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你知道水闸设计要计算哪些数据吗?
RSS 打印 复制链接 发布时间:2020-03-18 10:01:07

1.水力设计

水力设计一般包括:过流能力验算、拟定闸门制约运转方式和消能防冲设计计算。病险水闸除险加固设计时,影响水闸过流能力的主要因素包括设计水位的变化、孔口断面尺寸和型式的变化、过水涵洞断面尺寸以及涵洞长度的变化、消能防冲设施变化等。设计时应根据复核后的特征水位和规模,对水闸的过流能力进行复核。当采取加厚底板尺寸、加固闸墩以及增加底坎等措施时,过流面积、水流流态以及下游的出流状态都可能发生变化,需要重新复核水闸的过流能力。
尤其要注意流态的变化,需要根据实际情况而采取和原设计以及安全鉴定时不同的过流能力计算公式来进行验算。如果水闸为穿堤涵闸,闸室后紧邻的涵洞断面尺寸、长度变化都可能引起过流能力的变化。尤其是涵洞延长时,尚需重新判断涵洞的流态,即涵洞为有压、无压、半有压和长洞、短洞以及淹没出流和非淹没出流等不同的水流型式,据此选择合适的计算公式验算其过流能力。
水力设计中闸门制约运转方式主要为今后水闸的管理提供技术支持。因此,对闸门的开启程度以及相应的过流能力也应进行必要的复核计算,以方便水闸的运转管理。消能防冲设计计算时,需要特别注意特征水位变化引起的计算条件的变化,以此复核消能防冲工程能否满足设计要求。

2.防渗排水设计

水闸的防渗排水设计主要是根据闸基地质情况及上下游水位条件等进行设计计算,其内容包括:进行水闸的地下轮廓布置, 设计防渗、排水设施的型式、布置、构造和尺寸;渗流压力计算;渗流坡降计算,验算地基抗渗稳定性;滤层设计;防渗帷幕及排水孔设计;永久缝止水设计。除险加固的水闸应根据水闸存在的理由,按水闸实际的防渗、排水设施型式、布置、构造和尺寸进行防渗排水设计验算。不同水闸存在理由不同,在除险加固设计时也应根据加固设计采取的措施,对改建后的排水设施进行复核计算。必须注意的是,一旦转变了原防渗措施,须对渗流压力进行计算,因为新增的防渗设施可能会转变渗流压力分布,影响到闸室稳定。防渗设计时,一方面要注意特征水位变化引起的计算条件的变化,另一方面,也需尽可能根据已建水闸多年观测的数据对地质参数进行必要的复核。

3.闸室结构布置及稳定性分析

三类闸除险加固时,首先需根据新的设计条件对原结构进行分析计算,然后结合安全鉴定中结构存在的理由, 采取必要的工程措施进行加固,同时按加固后的结构尺寸重新进行结构分析和稳定验算。验算时应尽可能考虑工程措施中新老材料之间的差异性,以及这些差异将对工程安全运转带来的影响。
水闸结构分析及稳定计算时,其荷载的计算也应考虑设计参数的转变。同时,荷载组合中应对检修工况荷载组合进行充分的考虑。有抗震要求时,应根据《水工建筑物抗震设计规范》的规定,对抗震设防烈度超过6 度的水工建筑物进行结构抗震设计校核。

4.地基处理及设计

当水闸发生不均匀沉降或者地基总体沉降量较大时,需根据地质情况重新复核地基承载力。闸室加固、防渗措施转变时都需要重新验算地基承载力。
由于闸基处于混凝土底板之下,且闸底板钢筋混凝土厚度一般均在0.8m 以上,钢筋间距较小,因此,直接对地基加固有一定困难。当地基已发生较大不均匀沉降时,需根据已有地质资料认真复核地基承载力,确定合理的加固措施。必要时增加地质勘探工作,取得更为合理的地基土的物理力学指标,确保采取的措施合理、经济且施工可行。

5.慎重对待闸底板高程的调整

当因稳定理由以及挡水等需要闸底板加固时,设计中一般会对加固后的闸室理由、底板结构进行必要的分析验算。而在这种情况下,易于忽视因闸底板高程变化而对河流河床变形和水力参数变化的考虑。以拦河水闸闸底板高程抬高为例。首先,假设流量Q不变(恒定流)、沙粒径D 沿程不变、河宽B 不变、糙率不变、河流处于冲淤平衡状态,可以得到水流基本方程:
Q=B·C·h1/2·i1/2
式中,i 是水力坡降,C 是谢才系数。同时,河流基本输沙方程为:
S=D-Pmun
S=BD-PmC(hi)n/2
式中,p 和n 均为指数,n 一般大于4,m 为系数,u 为流速。根据上述假定,对比降i 推导出方程:
SDPB(n-3)/3=mC2n/3Qn/3In/3
可以得出,当拦河闸闸底板高程抬高后,其上游河道河床比降i 变缓,而河流宽度没有转变,床沙粒径D 沿程不变或转变很小,在相同流量或来水过程下,水流的挟沙能力减弱,导致河流上游的淤积抬高。上游来沙将减少,将导致下游的冲刷。同时,上游河床比降变缓,同流量水位将会抬高,可能导致两岸堤防加高。因此,当需要对闸底板高程进行转变时,须对未来的河床演变和水面线影响作出合理的预测。

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