广东某大型水闸完整工程设计(4)

3.5.3海漫长度计算

海漫的长度计算主要包括（1）消力池末端的单宽流量

（2）上下游水位差、下游水深

（3）河床土质抗冲能力

（4）闸孔与河道宽度的比值

（5）海漫结构形式等当qs?H?=1～9，LP?KSqs?H'?9?3.6.25?4.92?17m 式中 Lp——海漫长度，m；

qs ——消力池末端单宽流量，m3/（sm）；

ΔH＇——泄水时上、下游水位差，m；

ks ——海漫长度计算系数，查《水工建筑物》，取ks=9。

故确定海漫长度为17m。

3.5.4海漫的构造

因为对海漫要求进一步消除余能，所以要求海漫有一定的粗糙度、透水性、一定的柔性，本设计在海漫的起始段为5m长的浆砌石水平段，其顶面高程与护坦齐平。后作成坡度为1：10的干砌石段，以便使水流均匀扩散，调整流速分布，保护河床不受冲刷。海漫厚度为0.4m，下面铺设15cm的砂垫层。

3.6防冲槽设计

3.6.1作用防止冲刷坑向上游扩展，保护海漫末端的安全。

3.6.2工作原理

为了使水流经过海漫时能量进一步消除，流速分布接近水流的正常状态水流经，但在海漫末端仍有冲刷现象。为了保证安全和节省工程量，常在海漫末端设置防冲槽或采取其他加固措施。

3.7上、下游岸坡防护

为了保护上、下游翼墙以外的河道两岸岸坡不受水流的冲刷，需要进行护坡。采用浆砌石护坡，厚度为0.3m，下设0.1m的砂垫层。

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4防渗排水设计

4.1防渗设计的目的

防止闸基渗透变形；减小闸基的渗透压力；减少水量损失；合理选用地下轮廓的尺寸，以延长渗径，防止闸基和两岸产生渗透破坏。

4.2防渗排水的布置原则及方式

原则：防渗和排水相结合

方式：（1）高水位侧采用铺盖、板桩、齿墙等防渗设施;

(2)低水位侧设置排水设施

4.3防渗设施

本工程根据自身地质条件，防渗措施常采用水平铺盖。砂性土易产生管涌，要求防止渗透变形是其考虑的主要因素，可采用铺盖与板桩相结合的形式。

（1）铺盖

为水平防渗措施，适用于粘性和砂性土基。

（2）板桩

为垂直防渗措施，适用于砂性土基，一般设在闸底板上游或铺盖前端，用于降低渗透压力。

（3）齿墙

一般设在底板上、下游端，利于抗滑稳定，延长渗径。

4.4地下轮廓线布置

4.4.1闸底板长度拟定

本工程采用整体式底板，影响底板顺水方向的长度的因素主要有（1）闸室地基条件（2）上部结构布置（3）满足闸室整体稳定和地基允许承载力等

初拟时可参考已建工程的经验数据选定，当地基为碎石土和砾（卵）石时，底板长度取（2-4）H（H为水闸上下游最大水位差）；砂土和砂壤土取（2-3.5）H；粉质壤土和壤土取（2-4）H；黏土取（2.5-4.5）H。

本工程取底板长度L底=3.5×4.6=16.1 取闸底板长度为18m。

4.4.2闸底板厚度的拟定

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对于小型水闸，底板厚度不小于0.3可取t=1.0m。两端设齿墙。

4.4.3齿墙尺寸的确定

一般深度为0.5-1.5m，厚度为闸孔净宽的1/5-1/8。该设计深度取0.7m，

厚度取1.0m。如图4—1所示。

图4—1 底板尺寸图（单位：cm）

4.4.4铺盖

主要用来延长渗径，具有相对不透水性和一定的柔性。铺盖常用材料有黏土、

黏壤土或沥青混凝土等。铺盖的长度采用上、下游最大水头差的3-5倍。根据上

述原则，本工程铺盖采用混凝土铺盖，其混凝土强度等级一般不低于C20，其长

度确定取L=18m；铺盖的厚度，取0.4m，两端设齿墙深度取0.6m，宽度取0.5m，

以便和闸底板连接。

4.4.5闸基防渗长度的确定

初步拟定闸基防渗长度应根据《水闸设计规范》公式 L≥C×H 式中 L——闸基防渗长度，m；

C——允许渗径系数值，见《水工建筑物》教材表4-6，查表取C=7；

H——上、下游最大水头差，m。

L=C×H=7×4.6=32.2（m）

4.4.6校核地下轮廓线的长度

根据以上设计数据，实际的地下轮廓线布置长度应大于理论的地下轮廓线长

度。

铺盖长度+闸底板长度=18+18m ≥L=32.2（m）

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通过校核，地下轮廓线的长度满足要求。

4.5 排水设施的设计

为降低闸底渗透压力，在闸下游应设置排水设施，即渗流的出口。而排水体的位置直接影响闸底渗透压力的大小。

反滤层的设计应遵循下列原则：

1、各层内部颗粒不应发生移动;

2、较细一层颗粒不应穿过较粗一层的空隙；

3、被保护土层的颗粒不应穿过反滤层而被深水带走，个别特别细小的颗粒即使被渗流带走，亦不应在反滤层空隙中停留而堵塞反滤层。

排水体由透水性较强的大颗粒砂石料组成。土基水闸一般采用平铺式排水体。

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5闸门、启闭、闸墩的设计

闸室是水闸的主体部分。开敞式水闸闸室的主要组成部分有底板、闸墩、闸门、工作桥、交通桥、胸墙等。

5.1 闸门和启闭机

1、闸门形式

采用直升平面钢闸门，因为闸孔数为5个，闸门两侧挡水，闸门宽度为6m，在6m～9m范围内采用平板钢闸门较为合理，高度取为8m。

2、尺寸

高×宽=8m×6m

3、闸门重

露顶式平面闸门

当5m﹤H﹤8m时（查《水工建筑物手册》6.P131页）

G?KZKCKgH1.43B0.88?9.8KN (5--1) 式中：H.B---分别为孔口高度和宽度（m）

KC----闸门行走支承系数;对滑动式支承取为0.81。 -----材料系数，闸门采用普通碳素钢取为1.0。

-----孔口高度系数；当5<H<8时, KgKg=0.13。

所以：

4、启闭力计算

滑道摩阻力

TZd?fzPG?0.81?1.0?0.13?81.43?60.88?9.8?97KN (5--2)

---------滑动支承的摩擦系数，钢对钢0.5～0.6取0.6。式中：fz

P-----闸门上总水压力：

11212P??H外江?H内涌??9.8?(6.252?32)?147.3122?2KN

所以： Tzd?0.5?147.31?73.655KN

启闭力：

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FW?nt(Tzd?Tzs)?nGG (5--3）式中：nG —— 门重修正系数，0.9～1.0取1.0。则：

Fw?1.2?73.655?1.0?7.8?80.586KN

因此选用卷扬式启闭机。

加配重后的启门力

T启?Fw?Gj?147.31?80.586?227.896KN

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5、选择启闭机

根据《水工设计手册》，选择液压卷扬机QPQ—2×16，参数如下：

表5—1启闭机的参数

类别

双节耳集

中驱动启闭机型号 QPQ—2×16 启闭力（t） 2×16 启闭启门速度吊距（m） 2.1—

7.5 重(Kg) 3500 量高度（m）（m/min） 8 2.23

5.2 闸墩

中墩厚度取1.2m，边墩厚度取0.8m。工作门槽、检修门槽的布置如图5—1所示：

图5-3 闸墩结构图(单位:图5-1 闸墩示意图

5.3工作闸门与检修闸门高程 )

?门??外江设?0.7m超高??河床?6.25?0.5?3.5?3.25m

闸墩高程：

?墩??门?0.75超高?4.0m

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闸墩最顶部与工作桥底高程： ?顶??河床?hmax?h门高?A (5--4) 式中：hmax-----校核流量时水位高，取3.15+3.5=6.65m h门-----为闸门高,取7.3m

A——安全超高，0.5～1.0m,取0.65m 则: ?顶??3.5?6.65?7.3?0.65?11.0m 下游部位与上游齐平。

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6闸墩、闸底板设计

6.1闸底板的设计

作用闸底板是闸室的基础，承受闸室及上部结构的全部荷载，并较均匀地传给地基，还有防冲、防渗等作用。

形式常用的底板有平底板和钻孔灌注桩底板。在特定的条件下，也可采用低堰底板、箱式底板、斜底板、反拱底板等。平底板按底板与闸墩的联结方式，有整体式和分离式两种。

闸墩与底板浇筑成整体即为整体式底板。其顺流向长度可根据闸身稳定和地基应力分布较均匀等条件来确定，同时应满足上层结构布置的需要。水头愈大，地基愈差，底板应愈长。底板厚度必须满足强度和刚度的要求。大中型水闸可取闸孔净宽的1/5-1/8，一般为1-2m，最薄不小于0.6m，底板内配置钢筋。底板混凝土强度等级应满足强度，抗渗及防冲要求，一般选用C15或C20。根据本工程的地质资料，采用整体式平底板。

（1）底板长度

根据前面设计已知闸底板长度为18m。

（2）垂直水流方向布置

垂直水流方向为了满足闸门的顺利提升以及地基不均匀沉陷的要求，一般要对垂直水流方向布置要进行分段。

（3）底板厚度

考虑强度、刚度的要求，一般厚度为1m，并另外设置齿墙，取厚度为0.7m。

6.2闸墩的设计

作用分离闸孔并支撑闸门，工作桥等上部结构，使水流顺利地通过闸室。长度的确定应能满足过闸水流平顺，侧向收缩小，过流能力大的要求。上游墩头采用半圆形，下游墩头采用流线型。其长度为18m。

厚度的确定由本设计中的闸孔孔径、受力条件、结构构造要求、施工方法等因素的条件。厚度为中墩1.2m，边墩0.8m。

6.3 工作桥、检修便桥、公路桥

1、工作桥和检修桥

工作桥是供设置启闭机和管理人员操作时使用。其高度应保证闸门开启后不影响泄放最大流量，并考虑闸门的安装及检修吊出需要。为了安装、启闭和检修时的方便，工作桥尽量应设置在工作闸门的正上方。其机座尺寸可根据启闭机型第 28 页共 43 页