水利水電工程建筑物授課教案章節(jié)名稱 第四章 水閘 教學(xué)日期 第二學(xué)期 授課教師姓名 職稱 授課時(shí)數(shù) 22 本章的教學(xué)目的與要求掌握水閘的類型、工作特點(diǎn)、組成及各組成局部的作用；掌握水閘孔口設(shè)計(jì)的影響因素分析和計(jì)算方法；掌握消能防沖設(shè)計(jì)中水閘下游不利水流流態(tài)及相應(yīng)的防止措施；掌握防滲排水設(shè)計(jì)中水閘地下輪廓線長(zhǎng)度擬定、布置、滲流計(jì)算方法和防滲排水措施；水閘的布置與構(gòu)造；在閘室穩(wěn)定應(yīng)力分析中，重點(diǎn)從荷載計(jì)算、穩(wěn)定應(yīng)力分析方法等方面比擬與重力壩的異同。了解水閘布置與構(gòu)造、閘室結(jié)構(gòu)計(jì)算內(nèi)容及方法等方面的內(nèi)容。授課主要內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配掌握水閘的類型、工作特點(diǎn)、組成及各組成局部的作用2學(xué)時(shí)；掌握水閘孔口設(shè)計(jì)的影響因素分析和計(jì)算方法4學(xué)時(shí)；掌握消能防沖設(shè)計(jì)中水閘下游不利水流流態(tài)及相應(yīng)的防止措施4學(xué)時(shí)；掌握防滲排水設(shè)計(jì)中水閘地下輪廓線長(zhǎng)度擬定、布置、滲流計(jì)算方法和防滲排水措施6學(xué)時(shí)；水閘的布置與構(gòu)造2學(xué)時(shí)；在閘室穩(wěn)定應(yīng)力分析中，重點(diǎn)從荷載計(jì)算、穩(wěn)定應(yīng)力分析方法等方面比擬與重力壩的異同2學(xué)時(shí)。了解水閘布置與構(gòu)造、閘室結(jié)構(gòu)計(jì)算內(nèi)容及方法等方面的內(nèi)容2學(xué)時(shí)。重點(diǎn)和難點(diǎn)水閘的類型、工作特點(diǎn)、組成及各組成局部的作用，水閘孔口設(shè)計(jì)的水閘孔口設(shè)計(jì)，如何不知誰(shuí)炸的消能防沖設(shè)計(jì)，水閘的滲流計(jì)算，水閘的整體布置。思考題和作業(yè)1水閘按其承當(dāng)?shù)娜蝿?wù)和結(jié)構(gòu)形式分為哪些類型？水閘的工作特點(diǎn)如何？2水閘的組成局部及各組成局部的作用是什么？3水閘孔口設(shè)計(jì)的影響因素有哪些？如何確定？4水閘下游不利水流流態(tài)及相應(yīng)的防止措施是什么？5何謂水閘地下輪廓線？其長(zhǎng)度如何擬定？布置方式有哪些？6試述用“改良阻力系數(shù)法計(jì)算閘底板下滲壓力和滲透坡降的方法步驟。7試述水閘荷載計(jì)算和穩(wěn)定應(yīng)力分析方法與重力壩有何異同？8試述閘門、啟閉機(jī)的分類與選型方法如何? 9水閘兩岸連接建筑物的型式有哪些? 如何選用？10閘室結(jié)構(gòu)計(jì)算的內(nèi)容有哪些? 試述有限深的“彈性地基梁法的計(jì)算步驟？第四章 水閘第一講講授第一節(jié)§41 水閘的類型和工作特點(diǎn)一、類型一概念：水閘是一種利用閘門的啟閉來(lái)調(diào)節(jié)水位，控制流量的低水頭水工建筑物。二開(kāi)展：公元前6世紀(jì)春秋時(shí)代，在位于今安徽壽縣城南的芍陂灌區(qū)中即設(shè)有進(jìn)水和供水用的5個(gè)水門。世界上規(guī)模最大的水閘：荷蘭木斯海爾德?lián)醭遍l，共63孔，閘高53m，閘身凈長(zhǎng)3000m，閘全長(zhǎng)4425m。三按承當(dāng)任務(wù)分類：圖4-1 水閘布置示意圖1、進(jìn)水閘：建在河道、水庫(kù)、湖泊岸邊或渠道渠首的，用以控制引水流量，以滿足灌溉、發(fā)電或供水需要的閘。又稱為取水閘或渠首閘。 2、節(jié)制閘：為了灌溉、通航等需要橫跨河流或渠道上修建的，用以控制閘前水位及過(guò)閘流量的閘。位于河道上的節(jié)制閘又稱為攔河閘。3、分洪閘：建于泄洪能力缺乏的天然河道河段上游適當(dāng)?shù)牡攸c(diǎn)，洪峰來(lái)臨時(shí)開(kāi)閘分泄一局部洪水進(jìn)入湖泊、洼地等滯洪區(qū)，以減輕洪水對(duì)江河下游威脅的閘。4、排水閘：建在江河沿岸低洼地區(qū)排水渠道末端，用以在外河水位上漲時(shí)防止外水倒灌，外河水位較低時(shí)排除其附近低洼地區(qū)積水的閘。 特點(diǎn)：閘身高，底板低，雙向擋水。5、沖砂閘：建在多泥沙河流上，用以排除進(jìn)水閘、節(jié)制閘或渠系中沉積泥沙，減少引水水流含沙量，防止渠道和閘前河道淤積的閘。 一般建在進(jìn)水閘一側(cè)河道上與節(jié)制閘并排布置或設(shè)在引水渠上進(jìn)水閘旁。6、擋潮閘：建在入海河口附近，漲潮時(shí)關(guān)閘防止海水倒灌入內(nèi)河，退潮時(shí)開(kāi)閘泄水，或者攔蓄淡水以利灌溉的閘。四按閘室結(jié)構(gòu)型式分 圖4-2 水閘閘室結(jié)構(gòu)分類圖(a) 無(wú)胸墻的開(kāi)敞式；(b) 胸墻式；(c) 涵洞式1、開(kāi)敞式：即水閘閘室是露天的，上面沒(méi)有填土。胸墻式：適用于上游水位較大而過(guò)閘流量不大的水閘。無(wú)胸墻式：適用于有泄洪、通航、排冰等要求的水閘。2、涵洞式：修建在河、渠堤之下的水閘。 3、雙層式：是一種分上下兩層，分別裝設(shè)閘門的結(jié)構(gòu)，既具有面層泄流能力，又具有底層泄流能力的閘室結(jié)構(gòu)。五按過(guò)閘流量分大型 Q5000m3/s大型 Q50001000m3/s中型 Q=1000100 m3/s小型 Q=10020 m3/s小型 Q<20 m3/s六其他類型的水閘：翻板閘，橡膠水閘，裝配式水閘等。二、水閘的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要求1、工作特點(diǎn)1沉降量和沉降差。2沖刷3抗滑穩(wěn)定4滲透穩(wěn)定2、設(shè)計(jì)應(yīng)注意問(wèn)題1選擇合理的水閘形式和構(gòu)造，采取合理施工程序，進(jìn)行嚴(yán)格地基處理，保證閘與地基穩(wěn)定。2進(jìn)行合理可靠的防滲排水設(shè)計(jì)，確保滲透穩(wěn)定。3采取有效的消能防沖設(shè)施，確保水閘不發(fā)生沖刷破壞。三、水閘的組成 圖4-3 開(kāi)敞式水閘組成示意圖1閘室底板；2閘墩；3胸墻；4閘門；5工作橋；6交通橋；7堤頂；8上游翼墻；9下游翼墻；10護(hù)坦；11排水孔；12消力坎；13海漫；14防沖槽；15上游鋪蓋1、上游連接段 組成：翼 墻，鋪蓋，護(hù)底，防沖槽齒墻，護(hù)坡。 作用：翼 墻：引導(dǎo)水流平順進(jìn)閘，擋土，防沖，側(cè)向防滲。鋪 蓋：防滲防沖。防沖槽：保護(hù)護(hù)底首部，防止河床沖刷向護(hù)底方向開(kāi)展。護(hù)坡護(hù)底：保護(hù)河岸及河床不受沖刷。2、閘室段 組成：底板，閘墩，閘門，胸墻，工作墻，交通橋。 作用：底 板：承受閘室全部荷載，將荷載較均勻地傳給地基，維持閘室抗滑穩(wěn)定，防沖，防滲。閘 墩：分隔閘孔，支承閘門和橋梁。工作橋：布置啟閉設(shè)備，操作閘門。閘 門：控制水位，調(diào)節(jié)流量。3、下游連接段組成：消力池，海曼，防沖槽，翼墻，護(hù)岸。作用：消力池：消能，防沖。海 曼：繼續(xù)消余能，調(diào)整流速分布。防沖槽：防止下游河床沖坑繼續(xù)向上游開(kāi)展。翼 墻：引導(dǎo)過(guò)閘水流均勻擴(kuò)散，保護(hù)兩岸免受沖刷。四、水閘等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)1、平原地區(qū)水閘 表4-1 平原區(qū)水閘樞紐工程分等指標(biāo)工 程 等 別規(guī) 模大1型大2型中型小1型小2型最大過(guò)閘流量m3s50005000100010001001002020防護(hù)對(duì)象的重要性特別重要重要中等一般2、灌排渠系上水閘 表4-2 灌排渠系建筑物級(jí)別劃分建筑物級(jí)別12345過(guò)閘流量m3s300300100100202055表4-3 灌排渠系水閘的設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)水閘級(jí)別12345設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期a10050503030202010103、消能防沖 表4-4 山區(qū)、丘陵區(qū)水閘閘下消能防沖設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)水閘級(jí)別12345閘下消能防沖設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期a10050302010第四章 水閘第二講講授第二節(jié)上§42 水閘孔口尺寸確定閘孔設(shè)計(jì)的任務(wù)：根據(jù)規(guī)劃的設(shè)計(jì)流量及相應(yīng)上下游水位，確定閘孔形式、底板高程、閘孔尺寸，以滿足泄水或引水要求。一、閘孔和底板型式選擇 1、閘孔形式開(kāi)敞式胸墻式，無(wú)胸墻式，封閉式涵洞式2、選擇原那么 1閘坎高程較高，擋水高度較小的泄洪閘或分洪閘以及有排冰、通航等要求的水閘，一般均采用開(kāi)敞式。 2閘坎高程較低，擋水高度較大的水閘，擋水高度高于洪水運(yùn)用水位，或閘上水位變幅較大，且有限制過(guò)閘單寬流量的水閘均可采用胸墻式或涵洞式。3、底板形式 1寬頂堰底板 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便，泄流穩(wěn)定。 缺點(diǎn)：流量系數(shù)較小，易產(chǎn)生波狀水躍。 適用：泄洪，沖沙，通航，排污，排冰等。(a) (b) (c)圖4-4 低實(shí)用堰(a) 梯形堰； (b) 駝峰堰；(c) WES低堰2低堰底板 優(yōu)點(diǎn)：流量系數(shù)大，水流條件好，泄流能力強(qiáng)。 缺點(diǎn)：流態(tài)不穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工難度較高。 適用：底板高程不夠水位較高； 因地基較差需降低底板高程時(shí)； 有攔沙要求時(shí)。二、設(shè)計(jì)流量和上下游水位1、流量1攔河閘：設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)或校核洪水標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)流量。2進(jìn)水閘：為渠道設(shè)計(jì)取水流量。3排水閘：由后水計(jì)算確定。2、水位1攔河閘：下游由水位流量關(guān)系曲線查，上游比下游高0.10.3m。2進(jìn)水閘：下游由渠道水位流量關(guān)系曲線查，游比下游高0.10.3m。3排水閘：上游為滯洪區(qū)或排水渠摸排水設(shè)計(jì)流量對(duì)應(yīng)水位，下游比上游低0.050.1m左右。三、閘底板高程確定1、在地基強(qiáng)度滿足要求的前提下，可定得高些，對(duì)大型水閘，應(yīng)適當(dāng)降低降低造價(jià)；2、攔河閘底板高程可與河底平齊；3、進(jìn)水閘底板高程常等于或略低于渠底，但應(yīng)滿足引水及攔沙防淤要求；4、分洪閘底板高程可比河底略高些，但應(yīng)滿足最低分洪水位時(shí)的泄量要求及防止洪水沖刷河床；5、排水閘底板高程應(yīng)盡量低，以滿足排澇或排堿要求；6、受單寬流量的影響。四、過(guò)閘單寬流量確實(shí)定1、影響因素：河床或渠道的地質(zhì)條件，水閘上、下游水位差，下游尾水深度等因素影響，兼顧泄洪能力和下游消能防沖兩個(gè)方面。2、一般確定：對(duì)粘土地基可取1525m3s·m；壤土地基可取1520m3s·m；砂壤土地基可取1015m3s·m；粉砂、細(xì)砂、粉土和淤泥地基可取510m3s·m。第四章 水閘第三講講授第二節(jié)下§42 水閘孔口尺寸確定五、閘孔寬度確實(shí)定詳細(xì)介紹試算法 1、總寬度確定 確定總凈寬 B。bn1堰流： 符號(hào)按書2孔流： 2、單孔寬及閘室總寬度 1單孔寬大型 812m中型 38m小型 23m2閘孔數(shù)量： n=B0/b06孔以下取單數(shù)，6孔及以上取雙數(shù)3閘室總寬度一般要求實(shí)際過(guò)流能力與設(shè)計(jì)過(guò)流量相差±5閘室總寬 B=nb0+(n1)d+2d0 邊墩要求B0.60.85B河渠 B河渠：河道或渠道寬度。第四章 水閘第四講講授第三節(jié)上§43 水閘的消能防沖一、過(guò)閘水流特點(diǎn)及閘下游沖刷原因 1閘下水流流態(tài)復(fù)雜流速大，紊動(dòng)強(qiáng)烈，水流從堰流到孔流，從自由出流到淹沒(méi)出流都會(huì)發(fā)生。2閘下易形成波狀水躍。3閘下容易出現(xiàn)折沖水流。 翼墻布置不當(dāng)，適用不當(dāng)二、消能防沖設(shè)計(jì)的水利條件1、消能方式一般采用底流消能2、水力條件選擇1一般是以上游最高水位、下游始流水位為可能出現(xiàn)的最低水位、閘門局部開(kāi)啟、單寬流量大為控制條件。2設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)以閘門的開(kāi)啟程序、開(kāi)啟孔數(shù)和開(kāi)啟高度進(jìn)行多種組合計(jì)算，通過(guò)分析比擬確定。三、底流消能設(shè)計(jì)一消力池1、作用：促使出閘水流在池中發(fā)生淹沒(méi)式水躍進(jìn)行消能，并保護(hù)地基免遭沖刷。2、布置： 1當(dāng)閘下尾水深度小于躍后水深時(shí)，可采用下挖式消力池消能；2當(dāng)閘下尾水深度略小于躍后水深時(shí)，可采用突檻式消力池消能；3當(dāng)閘下尾水深度遠(yuǎn)小于躍后水深時(shí)，且計(jì)算消力池深度又較大時(shí)，可采用下挖式消力池與突檻式消力池相結(jié)合的綜合消力池消能；4） 當(dāng)水閘上下游水位差較大，且尾水深度較淺時(shí)，宜采用二級(jí)或多級(jí)消力池消能。3、消力池尺寸確定 圖4-6 消力池池長(zhǎng)、池深計(jì)算示意圖 圖4-7 USBR型消力池布置1深度： 2消力池長(zhǎng)度： 3、護(hù)坦底板厚度： 根據(jù)抗沖，抗浮要求確定?？箾_： 抗?。?t=max t1，t2一般t=0.51.0m消力池末端底板厚度可采用t/2，不宜小于0.5m，小型水閘不宜小于0.3m。 4、尾坎：穩(wěn)定水躍，調(diào)整鉛直斷面上的流速分布，促使水流均勻擴(kuò)散，減小下游河床沖刷。 4、消力池構(gòu)造 1材料 2排水孔 3變形縫5、輔助消能工如消力墩，一般布置在消力池前半段護(hù)坦上，二至三排交錯(cuò)排列第四章 水閘第五講講授第三節(jié)下§43 水閘的消能防沖四、波狀水躍級(jí)折沖水流的防止措施1、波狀水躍的防止措施圖4-8 波狀水躍的防止措施(a) 在出流平臺(tái)上設(shè)置小檻；(b) 將小檻做成分流墩、分流齒形1在消力池斜坡段的頂部預(yù)留一段0.51.0m寬的平臺(tái)，在其末端設(shè)置一道小檻，見(jiàn)圖4-8(a)，迫使水流越檻入池，促成底流式水躍。2分流墩、分流齒形，見(jiàn)圖4-8(b)，那么消除波狀水躍的效果更好。如水閘底板為低實(shí)用堰型，有助于消除波狀水躍的產(chǎn)生。2、折沖水流的防止措施1在平面布置上，盡量使上游引河具有較長(zhǎng)的直線段，2在消力池前端設(shè)置散流墩，對(duì)防止折沖水流有明顯效果；3應(yīng)制定合理的閘門開(kāi)啟程序。 五、海漫及防沖槽1、海漫圖4-9 防沖加固措施1作用：進(jìn)一步削減水流剩余能量，使水流均勻擴(kuò)散，保護(hù)護(hù)壩和減小對(duì)下游河床的沖刷。2要求：鞏固耐沖，且能適應(yīng)下游河床可能的沖刷變形，具有一定的柔性。為了使?jié)B水自由排出，減小場(chǎng)壓力，應(yīng)具有一定的透水性。為了進(jìn)一步消能，外表應(yīng)具有較大的糙率。3海漫長(zhǎng)度計(jì)算： Ks：海曼長(zhǎng)度計(jì)算系數(shù)； H：閘孔泄水時(shí)的上下游水位差； qs：消力池末端單寬流量。4海漫的構(gòu)造一般采用整體向下游傾斜的型式，在平面上沿水流方向向兩側(cè)逐漸擴(kuò)散，以使水流均勻擴(kuò)散，保護(hù)河床不受沖刷。2、防沖槽 主要作用：挖槽拋填塊石，加固海曼末端，保護(hù)海曼六、上下游護(hù)坡及河床防護(hù)上游：23倍水頭長(zhǎng)度護(hù)底及護(hù)坡下游：46倍水頭長(zhǎng)度護(hù)底及護(hù)坡七、閘門的控制運(yùn)用主要滿足以下要求：1消力池長(zhǎng)度在任何情況下都滿足要求淹沒(méi)水躍；2閘門應(yīng)分級(jí)均勻?qū)ΨQ開(kāi)啟與關(guān)閉；3嚴(yán)格控制始流條件下的閘門開(kāi)度；4、閘門開(kāi)啟與關(guān)閉速度盡量慢。第四章 水閘第六講講授第四節(jié)上§44 防滲排水設(shè)計(jì)一、閘基防滲長(zhǎng)度及地下輪廓線布置 一設(shè)計(jì)任務(wù)經(jīng)濟(jì)合理地確定水閘底下輪廓線的型式和尺寸。并采取必要的可靠的防滲排水措施，以減小或消除滲流的不利影響，保證閘基及兩岸不產(chǎn)生滲透破壞，保證水閘的平安。二閘基的防滲長(zhǎng)度圖4-10 水閘地下輪廓線1、地下輪廓線：不透水的鋪蓋、板樁、及閘底板等與地基的接觸線。2、防滲長(zhǎng)度：即地下輪廓線的長(zhǎng)度，又稱滲徑長(zhǎng)度。圖4103、計(jì)算：LCH 表4-6 滲徑系數(shù)C值排水條件地 基 類 別粉 砂細(xì) 砂中 砂粗 砂中礫細(xì)礫粗 礫夾礫石輕粉質(zhì)砂壤土輕砂壤土壤土粘土有反濾層1399775544332.5117955332無(wú)反濾層7443按上式初步確定后，還需經(jīng)閘基的抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算及閘室穩(wěn)定計(jì)算最后確定。三閘基防滲排水布置布置原那么：高防低排“高防就是在閘底板上游一側(cè)布置鋪蓋、板樁、齒墻、混凝土防滲墻及灌漿帷幕等防滲設(shè)施，以延長(zhǎng)滲徑，減小作用在底板上的滲透壓力，降低閘基滲流的平均坡降。“低排就是在閘底板下游一側(cè)布置面層排水、排水孔或排水井、反濾層等設(shè)施，使地基滲水盡快排出1、粘性土地基不易發(fā)生管涌 上游設(shè)防滲鋪蓋，下游出口處設(shè)反濾層 圖411a 2、砂類土地基粉沙，輕砂壤土，輕粉質(zhì)砂壤土bcd 易產(chǎn)生滲漏及滲透變形。上游設(shè)鋪蓋加懸掛式板樁防滲墻相結(jié)合的布置方式 ，土層較薄時(shí)，設(shè)截水墻或截流板樁。下游鋪設(shè)良好級(jí)配的反濾層。3、多層土地基：下游排水減壓，必要時(shí)，設(shè)板樁截?cái)鄪A砂層。e4、巖石地基： 可根據(jù)需要在閘底板上游端設(shè)水泥灌漿帷幕，后設(shè)排水孔。圖4-11 水閘地下輪廓線布置示意圖二、滲流計(jì)算目的：計(jì)算底板及護(hù)坦下的滲透壓力和滲透坡降，判定初擬地下輪廓線是否滿足抗滑穩(wěn)定和滲透穩(wěn)定要求。計(jì)算方法：流網(wǎng)法、直線法、改良阻力系數(shù)法、有限元法、電模擬試驗(yàn)法。一直線法1、原理：假定滲流沿地下輪廓線流動(dòng)時(shí)，其滲透水頭是成直線比例逐漸減小的，即沿程滲透坡降的大小都是相同的。2、公式： 勃萊法 hx=Hx/L hx：滲透壓強(qiáng)萊茵法 hx=Hx/L。 L0Lr+Lh/3Lr：水平滲徑Lh：垂直滲徑*：將各點(diǎn)所求得的壓強(qiáng)大小，按一定比例標(biāo)在閘底板面相應(yīng)位置鉛直線上，然后將相鄰兩點(diǎn)水頭端點(diǎn)用直線連接，即得到作用于底板底面的滲透壓力分布圖。 滲透壓力分布見(jiàn)圖412 (a) (b)圖4-12 全截面直線分布法滲透壓力計(jì)算圖(a) 未設(shè)水泥灌漿帷幕和排水孔情況； (b) 設(shè)有水泥灌漿帷幕和排水孔情況二改良阻力系數(shù)法優(yōu)點(diǎn)：比擬充分地考慮了滲流在邊界條件變化處的水頭損失，故計(jì)算結(jié)果精度較高。1、 根本原理(a) (b)圖4-13 改良阻力系數(shù)法滲透壓力計(jì)算圖 如圖4-13a，由達(dá)西定律：滲流區(qū)單寬流量為： 令=L/T 令，那么得 式中 i為滲流段阻力系數(shù)，與滲流段的幾何形狀有關(guān)；k地基土的滲透系數(shù)，ms。 總水頭H應(yīng)為各段水頭損失的總和，即 將式(4-23)代入式(4-22)得各段的水頭損失為： 將各段的水頭損失由出口向上游方向依次疊加，即得各段分界點(diǎn)的滲壓水頭及其它滲流要素。以直線連接各分段計(jì)算點(diǎn)的水頭值，即得滲透壓力分布圖，見(jiàn)圖4-13(b)。2、計(jì)算步驟1確定地基有效深度Te從各等效滲流段地下輪廓最高點(diǎn)垂直向下算起的地基透水層有效深度?？砂匆韵鹿接?jì)算：當(dāng)L0S05時(shí) 當(dāng)L0S05時(shí) 式中 L0、S0地下輪廓的水平投影及垂直投影長(zhǎng)度，m。當(dāng)計(jì)算的Te大于地基實(shí)際深度時(shí)，Te值應(yīng)按地基實(shí)際深度采用。2典型流段阻力系數(shù)的計(jì)算。一般水閘地基滲流段可歸納為三種典型流段，即進(jìn)出口段，圖4-13中的、段；內(nèi)部垂直段，圖4-13中的、段；內(nèi)部水平段，圖4-13中的、段。每段的阻力系數(shù)i，可按表4-7中的公式確定。表4-7 典型流段阻力系數(shù)計(jì)算表3對(duì)進(jìn)、出口段水頭損失值和滲透壓力分布圖進(jìn)行局部修正，進(jìn)、出口段修正后的水頭損失值可按以下公式計(jì)算如圖4-14a所示、表4-17圖4-14 進(jìn)、出口段滲壓修正示意圖 阻力修正系數(shù)，當(dāng)計(jì)算的1.0時(shí)，采用1.0；S底板埋深與板樁入土深度之和，m；T板樁另一側(cè)地基透水層深度，m。表4-8 出口段和水平段的允許滲流坡降J值分段地 基 類 別粉 砂細(xì) 砂中 砂粗 砂中礫細(xì)礫粗 礫夾礫石砂壤土壤土軟壤土堅(jiān)硬粘土極堅(jiān)硬粘土水平段0.050.070.070.100.100.130.130.170.170.220.220.280.150.250.250.350.300.400.400.500.500.60出口段0.250.300.300.350.350.400.400.450.450.500.500.550.400.500.500.600.600.700.700.800.800.90注：當(dāng)滲流出口處設(shè)反濾層時(shí)，表中數(shù)值可加大30。修正后的水頭損失的減小值h可按下式計(jì)算： 水力坡降呈急變形式的長(zhǎng)度L'x可按下式計(jì)算： 出口段滲透壓力分布圖可按圖4-14(b) 方法進(jìn)行修正。QP為原有水力坡降，由計(jì)算的h和L'x值，分別定出P點(diǎn)和O點(diǎn)，連接QOP，即為修正后的水力坡降線。圖4-15 進(jìn)、出口段齒墻不規(guī)那么部位修正示意圖進(jìn)、出口段齒墻不規(guī)那么部位可按以下方法進(jìn)行修正圖4-15：當(dāng)hxh時(shí)，按下式修正：h'xhxh 式中 hx 、h'x水平段和修正后水平段的水頭損失，m。當(dāng)hxh時(shí)，可按以下兩種情況分別進(jìn)行修正： 假設(shè)hxhyh，可按下式進(jìn)行修正： h'x2hx h'yhyhhx 式中 hy 、h'y內(nèi)部垂直段和修正后內(nèi)部垂直段的水頭損失，m。第四章 水閘第七講講授第四節(jié)中§44 防滲排水設(shè)計(jì)注：詳細(xì)講解閘基的防滲計(jì)算【例4-1】 某水閘地下輪廓線如圖4-16(a)所示。根據(jù)鉆探資料知地面以下12m深處為相對(duì)不透水的粘土層。用改良阻力系數(shù)法計(jì)算滲流要素。解：1. 簡(jiǎn)化地下輪廓：簡(jiǎn)化后地下輪廓如圖4-16(b)所示，劃分10個(gè)根本段。2確定地基的有效深度：由于L00.512.2510.251.024m，S025.5205.5m，L0S04.365，按公式(4-26)得Te13.36Tp12.0m，故按實(shí)際透水層深度TTp12.0m，進(jìn)行滲流計(jì)算。3計(jì)算各典型段阻力系數(shù)：按各典型段阻力系數(shù)計(jì)算公式計(jì)算，見(jiàn)表4-9。4計(jì)算各段水頭損失：按公式4-24計(jì)算各段水頭損失，列于表4-10。5進(jìn)、出口段水頭損失修正圖4-16 某水閘地下輪廓線布置及滲流計(jì)算圖表4-9分段編號(hào)分段名稱S(m)S1(m)S2(m)T(m)L(m)i進(jìn)口段1.0120.477水平段00110.50.045內(nèi)部鉛直段0.611.60.052水平段0.65.111.612.250.712內(nèi)部鉛直段5.111.60.479內(nèi)部鉛直段4.511.00.441水平段4.50.511.010.250.614內(nèi)部鉛直段0.511.00.045水平段0010.51.00.095出口段0.611.10.460總和3.420表4-10分段編號(hào)hi0.6280.0590.0680.9370.6300.5810.8080.0590.1250.605注：總水頭H=3025.54.5m 1進(jìn)口段水頭損失修正：T=12111m，T=12m，S=1.0m，按式4-28計(jì)算得0.6291.0，那么進(jìn)口段修正為h'010.628×0.6290.395m。水頭損失減小值h0.6280.3950.233m，因hx2hy30.0590.0680.127h，故第、段分別按式(4-34)、(4-35)修正：h'x22hx22×0.0590.118m，h'y32hy32×0.0680.136m，h'x4hx4hhx2hy30.937+0.2330.0590.0681.043m。2出口段水頭損失修正：T=10.5m，T=11.1m，S=0.6m，按式4-28計(jì)算得0.5161.0，那么出口段修正為h'0100.605×0.5160.312m。水頭損失減小值h0.6050.3120.293m，因hx9hy80.1250.0590.184h，故第、段分別按式(4-34)、(4-35)修正：h'x92hx92×0.1250.250m，h'y82hy82×0.0590.118m，h'x7hx7hhx9hy80.808+0.2930.1250.0590.917m。驗(yàn)算：H0.3950.1180.1361.0430.6300.5810.9170.1180.2500.3124.5m，計(jì)算無(wú)誤。6計(jì)算各角點(diǎn)或尖端滲壓水頭：由上游進(jìn)口段開(kāi)始，逐次向下游從總水頭H4.5m，減去各分段水頭損失值，即可求得各角點(diǎn)或尖端滲壓水頭值：H14.5m，H24.50.3594.105m，H34.1050.1183.987m，H43.851m，H52.808m，H62.178m，H71.597m，H80.680m，H90.562m，H100.312m，H110.3120.3120。7繪制滲壓水頭分布圖：如圖4-16(c)所示。8. 滲流出口平均坡降：按式4-36J=h'0S=0.3120.60.52。第四章 水閘第八講講授第四節(jié)下§44 防滲排水設(shè)計(jì)三、防滲及排水設(shè)施防滲設(shè)施：水平防滲鋪蓋；垂直防滲板樁，齒墻，防滲墻，防滲帷幕； 排水設(shè)施：鋪設(shè)在護(hù)坦，閘底板下起導(dǎo)滲作用的沙礫石層，一般與反濾層結(jié)合使用。一 鋪蓋1粘土，粘壤土鋪蓋: 鋪蓋的厚度應(yīng)根據(jù)鋪蓋土料的允許水力坡降值計(jì)算確定，上游端的最小厚度應(yīng)不小于0.6m，逐漸向閘室方向加厚，且任一截面厚度不應(yīng)小于1/41/6倍該計(jì)算斷面頂?shù)酌娴乃^差值。為了防止鋪蓋在施工期被損壞和運(yùn)用時(shí)被水流沖刷，其上面應(yīng)設(shè)置厚0.30.5m的干砌塊石或混凝土板保護(hù)層，保護(hù)層與鋪蓋間設(shè)置一層或兩層砂礫石墊層。 2砼或鋼筋砼鋪蓋 : 其厚度一般根據(jù)構(gòu)造要求確定，最小厚度不宜小于0.4m，在與底板連接處應(yīng)加厚至0.81.0m。為了減小地基不均勻沉降和溫度變化的影響，其順?biāo)鞣较驊?yīng)設(shè)永久縫，縫距可采用820m。鋪蓋與閘底板、翼墻之間也要分縫?？p寬可采用23cm，縫內(nèi)均應(yīng)設(shè)止水。混凝土鋪蓋中應(yīng)配置構(gòu)造筋，對(duì)于起阻滑作用的鋼筋混凝土鋪蓋那么要根據(jù)受力情況配置受拉鋼筋。受拉鋼筋與閘室在接縫處應(yīng)采用鉸接的構(gòu)造型式。鋪蓋的混凝土強(qiáng)度等級(jí)一般不低于C20。3)土工膜防滲鋪蓋：水閘防滲鋪蓋也可用土工膜代替?zhèn)鹘y(tǒng)的弱透水土料。用于防滲的土工合成材料主要有土工膜或復(fù)合土工膜，其厚度應(yīng)根據(jù)作用水頭、膜下土體可能產(chǎn)生裂隙寬度、膜的應(yīng)變和強(qiáng)度等因素確定，但不宜小于0.5mm。 二 板樁1、作用：增加滲徑，降低滲透壓力，減小滲流出口坡降，防止出口處土壤產(chǎn)生滲透變形。2、構(gòu)造 入土深度0.71.2H； 厚度0.2m，寬度不宜小于0.4m； 順?biāo)鞣较蛟O(shè)永久性變形縫，縫距820m，縫寬23cm，縫內(nèi)設(shè)止水。3、與底板的連接 板樁頂部嵌入粘土鋪蓋一定深度。適用于閘室沉降量較大，而板樁尖已插入堅(jiān)實(shí)土層情況。適用于閘室沉降量較小，板樁頂部嵌入底板下特設(shè)凹槽內(nèi)，板頂填塞瀝青等材料，適用閘室沉降量小而板樁尖未到達(dá)堅(jiān)實(shí)土層的情況。三齒墻及混凝土防滲墻作用：輔助防滲，并有利于抗滑四水泥砂漿帷幕，高壓噴射砂漿帷幕及垂直防滲土工膜 五排水設(shè)施1、目的：排除滲水，減小滲透壓力2、平鋪式排水適用于土基 即在護(hù)坦及漿砌石海曼底部平鋪粒徑為12 cm的礫石、碎石或卵石透水層，厚0.20.3m ，下設(shè)反濾層。注意： 閘底板齒墻底面應(yīng)位于反濾層底往下一定距離； 砼護(hù)坦及漿砌石海曼上應(yīng)設(shè)排水孔。3、垂直排水地基內(nèi)有承壓水作用：主要用于降低地基內(nèi)承壓水水頭。方式：排水溝； 排水井了解4、水平帶狀排水巖基 在根底面上設(shè)排水溝或排水管等。四、水閘的側(cè)向繞滲1、概念：水閘建成擋水后，除閘基有滲流外，水流還從上游經(jīng)水閘兩岸滲向下游，這就是側(cè)向繞滲，見(jiàn)圖4-17。圖4-17 側(cè)向防滲排水布置圖2、危害：繞滲對(duì)岸墻、翼墻產(chǎn)生滲透壓力，加大了墻底揚(yáng)壓力和墻身的水平水壓力，對(duì)翼墻、邊墩或岸墻的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定產(chǎn)生影響；并有可能使填土發(fā)生危害性的滲透變形，增加滲漏損失。3、防滲措施：側(cè)向防滲排水布置包括刺墻、板樁、排水井等應(yīng)根據(jù)上、下游水位、墻體材料和墻后土質(zhì)以及地下水位變化等情況綜合考慮，并應(yīng)與閘基的防滲排水布置相適應(yīng)，在空間上形成一體。4、布置原那么：布置原那么仍是防滲與導(dǎo)滲相結(jié)合。有時(shí)為了防止填土與邊墩或岸墻接觸面上產(chǎn)生集中滲流，也可設(shè)置短刺墻。排水設(shè)施一般設(shè)在下游翼墻上，根據(jù)墻后回填土的性質(zhì)不同，可采用排水孔或連續(xù)排水墊層等型式。孔口附近應(yīng)設(shè)反濾層以防發(fā)生滲透變形。第四章 水閘第九講講授第五節(jié)§45 水閘的布置與構(gòu)造一、閘室的布置與構(gòu)造 一底板 型式：平底板，低堰，折線 分類 墩與板連接方式：整體式，別離式1、 整體式底板 圖4-18 整體式、別離式平底板1底板；2閘墩；3閘門；4空箱式岸墻；5溫度沉陷縫；6邊墩1概念：閘墩與底板澆筑或砌筑成整體時(shí)的底板。2分縫：對(duì)于多孔、寬度較大的水閘，為適應(yīng)地基不均勻沉陷和溫度變化需要，一般在垂直水流方向設(shè)永久性縫將底板分成假設(shè)干閘段，縫距不大于20m巖基，35m土基。3分縫位置 閘墩中間縫墩優(yōu)點(diǎn)：閘室結(jié)構(gòu)整體性好，各閘段獨(dú)立工作，抗震性好。缺點(diǎn)：施工期長(zhǎng)，工程量大，施工難度大。適用：地質(zhì)條件較差地區(qū)或地震區(qū)。 底板中間優(yōu)點(diǎn)：可縮短工期，減小閘室的總寬度和底板跨中彎矩，節(jié)約第四章 水閘第十講講授第六節(jié)§46閘室穩(wěn)定驗(yàn)算和地基處理一、荷載及其組合一荷載計(jì)算 1、自重：指水閘結(jié)構(gòu)及其上部填料和永久設(shè)備的重量。2、水重：指閘室范圍內(nèi)作用在底板頂面以上的水體重量。3、水平水壓力：指作用在胸墻，閘門及閘墩上的水平水壓力。(a) (b)圖4-26 水平水壓力計(jì)算圖注意： a點(diǎn)處為靜水壓強(qiáng) 鋪蓋與底板連接處的水平水壓力 b點(diǎn)處取揚(yáng)壓力值 對(duì)鋼筋砼或砼鋪蓋 止水片以上按靜水壓力分布計(jì)算 止水片以上按梯形分布計(jì)算 4、揚(yáng)壓力滲透壓力：見(jiàn)滲流計(jì)算浮托力：某點(diǎn)處的浮托力等于該點(diǎn)與下游水位間的高差乘以水的重度。5、浪壓力 ：波長(zhǎng)、波高和波浪中心線高出靜水位高度等波浪要素的計(jì)算按莆田試驗(yàn)站法進(jìn)行；根據(jù)風(fēng)區(qū)范圍內(nèi)平均水深、波浪破碎的臨界水深及半波長(zhǎng)之間的關(guān)系，判別屬深水波、淺水波或破碎波，分別用相應(yīng)公式進(jìn)行浪壓力計(jì)算。 6、土壓力對(duì)重力式擋土墻，墻背后填土為均質(zhì)無(wú)粘性土?xí)r 土壓力：Fa=0.5tHt2ka Fa：主動(dòng)土壓力，作用在距墻底為墻高的1/3處。作用方向與水平面成+角。KN/mt：填土重度KN/m3,地下水位以下取滲重度。Ht：墻高Ka：主動(dòng)土壓力系數(shù)t：墻后填土內(nèi)摩擦角：擋土墻后填土對(duì)墻背的外摩擦角*墻背光滑，排水不良 =0.000.33t墻背粗糙，排水良好 0.330.50t墻背很粗糙，排水良好 0.500.67t墻背與填土之間不可能滑動(dòng) 0.671.00t其余按水閘標(biāo)準(zhǔn) P6669 7、淤沙壓力 根據(jù)可能淤積厚度確定 參見(jiàn)重力壩 P148、其他荷載：地震荷載，冰壓力，土的凍脹力 參見(jiàn)?水閘設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?重力壩二荷載組合 表4-12 水閘荷載組合表荷載組合計(jì)算情況荷 載自重水重靜水壓力揚(yáng)壓力土壓力淤砂壓力風(fēng)壓力浪壓力冰壓力土的凍脹力地震荷載其他說(shuō) 明根本組合完建情況必要時(shí)，可考慮地下水產(chǎn)生的揚(yáng)壓力正常蓄水位情況按正常蓄水位組合計(jì)算水重、靜水壓力、揚(yáng)壓力及浪壓力設(shè)計(jì)洪水位情況按設(shè)計(jì)洪水位組合計(jì)算水重、靜水壓力、揚(yáng)壓力及浪壓力冰凍情況按正常蓄水位組合計(jì)算水重、靜水壓力、揚(yáng)壓力及浪壓力特殊組合校核洪水位情況按校核洪水位組合計(jì)算水重、靜水壓力、揚(yáng)壓力及浪壓力施工情況應(yīng)考慮施工過(guò)程中各個(gè)階段的臨時(shí)荷載檢修情況按正常蓄水位組合必要時(shí)可按設(shè)計(jì)洪水位組合或冬季低水位條件計(jì)算水重、靜水壓力、揚(yáng)壓力及浪壓力地震情況按正常蓄水位組合計(jì)算水重、靜水壓力、揚(yáng)壓力及浪壓力注：表中“號(hào)為需要考慮荷載，“ 號(hào)為不需要考慮荷載二、閘室抗穩(wěn)定計(jì)算 一計(jì)算公式1、土基： P148 Kc=fG/H 簡(jiǎn)單 Kc=tg0G+C0A/ H 更合理 2、巖基：同重力壩 3、穩(wěn)定條件：KcK土巖表4-13 K土值 表4-14 K巖值 注：1、特殊組合適用于地震情況。2、特殊組合適用于校核洪水位情況、施工情況及檢修情況。表4-15 f值 表4-16 0、C0值土質(zhì)地基 土質(zhì)地基類別0°C0 kPa粘性土0.9(0.20.3)C砂性土(0.850.90)0地基類別f粘土軟弱中等堅(jiān)硬堅(jiān)硬0.200.250.250.350.350.45壤土、粉質(zhì)壤土砂壤土、粉砂土細(xì)砂、極細(xì)砂中砂、粗砂砂礫石礫石、卵石碎石土0.250.400.350.400.400.450.450.500.400.500.500.550.400.50軟質(zhì)巖石極軟軟較軟0.400.450.450.550.550.60硬質(zhì)巖石較堅(jiān)硬堅(jiān)硬0.600.650.650.70 注：為室內(nèi)飽和固結(jié)快剪粘性土或飽和快剪實(shí)驗(yàn)測(cè)得的內(nèi)摩擦角；C為室內(nèi)飽和固結(jié)快剪實(shí)驗(yàn)測(cè)得的粘結(jié)力。巖石地基類別fC(M Pa硬質(zhì)巖石堅(jiān)硬1.51.31.51.3較堅(jiān)硬1.31.11.31.1軟質(zhì)巖石較軟1.10.91.10.7軟0.90.70.70.3極軟0.70.40.30.05表4-17 f、C值巖石地基 注：如巖基內(nèi)存在結(jié)構(gòu)面、軟弱層帶或斷層的情況，f、C值應(yīng)按現(xiàn)行的GB5028799?水利水電工程地質(zhì)勘測(cè)標(biāo)準(zhǔn)?選用。二提高閘室抗滑穩(wěn)定性的工程措施1將閘門位置向低水位一側(cè)移動(dòng)，或?qū)⑺l底板向高水位一側(cè)加長(zhǎng)，以增加水重；2適當(dāng)增加閘室結(jié)構(gòu)自重；3增加閘室底板的齒墻深度；4增加鋪蓋長(zhǎng)度或帷幕深度，或在不影響防滲平安的前提下，將排水設(shè)施向水閘底板靠近；5利用鋼筋混凝土鋪蓋作阻滑板；6增加鋼筋砼抗滑樁或預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)。三、閘室基底應(yīng)力計(jì)算一應(yīng)滿足條件1、在各種情況下，閘室最大基底壓力不大于地基容許承載力土基不大于1.2倍地基容許承載力； 2、在非地震情況下，閘室基底不出現(xiàn)拉應(yīng)力，在地震情況下，閘室基底拉應(yīng)力不大于100kpa； 3、最大應(yīng)力與最小應(yīng)力的比值不大于容許值表4-18。表4-18 土基上的值地基土質(zhì)荷載組合根本組合特殊組合松軟1.502.00中等堅(jiān)實(shí)2.002.50堅(jiān)實(shí)2.503.00二計(jì)算1、閘室結(jié)構(gòu)布置及受力情況對(duì)稱時(shí)：2、不對(duì)稱時(shí)，如多孔閘的邊閘孔或左右不對(duì)稱的單孔閘： 四、閘室沉降1、危害：使閘頂高程缺乏，過(guò)大的不均勻沉降將導(dǎo)致閘室傾斜，產(chǎn)生裂縫，止水破壞，甚至斷裂。2、目的：通過(guò)計(jì)算分析，可以了解地基的變形情況，以便選用合理的水閘結(jié)構(gòu)形式，確定適宜的施工程序和施工進(jìn)度，或進(jìn)行適當(dāng)?shù)牡鼗幚怼?3、減少沉降的措施 采用沉降縫隔開(kāi)； 改變根底型式或剛度； 調(diào)整根底尺寸與埋置深度； 對(duì)地基進(jìn)行人工加固； 安排適宜的施工程序，嚴(yán)格控制施工進(jìn)度； 變更結(jié)構(gòu)型式采用輕型結(jié)構(gòu)或靜定結(jié)構(gòu)或加強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度。五、地基處理： 1、換土墊層法；2、樁基；3、高壓旋噴法 第四章 水閘第十一講講授第七節(jié)§47 閘室結(jié)構(gòu)計(jì)算 目的：驗(yàn)算強(qiáng)度，以便最后確定各構(gòu)件的型式、尺寸及構(gòu)造。 方法：一般將水閘分解成底板、閘墩、胸墻、工作橋、交通橋等假設(shè)干構(gòu)件分別計(jì)算，并在單獨(dú)計(jì)算時(shí)，考慮它們之間的相互作用。一、整體式底板內(nèi)力計(jì)算一般把閘底板視為地基上的一塊板進(jìn)行計(jì)算，在垂直水流方向采用截板成梁的方法計(jì)算。一倒置梁法1、概念：假定地基反力為均布荷載，底板當(dāng)作梁，閘墩當(dāng)作支點(diǎn)，按倒置的連續(xù)梁計(jì)算內(nèi)力。2、 方法： 根據(jù)上部荷載計(jì)算地基反力： q反作用力、反作用力倒置梁上的均布荷載：q=q反+ q揚(yáng)q自q水，得計(jì)算簡(jiǎn)圖：圖4-27 倒置梁法底板結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖 內(nèi)力計(jì)算； 配筋計(jì)算。3、優(yōu)點(diǎn)：計(jì)算簡(jiǎn)單4、缺點(diǎn)： 沒(méi)有考慮底板與地基變形的協(xié)調(diào)作用； 假定底板在垂直水流方向地基反力為均勻分布，有時(shí)與實(shí)際出入較大； 支座及力與閘墩鉛直荷載不等，計(jì)算結(jié)果誤差大。 5、適用：軟弱地基上的中小型水閘。二彈性地基梁法1、根本假定：順?biāo)鞣较虻鼗戳Τ芍本€變化，垂直水流方向彈性曲線分布2、步驟 用偏心受壓公式計(jì)算閘底在順?biāo)鞣较虻牡鼗戳Γ?計(jì)算不平衡剪力a、以閘門為界，將底板分為上下兩段，分別在兩段中央截取單寬板條及墩條進(jìn)行分析。b、對(duì)單寬板條進(jìn)行受力分析荷載：水重，墩重，底板重，場(chǎng)壓力，地基反力。Fy=0Q：不平衡剪力 將不平衡剪力在底板和閘墩上進(jìn)行分配。 一般： 計(jì)算中作用在單寬板條上的荷載 中墩集中力：P1=G1/b2+Q墩d1/2d2+d1 繼墩集中力：P2= G2/b2+Q墩d2/2d2+d1 并將P1，P2化為局部均勻荷載面荷載單寬線荷載垂直水流方向 那么板條上的均布荷載為：注：底板自重取值：按書 按靜定結(jié)構(gòu)計(jì)算內(nèi)力配筋計(jì)算驗(yàn)算二、閘墩一內(nèi)容：閘墩水平截面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力，平面閘門門槽或弧形閘支座應(yīng)力計(jì)算。二計(jì)算工況了解運(yùn)用期 檢修期 三閘墩水平截面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力墩底截面為控制截面，將閘墩視為固結(jié)于底板上的懸臂結(jié)構(gòu)，近似按材料力學(xué)中的偏心受壓公式分析應(yīng)力。(a) (b) (c)圖4-28 閘墩結(jié)構(gòu)計(jì)算示意圖P1P2上、下游水平水壓力；P3P4閘墩兩側(cè)橫向水壓力；P5交通橋上車輛剎車制動(dòng)力；G1閘墩自重；G2工作橋及閘門重；G3交通橋重1、水平截面上的正應(yīng)力： 2、水平截面上的剪應(yīng)力計(jì)算 x=QxSx/Ixdx y=QySy/IYBQx=P1+P2P3P4 或 Qx=P6P7+P8P10 Qy=P5P9P11*對(duì)縫墩或一側(cè)閘門開(kāi)啟另一側(cè)閘門關(guān)閉的中墩，水平力對(duì)水平截面形心還將產(chǎn)生紐矩Mn，位于y軸邊緣將產(chǎn)生最大扭剪應(yīng)力：nmax=Mn/(0.3Ld2) A點(diǎn)處主應(yīng)力：要求：zl不得大于混凝土的允許拉應(yīng)力，否那么應(yīng)配受力鋼筋。四平面閘門閘墩門槽應(yīng)力計(jì)算 要承受由閘門承受的水壓力而產(chǎn)生的拉壓力。 取lm高的閘墩作為計(jì)算單元。由左、右側(cè)閘門傳來(lái)的水壓力為P，在計(jì)算單元上、下水平截面上將產(chǎn)生剪力Q上和Q下，剪力差Q下Q上應(yīng)等于P。 假設(shè)剪應(yīng)力在上、下水平截面上呈均勻分布，并取門槽前的閘墩作為脫離體，由力的平衡條件可求得此lm高門槽頸部所受的拉力P1為： A1：門槽頸部以前閘墩的水平截面積，m2；A：閘墩的水平截面積，m2。 計(jì)算 lm高閘墩在門槽頸部所產(chǎn)生的拉應(yīng)力： b：門槽頸部厚度，m。 閘墩配筋：當(dāng)拉應(yīng)力小于混凝土的容許拉應(yīng)力時(shí)，可按構(gòu)造要求進(jìn)行配筋；否那么，應(yīng)按實(shí)際受力情況配筋。一般情況下，實(shí)體閘墩的應(yīng)力不會(huì)超過(guò)墩體材料的容許應(yīng)力，只需在閘墩底部及門槽配置構(gòu)造鋼筋。閘墩底部一般配1014mm，間距2530cm的垂直鋼筋，下端深入底板2530倍的鋼筋直徑，上端伸至墩頂或底板以上23m處 截?cái)唷Ｋ椒植间摻钜话悴捎?12mm，每米34根。門槽配筋見(jiàn)圖4-30。 圖4-29 邊墩墩底主拉應(yīng)力計(jì)算 圖4-30 門槽配筋圖五弧形閘門支座處應(yīng)力計(jì)算當(dāng)閘門關(guān)閉擋水時(shí)，由弧形閘門門軸傳給牛腿的作用力R為閘門全部水壓力合力的一半，該力可分為法向力N和切向力T圖4-31。分析時(shí)可將牛腿視為短懸臂梁，計(jì)算它在N與T二力作用下的受力鋼筋，并驗(yàn)算牛腿與閘墩相連處的面積是否滿足要求。有關(guān)牛腿配筋計(jì)算可參閱?水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)?等有關(guān)書籍。遠(yuǎn)離牛腿部位的閘墩應(yīng)力仍可用前述方法進(jìn)行計(jì)算，但牛腿附近的應(yīng)力集中現(xiàn)象那么需采用彈性理論進(jìn)行分析。三向偏光彈性試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明：僅在牛腿前靠閘門一邊的約2倍牛腿寬、1.52.5倍牛腿高范圍內(nèi)圖 4-32虛線范圍的主拉應(yīng)力大于混凝土的容許應(yīng)力，需要配置受力鋼筋，其余部位可按構(gòu)造配筋或不配筋。在牛腿附近閘墩需配置的受力鋼筋面積As可近似地按下式計(jì)算： N：大于混凝土容許拉應(yīng)力范圍內(nèi)的拉應(yīng)力總和即圖4-32虛線范圍內(nèi)的總拉力，該值約為7080N，kN；d：結(jié)構(gòu)系數(shù)，取1.2；fy：鋼筋受拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，MPa。圖 4-31 牛腿計(jì)算圖 圖 4-32 牛腿附近的閘墩拉應(yīng)力三、胸墻、工作橋、檢修橋與交通橋工作橋一般為鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土裝配式梁板結(jié)構(gòu)交通橋一般采用鋼筋混凝土板橋或梁式橋