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1、水闸设计步骤一、拟定闸孔形式比较最高水位与地面高程,确定闸孔结构形式。二、选用堰型及堰顶高程根据闸基土质及运行要求,确定堰型三、利用堰流公式初步拟定闸孔宽度。渠道断面面积：A平均流速：V=A平底堰:0.65时为堰流,否则为闸孔出流；H曲线形堰:生0.7时为堰流,否则为闸孔出流。Hhe一一闸门开度计入行进流速的上游水深：rrrravHC=H+=2g式中：H上游水深；Ct流速系数,取1.00；A. V0上游行进流速。B. 1.0.72时,。=2.3IdX（I一一I-）0-4.（水闸设计规范公式A.0.16）HOHOHo0.72Ht,=lHO侧收缩系数=1.0,流量系数m=0.385any2gH2C
2、. d20.9时用下式计算过流能力:HnQ=AAj2g(Ho-4)氏=0.877+f-0.65旧)闸孔总净宽:B=.QAAJ2g(”-4)时所需的闸孔总净宽小于初拟定的闸宽综合以上引水情况和排水情况计算并考虑一定的安全储备确定B二六、验算闸孔过水能力%=4m,dz=.0m,bh=3.662.5-0.5=8.65机bo+d.2+淹没系数为:侧收缩系数为:计算流量为:汁=b&B昭h；?或Q=WlSBOyl2g（H。-%）七、画出闸孔宽度布置图消能防冲设计一、用孔流公式计算闸门初始开度和出闸水流出使流量设闸孔开度e为LOm根据闸门相对开度:g=判别出流形式h由水利学表8-7查得平板闸门的垂直收缩系数
3、:J=收缩断面水深：hc=2e=流量系数：=0.60-0.176-=收缩断面流速：Q或A2gHoZ2g%匕=bhcbe22收缩断面的共飘水深：潜孔比:由水力学图8-34查得淹没系数。S=比较儿与片的大小确定出流形式如闸孔为淹没出流,则流量根据水力学（8-24）计算单孔流量:Qs=xjLibey2gH0=sbe2gH；总流量：Q=以相同的方法设一组不同的闸孔开度e值,求得相应的“一民最大时,相应的下泄水流的能量最大最大流量计算表e%hC匕hcfe*Qs12345三、计算出闸水流的水跃消力池宽度:B=单宽流量：q=B上游河道断面面积：A=平均流速：V=Z=跃前水深也按水闸设计规范公式(Bl.l3)
4、计算:式中：a一一水流动能校正系数,取1.0；q过闸单宽流量；水流动能校正系数,取0.95；T0由消力池底板顶面算起的总势能移项得式中:=H+d+%22g=跃后水深:=-(jl+8Frr-l0.25或根据值查表得共规水深比7二,则/=也；若总则需设消力池。出池落差z =q22g%2验算淹没安全系数：应满足0=j+4z=1.0-1.10的要求hc四、计算消力池的长消力池长度4按水闸设计规范公式(Bl2)计算：1.M=Ls+Lj=式中：1.s消力池坡段水平投影长度；水跃长度校正系数,取为0.75；1.j水跃长度,6.9(h：hc)五、计算消力池底板的厚度消力池底板厚度按水闸设计规范(B1.3-l)
5、计算t=klJgJ=式中：t消力池底板始端厚度；H一一闸孔泄流时的上下水位差；占一一消力池底板计算系数；q过闸单宽流量。考虑到消力池底板的抗浮要求,现取消力池底板厚度为mo六、确定消力池的构造七、计算海漫长度对于而后7在19之间的情况,可按水闸设计规范(B.2.1)计算:lp=LJ/=式中：1.P海谩长度(m)；qs消力池末端单宽流量；ks海漫长度计算系数；H一闸孔泄流时上下水位差。八、计算冲刷坑的深度,确定防冲槽的尺寸海漫末端的河床冲刷深度按水闸设计规范公式(B.3.1)计算dm=r-hm=式中：dn海漫末端河床深度；qm海漫末端单宽流量q=.Ahn,海漫末端河床水深。v0河流土质允许不冲流
6、速IV0的计算：断面面积:A=(b-mb)h=湿周：力=力+2zV1+aw2=水力半径:H=-=Z不冲流速:%=0R2=闸基渗流计算一、渗流计算水位组合二、下轮廓线布置,验算防渗长度(一)地下轮廓线的设计步骤(1)根据水闸的上下游水位差大小和地基土质条件选择地下轮廓的形状和尺寸。初步拟定其不透水层部分的长度(即防渗长度)时,一般均采用渗径系数法。(2)选用适当的方法对初步拟定的布置方案进行渗流计算,求出闸底所受的渗透压力以及渗透坡降,特别时渗流出口处的坡降。(3)验算闸基及地基的稳定性,包括地基土的抗渗稳定性。(4)根据稳定和经济合理的要求,对初拟的底下轮廓线进行修改。在修改底下轮廓线的形状和
7、尺寸时,应结合总体布置和闸室的结构布置与设计进行综合考虑。(二)用渗径系数法初步拟定闸基的防渗长度按水闸设计规范公式(4.3.2)计算：1.=CMi=式中：1.闸基防渗长度；C一一渗径系数,查水闸设计规范表4.3.2；H一一上下游最大水位差。（三）初步拟定闸室沿水流方向的长度E=（2.54.5）H=式中：1.,闸室沿水流方向的长度；上下游水位差。则初拟闸底板长度m：闸底板厚度取闸孔净宽的1618可初拟底板厚度为m,底板上下游的齿墙宽度为m,齿墙深度均为m,上游齿墙的作用是降低闸底板上的渗透压力,下游的齿墙是减小出逸坡降,有助于防止地基产生渗透变形。（四）验算防渗长度（五）地下轮廓线布置水闸地基
8、防渗长度初基轮廓线形状及尺寸确定,即进行地下轮廓线的布置。布置的总的原则是滞渗步确定以后,可根据设计要求和地基土壤的特性,并参考已有的类似的水闸工程资料进行闸与导渗相结合。通常在闸室底板上游一侧布置防渗设施（如铺盖、板桩及齿墙等）,用来延长渗径、减小底板渗透压力、降低闸基渗流坡降等,这叫滞流；在下游侧布置排水设施,使渗透水流尽快地安全排走,以防止发生渗透变形,并减小底板渗透压力,这叫导流。三、渗流计算采用改进阻力系数法来进行渗流计算。（一）地基有效深度的确定当白，5时,可按水闸设计规范公式（C.2.1-1）计算,有效深度:/=0.5LO=当?V5时,可按水闸设计规范公式（C.2.1-2）计算,
9、有效深度:7；=2-=S。1.6幺+2SO式中：Te土基上水闸的地基有效深度（m）；1.0地下轮廓的水平投影长度；S0地下轮廓的垂直投影长度。(二)计算各典型段的阻力系数表3-1各渗流区段几何参数和阻力系数表段号段别Si(ShS2Xm)Ti(m)Li(m)备注1进口段各渗流区段的阻力系数可根据段别和区段的几何特性(S,T,L)按下列公式计算1、进出口(CY,5段4=L5J0.4412、内部垂直段号=O喏(1一割3、水平段J=LX-7(S+S2)2内部水平段3内部垂直段4内部水平段5内部垂直段6内部水平段7内部垂直段8内部水平段9内部垂直段10内部水平段11内部垂直段12内部水平段13内部垂直段
10、14内部水平段15出口段15计算得:=i=l（三）计算各典型段的渗压水头损失根据式计算15式中:a/=；Zgi=1=1表3-2各典型段渗压水头损失计算表渗压水头损失H%h2儿h%九0%42九3%45设计正向设计反向校核正向当底板有倾斜段时,阻力系数为其一豹+/)2-lT1（四）进、出口水头损失值的修正进口处修正系数,：,=.2l-FLi/2r（q12+2-+0.059进口段水头损失应修正为=h=；h0=Ytii=进口段水头损失减小值为:Ah=Q-）h0按相应公式修正各段的水头损失值为：（2）出口处修正系数42：02=121r；（s122-+0.0591.F-出口段水头损失应修正为：表3-3:渗
11、压水头损失计算汇总于表渗压水头损失(In)hh1也3%hI%九0%2445设计情况正向挡水修正前修正后反向挡水修正前修正后校核情况正向挡水修正前修正后(五)计算各渗流角点处的渗压水头由上游进口段开始,逐次向下游,从作用水头值相继减去各分段水头损失值,即可求得各角隅点的渗压水头值。表3-4各角点渗压水头计算汇总表渗压水头(m)乩H2”3”4Hs“6%4HqHIo%/3H14出5乩6设计情况正向挡水反向挡水校核情况正向挡水（六）绘制闸底渗透压力分布图根据以上算得的渗压水头值,并认为沿水平段的水头损失呈线性变化,绘出如图所示的渗压力分布图：1、计情况正向挡水2、计情况反向挡水2、校核情况正向挡水（七
12、）验算渗透坡降表3-5出口渗透坡降计算表%(m)S(m)J备注设计正向各水位组合情况的出口渗透坡降按式（C.2.6）计算：J=h0s设计反向校核正向闸室结构布置一、闸室底板的布置二、闸墩的布置拟定闸墩顺水流方向的长度,闸墩厚度,闸墩高度,门槽位置和尺寸。闸墩分中墩和边墩两种。中墩上游部分（以闸门分界）的顶部高程一般高出设计（校核）水位,以使闸上交通桥既不防碍过水,也不受波浪的影响。中墩下游部分的顶部高程可以适当降低。边墩是闸室与两岸连接的闸墩,边墩顶部高程,在泄洪时应高出设计或校核水位加安全超高值,关门时应高出设计或校核洪水位加安全超高值。该两项安全保证条件应同时得到满足,以便使上游来水不漫过
13、边墩顶部,确保闸室安全。表4-1安全超高数值表安全超高V泄洪时挡水时设计洪水位校核洪水位泄洪时:设计（校核）洪水位+V关门时:设计（校核）洪水位+（2%+4）表4-2闸顶高程计算表水位情况设计水位(m)安全超高(m)闸顶高程(m)设计正向泄洪挡水设计反向泄洪挡水校核正向泄洪挡水三、闸门结构的布置拟定闸门高度,闸门形式,估算闸门重量,估算闸门启闭所用的启门力和闭门力(一)计算胸墙底缘高程Z=堰顶高程十堰顶下游水深+6=(二)估算闸门重量采用直升式平面钢闸门,初拟拟闸门高度为6.5m:估算闸门重量：G=O.O73Jl12A97W5o799.8式中：k闸门工作性质系数,取值1.0；k2孔口高度比修正
14、系数,取值1.0；心一一水头修正系数,取值为L0；H孔口高度；B孔口宽度。(三)估算闸门启闭力选定启闭机：启门力:弓=(010。+L2G闭门力:Fw=(0.1-0.12)P-0.9G表4-3OPQ-212.5t型闸门启闭机外形主要尺寸型号外形主要尺寸（mm）悬挂点（mm）ABEFIJHhlhzdDCe表4-4OPQ-212.5t型闸门启闭机外形主要尺寸型号基础主要尺寸（mm）作用荷载ABCEFGIJMNQQ2QsQ4四、工作桥尺寸拟定为了安置闸门的启闭设备及工作人员操作的需要,通常要设置工作桥,并在闸墩上修建支墩或排架来支承工作桥。（一）工作桥的总宽度确定总宽度=基座宽度+2X（操作宽度）+2
15、X（栏杆柱尺寸）（二）工作桥高程及排架尺寸的确定堰顶以上至工作桥底梁之间的净高为:h=h,+h2+e式中:m为相应于最大过闸流量的堰顶水深；灯为闸门高度，；e为富裕高度。五、交通桥、工作便桥形式的拟定六、分缝和止水的布置七、两岸连接建筑物的布置水闸两端与河岸连接时,需设置连接建筑物,其组成部分有岸墙,上下游翼蜡。（一）上下游翼墙的布置（二）岸墙的布置闸室稳定计算一、闸室结构荷载计算取相邻顺水流向永久缝之间的闸段作为计算单元。闸室所受荷载如图5 1所示：d1一IlWpJ L_LzJz=3图5 1闸室荷载示意图（一）闸室自重及弯矩计算表5-1:闸室自重及弯矩计算表（以底板中点为矩心）构件名称算式重
16、力(KN)力臂（m）力矩(KNm)闸墩底板工作桥交通桥检修便桥排架活动门槽启闭机闸门胸墙合计注:1、采用钢筋硅容重取为24KNm3;2、所有弯矩以逆时针为正,顺时针为负（二）计算水重及其弯矩表5-2:水重和弯矩计算表（以底板中点为矩心）计算情况算式水重（KN）力臂（m）力矩(KNm)设计情况正向挡水上游水重下游水重反向挡水上游水重下游水重校核情况正向挡水上游水重下游水重(三)扬压力的计算1、浮托力的计算表5-3:浮托力和弯矩计算表(以底板中点为矩心)计算情况算式浮托力(KN)力臂(m)力矩(KNm)设计情况正向挡水反向挡水校核情况正向挡水2、渗透压力的计算计算简图如图所示参照前表数据及图,列表
17、计算如下:表54渗透压力和泻矩计算表(以底板中点为矩心)计算情况算式渗透压力(KN)力臂(m)力矩(KNm)设计情况正向挡水设计情况反向挡水校核情况正向挡水表5-5:水平压力和弯矩计算表(以底板中点为矩心)计算情况算式水平压力(KN)力臂(m)力矩(m)设计情况正向挡水上游止水以上止水以下下游止水以上止水以下设计情况反向挡水上游止水以上止水以下下游止水以上止水以下校核情况正向挡水上游止水以上止水以下下游止水以上止水以下二、闸室结构荷载汇总将各种荷载分完建、设计情况和校核情况分别进行汇总,如表所示(一)设计情况正向挡水闸室结构荷载计算汇总表5-6:设计情况正向挡水闸室结构荷载计算汇总表荷载名称垂
18、直力(KN)水平力(KN)力臂(m)力矩(KN.m)It-A顺时针逆时针闸室机构自重上游水压力PiP2P3下游水压力P4P5P6浮托力渗透压力水重上游下游合计(二)设计情况反向挡水闸室结构荷载计算汇总表5-7设计情况反向挡水闸室结构荷载计算汇总表荷载名称垂直力(KN)水平力(KN)力臂(In)力矩(KN.m)t顺时针逆时针闸室机构自重23.64.15上游水压力PiP2P3下游水压力P4P5P6浮托力渗透压力水重上游下游合计(三)校核情况正向挡水闸室结构荷载计算汇总表5-8:校核情况正向挡水闸室结构荷载计算汇总表荷载名称垂直力(KN)水平力(KN)力臂(m)力矩(KN.m)It顺时针逆时针闸室机
19、构自重上游水压力PiP2P3下游水压力PaP5P6浮托力渗透压力水重上游下游合计三、抗滑稳定计算根据水闸设计公式(5-18)计算：_tgW+C0AKC=7式中：o=O.9=W-所有作用在闸室上垂直力的总和;P一一作用在闸室上所有水平力的总和;C0=OJC=A底板与地基的接触面积,A=BL=现列表5-9计算抗稳定安全系数如下：表5-9:闸室抗滑稳定分析计算参数设计正向设计反向校核正向C(kPa)o()TgSOW(kN)ZP(kN)Kc四、基底压力计算基底压力的分布与底板刚度、尺寸、砌置深度及地基性质等因素有关,呈曲线分布。由于闸墩在顺水流方向刚度很大,可近似地把基底压力作为直线分布,这与实际情况
20、较接近,其压强。按水闸设计规范公式(7.3.4-1)计算：GqW=制AW式中：闸室基底应力的最大值或最小值；maxminG作用在闸室上的全部竖向荷载(包括闸室基础底面上的扬压力在内)；M作用在闸室上的全部竖向和水平向的荷载对于基础底面垂直水流方向的形心轴的力矩；A闸室基底面的面积A=BL=:W闸室基底面对于该底面垂直水流方向的形心轴的截面矩W=-bl2=6现根据上式列表5-10计算基底压力如下:表5-10基底压力计算表计算参数完建期设计正向设计反向校核正向Xg(Kn)ZM(kNm)max(kPa)5nin(kPa)G(kPa)bmab11in五、地基允许承载力计算（一）完建期完建期采用太沙基极
21、限承载力公式计算极限承载力2=：（.4Vz+y0dNq+1.2CN）K式中：P11一一地基所能承受的竖向极限荷载；/一一地基土的重度；0基础埋深范围内土的重度；d一一基础埋深,取为；K一一地基承载力安全系数；Ny,Nq,N,一一承载力系数；承载力系数与的关系表得：Ny=6.8,Nqp.WNy+ydNq+L2CN）（二）运行期对均质地基、基础底面完全光滑,在中心荷载作用下,利用汉森极限承载力公式计算竖向地基承载力H=JMBNySbqNqS/+cNlScdic)Ix式中：/?按汉森公式计算的土质地基允许承载力；/土的容重,水下用浮容重；K地基承载力安全系数,取为2.0；S八Sg、SC基础的形状系数
22、；i,、iq、ic荷倾斜系数；dq、dl.深度系数；N八NQNc基础的形状系数；当为设计情况正向档水时计算地基承载力如下：作用在基底上的竖向荷载:P=作用在基底上的水平荷载：r=eIgb=P+Ctg查水闸设计规范表H.0.7-2,表H.0.7-3,表H.0.7-4,得倾斜系数：查水闸设计规范表HO7-1,得承载力系数：N,=,%=,NC=形状系数为：Sz=l-0.4()=;Sq=Se=I+0.2(8L)=基底面以上的有效边荷载:q=yD=深度系数:4=d”1+0.35(0/8)=地基允许承载力为:r=列表计算地基极限承载力和容许承载力:表5-11:地基容许承载力计算计算参数设计正向设计反向校核
23、正向P(Kpa)(Kpa)tgbiriqicNyNqMSySqSC4(Kpa)dqde.R(Kpa)第六章闸室底板结构计算一、计算闸底板顺水流方向的地基反力表6-1地基反力汇总表地基反力完建期设计正向设计反向校核正向PmaxPmin二、计算不平衡剪力以胸墙与闸门之间的连接为界（闸门的侧止水布置在上游侧）分闸室为上、下游段,各自承担其分段内的上部结构重力和其他荷载,计算不平衡剪力如表表62不平衡剪力计算表荷载名称完建期设计正向上游段下游段小计上游段下游段小计闸墩底板胸墙结交通桥构工作桥重便桥力启闭机闸门排架合计水重力浮托力渗透压力地基反力不平衡力不平衡剪力表6-2:不平衡剪力计算表荷载名称设计反
24、向校核正向上游段下游段小计上游段下游段小计闸墩底板胸墙结交通桥构工作桥重便桥力启闭机闸门排架合计水重力浮托力渗透压力地基反力不平衡力不平衡剪力三、不平衡剪力分配值的计算设A1,A2分别为剪力分配图中分配给闸墩和底板的相对剪力面积,则不平衡剪力按下式计算:A=Ilsydy=II04+2J2X/?!-y=(O.6+1)(313+3A122_硝=为了计算方便,求A2时取y坐标向下为正则得y+里FdV=P(2y-By：生+川)Z)O闸墩:底板:表6-3不平衡剪力分配计算表上游侧下游侧。墩。成。坳。底AQ完建期设计正向设计反向校核正向四、弹性地基梁的荷载计算分配给闸墩的不平衡剪力可近似地按集中力考虑,此
25、时通过中墩传给地基梁的荷载N,和通过缝墩传给地基梁的荷载N2为2V1=G1+4 124+22 =g2+式中:G1中墩重（包括上部结构）G2缝墩重（包括上部结构）分配给底板的不平衡剪力按均匀分布考虑并与底板自重%,水重q2,浮托力q3,和渗透压力q4等相加,则可得到地基梁上的均布荷载。q=q1+%一%一%-Ib式中：q、底板自重q2水重妇一一浮托力4渗透压力表64弹性地基梁荷载计算表7载时期均布荷载(KNm)集中荷载(KN)%qGG2Pl上游段完建情况设计正向设计反向校核情况下游段完建情况设计正向设计反向校核情况五、边荷载的计算边荷载计算简图如图62所示:(一)完建期（二）设计情况正向挡水（三）
26、设计情况反向挡水（四）校核情况正向挡水六、弯矩计算先计算梁的柔性指数渣表610和611得EO=KN/m2；取%=KM武所以梁的柔性指数为：式中：Eo基土的变形模量；Eh混凝土的变形模量；/地基梁的半梁长度；h底板厚度按短梁查郭氏表,荷载参见图。根据板条上荷载情况和数值,查附录及,得各有关断面的弯矩系数M,并计算各个时期的弯矩值。查表计算的成果汇于表6-5。表65弯矩计算汇总表段别弯距系数M板带上荷载边荷载均布集中荷载PP荷载qP(a=0.3)P2(a=+1.0)(1)(2)(3)(4)(5)上游段00.10.20.30.40.50.60.70.80.91下游段00.10.20.30.40.50
27、.60.70.80.91表65续表:板带上荷载产生的弯距值完建时期qH=PE=P2h=qF=PlF=P2F=(6)=(l)*q*7.60*7.60(7)=(2)或(3)XPl(8)=(6)+(7)表65续表:板带上荷载产生的弯距值设计情况正向挡水q=qf=PlL=P2L=Pl下=P2F=(9)=(l)ql2(IO)=或XPI(11)=(9)+(10)板带上荷载产生的驾距值设计情况反向挡水qr=qf=PlE=P2L=PlF=P2T=QgxqF(=或XPI(14)=(9)+(10)板带上荷载产生的弯距值校核情况正向挡水q1=Pi=Pi上二qF=Pi=P2下二(15)=(l)ql2(二或(3)xPl
28、(IT)=(12)+边荷载产生的弯距值Mb完建时期设计情况正向挡水Pi=Ph=Pitr=(上)Pl=P2=.p0=(下)P1=P2,=.=P15,=(上)PnUPI2，=.=Pis=(下)Pi=Pt=.Pio1=(上)Pl=P2=.=P15,=(上)Pi=P?=Plo=(下)P1=P2,=.=P15=(下)(18)=(4)O.O1P1(19)=(5)0.01P,l(2O)=(4)O.O1P,1(21)=(5)0.01P,l边荷载产生的弯距值Mb设计情况反向挡水校核洪水情况P=P2=.Po=(Jt)PII=PI2=P5=()p1.=p2=.P10.=(上)P11=P12.=.=P15.=(上)Pl=P2.=.P10=(下)Pll=P12c=.=Pis=(下)p.=p2=.P10-=(下)P11=P12=.=P5=(下)(22)=(4)0.01Pl(23)=(5)0.01P,l(24)=(4)0.0IP,l(25)=(5)0.01Pl弯距总和(kn.m)完建设计情况设计情况校核-洪水时期正向挡水反向挡水情况(26)=(27)=(28)=(29)=(8)+1.0(18)+(19)(11)+1.0(20)+(21)(11)+1.0(22)+(23)(14)+1.0(19)+(20)
