7.3　出湖闸设计

7.3.1　设计概况

出湖闸为3孔一联，孔口尺寸宽6m，高3.5m，底板顶高程为34.54m，闸室总宽23.2m，长15m。工作闸门为平板钢闸门，采用固定式卷扬启闭机启闭，检修门槽采用叠梁钢闸门，以移动式电动葫芦启闭。在闸室左侧设一叠梁检修门库，右侧为回填土，高程为40.50m。

出湖闸边墩厚1.2m，中墩厚1.4m，底板厚1.3m。底板底高程33.24m，闸墩顶高程为42.80m。

排架垂直水流方向共3跨，两侧净宽为6.85m，中间为6.7m。顺水流方向为1跨，净宽为2.2m。

出湖闸为地下环境，属于二类环境。允许裂缝宽度短期组合0.3mm，长期组合0.25mm。

本工程等别为Ⅰ等，主要建筑物按Ⅰ级建筑物设计。闸址区地震烈度为Ⅶ度，建筑物按Ⅶ级地震烈度设计，地震峰值为0.1g。

7.3.2　出湖闸优化设计

7.3.2.1　初步设计

初步设计中，出湖闸闸前水位39.15m，闸下水位39.07m。涵闸总长135m，2孔一联共4孔，孔口尺寸宽5m，高3.5m，四孔过流净宽20m，闸室总宽26.42m，长15.00m。闸后为2孔一联的钢筋混凝土无压箱涵，共二联4孔，每孔净宽5.0m，高6.0m。箱涵总长60m。

7.3.2.2　优化设计

东平湖内共用段为济平干渠清淤底宽加宽到60m后，出湖闸闸上水位可达到39.17m。考虑充分利用该部分水头，同时为了小流量操作运行方便，经断面模型试验验证，出湖闸由四孔过流净宽20m(4×5m)调整为三孔过流净宽18m(3×6m)，孔口尺寸宽6m，高3.5m，闸后为3孔一联的钢筋混凝土无压箱涵，每孔净宽6.4m，高6m。箱涵每18.5m设一浇筑段，共3段，总长55.5m。出湖闸如图7-6、图7-7所示。

7.3.3　防渗止水设计

闸基抗渗稳定性验算时，要求水平段和出口段的渗流坡降必须分别小于表7-1规定的水平段和出口段允许的渗流坡降值。

出湖闸的防渗布置以水平防渗为主，垂直防渗为辅。水平防渗措施为上游设混凝土铺盖，下游设混凝土消力池。铺盖、闸室、各段箱涵以及消力池之间均以止水相连，闸室两侧回填壤土。环向伸缩缝和变形缝内设橡胶止水带，缝内填充聚乙烯闭孔泡沫板，表面设双组分聚硫密封胶明止水。垂直防渗主要是一些齿墙。水平防渗投影长度(不计上游铺盖)100.5m。

该闸室地基为壤土。渗流计算的控制工况为滞洪工况，此时闸上水位为44.80m，闸下游按无水考虑。

均匀地基中的渗流作用运动负荷拉普拉斯方程式。理论上，在一定的边界条件下，可以获得渗透要素(渗透压力。渗透坡降、渗透流量)的解答。但是，由于数学上的困难，只有在边界条件比较简单的情况下，才能得出精确地解答。为了满足工程设计的实际需要，前人做了大量工作，国外学者曾提出了一系列足够准确的近似计算方法，例如柯斯拉独立变数法，巴甫洛夫斯基分段法，丘格也夫阻力系数法等。

本工程渗流计算采用改进阻力系数法，具体采用公式如下。

(1)地基有效深度的计算。按照扬压力分布曲线、渗流量、出逸坡降值等均不再变化时的有效深度为:

当时:

当时:

若不透水层的埋深T>Te，则用有效深度Te进行计算，若T<Te，应按实际透水层深度T进行计算。

(2)进、出口段的阻力系数为:

阻力系数计算示意图如图7-8所示。

1)内部垂直段的阻力系数为:

2)水平段的阻力系数为:

3)各分段的水头损失值的计算为:

渗流计算结果见表7-2，涵闸的进出口及水平段均满足规范要求。

7.3.4　设计计算

7.3.4.1　闸室稳定计算

(1)计算依据。

水位:上游设计输水位39.3～40.30m，校核水位44.80m，下游设计水位39.07m，地下水位35.43m。

地震:地震基本烈度为Ⅶ度，按Ⅶ度设防。

(2)计算荷载和荷载组合。根据出湖闸的实际运用情况，其计算工况主要有:完建工况、正常运行、正常运行+地震工况、挡洪工况。各工况的具体计算条件和荷载组合见表7-3和表7-4。

(3)计算公式。土基上沿闸室基底面的抗滑稳定安全系数计算公式如下:

对于粉质壤土，C0值约为固结快剪试验测得的黏聚力的30%～50%，φ0约为室内饱和固结快剪试验测得的内摩擦角的90%～95%。

抗倾稳定计算采用公式如下:

闸基反力不均匀系数为闸室基底应力的最大值与最小值之比。根据偏心受压公式求得底板上下游段的基底压力强度为:

闸室稳定计算结果见表7-5。

土基上的闸室稳定计算应满足下列要求:

1)在各种计算情况下(一般控制在完建情况下)，闸室平均基底应力不大于地基允许承载力，最大基底应力不大于地基允许承载力的1.2倍。

2)在各种计算情况下(多数控制在设计洪水位情况下或校核洪水位情况下，或正常挡水位遭遇地震情况下)，基地压力分布不均匀系数不大于规范允许值，以免产生过大不均匀沉降。

3)沿闸室基底面的抗滑稳定安全系数不小于规范允许值。

通过各种工况计算，闸室抗滑稳定系数、抗倾稳定系数、应力不均匀系数均能满足规范要求，但地基应力不能满足规范要求，需进行地基处理。

7.3.4.2　闸室结构计算

(1)计算模型。采用SAP2000程序。取顺水流方向集中荷载最大段的单位宽度计算，将闸墩、底板和地基作为一个整体，简化为弹性地基上的平面框架结构，计算断面简图如图7-9所示。

(2)荷载组合和计算工况。作用在闸室(泵房)上的主要荷载有:闸室(泵房)自重和永久设备自重、水重、静水压力、扬压力、浪压力、土压力、地震力等。

水平水压力:上游水平水压力，作用在闸墩迎水面和闸墩上游两侧，以面力形式加在闸墩的单元上。

扬压力为浮托力及渗透压力之和，根据改进阻力系数法计算各工况渗透压力，计算公式见抗渗稳定计算;浮托力的大小等于该点与下游水位的高程差乘以水的容重，即:

地震动水压力折算为与单位地震加速度相应的迎水面附加质量。

按基本组合和特殊组合两种荷载组合考虑。荷载组合和计算工况见表7-6。

(3)计算结果。内力计算结果见图7-10。

计算结果统计见表7-7。

计算成果汇总见表7-8。

闸室配筋均大于最小配筋率要求，计算裂缝宽度均小于规范允许值。闸室后段为箱涵结构，后段底板配筋采用埋涵配筋数据。闸室底板配筋施工如图7-11所示。

7.3.4.3　排架结构计算

(1)基本资料。计算采用整体计算方法，运用SAP2000程序进行结构计算。排架计算模型如图7-12所示。

(2)荷载组合和计算工况。按基本组合和特殊组合两种荷载组合考虑，荷载组合和计算工况见表7-9。

(3)计算结果。排架各部位内力计算主要结果如图7-13～图7-15所示。

内力计算及配筋、裂缝计算结果略。

7.3.4.4　箱涵结构计算

(1)基本资料。闸后为3孔一联的钢筋混凝土无压箱涵，共3孔，每孔净宽6.4m，高6.0m。总长55.5m。箱涵出口底高程34.48m，纵坡为1/925。

该闸为地下环境，属于二类环境。允许裂缝宽度短期组合0.30mm，长期组合0.25mm。

计算条件如图7-16所示。

(2)荷载组合和计算工况见表7-10。

(3)计算结果。本计算只取顺水流方向单位宽度计算，按基本组合和特殊组合两种荷载组合考虑，荷载取集中荷载最大段进行计算，运用SAP2000程序进行内力计算。

内力及配筋、裂缝计算结果为:埋涵内力图如图7-17所示，埋涵内力计算结果汇总见表7-11，配筋及裂缝计算结果见表7-12。