H江水闸说明书解析.docx

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H江水闸说明书解析

毕业设计说明书

H江水利枢纽工程水闸设计

年级专业：

2012级水利水电工程

学号：

姓名：

指导老师：

2014年3月

摘要

函江位于我国华东地区，流向自东向西北，全长375km，流域面积176万km2，是鄱阳湖水系的重要支流，也是长江水系水路运输网的组成部分。

本工程以航运为主体，兼任泄洪、发电、灌溉、供水和适应战备需要的综合开发工程，工程等级为三等，主要建筑物按3级建筑物设计，次要建筑物按4级建筑物设计。

本设计共包含泄水闸、船闸及水电站厂房，根据现场勘查及方案比较，设计将泄水闸布置在河床中间，泄水闸每孔净宽10m，共36孔，高12m，直升式平板钢闸门控制，闭闸时拦截江流，稳定上游水位，开闸时泄水，排沙防淤。

设计流量9540m3/s，校核流量12350m3/s。

船闸1处，船闸布置在左岸，闸室有效长度为135m，净宽12m，槛上水深2.5m，闸室顶高程24.0m，底高程10.5m。

闸上公路桥设在上闸首的上游端。

水电站布置在右岸，水电站厂房宽15m（顺流向），长36.2m。

厂房地面高程24.5m，水轮机安装高程10.5m。

水电站设计水头3.5m，最高水头7.0m，最大引用流量225m3/s，总装机3×2200KW。

站上公路桥设在厂房的上游端。

日期：

2014年03月

目录

一、综合说明1

1.1基本概况1

1.2工程任务与规模1

1.2.1船闸1

1.2.2水电站1

1.2.3泄水闸2

二、设计基本资料6

2.1工程等级及设计标准6

2.1.1流域概况6

2.1.2工程等级6

2.1.3洪水标准6

2.2地形、地质及当地材料6

2.2.1闸址地形6

2.2.2闸址地质7

2.2.3当地建筑材料7

2.3基本资料8

2.4建筑物设计参数9

2.4.1船闸9

2.4.2电站9

2.4.3泄水闸10

2.4.4公路桥11

三、泄水闸水力设计12

3.1泄水闸设计参数12

3.1.1水位12

3.1.2计算水位组合12

3.1.3其它参数12

3.2闸孔设计13

3.2.1设计依据13

3.2.2堰型选择及堰顶高程确定13

3.2.3闸孔尺寸的确定13

3.3消能防冲设计14

3.3.1消能方式14

3.3.2消能设计14

3.3.3海漫设计16

3.3.4防冲槽设计17

3.4防渗排水设计17

3.4.1地下轮廓设计17

3.4.2闸基防渗强度的验算18

3.4.3渗流计算18

3.4.4抗渗稳定性计算23

3.4.5滤层及防渗排水设计24

3.5闸室布置和稳定分析25

3.5.1闸室结构布置25

3.5.2荷载及其组合28

3.5.3闸室稳定计算29

3.6水闸结构计算32

3.6.1计算情况33

3.6.2闸基的地基反力计算33

3.6.3弯矩计算33

3.6.4配筋计算34

四、连接建筑物工程设计36

4.1上游翼墙36

4.2下游翼墙36

4.3岸墙36

五、地基处理和细部构造的设计37

5.1地基处理37

5.2细部构造37

5.2.1缝和止水结构37

5.2.2排水反滤结构37

小结39

设计依据及参考文献40

1、综合说明

1.1基本概况

函江位于我国华东地区。

流向自东向西北，全长375km，流域面积176万km2，是鄱阳湖水系的重要支流，也是长江水系水路运输网的组成部分。

该流域气候温和，水量充沛，水面平缓，含砂量小，对充分开发这一地区的航运具有天然的优越条件。

流域内有耕地700多万亩，矿藏资源十分丰富，工矿企业较发达，有国家最大的有色金属冶炼工程铜基地及腹地内的建材轻工。

原材料及销售地大部分在长江流域各省、市地区，利用水运的条件十分优越。

流域梯级开发后，将建成一条长340km通航千吨级驳船的航道和另一条长50km通航300吨级驳船的航道，并与长江、淮河水系相互贯通形成一个江河直达的上游水路运输网。

同时也为沿江各县市扩大直流灌溉创造有利条件。

对促进沿河地区的工农业发展具有重要的作用，社会和经济效益十分显著。

1.2工程任务与规模

本工程以航运为主体，兼任泄洪、发电、灌溉等综合效益。

根据《水闸设计规范》SL265-2001第4.1.6条规定：

水闸枢纽中的船闸、泵站或水电站宜靠岸布置，但船闸不宜与泵站或水电站布置在同一岸侧，船闸、泵站或水电站与水闸的相对位置，应能保证满足水闸通畅泄水及各建筑物安全运行的要求。

因此，本设计在枢纽布置时，将泄水闸布置在河床中间，船闸布置在左岸，水电站布置在右岸。

1.2.1船闸

船闸1座，闸室有效长度为135m，净宽12m，槛上水深2.5m，闸室顶高程24.0m，底高程10.5m。

闸上公路桥设在上闸首的上游端。

1.2.2水电站

水电站厂房宽15m（顺流向），长36.2m。

厂房地面高程24.5m，水轮机安装高程10.5m。

水电站设计水头3.5m，最高水头7.0m，最大引用流量225m3/s，总装机3×2200KW。

站上公路桥设在厂房的上游端。

具体布置见附图一：

总平面布置图。

1.2.3泄水闸

泄水闸每孔净宽10m，共36孔，高12m，露顶式平板钢闸门控制，闭闸时拦截江流，稳定上游水位，开闸时泄水，排沙防淤。

设计流量9540m3/s，校核流量12350m3/s。

（1）水闸水力设计

1）堰型、堰顶高程

闸孔采用结构简单、施工方便的无坎平底宽顶堰（平底水闸属无坎宽顶堰）。

拟定闸底板顶高程为13.0m。

2）水闸总宽度

闸室总宽度为1.0×2+1.2×18+1.6×17+360=410.8m

（2）水闸消能防冲设计

1）消力池

消力池采用钢筋砼结构，深1.0m，消力池长L=15m，厚度0.5m。

2）海漫

海漫长度L=40m，海漫水平段长10m，采用50cm浆砌块石砌筑，斜坡段长30m，1:

15放坡。

3）防冲槽

防冲槽采用梯形断面，槽深2.0m，槽长15m，冲刷坑采用抛石处理。

（3）闸室布置

1）闸室结构

闸室采用开敞式布置，钢筋砼U型结构，闸门选择直升式平板钢闸门，液压启闭，闸上布置净7m交通桥，两侧人行道2×1.0m，总宽9.0m、宽4m工作桥和启闭房，启闭房宽11.0m，底板长度取20m。

底板采用整体式，二孔一分缝，最中间一孔，底板长度为20m，顶高程为13.0m，闸底板厚1.5m。

闸墩长度采用与底板同长20m，。

检修门槽深25cm，宽30m；工作门槽深40cm，宽60cm。

闸墩上下游端部均采用半圆形墩头。

闸墩顶高程为25.0m。

闸墩厚度受控于闸门槽处最小厚度为50cm，中墩厚度取1.6m，缝墩厚度为2×0.8m，边墩厚度为1.6m。

公路桥布置在闸门上游侧，公路桥载重按汽-20设计，挂100校核，双车道桥面净宽7.0m，两侧人行道1×1.0m，总宽9.0m。

公路桥采用T型结构，梁底高程为25.0m，梁高1.0m，梁腹宽0.2m，梁翼宽1.6m，用5根组梁组成，两侧人行道为悬壁式。

2）上下游翼墙

上游连接采用扶壁式翼墙，圆弧连接，半径为20m，下游翼墙采用扶壁式八字型翼墙加圆弧型翼墙连接，扩散角为8°，圆弧半径为20m。

上游翼墙顶标高为25.0m，下游翼墙顶标高为25.0m。

（4）闸基防渗排水设计

由于本工程闸址地基主要由砂砾卵石层组成，为强透水土质，故在采用水平防渗措施的同时还必须采取垂直防渗措施。

铺盖采用C25钢筋砼结构，长20m。

铺盖与闸底板之间设水平止水。

在消力池水平段前端与闸底板连接处设置水平止水；消力池末端依次铺设碎石垫层和无纺土工布反滤，排水孔孔径75cm，间距2.0m，呈梅花形布置，顺水流方向长度为10m。

（5）闸门及启闭机设计

1）闸门

根据门顶高程及闸底标高，确定平面钢闸门高为7m，闸门净宽10m，毛宽10.6m。

2）启闭机

启闭机型号：

QPQ2×25

（6）闸室稳定计算

1）闸室整体稳定

水闸整体稳定分别对完建期、正常运用期及非常运用期三种工况进行闸室的偏心距、基底应力、基底应力的不均匀系数及沿闸室底面的抗滑稳定系数计算，均满足规范要求。

2）闸室沉降计算

经分析，本次不必计算闸室的沉降量。

（7）闸底板配筋

经计算，面、底层钢筋均按Φ25@200配置。

（8）两岸连接建筑物设计

采用扶壁式挡土墙，上游翼墙顶高程25.00m，底高程12.00m。

下游翼墙顶高程25.00m，底高程10.55～12.00m。

上游挡墙高13.0m，挡墙壁厚1.0m，墙身垂直，墙身高12m，墙底板厚1.0m。

下游挡墙高13～14.45m，挡墙壁厚1.0m，墙身高度12～13.45m，底板厚度1.0m。

翼墙两侧设置1.0×1.0m腋角，两侧悬挑4m，底板总宽11m。

上游翼墙长30m，下游翼墙长36.8m。

翼墙采用C25钢筋砼浇筑。

上游护坡，顶高程为25.0m，底高程13.0m，采用坡比为1:

3，40cm厚浆砌块石护坡。

下游护坡，顶高程为25.0m，底高程13.0m，采用坡比为1:

3，40cm厚浆砌块石护坡。

综上所述，水闸工程特性表见表1-2-1。

H江水利枢纽水闸工程特性表表1-2-1

序号

项目

单位

指标

备注

（一）

水位

1

正常蓄水位

m

19.00

2

灌溉引水位

m

19.50

3

设计水位

闸上

m

23.65

闸下

m

23.40

4

校核水位

闸上

m

24.13

闸下

m

23.80

流量

设计流量

m3/s

9540.00

校核流量

m3/s

12350.00

（二）

闸室布置

1

闸室型式

开敞式

2

孔数

孔

36

3

单孔净宽

m

10.00

4

闸室总宽

m

410.80

5

底板高程

m

13.00

6

闸顶高程

m

25.00

7

闸室长度

m

20.00

（三）

消能防冲设施

1

消力池

长度

m

15.00

深度

m

1.00

厚度

m

0.50

2

海漫

长度

m

40.00

3

防冲槽

长度

m

15.00

（四）

工作闸门

1

闸门型式

露顶式平板钢闸门

2

闸门扇数

扇

36

3

门顶高程

m

20.50

4

闸门尺寸

m

10.4*7.5

宽╳高

（五）

启闭机

1

启闭机型式

QPQ-2×25

2

套数

套

36

3

安装高程

m

29.50

（六）

翼墙、岸墙型式

上、下游翼墙

扶壁式

岸墙

空箱式

2、设计基本资料

2.1工程等级及设计标准

2.1.1流域概况

函江位于我国华东地区。

流向自东向西北。

全长375km，流域面积176万km2，是鄱阳湖水系的重要支流，也是长江水系水路运输网的组成部分。

该流域气候温和、水量充沛、水面平缓。

含沙量小，对充分开发这一地区的水路运输具有天然的优越条件。

2.1.2工程等级

水闸枢纽中的水工建筑物根据其所属枢纽等别、作用和重要性划分级别。

本枢纽工程等别定为Ⅲ等，相应的主要建筑物级别为3级，次要建筑物级别为4级，临时性建筑物级别为5级。

2.1.3洪水标准

根据毕业设计任务书，设计洪水按50年一遇标准；校核洪水按300年一遇标准；最大通航洪水按5年一遇标准。

2.2地形、地质及当地材料

2.2.1闸址地形

闸址左岸与一座山头相接，山体顺流向长700m，垂直长2000m，山顶主峰标高110m。

靠岸边山顶标高65m；山体周围是河漫滩冲积平原，滩面标高（18.5~20.0）m；沿河两岸筑有防洪大堤，堤顶宽4m，堤顶标高24.5m；闸址处河宽700m，主河槽宽500m，深泓区偏右，河床底标高（13.0~14.0）m，右岸滩地标高18.5m。

2.2.2闸址地质

闸址河床土质，主要由砂砾卵石组成，表层为中细砂层，层厚（2～5）m，左厚右薄并逐步消失；河床中层主要是砂卵石层，卵石含量30～50%，粒径2～13cm，层厚（10～20）m，属于强透水层渗透系数K=1.84×10-1～5×10-2（cm/s），允许坡降J=0.15～0.25；河床底层为基层，埋深标高从左标高10m向右增深至标高±15m以下。

其岩性为上古生界二迭长兴阶灰岩及硅质岩。

河床土质有关资料如下：

中砂：

Dr=0.6，E0＝310kg/cm2，Nσ3.5＝20

砂砾石：

Dr=0.66，E0＝360kg/cm2

2.2.3当地建筑材料

（1）块石料：

在闸址左岸的山头上，有符合质量要求的块石料场，其储量50万m3，平均运距1.0km。

砂砾料：

闸址上、下游均有宽阔的冲积台地，在上、下游（3～5）km的沙滩台地上。

均有大量的砂、砾料，可满足混凝土的粗、细骨料之用。

且水运方便。

（2）土料：

闸址上游约2km有刘冢、八圩土料场。

储量丰富，符合均质土坝质量要求。

还有可作为土坝防渗体的粘性土。

其质地良好。

（3）附常用材料重度及闸门常规空口尺寸表：

常用材料重度

1）钢筋混凝土24.5-25.0kN/m3

2）混凝土或石混凝土23.5-24.0kN/m3

3）浆砌块石或浆砌料石24.0kN/m3

4）浆砌片石21.0-23.0kN/m3

5）干砌块石或片石18.0-21.0kN/m3

6）砖砌体18.0kN/m3

7）桥面沥青混凝土23.0kN/m3

8）填土17.0-18.0kN/m3

9）石灰三合土17.5kN/m

2.3基本资料

1）地形：

1:

5000地形图一张

2）地质：

闸轴线地质剖面图一张。

3）气象

洪水期多年平均最大风速：

20.7m/s

风向：

按垂直坝轴线考虑

吹程：

3km

4）水文

（1）设计洪水

根据基本资料，各设计频率洪水流量及相应坝下水位见表2-3-1。

各设计频率洪水流量及相应坝下水位表表2-3-1

设计频率（％）

0.33

2

20

洪水流量Q（m3/s）

12350

9540

5730

坝下水位H下（m）

23.80

23.40

22.25

（2）水位流量关系曲线见表2-3-2。

水位流量关系曲线表表2-3-2

水位（m）

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

流量Q（m3/s）

50

300

650

1200

1800

2480

3200

4140

5340

7700

13800

5）回填土

回填土的力学性质见表2-3-3。

回填土力学性质表2-3-3

干容重

（T/m3）

湿容重

（T/m3）

饱和容重

（T/m3）

内摩擦角

ψ

粘聚力

kg/cm2

含水量

％

砂性土

1.55

1.85

2.05

27°

0

28

粘性土

1.50

1.92

18°

0.2

28

6）地震

根据中国地震烈度区划图，本地区地震基本烈度为Ⅵ度，不考虑地震设防。

2.4建筑物设计参数

2.4.1船闸

（1）水位：

最高通航水位22.32m，最低通航水位19.0m；正常蓄水位19.0m；下游最低水位14.25m。

（2）船型。

船队：

船型—300吨驳船。

单驳尺度35×9.2×1.3m（长×宽×水深）；船队—300马力+2×300吨。

船队尺度91×9.2×1.3m（长×宽×水深）。

（3）船闸。

引航道尺寸及高程：

1）闸室有效尺寸—闸室顶高程240m，室底高程10.5m；长×宽×槛上水深＝135×12×2.5m。

2）上闸首平面尺寸—长×宽=1.8×24m；墩顶高程25.0m（注：

该高程控制公路桥面高程），门槛高程16.5m，基底高程8.5m。

3）下闸首平面尺寸—长×宽=17×24m；墩顶高程24.5m，门底高程10.5m，基底高程7.0m。

4）上、下游导航墙长度50m。

5）上、下游引航道直线段长度应满足L≥5倍设计船队长度，引航道底宽35m；边坡1：

2.5；引航道底高程：

上游15.0m，下游11.0m；引航道转弯半径R≥5倍设计船队长度；进出口轴线与主河流基本流向的交角β≤20°。

（4）闸上公路桥设在上闸首的上游端。

2.4.2电站

（1）机型

水轮机型号：

GE（F02）－WP－380机型；

发电机型号：

SFG200－70/3960；

总装机：

3×2200kW。

（2）水头

设计水头3.5m；最高水头7.0m；最小水头2.0m；最大引用流量225m3/s。

（3）主厂房平面尺寸及高程

主厂房底板长度48m；总宽36.2m；机组进水室宽7.6m；中墩厚3.4m；边墩厚2.8m；进口高程7.50m；出口高程7.8m；基底最低高程2.0m；基底平均开挖高程5.0m；进水口前砼铺盖长20m，并以1:

4反坡向上游与原河床高程衔接，并在上游端应设拦沙槛。

尾水出口后设砼护坦，护坦水平段10m，并用1：

4的倒坡段与尾水渠相连。

上部厂房宽15m（顺流向），长36.2m，厂房地面高程24.5m,水轮机安装高程10.5m，厂房屋顶高程37.0m，厂房边墙距底板上游端15.0m。

（4）站上的公路桥设在厂房的上游端。

2.4.3泄水闸

（1）水位：

正常蓄水位19.0m，灌溉水位19.50m

设计洪水Q2%＝9540m3/s，相应闸下水位H下＝23.40m

校核洪水Q0.33%＝12350m3/s，相应闸下水位H下＝23.80m

（2）计算水位组合

①闸孔净宽计算水位

设计流量Q2%＝9540m3/s，相应闸下水位H下＝23.40m

设计水位差△H：

甲组——△H＝0.25m（H上＝23.65m）

校核流量Q0.33%＝12350m3/s，相应闸下水位H下＝23.80m

计算闸上壅高水位H上（供墩顶高程用）

②消能计算水位

闸上水位H上=19.50m

闸下水位H下：

甲组——H下＝14.50m

下泄流量：

以闸门开启度e=0.5m，1.0m，以及全开时的泄量。

③闸室稳定计算水位（关门）

闸上设计水位H上＝19.5m甲：

H下＝14.50m

闸上校核水位H上＝20.0m（与门顶齐平）

甲：

H下＝14.50m

（3）其它参数

①单孔净宽：

（8～12）m

②门型结构：

平面钢闸门

③闸门类型：

甲组——直升门

④底板与中砂的摩擦系数f＝0.4

⑤闸孔的允许单宽流量［q］＝30m3/s/m

2.4.4公路桥

公路桥载重按汽—20设计，挂100校核，双车道桥面净宽7.0m，两侧人行道2×1.0m，总宽9m，采用T型结构。

梁高1.0m，梁腹宽0.2m，梁翼宽1.6m，用5根组梁组成，两侧人行道为悬臂式，每米延长重量按8T/m计。

3、泄水闸水力设计

3.1泄水闸设计参数

3.1.1水位

正常蓄水位19.0m，灌溉水位19.50m

设计洪水Q2%＝9540m3/s，相应闸下水位H下＝23.40m

校核洪水Q0.33%＝12350m3/s，相应闸下水位H下＝23.80m

3.1.2计算水位组合

①闸孔净宽计算水位

设计流量Q2%＝9540m3/s，相应闸下水位H下＝23.40m

设计水位差△H：

甲组——△H＝0.25m（H上＝23.65m）

校核流量Q0.33%＝12350m3/s，相应闸下水位H下＝23.80m

计算闸上壅高水位H上（供墩顶高程用）

②消能计算水位

闸上水位H上=19.50m

闸下水位H下：

甲组——H下＝14.50m

下泄流量：

以闸门开启度e=0.5m，1.0m，以及全开时的泄量。

③闸室稳定计算水位（关门）

闸上设计水位H上＝19.5m甲：

H下＝14.50m

闸上校核水位H上＝20.0m（与门顶齐平）

甲：

H下＝14.50m

3.1.3其它参数

①单孔净宽：

（8～12）m

②门型结构：

平面钢闸门

③闸门类型：

甲组——直升门

④底板与中砂的摩擦系数f＝0.4

⑤闸孔的允许单宽流量［q］＝30m3/s/m

3.2闸孔设计

3.2.1设计依据

该闸兼泄洪、发电、灌溉、供水等作用。

设计洪水按50年一遇标准，即Q2%=9540m3/s，相应闸下水位H下=23.40m；校核洪水按300年一遇标准，即Q0.33%=12350m3/s，相应闸下水位H下=23.80m。

考虑闸的最大过水能力，采用Q2%=9540m3/s的排涝流量为设计流量。

3.2.2堰型选择及堰顶高程确定

水闸堰型有宽顶堰和实用堰两种。

二者比较如下：

水闸堰型比选表表3-2-1

堰型

优点

缺点

宽顶堰

结构简单，施工方便，泄流能力比较稳定，有利于泄流、排水、冲砂

自由泄流时流量系数较小，易产生波状水跃

实用堰

自由泄流时流量系数较大，水流条件好

泄流能力受尾水位影响明显，施工较复杂

本闸闸下地基较好，根据运用和水力条件，比较优选宽顶堰。

又根据地形、地质，本次闸孔采用结构简单、施工方便、泄流能力比较稳定、自由泄水范围较大的无坎平底宽顶堰，孔口型式采用无胸墙开敞式。

根据闸址处河床标高为13.0～14.0m，为协调降低堰顶高程和减少开挖量的关系，选定堰顶高程为13.0m。

3.2.3闸孔尺寸的确定

水闸闸孔总净宽根据闸槛形式和布置、上下游水位衔接要求、泄流状态等因素计算确定。

由于

＝

＝0.966，淹没度较高。

在这种情况下，采用以流速水头为主要因素的计算方法。

根据《水闸设计规范》（SL265－2001），公式A.0.2－1和A.0.2－2

闸孔总净宽B0＝

其中

将有关数据带入计算，综合流量系数μ0＝0.977

闸孔总净宽B0＝353.46m

拟定孔径及孔数：

每孔净宽b0＝10m，孔数36孔，总净宽360m。

拟定底板及中墩、边墩形状：

闸底板采用整体式平底板，中墩形状采用河道上常用半圆形，每两孔为一整体，边墩厚1.0m，不分缝中墩厚1.2m，分缝中墩厚1.6m，中间缝宽2cm。

闸室总宽度为1.0×2+1.2×18+1.6×17+360=410.8m

3.3消能防冲设计

消能防冲设计包括消力池，海漫及防冲槽等三部分。

3.3.1消能方式

水闸的基本消能方式是底流式消能，只有当水力条件和地形、地质条件都具备，也采用面流式消能和挑流式消能方式。

本次设计，采用水利上应用较广的底流式消能。

3.3.2消能设计

底流式消能设施，通常为消力池。

消力池的作用是促成水跃，并保护地基免受冲刷。

消力池的设计主要是计算确定消力池的深度、长度和消力池底板的厚度

经计算，只有开启度在e＝0.5m时需设消力池，所以在此开启