作闸门槽一般不小于
0.3m，宽0.5～1.0m，最优宽深比宜取1.6～1.8，这里取槽深0.2m，槽宽
0.2m；检修门槽一般为0.15～0.25，宽0.15～0.30m，这里取槽深0.2m，槽宽
0.2m。
为了满足闸门安装与维修的要求，方便启闭机的布置和运行，检修闸门槽与工作闸门槽之间的净距不宜小于1.5m，这里取2.0m。
（4）工作桥底部高程
为了安装启闭设备和便于工作人员的需要，通常在闸墩上设置工作桥。
工作桥的高程与闸门和启闭设备的型式、闸门高度有关，一般应使闸门开启后，门底高于上游最高水位，以免阻碍过闸水流。
对于这次设计的平面直升门，采用固定式卷扬机启闭设备，桥的高度（即横梁底部高程与底板高程的差值）为闸门高的两倍加上1.0～1.5m的富余高度，闸门的高度为2.5m，则工作桥底部高程为▽18.5m。
工作桥的路面净宽取为2.7m。
（5）交通桥
交通桥的底部高程与堤顶高程齐平，即为▽18.5m；交通桥路面宽度为
2.7m。
6.边墩和岸墙
边墩是闸室靠近两岸的闸墩，而岸墙则是设在边墩后面的一种挡土结构。
其布置型式与闸室结构情况及地基条件等因素有关，通常有一下三种：
（1）边墩与岸墙结合；
（2）边墩与岸墙分开；（3）护坡连接型式。
这里取第一种边墩与岸墙结合的布置型式,具体结构见下图:
7.两岸连接建筑物：
（1）布置型式：
水闸两端与河岸或堤、坝等建筑物的连接处，需设置连接
建筑物，它们包括上下游翼墙，边墩或岸墙、刺墙和导流墙等。
本设计上游采用反翼墙，下游采用扭面翼墙转角处的半径为3米。
（2）结构选型：
两岸连接建筑物的受力状态和结构型式与一般挡土墙基本相同，常用的结构型式有重力式、悬臂式、扶臂式、和空箱式等。
因为本设计中的闸墩顶部高程为▽18.5m，闸底板高程为▽10.0m，即翼墙的高度为8.5m，选用重力式挡土墙，混凝
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