荒地水闸设计计算书重点讲义资料(DOC 33页).doc

1、一、基本资料1. 水位水闸计洪水位2.96m (P=1%)堤防设计洪水位2.88m (P=2%)历史最高洪水位2.60m 内河最高控制水位1.30m内河设计运行水位-0.30m2 工程等级及标准联围为2级堤围，其主要建筑物为2级建筑物，次要建筑物为3级，临时性建筑物为4级。3风浪计算要素计算风速根据河道堤防、水闸及泵站水文水利计算中“相应年最高潮位日的最大风速计算成果表”查得为V=36m/s(P=2%)。吹程在1：500实测地形图上求得D=300m闸前平均水深Hm=6.0m4地质资料根据院提供的*水闸工程勘察报告。5地震设防烈度根据省地震烈度区划图， *属7度地震基本烈度地区，故水闸重建工程地

2、震烈度为7度。6规定的安全系数对于2级水闸，规范规定的安全系数见下表1.6-1。表1.6-1荷载组合抗滑安全系数kc闸室基底应力最大值与最小值之比的允许值基本荷载组合1.301.5特殊荷载组合1.152.0正常潮水位+地震1.052.0二、基本尺寸的拟定及复核2. 1抗渗计算2.1.1渗径复核如下图拟定的水闸底板尺寸：如下图拟定的水闸底板尺寸：L=0.5+0.7*2+6+0.5+0.5+1.3+0.5+0.76*2+16.4+0.5+1.3+0.7*2+0.5+0.7*2+6+0.5+0.5=40.72m根据水闸设计规范SL265-2001第4.3.2条表4.3.2,水闸闸基为换砂基础，渗径系

3、数取C=7则：设计洪水位下要求渗径长度：L=CH=72.96-（-0.30）=22.82mL实L满足渗透稳定要求。2.2闸室引堤顶高程计算闸侧堤顶高程按堤防工程设计规范（GB5028698）中的有关规定进行计算。其公式为： 式中：Y堤顶超高（m）。 R设计波浪爬高（m）。 e设计风壅增水高度（m）。 A安全超高（m）。 平均波高（m）。平均波周期（s）。 V计算风速（m/s）。 F风区长度（m）。 L堤前波浪的波长（m）。 d水域的平均水深。 K综合摩阻系数，取K=3.610-6。 风向与垂直于堤轴线的法线的夹角（度）。 Rp累积频率为p的波浪爬高。 K斜坡的糙率及渗透性系数，取0.80。 K

4、v经验系数。 Kp爬高累积频率换算系数。R0无风情况下,光滑不透水护面(K=1)、=1m时的爬高值。设计工况的设计潮水位为2.88m（P=2%），计算风速为V=36m/s；风区长度F=300m；风区内的平均水深d根据实测地形图求得为6.0m。经计算：求得平均波高=0.34m， 求得平均波周期=2.58 s，平均波长L=10.34m，风壅水面高度e=0.01m，经验系数Kv由附录C表C.3.1-2求得为1.289，爬高累积频率换算系数Kp由附录C表C.3.1-3求得为2.07，R0由附录C表C.3.1-4求得为1.24，则计算得波浪爬高：Rp=0.8*1.289*2.07*1.24*0.34=0

5、.90m；堤顶的设计安全超高值按2级堤防，由规范取为A=0.8m，则堤顶的超高值Y为1.71m，堤顶的计算高程为4.59m，考虑到沉降的因素，结合干堤现状则设计堤顶高程取为4.90m。2.3 闸顶高程计算闸顶高程按水闸设计规范中的有关规定进行计算。其计算公式为：式中：Z闸顶高程（m）。 h0计算潮水位（m）。 A安全超高（m）。hm平均波高（m）。 v0计算风速（m/s）。 D风区长度（m）。Hm风区内的平均水深（m）。 Tm平均波周期（s）。Lm平均波周长（m）。H闸深水深（m）。hp相应于波列累积频率p的波高（m）。hz波浪中心线超出计算水位的高度（m）。设计工况的设计潮水位为h0=3.4

6、8m（P=1%），相应设计最大风速为V0=40m/s；风区长度为300m；风区内的平均水深Hm根据实测地形图求得为6.05m；相应求得平均波高hm=0.38m，平均波周期Tm=2.74s，平均波长Lm=11.58m；由附录E表E.0.1-1查得波列累积频率为1%，再由hm/Hm=0.06，查附录E表E.0.1-2得hp/hm=2.34，则设计风浪波高hp=0.89m；求得hz=0.22m；水闸的设计安全超高值按水闸级别为2级由规范取A=0.4m，则水闸在设计工况下的闸顶高程Z=2.96+0.89+0.22+0.4=4.47m。根据水闸设计规范，位于防洪（挡潮）堤上的水闸，其堤顶高程不得低于防洪

7、（挡潮）堤堤顶的高程，则本次设计的闸室顶高程取为4.90m。三、闸室稳定计算闸室稳定及闸底应力计算采用两种组合三种工况基本荷载组合:a. 外江设计水位(H0=2.96m)、闸内正常水位(H1=-0.30) b. 完建期特殊荷载组合: c. 外江平均低潮水位、闸内正常水位(H1=-0.30)，加地震荷载闸室稳定计算按设计洪水位组合计算水重、静水压力、扬压力、浪压力+土压力+风压力+闸室自重，闸前设计水位为2.96m，闸后设计水位为-0.30m，风速取100年一遇相应年最高潮位日的最大风速为40m/s。其中钢筋混凝土梁、板、墙、边墩容重取25KN/m3。荷载计算：（1）底板重：(18*6.4*0.

8、7+0.8*0.5*3*6.4)*25=2208KN；（2） 闸墩1：13.5*6.7*0.7*2*25=3166KN； 闸墩2：(6.7+4.9)/2*4.5*0.7*2*25=914KN；闸墩3：0.5*1.2*6.8*4*25+0.5*1.2*5.8*2*25=582 KN交通桥: 0.3*5.5*6.5*25+(0.2*0.25+0.2*0.3+0.4*0.15)*5.5*25*2=315KN 桥面铺装：6*0.1*5.5*25=83KN（4）闸门：65KN；架(6.4*2.7*2+4*2.7*2-1.5*2.1*3-1.2*6)*(0.18*19+0.025*20)*1.2+334

9、=520KN；（6）闸外水重: 4.3*4.76*5*10=1023.4KN；（7）闸内水重: 13.3*5*1.5*10 =997.5KN；（8）闸外水压力1：4.91*4.91/2*5*10 =602.7 KN；（9）闸外水压力2：2.59*1.55*10*5 =200.7 KN（10）闸外水压力3：0.5*5*1.55*1.55*10 =60.1 KN；（9）闸内水压力1: 1.65*1.65/2*5*10 =68.1 KN；闸内水压力2：5*0.67*1.55*10=51.9 KN；闸内水压力3：0.5*5*1.55*1.55*10 =60.1 KN；(10)浮托力: (18*2.2+

10、0.4*3)*6.4*10 =2611.2KN；(11)渗透压力1: 1.92*18/2*6.4*10=1055.9 KN；渗透压力2: 0.67*18*6.4*10=771.8；KN；(12)地震惯性力: 底板: 0.1*9.81*0.25*2208*1.0/9.81 =55.2KN闸墩: 0.1*9.81*0.25*4661.25*1.5/9.81=174.8KN 闸顶刚架 0.1*9.81*0.25*520*4/9.81=52KN稳定计算：建成无水情况下水闸稳定计算竖向力竖向力水平力水平力力臂逆时针顺时针底板2208919872边墩13165.86.7521368.8边墩2913.515

11、.6314281.3边墩320491836边墩417417.753088.5边墩52040.2551交通桥314.8810.253227.47桥面铺装82.510.25845.625工作便桥27.56.25171.875闸门654.485291.525汽车荷载20010.252050刚架519.864.4852331.55合计807969415.7合力矩 X=8.59偏心矩e=-x=-8.51=0.41地基应力 P=（1）=79.67 (KN/m2 )60.60 (KN/m2 )=1.31 2、设计洪水情况: 设计洪水情况下水闸稳定计算竖向力竖向力水平力水平力力臂逆时针顺时针上部结构80796

12、9415.7闸前水重1023.42.152200.31闸后水重997.511.3511321.6闸前水压力1602.73.1871920.61闸前水压力2200.730.78156.566闸前水压力360.0630.5231.2325闸后水压力168.0632.05139.53闸后水压力251.9250.77840.398闸后水压力360.0630.5231.233浮托力2611.29235010渗透压力11105.966635.50渗透压力2771.8496946.60合计101004489863.49180.0537294850465610.9683.4447752求综合摩擦系数；根据水闸

13、设计规范中闸室基础底面与地基土之间的摩擦系数可按公式f0=（Gtg0+C0A）/G计算。对于粘性土地基，0值可采用室内饱和固结快剪试验内摩擦角值的90%，C0值可采用室内饱和固结快剪试验凝聚力C值的30%。根据根据国家电力公司中南勘测设计研究院提供的市番禺区灵山镇水闸工程勘察报告水闸闸基为换砂基础，取C=3KPa，=15.10。C0=0.33=0.9Kpa； 0=0.915.10=13.90； f0=（Gtg0+C0A）/G=（5610.9tg13.90+0.9186.4）/5610.9=0.266；，综合摩擦系数f=0.30；抗滑稳定安全系数；Kc=fG/H=(0.2665610.9)/ 6

14、83.4=2.18Kc=1.30抗倾稳定安全系数:KL=M抗 /M倾=85046/37294=2.28KL=1.50；满足抗滑、抗倾稳定要求。抗浮稳定安全系数:Kf=V/U =10100/4489=2.25Kf=1.10满足抗浮稳定要求。合力矩 X=8.51偏心矩e=-x=-8.51=0.49地基应力 P=（1）=56.65 (KN/m2 )40.76 (KN/m2 )=1.393、正常蓄水+地震荷载情况:(地震惯性力方向指向闸内)正常蓄水位+地震荷载情况下水闸稳定计算竖向力竖向力水平力水平力力臂逆时针顺时针上部结构807969415.7闸前水重666.52.151432.98闸后水重997.

15、511.3511321.6闸前水压力1398.942.6331050.54闸前水压力298.4250.7876.7715闸前水压力360.0630.5231.2325闸后水压力168.0632.05139.53闸后水压力251.9250.77840.398闸后水压力360.0630.5231.233浮托力2611.29235010渗透压力11105.966635.50渗透压力2771.8496946.60地震惯性力2821296合计97434489557.43180.053729484624.85254377.3847330.8抗滑稳定安全系数；Kc=fG/H=(0.2665254)/ 377

16、.4=3.70Kc=1.30抗倾稳定安全系数:KL=M抗 /M倾=84624.8/37294=2.27KL=1.50；满足抗滑、抗倾稳定要求。抗浮稳定安全系数:Kf=V/U =9743/4489=2.17Kf=1.10合力矩 X=9.01偏心矩e=-x=-9.49=-0.01地基应力 P=（1）=45.61 (KN/m2 )45.49 (KN/m2 )=1.00通过计算在上述三种工况下，闸室均能满足抗滑、抗倾稳定要求，基底应力不均匀系数满足规范要求；4、正常蓄水+地震荷载情况:(地震惯性力方向指向闸外)竖向力竖向力水平力水平力力臂逆时针顺时针上部结构807969415.7闸前水重666.52.

17、151432.98闸后水重997.511.3511321.6闸前水压力1398.942.6331050.54闸前水压力298.4250.7876.7715闸前水压力360.0630.5231.2325闸后水压力168.0632.05139.53闸后水压力251.9250.77840.398闸后水压力360.0630.5231.233浮托力2611.29235010渗透压力11105.966635.50渗透压力2771.8496946.60地震惯性力2821296合计97434489557.43462.053859083328.8525495.37544738.8抗滑稳定安全系数；Kc=fG/H

18、=(0.2665254)/ 95.4=5.54Kc=1.30抗倾稳定安全系数:KL=M抗 /M倾=153241/63359=2.49KL=1.50；满足抗滑、抗倾稳定要求。抗浮稳定安全系数:Kf=V/U =17498.8/7036.9=2.49Kf=1.10合力矩 X=8.59偏心矩e=-x=-8.59=0.41地基应力 P=（1）=66 (KN/m2 )50.2 (KN/m2 )=1.32通过计算在上述三种工况下，闸室均能满足抗滑、抗倾稳定要求，基底应力不均匀系数满足规范要求；但基底应力较大，需进行基础处理。四、空箱翼墙稳定及墙底应力计算采用两种工况 a. 完建期b. 外江设计水位(H0=1

19、.2m)、闸内正常水位(H1=0.00)钢筋混凝土容重取25KN/m3，填土天然容重取18.5KN/m3 填土饱和容重取19.0KN/m3 填土等代内摩擦角取300工况一：底板：5.0*11*0.5*25=687.5 KN墙身：1239+8*25=1439 KN土体重：(1*6*4.9+3.25*4.1)*18.5=790.4 KN土压力：4.9*4.9/3/2*6*18.5+4.1*4.1/3/2*18.5*3.25 KN =612.6 KN浮力： (0.5*5*11+1.25*5/2*0.5)*10=290.6KN荷载名称荷 载（KN）力臂力矩底板687.52.51718.75墙身1439

20、2.53597.5土体重790.41254.53556.856土压力612.63522.13-1304.91浮力290.6252.5-726.563合计6841.6=2626.3 KN290.6 KN6841.6KN.m翼墙底面积：A=11*5+5*1.25/2=58.13m2合力矩 X=2.61偏心矩e=-x=-2.61=-0.11地基应力 P=（1）=50.9 (KN/m2 )39.5 (KN/m2 )=1.29工况二：正常运行期底板：5.0*11*0.5*25=687.5 KN墙身：1239+8*25=1439 KN土体重：9.25*2.8*19+6*2.1*18.5+3.25*1.3*

21、18.5=803.4 KN前址水重：1.0*2.8*11*10=308 KN空箱水重：（4.9*3+5.9*1.0*3.25）*2.8*10=667.8 KN土压力：1/2*18.5*（1.32/3*3.25+2.12/3*6）=98.5 KN 18.5*1.3*3.32/3*3.25+18.5*2.1*3.32/3*6=1130 KN 1/2*09*3.32/3*9.12=149 KN浮力： (3.3*5*11+1.25*5/2*0.5)*10=1918.1KN荷载名称荷 载（KN）力臂力矩底板687.52.51718.75墙身14392.53597.5土体重803.44.53615.3前址

22、水重3080.5154空箱水重667.82.51669.5土压力324.41.65-564.9土压力148.97521.1-163.873土压力98.53.94-388.09水压力54.451.1-59.895浮力1918.12.5-4795.3合计4782.9=1987.6 KN644.3 KN4782.6KN.m翼墙底面积：A=11*5+5*1.25/2=58.13m2合力矩 X=2.41偏心矩e=-x=-2.41=-0.09地基应力 P=（1）=38.03 (KN/m2 )30.35 (KN/m2 )=1.25五、桩基计算：1、桩基中各桩承受垂直荷载计算：对于各种不同应用时期，各基桩所承

23、受的荷载也各不一样，现分别计算如下：施工刚建成时期：总垂直力G15016KN 总力矩 M3664t.m基桩编号YI(m)Yi2(m2)M YiM Yi/Yi2N/n(t)Ni=N/n+ M Yi/Y18.74687.4932023.368.652207111.2296119.881837127.54511.6627626.567.464261111.2296118.69389136.34361.7623229.766.276315111.2296117.505944945.14237.7818832.965.088369111.2296116.317998853.94139.7114436.1

24、63.900423111.2296115.130052762.7467.56810039.364.066797111.2296115.296426671.5421.3445642.562.285718111.2296113.515347680.341.04041245.760.504639111.2296111.73426879-0.866.6564-3151.04-1.27644111.2296109.953189710-2.0638.192-7547.84-3.05752111.2296108.172110811-3.2695.648-11944.6-4.8386111.2296106.3

25、91031812-4.46179.02-16341.4-6.61968111.2296104.609952913-5.66288.32-20738.2-8.40076111.2296102.828873914-6.96435.97-25501.4-10.3303111.2296100.899371715-8.36629.01-30631-12.4082111.229698.821446263701.2由上面计算结果，列出各桩可能承受的最大垂直荷载见表基桩12345678Ni(t)120119118116115115114112基桩9101112131415Ni(t)11010910610510

26、310199根据佛山地勘院提供地质勘测结果，两个钻孔数据不尽相同。故按地质条件差者作设计计算依据。初拟300x 300方桩地层岩性层底高程长度(m)侧阻力标准值摩擦力(KN)低液-10.80-11.204.21520kpa90.72贝壳层-12.60-12.701.430 kpa50.4低液限粘土-14.50-15.102.520 kpa60粉土治沙-16.10-16.501.42030kpa42低液限粘土-25.80-26.400.520 kpa12即：单桩承载力0.9x2551.65=139KN120KN 闸室满足要求。2、 .水平承载力验算 (5.4.2-2) (5.4.1) 闸室单桩水

27、平承载力满足要求3、桩基沉降量计算 s=4 桩基沉降计算经验系数 距径比=3.41长径比 基础长宽比由附录H 查得、分别为=0.090 ，=1.597，=7.991 Z=12.5 查附录G 得 mmmm150mm满足规范要求地基沉降量计算根据建筑地基基础设计规范GBJ7-89第5.2.5条，地基最终沉降量按下式计算：式中s地基最终沉降量(mm)；s按分层总和当计算出的地基沉降量；沉降量计算经验系数,n地基沉降计算深度范围内所划分的土层数；po基础底面处的附加压力（kpa）；Esi基础底面下第i层土的压缩模量（Mpa）;zi、zi-1基础底面至第i层土、第i-1层土底面的距离(m)；、基础底面计

28、算点至第i层土第i-1层土底面范围内平均附加应力系数。地基沉降计算深度按下式计算：式中在计算深度范围内，第层出不穷土的计算沉降值；在由计算深度向上取厚度为的土层计算沉降值，。地基沉降量计算取完建期闸内无水荷载组合工况进行计算，该工况下对应地基应力为pmax=90.2kpa,pmin=76.6kpa,平均值p=83.4kpa。参考02孔地质资料，闸室底板以下依次分别为淤泥、粉砂，土层土的相关物理指标为：1）淤泥：湿密度r=17.2kN/m3,压缩模量Es=2.43Mpa,地基承载力标准值fk=83kpa；2）粉砂：变形模量Es=4.706Mpa；3）低液限粘土：变形模量Es=4.214Mpa（1

29、） 计算基础底面处的附加应力p=83.4kpa,r=17kN/m2,d=0.8mp0=p-pc=p-rd=83.4-170.8=69.92kpa（2） 计算各分层地基沉降量采用列表进行计算各分层地基沉降量：分层zi(m)z/bl/bEsi(Mpa)(mm)(mm)(mm)12.891.03.20.23510.680.682.514.6614.662103.63.20.15481.550.8795.219.8639.23.33.20.1621.490.0690.360.36计算深度z=10m已满足地基沉降量计算要求（3） 计算地基最终沉降量查表5.2.5得2、桩端土层地基校核（建筑地基基础设计规

30、范 GBJ789）摩擦角取加权平均值：(2.6x20+6.4x80+1.5x20+x15.60)/11.5=6.50矩形基础 （5.1.7-2）pcz=11.5x8=92kN/m2f=fk+b(b-3)+ d0(d-0.5) (5.1.3) =140+0.3x9.1x(6-3)+1.6x8x(11.5-0.5） =289kNpz +pcz=140kNf =289kN 3、下卧土层地基校核（建筑地基基础设计规范 GBJ789）摩擦角取加权平均值：(2.6x20+6.4x80+1.5x20+4.5x15.60)/15=8.640矩形基础 （5.1.7-2）pcz=15x8.1=121.5kN/m2

31、f=fk+b(b-3)+ d0(d-0.5) (5.1.3) =60+1.1x8.1x(15-0.5） =177kNpz +pcz=157.5kN t+/1,为弹性地基的无限长梁，系数m=n=1,桩顶截面弯矩：6、钢筋计算M=-2.7t.mN=11.5t桩的计算长度l0=0.7t=0.7x6.05=4.23ml0/d=4.23/0.3=14.18 需考虑的影响。e0=M/N=2.7/11.5=0.235mh/30=0.3/30=0.01故实际偏心距e0=235mm计算。1=0.5fcA/rdN=0.517.5300300/1.4411.5104 =4.761取1=1l0/h=140.3h0=9

32、0mm按大偏心受压计算。按对称配置=VdN/fcbh0=1.4411.5104/12.5300250 =0.18 s=(1-0.5)=0.164 x=0.164250=412a=252=50e=e0-h/2+ a=237-150+25=112mmAs=As=rdNe /fy(h0- a) =(1.44x11.5104112)/310(250-25)=266mm2配314=462 mm2 七、水闸闸门结构设计(一)基本数据钢材料采用Q235钢,焊条采用E43系列焊条，容许应力拉应力=160N/mm2, 剪应力=95 N/mm2,容许挠度 f/l=l/600 水头差H=3.48-0.00=3.48

33、m 动载系数取1.1 (二)面板计算为方便计算,不计风浪压力之影响.闸门梁系布置假定见如下示意图:确立面板厚度 公式 max=kpa/t2 b/a=1500/600=2.5450cm3 （4）挠度计算 fmax=5/384(qL4/EI) =5/384*(2.0885254102.110611075.5) =0.80f=l/600=0.83 (四)启闭力 按控制水头差300mm计算，设计外水位1.5m，内水位1.2mT启1.2(Tzd+Tzs)+nG+PxW=1/2x(3.32-32)x5.3x10=50.1KNTzd=f2W=0.6x50.1=30.1KN闸门自重G=65KN下吸力Px=0.3x0.6x5.40x10=9.7KN止水摩阻力Tzs=f3Pzs=2x0.65x(0.3+2.8x0.3)x0.1x10=2.9KNT=1.2x（30.1+2.9）+1.1x65+9.7=120.8KN采用2x80KN卷扬机 六、结构计算-计算项目: 连续梁计算 7- 基本信息 砼强度等级: C25 配筋计算as(mm): 50 纵筋级别: 级 箍筋级别: 级 箍筋间距: 200 (mm) 活载准永久值系数: 0.500 支座弯矩调幅系数: 100.00% 左支座固接 右支座固接 跨号 跨长 截面宽度(mm) 截面高度(mm) 支座类型 支座刚度 A(cm2) I(cm4)