泄水闸1

4.2.3 泄水闸的布置
泄水闸布置在水电站和船闸之间。

泄水闸主要有三部分组成：上游连接段、闸室段和下游连接段。

4.3 主要建筑物（泄水闸）
4.3.1闸孔设计
水闸闸孔设计主要是确定闸孔型式、尺寸河设置高程，以保证水闸在设计水位组合情况下有足够的过流能力。

一、堰型和堰顶高程确定
根据设计任务书提供的资料显示，函江流域水面平缓，含砂量少，本水闸的主要功能为挡水灌溉和泄水，故本次设计采用堰流式闸室，堰型采用无槛宽顶堰。

这种型式闸室对于泄洪较为有利，它能使闸前漂浮物随着水流下泄，而不会阻塞闸孔而影响泄洪。

根据资料提供的地形图，考虑水闸的运行、河道冲刷淤积以及闸孔允许单宽流量和工程造价等因素，本次设计取堰顶高程与河床底高程齐平为13.0m 。

二、闸孔净宽计算、泄流能力校核 1、水位
Q 2%＝9540m 3/s ，H 上＝23.65m ，H 下＝23.40m ； Q 0.33%＝12350m 3/s ，H 上＝待算，H 下＝23.80m ； 2、闸孔净宽计算
闸孔总净宽的确定，主要涉及两个问题：一个是过闸单宽流量的大小；另一个是闸室总宽度与河道总宽度的关系。

如果采用的闸孔总净宽过小，使过闸单宽流量过大，将增加闸下游消能布置的困难，甚至影响水闸工程的安全；反之，如果采用的闸孔总净宽过大，使过闸单宽流量过小，工程量加大，造成浪费。

根据设计任务要求，闸孔允许单宽流量不大于30m 3/s ，初步拟定闸孔总净宽为0.7倍主河槽宽为350m ，闸孔分成35孔，每孔宽10m ，中墩厚1.6m ，缝墩厚0.8m 。

水闸底板为无槛宽顶堰，闸孔泄流能力计算公式如下：
230
02H g m B Q σε= (《水闸设计规范》以下简称《规范》附A ） 式中：
Q ——过闸流量（m 3/s ）；
σ——淹没系数，根据上下游的堰上水深查得；
ε——侧收缩系数； m ——流量系数；
B 0——闸孔总净宽（m ）； H 0——堰顶以上上游总水头（m ）。

①堰上总水头H 0
H 1（上游水头）=23.65－13.00=10.65m H s （下游水头）=23.40－13.00=10.40m
行近流速V 0=Q/A=9540/[700×(23.65－13.00)]＝1.28m/s H 0=H 1+V 2/2g=10.65+1.282/(2×9.81)=10.73m ②淹没系数σ
h s /H 0=10.4/10.73=0.969 查《规范》附表A.0.1-2， 得σ＝0.556； ③流量系数m
按P/H 0=0查表得m ＝0.385； ④侧收缩系数ε
水闸中墩厚度取为1.6m ，缝墩取0.8m ，根据《规范》附录A.0.1-3公式 计算得ε=0.860
根据以上公式可以试算出闸孔总净宽
23
02H
g m Q
B σε=
=9540/(0.556×0.860×0.385×4.429×10.733/2)=333m
一般来说，采用的闸孔总净宽要略大于计算值，本次设计闸孔总净宽取350m ，相应单宽流量为27.26m 3/s/m ，小于闸孔允许单宽流量30 m 3/s/m ，满足要求。

但校核工况下，水闸单宽流量为35.28m 3/s/m ，大于闸孔允许单宽流量[q]=30m 3/s/m ，若本次设计水闸总净宽以校核工况下通过闸室的单宽流量为控制，水闸规模将偏大，工程量加大，与消能工造价比较而言，会造成浪费。

校核工况稍大于允许单宽流量，可能会出现局部破坏，但只要工程消能防冲设施得当，个人认为是能满足工程安全运行要求。

因此，经综合考虑本次设计水闸总净宽取350m ，闸孔总数为35孔，单孔净宽为
10m。

根据规范的要求，中墩厚取1.6m，缝墩厚取0.8m。

因此水闸总宽度为：B=350+36×1.6=407.6m
3、校核工况上游水位
根据水闸泄流能力计算公式，可以试算出校核情况下的上游水位。

设△H＝0.3m，则H
上
＝23.80+0.3＝24.1m；
h
s
=23.80－13.00=10.80m；
行近流速V
=Q/A=12350/[700×(24.10－13.00)]＝1.59m/s；
H
=H+V2/2g=(24.1－13.0)+1.592/(2×9.81)=11.23m；
h s /H
=10.80/11.23=0.9617，查《规范》附表A.0.1-2得σ＝0.600；
按P/H
=0查表2.1得m＝0.385；
ε＝0.860；
Q
试
＝Bσεm(2g)0.5·H3/2
=350×0.600×0.860×0.385×(2×9.81)0.5×11.233/2
=11589m3/s< Q
0.33%
＝12350m3/s；
假设不符，重新假设试算。

经试算，当△H＝0.40m时，Q
试≈Q
0.33%
＝12350m3/s。

相应上游洪水位H
上
=24.20m。

4.3.2 消能防冲设计
消能防冲设计主要包括消能防冲设备形式的选择、以及各种消能设施尺寸设计和上下游两岸护坡的设计。

本工程消能形式采用消力池消能，消力池后布置一定长度的海漫，海漫末端设置柔性防冲槽。

一、消力池尺寸拟定
1、消能水力计算
消能计算水位：H
上＝19.5m，H
下
＝14.5m；
1）单宽流量计算
a．e=0.5m
e/H=0.5/6.5=0.077<0.65，为孔口出流。

根据上、下游水位可假定为自由出流。

根据孔流公式：q=μ
0e(2gH
)1/2
其中μ＝0.60－0.176e/H （《水计算手册》3-3-6水利出版社）＝0.60－0.176×0.5/6.5=0.586；
因孔流状态e很小，行近流速V
0较小，在计算时可不计入，即H
≈H，因此，q=
μ0e(2gH)1/2＝0.586×0.5×(2×9.81×6.5)1/2
＝3.31m3/s/m；
b．e＝1.0m
e/H=1.0/6.5=0.154<0.65，为孔口出流。

根据上、下游水位可假定为自由出流。

μ0＝0.60－0.176e/H
＝0.60－0.176×1.0/6.5=0.573；
q=μ
e(2gH)1/2
＝0.573×1.0×(2×9.81×6.5)1/2
＝6.47m3/s/m；
c．闸门全开
出流情况属堰流。

q＝σ·ε·m·(2g)0.5·H3/2
＝1.0×0.86×0.385×(2×9.81)1/2×6.53/2
＝24.30m3/s/m；
2）判别下游水流衔接形式
经计算当水闸闸孔全开时，闸后将发生淹没式水跃，无需建消力池；从运行角度来讲，泄水时只开启1孔闸门也是不符实际的。

经分析比较，结合水闸运行特点，本次设计考虑水闸1/7闸孔开启作为本次设计工况。

由上述计算结果，判别水闸开启1/7闸孔（开5扇闸门）时下游水流衔接形式。

当e=0.5m时
3
2 g q
h
k
=(3.312/9.81)(1/3)=1.04m
用试算法计算收缩水深hc，试算公式如下：
22202c
c h
g q h T ϕ+
==6.5 《水力学教材》11-3
经试算hc=0.30m 将该值代入水跃方程可得
)181(232
"
-+=c
c c
gh q h h =2.58m
查H 下～Q 曲线，H 下＝16.9m ，h t =3.9m ；
同理,可算出当q=6.47、24.30m 3/s/m 时,相应的hc ”、h k ，计算结果列入下表：
q hk hc hc"ht hc"-ht (m 3
/s.m)(m)(m)(m)(m)(m)e=0.5m 3.31 1.040.30 2.58 1.5 1.08e=1.0m 6.47 1.620.60 3.48 2.07 1.41
闸门全开
24.3
3.92
2.89
5.18
4
1.18计算工况
从表中可以看出，当上游水位为19.50m 、水闸开启1/7孔时，闸门开度e=0.5m 、1.0m 以及全开时，hc ”>ht ，说明都发生远离式水跃衔接，故需修建消力池。

当q=6.47m3/s/m 时，(h ”-ht)值最大。

因此，应按该流量设计消力池。

2、消力池深度计算
e ＝1.0m ，q ＝6.47m 3/s/m ，hc=0.60m ，hc ”=3.48m ，h t =2.07m ； 按近似公式估算池深d ，即
d=σhc ”-ht=1.05×3.48-2.07=1.58m 设d ＝1.58m ，则上游总水头为 T 0‘=6.5+1.58=8.08m ； 由公式2
2202'c c h g q h T ϕ+
==8.08试算
求得h c =0.53m ；
h c ”=((1+8αq 2/(qh C 3))1/2－1) h C /2 水跃方程
=((1+8×6.472/(9.81×0.533))1/2－1)×1.62/2 =3.75m ；
消力池的流速系数ψ’=0.95，则池中水流得水面降落ΔZ 为
ΔZ=q 2[1/(ψ’ht)2—1/(σh t ”)2]/2g 《水力学教材》11-11
=6.472/[1/(0.95×2.07)2—1/(1.05×3.48)2]/2/9.81 =0.414m 将该值代入公式
d=σhc”-（ht+ΔZ）《水力学教材》11-9
=1.05×3.69-(2.07+0.414)=1.455m
与假设数据不符，故需重新试算。

经试算，假设d=1.44m时,d
试
=1.434m，两者数据接近，
故取消力池深度d=1.45m。

3、消力池长度计算
水跃长度按公式：L
j =6.9（h
c
”－ h
c
）计算《规范》B.1.2-2
L
j
=6.9×（3.48－0.6）=19.87m；
消力池长度按公式：L
sj ＝L
s
＋βL
j
计算《规范》B.1.2-1
水平长度βL
j ＝0.75×19.87=14.9m，取L
j
=15m
斜坡段L
s
按1：4放坡，取5.8m。

4、消力池底板厚度计算
t=k
1
(qΔHˊ0.5)0.5
＝0.2×(6.47×(19.5-15.07)0.5)0.5＝0.74m；
取消力池底板厚度为0.8m。

二、海漫长度计算
Lp= k
S
(qsΔHˊ0.5)0.5《规范》B.2.1 =11.5×(5.74×(19.5-15.07)0.5)0.5=39.97m；
取Lp=40m；
式中k
S =11～12；q
s
＝6.47×50/56.4=5.74m3/s/m；H
下
=15.07m
海漫水平段长15m，采用60cm厚钢筋混凝土浇筑，斜坡段长25m，1:10放坡，采用60cm厚浆砌块石砌筑。

底部垫层分别铺设350g/m2土工布一层和20cm厚碎石层。

海漫每1.5m设Φ50排水孔。

三、防冲槽设计
1、冲刷坑深度计算
hp=0.164(kq/(d0.5(h
t
/d)1/6))《水工设计手册》25-3-17 =0.164(1.3×5.74/(0.00050.5(2.07/0.0005)1/6))
=13.66m
则冲刷坑底高程＝15.45—13.66=1.79m
《水闸设计》公式6-32 W=Ah
d
=4×（13.0－2.0－1.79）
＝36.8m2
故取防冲槽顶高程10.5m，深2.5m，底宽10m，上下游边坡取1:2，单宽体积为37.5m2>W＝36.8m2。

冲刷坑采用抛合金钢网石兜抛石处理。

4.3.3 防渗排水设计
一、地下轮廓线设计
由设计任务书提供资料表明，本工程闸址地基主要由砂砾石层组成，为强透水土质，故必须采取水平与垂直相结合的防渗措施。

水平向采用铺盖防渗，垂直向采用防渗板桩防渗。

铺盖采用钢筋混凝土结构，长20m，铺盖与闸底板之间设水平止水。

采用钢筋砼板桩，布置在闸底板上游一侧。

由于闸址位置不透水层距底板约有16m，为便于施工和降低造价，采用“悬挂式板桩”。

板桩入土深度为6m，厚20cm。

（根据江苏省大型水闸实践经验，钢筋砼板桩长度多数采用5~7m。

---《水闸设计规范》SL265-2001第162页）。

在消力池水平段排水孔，排水孔孔径Φ150，间距1.5m，呈梅花形布置，底部铺设土工布反滤。

闸基防渗长度：所需的最小地下轮廓线[L]=CΔH=7×5.5=38.5m（根据地质资料取C=7）
实际布置渗径长度：L=(20+6×2+20+6.8) =58.8m（上游铺盖长20m，闸底板长20m，垂直防渗墙深6m，下游消力池不设排水孔段长6.8m），L>[L]，满足规范要求。

二、渗流计算
1、计算水位组合：
设计工况：上游挡水位19.5m，下游相应水位14.5m，ΔH=5.0m。

校核工况：上游挡水位20.0m，下游相应水位14.5m，ΔH=5.5m。

在上闸地下轮廓线所在的岩土为高渗水的砂砾石，查相关规范规定，允许坡降值
为：
水平段允许坡降值为 [0.15～0.25] 出口段允许坡降值为 [0.40～0.50] （1）有效深度计算 L 0=46.8m ，S 0=7.5m ；
L 0/S 0=46.8/7.5=6.24＞5.0 ；计算有效深度05.0L T e ==0.5×46.5=23.25m ＞16m
a T ——地基实际透水深度； {}a
e c T T T ,min = =16m ——《水工建筑物》第225页
（2）简化地下轮廓
将地下轮廓划分成7个段，计算简图见下图。

19.50（上游设计高挡水位）
14.5（下游设计低水位）
-16（计算地基相对不透水底板）
（3）阻力系数计算 ① 进口段：ξ
01
＝1.5(S/T)3/2+0.441＝1.182，
T=16m ，S=10m ； ② 内部垂直段：ξ
02
＝2/π[㏑(ctg((π/4)(1-S/T)))]＝0.191，
T=16m ，S=7.5m ； ③ 水平段1：ξ
03
＝[L －0.7(S 1+S 2)]/T=0.506,
T=16m ，L=20m ，S 1=7.5m ，S 2=1.9m ； ④ 内部垂直段2：ξ
04
＝2/π[㏑(ctg((π/4)(1-S/T)))]＝0.027，
T=16m ，S=1.9m ；
⑤水平段2：ξ
05＝[L－0.7(S
1
+S
2
)]/T＝0.754,
T=16m，L=20m，S
1=1.9m ，S
2
=1.9m；
⑥内部垂直段3：ξ
06
＝2/π[㏑(ctg((π/4)(1-S/T)))]＝0.037, T=16m，S=1.3m；
⑦水平段3：ξ
07＝[L－0.7(S
1
+S
2
)]/T=0.220,
T=15.8m，L=6.8m，S
1=1.3m ，S
2
=0m；
⑧出口段：ξ
08
＝1.5(s/T)3/2+0.441＝0.451, T=15.8m，S=0.8m；
式中:
S-齿墙或板桩的入土深度；
T-地基有效深度或实际深度；
（4）各分段水头损失计算
∑ξ
i
＝3.37, △H＝20.5－14.5=5.5m；
各分段水头损失：hi=(ξ
i /∑ξ
i
)△H
h
1
=1.182×5.5/3.37=1.929m;
h
2
=0.191×5.5/3.37=0.312m;
h
3
=0.506×5.5/3.37=0.826m;
h
4
=0.027×5.5/3.37=0.044m;
h
5
=0.754×5.5/3.37=1.231m;
h
6
=0.037×5.5/3.37=0.060m;
h
7
=0.220×5.5/3.37=0.359m;
h
8
=0.451×5.5/3.37=0.736m;
计算列表如下：
改进阻力系数法渗流计算表
分段名称S(m) S1(m) S2(m) T(m) L(m) ξi h i(m)
1 进口段10 16.0 1.18
2 1.929
2 内部垂直段7.5 16.0 0.191 0.312
3 水平段7.5 1.9 16.0 20 0.506 0.826
4 内部垂直段 1.9 16.0 0.027 0.044
5 水平段 1.9 1.9 16.0 20 0.754 1.231
6 内部垂直段 1.3 16.0 0.03
7 0.060
7 水平段 1.3 0 15.8 6.8 0.220 0.359
8 出口段0.8 15.8 0.451 0.736
∑ξ=3.368 △H=5.5m
（5）进出口段水头损失修正
a.进口段修正系数
β1’＝1.21－1/[(12(T’/T)2+2)(S’/T+0.059)]
＝1.21－1/[(12(15/16)2+2)(10/16+0.059)]
＝1.09>0，取β
1
’＝1.0,无需修正。

式中:
S’-底板（包括齿墙）的埋深与板桩入土深度之和；
T’-板桩另一侧的地基深度；
b.出口段修正系数
β2’＝1.21－1/[(12(T’/T)2+2)(S’/T+0.059)]
＝1.21－1/[(12(15.8/16)2+2)(0.8/16+0.059)]
＝0.540<1，β
2
’应予修正。

出口段水头损失应修正为：
h 8’＝（1-β
2
’）× h
8
＝0.46×0.736=0.338m;
三、地基土的抗渗稳定性验算
水平渗透坡降J
x ＝h
5
/L
5
=1.929/20
=0.010<水平段允许坡降值 [0.15～0.25]；
出口渗透坡降J
出＝h
8
’/S
8
=0.338/0.8
=0.42属出口段允许坡降值 [0.40～0.50]区间；
因此，地基土抗渗稳定满足规范要求。

4.3.4 闸室的布置
一、上游段
上游段直接与河道连接，用导墙将电站和船闸分隔开。

宽度根据平面布置确定，顶高程为25.0m，底高程13.0m，采用坡比为1:3，40cm厚浆砌块石护坡。

二、闸室长度及型式
闸底板长度确定：顺水流方向取（1.5～2.0）H，考虑公路桥、工作桥以及检修便桥等布置需要，初步拟定为20.0m。

因水闸基础为砂砾石，地基承载力较高，故闸基础选用整体式平底板，根据《水闸设计规范》，必须进行分缝，分缝的间距根据规范要求，不宜大于30.0m，故取为二孔一跨，闸底板采用钢筋混凝土平底板，厚度（1/5～1/8的单孔净跨）初步拟定为150cm。

三、闸墩
闸墩采用C20钢筋混凝土，上游游端采用圆形，中墩厚1.60m，缝墩厚0.80m，长度与闸底板长度相同为20.0m。

闸墩顶高程＝校核洪水位24.20m＋安全超高0.50m=24.70m，取25.0m。

四、闸上交通桥
根据设计任务书，公路桥位于闸室最上游侧，公路桥采用C30钢筋混凝土，总宽度为9.00m，采用T型结构，梁高1.0m，梁底高程同闸敦顶高程为25.00m。

公路桥面高程为25+1+0.25（桥面铺装层厚）=26.25m。

工作桥面高程＝校核洪水位＋闸门高度＋吊点＋安全超高+梁高
＝24.20m＋7.0m＋0.3m＋0.5m＋1.0m
＝33.0m
检修便桥位于闸室下游侧，高程25.0m，宽1.5m。

五、闸门
闸门采用平面钢闸门，平面钢闸门的顶高程应该高于灌溉水位，取为20.0m，因此平面钢闸门的尺寸为10.0×8.0m(宽×高)，闸门设侧止水和底止水。

工作闸门采用卷扬式启闭机启闭，启闭力后续计算。

检修闸门设二道，位置分设工作闸门的上、下游侧，检修闸门采用钢闸门，用手拉葫芦启闭。

检修闸门高度拟定为4.0m，有上下两块迭合而成，平时安放在启闭机室内。

为充分利用闸室水压力，增强闸室抗滑、抗倾覆稳定性，将闸门布置在靠闸室下游端，位于底板下游端向上游5m处。

六、启闭机
1）闸门启闭力计算（参见《水利水电工程钢闸门设计规范》）
a.水压力计算
P 1=0.5γh
1
2b=0.5×1.0×7.02×10.0=245T；
P 2=0.5γh
2
2b=0.5×1.0×1.52×10.0=11.25T；
ΔP= P1－P2＝233.75T；
b.有关阻力（采用滑动轴承支承）
a）支承摩阻力T
zd ＝（f
1
r+f）P/R
＝（0.15×25+1.0）×2000/100 ＝95.00kN；
P-作用在闸门上的总水压力，KN；
f
1
-滑动摩擦系数，取0.15；
f-滚动摩擦力臂，取1.0mm；
r-滚轮轴半径，取25mm；
R-滚轮半径，取100mm；
4只定轮，每只宽20cm，根据线压强q=2000KN/（4×200mm）=2.5KN/ mm，查《钢
闸门规范》附录M：f
max =0.11~0.13，f
min
=0.05,取f＝0.10 。

b）止水摩擦力
令止水带宽（水压力作用区）12cm，左右两侧共24cm。

N=0.5×1.0×7.02×0.24=5.88T；
T
sd
=N·f=5.88×0.5=2.94T (f=0.5)
c)上托力计算
《钢闸门规范》附录D
上托力Pt＝γβ
t H
s
D
1
B
zs
=10×1.0×7.0×0.2×10=140KN；
γ-水的容重；
βt-上托系数，验算闭门力时取1.0；H
s
-关门时上游水位；
D
1
-闸门厚度；
-两侧止水距离；
d)下吸力计算
P S =p
S
D
2
B
zs
=20×0.3×10=60KN；
p
S
-闸门底缘的平均下吸强度，取20KN/m2;
D
2
-闸门底缘止水至主梁下翼缘的距离，m;
c．启闭力计算
《钢闸门规范》公式8.1.1-1,8.1.1-2；
闭门力F
W =n
t
(T
zd
＋T
sd
)－n
G
G＋P
t
=1.2×(95.00+2.94)－1.1×128+140 =116.7KN>0，需设加重块G
j
＝100KN；
启门力F
Q = n
t
(T
zd
＋T
sd
)+ P
S
+ G+G
j
+W
s
=1.2×(95.00+2.94)+60+1.1×128+140+291
=749.3KN；
n
t
-摩阻力安全系数，取1.2；
n
G
-计算闭门力时的闸门自重修正系数，取1.1；
n
G
’-计算启门力时的闸门自重修正系数，取1.1；
G-闸门自重，为128KN；
W
s
-作用在闸门上的水柱压力，KN；
G
j
-加重块重量，KN；
P
t
-上托力，KN；
P
X
-下吸力，KN；
T
zd
-支承摩阻力，KN；
T
sd
-止水摩阻力，KN；
B．启闭机选型
根据启门力F
Q
=679.5KN，闸门高度为7m，选用启闭机型号为QPQ-2×40，主要参数如下：
启闭力2×40T，启门高度9m，启门速度1.34m/min，吊距3.1～9m。

C．选择工作桥主横梁平面尺寸位置
工作桥主梁采用两根T形梁，梁高1.0m，翼板宽1.2m，工作桥总宽4.5m，T 形梁上布置横向格梁，以布置启闭机平台。

七、下游护坡
下游护坡同上游护坡。

4.3.5 闸室稳定计算 4.3.
5.1 完建工况
水闸内无水，计算恒载情况下基底应力与基底应力不均匀系数。

一、自重计算
自重弯矩(KN－M)
长度
宽度
(KN)
（+）
（-）
向下游
向上游
启闭机房160010160000交通桥板23.2911819-5.50-10004检修桥23.260.5909-200闸墩>20 3.21197920 4.5356400闸墩<20 3.220812800000闸底板23.220 1.5
17400000启闭机80闸门9500.54750合计
43478
7.552115-10004
总计
42111
荷载名称高度
荷载到底板中心距
二、基底压力计算
∑G=43478kn(↓)；∑H=0kn(→)；∑M=42111kn ·m 。

压应力P=∑G/(BL)+6∑M/(BL 2) P min =66.3(kn/m 2)，P max ＝95.5(kn/m 2)； P<[R] =230 kn/m 2，满足规范要求。

应力不均匀系数η＝P max /P min =95.5/66.3=1.44<[2.0]，满足规范要求。

4.3.
5.2 设计工况
一、自重计算
与完建工况相同。

二、水压力计算
水压力包括水重、上游水平水压力、下游水平水压力、下游风浪压力、扬压力和侧向水压力。

计算公式按下式进行：
上游水压力＝10H 2B/2=10×(19.5-13.0)2×23.2/2=4901 kN 下游水压力＝10H 2B/2=10×(14.5-13.0)2×23.2/2=261 KN
上游水重＝10×(19.5-13.0)×23.2×10=15080 KN 下游水重＝10×(14.5-13.0)×23.2×8.5=2958 KN 计算成果如下表：
设计工况水压力计算成果表
水位
水平竖向弯矩(KN－M)（m）
水压力水压力（+）（-）(KN)
(KN)
向下游向上游
上游水压力19.54901 2.17106190下游水压力14.5-261
0.500-131上游水重19.515080-3.50-52780
下游水重14.52958-5.75170090扬压力114.5-18560000扬压力219.5-5800 2.0812064-1227浪压力19.5
125004
50000合计5890-632244691-54138
总计
-9446
荷载名称
荷载到底板中心距(m)
注:(-表示方向相反)
三、抗滑稳定验算
根据设计任务书提供的基底摩擦系数f ＝0.4。

抗滑稳定安全系数K C =f ∑G/∑H=0.4×49368/6322
=3.12>[K C ]=1.25，满足规范要求。

四、基底压力计算
∑G=49368kn(↓)；∑H=6322kn(→)；∑M=9446kn ·m 。

压应力P=∑G/(BL)+6∑M/(BL 2) P min =76.4(kn/m 2)，P max ＝110.6(kn/m 2)； P<[R] =230 kn/m 2，满足规范要求。

应力不均匀系数η＝P max /P min =110.6/76.4=1.45<[2.0]，满足规范要求。

4.3.
5.3 校核工况
一、自重计算 与完建工况相同。

二、水压力计算
计算成果如下表：
校核工况水压力计算表
水位
水平竖向弯矩(KN－M)（m）水压力水压力（+）（-）(KN)
(KN)
向下游向上游上游水压力205684 2.83161050下游水压力14.5-261
1.00
0-261
上游水重2016240-3.50-56840
下游水重14.52958-5.75170090扬压力114.5-18560000扬压力220-6380 2.0813270-1227浪压力20
148004
59200
合计6903-5742
52304-58328
总计
-6025
荷载名称 荷载到
底板中
心距
三、抗滑稳定验算
根据设计任务书提供的基底摩擦系数f ＝0.4。

抗滑稳定安全系数K C =f ∑G/∑H=0.4×50381/5742
=3.51>[K C ]=1.25 满足规范要求。

四、基底压力计算
∑G=50381kn(↓)；∑H=5742kn(→)；∑M=6025kn ·m 。

压应力P=∑G/(BL)+6∑M/(BL 2) P min =81.4(kn/m 2)，P max ＝118.9(kn/m 2)； P<[R] =230 kn/m 2，满足规范要求。

应力不均匀系数η＝P max /P min =118.9/81.4=1.46<[2.0]，满足规范要求。

4.3.6 闸室底板结构计算
底板结构计算以闸门为分界点，分上游段和下游段，本设计只作了上游段的计算。

一、计算荷载 A.底板
W 1=15×23.2×1.5×2.5=1305t ； B.闸墩
G 1=15×12×（1.6+0.8+0.8）×25=1440t ；
C.上部结构
G
2-1
（公路桥）＝8×23.5=188.0T；
G
2-2
（工作桥）＝2.22×23.5×2.4=125.21T；
G
2
=354.21T；
D.水重
W
2
=15×20×6.5×1.0=1950T；
E.浮托力
U
1
=15×23.5×2.0×1.0=705T；
F.渗透压力
U
2
=0.5×（1.36+2.04）×15×23.5×1.0=599.3T；
G.地基反力
R=9.06×15×23.5=3193T；
二、总不平衡剪力
Q=R+U
1+U
2
－W
1
－W
2
－G
1
－G
2
＝3193+705+599－1305－1950－1440－354.2
＝－552.2T；
三、不平衡剪力分配
e
1
=0.5×[2.8×13.52+(23.5－3.5)×1.52]/[3.5×13.5+(23.5－3.5)×
1.5]=4.42m；
I
y
＝(1/3)×[23.5×4.423－(23.5－3.5)(3.711－1.5)3+3.5×9.083]
=1383.82m；
(S
y )
abcd
=3.5×9.08×9.08/2 =144.28m；
(I
y )
abcd
=∫
A
y2dA=b∫9.08
-2.92
ydy＝3.5×(1/3)y 39.08
-2.92
=902.43m4;
Q
墩＝(Q/ I
y
)[ (S
y
)
abcd
·ae－0.5·(I
y
)
abcd
]
=(－552.2/1383.82)(144.28×12－0.5×902.43) =－519.5
Q
板＝Q－Q
墩
＝－552.2－(－519.5)
=－32.7
四、单宽截条上的计算荷载
（1）由闸墩传递的集中荷载
A.缝墩
Q=(0.8/3.5)×Q
墩
＝－137.4T；
B.中墩
Q=(1.6/3.5)×Q
墩
＝－294.4T；
C.闸墩自重及上部结构
缝墩G=374.4+46.4+30.9+13.7=465.4T；
中墩G=561.6+89.6+59.67+13.67=724.54T；
P
缝墩=(G
缝墩
－Q
缝墩
)/B=(465.4－171.71)/15 =19.6T/m；
P
中墩＝(G
中墩
－Q
中墩
)/B=(724.54－220.77)/15
＝33.6T/m；
（2）作用于底板的均布荷载
q=(W－U－Q
板
)/2LB
=[1950+1305/2－(705+599.3)－32.7]/(23.2×15)
=3.64T/m；
五、弹性地基参数E0及μ0的确定
由于第一层中砂厚度较薄，第二层砂砾石厚度较大，两层土的弹性模量接近，故
取砂砾石弹性模量E
0，E
＝360kg/cm2。

砂的泊松比μ
一般取0.3。

六、整体式底板的基础梁计算
由于本工程的地基基础从高程10 m至－15m以下为基岩，
H/L=29/11.6=2.5<4;
H-基础以下基岩的埋深；
L-基础梁半长；
因此，根据《水工设计手册》第6册P6-59的说明，基础梁计算可按《有限深弹性基础梁计算用表》（张裕怡编，水利出版社，1980年版）的列数表，直接算出基底
反力的分布。

现根据《水工钢筋混凝土结构设计手册》按半无限大弹性基础梁，采用郭氏表计算。

混凝土弹性模量（C20）E=2.55×107KN/m2；
地基土弹性模量 E
=36000KN/m2；
1、柔度指标
t=10(E
/E)(l/h)3
＝10(36000/2.55×107)(11.6/1.5)3=6.53
E
—地基土弹性模量，KN/m2；
E—混凝土弹性模量，KN/m2；
l—底板半长；
h—底板厚度；
0<t<10，可采用郭氏表计算。

2、查表计算
对右边的荷载P
1=231KN,α
1
＝11/11.4=0.96≈1；
对中间的荷载P
2=231KN,α
2
＝0/11.4=0；
对左边的荷载P
3=231KN,α
3
＝－11/11.4=-0.96≈－1；
查《水工钢筋混凝土手册》表24-26(a)、(b)、(c)，分别得各截面处的
-
p
ξ、-V、
-
M值。

集中力作用按《水工钢筋混凝土手册》公式24-42计算，
p=0.01-
p·P/l ；
V＝±0.01
-
V P；
M=0.01
-
M Pl ；
p —反力；
P—集中荷载，KN；l —基础梁半长，m;
-p、
-
V、-M—查表所得；
均布荷载作用按公式24-41计算，
p =0.01-p·q；
V＝±0.01
-
V q l；
M=0.01
-
M ql 2；
q—作用在底板上的均布荷载；
计算结果如下：
M
max-1
=563.85KN·m，底面受拉；
M
max-2
=－345.92KN·m，顶面受拉；
V
max
=－256.3KN;
（3）配筋计算
a、正截面
M
μ0=γd·M设＝1.2×563.85=676.62 KN·m；
γd-结构系数，取1.2；
查《水工钢筋混凝土手册》表4-11(C)，矩形截面(b=1000mm)受弯构件正截面受
弯承载力M
μ0(KN·m)及配筋A S0(mm 2)计算用表得，A
S0
＝1679 mm2,ρ＝0.12%；
应按构造配筋，ρ
min =0.15%，则A
S
=2100 mm2；
配Φ25＠200（A
S
=2454 mm2）。

底板顶面配筋与底面相同，均为Φ25＠200。

B、斜截面
C20混凝土：f
C =10.0N/mm2，h
=h－50=1450mm,
V C =0.07 f
C
bh
×10－3
=0.07×10.0×1000×1450×10－3
=1015KN;
γd V=1.2×248.1=297.6KN;
γd V>V C 因此，无需配箍筋。

4.3.7 两岸连接建筑物设计
因本工程左右两侧分别布置了船闸和水电站，因此，两岸连接建筑物因与该些建
函江水利枢纽工程泄水闸部分设计说明书
筑物联合布置在一起，成为一个整体。

根据本工程闸底板与闸顶高差以及两侧建筑物的运行特点，泄水闸左侧连接物与船闸上下游引航道导墙相结合，直接利用引航道导墙作为本工程左侧翼墙。

右侧上下游翼墙采用悬臂式钢筋砼结构挡土墙。

上游翼墙顶高程25.00m，底高程12.00m。

下游翼墙顶高程25.00m，底高程10.55～12.00m。

初步拟订上游挡墙高13.0m，挡墙壁厚1.0m，墙身垂直，墙身高12m，墙底板厚1.0m。

下游挡墙高13～14.45m，挡墙壁厚1.0m，墙身高度12～13.45m，底板厚度1.0 m。

翼墙两侧设置1.0×1.0m腋角，两侧悬挑4m，底板总宽11m。

上游翼墙长30m，下游翼墙长36.8m。

翼墙采用C25钢筋砼浇筑。

翼墙稳定计算及配筋计算采用理正挡土墙计算软件完成。

以下章节略
参考文献：
1、函江枢纽毕业设计任务书；
2、《水利水电工程初步设计报告编制规程》（DL5021-93）
3、《水闸设计规范》(SL265─2001)；
4、《水闸》（陈宝华张世儒编著中国水利水电出版社）
5、《水力计算手册》（武汉水利电力学院水力学教研室编）
6、《水工设计手册》第6册过坝与泄水建筑物；
7、《水工钢筋混凝土设计手册》1999年；
8、《水利水电钢闸门设计规范》DL/T 5039-95。

浙江函授站潘国光学号04947322 21。