江苏小型水闸初步设计报告secret.docx

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江苏小型水闸初步设计报告secret

××市××区××闸

初步设计报告

×××水利勘测设计研究院有限公司

甲级设计证书编号

二00六年四月

附件：

1.××××闸初步设计概算

2.××××闸工程量计算书

3.××××闸初步设计图

1综合说明

1.1工程概况

××河位于××区××乡境内，是××河的支流，位于××河东侧，主要功能是引××河水灌溉下游3.5万亩农田，其上游接××河。

××河于1989年11月破土动工，1989年12月上旬完成开挖任务，1989年12月完工。

该河是沟通××河、××运河的一条骨干河道，设计标准为：

五年一遇排涝，二十年一遇防洪。

××河与××河交汇处五年一遇排涝设计水位为26.79m，二十年一遇防洪水位为28.87m。

××河河底高程25.0～24.0m，河底宽9～15m，下游地面高程27～26m。

多年来，当遇到××河洪涝水时，由于××河无挡洪设施，因此××河下游3.5万亩耕地常常受淹，当地群众苦不堪言。

××乡政府及群众多次要求兴建水利工程，免除洪涝灾害。

为了保证××河下游农业丰收，根治水患，需要在××河与××河口交汇处建闸挡洪，该闸同时可以在灌溉季节引××河水灌溉。

1.2气象、水文

工程区多年平均气温27.1℃，极端最低气温-23.3℃，多年平均无霜期206天。

夏季多东南风，春秋冬三季多为东北风，5月中旬至6月中旬常发生干热风。

多年平均降水量891mm，降雨时空分布极不均匀，汛期（6-9月）降水量594.4mm，占全年的66.8%，历年最大降水量为1354.8mm（1963年），暴雨成因主要是黄淮气旋、台风和切变线等影响。

多年平均径流深244mm。

××闸位于××河与××河交汇处，上游水位为××河水位，下游水位为××河水位，水位见表1.1。

表1.1××闸水位表

工况

上游（××河水位）

下游（××河水位）

五年一遇挡涝水位

26.79m

24.5m

二十年一遇挡洪水位

28.87m

26.0m

1.3工程地质

工程位于秦岭东西向构造带分支南侧与新华夏系第二隆起带西侧的复合部位，在大地构造单元上属中朝准地台。

对工程有不利影响的是场地东侧紧邻的郯庐断裂带，该断裂带属深大活动断裂，走向北北东，断裂带两侧伴生构造发育。

在场地内无活动断裂存在。

本区属华北地层区，基岩埋藏较深，据区域地质资料，本区发育的成岩地层主要以元古代震旦系巨厚海相碎屑岩和碳酸盐岩为主，伴有中基性及基性侵入岩，岩性以辉长岩、辉绿岩为主；第四系地层广为发育，成因以冲洪积、湖积为主。

河道沿线均被第四系冲洪积松散地层覆盖，上部全新统地层以黄色、灰色砂壤土、粉砂、轻中重粉质壤土为主，土质松散、软弱；其下为更新统地层，岩（土）性以褐色含钙质结核粉质壤土、粘土等老粘土为主，中夹薄～厚层粉细砂体，土质坚硬、密实，工程性质良好。

根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），场地属中软场地，场地地震动峰值加速度0.10g，地震动反应谱特征周期0.35s。

1.4工程任务和规模

××闸的建设任务是：

汛期关闭××闸，挡××河洪水，以免下游受淹；灌溉期，开启××闸，引××河水灌溉下游3.5万亩农田。

××闸下游灌溉面积3.5万亩，以旱作物为主，考虑今后农业发展，灌溉模数取1.2m3/s/万亩，因此设计引水流量5m3/s。

1.5工程布置和主要建筑物

由于该闸引水流量不大，根据当地实际情况及水力条件，本工程采用涵洞式水闸，采用1孔2m×2.5m，涵洞底板高程为24.0m，涵洞顶高程为27.5m涵洞上游连接护坡，接××河；涵洞下游接消力池、海漫，海漫末段设抛石防冲槽。

1.6电气及金属结构设计

××市××区××闸工程中电气主要为闸门启闭机用电，管理所动力及照明用电。

本工程设计内容为供电系统、照明系统及防雷接地系统。

××闸为1孔2m涵洞式水闸，启闭机为10T螺杆式启闭机，配套电机为4KW。

选用PGZ2x2.5铸铁闸门，门槽深0.10m，门槽宽0.3m,门体总重2吨。

预留检修门槽。

1.7工程管理

××闸建成以后，既能挡洪，又能引水灌溉，为了发挥水闸挡洪、灌溉作用，需设置必要的管理机构，水闸直接管理权属××区××乡水利站，预设管理人员2名。

1.8施工组织设计

1.7.1施工导截流

施工期间，根据实际情况在闸上、下游筑围堰，围堰顶高程28.5m，顶宽4m，迎水坡坡比1：

3，背水坡坡比1：

2。

1.7.2主体工程施工

a、土方工程

土方开挖采用挖掘机开挖，建筑物保护层土方采用人工开挖，开挖土方临时堆放在河道两侧，待主体工程完成后，对河道两侧岸堤进行修整。

b、砼工程施工

由于本工程砼量不是很大，故采用搅拌机现场搅拌砼，为了避免漏振、少振，混凝土振捣以使用振捣器为主，对振捣困难的部位，辅以人工捣固。

1.9环境保护

有利影响：

本工程既挡××河洪水，又保证了××河沿线灌溉，对自然环境和社会环境将有一定程度的改善。

不利影响：

本工程施工期间废水、废气及噪声对环境将有一定的不利影响。

本工程改善了居民的生活生产环境，对环境的不利影响较小，并且施工过程中将对废水、废气、固体废物以及噪音污染进行控制与处理，尽量减少施工给环境带来的污染。

因此从环境保护角度分析，本工程是可行的。

1.10设计概算

1.9.1编制依据

概算编制依据2000年10月苏水基（2000）110号文颁布的《××省水利基本建设工程设计概算编制规定》（2000年修改本），建筑物工程和机械化土方工程采用1990年8月编制的《××省水利工程概算定额》（建筑工程）及2000年10月《××省水利工程概算定额》（建筑工程、安装工程）2000年度动态基价表，机电设备及金属结构构件制作安装采用1999年12月《××省水利工程概算定额》（安装工程）及2000年10月《××省水利工程概算定额》（建筑工程、安装工程）2000年度动态基价表。

1.9.2人工材料价格

人工单价为22.04元/工日，材料价格采用××区市场调查价，机电设备价格根据市场调查价确定。

1.9.3工程投资

本工程静态总投资55.73万元，其中建筑工程38.73万元，机电设备安装3.88万元，金属结构安装3.27万元，临时工程1.66万元，其它费用5.54万元，基本预备费2.65万元。

1.11工程招投标

本工程作为一个项目进行公开招标，由××区水利局组织招标。

2气象、水文

2.1气象

××区属暖温带半湿润季风气候区，春夏秋冬四季分明，春季3—5月气温回升快，以冷干风为主，蒸发强，常出现旱情。

据统计，解放以来共发生23次不同的旱灾；夏季6至8月，天气炎热，降雨集中，多暴雨，易形成洪涝灾害。

据统计，解放以来共发生不同程度的洪涝灾害近30次；秋季9月至11月，晴朗少雨，光照多，气候宜人；冬季12月至2月，寒冷少雨。

区域多年平均气温27.1℃，极端最低气温-23.3℃，多年平均无霜期206天。

夏季多东南风，春秋冬三季多为东北风，5月中旬至6月中旬常发生干热风。

多年平均降水量891mm，降雨时空分布极不均匀，汛期（6-9月）降水量594.4mm，占全年的66.8%，历年最大降水量为1354.8mm（1963年），暴雨成因主要是黄淮气旋、台风和切变线等影响。

多年平均径流深244mm。

2.2水文

××闸位于××河与××河交汇处，上游水位为××河水位，下游水位为××河水位，具体水位见表2.1。

表2.1××闸水位表

工况

上游（××河水位）

下游（××河水位）

五年一遇挡涝水位

26.79m

24.5m

二十年一遇挡洪水位

28.87m

26.0m

3工程地质

3.1区域地质

3.1.1区域构造

工程位于秦岭东西向构造带分支南侧与新华夏系第二隆起带西侧的复合部位，在大地构造单元上属中朝准地台。

对工程有不利影响的是场地东侧紧邻的郯庐断裂带，该断裂带属深大活动断裂，走向北北东，断裂带两侧伴生构造发育。

在场地内无活动断裂存在。

3.1.2区域地层

本区属华北地层区，基岩埋藏较深，据区域地质资料，本区发育的成岩地层主要以元古代震旦系巨厚海相碎屑岩和碳酸盐岩为主，伴有中基性及基性侵入岩，岩性以辉长岩、辉绿岩为主；第四系地层广为发育，成因以冲洪积、湖积为主。

河道沿线均被第四系冲洪积松散地层覆盖，上部全新统地层以黄色、灰色砂壤土、粉砂、轻中重粉质壤土为主，土质松散、软弱；其下为更新统地层，岩（土）性以褐色含钙质结核粉质壤土、粘土等老粘土为主，中夹薄～厚层粉细砂体，土质坚硬、密实，工程性质良好。

3.1.3地震地质

根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），场地属中软场地，场地地震动峰值加速度0.10g，地震动反应谱特征周期0.35s。

3.2场地地层分布

3.2.1地形地貌

本场地位于××乡××河上，周围为农田，地面标高最大值30.0m,最小值24.5m,现有小桥下有临时的挡水土坝，上游水位为25.2m，下游水位为24.5m。

各勘探孔具体位置详见《岩土地质资料》附录A：

勘探点平面位置图。

拟建场地地貌单元属于冲洪积平原，地貌形态单一，所赋存的土层为第四系全新统、上更新统冲洪积的粘（粉）性土层。

3.2.2岩土层结构与类型

本次勘察揭露的最大深度为13.30m，结合邻近场地的有关资料和区域地质资料，将本场地的各土层结构与类型自上而下分述如下：

①层素填土：

主要是农村土路和建桥形成的填土，以及河道开挖在两岸形成的填土，现有小桥下有临时挡水土坝。

揭露厚度：

0.60～0.80m，平均0.70m；层底标高：

27.17～27.19m，平均27.18m。

在河两岸全部分布农田，其表层为耕土。

②层粉土：

灰黄色，湿～很湿，稍密，摇振反应迅速，干强度低，韧性低，夹有薄层粉质粘土，该层土在场区内普遍分布。

揭露厚度：

3.00～3.40m，平均3.20m；层底标高：

23.79～24.17m，平均23.98m。

河底分布有××，灰黄～灰褐色，流塑，切面稍光滑，干强度中等，韧性中等。

③层粉土：

灰黄色，很湿，稍密，摇振反应迅速，干强度低，韧性低，夹有薄层粉质粘土，该层土在场区内普遍分布。

揭露厚度：

平均2.00m；层底标高：

21.79～22.17m，平均21.98m。

④层粉土：

黄色，很湿，稍密～中密，摇振反应迅速，干强度低，韧性低，土质尚均，该层土在场区内普遍分布。

揭露厚度：

2.20～2.50m，平均2.35m；层底标高：

19.59～19.67m，平均19.63m。

⑤层粘土：

灰褐～青灰色，可塑，土质不均，切面光滑，干强度高，韧性高，该层土在场区内普遍分布。

揭露厚度：

平均1.30m；层底标高：

18.29～18.37m，平均18.33m。

⑥层含砂姜粘土：

灰黄～褐黄色，可塑，切面较光滑，干强度高，韧性高，含铁锰结核，含砂姜，该层土在场区内普遍分布。

揭露厚度：

平均2.90m；层底标高：

平均15.39m。

⑦层中砂：

黄色，饱和，密实，分选性较好，矿物成分以石英、长石为主，该层土本次勘察未揭穿。

各土层具体分布情况见《岩土工程地质资料》附录B工程地质剖面图。

3.3水文地质条件

本次勘勘察期间该场地2#勘探孔初见水位1.60m，相应标高为26.19m，稳定水位1.80m，相应标高为25.99m。

主要赋存于浅部粉土层中，地下水类型为潜水。

地下水的循环主要受大气降水、河水的影响。

地下水的水位、水量随季节和地区降水量的变化而变化，变化幅度1.0～2.0m左右。

根据本次勘察所做的渗透试验成果并结合地区经验，⑵层粉土渗透系数K=1.73～3.30×10-6cm/s，⑶层粉土渗透系数K=4.77×10-6cm/s，⑷层粉土渗透系数K=3.44×10-5cm/s～1.73×10-3cm/s。

拟建场地位于××区××乡，场地及附近无污染源。

根据地区经验，地下水和地下水位以上的土对混凝土无腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性；地下水对钢结构具有弱腐蚀性，土对钢结构无腐蚀性。

3.4岩土物理力学性质评价

3.4.1岩土参数的统计与分析

本次勘察室内试验结果见本报告（附录C物理力学性质指标统计表、附录E分层土工试验成果报告表），对土工试验数据进行了统计和分析，各土层的承载力特征值、压缩模量建议值等参数是根据室内土工试验、静力触探等原位测试指标并结合本地区的工程建筑经验综合提出的。

详见表3.1。

3.4.2场地土层的工程特性评价

②层粉土夹粉质粘土：

稍密，压缩性中等，强度中等偏低，工程性质一般。

③层粉土：

稍密，压缩性中等，强度中等，工程性质较好。

④层粉土：

稍密～中密，压缩性中等，强度较高，工程性质好。

⑤层粘土：

可塑，压缩性中等，强度中等，工程性质较好。

⑥层含砂姜粘土：

可塑，压缩性中等，强度高，工程性质好。

⑦层中砂：

密实，压缩性中等偏低，强度高，工程性质好。

场地内各土层分布较稳定，土层厚度变化较小，拟建场地为均匀地基，各主要土层地基承载力特征值及压缩模量建议值见表3.1。

表3.1各主要土层地基承载力特征值及压缩模量建议值

土层

②层

粉土

③层

粉土

④层

粉土

⑤层

粘土

⑥层

含砂姜粘土

⑦层中细砂

地基承载力特征值建议值（kPa）

110

120

150

140

220

250

压缩模量建议值（MPa）

5.5

6.0

7.5

6.5

10.0

12.5

4工程任务和规模

4.1经济社会概况

××乡以农业为主，农民人均收入2235元/年，该地区气候温和，土地肥沃，物产丰富，农作物主要为小麦、玉米、油菜等。

改革开放以来，农副业快速增长的同时，乡镇工业高速发展，城乡人民收入及生活水平大幅提高。

乡镇工业的发展，促进了农村小城镇建设的迅速发展，并渐具规模。

4.2工程现状

××河为××乡的一条主要灌溉河道，上游接××河。

××河位于××××、铜山太山两乡境内，它北从大运河柳园、阚口涵洞起，向南入太山乡，在沟上村与房亭河沟通，××河为沿地面高程线28.0m开挖，主要是作为××河以西28.0m高程以上的地面排涝。

××河以东，××乡境内地面高程大都在27.0～26.0m，××河在××乡境内黄汪村与××河相接，引××河水灌溉沿线3.5万亩农田，一直未建挡洪设施，多年来，每当汛期来临，××河洪涝水常淹没××河沿线农田，××河沿线3.5万亩农田经常受淹减产甚至绝收，××河沿线群众饱受洪涝之苦，严重影响农民生活，影响当地农村发展。

4.3工程建设的必要性

鉴于现状，多少年来，××乡干部群众迫切要求在××河黄汪处兴建水利工程用以挡洪，以解除××河下游农田的淹没之灾。

因此在××河与××河交汇处兴建黄汪挡洪闸是必要的。

该闸在汛期关闭闸门，挡××河洪涝水，灌溉期引××河水灌溉下游农田，既免除群众洪涝之灾，又满足××河沿线农田灌溉，一举两得，为建设社会主义新农村提供了有利条件。

4.4工程任务

××闸的建设任务是：

汛期挡××河洪水，以免下游受淹；灌溉期开启闸门，引北××河水灌溉下游3.5万亩农田。

4.5工程规模

××闸灌溉面积3.5万亩，以旱作物为主，考虑今后农业发展，灌溉模数取1.2m3/s/万亩，设计引水流量为5m3/s。

根据《水闸设计规范》（SL265-2001），本工程等别为Ⅴ等，相应建筑物级别为5级。

××闸位于××河与××河交汇处，上游水位为××河水位，下游水位为××河水位，具体水位见表4.1。

表4.1××闸水位表

工况

上游（××河水位）

下游（××河水位）

五年一遇挡涝水位

26.79m

24.5m

二十年一遇挡洪水位

28.87m

26.0m

5工程布置及建筑物

5.1设计依据

5.1.1规范规程

《水闸设计规范》（SL265-2001）

《水利水电工程初步设计报告编制规程》（DL5021-93）

《水利工程水利计算规范》（SL104-95）

《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）

5.1.2基础资料

勘探资料：

《××区××闸岩土工程地质资料》（××中国矿大岩土工程新技术发展公司）

测量资料：

1：

500测量地形图（××中国矿大岩土工程新技术发展公司）。

5.2工程布置

5.2.1工程选址

工程选址应满足挡洪、灌溉要求，为防止洪水淹没下游农田，闸址应尽可能与北××河靠近，因此闸址布置在××河入北××河交汇处；另外由于所选闸址处有一座桥梁，该桥由于年久失修，当地群众要求改建，本次工程建设结合桥梁改建，满足交通要求。

5.2.2工程布置

5.2.2.1方案选择

该闸采用涵洞式水闸与开敞式水闸进行方案比选，方案一：

开敞式水闸结构；方案二：

涵洞式结构，两种方案计算成果见表5.1。

表5.1方案比较表

方案一

（开敞式水闸）

方案二

（涵洞式结构）

孔径计算

计算闸孔净宽2m

计算孔径2m，

消能计算

池深0.5m，池长8.5m

池深0.5m，池长8.5m。

防冲设计

下游海漫及防冲槽长16m

下游海漫及防冲槽长16m。

防渗计算

按构造要求满足防渗要求。

按构造要求满足防渗要求。

下游翼墙设置

最高挡土高度5m，基底平均反力为125KN，需采用换填处理。

最高挡土高度3.1m，无需采用换填处理。

施工难度

施工难度一般。

普通施工方法能满足要求

工程造价

82万元。

55.73万元。

5.2.2.2方案比选

优点：

方案一开敞式水闸外形美观；方案二涵洞式水闸能满足过流要求，工程造价低。

缺点：

方案一开敞式水闸投资较高，方案二涵洞式水闸过流能力较低。

综合比较：

方案一开敞式水闸结构虽然外形美观，但是开敞式水闸上下游翼墙部位要进行换填处理（换填50m水泥土）,翼墙工程量相对较大。

结合当地实际情况和经济现况,本闸为挡洪控制闸，结合灌溉，且灌溉流量较小，因此在满足灌溉流量的前提下，满足挡洪水位要求即可，涵洞式水闸既挡洪，又能满足过流要求，且造价相对较低。

经综合比较采用方案二作为实施方案。

5.2.2.3工程布置

水闸采用1孔2m×2.5m，涵洞底板高程为24.0m，涵洞顶高程为26.9m，涵洞顺水流方向长30m，涵洞底板及洞壁厚0.5m，顶板0.4m。

涵洞上游连接护坡，长12m；涵洞下游接消力池、海漫，海漫末段设抛石防冲槽，消力池长7.5m，海漫长10m，防冲槽长6m。

闸门底高程24.0m，顶高程26.5m，闸门采用平面铸铁闸门，配一台LQ-10手电两用螺杆式启闭机。

洞身上方采用土方回填，便于交通。

5.3建筑物设计

5.3.1建筑物等别

根据《水闸设计规范》SL265-2001，本工程等别为Ⅴ等，相应建筑物级别为5级。

5.3.2设计水位组合

设计水位组合考虑水闸挡××河五年一遇排涝水位、二十年一遇防洪水位及灌溉、防渗、消能水位组合，各种水位组合见表5.2。

表5.2设计水位组合表

工况

上游（m）

下游（m）

五年一遇挡涝水位

26.79

24.5

二十年一遇挡洪水位

28.87

26.0

灌溉水位

26.0

25.95

防渗水位

28.87

26.0

消能水位

26.0

25.0

5.3.3工程设计

5.3.3.1水力计算

上游河底高程24.0m，河底宽8m；下游河底高程24.0m，河底宽6m。

引水水位组合：

H上=26mH下=25.95mQ设计=5m3/s

上游水头：

△H=26-24=2m

A=8×2=16m2

V0=Q/A=5/16=0.3m/s行近流速水头V02/2g=0.32/（2×9.8）=0.005m

计入行近流速的上游水头H0=26-24+0.005=2.005m

hs=25.95-24=1.95mhs/H0=1.95/2.005=0.97σ=0.55

ε=0.911

m=0.385

B0=Q/σεm（2g）0.5H01.5

=5/[0.55×0.911×0.385×（2×9.8）0.5×2.0051.5]

=1.99m

取B0=2m，Q实=σεm（2g）0.5H01.5B0

=0.55×0.911×0.385×（2×9.8）0.5×2.0051.5×2

=5.03m3/s

满足过流5m3/s的要求。

5.3.3.2防渗计算及措施

本工程采用涵洞式结构，顺坡式连接，防渗计算参照堤防渗流稳定计算。

闸位处地基为粉质壤土，结合地质资料，查水闸规范4.3.2，取c=11。

水平防渗长度L=32.5m≧c△H=11×（28.87-26）=31.6m。

底板以上土方回填采用原土回填，渗透稳定满足要求。

5.3.3.3消能防冲设计

（1）消力池深度

消能水位：

H上=26.0H下=25.0Q设计=5m3/s计算

q=Q/2=5/2=2.5m2/s

假设d=0.5m

由《水闸设计规范》B.1.1-3，

hc3-T0hc3+αq2/2gψ2=0

求得hc=0.41m

由《水闸设计规范》B.1.1-2，

hc″=（hc/2）（

）（b1/b2）0.25

求得hc″=1.56m

由《水闸设计规范》B.1.1-2，

Z=αq2/2gψ2hs′2-αq2/2ghc″2

求得Z=0.22m

由《水闸设计规范》B.1.1-1，求得d=1.05×1.56-1-0.22=0.42m

故消力池深度按构造取0.5m，坡比取1：

4

（2）消力池长度

按H上=26H下=25.0计算

hc=0.41mhc″=1.56m

Lsj=Ls+βLj=2+0.7×6.9×（1.56-0.41）=7.5m

（3）消力池底板厚度

由《水闸设计规范》B.1.3-1，

抗冲t=k1

k1——底板计算系数，取0.18

H′——闸孔泄水时的上、下游水位差，为1m

求得抗冲时t=0.18m

消力池底板厚度按构造取0.5m（满足抗浮要求）。

（4）海漫长度

Lp=ks

ks——海漫长度计算系数，取11

qs——消力池末段单宽流量（m2/s）

求得抗冲时Lp=10m，设构造抛石防冲槽，槽深1.5m。

5.3.3.4箱涵地基承载力计算

箱涵的地基承载力计算按照洪水期，取填土最高处进行验算。

（1）垂直土压力强度

由地基土性质取γ=0.2，平基敷管a0=1.0，又H/D=2.67/3=0.89。

H——涵洞顶部填土高度（m）

D——涵洞总宽度（m）

γ土——土的容重（kN/m3），取18kN/m3

查《涵洞》第二版图4-7，Ck=0.55

G=Ck×γ土×D2=0.55×18×32=89kN

q土=89/3=29.7kN/m

（2）侧向土压力

H1——涵洞填土顶部至顶板中心线处高度（m）

H2——涵洞填土顶部至底板中心线处高度（m）

γ土——土的容重（kN/m3），取18kN/m3

Ф——土的内摩擦角Ф，取Ф=30°

顶板厚度中心线处：

q1=γ土H1tg2（45-Ф/2）=13.92kN/m

底板厚度中心线处：

q2=γ土H1tg2（45-Ф/2）=35.22kN/m

（3）汽车荷载

公路路面按照汽-15进行设计，最大汽车活荷载200kN计，后轮单侧轮压P=130/2=65kN，

着地宽度d=0.6m，着地长度c=0.2m，轮距1.8m。

（18-d）/2tg30°=（18-0.6）/2tg30°＜H=2.67m

等代均布荷载

q车=P/（c+1.15H）[d+（1.8-d）/2+Htg30°]

=65/[（0.2+1.15×2.67）（0.6+1.2/2+2.67×tg30°）

=7.25（kN/m）

（4）顶板自重力