7.3　出湖閘設(shè)計

7.3.1　設(shè)計概況

出湖閘為3孔一聯(lián)，孔口尺寸寬6m，高3.5m，底板頂高程為34.54m，閘室總寬23.2m，長15m。工作閘門為平板鋼閘門，采用固定式卷揚啟閉機啟閉，檢修門槽采用疊梁鋼閘門，以移動式電動葫蘆啟閉。在閘室左側(cè)設(shè)一疊梁檢修門庫，右側(cè)為回填土，高程為40.50m。

出湖閘邊墩厚1.2m，中墩厚1.4m，底板厚1.3m。底板底高程33.24m，閘墩頂高程為42.80m。

排架垂直水流方向共3跨，兩側(cè)凈寬為6.85m，中間為6.7m。順?biāo)鞣较驗?跨，凈寬為2.2m。

出湖閘為地下環(huán)境，屬于二類環(huán)境。允許裂縫寬度短期組合0.3mm，長期組合0.25mm。

本工程等別為Ⅰ等，主要建筑物按Ⅰ級建筑物設(shè)計。閘址區(qū)地震烈度為Ⅶ度，建筑物按Ⅶ級地震烈度設(shè)計，地震峰值為0.1g。

7.3.2　出湖閘優(yōu)化設(shè)計

7.3.2.1　初步設(shè)計

初步設(shè)計中，出湖閘閘前水位39.15m，閘下水位39.07m。涵閘總長135m，2孔一聯(lián)共4孔，孔口尺寸寬5m，高3.5m，四孔過流凈寬20m，閘室總寬26.42m，長15.00m。閘后為2孔一聯(lián)的鋼筋混凝土無壓箱涵，共二聯(lián)4孔，每孔凈寬5.0m，高6.0m。箱涵總長60m。

7.3.2.2　優(yōu)化設(shè)計

東平湖內(nèi)共用段為濟平干渠清淤底寬加寬到60m后，出湖閘閘上水位可達到39.17m。考慮充分利用該部分水頭，同時為了小流量操作運行方便，經(jīng)斷面模型試驗驗證，出湖閘由四孔過流凈寬20m(4×5m)調(diào)整為三孔過流凈寬18m(3×6m)，孔口尺寸寬6m，高3.5m，閘后為3孔一聯(lián)的鋼筋混凝土無壓箱涵，每孔凈寬6.4m，高6m。箱涵每18.5m設(shè)一澆筑段，共3段，總長55.5m。出湖閘如圖7-6、圖7-7所示。

7.3.3　防滲止水設(shè)計

閘基抗?jié)B穩(wěn)定性驗算時，要求水平段和出口段的滲流坡降必須分別小于表7-1規(guī)定的水平段和出口段允許的滲流坡降值。

出湖閘的防滲布置以水平防滲為主，垂直防滲為輔。水平防滲措施為上游設(shè)混凝土鋪蓋，下游設(shè)混凝土消力池。鋪蓋、閘室、各段箱涵以及消力池之間均以止水相連，閘室兩側(cè)回填壤土。環(huán)向伸縮縫和變形縫內(nèi)設(shè)橡膠止水帶，縫內(nèi)填充聚乙烯閉孔泡沫板，表面設(shè)雙組分聚硫密封膠明止水。垂直防滲主要是一些齒墻。水平防滲投影長度(不計上游鋪蓋)100.5m。

該閘室地基為壤土。滲流計算的控制工況為滯洪工況，此時閘上水位為44.80m，閘下游按無水考慮。

均勻地基中的滲流作用運動負荷拉普拉斯方程式。理論上，在一定的邊界條件下，可以獲得滲透要素(滲透壓力。滲透坡降、滲透流量)的解答。但是，由于數(shù)學(xué)上的困難，只有在邊界條件比較簡單的情況下，才能得出精確地解答。為了滿足工程設(shè)計的實際需要，前人做了大量工作，國外學(xué)者曾提出了一系列足夠準(zhǔn)確的近似計算方法，例如柯斯拉獨立變數(shù)法，巴甫洛夫斯基分段法，丘格也夫阻力系數(shù)法等。

本工程滲流計算采用改進阻力系數(shù)法，具體采用公式如下。

(1)地基有效深度的計算。按照揚壓力分布曲線、滲流量、出逸坡降值等均不再變化時的有效深度為:

當(dāng)時:

當(dāng)時:

若不透水層的埋深T>Te，則用有效深度Te進行計算，若T<Te，應(yīng)按實際透水層深度T進行計算。

(2)進、出口段的阻力系數(shù)為:

阻力系數(shù)計算示意圖如圖7-8所示。

1)內(nèi)部垂直段的阻力系數(shù)為:

2)水平段的阻力系數(shù)為:

3)各分段的水頭損失值的計算為:

滲流計算結(jié)果見表7-2，涵閘的進出口及水平段均滿足規(guī)范要求。

7.3.4　設(shè)計計算

7.3.4.1　閘室穩(wěn)定計算

(1)計算依據(jù)。

水位:上游設(shè)計輸水位39.3～40.30m，校核水位44.80m，下游設(shè)計水位39.07m，地下水位35.43m。

地震:地震基本烈度為Ⅶ度，按Ⅶ度設(shè)防。

(2)計算荷載和荷載組合。根據(jù)出湖閘的實際運用情況，其計算工況主要有:完建工況、正常運行、正常運行+地震工況、擋洪工況。各工況的具體計算條件和荷載組合見表7-3和表7-4。

(3)計算公式。土基上沿閘室基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算公式如下:

對于粉質(zhì)壤土，C0值約為固結(jié)快剪試驗測得的黏聚力的30%～50%，φ0約為室內(nèi)飽和固結(jié)快剪試驗測得的內(nèi)摩擦角的90%～95%。

抗傾穩(wěn)定計算采用公式如下:

閘基反力不均勻系數(shù)為閘室基底應(yīng)力的最大值與最小值之比。根據(jù)偏心受壓公式求得底板上下游段的基底壓力強度為:

閘室穩(wěn)定計算結(jié)果見表7-5。

土基上的閘室穩(wěn)定計算應(yīng)滿足下列要求:

1)在各種計算情況下(一般控制在完建情況下)，閘室平均基底應(yīng)力不大于地基允許承載力，最大基底應(yīng)力不大于地基允許承載力的1.2倍。

2)在各種計算情況下(多數(shù)控制在設(shè)計洪水位情況下或校核洪水位情況下，或正常擋水位遭遇地震情況下)，基地壓力分布不均勻系數(shù)不大于規(guī)范允許值，以免產(chǎn)生過大不均勻沉降。

3)沿閘室基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不小于規(guī)范允許值。

通過各種工況計算，閘室抗滑穩(wěn)定系數(shù)、抗傾穩(wěn)定系數(shù)、應(yīng)力不均勻系數(shù)均能滿足規(guī)范要求，但地基應(yīng)力不能滿足規(guī)范要求，需進行地基處理。

7.3.4.2　閘室結(jié)構(gòu)計算

(1)計算模型。采用SAP2000程序。取順?biāo)鞣较蚣泻奢d最大段的單位寬度計算，將閘墩、底板和地基作為一個整體，簡化為彈性地基上的平面框架結(jié)構(gòu)，計算斷面簡圖如圖7-9所示。

(2)荷載組合和計算工況。作用在閘室(泵房)上的主要荷載有:閘室(泵房)自重和永久設(shè)備自重、水重、靜水壓力、揚壓力、浪壓力、土壓力、地震力等。

水平水壓力:上游水平水壓力，作用在閘墩迎水面和閘墩上游兩側(cè)，以面力形式加在閘墩的單元上。

揚壓力為浮托力及滲透壓力之和，根據(jù)改進阻力系數(shù)法計算各工況滲透壓力，計算公式見抗?jié)B穩(wěn)定計算;浮托力的大小等于該點與下游水位的高程差乘以水的容重，即:

地震動水壓力折算為與單位地震加速度相應(yīng)的迎水面附加質(zhì)量。

按基本組合和特殊組合兩種荷載組合考慮。荷載組合和計算工況見表7-6。

(3)計算結(jié)果。內(nèi)力計算結(jié)果見圖7-10。

計算結(jié)果統(tǒng)計見表7-7。

計算成果匯總見表7-8。

閘室配筋均大于最小配筋率要求，計算裂縫寬度均小于規(guī)范允許值。閘室后段為箱涵結(jié)構(gòu)，后段底板配筋采用埋涵配筋數(shù)據(jù)。閘室底板配筋施工如圖7-11所示。

7.3.4.3　排架結(jié)構(gòu)計算

(1)基本資料。計算采用整體計算方法，運用SAP2000程序進行結(jié)構(gòu)計算。排架計算模型如圖7-12所示。

(2)荷載組合和計算工況。按基本組合和特殊組合兩種荷載組合考慮，荷載組合和計算工況見表7-9。

(3)計算結(jié)果。排架各部位內(nèi)力計算主要結(jié)果如圖7-13～圖7-15所示。

內(nèi)力計算及配筋、裂縫計算結(jié)果略。

7.3.4.4　箱涵結(jié)構(gòu)計算

(1)基本資料。閘后為3孔一聯(lián)的鋼筋混凝土無壓箱涵，共3孔，每孔凈寬6.4m，高6.0m。總長55.5m。箱涵出口底高程34.48m，縱坡為1/925。

該閘為地下環(huán)境，屬于二類環(huán)境。允許裂縫寬度短期組合0.30mm，長期組合0.25mm。

計算條件如圖7-16所示。

(2)荷載組合和計算工況見表7-10。

(3)計算結(jié)果。本計算只取順?biāo)鞣较騿挝粚挾扔嬎悖椿窘M合和特殊組合兩種荷載組合考慮，荷載取集中荷載最大段進行計算，運用SAP2000程序進行內(nèi)力計算。

內(nèi)力及配筋、裂縫計算結(jié)果為:埋涵內(nèi)力圖如圖7-17所示，埋涵內(nèi)力計算結(jié)果匯總見表7-11，配筋及裂縫計算結(jié)果見表7-12。