大环水闸计算书（学习版）

沙堆东堤达标加固工程（大环水闸计算书）

1 基本设计资料

1.1工程概况

沙堆东堤位于沙堆镇的东南部，虎跳门水道右岸，现状东堤堤围总长21km，其中未达标堤围长16.950km。沙堆东堤是新会区万亩以上重点堤围，围内是当地的政治、经济、文化中心，保护耕地面积3万亩，捍卫人口3.3万人。本次东堤加固工程范围北起白沙冲南堤，南至白沙围尾端，整段堤围形成了一条闭合防线，是沙堆镇抵抗台风暴潮侵袭，阻挡西江洪水和虎跳门水道海潮的重要防洪（潮）屏障，是沙堆镇经济社会可持续稳定发展的前提条件。加固范围内现有排水、挡潮闸14座，均为小型水闸。

大环水闸位于沙堆东堤下游，桩号1+780处，主要功能为挡潮、排涝。原大环水闸建于上世纪五六十年代，由于受当时历史条件限制，水闸建设标准较低，闸室已经向临江侧偏移，虽已经采取纠偏措施改善水闸受力状况，但水闸现状进一步向临江侧偏移趋势明显，同时由于工程运行时间较长，建筑结构破损、钢筋外露、闸门锈蚀、启闭设备不灵活等问题使得该水闸的运行存在较大的安全隐患，由于大环水闸原址10m范围内已建有多宗民房，给基坑开挖造成很大困难，水闸内涌两岸也多为住宅，工程内围堰选址较难，且产生较大的征地补偿费用，因此有必要对大环水闸进行移址重建。选址为原水闸临外江侧约32m（交通桥中心距），重建后大环水闸为1孔净宽4m的开敞式水闸，闸底板高程-2.00m，闸顶板高程3.20m，交通桥宽7m。

1.2水闸设计标准

根据《海堤工程设计规范》（SL438-2008）以及《水闸设计规范》（SD265-2001），位于防洪（挡潮）堤上的水闸，其级别不得低于防洪（挡潮）堤的级别，确定大环水闸为Ⅲ等工程，主要建筑物级别为3级，次要建筑物

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级别为4大环以挡潮为主，兼负引水灌溉功能，故不校核排涝能力（50-100年一遇），沙堆东堤达标加固工程（大环水闸计算书） 只以历史最高潮水位作为校核潮水标级，临时建筑物级别为5级。 准。 水闸的防洪（挡潮）标准为30年一遇，根据水文计算，相应外江虎跳门水道的设计潮水位为2.59m；校核防洪（挡潮）水位取临时最高潮水位2.78m。 水闸排涝标准按10年一遇24小时暴雨所产生的径流量，城镇、鱼塘1天排干，农田3天排干设计，相应设计最大过闸流量取最大洪峰流量为25m3/s。

1.3特征水位

外江设计洪潮水位为2.59m（P=3.33%）； 外江校核洪潮水位为2.78m（历史最高潮水位）； 外江多年平均高潮水位为0.59m； 外江多年平均低潮水位为-0.36m； 内河最高限制水位为0.80m； 内河正常蓄水位为-0.20m； 内河最低内水位为-0.70m。

1.4结构数据

大环水闸为钢筋砼整体式结构，共1孔，净宽4m。闸顶高程3.20m，闸底板高程-2.00m，水闸闸室顺水流方向总长23.85m，前后干砌石护坦长5.00m。闸顶设交通桥，宽7m，设计荷载等级按公路-Ⅱ级折减设计。

1.5工程地质

根据地质勘察报告，闸址处原始地貌为珠江三角洲淤积、冲积平原地貌。闸基础底部分布淤泥厚度大，具有高压缩性，承载力小，震动下易发生触变，产生抗滑稳定与沉降变形问题。中粗砂、残积土和基岩承载力较高，是良好

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持力层。闸基础的主体部分建议采用钻孔桩基础或地基加固处理措施。对其他挡墙等次要部位，因一般荷载较小，可采用天然地基型式，以浅层淤泥层作为建筑物基础的天然地基持力层，但应在上部铺上垫层，必要时可采用地基加固处理措施。场地内的地下水及地表水对混凝土具有碳酸型弱腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性，对钢结构具有弱腐蚀性。

1.6地震设防烈度

根据本阶段勘察结果，结合区域地质资料综合分析，勘察场地及附近未发现有影响场地稳定性的地质构造和不良地质作用，场地是稳定的，但其上部分布的软弱土层，即淤泥层属于震陷敏感的软弱地层。

根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）及《中国地震动峰值加速度区划图》（GB18306-2001），该地区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，地震动反应谱特征周期值为0.40s。

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2 闸顶高程计算

根据《水闸设计规范》SL265-2001第4.2.4条规定，水闸闸顶高程不应低于正常水位（或最高挡水位）加波浪计算高度与相应安全超高之和；位于防洪（挡潮）堤上的水闸，其闸顶高程不得低于防洪（挡潮）堤堤顶高程。故大环水闸闸顶高程计算确定如下： 根据挡水和泄水两种运用情况确定，取较大者，难点：波浪计算高度。 2.1计算工况 大环水闸挡潮工况下，外江历史最高潮水位为2.78m（珠基，下同），设计风速采用重现期为50年的年平均最大风速25.5m/s。 水闸规：附录E.0.1；浪压力参与基本组合时，50年一遇；参与特殊组合时，选多年平均最大风速（气象站提供） 2.2计算公式

闸顶高程按《水闸设计规范》（SL265－2001）中有关规定进行计算，相关公式如下：

Z?h0?hp?h?A 《水闸设计规范》

zgT2?H Lm?mth2?Lm0.45?????0.0018?gD??0.72?????gH????ghm??0??m???? ?0.13th0.7th?22?0.7????0??gHm?????0????0.13th?0.7??2????????????0?????2?ghm?gTm? ?13.9?2???0??0?0.5hz??hp2Lmcth2?H Lm水闸规4.2.4：不同级别、不同工况 式中： Z—闸顶高程（m）；

h0—计算潮水位（m）； A—安全超高（m），取A=0.3m； - 4 -

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hm—平均波高（m）； v0—计算风速（m/s）； D—风区长度（m）；本工程取500m。 Hm—风区内的平均水深（m）； Tm—平均波周期(s)； Lm—平均波长(m)； 水文提供基本数据：计算风速（注意扩大系数）、风区长度、风区内平均水深（注意那种工况）。 1、由三数据（v0 D Hm（极可能要做相应修）推出改）hm，根据hm和Hm及水闸规表E.0.1-2，推出hp

2、由hm、v0推出Tm 3、根据Tm、H经试算推出Lm H —闸前水深（m）； 4、根据Lm，计算波浪破碎的临界水hp—相应于波列累积频率5%的波高（m）； hz（水闸规E.0.2） 深及5、根据H、Hk、Lm/2之间关系推波hz—波浪中心线超出计算水位的高度（m）。 P（浪压力用在闸室稳定计算、浪压力根据上述，采用Excel表计算，结果如下表工况不同，压力不同）2.2-1所示。 6、根据浪压力断面型式求浪压力作用点，（形心）。 波浪爬高包括两部分：hp hz - 5 - 江门市水利水电勘测设计院有限公司

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表2.2-1 水闸闸顶高程计算 1、计算平均波高及hm/Hm hm 0.323 hP 0.619 hm/Hm 0.041 水闸级别 3 ghm/v02 0.004 波列累计频率P(%) 5.000 hm 0.323 gD/v02 gHm/v02 v0 Hm D 6.256 0.097 28.00 7.78 500.0 hm/Hm hp/hm H H 4.936 2、计算设计波浪波列累计频率波高 0.041 1.918 π Δ≤10-3 3、计算设计波浪平均周期Tm值 gTm/v0= 13.9(ghm/v02)0.5 Tm 2.520 v0 28.000 4、计算平均波长Lm(试算) Lm= (gTm2/2π)*th(2*πH/Lm) Lm 9.872 Tm 2.520 H(闸前水深) 4.780 3.142 0.0008 π 3.142 hp Lm 5、计算波浪破碎的临界水深 Hk= (Lm/4π)*ln[(Lm+2πhp)/(Lm-2πhp)] Hk 0.654 6、计算hz a. 判别闸前水深H与临界水深Hk及与(Lm/2)关系 Z= Z 3.821

Lm 9.872 hp 0.619 H 4.780 关系 ≥ Hk 0.654 关系 Lm/2 4.780 ＜ b. 计算波浪中心线超出计算水位的高度 hz=(πhp2/Lm)*cth(2πH/Lm) hz 0.122 h0+hp+hz+A h0 2.780 π 3.142 hp 0.619 0.619 9.872 4.780 6、闸顶高程计算 hz A 0.122 0.300 - 6 - 江门市水利水电勘测设计院有限公司

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2.3闸顶高程确定

根据《水闸设计规范》SL265-2001第4.2.4条规定，挡水时，水闸闸顶高程不应低于正常蓄水位（或最高挡水位）加波浪计算高度与相应安全超高之和；位于防洪（挡潮）堤上的水闸，其闸顶高程不得低于防洪（挡潮）堤堤顶高程。则本次设计的闸顶高程取水闸两侧堤防堤顶高程为4.20m。

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3 水力计算

3.1闸孔总净宽计算 3.1.1计算公式

根据《水闸设计规范》（SL265-2001），各水闸采用过流计算公式如下： （1）对于平底闸，当为堰流时，水闸的泄流能力计算根据《水闸设计规范》（SL265-2001）附录A.0.1规定的水力计算公式：

Q???mB0hs?hs?3/2??1?2gH0；??2.31?H0?H0??0.4本项目可用理正软件计算， 1、设计 2、复核（0.1-0.3m高差）

式中：Q—水闸泄流量（m3/s）；?—淹没系数；

?—侧收缩系数，按水力学的弗朗西斯公式计算确定； m—流量系数，取0.385； B0—水闸过流净宽（m）； hs—堰顶算起的下游水深（m）；

H0—计入行近流速水头的堰上水深（m），近似采用堰上水头

H0?H。

（2）对于平底闸，当堰流处于高淹没度时（hs/H0?0.9），水闸的泄流能力计算根据《水闸设计规范》（SL265-2001）附录A.0.2规定的水力计算公式：

Q??0hsB0?hs???0.652g?H0?hs?；?0?0.877???H?

?0?2式中：Q—水闸的泄流流量（m3/s）； ?0—淹没堰流的综合流量系数； B0—水闸过流净宽（m）； g—重力加速度，采用9.81m/s2；

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hs—由堰顶算起的下游水深（m）；

H0—计入行近流速水头的堰上水深（m），近似采用堰上水头

H0?H。

（3）当过闸泄流过程为孔口出流时，采用如下公式进行计算：

Q???hsB02gH0；????1?''?'heHrhe

?'?1??he?1???1??????H?2????；??0.42.71816

式中：he—孔口高度（m）；

?—孔流流速系数，采用0.95m；

?—孔流流量系数，按《水闸设计规范》表A.0.3-1查得； ?'—孔流垂直收缩系数； ?—计算系数；

r—胸墙底圆弧半径（m）；

?'—孔流淹没系数，按《水闸设计规范》表A.0.3-2查得。

3.1.2计算工况

本次水闸规模复核，以排涝流量完全自排设计，各水闸内水位按围内地面控制高程来确定，闸底高程根据内外侧河道底高程综合确定，过闸水头差取0.15m，推求各水闸相应的总净宽。

3.1.3计算成果

根据上述，本次水闸规模复核使用理正岩土5.6—水力学计算软件计算，其计算成果如下：

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********************************************************************** 计算项目：大环闸孔总净宽计算

**********************************************************************

---------------------------------------------------------------------- [ 水闸型式简图 ]

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---------------------------------------------------------------------- [ 计算条件 ]

----------------------------------------------------------------------

[基本参数]

闸坎型式 闸门型式 计算目标 判断水流状态的标准he/H 上游水位(m) 下游水位(m) 堰顶高程(m) 行进流速水头(m) 闸门开启高度he(m) 设计闸孔数 设计流量Q(m3/s) 判断高淹没度的标准hs/H0

流量系数 ┕流量系数值 收缩系数 ┕上游河道宽度bs(m) 淹没系数

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未设底坎的宽顶堰 平板闸门 计算闸门总净宽 0.650 0.700 0.550 -2.000 0.150 3.500 1 25.000 0.900 计算 0.385 计算 9.000 计算

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---------------------------------------------------------------------- [ 计算过程 ]

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1、判断水流状态。

水流状态：因为 he/H = 1.296 > 0.650。所以属于堰流。 根据《水闸设计规范》SL265-2001附录A计算。

2、判断是否高淹没度出流。

因为实际淹没度：0.895 < 0.900，所以，堰流为非高淹没度出流。

3、淹没系数。

无底坎宽顶堰淹没系数：σ = 0.840。

4、流量系数。

根据《水闸设计规范》取流量系数为：0.385。

5、求解闸孔宽度：

闸孔宽度 侧收缩系数 计算流量 流量差 (m) (m3/s) (m3/s) 19.963 1.25421 172.453 147.45325 11.796 1.05685 85.869 60.86904 7.713 0.97647 51.875 26.87512 5.671 0.94365 36.861 11.86139 4.651 0.92993 29.787 4.78695 4.140 0.92395 26.347 1.34714 3.885 0.92122 24.650 0.35006 4.012 0.92257 25.497 0.49670 3.949 0.92189 25.073 0.07286 3.917 0.92156 24.861 0.13871 3.933 0.92172 24.967 0.03295 3.941 0.92181 25.020 0.01995

经过试算，满足设计流量的闸孔总净宽为：3.941(m)。

3.1.4确定闸孔总净宽

根据上述计算结果，大环水闸闸门总净宽为3.941m，实取水闸总净宽为4m、单孔。

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3.2水闸消能防冲

3.2.1计算工况

由于本水闸为原地区感潮河道的河口挡潮闸，当外江水位较高时，水处于关闭挡潮阶段，不进行过流，当需要引水时，内外水位一般较低，过闸流量较小，而排涝时内水位较高，流量较大，故本次消能防冲计算选择排涝工程进行复核，相应内水位为内河最高控制水位0.80m，过闸内外水位差取0.30m，则外江水位为0.50m。 1、工况选取，合理制定内外水位 2、水力学，武大版，P210 3.2.2消能判别

（1）判断是否需要建消力池 单宽流量：q?Q/B?25/4?6.25m3/(s?m)

v2行近流速水头：?0.25m；

2g内河总水头：E0?2.00?0.80?0.25?3.05m

3临界水深：hk?由

q?g236.252?1.586m 9.8E0?1.92，??0.95查“矩形断面明渠收缩断面水深及水跃共轭水深求hkhc?0.65，则hc?0.65?1.586?1.031m。 hk解图”得

h由共轭水深公式：hc???c2??b?1?8Frc2?1?1??b2??0.25，其中Frc?qg?hc，则

??4?0.251.031?6.252???hc?1????2.08m ?1?8??7?2?9.8?1.031??已知下游水深ht?2.0?0.5?2.5m，即hc???ht，水闸泄流发生淹没式水跃，无需建消力池。

（2）结论

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根据上述计算可知，本水闸泄流时，跃后水深小于下游水位，为淹没式水跃，无需建消力池，只需加设辅助消能设施即可。故本工程在水闸进出口底板设分流式消力墩辅助消能，消力墩尺寸500×600×6000mm（高×宽×长），每个消力墩之间间距1m。水闸进出口设5m长，0.50m厚干砌石护面，防止水流冲刷掏空闸底。

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4 渗流稳定计算

4.1渗流稳定计算公式

防渗设计按外江设计防洪（潮）水位与堤内最低内水位（按降低堤内田面高程确定）情况组合为最不利工况进行计算，按规范推荐的改进阻力系数法进行计算，计算公式如下：

①地基有效深度：当L0/S0?5时，Te?0.5L0 式中：Te—地基的有效深度，m；

L0—地下轮廓的水平投影长度，m； S0—地下轮廓的垂直投影长度，m；

S?②进、出口段：?0?1.5????0.441

?T?32式中：?0—进出口段的阻力系数；

S—齿墙的入土深度，m；

T—地基的透水层深度，m；

??2S??③内部垂直段：?y?lnctg??1????

?4T????式中：?y—内部垂直段的阻力系数； ④水平段：?x?Lx?0.7?S1?S2?

T式中：?x—水平段的阻力系数；

Lx—水平段长度，m；

S1、S2—进出口段板桩或齿墙的入土深度，m；

⑤各分段水头损失值：hi??i?H??i?1n

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式中：hi—各分段水头损失值，m；

?i—各分段的阻力系数；

n—总分段数。 修正部分需格外注意 ⑥进、出口段修正后的水头损失值公式 ????h0h0n 1??T??2??S???12???2???0.059????T???T??h0??hii?1???1.21? ?h??1????h0 式中：h0'—进、出口段修正后的水头损失，m； h0—进出口段水头损失值，m；

??—阻力修正系数，当计算的???1.0时，采用???1.0； S?—底板埋深与板桩入土深度之和，m；

T?—板桩另一侧地基透水层深度，m； ?h—修正后水头损失的减小值，m。

⑦ 进、出口齿墙不规则部位水头损失修正公式

''当hx??h，且hx?hy??h时，hy?2hy，hcd?hcd??h??hx?hy?

4.2闸基渗流稳定计算

本工程水闸闸基防渗轮廓主要由闸底板及其齿墙、沉箱组成，防渗轮廓总长34.85m，计算简图如下：

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4.2.1计算工况拟定

本工程水闸闸基渗流稳定计算按水闸内外水位差最大情况进行计算，即按外江设计防洪（潮）水位与堤内最低内水位（按降低堤内田面高程确定）情况组合为最不利工况进行计算。

水位组合：外江设计防洪潮水位2.59m，内河最低内水位-0.70m。

4.2.2计算过程

本次水闸闸基渗流稳定计算采用EXCEL表格计算，其计算过程如下表4.2-1所示。

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表4.2-1 渗透稳定计算表（水位组合：外江设计防洪潮水位2.59m，内河最低内水位-0.70m） 改进阻力系数法 一、确定地基计算深度 Tc= 11.925 Te= To= Lo= So= 二、分段计算阻力系数 设计外水位 设计内水位 水头差h 总段数 计算公式 11.925 26.15 23.85 3.5 2.59 -0.7 3.29 11 地基计算深度 地基有效深度 透水地基实际深度 地下轮廓线的水平投影长度 地下轮廓线的铅直投影长度 进/出口段 内部垂直段 水平段 ?S??T????S??2?y?lnctg??1?????4?T???0?1.5???0.44132 ?x?Lx?0.7?S1?S2?T i - 17 - 江门市水利水电勘测设计院有限公司

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段数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 渗流段名称 阻力系数ξi 水头损失hi 修正后渗透水头hi 1 进口段 0.4667 0.6939 0.4293 3 水平段 0.0238 0.0353 0.0706 2 内部垂直段 0.0454 0.0675 0.1350 3 水平段 0.1224 0.1820 0.3438 2 内部垂直段 0.1371 0.2038 0.2038 3 水平段 0.6220 0.9248 0.9248 2 内部垂直段 0.1371 0.2038 0.2038 3 水平段 0.1224 0.1820 0.3438 2 内部垂直段 0.0454 0.0675 0.1350 3 水平段 0.0238 0.0353 0.0706 -1 出口段 0.4667 0.6939 0.4293 ∑ 2.2129 计算正确 计算正确 三、进出口水头损失值及渗透压力局部修正 进口段 出口段 h0'= β'h0= 0.4293 0.4293 Δh= h0-h0'= 0.2646 0.2646 S'= 1.5 1.5 T= 22.55 22.55 T'= 22.05 22.05 β'= 0.6187 0.6187 h'x= 0.0706 0.0706 h'y= 0.1350 0.1350 h'cd= 0.3438 0.3438 四、出口段渗透坡降（出逸坡降） 出口段 J=h0'/S'= 0.286 水平段 J=h0/s= 0.141 L 0.5 5.5 11.85 5.5 0.5 S 1.5 1 3 3 1 1.5 S1 0 1 0 3 0 S2 0 3 0 1 0 T 22.55 21.05 22.05 22.05 22.05 19.05 22.05 22.05 22.05 21.05 22.55 坡降 0.286 0.141 0.135 0.063 0.068 0.078 0.068 0.063 0.135 0.141 0.286 - 18 - 江门市水利水电勘测设计院有限公司

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五、渗透压力 节点 上下节点水头差 0 1 0.4293 2 0.0706 3 0.1350 4 0.3438 5 0.2038 6 0.9248 7 0.2038 8 0.3438 9 0.1350 10 0.0706 11 0.4293 计算正确 节点水头 3.2900 2.8607 2.7900 2.6551 2.3112 2.1074 1.1826 0.9788 0.6349 0.5000 0.4293 0 计算正确 经过修正 3290.00 2860.00 2790.00 2655.00 2311.00 2107.00 1182.00 978.00 634.00 499.00 429.00 0.00 间距 430.00 70.00 135.00 344.00 204.00 925.00 204.00 344.00 135.00 70.00 429.00 长度 23850 0 500 0 5500 0 11850 0 5500 0 500 0 计算正确 X Y （X、Y） 23850 3290 23850,3290 23850 2860 23850,2860 23350 2790 23350,2790 23350 2655 23350,2655 17850 2311 17850,2311 17850 2107 17850,2107 6000 1182.00 6000,1182 6000 978.00 6000,978 500 634 500,634 500 499 500,499 0 429 0,429 0 0 0,0

根据地质勘察报告，淤泥质土出口端渗透坡降允许值为0.35，水平段为0.25，由上述计算可知，水闸闸基出口段渗透坡降0.286＜0.35，水平段渗透坡降0.141＜0.25，满足渗透稳定要求。

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5 水闸应力稳定计算

5.1计算工况及荷载组合

根据《水闸设计规范》（SL265-2001）规定，计算闸室稳定和应力时的荷载组合分基本组合和特殊组合。

计算工况荷载组合详见下表5.1-1：

表5.1-1 闸室稳定计算工况及荷载表 计算工况 完建期 基本组合 设计挡潮期 特殊组合Ⅱ 正常蓄水+7度地震 2.59 -0.36 -0.20 -0.20 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ 闸外水位 （m） 无水 闸内水位 （m） 无水 自重 √ 静水压力 荷载组合 扬压浪压力 力 风压力 地震荷载 完建情况闸外水位及闸内水位相同，取与闸室底板齐平，及-2.00m。

设计挡潮情况外水位取30年一遇设计洪潮水位2.59m，相应闸内水位取正常水位-0.20m。

正常蓄水位遭遇7度地震情况，外江水位取多年平均低潮位-0.36m，内水位取正常水位-0.20m。

计算简图如下图5.1-1所示 图5.1-1 水闸计算简图

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5.2计算公式

包括水闸沿基础底面的抗滑稳定计算、闸室基底应力、基底应力不均均系数的计算。

5.2.1水闸沿基础底面的抗滑稳定计算

根据《水闸设计规范》（SL265-2001），计算公式如下：

Kc?f?G

?H式中：Kc—沿闸室基底面的抗滑稳定安全系数； ?G—作用在闸室上的全部竖向荷载（kN）； ?H—作用在闸室上的全部水平荷载（kN）；

f—闸室基底面与地基之间的摩擦系数，根据地质勘察成果，淤

泥质地基摩擦系数为0.15；

在各种荷载组合工况下，水闸基础底面抗滑稳定安全系数允许值应满足

Kc??Kc?，对于3级建筑物，抗滑稳定安全系数允许值?Kc?如下：

基本组合：?Kc??1.25 特殊组合：?Kc??1.05

5.2.2水闸基底应力计算

根据《水闸设计规范》（SL265-2001），当结构布置及受力情况对称时，计算公式如下：

Pmaxmin材料力学W：弯曲截面系数 ?G??M ?AWW?Iymaxh2，通常当做矩形计算，W? 6式中：Pmax—闸室基底应力的最大值或最小值（kPa）；

min ?G—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，kN）；

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?M—作用在闸室上的全部竖向和水平荷载对于基础底面水流方

向的形心轴的力矩（kN·m）；

A—闸室基底面的面积（m2）；

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（m3）；

平均基底应力：P?(Pmax?Pmin) 基底应力不均匀系数：??Pmax Pmin12对于本工程地质情况，在各种荷载组合工况下，基底应力稳定计算应满足下列要求：

在各种工况计算下：P??P允?；Pmax?1.2?P允? 基本组合： ??1.50 特殊组合： ??2.00

其中地震惯性力代表值根据《水工建筑物抗震设计规范》规定，采用拟静力法进行计算。

根据《水工建筑物抗震设计规范》（SL203-97）第4.1.1条：一般情况下，水工建筑物可只考虑水平向地震作用；第4.2.1条：一般情况下，水工建筑物抗震计算应考虑的地震作用力：建筑物自重和其上的荷载所产生的地震惯性力、地震动土压力、水平向地震动水压力。

（1）沿建筑物高度作用于各质点i的水平向地震惯性力代表值应按下式计算：

Fi?ah?GEiai/g 式中Fi—作用在质点i的水平向地震惯性力代表值； ?—地震作用的效应折减系数，除另有规定外，取0.25； GEi—集中在质点i的重力作用标准值；

ai—质点i的动态分布系数，应按《水工建筑抗震设计规范》

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—对地板底取矩 沙堆东堤达标加固工程（大环水闸计算书）

（SL203-97）各类水工建筑物章节中的有关条文规定采用；

g—重力加速度。

（2）地震动水压力作用在水面以下0.54H0处，其代表值F0按下式计算： F0?0.65ah?pwH02

式中：pw—水体质量密度标准值； H0—水深。

注意！ 5.3计算过程

本次闸室应力稳定计算采用Excel表格计算，其计算过程如下表5.3-1～5.3-7所示。

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表5.3-1 基本组合：设计挡潮期风浪压力计算 1、计算平均波高及hm/Hm hm hm/Hm ghm/v02 gD/v02 gHm/v02 v0 Hm 0.322 0.042 0.004 6.256 0.095 28.00 7.59 2、计算设计波浪波列累计频率波高 hP 水闸级别 波列累计频率P(%) hm/Hm hp/hm 0.617 3 5.000 0.042 1.915 3、计算设计波浪平均周期Tm值 gTm/v0= 13.9(ghm/v02)0.5 Tm v0 2.520 28.000 4、计算平均波长Lm（试算） Lm= (gTm2/2π)*th(2*πH/Lm) Lm Tm H(闸前水深) 9.857 2.520 4.590 5、计算波浪破碎的临界水深 Hk= (Lm/4π)*ln[(Lm+2πhp)/(Lm-2πhp)] hm 0.322 π 3.142 Δ≤10-3 0.0019 D 500.0 Hk Lm hp π 0.652 9.857 0.617 3.142 6、计算波浪压力 a. 判别闸前水深H与临界水深Hk及与(Lm/2)关系 H 关系 Hk 4.590 ≥ 0.652 b. 计算波浪中心线超出计算水位的高度 hz=(πhp2/Lm)*cth(2πH/Lm) c. H 关系 Lm/2 4.590 ＜ 4.929 hz π hp Lm H 0.122 3.142 0.617 9.857 4.590 选择计算公式 根据以上判断结果 公式二 可判断采取公式 公式二 P1=(1/2)*[(hp+hz)(γ*H+ps)+H*ps] 公式P1 γ Lm hp hz H ps 二： 18.372 9.810 9.857 0.617 0.122 4.59 0.648 7、计算波浪压力作用点（离水闸底板距离H',适合于公式二） H' hp hz Lm/2 P1 H γ 3.028 0.617 0.122 4.929 18.372 4.590 9.810

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表5.3-2 特殊组合Ⅱ：正常蓄水遭遇7度地震风浪压力计算

序号 荷载重（kN） 力臂（m） 力矩（kN·m） 备注 垂直力 水平力 正 负 7584.61 结构自重 0.19 1434.81 3 水重（外江侧） 707.17 7.00 4950.18 1188.9 水重（内河侧） -5.33 -6337.03 4 -1826. 浮托力 0.00 96 渗透压力 -95.40 3.98 -379.22 静水压力（外江侧） -53.79 0.55 -29.41 静水压力（内河侧） 64.80 0.60 38.88 浪压力 10.01 1.17 11.70 启闭机房风压力 26.98 8.50 229.35 地震力 地震力 267.00 904.02 向外江侧 7558.3合计 315.00 7568.93 -6745.65 7 水闸底板截面抵抗矩底板面积 474.02 141.8 W(m3) A(m2) 偏心距e 0.109 偏向外江侧 最大基底应力kN/m2 55.04 最小基底应力kN/m2 51.57 平均基底应力kN/m2 53.30 基底应力不均匀系数 1.067 η 水平合力F 315.00 竖直合力G 7558.3 基底摩擦系数f 0.15 滑动稳定安全系数Kc 3.599 部位

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表5.3-3 启闭机室风压力计算 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 项目 计算点高度 启闭机室高度h1 启闭机室宽度B 风振系数βz 地面粗糙度 风压高度变化系数μz 风荷载体型系数μs 当地基本风压ωo 单位 计算结果 m 11.80 m 3.50 m 5.80 1.00 A类 1.48 kN/m2 1.30 1.06 1.30 27.89 备注 现对于海平面高度 0.55 取50年一遇基本风压 9 启闭机室风荷载标准值ωk=βzμzμsωo kN/m2 10 荷载分项系数 11 启闭机室风荷载设计值F1=ωkh1B kN 表5.3-4 基本组合：完建期（内水位：无水，外水位：无水） 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 荷载重（kN） 力臂（m） 力矩（kN·m） 备注 垂直力 水平力 正 负 水闸底板 1772.50 0.00 沉箱 1311.00 0.00 0.00 对基齿墙 250.00 0.00 础底消力齿 27.00 0.00 面水水闸闸墩 3052.50 0.00 流方 刺墙 277.25 -2.18 -603.02 向的水闸顶板 161.88 0.00 形心胸墙 45.00 2.13 95.63 轴取启闭机室 644.70 2.83 1821.29 矩 启闭机 14.00 2.83 39.55 闸门 28.80 2.83 81.36 合计 7584.63 0.00 2037.82 -603.02 水闸底板截面抵抗底板面 474.02 141.8 32矩W(m) 积A(m) 偏心距e 0.189 偏向外江侧 最大基底应力kN/m2 56.52 最小基底应力kN/m2 50.46 平均基底应力kN/m2 53.49 基底应力不均匀系 1.120 数η 部位 - 26 - 江门市水利水电勘测设计院有限公司

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表5.3-5 基本组合：设计挡潮期（内水位-0.20m，外水位2.59m） 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 部位 结构自重 水重（外江侧） 水重（内河侧） 浮托力 渗透压力 静水压力（外江侧） 静水压力（内河侧） 浪压力 启闭机房风压力 合计 水闸底板截面抵抗矩3W(m) 偏心距e 荷载重（kN） 力臂（m） 力矩（kN·m） 垂直力 水平力 正 负 7584.63 0.19 1434.81 1979.21 7.00 13854.46 1188.94 -5.33 -6337.03 -2005.2 0.00 0 -1663.5 3.98 -6612.56 4 -421.36 1.53 -644.68 64.80 0.60 38.88 -18.37 3.00 -55.12 -26.98 8.50 -229.35 7084.04 -401.92 15328.14 -13878.74 底板面积474.02 141.8 2A(m) 0.205 53.02 46.90 49.96 1.130 401.91 7084.03 0.15 2.644 备注 偏向外江侧 最大基底应力kN/m2 最小基底应力kN/m2 平均基底应力kN/m2 基底应力不均匀系数 η 水平合力F 竖直合力G 基底摩擦系数f 滑动稳定安全系数Kc

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表5.3-6 7度地震时相关系数及地震力计算(考虑地震力最不利情况，即地震力向外江侧)

闸墩各g 部位重αi 心高度 3(Kn/m) (m) 1.000 9.81 1.000 9.81 1.000 9.81 1.058 9.81 0.300 1.452 9.81 2.350 1.452 9.81 2.350 1.952 9.81 4.950 1.788 9.81 4.100 3.000 9.81 3.000 9.81 1.351 9.81 1.825 9.81 闸墩总高度 (m) 5.200 5.200 5.200 5.200 5.200 5.200 5.200 5.200 5.200 闸顶建筑物重心高度 (m) 6.900 5.000 闸顶建筑物总高度 (m) 13.800 10.000 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 部位 水闸底板 沉箱 齿墙 消力齿 水闸闸墩 刺墙 水闸顶板 胸墙 启闭机室 启闭机 闸门 动水压力（内河侧） ∑ ah ξ Gei 地震力计算 力臂 地震力弯矩 (kN·m) 11.067 -57.298 -3.122 0.214 287.786 24.128 41.034 8.241 577.227 10.961 1.773 2.006 (kN) 0.98 0.25 1772.5 0.98 0.25 1311 0.98 0.25 250 0.98 0.25 27 0.98 0.25 3052.5 0.98 0.25 277.25 0.98 0.25 161.875 0.98 0.25 45 0.98 0.25 644.704 0.98 0.25 14 0.98 0.25 28.8 0.98 0.25 (kN) (m) 44.267 0.25 32.742 -1.75 6.244 -0.5 0.713 0.3 110.687 2.6 10.053 2.4 7.891 5.2 2.010 4.1 48.304 11.95 1.049 10.45 0.972 1.825 2.06388 0.972 266.995 904.018

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表5.3-7 特殊组合：正常蓄水遭遇7度地震（内水位-0.20m，外水位-0.36m）

序号 1 部位 结构自重 水重（外江侧） 水重（内河侧） 浮托力 渗透压力 静水压力（外江侧） 静水压力（内河侧） 浪压力 启闭机房风压力 地震力 合计 水闸底板截面抵抗矩W(m) 偏心距e 最大基底应力kN/m 最小基底应力kN/m 平均基底应力kN/m 基底应力不均匀系数η 水平合力F 竖直合力G 基底摩擦系数f 滑动稳定安全系数Kc 2223荷载重（kN） 垂直力 水平力 7584.63 707.17 1188.94 -1826.96 -95.40 -53.79 64.80 10.01 26.98 7558.37 474.02 0.109 55.04 51.57 53.30 1.067 315.0 7558.373 0.15 3.599 267.00 力臂（m） 0.19 7.00 -5.33 0.00 3.98 0.55 0.60 1.17 8.50 315.00 2 底板面积A(m) 力矩（kN·m） 备注 正 负 1434.81 4950.18 -6337.03 -379.22 -29.41 38.88 11.7 229.35 地震力向904.02 外江侧 7569.31 -6745.65 141.8 偏向外江侧

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5.4水闸应力稳定计算结果

根据上述，大环水闸应力稳定计算成果如下表5.4-1所示

表5.4-1 水闸应力稳定计算成果表 基底应力及不均匀系数 项目 计算工况 Pmax Pmin 抗滑稳定 不均匀 抗滑稳定 安全系数 允许值 [Kc] 1.25 1.25 1.05 安全系数 系数允许值 P (kPa) (kPa) (kPa) 基本组合 完建期 设计挡潮期 正常蓄水遭遇 7度地震 η Kc / 2.644 3.599 [η] 1.50 1.50 2.00 56.52 50.46 53.49 1.120 53.02 46.90 49.96 1.130 55.04 51.57 53.30 1.067 特殊组合Ⅱ 根据地质勘查报告显示，本工程基础坐落在淤泥层，其承载力约为50kPa。由成果表可知，水闸在各种荷载组合工况下均满足抗滑稳定要求，基底应力不均匀系数均满足规范允许值要求，最大基底平均应力53.49kPa不满足地基承载力（50kPa）要求，最大基底应力56.52kPa满足1.2倍地基承载力（60kPa）要求。所以需对本工程进行基础处理，处理方法采用桩基础处理，采用外径400mmPHC高强度预应力管桩，相关内容见基础处理章节。

5.5临江侧挡土墙稳定分析

本次水闸堤防连接段临江侧通过新建浆砌石挡土墙与原堤防顺接，浆砌石挡墙顶宽0.5m，底宽0.80m，墙顶高程1.00m，石墙净高1m，底部坐落在干砌石护坦上，护坦顶宽3m，通过分析可近似认为浆砌石挡墙基础为岩基，外江多年平均高潮水位为0.59m，多年平均低潮水位为-0.36m，外江水位对挡墙影响较小，同时考虑石墙墙身低矮，可满足稳定、抗滑等功能要求。

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图5.5-1 浆砌石墙断面图

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6基础处理

6.1计算基本资料

本工程桩基础采用φ400预应力砼管桩，基础下卧层分别为淤泥质土和中风化砂岩，淤泥质土平均厚度约为23.40m，淤泥层较厚。本工程管桩为摩擦端承桩，桩端置于中粗砂层。水闸处桩长为26m，桩顶高程-2.70m。

根据地勘资料，各层土的桩基特性指标建议值如表6.1-1

表6.1-1 各层土的桩基特性指标建议值 指标 岩土层序及名称 ①填筑土 ②-1淤泥 ②-2粉质粘土 ②-3中粗砂 ③砂质粘性土 ④-1全风化花岗岩 ④-2强风化花岗岩 10 28 36 42 70 96 2500 3200 4000 桩侧摩阻 力特征值 qsa (kPa) 钻（冲）孔灌注桩 端阻力特征值 端阻力特征值 qpa(kPa) 桩侧摩阻qpa(kPa) 力特征值桩入土深度(m) 桩入土深(m) qsa (kPa) h≤15 9≤h≤16 16＜h≤30 h >15 不考虑其侧阻力 3000 3500 4500 8 25 30 34 55 70 400 600 800 500 700 900 预 制 桩 6.2计算公式

6.2.1桩基应力分析

根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002），单桩受力按以下公式计算：

Qk?Fk?Gk nFk?GkMxkyiMykxi Qik???n?yi2?xi2Fk式中：—相应于荷载效应标准组合时，作用于桩基承台顶面的竖向力；

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司

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Gk—桩基承台自重及承台上自重标准值；

Qk—相应于荷载效应标准组合轴心竖向力作用下任一单桩的竖向力；

n—桩基的桩数；

Qik—相应于荷载效应标准组合竖向力作用下第i根桩的竖向力；

Mxk、Myk—相应于荷载效应标准组合作用于承台底面通过桩群

形心的x、y轴力矩；

xi、yi—桩i至群桩形心的x、y轴线的距离。

单桩承载力应符合下列要求：

Qk?Ra

Qikmax?1.2Ra??Qmax/Qmin????

式中：Ra—单桩竖向承载力特征值； ?—单桩受力不均匀系数；

???—单桩受力不均匀系数允许值，单桩受力最大、最小应力之比的允许值基本组合下为2.5，特殊组合下为3.0；

Qmax、Qmin—桩基受力最大、最小值。

6.2.1抗滑稳定计算

根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008），单桩受水平力按以下公式计算：

Hik?Rh

根据《水闸设计规范》（SL265-2001），泵房抗滑稳定按以下公式进行验算：

Kc?Rh/Hik??Kc?

Hik—相应于荷载效应标准组合下，作用于桩基i顶处的水平力 Rh—单桩基础或群桩中基桩的水平承载力特征值；

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Kc—抗滑稳定安全系数；

?Kc?—抗滑稳定安全系数允许值，基本组合下为1.20，特殊组合（Ⅰ）下为1.05，

特殊组合（Ⅱ）下为1.00。

单桩水平承载力特征值按以下公式计算：

Rha?0.75?3EIvx?0a

式中：EI—桩身抗弯刚度，对于钢筋混凝土桩，EI?0.85EcI0； ?0a—桩顶允许水平位移； vx—桩顶水平位移系数。

考虑本泵闸为群桩基础，桩基水平承载力特征值考虑由承台、桩群、土互相作用产生的群桩效应，可按下列公式确定：

Rh??hRha

式中：?h—群桩效应综合系数。

6.3单桩竖向和水平承载力计算

初步拟定采用PHC—AB400(95)—7A预应力砼管桩，桩长23m，相关地质参数根据《江门市新会区沙堆东堤达标加固工程勘察报告（初步设计阶段）》中的钻孔ZK7进行计算。

根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002），单桩竖向承载力特征值按下式计算：

Ra?up?qsili??qpApi?1n

式中：Ra—单桩竖向承载力特征值；

qpa、qsia—桩端端阻力特征值、桩侧阻力特征值，由当地静载试

验结果统计分析算得；

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Apup—桩底横截面面积； —桩身周边长度；

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i—第i层岩土的厚度。

本次计算根据地勘资料选取钻孔ZK7进行单桩承载力计算，计算过程详见单桩承载力计算表 ，取单桩承载力特征值Ra?834.407kN

根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008），单桩水平承载力特征值

Rha?45.02kN,考虑群桩效应，Rh?79.49kN。计算过程详见单桩水平承载力

l特征值计算表。

6.4水闸闸桩基稳定计算结果

表6.4-1 大环水闸闸桩基稳定计算结果 荷载组合 计算工况 单桩水平承载力(KN) 水闸抗滑稳定安全系数 单桩竖向力(KN) 单桩受力不均匀系数 Ra (KN) 基本组合 完建期 挡潮期 设计运用遭遇7度地震 Hik Rh Kc ?Kc? 1.20 1.20 Qmax Qmin ? ??? 2.5 2.5 0 29.35 79.49 79.49 ∞ 2.71 585.07 545.03 522.18 481.74 1.07 1.08 特殊组合 22.50 79.49 3.53 1.00 549.08 526.09 1.04 3.0 6.5计算过程

本次桩基应力及抗滑稳定计算采用Excel表格计算，其计算过程如下表6.5-1～6.5-2所示。

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表6.5-1 管桩单桩竖向承载力计算 经验系数法计算单桩竖向承载力特征值 管桩桩外直径(m) 0.4 桩身周长(m) 1.257 桩端面积(m2) 0.126 桩顶高程(m) -2.45 桩长（m） 26 钻孔ZK7 土层编号 土层名称 土层厚度li(m) qsia(kPa) qpia(kPa) Qsa(kN) Qpa(kN) ① 填筑土 不考虑侧阻力 0.000 0.000 ②-1 淤泥 22.000 10.000 0.000 276.460 0.000 ②-2 粉质粘土 0.000 28.000 0.000 0.000 0.000 ②-3 中粗砂 4.000 36.000 0.000 180.956 0.000 ③ 砂质粘性土 0.000 42.000 3000.000 0.000 376.991 ∑ 26.000 457.416 376.991 Ra= Qsa+Qpa= 834.407

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表6.5-2 管桩单桩水平承载力计算 圆桩直径d 壁厚 砼弹性模量Ec 钢筋弹性模量 弹性模量比值αE 保护层厚度t 扣保护层厚度后直径d0 桩身配筋率ρg 截面模量Wo 换算截面惯性矩Io EI 桩顶允许水平位移χoa(mm) 桩身的计算宽度bo 桩侧土水平抗力系数的比例系数m 桩的水平变形系数α 桩的水平位移系数vx(本工程桩端为半固半铰型式，水平位移系数取值需综合考虑） 单桩水平承载力Rha 群桩效应 桩距sa 桩径d sa/d 沿水平荷载方向的每排桩数n1 沿垂直水平荷载方向的每排桩数n2 桩的相互影响效应系数ηi 桩的埋深h 换算埋深αh 桩顶约束效应系数ηr ηi×ηr 承台侧向水平抗力效应系数ηl 承台底与地基土之间的摩擦系数μ 承台底地基土分担的竖向总荷载标准值Pc 承台摩阻效应系数ηb 群桩效应综合系数 群桩水平承载力特征值 0.40 0.10 28000.00 200000.00 7.14 0.03 0.34 0.01 0.01 0.00 31.74 10.00 0.99 3.50 0.64 1.40 45.02 3.20 0.40 8.00 7.00 2.00 0.86 25.55 16.41 2.05 1.77 0.00 0.18 0.00 0.00 1.77 79.49 - 37 - 江门市水利水电勘测设计院有限公司

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表6.5-3 桩基应力稳定计算（完建期） 桩号i Fk 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 10 0 11 0 12 0 13 0 14 0 Qmax= 585.06509 Qmin= 545.03161 η= 1.0734517 单桩水平向受力= 单桩水平承载力= Kc= Gk 7854.63 7854.63 7854.63 7854.63 7854.63 7854.63 7854.63 7854.63 7854.63 7854.63 7854.63 7854.63 7854.63 7854.63 0 79.49 ∞ n yi 14 1.6 14 1.6 14 1.6 14 1.6 14 1.6 14 1.6 14 1.6 14 -1.6 14 -1.6 14 -1.6 14 -1.6 14 -1.6 14 -1.6 14 -1.6 2 ∑yi= yi 2.56 2.56 2.56 2.56 2.56 2.56 2.56 2.56 2.56 2.56 2.56 2.56 2.56 2.56 35.84 2xi 9.6 6.4 3.2 0 -3.2 -6.4 -9.6 9.6 6.4 3.2 0 -3.2 -6.4 -9.6 2∑xi= xi 92.16 40.96 10.24 0 10.24 40.96 92.16 92.16 40.96 10.24 0 10.24 40.96 92.16 573.44 2Mxk 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Myk 1434.8 1434.8 1434.8 1434.8 1434.8 1434.8 1434.8 1434.8 1434.8 1434.8 1434.8 1434.8 1434.8 1434.8 Mxk·yi 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Myk·xi 13774.08 9182.72 4591.36 0 -4591.36 -9182.72 -13774.08 13774.08 9182.72 4591.36 0 -4591.36 -9182.72 -13774.08 Qik 585.06509 577.05839 569.0517 561.045 553.0383 545.03161 585.06509 585.06509 577.05839 553.0383 561.045 553.0383 577.05839 585.06509

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表6.5-4 桩基应力稳定计算（设计挡潮期） 桩号i Fk Gk 1 0 7084.04 2 0 7084.04 3 0 7084.04 4 0 7084.04 5 0 7084.04 6 0 7084.04 7 0 7084.04 8 0 7084.04 9 0 7084.04 10 0 7084.04 11 0 7084.04 12 0 7084.04 13 0 7084.04 14 0 7084.04 Qmax= 522.1792 Qmin= 481.73835 η= 1.0839477 单桩水平向受力= 29.351429 单桩水平承载力= 79.49 Kc= 2.7082157 n 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 yi 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 -1.6 -1.6 -1.6 -1.6 -1.6 -1.6 -1.6 2∑yi= yi 2.56 2.56 2.56 2.56 2.56 2.56 2.56 2.56 2.56 2.56 2.56 2.56 2.56 2.56 35.84 2xi 9.6 6.4 3.2 0 -3.2 -6.4 -9.6 9.6 6.4 3.2 0 -3.2 -6.4 -9.6 2∑xi= xi 92.16 40.96 10.24 0 10.24 40.96 92.16 92.16 40.96 10.24 0 10.24 40.96 92.16 573.44 2Mxk 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Myk 1449.4 1449.4 1449.4 1449.4 1449.4 1449.4 1449.4 1449.4 1449.4 1449.4 1449.4 1449.4 1449.4 1449.4 Mxk·yi 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Myk·xi 13914.24 9276.16 4638.08 0 -4638.08 -9276.16 -13914.24 13914.24 9276.16 4638.08 0 -4638.08 -9276.16 -13914.24 Qik 481.73835 489.82652 497.91469 506.00286 514.09103 522.1792 481.73835 481.73835 489.82652 514.09103 506.00286 514.09103 489.82652 481.73835

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表6.5-5 桩基应力稳定计算（正常蓄水遭遇7度地震） 桩号i Fk Gk 1 0 7558.37 2 0 7558.37 3 0 7558.37 4 0 7558.37 5 0 7558.37 6 0 7558.37 7 0 7558.37 8 0 7558.37 9 0 7558.37 10 0 7558.37 11 0 7558.37 12 0 7558.37 13 0 7558.37 14 0 7558.37 Qmax= 549.07621 Qmin= 526.09462 η= 1.0436834 单桩水平向受力= 22.5 单桩水平承载力= 79.49 Kc= 3.5328889 n 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 yi 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 -1.6 -1.6 -1.6 -1.6 -1.6 -1.6 -1.6 2∑yi= yi 2.56 2.56 2.56 2.56 2.56 2.56 2.56 2.56 2.56 2.56 2.56 2.56 2.56 2.56 35.84 2xi 9.6 6.4 3.2 0 -3.2 -6.4 -9.6 9.6 6.4 3.2 0 -3.2 -6.4 -9.6 2∑xi= xi 92.16 40.96 10.24 0 10.24 40.96 92.16 92.16 40.96 10.24 0 10.24 40.96 92.16 573.44 2Mxk 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Myk 823.66 823.66 823.66 823.66 823.66 823.66 823.66 823.66 823.66 823.66 823.66 823.66 823.66 823.66 Mxk·yi 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Myk·xi 7907.136 5271.424 2635.712 0 -2635.712 -5271.424 -7907.136 7907.136 5271.424 2635.712 0 -2635.712 -5271.424 -7907.136 Qik 526.09462 530.69094 535.28725 539.88357 544.47989 549.07621 526.09462 526.09462 530.69094 544.47989 539.88357 544.47989 530.69094 526.09462

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7 闸门计算

7.1基本参数

闸门尺寸：4.3×3.65m（宽×高） 底坎高程：-2.00m

设计外水位：2.59m；设计内水位-0.20m；

最高运行外水位：2.59m；最低运行内水位：-0.70m； 设计水位差：2.79m；最大运行水位差：3.29m。 门叶结构材料：Q235B

材料允许应力：[σ]=0.9×160=144Mpa，[τ]=0.9×95=85.5Mpa 运行条件：静水启闭，启闭时最大内外水位差0.30m

7.2结构布置

本闸门为潜孔式闸门，采用4主梁，5纵梁布置，面板布置在靠内水侧。闸门支撑跨度为4.34m，梁格布置简图如图8.2-1所示：

图7.2-1 闸门计算简图

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7.3门叶结构计算

7.3.1面板

面板厚度按下式计算：??a算，其计算结果如表7.3-1：

表7.3-1 面板计算结果表 区格号 短边a（mm） 长边b（mm） b/a Ky 区格中心水头h（m） 区格中心水压q（N/mm2） 强度储备系数 弹塑性调整系数α 容许应力［σ］（N/mm2） 面板计算厚度t（mm）

kq????，根据闸门结构布置，采用最大水位差计

板Ⅰ 740 1120 1.51 0.454 1.31 0.013 0.9 1.5 160 1.02 板Ⅱ 1000 1120 1.12 0.356 2.18 0.022 0.9 1.5 160 1.80 板Ⅲ 800 1120 1.40 0.436 3.08 0.031 0.9 1.5 160 2.49 板Ⅳ 730 1120 1.53 0.458 3.84 0.038 0.9 1.5 160 2.97 板Ⅴ 380 1120 2.95 0.500 4.42 0.044 0.9 1.5 160 1.94 根据计算结果并考虑闸门制作安装的刚度需求以及闸门的锈蚀厚度，选定面板厚度为8mm。

7.3.2主梁计算

（1）荷载与内力

根据门叶布置结构，选取受力最大主梁计算，其线荷载为：

q??0.8?0.73??(4.59?0.38?0.73)?10?26.62kN/m2。

受力简图如下图所示：

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图7.2-2 主梁受力简图 计算结果如下表：

表7.3-2 主梁计算结果表

均布荷载 弯矩 剪力 轴向力 q(N/m) L1(m) L2(m) h(m) 26.62 4.4 4.34 3.48 64.408 57.765 92.637 Mmax=qL2/2×(L1/2-L2/4) Vmax=qL2/2 N=qh

（2）截面特性

面板参与主梁作用的有效宽度：B??1b，其中b?(0.8+0.73)/2=765mm，弯矩零点距离：l0?4.34m，则l0/b?4.34/0.765=5.67，查表得?1?0.95。

则B??1b?0.95?0.765=727mm。 又本闸门主梁均为Q235钢： 则B?60?+bl=60?8+118=596mm； 所以取B=596mm 。

选定主梁截面尺寸如下图所示：

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图7.2-3 主梁截面尺寸简图

主梁跨中截面积为：A?5351+596?8=10120mm 中和轴至上、下翼缘的距离为： y1?(596?8?4+133?5351)/10120=72mm；

y2?258?72?186mm。

Ix?52780000+5351?612+596?8?682=94740000mm2惯性矩：。

3Wmax?Ix/y1?1315833mmWmin?Ix/y2?509355mm3抗弯截面模量为：，。 截面下部对中和轴的面积矩：

2Sx??186-13/2??118?13+?168-12.3?/2?9.5=390505mm3。 （3）强度验算

由于主梁属于偏心受压构件：

轴向力产生的偏心弯矩为M1

M1=eN，又e=13.3-7.2=6.1cm，所以有 M1=0.061×92.64=5.65 kN/m

Mx=Mmax- M1=64.4-5.65=58.75 kN/m

前后翼缘正应力分别为：

?1? N/A-Mmax/Wmax?53.80Mpa????2； ；

?2?N/A+Mmax/Wmax?-35.94Mpa????QSx57.765?103?390505????23.81Mpa????4I?9474?10?10x剪应力：

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（4）挠度验算

主梁承受均布荷载：fmax5ql4?? 384EI式中：q?26.62kN/m，l?4.34m，E?2.1?105N/mm2，Ix?94740000mm4，则：

fmax?0.62mm??f??l/750?5.73mm，满足要求。

7.4启闭力计算

根据闸门运行条件，闸门按静水启闭，上下游水位差按0.3m控制，采用外江0.50m，内河0.80m（最高内水位）。

'计算公式：Fq?nTTzd?Ws?Px?nGG '?1.1； 式中：nT?1.2，nG Tzd?f2?P?0.5?4.34?(0.3/2?2.5)?9.8?0.3=16.91KN； Ws?1.13?4.34?0.266?9.8?12.78kN； Px?20?0.12?4.34?10.42kN； G?2878.1?9.8/1000?28.21kN。

根据上述：Fq?1.2?16.91?12.78?10.42?1.1?28.21?74.52kN。

经计算，工作闸门选用QPQ-1×10型单吊点手电两用卷扬式启闭机，启闭力10T。

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7.5闸门重心计算

表7.5-1 闸门重心计算 离面板外表面距离y部位 重量（kg） （mm） 面板 主梁 顶梁 底梁 竖直次梁及边梁 斜拉板 背拉板 顶梁加强板 边梁加强板 合计 994.81 729.64 135.99 135.99 688.98 86.44 16.32 27.26 45.84 4 133 133 133 133 262 262 262 262 ∑G=2861.27kg M 3979.24 97042.12 18086.67 18086.67 91634.34 22647.28 4275.84 7142.12 12010.08 ∑M=274904.36

由上述计算可知，闸门重心离迎水侧面板边距离=∑M /∑G =96mm。

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目 录

1 基本设计资料.................................................................................................................................. 1 1.1工程概况 ................................................................. 1 1.2水闸设计标准 ............................................................. 1 1.3特征水位 ................................................................. 2 1.4结构数据 ................................................................. 2 1.5工程地质 ................................................................. 2 1.6地震设防烈度 ............................................................. 3 2 闸顶高程计算.................................................................................................................................. 4 2.1计算工况 ................................................................. 4 2.2计算公式 ................................................................. 4 2.3闸顶高程确定 ............................................................. 7 3 水力计算 .......................................................................................................................................... 8 3.1闸孔总净宽计算 ........................................................... 8 3.2水闸消能防冲 ............................................................ 12 4 渗流稳定计算................................................................................................................................ 14 4.1渗流稳定计算公式 ........................................................ 14 4.2闸基渗流稳定计算 ........................................................ 15 5 水闸应力稳定计算 ....................................................................................................................... 20 5.1计算工况及荷载组合 ...................................................... 20 5.2计算公式 ................................................................ 21 5.3计算过程 ................................................................ 23 5.4水闸应力稳定计算结果 .................................................... 30 5.5 临江侧挡土墙稳定分析.................................................... 30 6基础处理 ......................................................................................................................................... 32 6.1计算基本资料 ............................................................ 32 6.2计算公式 ................................................................ 32 6.3单桩竖向和水平承载力计算 ................................................ 34 6.4水闸闸桩基稳定计算结果 .................................................. 35 6.4 计算过程................................................................ 35 7 闸门计算 ........................................................................................................................................ 41

7.1基本参数 ................................................................ 41 7.2结构布置 ................................................................ 41 7.3门叶结构计算 ............................................................ 42 7.4启闭力计算 .............................................................. 45 7.5闸门重心计算 ............................................................ 46

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