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1、精选优质文档-倾情为你奉上广东水利电力职业技术学院毕业设计计算书 MD水闸改建工程初步设计专业：水利水电建筑工程（工程管理方向） 班级： 08工管2 姓名： 钟剑锋 学号： 指导教师：曾 越1水力计算1.1 闸室的结构型式及孔口尺寸的确定（1） 闸型选择：带胸墙式开敞式水闸（2） 堰型选择：宽顶堰（3） 闸底板高程的确定：根据地质条件可知，选择平底板，底板高程与渠底同高。取-1.0m（4）闸顶高程确定：闸顶高程不应少于设计洪水位与安全超高（按珠江三角洲经验取2m）之和：5.54+2=7.54m1.2 消能防冲设计由于本闸位于平原地区，河床的抗冲刷能力较低，所以采用底流式消能。本水闸的最大引水流
2、量Qmax=15m/s(1) 消力池的池深流量按水力学闸孔出流公式计算式中 e 闸孔开度（m）e/H闸门相对开度H 上游水深 (m) H取3m垂直收缩系数，根据e/H值查水力学表8-1hc 收缩水深 (m) Vc 收缩断面流速 (m/s) 闸孔流速系数 取0.97s 淹没系数 查水闸设计规范表A.0.3-2 共轭水深 (m) 闸孔流量系数，适用范围为0.10.65； 当e/H=0.1, Q 流量 （m3/s） ht 下游水深 ht=1.8m b 闸孔净宽 b=4.5m闸底坎为平顶坎时，0.1e/H0.65,为闸孔出流；e/H0.65，为堰流。下游水深小于收缩水深的共轭水深，即ht hc”，为自
3、由出流，反之为淹没出流。分别计算当开度e=0.3,e=0.5,e=0.78的流量当e=0.78时，H=3m,b=4.5m由e/H=1/9.08=0.115 m 水工建筑物中地基的有效深度计算公式为式中 土基上水闸的地基有效计算深度 （m） 地下轮廓的垂直投影长度 （m） 地下轮廓的垂直投影长度 （m) 故地基的有效深度Te=0.5 L0=24m （3）渗流区域的分段和阻力系数的计算:过地下轮廓的角点、尖点将渗流区域分成八个典型段（I、VIII段为进出口段，II IV V VII四段为内部垂直段，III VI 为内部水平段。）水工建筑物中计算各典型段的阻力系数公式为进、出口段：式中 进、出口段的
4、阻力系数 板桩或齿墙的入土深度 （m） 地基透水层深度 （m）内部垂直段：式中 内部垂直段的阻力系数 水平段：式中 水平段的阻力系数 水平段长度 （m） 进、出口段板桩或齿墙的入土深度 （m）进口段阻力系数为I =1.5（s/t）3/2+0.441=0.444 内部垂直段阻力系数为II =2/ ln(cot/4(1-0.5/24)=0.021内部水平段阻力系数为III =（L-0.7（0.5+1.1）/24=1.078内部垂直段阻力系数为Iv =2/ ln(cot/4(1-1.1/24)=0.046内部垂直段阻力系数为v =2/ ln(cot/4(1-0.5/23.4)=0.021内部水平段阻
5、力系数为vI =（L-0.7（0.5+0.5）/23.4=0.868内部垂直段阻力系数为vII=2/ ln(cot/4(1-0.5/23.4)=0.021出口段VIII=1.5（0.9/22.9）3/2+0.441=0.453(4)计算渗透压力各段水头损失的计算情况各段水头损失的计算水工建筑物中计算各典型段的水头损失公式为 水工建筑物中进出口段水头损失修正系数的计算公式为式中 底板埋深与板桩入土深度之和 （m） 板桩另一侧地基透水层深度 （m） 地基透水层深度 （m） 校核情况：1）=5.25 且 =2.952则hI=0.79m hII=0.04m hIII=1.92m hIV=0.08m h
6、V=0.04m hVI= 1.54m hVII =0.04m hVIII=0.81m2）进出口段损失的修正 进口段修正系数, 应修正,进口段的水头损失修正量为h=0.19修正量应转移到相邻各段，则 hII =0.04+0.04=0.08 hIII=1.92-0.6+0.04=2.48 同样对出口段损失的修正 进口段修正系数为2=1.21-(1/12(T/T+2) S/T+0.059 )=0.331.0 应修正,进口段的水头损失修正为hVIII=2hVIII=0.27修正量hVII =0.35+ 0.252=0.6023) 计算各角偶点的渗压水头：由上游进口段开始，逐渐向下游从总水头6.8m相继
7、减去各分段水头损失值，即可求得各角点的渗压水头值。H1=5.25mH2 =5.06m H3=4.98m H4=2.5m H5=2.42mH6 =2.36m H7=0.32m H8 =0.24m H9=0设计洪水位情况 闸室各角点渗透压力值 （单位：m）5.044.984.692.42.362.040.30.390 校核洪水位情况 闸室各角点渗透压力值 （单位：m）5.255.064.982.52.422.360.320.240作出渗透压力水头分布图,如图所示:（5）闸底板水平段的平均渗透坡降和出口处的平均出逸坡降校核情况：闸底板水平段的平均渗透坡降和出口处的平均出逸坡降：闸底板水平段的平均渗透
8、坡降，根据水工建筑物设计示例与习题中公式计算式中 闸底板水平段的水头损失最大值 （m） 闸底板水平段的长度 （m）因此 查水工建筑物表7-2得出口处的平均出逸坡降, 根据水工建筑物中的公式计算式中 出口段修正后的水头损失最大值 （m） 闸底板埋深与板桩入土深度之和 （m）因此 查水工建筑物表7-2得故闸基防渗满足抗渗稳定的要求。3 闸室布置3.1 闸底板、闸墩(1)闸底板：底板长度为21m，厚度为1m。整体式底板，上下游各设0.5m深齿墙(2)闸墩：长与底版同长，上游高程高为7.6m，厚度为1m。下游初拟高程为5.5m,柱顶设0.70.7m的横梁，梁顶高程为5.5+0.7=6.2m，桥面高程为
9、7m，与大堤相平。 闸墩上设门槽（检修门槽、工作门槽），检修门槽设于上游，槽深0.2m，宽0.2m。工作门槽深0.4m，宽0.6m。闸墩上下游头部均为半圆形，墩R=1m。3.2胸墙 为保证吊闸门的钢丝不浸与水中，胸墙设在工作闸门的上游侧，胸墙顶高程与闸顶高程取7.6m，胸墙底部高程为不影响引水为准，取2m，故胸墙高度为5.6m 胸墙采用钢筋混凝土板梁式结构简支于闸墩上，上梁尺寸为0.40.6m，下梁尺寸为0.50.7m,板厚0.2m。3.3 工作桥、交通桥、检修便桥（1）工作桥：工作桥的宽度不仅满足启闭机布置要求，且两侧应留有足够的操作宽度。B=启闭机宽度+2操作宽度+2栏杆宽度+2栏杆外宽度
10、=1.7+20.8+20.15+20.05=3.7m,取工作桥净宽为4m,工作桥为板梁式结构，预制装配。两根主梁高0.8m,宽0.35m,中间活动铺板厚6cm,结构如设计图，为了保证启闭机的机脚螺栓安置于主梁上，主梁间距为1.5m，在启闭机脚螺栓处，设两根横梁，横梁高30cm,高40cm.。（2）交通桥：闸上有交通要求，根据当地交通部门的建议，在工作桥的下游侧布置交通桥。闸上交通桥为单车道公路桥，按汽20设计，挂100校核。桥面净宽为4.5m，总宽为7m，采用板梁式结构。（3）检修便桥检修便桥：为方便检修，观测在检修门槽处设置检修便桥，桥宽1.5m,桥身结构仅为两根嵌置于闸墩内的钢筋混凝土简支
11、梁。梁高40cm,宽25cm,梁中间铺设厚6cm的钢筋混凝土板。3.4 闸门和启闭机根据水工设计手册平面直升钢闸门结构部分重量公式初步估算闸门重量。式中 闸门行走支承系数。对于滚轮式支承， 材料系数。闸门材料为普通碳素结构钢时， 孔口高度系数。当时，k=1.1 孔口高度 （m） 孔口宽度 （m） 经计算，G=25.16KN,取30kN作用在闸门上总的水压力选用上游水位2.0m，下游水位0.5m计算作用在每米宽门上游面的水压力 作用在每米宽门下游面的水压力作用在闸门上总的水压力初估闸门启闭机的启门力和闭门力根据水工设计手册中的近似公式计算式中 启门力 （KN） 闭门力 （KN） 作用在闸门上总的
12、水压力 （KN）闸门重量 （KN）故 0，表示闸门能靠自重关闭，不需加压重块帮助关闭，根据计算所需的启闭力，查水闸与启闭机，初选双吊点手摇电动两用卷扬式启闭机（上海重型机械厂产品）QPQ25，其机架外轮廓宽J=1700。自重21.6kN3.5 闸室的分缝和止水分缝： 为避免相邻结构由于荷重相差悬殊产生不均匀沉降，要设缝分开，如铺盖与底板、消力池与底板、以及铺盖、消力池与翼墙等连接处都要分别设缝。此外，混凝土铺盖及消力池本身也需设缝分段、分块。止水：边墩与翼墙间及上游翼墙本身设置铅直止水；铺盖、消力池与底版和翼墙、底板与闸墩间以及混凝土铺盖及消力池本身设置水平止水。3.6上下游连接建筑上游连接段
13、包括：在两岸设置的翼墙和护坡，在河床设置的防冲槽、护底及铺盖，用以引导水流平顺地进入闸室，保护两岸及河床免遭水流冲刷，并与闸室共同组成足够长度的渗径，确保渗透水流沿两岸和闸基的抗渗稳定性。上游段连接建筑物采用斜降翼墙,从铺盖处开始,至末端与河底齐平.铺盖外侧填土至高程3.0米处.由于基墙高度为4米,所以采用的挡土墙形式为重力式下游段连接建筑物下游段连接建筑物采用铅直斜降翼墙和圆弧式斜降翼墙.由闸墩开始,至防冲槽为止,采用铅直斜降翼墙,翼墙外侧填土,与两岸齐平.从防冲槽开始采用圆弧式斜降翼墙,末端插入两岸,形成喇叭形出水口.因为基墙高度不高,所以采用的挡土墙形式为重力式.4 闸室的稳定计算4.1
14、 荷载及其组合取中间一个独立的闸室单元进行分析，闸室结构布置见设计图纸。1.荷载（1）完建期的荷载。完建期荷载计算主要是闸室及上部结构自重。力矩为对闸底板上游端点所取。钢筋混凝土重度采用25KN/m3，水重度采用9.8KN/m3。重力计算公式为 式中 材料重度 （KN/m3） 构件体积 （m3）完建期的荷载主要包括闸底板重力G1、闸墩重力G2、闸门重力G3、胸墙重力G4、工作桥重力和启闭机设备重力G5、公路桥重力G6和检修桥重力G7。底板重力为G1=252116.51/2（1+1.5）0.56.5252=3615.6KN闸墩重力：每个闸墩重G2= 1/43.14128.6251/43.140.
15、5126.525+6.68.6125-8.60.20.225-8.60.30.62512.46.5125=3683.3KN闸室单元有两个闸墩，则G2=G22=3683.32=7366.6KN闸门重力G3G3=30KN胸墙重力G4=0.40.64.525+0.50.74.525+0.2（5.6-0.4-0.5）4.525=172.1KN工作桥及启闭机设备重力工作桥重力 G5=0.820.356.5251/2（0.080.12）0.96.52250.150.126.52250.061.36.525=138.8KN考虑到栏杆及横梁重力等取G5=150KN启闭机机身重21.6KN，考虑到机架混凝土及电
16、机重，每台启闭机重21.6KN，启闭机重力：G5=221.6=43.2KNG5= G5 G5=193.2KN 公路桥重力：G6=0.70.76.52530.276.525=447.3KN。取G6=600KN检修便桥重力：G7=50KN完建情况下作用荷载和力矩计算见水闸稳定计算表完建情况下作用荷载和力矩计算表（对底板上游端B点求矩）部位重力（KN）力臂（m）力矩底板3615.610.537963.8闸墩130813.811707.824285.614.361284.08胸墙172.15.5946.55闸门306.5195工作桥1506.5975启闭机43.26.5280.8公路桥60014.38
17、580检修便桥503.1155合计12027.5（2）设计情况闸室内水的重力：W1=6.545.34.59.80.934.59.8114.21.54.59.81=1528.6+119.1+939.3=2587KN水平水压力：首先计算波浪要素。水闸设计规范中平均波高计算公式为式中 平均波高 （m） 计算风速 （m/s） 风区长度 （m） 风区内的平均水深 （m）已知=20m/s，=1000m，=6.54m，经计算，平均波高=0.303m。水闸设计规范中平均波周期的计算公式为式中 平均波周期 （s） 平均波高 （m） 计算风速 （m/s）经计算，求得平均波周期=2.444s根据水利水电枢纽工程等级
18、划分及设计标准（平原、滨海部分）和广东省水利厅“粤水电总字19954号”文颁发的广东省防洪（潮）标准和治涝标准（试行）中的有关规定，本工程等别定为二等，主要建筑物为二级，次要建筑物为三级，临时建筑物为四级。查水闸设计规范表E.0.1-1得波列累积频率P%=2%，查水闸设计规范表E.0.1-2得则 相应于波列累积频率P的波高 由H=6.54 m， =2.444s，查水闸设计规范表E.0.1-3得平均波长 水闸设计规范中的上游波浪中心线壅高的计算公式 经计算，上游波浪中心线的壅高高度水闸设计规范中的波浪破碎的临界水深的计算公式式中 使波浪破碎的临界水深 （m） 平均波长 （m）经计算，使波浪破碎的
19、临界水深=0.726m可见，闸前水深=6.54m ，且H，故为深水波。闸室内水的重力W1=6.755.34.59.80.934.59.8114.21.54.59.81=1528.6+119.1+939.3=2587KN水平水压力P1=1/26.5（0.156+4.5+0.67）4.59.8+1/24.5（4.5+6.95）6.59.8=763.2+801.9=1565.1KN（）P2=1/2（4.399.816.749.81）1.46.5=460.8KN（）P3=1/21.829.816.5=103.2KN（）P4=1/2（1.83）9.811.14.5=116.4KN（）浮托力F=2.59.
20、81216.521/2（11.5）29.816.50.5=3455.7KN（）渗透压力U=0.39.81216.51/22.049.81214.5=401.3+1538.3=1939.6KN（）设计洪水位下荷载、力矩计算表（对B点求矩）荷载名称竖向力（KN）水平力（KN）力臂（m）力矩（knm）备注闸室结构重力12027.5上游水压力763.25.534220.496801.92.251804.275460.80.65299.52下游水压力103.22206.4168.20.65109.33浮托力3455.710.536284.85渗透压力401.310.54213.651538.371076
21、8.1水重力1528.62.654050.79119.15.75684.825939.313.913056.27合计14614.55395.32025.9271.4.17651582.339219.21754.594621.846（2）校核情况闸室内水的重力W1=1577.8+119.1+939.3=2636.1KN水平水压力P1=763.3+893.5=1656.8KN（）P2=1/2（4.599.816.949.81）1.46.5=477.4KN（）P3=1/21.829.816.5=103.2KN（）P4=1/2（1.83）9.811.14.5=116.4KN（）浮托力F=2.59.81
22、216.521/2（11.5）29.814.56.5=3423.9KN（）渗透压力U=0.329.81216.51/22.369.81214.5=428.1+1364.5=1792.6KN（）校核洪水位下荷载、力矩计算表（对B点求矩）荷载名称竖向力（KN）水平力（KN）力臂（m）力矩（knm）备注闸室结构重力12027.5上游水压力763.35.534221.049893.52.252010.375477.40.65310.31下游水压力103.22206.4168.20.65109.33浮托力3423.910.535950.95渗透压力428.110.54495.051364.579551.
23、5水重力1577.82.654181.17119.15.75684.825939.313.913056.27合计14663.75216.52134.2271.4.99950313.239447.21862.896238.7694.2闸室稳定及地基应力计算4.2.1完建期闸室基底压力计算水闸设计规范中基底压力计算公式为式中 基底压力的最大值和最小值（KPa） 偏心矩 (m) 作用在闸室上的全部竖向荷载 （KN） 作用在闸室上的竖向和水平荷载对于闸底板上游角点处的力矩和，逆时针旋转为正，顺时针旋转为负 （KN） 闸室基础底面的面积 （）由表可知，=12027.5KN，=KNm，另外，B=21m，A
24、=216.5=136.5，则（偏上游）地基承载力验算已知P=50Kpa水工建筑物地基承载力验算公式为故地基承载力不满足要求，需要地基处理。不均匀系数计算查水工建筑物表7-11，得松软地基上闸室基本荷载组合的容许值=1.5水利水电工程专业毕业设计指南中地基承载力不均匀性验算公式为：故基底压力不均匀系数满足要求。4.2.2设计洪水情况设计洪水情况下的闸室稳定及地基应力计算与完建期相似，只不过计算中的荷载为相应的设计洪水情况下的荷载，还应对闸室进行抗滑稳定分析。闸室基底压力计算（偏上游）地基承载力验算已知P=50Kpa故地基承载力不满足要求，需要地基处理。不均匀系数计算查水工建筑物表7-11，得松软
25、地基上闸室基本荷载组合的容许值=1.5故基底压力不均匀系数满足要求。闸室抗滑稳定分析查水工建筑物表7-9，得二级水闸基本组合的水工建筑物中闸室沿基础底面的抗滑稳定计算公式为式中 抗滑稳定安全系数，要求 基底与地基之间的摩擦系数。查水工建筑物表7-10，得 作用在闸室的全部竖向荷载 （KN） 作用在闸室的全部水平荷载 （KN）由表可知，=1754.5KN，则故闸室抗滑稳定性满足要求。4.2.3校核洪水情况校核洪水情况下的闸室稳定及地基应力计算与设计洪水情况相似，只不过计算中的荷载为相应的校核洪水情况下的荷载。闸室基底压力计算（偏下游）地基承载力验算已知P=50Kpa故地基承载力不满足要求，需要地
26、基处理。不均匀系数计算查水工建筑物表7-11，得松软地基上闸室基本荷载组合的容许值=2故基底压力不均匀系数满足要求。闸室抗滑稳定分析查水工建筑物表7-9，得二级水闸特殊荷载组合的故闸室抗滑稳定性满足要求。5地基处理根据工程地质综合评价，此为软弱场地土类型，建基面土层压缩性大，允许承载力低，不能作为建筑物地基持力层，应对地基进行加固处理。根据地基应力计算，也不满足要求，也需进行地基处理。当闸基为厚度较深的淤泥、淤泥质土、软黏土、粉砂、极细砂和细砂等软弱土层时，采用桩基，可以增加地基承载力，提高闸的稳定性，能减少沉降量，并具有一定的抗震作用。故选用钻孔灌注桩。5.1桩的数目计算5.1.1根据桩对水
27、平荷载能力计算初选桩径为0.8m，根据水闸第二版中的公式计算式中 底板底面以上的总水平荷载 （KN） 单桩的容许水平承载力 （KN）。查水闸第二版表4-29得 经计算，取为10根。5.1.2按桩的布置计算初选桩的中距为群桩的边缘至底板的边缘的净距不得小于0.5倍桩径，且不小于25，因此初拟桩的边缘至底板的边缘的净距为0.5m。经计算，长边方向设9根桩，短边方向设3根桩，共27根。综上所述，桩的根数为27根，桩的边缘至底板的边缘的净距为0.5 m，长边方向桩的中距为2.5m，短边方向桩的中距为2.75m。5.2桩长计算水闸（第二版）中桩基内各桩受力计算公式为 式中 第i根桩承受的竖向荷载 （KN）； 底板底面以上的全部竖向荷载 （KN）； 桩数； 单桩容许承载力按下式计算： 式中 单桩允许竖向承载力 （KN） 桩尖平面处土的容许承载力 （KN/） 查水闸第二版表4-30，=300KN/ 桩的横断面面积 （） 第I层桩周土的