学习分享-节制闸计算(个人整理)

1、工程等级划分及洪水标准
根据《水闸设计规范》SL265-2001对工程规模的划分规定，确定本工程等别为IV 等，主要建筑物按4级设计，本设计确定防洪标准为20年一遇。

2、闸顶高程、闸门高程确定
根据《水闸设计规范》，闸顶高程需根据水闸挡水和过水两种运用情况确定。

外江（西小江）设计洪水位为20年一遇高水位5.10m （钱清站），常水位为3.9m ；内河20年一遇设计洪水位5.38m （萧山站），常水位水位3.9m 。

2.1闸顶高程
挡水运用情况闸顶高程需满足：闸顶高程≥正常蓄水位（或最高挡水位）+波浪计算高度+相应安全超高，
泄水运用情况闸顶高程需满足：闸顶高程≥设计洪水位（或校核洪水位）+相应安全超高； ⑴波浪要素计算
年最大风速v 0=22.5m/s 风区长度 D=80m 风区平均水深H m =3.9m
根据SL265-2001规范规定，采用下列公式计算波浪要素：
⎪⎪⎪⎭
⎪⎪⎪⎬⎫
⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=7.02045.0207.02020
7.013.00018.07.013.0v gH th v gD th v gH th v gh m m
m
5
.02009.13⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛=v gh v gT m m
m
m m L H th gT L ππ222
=
计算得
平均波高h m =0.11m
平均波周期T m =1.49s 平均波长L m =3.46m
本工程主要建筑级别为4级，波浪累计频率为p=10%， 由h m /H m =0.11/4.02≈0.0，故计算波高h p=5%=0.11×1.71=0.188m ⑵闸顶高程确定
挡水工况：闸顶高程≥（正常蓄水位）或最高挡水位+波浪计算高度+相应安全超高
外江常水位3.9m ，安全超高为0.3m
外江20年一遇设计洪水位5.10m ，安全超高值0.2m 正常蓄水位情况闸顶高程：m d 388.430.0188.09.3=++=∇ 最高当水情况闸顶高程：m c 488.52.0188.01.5=++=∇ 泄水工况：闸顶高程≥设计洪水位+相应安全超高 内河设计洪水位5.38m ，安全超高值0.5m ， 故：泄水工况闸顶高程：m d 88.550.038.5=+=∇ 即：取闸顶高程为m 0.6=∇。

2.2闸门顶高程
本次闸门设计为平板钢筋砼滚轮闸门。

根据《水闸设计规范》，露顶式闸门顶部应在可能出现的最高挡水位以上有0.3～0.5m 的超高，故闸门顶高度为5.1+0.3＝5.4m ，取为5.4m
3、消能防冲设计计算
因该闸位于平原区，上下游水位差较小，故不设置消力池，仅在上下游设各6m 长砼护坦。

海漫计算
H
q k L s s p ∆=
式中：
p
L —海漫长度m ；
k —经验系数，粉质粘土取（9-10）；
H ∆—上下游水位差m ；
s
q —消力池出口处的单宽流量m 3/s ；
设计海漫长度5m ，经计算可以满足防冲要求。

4、闸室稳定计算
4.1渗透稳定计算 ⑴渗径长度
由《水闸设计规范》SL265-2001要求，闸基防渗长度要求满足H C L ∆⨯=。

据地质勘察成果，闸下土质为淤泥质粉质粘土，故取允许渗径系数C=4， 外江水位取其最低水位1.5m ，内江水位取最高水位5.38m ，此时：
m H C L 52.15)5.138.5(4=-⨯=∆⨯=
根据闸室布置情况，底板总的渗径长度为22m ，满足渗径长度要求。

⑵渗透稳定计算
根据《水闸设计规范》，按照改进阻力系数法对该节制闸进行渗透稳定计算。

将地下轮廓分为11个部分进行计算。

计算工况：上游为设计洪水位3.9m ，下游水位1.5m 。

公式如下：
当L 0/S 0 ≧5时 05.0e L T ＝
当L 0/S 0 <5时 26.15e 0
0+S L L T ＝
进出口段阻力系数计算 44.05.12
30+⎪⎭
⎫
⎝⎛=T S ξ
内部垂直段阻力系数计算 ⎪⎭
⎫ ⎝⎛-=
T S 14l n c t g 2
y ππξ 水平段阻力系数计算 ()
T
S S L 217.0x +-=
ξ
各分段水头损失值 H ∆∑=
i
i
i h ξξ 进出口水头损失修正 00h h β＝'
出逸坡降 S
J ''0
h ＝
L 0、S 0—分别为地下轮廓不透水部分的水平投影长度和垂直投影长度，m ； Te —有效深度，m ；
i ξ—阻力系数；
S i —齿墙或板桩的如土深度，m ；
H ∆—总水头损失，m ； h i —分段水头损失，m ；
β—修正系数，m 计算结果如下：
则闸室水平段的渗透坡降 J=0.86/10.3=0.083
出口段出逸坡降 J=0.481/1=0.481
根据《水闸设计规范》：软粘土水平段允许坡降值为0.3～0.4，出口段允许坡降值为0.6～0.7，满足规范要求。

4.2闸室稳定计算
计算荷载有重力，静水压力，浮托力、渗透压力、水重力等。

设计时计算工况如下：
根据《水闸设计规范》SL265-2001，需计算闸室的基底应力、抗滑稳定安全系数，计算公式分别为：
计算基底应力：
W
M
A G P ∑±
∑=
max min 计算抗滑稳定安全系数：
H
G
f K c ∑∑⨯=
（基底摩擦系数f=0.25） 闸室稳定计算成果表
根据《水闸设计规范》，土基上的闸室稳定应满足下列要求：
在各种计算情况下，闸室的平均基底应力不大于地基允许承载力，最大基底应力不大于地基允许承载力的1.2倍。

根据《杭州市小砾山排灌闸站除险加固工程岩土工程详细勘察报告》，淤泥质粉质粘土地基承载力特征值为70kpa 。

经比
较，m ax P ＞84（1.2倍地基承载力），
2
min
max P P +＞70（地基承载力特征值），故不满足规范，拟用直径80cm 钻孔灌注桩对闸室段地基进行加固处理。

4.3翼墙稳定计算
本工程翼墙采用重力式挡墙，根据挡墙部位及高度不同，分别为一级挡墙（3m 高）与二级挡墙（1.5m 高）。

一级挡墙底板高程为1.5m ，墙顶高程为4.50m ，二级挡墙底板高程为4.5m ，墙顶高程为6.0m ，挡墙尺寸及构造详见设计图。

因二级挡墙仅1.5m ，且位于常水位以上，故稳定计算仅针对一级挡墙。

设计中具体计算工况如下：
根据《水闸设计规范》SL265-2001，采用如下公式计算基底应力：
W
M
A G P ∑±
∑=
max
min 采用如下公式计算抗滑稳定安全系数：
H
G
f K c ∑∑⨯=
（基底摩擦系数f=0.25（一级挡墙），二级挡墙取0.3） 墙后土压力采用如下公式计算：
a t t a K H F 22
1
γ=
t
t
a K φββφβββ
2222cos cos cos cos cos cos cos -+--= 或 ⎪
⎭⎫ ⎝⎛-=2452t o
a tg K φ
翼墙稳定计算成果表
经计算比较，三种计算工况下，最大基底应力小于1.2倍的地基允许承载力84kpa ，，平均基底应力小于地基允许承载力70kpa ，故翼墙段地基应力满足要求，不需要对地基进行处理。

5、地基计算及处理设计
⑴闸室段基础布置
钻孔灌注桩，桩身直径800mm ，桩距3.5×4.0m ，共6根。

桩结构为摩擦端承桩，持力层为地质剖面中第4土层（粉质粘土，桩端极限阻力标准值800Kpa ），桩端嵌入持力层3.00m ，桩底高层-37.45m ，顶部嵌入底板50mm ，桩顶高程0.85m 。

⑵闸室段单桩承载力设计值计算
按照《建筑桩基技术规范》JGJ-94-94及《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2002进行计算。

按照规范， 单桩竖向极限承载力标准值根据如下公式计算：
p pk i sik pk sk uk A q l q u Q Q Q +∑=+=
单桩竖向极限承载力设计值根据如下公式计算：
p pk p s sk s Q Q R γηγη//+=
单桩水平承载力设计值根据如下公式计算：
a
x
h EI R 03χνα=，50EI mb =α 其中：
Ra －单桩竖向承载力设计值，KN ；
q sik 、q pk －桩端阻力、桩侧阻力极限标准值，kpa ； A p －桩底端横截面面积，m 2；
Q sik 、Q pk －单桩总极限侧阻力、总极限端阻力标准值， KN ； u p －桩身周边长度，m ； L i －第i 层土层厚度，m ；
s η、p η－桩侧阻群桩效应系数、桩端阻群桩效应系数；
s γ、p γ－桩侧阻抗力分项系数、桩端阻抗力分项系数，按规范取1.67； R h －单桩水平承载力设计值，KN EI －桩身抗弯刚度；
α－桩的水平变形系数；
oa χ－桩顶允许水平位移；
各节制闸土层物理性质
单桩承载力计算成果
根据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002规定，单桩承载力计算应符合下列表达式：
R N ≤0γ R N 2.1max 0≤γ
h R H ≤ik
轴心竖向力作用下：
n
G
F N +=
偏心荷载作用下：
- 11 -
∑∑±±+=
2
2i j
i
y j i x x x M y y M n G F N 水平力作用下：
n
H H i ∑=
式中：
0γ－建筑桩基重要性系数，取1.0；
根据各部分桩基布置情况及荷载工况，计算各桩的荷载效应，因五座节制闸竖向荷载一致，计算工况一致，故取五座节制闸的最小单桩竖向承载力设计值进行荷载效应计算。

闸室荷载效应计算。