拦河闸课程设计Word格式文档下载.docx
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本地区年最高气温42℃，最低气温为-18℃；
（2）风速。
最大风速
=20m/s,吹程D=0.6km；
（3）降雨量。
非汛期（1~6月及10~12月）九个月河流平均最大流量Q=10m3/s；
汛期（7~9月）三个月最大流量Q为130m3/s。
年平均最大流量Q=36.1m3/s,最大年径流总量为9.25亿m3。
年平均最小流量Q=15.6m3/s,最小年径流总量为0.42亿m3。
（4）冰冻。
流域内冰冻时间短,冻土很薄,不影响施工。
1.4建筑材料
本工程位于平原地区、山丘少，石料需从外地供给、距京广线很近，交通条件较好；
经调查本地区附近有较丰富的粘土材料；
闸址处有足够多的砂料。
1.5批准的规划成果
（1）灌溉用水季节,拦河闸的正常挡水位为58.72m,下游无水。
（2）洪水标准。
1）设计洪水位50年一遇，相应的洪峰流量1144.45m3/s，闸上游的洪水位为59.50m，相应的下游水位59.35m；
2）校核洪水位为200年一遇，相应的洪峰流量Q=1642.35m3/s，闸上游洪水位61.00m，闸下游水位60.82m。
闸后交通桥净宽取4.50m或7.00m，两边各设宽0.25m或0.50m的人行道。
3）施工导流采用20年一遇洪水，相应的洪峰为169m3/s。
（3）河道断面。
河道横断面为梯形，边坡为1：
2，马道宽取6.00m。
横断面形状如下图所示。
1.6施工条件
（1）工期：
要求在两年内完成。
（2）电源：
由电网供电、工地距电网10km。
（3）材料供应：
三材统一安排，本地区无石料及水泥，主要从外地用铁路运至本工程所属城市，共350km，再用汽车转运到工地，运距40km。
2、闸址选择及水闸等级确定
2.1闸址的选择
闸址、闸轴线的选择关系到工程的安全可靠、施工难易、操作运用、工程量及投资大小等方面的问题。
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,冰情,施工,管理,周围环境等因素,经技术经济比较后选定。
闸址宜选择在地形开阔、岸颇稳定、岩土坚实和地下水位较底的地点，优先选用地址条件良好的天然地基，避免采用人工处理地基。
若在交叉河口附近建闸，选定的闸址宜在距离交叉河口较远处。
拦河闸应选择在河道顺直，河势相对稳定和河床断面单一的河段,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。
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。
选择闸址还应考虑下列要求：
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。
本设计闸址、闸轴线选在地形高程61.5m处，规划中已给出。
2.2水闸等级确定
（1）平原区水闸枢纽工程应根据水闸最大过闸流量及其防护对象的重要性划分等别,其等别应按表2.1.1确定。
规模巨大或在国民经济中占有特殊重要地位的水闸枢纽工程,其等别应经论证后报主管部门批准确定。
注：
当按表列最大过闸流量及防护对象重要性分别确定的等别不同时,工程等别应经综合分析确定。
表2.1.1 平原区水闸枢纽工程分等指标
工程等别
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
规 模
大
（1）型
大
（2）型
中型
小
（1）型
小
（2）型
最大过闸流量
（m3/s）
≥5000
5000～1000
1000～100
100～20
＜20
防护对象的重要性
特别重要
重要
中等
一般
-
（2）水闸枢纽中的水工建筑物应根据其所属枢纽工程等别,作用和重要性划分级别,其级别应按表2.1.2确定。
永久性建筑物指枢纽工程运行期间使用的建筑物.主要建筑物指失事后将造成下游灾害或严重影响工程效益的建筑物.次要建筑物指失事后不致造成下游灾害或对工程效益影响不大并易于修复的建筑物.临时性建筑物指枢纽工程施工期间使用的建筑物。
表2.1.2 水闸枢纽建筑物级别划分
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
1
3
4
2
5
（3）山区,丘陵区水利水电枢纽中的水闸,其级别可根据所属枢纽工程的等别及水闸自身的重要性按表2.1.2确定.山区,丘陵区水利水电枢纽工程等别应按国家现行的《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）的规定确定。
（4）灌排渠系上的水闸,其级别可按现行的GB50288-99《灌溉与排水工程设计规范》的规定确定。
（5）位于防洪（挡潮）堤上的水闸,其级别不得低于防洪（挡潮）堤的级别。
（6）对失事后造成巨大损失或严重影响,或采用实践经验较少的新型结构的2～5级主要建筑物,经论证并报主管部门批准后可提高一级设计；
对失事后造成损失不大或影响较小的1～4级主要建筑物,经论证并报主管部门批准后可降低一级设计。
由于本工程位于平原地区，所以水闸等级可根据表2.1.1来确定。
本工程最大过闸流量在1000～5000m3/s区间，所以此水闸规模为大
（2）型，工程等别为II级。
2.3洪水标准确定
平原区水闸的洪水标准应根据所在河流流域防洪规划规定的防洪任务,以近期防洪目标为主,并考虑远景发展要求,按表2.2.1所列标准综合分析确定.
表2.2.1 平原区水闸洪水标准
水闸级别
洪水重现期（a）
设计
100～50
50～30
30～20
20～10
10
校核
300～200
200～100
由于水闸等级为2级，则可确定设计洪水重现期在30～50年，校核洪水重现期在100～200年。
根据批准的规划成果可知，本水闸的设计洪水位50年一遇，相应的洪峰流量1144.45m3/s，闸上游的洪水位为59.50m，相应的下游水位59.35m；
校核洪水位为200年一遇，相应的洪峰流量Q=1642.35m3/s，闸上游洪水位61.00m，闸下游水位60.82m。
平原区水闸闸下消能防冲的洪水标准应与该水闸洪水标准一致,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。
3、闸孔形式选择及闸底板高程确定
3.1闸孔形式选择
闸孔形式一般有宽顶堰型、低实用堰型和胸墙孔口型三种。
由于本工程是拦河闸，若采用低实用堰易淤沙。
若采用胸墙孔口型易对泄洪有影响。
故采用了有结构简单、施工方便、泄流能力比较稳定，有利于泄洪、冲沙、排淤等优点的宽顶堰型。
3.2闸底板高程确定
闸底板高程的确定，不仅对闸孔的型式、尺寸和闸室的稳定有着决定性的影响。
而且直接关系到整个水闸工程的工程量和造价。
闸底板高程应根据河（渠）底高程,水流,泥沙,闸址地形,地质,闸的施工,运行等条件,结合选用的堰型,门型及闸孔总净宽等,经技术经济比较确定.
由于河槽蓄水，闸前淤积对洪水位影响较大，为排于排除淤沙。
闸底板高程应尽可能低。
因此，采用无底坎平底板宽顶堰，堰顶高程与河床同高，即闸底板高程为51.92m。
4、闸室布置
4.1闸底板
4.1.1作用
闸底板是闸室的基础，承受闸室及上部结构的全部荷载，并较均匀地传给地基，还有防冲、防渗等作用。
4.1.2形式
闸室底板型式应根据地基,泄流等条件选用平底板,低堰底板或折线底板。
（1）一般情况下,闸室底板宜采用平底板；
在松软地基上且荷载较大时,也可采用箱式平底板.
（2）当需要限制单宽流量而闸底建基高程不能抬高,或因地基表层松软需要降低闸底建基高程,或在多泥沙河流上有拦沙要求时,可采用低堰底板。
（3）在坚实或中等坚实地基上,当闸室高度不大,但上,下游河（渠）底高差较大时,可采用折线底板,其后部可作为消力池的一部分。
本工程闸底板型式选用平底板，沉陷缝设在闸墩中间。
4.1.3底板顺水流方向长度
闸室底板顺水流向长度应根据闸室地基条件和结构布置要求,以满足闸室整体稳定和地基允许承载力为原则,进行综合分析确定。
闸底板顺水流方向长度，据闸基土质为重粉质壤土，A取2.0，按式：
L底=A×
H=2×
6.8=13.6（m）
综合考虑上部结构布置及地基承载力等要求，确定闸基长度为18m。
4.1.4底板分段
闸室结构垂直水流向分段长度（即顺水流向永久缝的缝距）应根据闸室地基条件和结构构造特点,结合考虑采用的施工方法和措施确定.对坚实地基上或采用桩基的水闸,可在闸室底板上或闸墩中间设缝分段；
对软弱地基上或地震区的水闸,宜在闸墩中间设缝分段.岩基上的分段长度不宜超过20m,土基上的分段长度不宜超过35m.当分段长度超过本条规定数值时,宜作技术论证.永久缝的构造型式可采用铅直贯通缝,斜搭接缝或齿形搭接缝,缝宽可采用2～3cm.
本工程在闸墩中间设缝，缝宽为2cm。
4.1.5底板厚度
闸室底板厚度应根据闸室地基条件,作用荷载及闸孔净宽等因素,经计算并结合构造要求确定.
闸底板厚度为：
t=1/5×
9=1.8（m）,实际取1.5m.
闸底板尺寸图（单位：
cm）
4.2闸墩
4.2.1作用
分隔闸孔并支承闸门、工作桥等上部结构，使水流顺利地通过闸室。
4.2.2长度
其长度采用与底板同长，为18m。
4.2.3厚度
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.
中墩1.2m，缝墩1.6m，边墩1.0m。
平面闸门的门槽尺寸应根据闸门的尺寸确定，检修门槽深0.20m，宽0.20m，主门槽深0.3m，宽0.8m。
检修门槽与工作门槽之间留3.0m的净宽，以便于工作人员检修。
4.2.4闸墩结构型式
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。
4.2.5闸墩外形轮廓
闸墩的外形轮廓设计应能满足过闸水流平顺、侧向收缩小、过流能力大的要求。
上游墩头采用半圆形，下游墩头采用流线形。
4.2.6闸墩高度
采用以下三种方法计算，取较大值。
根据计算墩高最大值为9.58m，另根据《水闸设计规范》中规定，有防洪任务的拦河闸闸墩高程不低于两岸堤顶高程，两岸堤顶高程为61.50m，经比较后取闸墩高程10m。
H墩=校核洪水位时水深＋安全超高=9.08+0.4=9.48（m）
H墩=设计洪水位时水深＋安全超高=7.58+0.5=8.08（m）
H墩=正常挡水位时水深＋Δh=6.8+0.98=7.78（m）
式中，Δh为波浪高度，缝墩尺寸见下图：
4.3闸门与启闭机
闸门按工作性质可分为工作闸门、事故闸门和检修闸门；
按材料分为钢闸门、混凝土闸门和钢丝网水泥闸门；
按结构分为平面闸门、弧形闸门等。
启闭机可分为固定式和移动式两种，常用固定式启闭机有卷扬式、螺杆式和油压式。
卷扬式启闭机启闭能力较大，操作灵便，启闭速度快，但造价高。
螺杆式启闭机简便、廉价，适用于小型工程、水压力较大、门重不足的情况等。
油压式启闭机是利用油泵产生的液压传动，可用较小的动力获的很大启闭力，但造价较高。
在有防洪要求的水闸中，一般要求启闭机迅速可靠，能够多孔同步开启，这里采用卷扬式启闭机，一门一机。
4.3.1工作闸门
闸门结构的选型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。
（1）挡水高度和闸孔孔径均较大,需由闸门控制泄水的水闸宜采用弧形闸门。
（2）当永久缝设置在闸室底板上时,宜采用平面闸门；
如采用弧形闸门时,必须考虑闸墩间可能产生的不均匀沉降对闸门强度,止水和启闭的影响。
（3）受涌浪或风浪冲击力较大的挡潮闸,宜采用平面闸门,且闸门面板宜布置在迎潮侧。
（4）有排冰或过木要求的水闸,宜采用平面闸门或下卧式弧形闸门；
多泥沙河流上的水闸,不宜采用下卧式弧形闸门。
（5）有通航或抗震要求的水闸,宜采用升卧式平面闸门或双扉式平面闸门。
本工程工作闸门基本尺寸为闸门高9m，宽9m，采用平面钢闸门，双吊点，滚轮支承。
4.3.2检修闸门
检修闸门多采用平面闸门或叠梁式闸门。
本工程检修闸门采用叠梁式，闸门槽深为20cm，宽为20cm。
检修闸门型式如下图所示：
4.3.3启闭机
启闭机型式可根据门型,尺寸及其运用条件等因素选定.选用启闭机的启闭力应等于或大于计算启闭力,同时应符合国家现行的SL41-93《水利水电工程启闭机设计规范》所规定的启闭机系列标准。
当多孔闸门启闭频繁或要求短时间内全部均匀开启时,每孔应设一台固定式启闭机。
根据《水工设计手册》，平面直升纲闸门结构活动部分重量公式，经过计算得16.9t，考虑其他因素取闸门自重170kN。
G=0.012k支k材H1.65B1.85
G—闸门结构活动部分重量，t；
k支—闸门的支承结构特征系数，对于滑动式支承取0.8，对于滚轮式支承取1.0，对于台式支承取1.3；
k材—闸门材料系数，普通碳素结构刚制成的闸门为1.0，低合金结构支承的闸门取0.8；
H—孔口高度，取9m；
B—孔口宽度，取8m。
初估闸门启闭机的启闭力。
根据水工设计手册中的近似公式：
FQ=（0.10～0.12）P＋1.2G=0.10×
1850＋1.2×
170=389（KN）
FW=（0.10～0.12）P－1.2G=0.10×
1850－1.2×
170=-19（KN）
式中P—平面闸门的总水压力，KN。
P=1/2rh2b；
FQ—启门力,KN
FW—闭门力,KN
由于闸门关闭挡水时，水压力P值最大。
此时闸门前水位为6.8m，本工程为中型水闸，系数采用0.10，经计算启门力FQ为389kN，闭门力FW为-19kN。
查水工设计手册，选用电动卷扬式起闭机型号QPQ—2×
25。
4.4上部结构
闸室上部工作桥、检修便桥、交通桥可根据闸孔孔径,闸门启闭机型式及容量,设计荷载标准等分别选用板式,梁板式或板拱式,其与闸墩的连接型式应与底板分缝位置及胸墙支承型式统一考虑。
有条件时,可采用预制构件,现场吊装。
工作桥的支承结构可根据其高度及纵向刚度选用实体式或刚架式。
工作桥,检修便桥和交通桥的梁（板）底高程均应高出最高洪水位0.5m以上；
若有流冰,应高出流冰面以上0.2m。
4.4.1工作桥
工作桥是为了安装启闭机和便于工作人员操作而设的桥。
若工作桥较高，可在闸墩上部设排架支承。
工作桥设置高程与闸门尺寸及形式有关。
由于是平面钢闸门，采用固定式卷扬启闭机，闸门提升后不能影响泄放最大流量，并留有一定的富裕度。
根据工作需要和设计规范，工作桥设在工作闸门的正上方，用排架支承工作桥，桥上设置启闭机房。
由启闭机的型号决定基座宽度为2m，启闭机旁的过道设为1m，启闭机房采用24砖砌墙，墙外设0.66m的阳台。
因此，工作桥的总宽度为6m。
由于工作桥在排架上，确定排架的高度即可得到工作桥高程。
排架高度=闸门高+安全超高+吊耳高度=9+0.4+0.5=9.9（m）
工作桥高程=闸墩高程+排架高+T形梁高=61.92+9.9+1=72.82（m）
工作桥细部构造见下图：
4.4.2检修桥
检修桥的作用为放置检修闸门，观测上游水流情况，设置在闸墩的上游端。
采用预制T形梁和活盖板形式。
尺寸如下图所示。
4.4.3交通桥
交通桥的作用是连接两岸交通，供车辆和人通行。
交通桥的形式可采用板梁式。
交通桥的位置应根据闸室稳定及两岸连接等条件确定，布置在下游。
仅供人畜通行用的交通桥，其宽度不小于3m，行驶汽车等的交通桥，应按交通部门制定的规范进行设计，一般公路单车道静宽为4.5m，双车道为7-9m。
本次设计采用双车道宽8m宽，并设有人行道安全带为0.75m，具体尺寸如图4-3所示。
4.5两岸连接建筑物布置
水闸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。
两岸连接布置应与闸室布置相适应。
水闸两岸连接宜采用直墙式结构；
当水闸上,下游水位差不大时,也可采用斜坡式结构,但应考虑防渗,防冲和防冻等问题。
在坚实或中等坚实的地基上,岸墙和翼墙可采用重力式或扶壁式结构；
在松软地基上,宜采用空箱式结构。
岸墙与边闸墩的结合或分离,应根据闸室结构和地基条件等因素确定。
当闸室两侧需设置岸墙时,若闸室在闸墩中间设缝分段,岸墙宜与边闸墩分开；
若闸室在闸底板上设缝分段,岸墙可兼作边闸墩,并可做成空箱式.对于闸孔孔数较少,不设永久缝的非开敞式闸室结构,也可以边闸墩代替岸墙。
上,下游翼墙宜与闸室及两岸岸坡平顺连接。
上游翼墙的平面布置宜采用圆弧式或椭圆弧式,下游翼墙的平面布置宜采用圆弧（或椭圆弧）与直线组合式或折线式。
在坚硬的粘性土和岩石地基上,上,下游翼墙可采用扭曲面与岸坡连接的型式。
上游翼墙顺水流向的投影长度应大于或等于铺盖长度。
下游翼墙的平均扩散角每侧宜采用7°
～12°
其顺水流向的投影长度应大于或等于消力池长度。
在有侧向防渗要求的条件下,上,下游翼墙的墙顶高程应分别高于上,下游最不利的运用水位。
翼墙分段长度应根据结构和地基条件确定.建筑在坚实或中等坚实地基上的翼墙分段长度可采用15～20m；
建筑在松软地基或回填土上的翼墙分段长度可适当减短。
4.5.1上、下游连接建筑物的作用
挡住两侧填土，维持土坝及两岸稳定；
当水闸泄水或引水时，上游翼墙主要用于引导水流平顺进闸，下游翼墙使出闸水流均匀扩散，减少冲刷；
保持两岸或土坝边坡不受过闸水流的冲刷；
控制通过闸身两侧的渗流，防止与其相连的岸坡或土坝产生渗透变形；
在柔软地基上设有独立岸墙时，可以减少地基沉降对闸身应力的影响。
4.5.2上游连接建筑物
本次设计的上游连接建筑物采用圆弧式翼墙，这种布置是从边墩开始，上游用圆弧行的铅直翼墙与河岸连接，上游圆弧半径为20m。
其优点是水流条件好，但模板用量大，施工复杂。
上游段采用的挡土墙形式有扶墙式和重力式两种。
从闸室向上游岸坡连接时，先采用扶墙式，挡翼墙插入岸体一定深度时，再采用重力式挡土墙。
具体构造如下图所示：
4.5.3下游连接建筑物
本次设计的下游连接建筑物采用铅直的八字形翼墙，其扩散角采用7°
，直到消力池末端，当进入海漫后采用扭曲面与下游两岸连接。
下游连接建筑物采用悬臂式挡土墙来挡土。
4.5.4闸室与岸坡连接建筑物
闸室边墩后采用空箱式挡土墙，上边建有桥头堡，桥头堡的墙尽量坐在空箱式挡土墙的竖墙上，用来承载一定的重量，空箱式挡土墙的具体构造如上图所示。
5、闸孔尺寸确定
5.1闸室、闸孔形式
5.1.1闸室结构形式
本工程主要任务是正常情况下拦截河水，以利灌溉，而当洪水来临时，开闸泄水，以保防洪安全。
由于是建在平原地区河道上的拦河闸，应具有较大超泄能力，并利于排除漂浮物。
因此采用不设胸墙的开敞式水闸。
而不采用穿堤取水或者排水的涵洞式水闸。
也不采用双层式水闸。
5.1.2闸孔形式
5.2闸孔尺寸
5.2.1判别堰的出流流态
由于已知上、下游水位，可推算上游水头及下游水深如表5.1所示
表5.1上游水头计算
流量Q
下游水深
上游水深
过水断面
面积
行近流速
上游水头H0
（m3/s）
hs（m）
H（m）
（m2）
v0（m/s）
（m）
设计流量1144.45
7.43
7.58
656.35
1.74
0.15
7.73
校核流量1142.89
8.9
9.08
847.33
1.94
0.19
9.27
考虑雍高15-20cm（
取值在0.1-0.3m之间,H0=hs+
+
）
闸门全开泄洪时，为平底板宽顶堰，根据公式h≥0.72H判别是否为淹没出流,其判别计算见表5.2
表5.2淹没出流判别计算
计算情况
下游水深hs（m）
上游水头H0（m）
hs>
0.72H0
流态
设计水位
7.43>
5.57
淹没出流
校核水位
8.90>
6.67
5.2.2确定闸孔总净宽
闸孔总净宽应根据泄流特点,下游河床地质条件和安全泄流的要求,结合闸孔孔径和孔数的选用,经技术经济比较后确定。
按照闸门总净宽计算公式
根据设计洪水和校核洪水两种情况分别计算,见表5.3其中侧收缩系数,取0.96，m为堰流流量系数,取0.385。
表5.3闸孔总净宽计算
下游水深hs
淹没系数
B0
0.96
0.59
54.03
校核流量1642.89
59.04
5.2.3闸孔尺寸的选择
闸孔孔径应根据闸的地基条件,运用要求,闸门结构型式,启闭机容量,以及闸门的制作,运输,安装等因素,进行综合分析确定。
选用的闸孔孔径应符合国家现行的（SL74-95）《水利水电工程钢闸门设计规范》所规定的闸门孔口尺寸系列标准。
闸孔孔数少于8孔时,宜采用单数孔。
根据《闸门设计规范》中闸孔尺寸和水头系列标准，选定单孔净宽b=9m，同时为了保证闸门对称开启，防止不良水流形态，选用7孔。
由于闸基为软基河床，选用整体五宽度为：
L=（7×
9）+（2×
1.6+4×
1.2）=71（m）
图5-1闸孔尺寸布置图（单位：
m）
5.2.4校核闸孔的过流能力
根据孔口与闸墩的尺寸可计算侧收缩系数，查《水闸设计规范》（规范表2-2），结果如下：
对于中孔：
得
靠缝墩孔：
对于边孔：
所以与假定接近，根据选定的孔口尺寸与上下游水位，进一步换算流量如表2.4所示。
表2.4过流能力校核计算
堰上水头H0
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