最新国家开放大学（新平台）《水工建筑物实训》水闸设计.docx

水工建筑物水闸课程设计一、基本设计资料-11、基本概述资料12、水流量资料13、闸基土质资料24、其他资料25、水闸设计标准2二、闸址选择3三、总体枢纽布置31、拦河闸的布置32、闸室段的布置33、上游连接段的布置34、下游连接段的布置4四、水力计算41、闸孔设计42、消能防冲设计73、海漫设计9五、防渗排水设计101、地下轮廓设计102、防渗计算11六、闸室的布置与稳定分析151、闸室结构布置152、荷载及其组合183、闸室稳定计算23七、闸室结构设计-251、闸墩设计252、底板结构设计25一、基本设计资料1、基本概述资料本工程是西通河灌区第一级抽水站的拦河闸，其主要任务是拦蓄西通河的河水，抬高水位满足抽水灌溉的需要，洪水期能够宣泄洪水，保证两岸农田不被洪水淹没。2、水位流量资料3,根据规划要求，在正常蓄水时下泄流量为Q=Om/S,上游水位为H正=198.0m,此时对应的下游水位H=195.0m;在校核洪水时灌区下泄流量为Q核=79.7m3/S,此时的相应上游校核水位为H核二198.90m,相应闸下游水位H下=198.65m;在设计洪3,水位时灌区下泄流量Q设=61.4ms,此时对应的上游水位H设=198.36m,闸下游水位为H'下=198.15m。闸身稳定计算水位组合(1)设计洪水位时：上游水深H3.36m,下游水深hs3-15m2 )校核洪水位时：上游水深消能防冲设计水位H3.90m,下游水深hs3.65组合m根据分析：消能防冲的最不利水位组合是在校核洪水位时的情况下：则其组合3 .是：下泄流量为Q=79.70m/s,相应的上游水位是H核二198.9Om,闸下游水位H下=198.65m,则相应的上游水深H=3.90m,下游水深h=3.65m。水位流量资料表：运用情况上游水位（米）下泄流量（m3/秒）正常蓄水198.00O设计洪水198.3661.40校核洪水198.9079.70下游水位流量关系表:H下(m)195.00196.00197.00197.50198.00198.15198.50198.65Q(m3S)0.008.6327.9641.0755.4061.4073.9879.703、闸基土质资料闸基河床地质资料柱状图如图所示:层序图程(m)I195.00-191.8191.8 183.32土质撷况细砂组砂Ill183.32粘土闸址附近缺乏粘性土料，但有足够数量的混凝土骨料和砂料。闸基细砂及墙后回填砂料土工试验资料如下表；天然重度饱和重度内摩擦角凝聚力不均匀系数相对密实度细砂18.6420.61220120.46沙土料18.2020.2132P0P150.62细砂允许承载力为150KNm2,其与混凝土底板之间的摩擦系数f=0.354.0m，总宽为44m1司上交通为单乍道,按汽2闸门采用平面钢闸门,有3.该地国池宸设计烈度为4、其他资料-10设计，带-50校核。桥面净宽3米、4米、5米三种规格闸门。4度。4闸址附近河道有干砌石护坡。5.多年平均最大风速12米/秒，吹程0.15公里。5、水闸的设计标准根据水闸设计规范,SD133-84（以下简称SD133-84）,该闸按IV级建筑物设计。、闸址选择根据水工建筑物可知, 闸设计中的一项重要内容, 地址、水流、潮汐、泥沙、 经济比较，选定最佳方案。闸址选择关系到工程的成败和经济效益的发挥，是水应根据水闸的功能、特点和运用要求，综合考虑地形、冻土、冰清、施工、管理和周围环境等因素，通过技术闸址适宜选择在地形开阔、岸坡稳定、岩土坚实和地下水水位较低的地点。应优先选用地质条件良好的天然地基，土壤、中砂、粗砂、和砂砾都适于做为水闸的地基；尽量避开淤泥质土和粉、细砂地基，必要时，应采取妥善的处理措施。在河道上建造拦河闸，为解决施工导流问题，常将闸址选在弯曲河道的凸岸，利用原来河道导流，裁弯取直，新开上、下游引水和泄水渠，新开渠道既要尽量缩短其长度，又要使其进、出口与原河道平顺衔接。根据基本地形资料知道，闸址附近，河道顺直，河道横补面接近梯形，底宽18米，边坡1:1.5,河底高程195.00米，两岸地面高程199.20米。3fl. 4,flilt 3.0m. UH 0 2m二板t央U枚匕15m. i I Om15m.中5。12m. !堆,坡 门“川台罐lft 工断面尺寸如图1-1所示：I阿布国收片敞大。电,一一广1将水网分为§40m.»I1994mvJ.,>n-ft-B.-M增材K采阳网翳蔻*t流力向K÷Ht'fl.:M力式3ft.不为水用苕上用上SMI*'% I。4e.ON ： 1 5m阿I-IA - ,iK f 1. . QPQ. 16 f,r-5: <：».:拼Mrv '一I的W一荣阳桨ABU力大反黄嘱,一一程；2 RI. H ；ni。N 19920m. 一比板电4 Am199 50m. , . U ; j料 0 8m0 6m., J<V1. U Hh14 0m. 1 0 6mI JJ hl '.<图1-1355X44马刘女一直护到引水口。翼墙上游为干砌石护坡，并设有浆砌石格梗，每隔底部，15Cm厚。4、下游连接段的布置闸室下游布置消力池、海曼、防冲槽等。消力池采用挖深式，长7.5m,池深0.5m,底板采用钢筋混凝土结构，厚0.5m,消力池与闸室连接处设Im宽小坝，厚以1:4的斜坡连接，底板下设0.2m厚砂、碎石垫层，反流排水。采用浆砌石做为海曼的材料，其长度为18m,厚度为0.5m,浆砌石内设排水孔，下面铺设反滤层，在海曼起始端做8.0m长的浆砌石水平段，其顶面高程与护坦齐平，在海曼后半段做成1:15的斜坡,以使水流均匀扩散,调整流态分布,保护河床不受冲刷。取防冲槽深度为2.0m,底宽b为4.0m,取顶端与海曼末端齐平,则上游坡率取m=2,下游坡率m=3o下游翼墙为浆砌石重力式反翼墙,迎水面直立,墙背坡率105收缩角为10度。材料选用钢筋混凝土板，厚06m,前趾长1.2m,后趾长0.2m,翼墙下游端与消力池末端齐平。四、水力计算水闸的水力设计主要包括两方面内容,即闸孔设计和消能防冲设计。1、闸孔设计闸孔设计的主要任务是：确定闸室结构形式,选择堰型,确定堰顶高程以及孔口尺寸。（1）闸室结构型式该闸建在天然河道上,故宜采用开敞式闸室结构。（2）堰型的选择及闸底板高程的选定该闸建在少泥沙的人工渠道上,故宜采用结构简单、施工方便、自由出流范围较大的平底板宽顶堰。由闸基河床地质资料可知,闸基附近河床土质良好,承载能力大,并参考该地区己建工程的经验,拟取闸底板顶面（即堰顶）与西通河渠底齐平,高程为195.00mo（3）孔口尺寸的确定初拟孔口尺寸,该闸的尺寸必须满足拦洪灌溉以及泄洪的要求。1）计算闸孔总净宽BO在设计情况下：、上游水H=198.36-195=3.36m2、下游水深hs=198.15-195.00=3.15m3、下泄流量Q=61.40m3/s则上游行近流速：VO=QA根据和断面尺寸:2A=(b+mH)H=(18÷1.5X3.36JX3.36=77.4m其中b为河道宽：b=18mm为边坡比：m=l:1.5V)=QA=61.4077.41=0.793msH=H+av22(取a=1.0)2=3.36+0.793/(2X9.81)=3.39m/J./hs则一=3.153.39=0.929>0.8L卜淮WlQ=7970m3s则InL近海出V>三QA根据和厮向K'hAWb-mHH=(18*15X39>X39-9302mHjb二二：b三lmm，二:，,：m三11.5VQA=797/930206wsH=H*a V 2g取 丁 1 0=3 9 A 0 86/( 2X981 )=3 94 m hLt=3 65/3 94=0 93>0 8救Ut Lazt出液.核情况：、上游水H=198.9-195=3.9 m明报火说成“谨阻料U为您微出藏.Hlr极，尔TIwI物）捌淹救出iEEZEH -h 也HSL-265-2001 I , A 01 .校<传出.'"7<：m=035=C9C图21在设计情况下：由公式=rymtBOAHP2所以，在设计情况下Q6L4|0.74X0.90X0.385X3的昭J2XnmE'2gHo=8.66m在校核情况下：Q79.7|0J4X0,90X0.385X3,94VZy2X9.81<nnE2gH(i=9.0m整理上述计算如表21所示：表21上游下游水流量行进流行进水淹没流最侧收缩BO水深深hsQ速头H。系系系数£H数6数m设3.363.1561.400.7933.390.740.3850.908.66计情下校核情况况3.903.6579.700.863.940.740.3850.909.0下2)闸孔孔数n及单孔净宽b单孔宽度bo根据水闸使用要求，闸门型式及启闭机容量等因素，并参照闸门尺寸选定。由Boi>B。2比较得，取净宽较大的值，则取BO=9.0m。以上为Bo的第一次近似值，据此可计算的第二次近似值，按hs,H0=0.93,及闸墩边形状，查水闸表35得0=0.53,k=0.70o侧收缩系数按式计算为：1Ho0.2kn1°-nb=1-0.2X0.7+3-1)X0.53X3.9/9=0.85净宽B0的第二次计算近似值为,QOl0.74X0.85X0.385X3,94VZy2X9.81nmE2gH)=9.5m再将净宽B。的第二次近似值代入式中，可得=0.86,再次试算后仍得=0.86,计算得出Bo2=9.4m,根据所给闸门的型号尺寸，则选择孔数n=3,每孔净宽b。=3.2m,则闸孔总净宽Bo=3.2X3=9.6m,3闸孔泄流能力校核中墩采用钢筋混凝土结构，根据水闸设计规范SL265-2001,取中墩厚d=1.5m,墩首为半圆形，墩尾采用尖圆形。边墩厚度为1.0m,墩首、尾采用半圆形。根据拟定的闸孔尺寸净宽Bo=9.6m,用设计情况进行检验。根据堰流公式：nmtQ实0.860.740.38529.813/29.6=64.28m3/sQ实Q则:100%=I(64.28-61.40)61.40X100%=4.7%V5%Q实际过流能力满足泄水的设计要求由此得该闸的孔口尺寸确定为：选择孔数n=3,每孔净宽b=3.2m,2个中墩各厚d=1.5m,边墩厚度为1.0m,闸孔总净宽B0=9.6m,闸室总长度B=3X3.2+2X1.5=12.6m。2 .消能防冲设计消能防冲设计包括消力池、海漫和防冲槽三部分的设计。(1)消力池的设计1)上下游水面连接形态的判别，当闸门从关闭状态到校核的下泄流量为Q79.70ms,往往是分级开启的。为了节省计算工作量，闸门的开度拟分三级3开启。第一级泄流量为8.63m/s彳寺下游水位稳定后，开度增大至设计流量4 361.4Oms,最后待下游水位稳定后，再增大开度至最大下泄流量79.70m/s。3当下泄流量为8.63m/s时：卜流水何则枭用级开度（即则上叫时的卜游木）IOmTfj进流之：Vo±游水深H198.90195.003.90m；由于0.093m/s0.5m/s,则可以忽略不计假设闸门开度e0.185，e/H0.185/3.900.0470.65,则为孔流,查水力计算手（第二版）得垂直收缩0.6194贝y：册系数hce0.61940.1850.115mqQ8.6320.6638m/sB13.00跃后水深：hche.18q：10.11580.69042.1310.8635m2 ghc9.810.1153则hehO为远驱式水跃，故需要设消力池hthc00.86350.28440,SSL265-2001表A.0.3-2得孔流淹由Hhc3.900.8635没系数匚00,孔流流量系数。为0.65-e-0.7因此：0.185O0.600.180H0.600.180.59153.90QoeB.2gHQ1.000.59150.18510.00-29.813.909.57m3/s3该值与要求的的流量8.63m/s比较接近，故所假定的闸门开度e0.185正确。33以同样的方法，分级开启流量为61.40m/s.79.70ms时的闸门开度，并计算相应的参数，并判别不同下泄流量时，上下游水面的连接形式，则可以判别是否需要设消力池，其水面连接计算结果见下表：水面连接计算结果表序号Q(m3s)e(m)he(m)hc(m)Ht(m)水面连接情况1 8.630.1850.61940.1150.86350远离式水跃261.402.45/2.450.64813.15淹没式水跃379.703.91/3.650.54173.65淹没式水跃2）消力池深的计算3根据前面的计算，消力池采用挖深式消力池，以下泄流量Q863ms作为计算消力池深度的计算依据。消力池中水的流态见图3-1O依据SL265-2001附表B.1.1dZOhs22g2hs232ghc210.690421 0.690422 0.007m29.810.86351 0.0070.043m计算出消力池池深3）消力池长度的计算2 9.810.950.90d1.100.8635,但为了稳定泄流时的水流，根据规范取池d=0.043md=0.50mo由前面的计算，以下泄流量38.63m/s作为确定消力池长度的依据，略去行进流速V。则：To3.900.504.40m根据公式：hc由此hc由此水跃长度hc4.408q2ghC31.j0.0270.079m0.0274.404.406.9hehc0.0796.91.07消力池与闸底板以则消力池长度:4的斜坡段连接，则1.s8°.69°42311.07m9.810.07930.0796.84m40.52.0mLsjLs（注：B为水跃长度校正系数取取消力池长度Lsj4）消力池底板厚度的计算根据抗冲要求：7.50m1.j2.00.86.847.472m0.8)