水闸设计步骤

水闸工程设计
工作内容及步骤范本
水闸工程设计工作内容及步骤
一、设计前期的各项准备工作
1、阅读院内下达的设计任务书，了解各项设计要求；
2、组织相关专业人员到工程现场查勘；
3、收集有关设计资料：
3.1、原工程设计报告及相关图纸；
3.2、工程运行管理方面的资料；
3.3、工程所在地的社会经济资料；
3.4、主要材料单价；
3.5、工程所在地的水文及气象资料：
收集和整理流域自然地理概况、流域和河道特征、流域的暴雨和洪水特性等资料。

资料系列应尽可能长。

3.5.1、气象资料
根据站年至年的资料进行统计：
①气温：多年平均气温、极端最高气温、极端最低气温；
②风速：不受潮汐影响的水闸工程需收集八个方位组的历年汛期最大风速的平均值；受潮汛影响的水闸工程需收集八个方位组设计频率的设计风速资料。

3.5.2、水文资料
①降雨资料：应包括流域内各站点(必要时流域外)最大1小时、6小时、24小时(或72小时)暴雨资料。

②流量资料：收集历年年最大洪峰流量、枯水期历年各月最大洪峰流量资料。

③水位(潮位)资料：历年年最大水位资料、历年枯水期各月水位资料(或各频率下全年、枯水期水位设计值)；
潮感区应收集以下潮位资料：历年平均高潮位、历年最高高潮位、历年平均低潮位、历年最低低潮位、历年平均落潮潮差；典型潮位过程线；
闸内实测最高(低)水位或实际运行最高(低)控制水位。

④历史洪水调查：包括历史洪水的洪峰流量、水位及洪量资料的收集。

3.6、地形测量资料
包括平面图、横断面图。

3.7、地勘资料
工程地质资料包括：闸址处岩基、地基土的层理分布及其物理力学性质试验资料与地质评价结论；填筑土、砂石料的查勘调查资料（储量、料场地理位置及运输条件、物理力学性质等）。

3.8、交通要求
根据闸址内外的交通条件、闸上交通要求，明确设计荷载及桥面宽度。

3.9、业主关于工程的要求和设想
二、设计工作内容
1、水文
①设计暴雨计算、各控制断面处的设计频率洪水计算（应包括施工期洪水计算），进行计算成果的合理性分析。

②进行各控制断面处的各频率设计洪水位计算(包括施工期洪水位)。

③进行各控制断面处的水位～流量关系曲线计算。

④对各工况进行相应设计潮型的选择，选择的原则为：过去曾经发生，并具有一定的代表性；潮水位与设计频率的潮水位相近；对所考虑的设计情况较为不利。

⑤进行内、外河洪水遭遇分析，合理确定出正常运行、设计、校核及消能等工况下水闸的上下游水位。

2、水闸规模的确定
①分析确定水闸的功能(防洪、排涝、引灌等)；
②水闸规模的确定：
排洪工况水闸规模的确定：非潮感区水闸可由设计洪水过程线、闸内河涌涌容曲线进行调节计算确定水闸规模，或直接采用设计洪峰流量作为过闸设计流量确定水闸规模；潮感区的水闸则应根据设计洪水过程线、闸外设计潮型等资料进行调节计算，或直接采用设计洪峰流量作为过闸设计流量确定水闸规模。

灌溉引水工况水闸规模的确定：非潮感区水闸可由设计引灌流量、闸外设计水位等资料进行计算确定水闸规模；潮感区水闸则应根据设计引灌
流量(水量)、设计潮型等资料进行调节计算确定，或直接采用设计引灌流量(水量)、引灌时的闸内外平均水位确定水闸规模。

3、工程布置
根据工程地质勘察资料，对工程进行合理布置，使之更趋合理。

工程布置不仅在于设计的建筑物能够满足挡水、过流、检修等运行和管理要求，更重要的是在满足稳定安全的条件下，经济合理地使闸室与上、下游之间以及闸室中的工作闸门、检修闸门与相应启闭设施和工作桥、检修桥、交通桥等分部结构布置上，均能达到最佳组合。

3.1、闸的轴线位置
闸的轴线位置应根据以下原则进行优化：①首先地质条件有利于采用天然地基，避免软弱地基和可能产生不均匀沉陷地基及可能产生液化的地基；②水流条件较好，进出水闸的水流顺畅；③具有土石方工程量小、方便施工和管理等特点。

3.2、闸室布置
闸室主要由闸墩、闸底板、工作闸门、检修闸门、胸墙、工作桥、检修桥、交通桥、启闭机房等部分组成。

闸室布置应具有先进的启闭方案，确保闸门启闭灵活可靠；应使交通和检修、运行管理方便以及优美的整体外观造型，还能适应抗震、过木、排沙、排冰等特殊要求。

闸室分缝位置，应根据闸室结构型式，地基情况，通过综合比较论证后确定。

3.3、防渗排水布置
防渗排水布置应根据水闸上、下游的水位差和工程地质条件等因素，结合水闸布置综合考虑采用适当的工程措施，构成完整的防渗排水体系。

软基上的水闸防渗长度必须满足地基土壤的允许坡降要求，否则应采取加设齿墙或板桩等工程措施；在岩基上的水闸则在底板上游端设灌浆帷幕；闸室岸墙两侧则加设刺墙来增加绕渗的渗径长度。

3.4、消能防冲布置
消能防冲布置应根据初步计算，或依据水工模型试验确定，应具有改善水闸进出水流条件，降低下游河（渠）道流速、减少工程数量、方便施工等特点。

3.5、两岸联接布置
确定闸室上游翼墙型式，墙顶高程，墙体高度及长度；下游翼墙型式，墙顶高程，翼墙扩散角度，墙体高度及长度。

4、水力设计
4.1、水闸的过水能力核算
分别核算水闸在设计水位、校核水位等各种特征水位下的过水能力。

4.2、消能防冲设施设计
根据水闸的水流条件、单宽流量、地质条件、闸的控制运用方式，通过消能防冲计算初步成果(或经水工模型试验)确定最终方案。

4.3、拟定闸的控制运用方式
①分别确定闸前各种水位时闸门开度与过闸流量关系，并绘出曲线；还要结合工程具体情况确定闸门操作的开启程序方便管理部门使用。

②闸门控制应尽量同步开启，但由于实际条件限制很难达到同步开启，可由中间孔向两侧分段分级开启或隔孔对称开启，关闸时则与上述顺序相反，以避免闸下形成偏流造成集中冲刷。

5、闸室稳定计算
5.1、荷载计算
作用在水闸上的荷载按基本荷载和特殊荷载分别计算。

计算范围应与闸室稳定计算中选定的计算单元相适应。

5.2、荷载组合
5.2.1、荷载基本组合
①施工完建情况：水闸上、下游均无水。

设计荷载为水闸结构自重及其设备自重，边孔计算时还应考虑边墩侧向土压力。

②正常挡水情况：水闸上游为正常挡水位，下游无水或最低水位。

设计荷载：水闸结构自重及其设备自重，正常挡水位的静水压力、扬压力、波浪压力、风压力、土压力，泥沙压力,水重。

5.2.2、荷载特殊组合
①最高挡水情况：水闸上游为最高挡水位，下游无水或最低水位。

设计荷载为：水闸结构自重及其设备自重，最高挡水位的静水压力、扬压力、波浪压力、土压力，泥沙压力，水重。

②检修情况：水闸上游为正常挡水位或检修水位。

闸孔一孔检修，相邻闸孔正常挡水，设计荷载除考虑水闸结构自重及其设备自重、静水压力、扬压力、波浪压力、土压力之外，还要考虑作用在闸墩上的侧向静水压力。

③地震情况：水闸上游为正常挡水位，下游无水或最低水位。

设计荷载为正常挡水情况的荷载加地震力。

5.3、闸室稳定计算
①确定计算单元：计算单元应根据闸室布置情况确定。

大底板水闸应
取中联闸室和边联闸室分别计算；分离式底板水闸取单个中墩和边墩分别计算。

②稳定计算：闸室稳定计算主要确定基底压力的最大值、最小值、平均值和基底压力不均匀系数、抗滑稳定安全系数，并满足规范规定和地质勘察成果确定的容许值。

若不能满足其相应的容许值，则需对闸室布置进行适当调整，直到满足为止。

6、结构设计
6.1、闸底板结构计算
①闸底板的结构型式：闸底板的结构型式应根据闸室布置的要求，结合地基特性和闸室稳定计算综合考虑确定。

若地基为坚硬的土质或岩基，通常采用平底板或平底板加低堰（如驼峰堰）结构；跨度较小的水闸也可考虑采用反拱底板；若地基为承载力较小且闸室沉降量较大的软弱地基，多采用桩基加小底板的型式。

②闸底板内力计算：闸底板内力计算方法应根据底板结构型式结合闸基条件确定。

③闸底板配筋计算。

④闸底板抗裂计算。

6.2、闸墩结构计算
①闸墩的结构型式：闸墩的结构型式，有实体闸墩、排架与实体相组合的闸墩以及钢筋砼U型槽式与底板相联的闸墩；就受力条件来看，有分散传递水推力并设置门槽的平面闸门闸墩，还有集中传递水推力的弧形闸门闸墩。

②闸墩温度应力计算：根据闸墩的实际尺寸、温度变化幅度和地基约束条件等确定采用相应的闸墩温度应力计算方法。

③平面闸门实体闸墩结构计算。

④闸墩抗裂计算。

6.3、其它结构设计
①上下游翼墙：翼墙结构型式的确定：翼墙稳定计算、结构计算。

②其它结构：胸墙、工作桥、交通桥、排架等。

7、地基设计
保持地基稳定性，不仅要求基底应力小于地基容许承载力，建筑物的稳定安全系数大于其规定值，还要求建筑物的沉降量不超过容许值，并防止渗透破坏的发生。

地基设计要充分考虑利用天然地基的可能性。

地基处理方案应进行多方案经济技术比较，以达到结构合理、施工方便、效益显著之目的。

7.1、天然地基设计计算
①验算地基的容许承载力。

②地基的稳定性计算。

③地基沉降计算：选择沉降计算断面和计算点；确定压缩层厚度；地基的应力计算；最终沉降量计算；水闸容许沉降量的确定。

7.2、闸基处理
①垫层法处理水闸浅层基础：根据计算确定垫层厚度及垫层宽度。

②钻孔桩基础设计：钻孔桩基础结构布置；荷载计算(计算出单桩桩顶承受的最大垂直荷载、最小垂直荷载、单桩承受的水平荷载)；单桩的承
载能力计算。

③桩基的内力与变位计算：
单桩的内力与变位计算：单桩在设计荷载作用下，桩身将产生弹性变形，桩侧将产生土抗力。

计算在设计荷载和土抗力共同作用下桩的内力与变位；
桩基的内力与变位计算：桩基计算的主要任务是确定承台的变位值，并确定外部荷载各桩之间的分配，这样才能按照单桩内力计算方法计算每根桩的内力。

④桩基的配筋计算：钻孔桩按照偏心受压圆形构件计算配筋；桩基承台一般按构造配置钢筋。

8、施工导流
8.1、施工期设计洪水：设计标准；设计流量；设计内外河水位。

8.2、施工导流方案：围堰顶高程；围堰结构及稳定；工场平面布置。

9、管理设施
9.1、管理设施平面位置及环境绿化；
9.2、住房建筑面积、建筑结构；
9.3、建筑地基处理。

10、观测设计
工程观测一般根据水闸工程的规模、重要性和是否具有特殊要求，分别设置位移、渗压、伸缩缝、沉降等外部观测和闸墩内部的温度、钢筋应力与应变等观测，并设置重要的水文观测项目如水位、流量、降水、蒸发等的观测设施。

三、设计应提供的设计成果
1、流域水系图；
2、暴雨、洪峰频率曲线图；
3、设计洪水(潮位)过程线；
4、设计暴雨、洪水成果表；
5、设计最高、最低潮水位成果表；
6、各设计(控制)断面的水位流量关系曲线图；
7、水闸规模计算成果表；
8、水文分析计算书；
9、设计报告（设计说明书）；
10、计算书；
11、设计图纸；
12、工程量明细表、汇总表；
13、工程设计造价书；
14、必要时，附专题研究报告。