西老口泵站灌溉出水闸设计(编辑修改稿)

西老口泵站灌溉出水闸设计(编辑修改稿)内容摘要：

=,闸底坎为平底堰， e/ H=1/,即出流方式为闸孔出流。 闸孔宽度的计算 水闸闸门部分开启时，过闸水流表面受上部胸墙或闸门影响。 此时，过闸水流为孔流形态，其过闸能力按下式计算： 02sQ be gH （ 2） 式中： e—— 孔口高度， m； μ—— 闸孔出流的流量系数； s —— 淹没系数； b—— 闸孔总净宽， m； H0—— 计入行近流速水头的堰上水深， m； Q—— 出流流量， m3/s。 经计算，当310 /m s， b=。 4 闸室整体布置 闸室结构布置包括底板、闸墩、闸门、 刚架和机架桥等分部结构的布置和尺寸的初步拟定。 分部结构物数目虽较多，性质也不尽相同，但布置这些分部结构物的总原则只有一个，即稳定、安全、适用和经济。 水闸由上游连接段、闸室、下游连接段三部分组成。 底板结构尺寸的确定 顺水流方向的底板长度和闸门在底板上的位置是影响水闸安全稳定和布置的主要因素。 根据水闸设计规范 SL2652020 的要求，水闸的底板结构形式根据地基、泄流条件等，可选用平底板、低堰底板或折线型底板。 此水闸加固设计选用平底板。 底板长度的确定 7 闸室底板长度。 闸基防 渗长度实际取 ，均为钢筋混凝土结构。 底板厚度的确定 闸室底板的厚度 ，齿墙深拟采用。 上下游连接段底板厚度采用 ，齿墙深采用。 闸室底板具体尺寸见图 1。 闸墩结构尺寸的确定 本设计采用半圆形闸墩，这种形式外形比较平顺，便于过流，并且施工方便。 墩长须满足布置机架桥的需要，闸墩厚度应满足强度和稳定的要求。 墩高按下式进行计算： 12h h h e   （ 3） 式中： h—— 墩高； h1—— 最大过闸流量的堰顶水深； h2—— 浪高； e—— 安全超高（大于 ）。 由于本设计的水闸为小型水闸，故可利用胸墙挡水，胸墙顶高程按照公式（ 3）计算，最终墩高采用 ，墩顶高程。 墩厚：中墩采用 ，边墩采用。 墩长：墩长 ，墩后与钢筋混凝土箱涵连接。 箱涵段闸室底板长度为。 合计 ，与底板顺水流向长度相同，满 足规范要求。 闸墩具体尺寸见图 2 及图 3。 图 1 底板尺寸图 8 闸门结构尺寸及启闭机的选择 工作闸门选用 铸铁闸门，置于下游处距闸底板前趾 处。 对于在动水中启闭的闸门应计算启门力和闭门力，而对于在动水中下降、在静水中提升的闸门还应计算持住力。 闭门力 wF 的计算： ()w T z d z s G tF n T T n G P    （ 4） 持住力 TF 的计算： 39。 ()T G j s x t z d z sF n G G W P P T T       （ 5） 启门力 QF 的计算： 39。 ()Q T z d z s x G j sF n T T P n G G W      （ 6） 式中： Tn —— 摩阻力的安全系数，一般取 ； Gn —— 计算闭门力用的闸门自重修正系数，可采用 ~； 39。 Gn —— 计算持住力和启门力用的闸门自重修正系数，可采用 ~； G—— 闸门自重， kN，当有拉杆时应计入拉杆重量，计算闭门力时选用浮重； sW—— 作用在闸门上的水柱压力， kN； jG —— 加重块重量， kN； tP—— 上托力， kN，包括底缘上托力及止水上托力； 图 2 边墩尺寸图 图 3 中墩尺寸图 9 xP —— 下吸力， kN； zdT —— 支承摩阻力， kN； zsT —— 止水摩阻力， kN。 经计算，得出启门力为 120kN，选用 手电两用 螺杆启闭机两台。 启闭机采用固定型式。 闸室胸墙结构可根据闸孔孔径大小和泄水要求选用板式或板梁式。 孔径小于或等于 6m时可采用板式，孔径大于 6m时宜采用板梁式。 该闸闸门孔径为 ，采用板式胸墙。 工作桥结构尺寸的确定 根据闸的规模为小型建筑物，选用的启闭设备比较简单。 为便于检修和安装闸门，机架桥采用钢筋混凝土梁板式结构、整体式布置型式。 主梁采用单跨简支梁型式，启闭机底座螺栓置于主梁上。 = +h + h闸 门机 架 桥 底 高 程 墩 顶 式中：▽墩顶 —— 闸墩顶高程为 ； h闸门 —— 闸门高度为 ； h —— 安全超高，取 1m； 经计算，机架桥底高程为。 桥宽＝机墩底宽＋两侧操作所须的宽度＋栏杆尺寸 ＝ 280+2 500+（ 2 75＋ 2 25） =1480mm 桥长＝ 1500+500+800=2800mm 当闸墩较高，能满足机架桥高程要求时，机架桥可以直接搁置在闸墩上；否则，应在闸墩上加设排架，将桥搁置在排架上。 本设计墩顶高程为 ，计算的机架桥底高程为 ，须 设排架。 排架高 ，小于 5m，采用单层排架。 刚架由立柱和横梁组成。 立柱尺寸： 300 300mm2，横梁尺寸： 300 400mm2。 刚架的尺寸见图 4。 10 根据水闸设计规范 SL2652020，本设计机架桥梁的具体尺 寸见图 5。 图 5 机架桥截面尺寸 上、下游两岸连接段结构尺寸确定 上游段与涵洞相连接，下游翼墙采用八字形重力式翼墙，使水流平稳而均匀地进出闸孔。 每侧翼墙的扩散角取为 12176。 ，其顺水流流向的投影长度应大于或等于铺盖长度。 闸室前翼墙段及护坡段均设 M15 浆砌石护底。 浆砌石护底厚 ，下设 厚碎石垫层和土工布（ 300g/m2）。 边墩与两岸的连接采用重力式挡土墙，材料为 M15 浆砌石。 挡土墙断面尺寸如图 6 所示： 图 4 刚架尺寸图 11 5 防渗排水设计及闸基渗流计算 防渗设施的设计 铺盖主要用来延长渗径，应具有相对的不透水性；为适应地基变形，也要有一定的柔性。 铺盖常用黏土、黏壤土或沥青混凝土做成，有时也可用钢筋混凝土作为铺盖材 料。 本设计采用钢筋混凝土铺盖，厚 ，在与底板连接处加厚至 ，并用沉降缝分开，缝中设止水。 缝宽为 2cm。 止水设备选用紫铜止水片，厚度为 2mm。 由于闸基土质以粘性土为主，为了避免破坏天然的粘土结构，不宜设置板桩。 铺盖的具体尺寸如图 7。 渗流计算说明 地下轮廓线长度计算， C=13，闸基防渗长度 L C H （ 7） 算得 L 为。 渗流计算方法采 用直线比例法，即 图 6 挡土墙断面尺寸 图 7 铺盖断面尺寸 12 x HLxh  （ 8） 其中： L—— 地下轮廓线长度，包括全部水平与垂直渗径长度； H —— 水闸承受的最大水位差。 此时实际地下总轮廓线长度为 L=＞ ，满足要求。 6 稳定分析 水闸竣工时，地基所受的压力最大，沉降也较大。 过大的沉降，特别是不均匀沉降，会使闸室倾斜，影响水闸的正常运行。 当地基承受荷载过大，超过其容许承载力时，将使地基整体发 生破坏。 水闸在运行期间，受水平推力的作用，有可能沿地基面或深层发生滑动。 因此，必须分别验算水闸在刚建成、运行、检修以及施工期等不同工作情况下的稳定性。 对于孔数较少而未分缝的小型水闸，可取整个闸室（包括边墩）作为验算单元；对于孔数较少设有沉降缝的水闸，则应取两缝之间的闸室进行验算。 闸室稳定分析 针对本设计的情况，选取整个闸室作为验算单元。 闸室的稳定性是指闸室在各种荷载作用下，满足：平均基底压力不大于地基的容许承载力；不发生明显的倾斜，基底压力的最大值与最小值之比不大于规定的容许值；不致沿地基面或深 层滑动。 验算闸室基底压力 当结构布置及受力情况对称时，按下式计算： maxmin WMA AB  （ 9） 式中： maxmin —— 地基应力的最大值和最小值， 2/kNm ； W —— 铅直荷载的总和， kN； A—— 底板底面的面积， m ； M —— 作用在闸室的全部荷载对基底面垂直水流流向形心轴的力矩，kNm ； B—— 闸室底板的长度， m。 要求   ，  为容许的地基应力，根据资料  =110 2/kN m。 压力分布不均匀系数要求  maxmin （ 10） 式中： —— 压力分布不均匀系数； 13  —— 允许的压力分布不均匀系数。 表 1 的允许值 地基土质 荷载组合 基本 特殊 松软 中等坚实 坚实 经计算完建期基底最大压应力为 ， 正常运行期 基底最大压应力为，满足要求。 验算闸室的抗滑稳定 土基上沿闸室基底面的抗滑稳定安全系数，应按公式 11 或公式 12 计算： c fWK P  （ 11） 00tanc W c AK P   （ 12） 式中： Kc—— 沿闸室基底面的抗滑稳定安全系数； f—— 闸室基底面与地基之间的摩擦系数，可按规范规定采用； ∑ P—— 作用在闸室上的全部水平荷载的总和 (kN)； 0 —— 闸室基础底面与土质地基之间的摩擦角，度； c0 —— 闸室基底面与土质地基之间的粘结力， kPa。 本设计水闸地基土质为粘性土，沿闸室基底面的抗滑稳定安全系数宜按公式（ 12）计算，其中 f=， 0 =， c0=。 用正常运行期计算抗滑稳定 Kc=，满足抗滑稳定安全要求。 表 2 Kc的容许值 水闸级别 1 2 3 4 基本荷载组合 特殊荷载组合 1 特殊荷载组合 2 注 ： 1，适用于施工、检修及校核洪水位情况。 2，适用于地震情况。 14 挡土墙的稳定计算 挡土墙容易出现的破坏形式有以下几种：滑动破坏、浅层地基的剪切破坏、深层地基的剪切破坏、下沉破坏等。 针对挡土墙可 能出现的破坏形式，稳定性计算一般包括下列几个方面：抗倾覆稳定性计算、抗滑稳定性计算、地基承载力验算、地基深层滑动稳定性的验算。 根据本设计的实际情况，边墙可能产生的破坏形式有滑动破坏、沿地基面的倾覆失稳、浅层地基的剪切破坏等；稳定计算包括抗滑稳定计算、抗倾覆稳定计算和地基承载力验算。 稳定计算的方法为：根据闸室的布置图及选用的各种不同计算情况，分别计算荷载代入相应的计算公式，各种有关数据可在任务书中查找，对相应计算结果均应满足规定要求。 地基承载力验算 与闸室稳定计算的地基承载力验算基本相同， 其中 B 为墙底宽度。 要求   ，  为容许的地基应力，根据资料  =110kPa。 经计算基底最大压应力为 k a，满足地基承载力要求。 抗滑稳定计算 挡土墙的抗滑稳定计算与闸室的抗滑稳定计算基本相同，本设计采用公式（ 12），地基土质的基本数据同闸室抗滑稳定。 经计算 2 6 .7 5 [ ] 1 .2 0ccKK  ，满足抗滑稳定安全要求。 抗倾稳定计算 抗倾稳定性按下式计算：（假定墙趾处为 b 点） 1 2 239。 1b Y bt bXM G e E e E ZK M E Z   （ 13） 式中： Kt—— 抗倾覆稳定安全系数，正常设计情况时，一般不小于 ，对大于12m 的高墙或重要性大的挡土墙应视具体情况适当提高 Kt 值；对于校核情况时，一般为 ~，低墙取小值，高墙取大值； bM —— 抗倾覆力矩之和，这里指对 b 点的稳定力矩的代数和， kN m ； 39。 bM —— 倾覆力矩之和，这里指对 b 点的倾覆力矩的代数和， kNm ； G—— 墙体自重， kN ； YE —— 主动土压力垂直分力， kN ； XE —— 主动土 压力水平分力， kN ； 15 bE —— 墙前被动土压力， kN ； e e2—— 分别为墙重和主动土压力的竖直分力对 b 点的力臂， m； Z Z2—— 分别为主动土压力的水平分力和被动土压力对 b 点的力臂， m。 经计算 1 2 .0 2 [ ] 1 .5ttKK  ，满足 抗倾覆稳定要求。 7 结构计算 涵洞结构计算 涵洞长为。 按照完建期、正常运 行期的荷载进行结构计算。 涵洞具体尺寸见图 8： 涵洞所受荷载包括：垂直土压力、侧向土压力、自重（顶板、侧墙）、作用于箱涵底部的地基反力。 （详见计算书） 作用于箱涵的外荷载通常有垂直土。