水闸设计Word文档格式.docx

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5年一遇规划设计除涝流量，Ｑ＝230，水闸建成后相应闸下游水位为39.9ｍ，要求泄洪时闸上、下游允许水面壅高ｈ≤0.1ｍ。

20年一遇洪水校核流量Ｑ＝495，闸下游相应水位41.8ｍ，要求建闸后泄洪时上、下游水面允许壅高Δｈ≤0.2ｍ。

正常灌溉蓄水位为41.0ｍ。

该河经治理后的下游河道水位流量关系见表1－1。

表1-1河道水位流量关系

流量Ｑ（）

6.22

19.92

39.6

64.5

94.6

129.3

水深（ｍ）

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

1.3闸址处地形情况

该河原河道过水断面较小，不能满足排涝和排洪要求。

根据规划要求，须奖原河道扩宽加深，经治理后闸址处河底高程定为36.0ｍ，河道底扩宽为43.0ｍ，边坡1：

2.5。

河两岸地面平坦，河道在闸址上下游顺直。

1.4闸址处地质资料

闸基为亚黏土，主要物理力学指标如下：

土壤湿重度19ＫＮ／m浮重度10ＫＮ／m；

土壤内摩擦角φ＝16°

，粘滞力C＝10ｋＰa；

地基允许承载力[σ]＝120ｋＰa；

；

混凝土与地基的滑动摩擦系数ｆ＝0.25；

土壤的压缩模量Ｅ=10。

1.5天然建筑材料

石料：

本闸地处平原，缺乏石料，需到距闸下120Kｍ的县办采石厂运料。

砂料：

闸址以北的沙河中有丰富的沙源，运距仅5Kｍ，多为中，细砂。

砖：

本地烧制有普通砖，但不能用于水下结构。

1.6施工条件

闸址处对外交通比较方便，距省级公路仅4Kｍ。

施工用水、电充足。

在县城即可采购到工程所使用的钢筋、水泥、木材等。

1.7其它资料

气温：

闸址处历年平均气温14.5°

C，最高7月份平均气温30°

C，最低1月份均气温－1.0°

C风速：

计算风速为19，风向垂直闸轴线，吹程0.35。

水闸是一种低水头水工建筑物，具有挡水、泄水的双重作用，在水利工程中应用十分广泛。

其主要作用除了通过闸门的启闭控制闸门流量和调节水位外，还具有防止潮水倒灌以及汛期排泄洪水的功能。

水闸常常与其他水工建筑物组成水利枢纽，共同发挥作用，如与泵毡组成抽水枢纽、与水电站组成发电枢纽，与其他挡水建筑物组成水库枢纽等。

我设计的水闸类型为节制闸。

主要是为了排涝、防洪、灌溉等。

水闸由上游连接段、闸室、下游连接段三部分组成。

上游连接段的作用是将上游开水平顺地引进闸室，并具有防冲和防渗等作用；

下游连接段的作用是引导过闸水流均匀扩散，通过消能防冲设施，以保证闸后水流不发生有害冲刷。

闸室段位于上下游连段之间，是水闸工程的主体，其作用是控制水位、调节流量

第二章闸室基本形式和孔口尺寸的确定

一确定水闸的基本形式

1.建闸的目的

该闸是平原河道上的一节制闸，以抬高水位引水灌溉农田为主。

闸上游控制流积3602，利用该水闸控制水位可以灌溉20万亩农田。

2．确定水闸的基本形式

2.1闸室结构形式分为：

开敞式和封闭式两种。

开敞式水闸又分为：

有胸墙和无胸墙两种，前者用于上游水位变幅较大，水闸净宽有为底水位过闸流量所控制，在高水位时需用闸门控制流量的水闸。

后者用于上游水位变幅不大或有通航、排水、排污等特别要求的水闸。

由于本设计上游水位变幅不大，故采用开敞式无胸墙形式的水闸。

2.2水闸按过水流量大小将水闸分为大、中、小水闸。

过闸流量在350m3为大型水闸，在100—1000m3的为中型水闸，小于100m3的为小型水闸。

本设计流量在100—1000m3之间，所以确定本闸为中型水闸。

二确定闸孔型式与尺寸的方法和步骤

1、闸孔形式

常用的闸孔形式有宽顶堰、低实用堰和孔口泄流三种。

宽顶堰是水闸中常用的一种形式。

它有利于泄洪、排沙、排污、排冰、通航，且泄流能力比较稳定，结构简单，施工方便，但泄流时流量系数较小，容易产生波状水跃。

本设计考虑要用泄流能力比较稳定，结构简单，施工方便的，固选用宽顶堰为闸孔形式。

2、闸底板形式

闸底板形式采用平地板。

因本工程为中型水闸，闸室工程量较大，所以适当降低底板高程是有利的。

故闸底板高程与河底齐平，高程为36.00m。

3、闸室分孔及孔宽确定

3、1判别流态

由设计资料可知，经治理后闸址处河底高程为36m，河道的底宽扩宽为43.0m。

边坡1：

2.5，河两岸地势平坦。

闸下游水深为39.9米，允许上游水面壅高▽h≤0.1米。

所以上游设计水深为h0=39.9+0.1=40.0m。

上游总水头H00+αv02/2g，

式中V0：

上游行进流速，对于节制闸，上游水头H0下+壅高水位H0、为上下游相对于闸底板高程的总水头及下有水深。

H0=39.9+0.1-36=4.0m

根据宽顶堰的淹没条件0是否大于0.8，可判断是否为淹没出流。

由于0=3.9/4.0=0.975＞0.8，故为淹没出流。

3.2计算闸孔宽度

根据水流成堰流时的闸孔总净宽的计算公式（教材《水工建筑物》中国水利水电出版社P135式5-1）：

式中：

Q—设计流量，m3；

B0—闸孔总净宽，m；

H0—计入行进流速水头在内的堰顶水头，m；

б，ε，m—淹没系数、侧收缩系数和流量系数，

g—重力加速度，2。

由于0=0.975，可以查下表（教材《水力学》P193表8-4）得

0.90

0.91

0.92

0.93

0.94

0.95

0.96

0.97

0.98

б

0.84

0.82

0.78

0.74

0.70

0.65

0.59

0.50

0.40

б=0.50－（0.50－0.40）/2=0.450

⑴.侧收缩系数ε与孔口尺寸等因素有关，计算时先假定ε值。

初步假定

⑵.流量系数m宽顶堰的流量系数m决定于堰顶进口形式，直角进口平底板时，

由于本设计宽顶堰的堰高为零，所以它的流量系数m值最大可取0.385。

式中P，H分别为坝高及上游水头。

B0［mεб（2g）1/2H03/2］

=230/［0.385×

0.97×

0.450×

（2×

9.8）1/2×

4.03/2］

=38.642m

⑶.单孔宽度b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，单孔宽度b大中型常为812m；

⑷.孔数n：

孔数在闸孔数目较少时（为68孔以下），宜取奇数孔，以利对称开启，改善闸下游水流条件。

为了便于闸门对称开启，使过闸水流均匀，避免因偏流造成闸下的局部冲刷和使闸室结构受力对称，孔数宜采用单数。

本设计闸孔数n取5孔。

b=38.642/5=7.728m,取b为8m.

3.3闸室宽度

（1）2t

d：

闸墩厚度

t：

边墩厚度

根据闸孔尺寸及上部结构布置，拟定闸边墩形状与尺寸，闸墩上游头部宜为曲线形，以改善水流条件；

闸墩厚度一般不小于1.0m，并应保证门槽处闸墩最小厚度不小于50。

设定两个中墩为1.2m，两个缝墩为1.5m，两个边墩为1.0m。

则5×

8.0+1.2+1.2+1.5+1.5+2×

1.0=47.4m

4.过流校核

设计洪水位：

40-36=4.0m时的泄量

Q泄［mεб（2g）1/2H03/2］

=5×

8.0×

0.385×

19.61/2×

4.03/2

=238.08m3

（Q泄—Q设）设=（238.08—230）/230

=3.5%＜5%

校核洪水位：

41.8-36=5.8m

H0=41.8+0.2-36=6.0m

0=5.8/6.0=0.967

则σ=0.5250.385,ε=0.97

Q校［mεб（2g）1/2H03/2］

0.525×

9.8）½

×

6.03/2

=510.278m3

（Q泄—Q校）/Q校=（510.278－495）/495=3.1%＜5%

经比较，本设计满足泄流要求。

三闸底板形式选择及尺寸拟定

1.闸底板形式

因为地基是亚黏土地基易产生不均匀沉陷,故采用钢筋砼平板结构,它可以把闸室荷载比较均匀的传布于地基。

采用等厚度的平板。

2.闸底板尺寸的确定

板厚为单孔净跨的1/6~1/8，且在1~2米内。

本设计单孔净跨为8米，故板厚取1.0米，且两端设有0.5米厚齿墙。

顺水流方向长度：

1.5～2.5=2.2，H为上、下游最大水头差5.8米，故2.2×

5.8=12.76米，取13.0米。

垂直水流方向边墩厚1.0米，缝墩厚1.5米，中墩厚1.2米。

四闸墩及闸门尺寸的确定

由于本节制闸可灌溉20万亩农田，根据我国《水利水电枢纽工程等级划分及标准》规定，故本节制闸工程等别为三等，工程规模为中型，主要建筑物为3级，次要建筑物为4级。

1.闸墩的厚度选定

在考虑到闸门槽深度需设置30~50的情况下，设定两个中墩为1.2m，两个缝墩为1.5m，两个边墩为1.0m。

2.闸墩的长度拟定

为方便计算，本设计选取同底板同长为13.0米。

3.闸门高度拟定

闸门高度=闸前正常壅高水位+超高

其中：

超高h0+2h1+δ

h0——波浪中心线超过静水位的高度（m）

2h1—波浪高度（m）

δ—安全加高（m）

则2h1=0.00761/12（g×

2）1/3.（V2）

=0.0076×

19-1/12×

（9.8×

350/192）1/3×

（192/9.8）

=0.46m

20.3311/2.15（g×

2）1/3.75.（V2）

=0.331×

19-1/2.15×

350/192）1/3.75×

（192/9.8）=5.65m

h0=4π2/23.14×

0.462/5.65=0.117m

g×

2=9.501＜20~250，所以累计频率的波高即为波浪高度0.46m

D为吹程350m。

根据《水工建筑物》教材P152表5-11查得

因为设计洪水位3级为0.4m

校核洪水位3级为0.3m

所以设计：

h0+2δ=0.113+0.46+0.4=0.973m

校核：

h0+2δ=0.113+0.46+0.3=0.873m

由于闸顶静水位以上的安全超高大于3级

0.7m；

校核洪水位0.5m。

则安全超高d选取为0.973米。

闸门高度=6+0.973=6.973m，取7.0m。

由于校核水位7.0m大于5.0m，故闸门高度选取7.0m，其高程为44.0m。

4.闸墩的高度拟定

闸墩高度=闸门高度+安全超高

=7.0+0.7

=7.7m选取闸墩高度为8.0m，高程为45.0m。

5.闸门及启闭设备

5.1闸门的形式

本节制闸采用平面闸门

5.2闸门的尺寸拟定

闸门高7.0m厚0.6m宽8.6m

5.3启闭机布置

采用一机一门的固定卷扬启闭机

6.工作桥

6.1工作桥供安置启闭机和管理人员操纵之用

工作桥的梁底至闸室底板的净空高度h按下式计算：