水利设计毕业设计论文.doc

目 录1、工程概况31.1 工程概述31.2 水文气象条件31.3 工程地质和水文地质条件51.4 建筑材料及交通运输61.5 灌溉渠道设计成果62、水闸等级划分和洪水标准72.1 工程等别划分72.2 建筑物级别划分72.3 洪水标准83、闸址选择94、水闸孔口尺寸的确定114.1 闸孔型式选择114.2 底板型式114.3 闸底板顶面高程的确定114.4 闸门高度的确定114.5 闸墩布置124.6 闸孔总净宽的计算124.6.1 总净宽的试算124.6.2 泄洪能力的校核145、总体布置155.1 枢纽布置155.2 闸室布置155.2.1 布置原则155.2.2 闸顶高程确定155.2.3 底板布置235.2.4 工作桥布置255.2.5 交通桥布置255.3 防渗排水布置255.4 消能防冲布置265.5 两岸连接布置266、水力设计276.1 水闸的消能防冲276.1.1 消力池结构计算276.1.2 海漫的结构计算306.1.3 防冲槽316.2 闸门控制方式的拟定317、水闸的防渗设计337.1 设计任务337.2 闸基的防渗长度337.3 渗流计算347.4 滤层设计388、闸室稳定验算418.1 分析受力情况418.2 闸室的稳定性及安全指标438.3 稳定计算441、工程概况1.1 工程概述流沙河枢纽是流沙河上拟建的一座闸枢纽工程，位于沙县南部，距离市区10km。流沙河全长139km，流域面积385km2。闸址上游25km处的流沙河上建有综合利用的东林水利枢纽，其总库容为1.4亿m3,每年下泄水量4.94亿m3,其中除工业用水1.8亿m3外，其余全部可供灌溉，为满足两岸灌区取水的要求，拟建流沙河沙县水闸以抬高河道水位。东林与沙阳闸址之间，河道宽度一般在150300m之间，闸址处的河道宽250m，除沿河因洪水泛滥，地形起伏不平以外，其余大多地势平坦，南北向地面坡降为1/25001/3500，东西向为1/20001/4000。闸址上游原有堤防，为了适应建闸后上游水位的太高，要求根据建闸后的上游水位加高堤防。1.2 水文气象条件(1)、经上游的东林水库调节后，沙阳闸址的不同频率洪峰流量见表1-1，洪水期一般为每年710月。表1-1 流流沙河闸址不同频率洪峰流量洪水频率0.1%0.33%0.5%1%2%5%10%25%75%流量（m3/s）20501766166615001333110093366696(2)、闸址的水位流量关系如下图所示。图1-1 流流沙河水闸闸址水位流量关系曲线(3)、经东林水库调蓄后，下泄水流含砂量很小，平均含砂量0.55kg/m3。(4)、非汛期重现期10年和15年的流量见表1-2。表1-2 11-6月重现期10年和15年的洪水流量流量11月12月1月2月3月4月5月6月10年30636317011018028630036015年380316220133280326388430(5)、根据沙阳站60多年的观测资料，多年平均气温16.8；8月份气温最高，月平均30.2，1月份最低，月平均2.2；最高气温达41.5，最低气温-8。(6)、多年平均风速4.8m/s，汛期多年最大风速平均值为12m/s。(7)、根据沙阳气象记录，日降雨量大于5mm的降雨天数见表1-3。表1-3 各月日降雨量大于5mm的天数月份123456789101112平均天数334566988432最多天数57891011121412866最少天数0122235432101.3 工程地质和水文地质条件(1)、闸址地质情况系属第四纪沉积岩，厚度较大，河床两岸滩地为粉质壤土，厚度15m，河床为砾粗砂，厚度17m，下部为粗砂层，厚度11m，基岩为花岗岩。 沿河一带地下水埋藏深度随地形变化，地下水面一般在地表下3m左右。因土质透水性较大，地下水位变化受河道水位影响，丰水期河水补给地下水，地下水位增高；枯水期地下水补给河水，地下水位比较低。(2)、地基土壤设计指标见表1-4。表1-4 地基土壤设计指标土类指标 粗砂砾质粗砂中砂粉质壤土内摩擦角-渗透系数(cm/s)-空隙比e0.560.58-0.44地基承载力(Mpa)0.30.30.25-变形模量E(Mpa)3040-(3)、回填土可以采用砾质中砂、砾质粗砂、粗砂回填，其重度、，内摩擦角，粘聚力。(4)、混凝土与各种土壤的摩擦系数见表1-5。表1-5 混凝土与各种土壤的摩擦系数摩擦系数粘土中砂粗砂砾质粗砂混凝土0.280.450.480.49(5)、本地区地震烈度为6度。1.4 建筑材料及交通运输(1)、石料 闸址位于平原地区，山丘少，石料须从外地运来，离闸址20km的陈相山、高子岗两石料场可供应石料，其抗压强度为30Mpa左右，重度为25.527.47kN/m3左右，石料场距离公路约1km。(2)、混凝土骨料 闸址下游2.54.0km的河滩砂砾石可作混凝土骨料。(3)、土料 闸址上游12km有壤土，其物理力学性质参数与闸址的粉质壤土大体相当，数量月80万方。(4)、其他水泥、钢材、木材须由外地购买。(5)、有公路和铁路从闸址附近经过，交通便利。(6)、闸上应修交通桥，以供农用车辆通过。1.5 灌溉渠道设计成果 渠道渠底高程32.0m，最大引水流量：两个灌区引水流量均为8m3/s,灌溉正常挡水位135.50m。2、水闸等级划分和洪水标准2.1 工程等别划分水闸的等级划分是进行水闸设计的基本前提条件之一，大家可以根据自己条件查阅水闸设计规范或参考水工建筑物教材进行确定。流沙河水闸属于平原区的水闸，也可按表2-1进行确定。表2-1平原区水闸枢纽工程分等指标工程等别规模大(1)型大(2)型中型小(1)型小(2)型最大过闸流量(m3/s)50005000-10001000-100100-20<20防护对象的重要性特别重要重要中等一般-根据表1-1可以查的流流沙河闸址的最大过闸流量为2050m3/s，由此数据查表2-1可知流沙河水闸枢纽工程为等大(2)型水利枢纽。2.2 建筑物级别划分水闸枢纽中的水工建筑物应根据其所属枢纽工程的等别、作用和重要性划分级别，其级别应按表2-2确定。表2-2 水闸枢纽建筑物级别划分工程等别永久性建筑物级别临时性建筑物级别主要建筑物次要建筑物13423434545555- 由工程等别来确定建筑物的级别，因为流沙河水闸属于等水利枢纽，所以根据表2-2可知水闸枢纽中永久建筑物为2级建筑物，次要建筑物为3级建筑物，临时性建筑物为4级建筑物。2.3 洪水标准 对于平原区的水闸，可根据水利部批准发布的规范SL-2001进行确定：平原区水闸的洪水标准应根据所在河流流域防洪规定的防洪任务，以近期防洪目标为主，并考虑远景发展要求，按表2-3所列标准综合分析确定。表2-3平原区水闸洪水标准水闸级别12345洪水重现期(年)设计100-5050-3030-2020-1010校核300-200200-100100-5050-3030-20 平原地区水闸闸下消能防冲的洪水标准应与该水闸的洪水标准一致，并应考虑泄放小于消能防冲设计洪水标准的流量时可能出现的不利情况。 根据水闸级别为2级，所以对应的洪水标准如下，设计情况下取50年一遇，校核情况下取100年一遇，根据表1-1和图1-1资料可以求出设计及校核所对应的洪水频率下相关的流量和上、下游水位，上游水位是在相对应下游水位基础上加上20cm ，所得结果如表2-4所示。表2-4 流沙河水闸洪水标准及上、下游水位计算工况频率流量(m3/s)下游水位(m)上游水位(m)设计洪水2%1333136.14136.24校核洪水1%1500136.40136.60正常蓄水-0135.503、闸址选择（1）、闸址应根据水闸的功能、特点和运用要求，综合考虑地形、地质、水流、潮汐、泥沙、冻土、冰清、施工、管理、周围环境等因素，经技术经济比较后选定。（2）、闸址宜选在地形开阔、岸坡稳定、岩土坚实和地下水水位较低的特点。闸址宜优先选用地质条件良好的天然地基，避免采用人工处理地基。（3）、节制闸或泄洪闸闸址宜选择在河道顺直、河势相对稳定的河段，经技术经济比较后也可选择在弯曲河段裁弯取直的新开河道上。（4）、若在多支流汇合口下游河道上建闸，选定的闸址与汇合口之间宜有一定的距离。（5）、若在平原河网地区交叉河口附近建闸，选定的闸址宜在距离交叉河口较远处。（6）、若在铁路桥或、级公路桥附近建闸，选定的闸址与铁路桥或、级公路桥的距离不宜太近。（7）、选择的闸址应考虑材料来源、对外交通、施工导流、场地布置、基坑排水、施工水电供应等条件。（8）、选择闸址应考虑水闸建成后工程管理维修和防汛抢险等条件。（9）、选择闸址还应考虑占用土地及拆迁房屋少；尽量利用周围已有公路、航运、动力、通信等公用设施；有利于绿化、净化、美化环境和生态环境保护；有利于开展综合经营。本设计中流沙河水闸枢纽就是依据以上的规定选在合适的位置上，这里不再赘述。4、水闸孔口尺寸的确定4.1 闸孔型式选择水闸设计规范中闸孔型式有开敞式和封闭式，无胸墙的开敞式水闸超载能力比较强，本闸址地处平原地带，正常情况下蓄水和泄洪能力要求较高，所以初拟闸孔型式为无胸墙的开敞式水闸。4.2 底板型式水闸设计规范中底板型式有宽顶堰和低实用堰两种，宽顶堰是水闸中常见的一种底板型式，它有利于泄洪、冲沙、排冰、通航、双向过水等，结构简单，施工方便，泄流能力比较稳定等优点；由于本设计中水闸采用无胸墙的开敞式闸孔，所以底板型式也应满足泄洪能力的要求，所以流沙河水闸的地板型式初步拟定为宽顶堰式。4.3 闸底板顶面高程的确定底板顶面高程与闸承担的任务、泄流或引水流量、上下游水位及河床地质条件等因素有关。在大、中型水闸中，由于闸室工程量占的比重较大，降低底板高程常常是有利的。因为流沙河水闸属于2级水利建筑物，所以初步拟定水闸的底板高程与河道底部高程一致。4.4 闸门高度的确定水闸设计规范中说明闸门结构的选择布置应根据其受力情况、控制运用要求、制作、运输、安装、维修条件等，结合闸室结构布置合理选定。当永久缝设置在闸室底板上时，宜采用平面闸门，露顶式闸门顶部应在可能出现的最高挡水位以上有0.3-0.5m的超高。所以根据规范中的说明初步拟定闸门为平板露顶闸门，闸门的高度为正常情况下的最高挡水位加上安全超高，初拟高度为5.5m。4.5 闸墩布置水闸设计规范中规定闸墩结构型式应根据闸室结构抗滑稳定性和闸墩纵向刚度要求确定，一般宜采用实体式。闸墩的外轮廓设计应满足过闸水流平顺、侧向收缩小、过流能力大的要求。上游墩头可采用半圆式，下游墩头宜采用矩形。闸墩厚度应根据闸孔孔径、受力条件、结构构造要求和施工方法等确定。平面闸门闸墩门槽处最小厚度不宜小于0.4m，边墩比缝墩的一半要大点，闸墩厚度d可参考表5-4初步拟定。表5-4 闸墩厚度d参考值闸孔净宽b0（m）闸墩厚度d（m）中墩缝墩小跨度（3-6）0.5-1.0中跨度（6-12）0.8-1.4大跨度（>12）1.2-2.5平面闸门闸墩厚度决定于工作门槽颈部的厚度和门槽深度。门槽颈部厚度的最小值为0.4m。工作门槽尺寸根据闸门的尺寸决定，一般工作门槽深为，门槽宽度为，其宽深比一般为。检修门槽深约为，宽约。检修门槽至工作门槽的净距离不宜小于1.5m，以便检修操作。综合上述规定，假设b0为10m，取中墩厚度为1.2m，高为6m，因为闸室底板为分离式，所以不设置缝墩，边墩厚度为1.0m，高为6m。上游墩头采用半圆式，下游墩头采用流线形。工作门槽初拟深为0.3m，门槽宽度初拟为0.5m，检修门槽深初拟为0.2m，宽初拟为0.15m。4.6 闸孔总净宽的计算4.6.1 总净宽的试算根据规划的设计流量及相应的上下游水位、初拟的底板高程和闸孔型式，计算闸孔总净宽。结合本设计中水闸为无胸墙的开敞式，所以采用水闸设计规范中的堰流公式来计算闸孔总净宽，计算公式如下所示： (4-1) （4-2） （4-3） （4-4） （4-5）式中 闸孔总净宽； 设计流量； 计入行进流速水头的堰顶水头； 重力加速度。 m 堰流流量系数，可采用0.385； 堰流侧收缩系数； 闸孔净宽（m）； 上游河道一半水深处的宽度； N 闸孔数； 边闸孔侧收缩系数； 中闸墩厚度； 中闸孔侧收缩系数； 边闸墩顺水流向边缘线至上游河道水边线之间的距离（m）； 堰流淹没系数； 由堰顶算起的下游水深（m）。在计算闸孔总净宽的时候，首先要进行一系列的假设，例如开始时要对闸孔总净宽进行一次假设，最后再由算出的流量进行核对，如果满足设计流量要求，说明假设的总净宽是正确的，否则要进行重新假设计算。首先假设闸孔净宽为10m一个，分为17孔，这样可算得为33.2m。， 行水头流速为1m/s，这样可得 ，计算步骤：1、假设b0为10m，分为11孔，这样可以初拟出闸孔总净宽为110m。2、用公式（4-5）通过excel表格求得；3、用公式（4-4）通过excel表格求得；4、用公式（4-3）通过excel表格求得；5、用公式（4-2）通过excel表格求得；6、用公式（4-1）通过excel表格求得。7、若和比较接近，则采用和的平均值作为闸孔总净宽，若和相差较大，则跳转到第1步重新假设计算，直到和相差不大为止。 经多次假设计算，结合施工方便确定最后闸孔净宽为12m。闸孔总净宽B0为204m。4.6.2 泄洪能力的校核由第4.6.1节计算，闸孔总净宽204m，单宽12m，闸墩中墩厚度1.2m，边墩厚度1m，在校核洪水情况下，上游水位136.60m，下游水位136.40m，经计算，此时水闸泄洪所对应的闸门总净宽120m，小于设计时候过闸的闸门总净宽，所以初拟闸门的总净宽为204m是合适的。5、总体布置5.1 枢纽布置水闸的枢纽布置是闸室选定后一个十分重要的技术环节，关系到枢纽建成后能否安全运行和能否充分发挥预期的工程效益，本次毕业设计时引水渠等均已设计完成，故只需设计布置拦河节制闸，但该节制闸同时兼作泄洪闸。5.2 闸室布置5.2.1 布置原则水闸闸室布置应根据水闸挡水、泄水条件和运行要求，结合考虑地形、地质等因素，做到结构安全可靠、布置紧凑合理、施工方便、运用灵活、经济美观。闸室结构可根据泄流特点和运行要求，选用开敞式、胸墙式、涵洞式或双层式等结构型式。整个闸室结构的重心应尽可能与闸室底板中心相接近，且偏高水位一侧。闸槛高程较高、挡水高度较小的水闸，可采用开敞式；泄洪闸或分洪闸宜采用开敞式；有排水、过木或通航要求的水闸，应采用开敞式。闸槛高程较低、挡水高度较大的水闸，可采用胸墙式或涵洞式；挡水水位高于泄水运用水位，或闸上水位变幅较大，且有限制过闸单宽流量要求的水闸，也可采用胸墙式或涵洞式。要求面层溢流和底层泄流的水闸，可采用双层式；软弱地基上的水闸，也可采用双层式。5.2.2 闸顶高程确定水闸闸顶高程应根据挡水和泄水两种运用情况确定。挡水时，闸顶高程不应低于水闸正常蓄水位（或最高挡水位）加波浪计算高度与相应安全超高值之和；泄水时，闸顶高程不应低于设计泄洪水位（或校核洪水位）与相应安全超高值之和。水闸安全超高下限值见表5-1。表5-1 水闸安全超高下限值（m） 水闸级别运用情况1234、5挡水时正常蓄水位0.70.50.40.3最高挡水位0.50.40.30.2泄水时设计洪水位1.51.00.70.5校核洪水位1.00.70.50.4位于防洪（挡潮）堤上的水闸，其闸顶高程不得低于防洪（挡潮）堤堤顶高程。闸顶高程的确定，还应考虑下列因素：软弱地基上闸基沉降的影响；多泥沙河流上、下游河道变化引起水位升高或降低的影响；防洪（挡潮）堤上水闸两侧堤顶可能加高的影响等。所以根据以上信息，若要求的闸顶高程还需要求的水闸上游水面累积频率为1%时的波浪高度以及波浪中心线高出水面的高度。由于流沙河水闸地处平原地带，所以根据平原地区波浪的计算方法，所采用的公式为莆田试验站公式计算。所需要公式如下所示: （5-1） （5-2） （5-3）对于的深水波，式子（5-3）还可简写成： （5-4） （5-5）以上式子中所有字符代表意义如下：平均波高，m计算风速，m/s，在正常运用条件下，采用相应季节50年重现期的最大风速，在非常运用条件下，采用相应洪水期多年平均最大风速；风区长度（有效吹程），m；沿风向两侧水域较宽时，采用计算点至对岸的直线距离，当沿风向有局部缩窄处宽度B小于12倍计算波长时，可采用5B，同时不小于计算点至对岸的直线距离；水域平均水深，m；平均波周期，s；重力加速度，9.81m/s2。平均波长，m；累积频率p%的波高，m；挡水建筑物迎水面前的水深，m；波浪中心线至计算水位的高度，m。根据水闸设计规范累计频率需根据水闸的级别加以确定，规范中根除确定的表格如5-2所示：表5-2 P值水闸级别12345P（%）1251020计算出的平均要进一步换算成实际的波高，这样才有实际参考价值，水闸设计规范中给出了平均波高相对应的实际波高的表格，先摘录如表格5-3表5-3 累积频率为P%的波高与平均波高的比值P%12510200.02.422.231.951.711.430.12.262.091.871.651.410.22.091.961.761.591.370.31.931.821.661.521.340.41.781.681.561.441.300.51.631.561.461.371.25由于流沙河水闸是用来蓄水灌溉，所以在确定闸顶高程的时候只需要利用水闸规范水闸设计规范SL265-2001里面的莆田公式分别计算出正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位时所对应的闸顶高程，最后在三者中取大值作为闸顶的有效高程。下面就要开始对三者所对应的闸顶高程进行计算。（1）、正常蓄水位时：根据规范水闸的正常蓄水位时候的计算风速取汛期多年最大平均风速的1.5倍，也就是，资料中给定的最大平均风速为12m/s，所以正常蓄水位时的计算风速为18m/s。风区长度为闸址河宽的5倍，（m），水域平均水深等于正常蓄水位与河底高程的差值及(m）根据莆田公式计算如下：平均波长需要进行试算，所以这里过程免去结果如下：由于流沙河水闸属于2级建筑物，所以对应的累计频率由表4-2查的为2。根据表5-3由内插法可以求得波高与平均波高的比值为2.13，所以累计频率下的实际波高为波浪中心线至计算水位的高度需根据公式5-5进行计算求得，求得结果如下所示：由表5-1查的水闸正常蓄水位时的安全超高为0.5m，由以上所求的的和可以确定出闸顶高程为135.5+0.5+0.6+0.13=136.73m。（2）、设计洪水位时：根据规范水闸的设计洪水位时候的计算风速取汛期多年最大平均风速的1.5倍，也就是，资料中给定的最大平均风速为12m/s，所以设计洪水位时的计算风速为18m/s。风区长度为闸址河宽的5倍，（m），平均水深等于设计洪水位与河底高程的差值及(m）根据莆田公式计算如下：平均波长需要进行试算，所以这里过程免去结果如下：由于流沙河水闸属于2级建筑物，所以对应的累计频率由表5-2查的为2。根据表5-3由内插法可以求得波高与平均波高的比值为2.15，所以累计频率下的实际波高为波浪中心线至计算水位的高度需根据公式5-5进行计算求得，求得结果如下所示：由表5-1查的水闸设计洪水位时的安全超高为1.0m，由以上所求的的和可以确定出闸顶高程为136.24+1.0+0.62+0.14=138m。（3）、校核洪水位时：根据规范水闸的校核洪水位时候的计算风速取汛期多年最大平均风速，也就是，资料中给定的最大平均风速为12m/s，所以校核洪水位时的计算风速为12m/s。风区长度为闸址河宽的5倍，（m），水域平均水深等于正常蓄水位与河底高程的差值及(m），根据莆田公式计算如下：平均波长需要进行试算，所以这里过程免去结果如下：由于流沙河水闸属于2级建筑物，所以对应的累计频率由表5-2查的为2。根据表5-3由内插法可以求得波高与平均波高的比值为2.18，所以累计频率下的实际波高为波浪中心线至计算水位的高度需根据公式5-5进行计算求得，求得结果如下所示：由表5-1查的水闸校核洪水位时的安全超高为0.7m，由以上所求的的和可以确定出闸顶高程为136.60+0.7+0.39+0.09=137.78m。综合以上三种计算结果，取设计时候的闸顶高程为最终计算结果，所以初拟闸顶高程为138m。5.2.3 底板布置按闸墩和底板的连接方式，闸底板可分为整体式和分离式两种。所谓整体式及当闸墩与底板浇筑成整体时，即为整体式底板。它的优点是闸孔两侧闸墩之间不会产生过大的不均匀沉降，适合于地基承载力较差的土基。整体式底板具有将结构自重和水压力等荷载传给地基及防冲、防渗的作用，故底板较厚。所谓分离式底板，当闸墩与底板设缝分开时，即为分离式底板。闸室上部结构的自重和水压力直接由闸墩传给地基，底板仅有防冲、防渗和稳定的要求，其厚度可根据自身稳定的要求确定。分离式底板一般适用于地基条件较好的砂土或岩石地基。由于地板较薄，所以工程量较整体式底板节省。涵洞式水闸不宜采用分离式底板。根据规范底板顺水流方向的长度可以闸室整体抗滑稳定和地基允许承载力为原则，同时满足上部结构布置要求。水头愈大，地基条件愈差，则底板愈长。初步拟定时，对于砂砾石地基可取（1.5-2.0）H（H为上、下游最大水头差）；砂土和砂壤土地基，取（2.0-2.5）H；黏壤土地基，取（2.0-3.0）H；黏土地基，取（2.5-3.5）H。底板的厚度必须满足强度和刚度的要求，大中型水闸可取闸孔净宽的1/6-1/8，一般为1.0-2.0m，最薄不小于0.7m，实际工程中有0.3m厚小型水闸。底板内配置钢筋，但最大配筋率不宜超过0.3%，否则就不经济。底板混凝土还应满足强度、抗渗、抗冲等要求，一般选用C15或C20。根据以上规定结合本资料给定的工程地质情况，可以了解不经到河床为粗砾砂，厚度为17m，下部为粗砂层，厚度11m，基岩为花岗岩。从这些信息可以得知闸址地基良好，所以初拟采用分离式底板，底板顺水流方向的长度按照规范中取2.0H，及7.6m。闸底板厚度按照规范取1.5m。5.2.4 工作桥布置水闸设计规范中规定初步拟定桥高时候，平面闸门可取门高的两倍再加上的超高值，并满足闸门能从闸门槽中取出检修的要求；因为闸门已经初拟高度为5.5m，所以初拟工作桥的高度为12.2m，工作桥桥面宽为2.5m，厚度为0.2m。工作桥底部有4根梁，梁高为0.5m，梁宽为0.3m，材料为钢筋混凝土。5.2.5 交通桥布置建造水闸时，应考虑两侧的交通，以满足汽车、拖拉机和行人通过的要求。交通桥一般布置在低水位侧，桥面宽视两岸交通及防汛抢险要求确定。初步拟定交通桥桥面宽度为3.5m，厚度为0.3m，桥面底部为3根受力梁，梁高为0.7m，梁宽为0.5m。材料为钢筋混凝土。5.3 防渗排水布置水闸防渗排水布置应根据闸基地质条件和水闸上、下游水位差等因素，结合闸室、消能防冲和两岸连接布置进行综合分析确定。闸室上游设置钢筋混凝土铺盖，铺盖长度为上游水头的3倍，及10m,厚度为0.5m，在与闸底板连接处设置厚度为1m。规范中说明,当闸基为较薄的砂性土层或砂砾石层，其下卧层为较厚的相对不透水层时，闸室底板上游端宜设置截水槽或防渗墙，闸室下游渗流出口处应设滤层。截水槽或防渗墙嵌入相对不透水层深度不应小于1.0m。当闸基砂砾石层较厚时，闸室上游可采用铺盖和悬挂式防渗墙相结合的布置形式，闸室下游渗流出口处应设滤层。当闸基为较大的砂砾石层或粗砾夹卵石层时，闸室底板上游端宜设置深齿墙或深防渗墙，闸室下游渗流出口处应设滤层。本设计资料中给出闸址地质情况系属第四季沉积岩，厚度较大，河床两岸滩地为粉质壤土，厚度15m，河床为砾粗砂，厚度为17m，下部为粗砂层，厚度11m，基岩为花岗岩。符合规范中说明的情况，所以依据规范流沙河水闸上游设置钢筋混凝土板桩，厚度为0.15m，宽度为0.5m,长度为4m。下游设置齿墙，深度为1m。关于排水设置，根据水闸设计规范，只在下游护坦上设置排水减压井。排水井的孔径为0.1m，间距为1m,初步设置为10排，呈梅花形布置。5.4 消能防冲布置水闸的消能防冲布置应根据闸基地质情况、水力条件以及闸门控制运用方式等因素，进行综合分析确定。水闸的消能方式一般为底流式消能，平原地区的水闸，水头低，下游河床抗冲能力差，所以不采用挑流式消能，大部分采用底流式消能。所以结合资料给定的信息，流沙河水闸也采用底流式消能，所需设施为消力池、海漫和防冲槽等。5.5 两岸连接布置水闸的两岸连接应能保证岸坡稳定，改善水闸进、出水流条件，提高泄流能力和消能防冲效果，满足侧向防渗需要，减轻闸室底板边荷载影响，且有利于环境绿化等。两岸连接主要考虑上、下游翼墙的确定，上游翼墙采用圆弧式结构，这样有利于引进水流。下游采用直线式，且每侧扩散角为，这样有利于分散过闸水流使水流速度减缓，保护下游岸坡。6、水力设计6.1 水闸的消能防冲6.1.1 消力池结构计算（1）、池深的计算消力池的计算可按照水闸设计规范中的公式计算，现把计算公式罗列如下： （6-1） （6-2） （6-3） （6-4）式中 消力池深度（m）； 水跃淹没系数，可采用1.051； 跃后水深（m）； 收缩水深（m）； 水流动能校正系数，可采用； 闸门垂直收缩系数，可按表6-1查的； 闸门开启度（m）； 单宽流量（）； 重力加速度； 收缩水深断面宽度（m）； 跃后水深断面宽度（m）； 下游水深(m)； 跃后水深与下游水位的落差(m)； 消力池出口的流速系数，一般取0.95。表6-1 平板闸门垂直收缩系数0.100.150.200.250.300.350.400.6150.6180.6200.6220.6250.6280.6300.450.500.550.600.650.700.750.6380.6450.6500.6600.6750.6900.705消力池深度计算时，首先应找出计算工况，本例中设计洪水和校核洪水都是淹没出流，不需要设置消力池，只有在正常蓄水情况下，才会出现跃后水深大于下游水深的情况，因此，正常蓄水情况为水闸消力池计算的最不利工况。计算步骤：1、假定一个闸门开启数和闸门开度，然后查表6-1确定垂直收缩系数；2、根据式6-3计算收缩水深；3、根据式6-2计算跃后水深；4、根据式6-4计算水位差；5、根据式6-1计算消力池深。 计算结果如表6-2所示：表6-2 消力池深计算表计算工况下泄流量Q单宽流量q下游水深(m)收缩水深(m)跃后水深(m)水跃类型水位差(m)消力池深(m)开一孔开度0.5m31.12.590.30.311.95远离式1.651.75开度1m62.145.180.80.6232.67远离式1.872开度1.5m93.27。771.00.943.18远离式2.182.3开度2m124.2710.361.11.2943.52远离式2.422.6开度2.5m155.3412.951.41.6953.73远离式2.332.5开两孔开度2.5m310.6812.952.51.6953.73远离式1.231.4开三孔开度2.5m466.0212.952.81.6953.73远离式0.931.1开四孔开度2.5m621.3612.9531.6953.73远离式0.730.9开五孔开度2.5m776.712.953.51.6953.73远离式0.230.4开六孔开度2.5m932.0412.953.81.6953.73淹没式-为了满足要求初拟消力池深度为2.6m，经校核等于1.08，满足消力池设计深度的要求，护坦厚度初拟为1m。（2）、池长计算根据水闸设计规范中的设计要求进行消力池池长的计算，计算公式如下所示： （6-5） (6-6)式中 消力池长度，m； 消力池斜坡段水平投影长度，m； 水跃长度校正系数，可采用； 水跃长度，m。根据上面求得结果，结合跃后水深和收缩水深，结合池长计算公式，可以求得消力池长度，斜坡段的坡度初拟为1：3，取0.8。6.1.2 海漫的结构计算水流经过消力池消能后，仍有较大的剩余动能，紊乱现象也很剧烈，特别是流速分布不均匀，底部流速较大，具有一定的冲刷能力，故在消力池后仍需采用消能防冲加固措施，如海漫和防冲槽。海漫的作用是进一步消减水流余能，并调整流速分布，保护护坦和河床的安全，防止冲刷。（1）、海漫的长度海漫的长度取决于消力池出口的单宽流量、上下游水位差、地质条件、尾水深度及海漫本身的粗糙程度等因素。根据可能出现的最不利水位流量组合，可用规范中公式进行估算： (6-5)式中 海漫的长度（m）； 海漫长度计算系数，可由表6-2查得； 消力池末端单宽流量，； 消力池泄水时的上下游水位差，m。表6-2 值河床土质粗砂、细砂中砂、粗砂、粉质壤土粉质黏土坚硬黏土 资料中闸址的地方多为粗砂和细砂，所以初拟为14，计算海漫长度时候也要找出最不利工况下的情况，所以当中间闸门开度最大的时候为最不利工况，此时单宽流量为12.95，上下游水位差为2.4m,所以海漫长度根据公式6-5计算如下：海漫水平段初拟为10m，水平段后为1：50的斜坡，这样斜坡长度为54m。这样可以便于水流均匀扩散，加快流速分布，增加水深，减小流速，保护河床不受冲刷。海漫采用浆砌石材料建造。6.1.3 防冲槽水流经过海漫后，能量得到进一步消除，但仍具有一定的冲刷能力，下游河床还可能被冲刷，为了保护海漫，常在海漫末端挖槽抛石加固，形成一道防冲槽，当河床冲刷都最大深度时，海漫仍不被破坏，初步拟定防冲槽的深度为1.5m。6.2 闸门控制方式的拟定闸门的控制运用应根据水闸的水力设计或水工模型试验成果，规定闸门的启闭顺序和开度，避免产生集中水流或折冲水流等不良流态。闸门的控制运用方式应满足下列要求：1、闸孔泄水时，保证在任何情况下水跃均完整地发生在消力池内。2、闸门尽量同时均匀分级启闭。如不能全部同时启闭，可由中间孔向两侧分段、分区或隔孔对称启闭，关闭时与上述顺序相反。3、严格控制始流条件下的闸门开度，避免闸门停留在振动较大的开度区泄水。4、关闭或减小闸门开度时，避免闸门下游河道水位降落过快。 7、水闸的防渗设计7.1 设计任务 水闸的防渗排水设计的任务是经济合理地拟定地下轮廓线的型式和尺寸，采取必要和可靠的防渗排水措施，以消除和减小渗流对水闸的不利影响，保证闸室的抗滑稳定、闸基和两岸的渗透稳定。水闸防渗设计的一般步骤：（1）、根据水闸作用水头的大小、地基地质条件和下游