水利设计毕业设计论文.doc
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1、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
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10k
3、m。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
4、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3063631701101802863003
5、6015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
6、,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
7、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
8、、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)50005000-10001000-10
9、0100-2012)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
10、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
11、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
12、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,
13、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
14、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.
15、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
16、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12
17、345P(%)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SL265-200
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