1、計算書名稱：進水閘、沖沙閘壩段水力及結構計算書目 錄1工程概況. 1 2水力計算. 1 2.1進水閘壩段過水能力計算 . 1 2.2消能防沖設計 . 3 2.3沖砂閘過水能力復核 . 4 2.4消能防沖設計 . 5 3穩定及應力計算 . 6 3.1基本資料與數據 . 6 3.2結構簡化 . 6 3.3計算公式 . 6 3.4荷載計算及組合 . 8 3.5計算成果 . 9 3.6沖沙閘荷載計算 . 12 3.7計算成果 . 13 3.8計算簡圖 . 171工程概況某調水工程由關山低壩引水樞紐和穿越秦嶺山區的輸水隧洞兩大部分組成，按其供水對象及性質，根據防洪標準（GB5020194）和水利水電工程

2、等級劃分及洪水標準（SL2522000），工程等別為三等中型工程, 主要建筑物按3級建筑物設計。低壩無調節引水樞紐由攔河壩、沖砂閘、進水閘和輸水暗渠四部分組成，前三部分在平面上呈一條直線南北方向并列布置，輸水暗渠緊接進水閘并連接進水閘和輸水隧洞。兩個閘均設在壩的左側。壩軸線位于兩河口下游95m ，關山村上游約1km 處，此處河谷寬度74m ，河床寬度約60m ，高程為1467.2m ，河床漂卵石覆蓋層厚512m，最大15m ，其下的基巖為黑云片麻巖和斜長片麻巖，巖石強風化層厚約23m，巖體分類為類，巖層傾向上游，對防滲有利。進水閘位于沖砂閘左側，設計流量13.5m 3/s，單孔布置，孔口尺寸3

3、.0m 2.5m ，設潛孔式弧形工作閘門和平面檢修閘門。閘室后接4m 長的1:4陡坡，陡坡后接消力池，消力池池長14m ，池深1.0m ，底板厚度1.0m ，為C20鋼筋混凝土結構；消力池后與輸水暗渠相接。2水力計算2.1進水閘壩段過水能力計算 2.1.1引水渠內水深的確定Q=3/22/11R Ai n式中Q 引水渠流量,13.5m 3/s； n 引水渠糙率,0.015；A 、R 、b 、h 、m 分別為過水斷面面積、濕周、水力半徑、渠道底寬、水深及邊坡系數，其表達式如下： A=(b+mhh =b+2h2m +； R=A=22 (mh b h mh b +故 13.5=1/0.015（3+0

4、h）h (1/10001/23/2 23 . 03(hh h +經試算求得：h=2.282m 2.1.2過流能力復核設計流量下的渠內水深為h=2.282m，進口閘底板高程取為1469.00m ，即下游水位為1471.282m ，進口翼墻為圓弧形翼墻。按無坎寬頂堰流計算。 最低引水位為1471.50m ，則H0=1471.50-1469.0+(13.543 2/19.6=2.56m,下游水深為hs=2.282m0H hs =66. 2282. 2=0.8613.5 m 3/s 故滿足引流要求。考慮到進水閘前根據引水需求需設置攔污柵，故在最低引水位時還需計入攔污柵的局部水頭損失，初步估計其水頭損失

5、為h=0.6v2/2g，則H0=1471.50-1469.0+v2/2g-0.8 v2/2g=2.53m 下游水深為hs=2.282m0H hs =53. 2282. 2=0.9010.9 此時，寬頂堰流處于高淹沒出流狀態，其流量公式為： Q=hsB02/10 (2hs H g式中淹沒堰流的綜合流量系數，可按下式計算 =0.877+(hs/H0-0.65 2=0.0877+(0.901-0.652=0.94Q=0.942.2823g 2(2.53-2.2821/2= 14.17m 3/s13.5 m 3/s 故滿足引流要求。由于引水渠道的引水流量最大只能達到13.5，故在1471.5水位及其以

6、上，應壓閘運行，以保證流量不大于13.5。 2.2消能防沖設計消力池深d 可按下式計算 d=0hc -hs-Z hc =1 (823-+hchhc k hc 3-T0hc 2+q 2/(2g2=0Z=q 2/(2g2hs 2- q 2/(2ghc2 式中d-消力池深度（m ）；0-水躍的淹沒系數(一般取1.01.05 ；hc -以下游原河床高程為基準算出的收縮斷面的躍后水深； hc-收縮水深；-水流動能校正系數，可采用1.01.05； q-單寬流量（m 2/s）； b1-消力池首端寬度（m ）； b2-消力池末端寬度（m ）；T0-由消力池底板頂面算起的總勢能（m ）； Z-出池落差（m ）；

7、 hs-下游河床水深（m ）。 經試算得： d=0.79 Z=0.107消力池長Lsj 可按下式計算： Lsj=Lj Lj=6.9(hc-hc式中Lsj-消力池長度（m ）；Ls-消力池斜坡段水平投影長度（m ）； -水躍長度校正系數，可采用（0.70.8）； Lj-自由水躍長度（m ）。 故Lj=6.9（3.03-0.396）=18.22 Lsj=Lj=+0.729.39=17.66 取池深1.0m, 池長14m 。 2.3沖砂閘過水能力復核該沖砂閘設計最大過流量Q=42m3/s，在非洪水期可根據沖砂要求適時開閘放水，在洪水期可關閉閘門或壓閘運行，保證下泄流量不大于42m 3/s。進口閘底板

8、高程為1467.50m ，設計孔口尺寸為43.5（高寬）。按無坎寬頂堰流計算，進口翼墻為圓弧形翼墻。 1471.50水位時過水能力的計算出流形態判斷忽略行進水頭則H0=1471.50-1467.50=4.0m,下游水深為hs2.25m(校核洪水位時下游水深hs=1469.75-1467.50=2.25m0H hs 42 m3/s 故滿足要求。2.4消能防沖設計采用設計洪水工況作為消能防沖的設計標準。hc =1 (823-+hchhc k hc 3-T0hc 2+q 2/(2g2=0Z=q 2/(2g2hs 2- q 2/(2ghc2 式中0-水躍的淹沒系數(一般取1.01.05 ；hc -以下

9、游原河床高程為基準算出的收縮斷面的躍后水深； hc-收縮水深；-水流動能校正系數，可采用1.01.05； q-單寬流量（m 3/s）； b1-消力池首端寬度（m ）； b2-消力池末端寬度（m ）；T0-由消力池底板頂面算起的總勢能（m ）； Z-出池落差（m ）； hs-下游河床水深（m ）。 經試算得： d=1.32 Z=1.51消力池長Lsj 可按下式計算： Lsj=Lj Lj=6.9(hc-hc 式中Lsj-消力池長度（m ）；Ls-消力池斜坡段水平投影長度（m ）； -水躍長度校正系數，可采用（0.70.8）； Lj-自由水躍長度（m ）。 故Lj=6.9（4.7-1.08）=24.

10、99 Lsj=Ls+Lj=9+0.7524.99=18.74綜合考慮斜坡式護坦長取18m 。3穩定及應力計算3.1基本資料與數據（1）工程等別：等 建筑物級別：3級 （2）水位：溢流堰頂高程： 1471.50 m設計洪水位： 1475.55 m 相應下游水位1469.10m 校核洪水位： 1476.66 m 相應下游水位1469.75m（3）閘基與基巖抗剪摩擦系數f=0.6，抗剪斷摩擦系數f =0.7，抗剪斷凝聚力c =200kN/m2，地基承載力f=500 kN/m2。（4）砼容重=24kN/m3，（5）揚壓力按無帷幕，無排水計算。 （6）地震設計烈度：7度 （7）水容重=10KN/m3根據

11、已成工程經驗和可研成果，擬定進水閘壩段體型及尺寸如計算簡圖。 3.2結構簡化進水閘壩段的穩定及基底應力計算時，取整個進水閘壩段作為研究對象，即壩0-006.5壩0-012.5，基底面取至1467.50m 高程。 3.3計算公式 3.3.1穩定計算公式分別采用剪摩公式K=fG/H 和抗剪斷公式K =（f G+CA ）/H 計算。 式中：K 沿閘基面的抗滑穩定安全系數； f 閘基面與地基之間的摩擦系數，取0.6； G 作用在閘上的全部豎向荷載（包括揚壓力）； H 作用在沖砂閘壩段上的全部水平荷載； K 沿閘基面的抗剪斷穩定安全系數； f 壩閘基面與地基之間的抗剪斷摩擦系數； C 閘基與基底面之間的

12、抗剪斷粘結力；A 閘基地面的面積。 3.3.2基地應力計算公式P=WM AG 式中M 作用在閘室上的全部豎向和水平向荷載對基礎底面形心軸的力矩； W 閘室基底面對于該底面形心軸的截面矩。 3.3.3荷載計算公式 3.3.3.1自重計算公式： G=V式中：漿砌石或混凝土容重； V體積； 3.3.3.2靜水壓力計算公式： F=1/2h2B式中 水容重（KN /m3）； h水深（m ）； B計算寬度（m ）； 3.3.3.3波浪壓力當H Hk HLm/2時 計算公式：PL=1/4Lm （h5%+hZ）B式中：PL 迎水面上的浪壓力標準值（KN /m）； 水的重度（KN /m3）； Lm平均波長（m

13、）；H5%累計頻率為5%的波高（m ）； hZ 波浪中心線至計算水位的高度（m ），按下式計算：hz=（h5% 2/Lm）cth （2H/ Lm） H擋水建筑物迎水面前的水深（m ） 3.3.3.4揚壓力U計算公式： U=(hL+1/2h0LB式中： h、 h0下游水深、上下游水位差；L 、B 計算長度、計算寬度；3.3.3.5地震荷載 （查自水工建筑物抗震設計規范） 3.3.3.5.1水平向地震慣性力：計算公式： Fi=h GEi i/g式中： Fi 作用在質點i 的水平向地震慣性力代表值 i 質點i 的動態分布系數，按下式計算：n 壩體計算質點總數；H 壩高，溢流壩的H 應算至閘墩頂；hi

14、 質點i 的高度； hj 質點j 的高度；GE 產生地震慣性力的建筑物總重力作用的標準值；GEi 集中在質點i 的重力作用標準值； GEj 集中在質點j 的重力作用標準值； 地震作用的效應折減系數，取0.25； h 水平向設計地震加速度代表值，取0.1g ；g 重力加速度；3.3.3.5.2地震動水壓力：單位寬度壩面的總地震動水壓力作用在水面以下0.54H0處，其代表值F0按下式計算：式中： 水體質量密度標準值；H0 水深； 地震作用的效應折減系數，取0.25；h 水平向設計地震加速度代表值，取0.1g ； 3.4荷載計算及組合 3.4.1進水閘荷載計算 3.4.1.1重力2065. 0H a

15、 F w h =+=n j j Eji i H h G H h 144/(41 /(414. 1總重：G=14589.4 kN 3.4.1.2水壓力水的重力Pv=RV=0 水的水平力：上游PH 上=21H 上2 下游：PH 下=21H 下2 3.4.1.3揚壓力 U=（21H2+H 112.38 3.4.1.4地震荷載水平向地震總慣性力F=h G i/g 地震動水壓力P0=0.65h H 26 3.4.2荷載組合選擇最不利荷載組合進行穩定計算，即 3.5計算成果3.5.1抗滑穩定計算成果表抗滑穩定計算表（擋水） 抗滑穩定計算表（過水） 3.5.2應力計算成果表底板縱向地基反力(1471.50水

16、位） 底板縱向地基反力(1475.55水位） 底板縱向地基反力(1476.66水位） 底板縱向地基反力(1471.50水位+地震） 由計算結果可知地基最大壓應力為139.66kN/m2，小于地基承載力500 kN/m2，且無拉應力出現，故滿足要求。 3.6沖沙閘荷載計算 3.6.1重力總重：G= 18582.5 kN 3.6.2水壓力水的重力Pv=RV=0 水的水平力：上游PH 上=21H 上2 下游：PH 下=21H 下2 3.6.3揚壓力 U=（21H 2+H 112.383.6.4地震荷載水平向地震總慣性力F=h G i/g 地震動水壓力P0=0.65h H 26.5 3.6.2荷載組合

17、選擇最不利荷載組合進行穩定計算，即 3.7計算成果3.7.1抗滑穩定計算成果表抗滑穩定計算表（擋水） 抗滑穩定計算表（過水） 3.7.2應力計算成果表底板縱向地基反力(1471.50水位） 底板縱向地基反力(1475.55 水位） 部位 閘墩 底板 胸墻 檢修平臺 梁板 1 梁板 2 梁板 3 梁板 4 梁板 5 門槽 1 門槽 2 閘門重力 啟閉機 閘房（房頂） 側墻 梁 水重 水壓力 揚壓力 合計 應力 鉛直力 4242 12930.96 -409.848 420 36.96 115.08 20.16 16.128 224.64 20.16 -159.36 -73.44 30 234 48

18、1.65 71.424 1698.865 0 -2744.00 17155.379 90.059463 水平力 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3192.1 0 216.2866 力臂 0.744 0 2.383 -0.5 7.155 5.3 4.601 0.869 -1.3 3.7 0.702 0.7 0.7 2.05 2.05 2.05 4.908 1.63 -3.183 2.67 力矩(Mx 3156.048 0 -976.668 -210 264.4488 609.924 92.75616 14.01523 -292.032 74.592 -11

19、1.871 -51.408 21 479.7 987.3825 146.4192 8338.029 0 -10160.4 -21231.8 -18849.9 底板縱向地基反力(1476.66 水位） 部位 閘墩 底板 胸墻 檢修平臺 梁板 1 梁板 2 梁板 3 梁板 4 梁板 5 門槽 1 門槽 2 閘門重力 啟閉機 閘房（房頂） 側墻 梁 水重 鉛直力 4242 12930.96 -409.848 420 36.96 115.08 20.16 16.128 224.64 20.16 -159.36 -73.44 30 234 481.65 71.424 1894.9 水平力 0 0 0 0

20、 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 15 力臂 0.744 0 2.383 -0.5 7.155 5.3 4.601 0.869 -1.3 3.7 0.702 0.7 0.7 2.05 2.05 2.05 4.967 力矩(Mx 3156.048 0 -976.668 -210 264.4488 609.924 92.75616 14.01523 -292.032 74.592 -111.871 -51.408 21 479.7 987.3825 146.4192 9411.968 水壓力 揚壓力 合計 應力 0 -2990.40 17155.379 166.0775 0 -3977.2 0 0 140.2686 1.78 -3.553 2.67 0 0 0 14131.16 -23893.3 3854.135 底板縱向地基反力(1471.50 水位+地震） 部位 閘墩 底板