水工建筑物课程设计水闸设计计算说明书

《水工建筑物》课程设计水闸设计计算说明书姓名：专业：水利水电工程指导老师：云南农业大学水利学院2016.12目录一、基本资料........................................ 错误!未定义书签。

1.1设计依据.................................... 错误!未定义书签。

1.2设计要求.................................... 错误!未定义书签。

二、设计计算........................................ 错误!未定义书签。

2.1水闸形式及孔口尺寸的拟定.................... 错误!未定义书签。

............................................ 错误!未定义书签。

............................................ 错误!未定义书签。

2.2消能防冲设计................................ 错误!未定义书签。

............................................ 错误!未定义书签。

............................................ 错误!未定义书签。

三、防渗设计........................................ 错误!未定义书签。

3.1地下轮廓的设计.............................. 错误!未定义书签。

............................................ 错误!未定义书签。

............................................ 错误!未定义书签。

3.2渗流计算.................................... 错误!未定义书签。

四、闸室布置........................................ 错误!未定义书签。

五、抗滑稳定性计算.................................. 错误!未定义书签。

5.1荷载计算.................................... 错误!未定义书签。

5.2抗滑稳定性验算.............................. 错误!未定义书签。

六、参考书目........................................ 错误!未定义书签。

一、基本资料1.1设计依据某水闸位于入湖口河段，工程主要功能为防洪（另设分水闸取水灌溉）。

整治（衬砌）后河道底宽B=15m，边坡为1：0.5，河道纵坡i=1/3242。

闸址处河床高程为1974.0m，河堤顶部高程为1978.5m。

设计洪水流量为60.0m3/s，校核洪水流量为75.0m3/s。

闸址处地基为淤泥，根据室内土工试验成果，内摩擦角φ=11°，凝聚力c=0.0llMPa，地基承载力[σ]=0.06MPa，渗透系数k=1.0×10-7cm/s。

根据《水闸设计规范》（SL265-2001），本工程为四等小（一）型工程，其主要建筑物级别为5级。

根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2015），工程区地震动峰值加速度为0.2g，地震动反应谱特征周期为0.40s，相应地震基本烈度为8度，工程按8度设防。

1.2设计要求确定水闸型式（需考虑两岸交通）；选择堰型并确定孔口尺寸；选择防渗、排水设施，确定地下轮廓尺寸；选择消能方式并确定相应体型尺寸；完成水闸布置并进行闸基渗流计算、闸室稳定计算和水闸地板结构计算。

二、设计计算2.1水闸形式及孔口尺寸的拟定该水闸位于入湖口河段，工程主要功能为防洪，选择无坎宽顶堰，并采用平板闸门。

1.计算公式泄水闸泄流能力按《水闸设计规范》SL265-2001附录A中公式（，对于平底闸和翻板闸，当为堰流时，流量计算公式为：2．计算条件整治（衬砌）后河道底宽B=15m，查附表可知n=0.02，边坡为1：0.5，河道纵坡i=1/3242。

闸址处河床高程为1974.0m，河堤顶部高程为1978.5m。

设计洪水流量为60.0m3/s，校核洪水流量为75.0m3/s。

3.计算过程由河宽为15m,拟定闸室总净宽12m，设3孔，每孔净宽4m，中闸墩为墩头半圆且宽为1.5m。

A：下游水位的确定：已知流量Q，底坡i，底宽B，边坡系数m和粗糙系数n等参数，下游水深h t运用明渠均匀流计算，采用迭代法计算得：①设计洪水流量为60.0m3/s时，重复以上步骤，可得：h3=2.606、h4=2.606因为h3与h4非常接近，所以取h t=2.61m②校核洪水流量为75.0m3/s时重复以上步骤，可得：h3=2.992、h4=2.992因为h3与h4非常接近，所以取h t=2.99m其余不同流量计算h t数值如下表所示：B：上游水位的确定①由于堰型选择为无坎宽顶堰，则流量系数取m=0.355；②侧收缩系数ε：按《水闸设计规范》SL265-2001附录A中公式（，多孔闸，闸墩墩头为圆弧形时：代入数据，得：③确定淹没系数σ：在不知上游水头的情况下无法确定σ，需假定一个σ值，采用堰流进行试算。

a、校核水头时，将各系数带入式计算如下：=3.23m试算得σ值如下表所示：σ=0.72时，Hb、设计水头时，将各系数带入式计算如下：同理，σ=0.72时，H=2.79mc、校核水深，采用试算法试算：由表可知，H=3.12md、同理设计水深，采用试算法试算：由表可知，H=2.70m4.计算结果校核水位高程：= 1974.0+3.12 = 1977.12mH校核= 1974.0+3.23 = 1977.23mH0校核设计水位高程：= 1974.0+2.70 = 1976.70mH设计= 1974.0+2.79 = 1976.79mH0设计5.方案选定选用闸室总净宽12m，设3孔，每孔净宽4m，圆形中闸墩厚1.5m。

2.2消能防冲设计1.计算方法及公式按《水闸设计规范》SL265-2001附录B中公式（2.计算条件查表9.1，可知ϕ=（0.97-1.00），取ϕ=0.98。

3.计算过程①收缩断面水深h c计算如下：当Q=60.0m3/s时，q=5 m3/（s·m），则：重复以上步骤，可得：h c3=0.058因为h c2与h c3非常接近，所以h c=0.06m同理，当Q=75.0m3/s时，q=6.25 m3/（s·m），则：重复以上步骤，可得：h c3=1.101因为h c2与h c3非常接近，所以h c=1.10m其余不同单宽流量计算h c数值如下表所示②消力池池深计算如下：d= hc〞·δj-h t = - 0.57 = 0.223E 0′= E+d = 3.23 + 0.223 = 3.453重复以上步骤可得：hc12=0.052、hc13=0.052，则：hc1=0.05同理，其他数值计算如下表所示：文档收集于互联网，如有不妥请联系删除.试算得知：当Q=10 m3/s时，d′=d=0.34下泄水流对下游冲刷影响最严重，因此，设计消力池池深d=0.34m。

③消力池池长计算如下：L K=(0.7~0.8)L jL j=10.8h c1(F r1-1)0.93结果如下表所示：1文档收集于互联网，如有不妥请联系删除.试算得知：当Q=50 m3/s时，下泄水流对下游冲刷影响最严重，因此，设计消力池池长L K=9m。

2文档收集于互联网，如有不妥请联系删除.文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.②消力池底板厚度计算：根据抗冲要求：当q= 4.17m3/（s·m），ΔH=3.23m，消力池底板计算系数k1取0.2时，故消力池底板厚度取t=0.55m4.计算结果需在下游修建消力池，其中消力池池深d=0.34m,池长L K=9.0m，底板厚度取t=0.55m。

1.海漫长度计算：当q= 4.17m3/（s·m），ΔH=3.23m，海漫长度计算系数Ks取10时，因此取海漫长度L P=27m2.海漫的布置与构造：海漫的材料采用浆砌石，其厚度为0.55m，浆砌石内设排水孔，下面铺设反滤层，在海漫起始段做10.0m长的水平段，其消力池末端顶面高程与海漫齐平，在海漫后半段做成1：15的斜坡，以使水流均匀扩散，调整流速分布，保护河床不被冲刷。

3.防冲槽设计：取防冲槽的深度为2.0m，底宽b为4.0m，取顶端与海漫末端齐平，则上游坡率取m1=2，下游坡率取m2=1.5，由此得到消能防冲设计的相关尺寸如下图所示：三、防渗设计3.1地下轮廓的设计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L0：根据经验公式：L0=3.50·H=为了满足上部结构布置的要求，L0必须大于交通桥宽度、工作桥、工作便桥及其之间间隔的总和，即取L0=12.0m。

2.底板厚度d：根据经验，底板厚度为（1/6~1/8）闸室总净宽，由此初拟底板厚度d=1.20m。

3.底板构造：底板采用钢筋混凝土结构，上下游两端各设1.0m深的齿墙嵌入地基，由于闸址处地基为淤泥，抵抗渗流变形的能力较差，由此必须在底板设置板桩，一般为上下游最大水位差的（0.8~1.0）倍，由水头大小可知上游端设板桩深为3.0m，下游端不设板桩。

4.铺盖铺盖采用钢筋混凝土结构，其长度为上下游最大水位差的（3~5）倍，则取铺盖L=16.0m，铺盖厚度为0.60m。

铺盖上、下游两端各设0.60m深的小齿墙，其头部不再设防冲槽，为了上游河床不被冲刷，铺盖上游设块石护底，厚为0.35m，其下设0.25m的碎石垫层。

5.侧向防渗侧向防渗主要靠上游翼墙和边墩，则上游翼墙为曲线形式，从边墩向上游延伸一定距离后，以半径为0.70m的圆弧插入岸墙。

6.排水、止水由于该闸址处渗透系数k=1.0x10-7m/s，所以上游侧不必设排水设施，另外，为了减小渗透压力，增加闸室的抗滑稳定性，需在下游消力池底部设排水孔。

L=C·ΔH=10x3.24=32.4m闸底板布置图如图所示：3.2渗流计算采用改进阻力系数法进行渗流计算1.地下轮廓线的简化闸底板简化图2.确定地基的有效深度根据资料，闸基透水层深度很大，故在渗流计算中需取一有效深度代替实际深度。

由地下轮廓线简化图可知：地下轮廓的水平投影长度m L 2812160=+=；地下轮廓线垂直投影长度m S 42.12.50=-= ，故5742800≥==L S ，则：m x L T e 14285.05.00===，因为闸址处地基为淤泥，地基不透水层埋藏较深，所以以T e 代替T ，即：T = T e = 14m 3. 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，将渗流区域分为8个典型段，如图所示1、8段为进出口段，2、4、5、7则为内部垂直段，3、6两段为内部水平段。