毕设之水闸初步设计概要.docx

毕设之水闸初步设计概要.docx

《毕设之水闸初步设计概要.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕设之水闸初步设计概要.docx（73页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

毕设之水闸初步设计概要

1.工程概况

1.1工程概况

XX市XX河枢纽工程位于XX市XX镇XX河,距长江400m,枢纽工程包括6.5m×3的节制闸一座,2×1400ZLB灌排两用泵站一座。

其主要作用是排涝、灌溉和挡潮。

1.2水位资料

根据《防洪标准》（GB-50201-94、《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000、《水闸设计规范》（SL265-2001相关规定,XX河闸工程按2级建筑物进行设计。

设计水位组合见表1.1。

表1.1XX河闸设计水位组合计算情况

上游水位（m

下游水位（m

说明

稳定计算

设计

正向3.80.49

上游为内河侧下游为长江侧

反向3.07.25校核

正向3.80.4反向

3.07.6消能计算正向3.82.3反向2.6

4.1孔径计算正向3.83.7Q=110m³/s反向

3.8

4.1

Q=185m³/s

1.3地质资料

根据江苏省工程勘测研究院2001年6月和2002年8月提供的《XX市XX河枢纽工程地质勘测报告》资料,在场地区钻探范围内所揭示的图层均为第四纪全新世冲几层,根据其土质性状、力学强度自上而下可分为6层,仅详述第一层。

层12:

灰色淤泥质重、中粉质粘土,夹青灰色粉砂,局部互层。

流塑,局部软塑状态,中~高压缩性。

标准贯入击数1~7击。

场地区普遍分布,厚8.1~10.2m。

1.4回填土资料

回填土采用粉砂土,湿容重19.4kN/m³,饱和容重为20.1kN/m³。

1.5地震设计烈度

地震基本烈度6度。

1.6其它资料

闸址处多年年平均最大风速20m/s,吹程为1km。

交通桥按公路Ⅱ级设计,桥面净宽7.0m,拟采用钢筋混凝土铰接板桥。

上下游河道断面为底宽25m,边坡1:

2.5,河底高程-0.0m,堤顶高程9.0m。

2.水力设计

2.1孔径计算

2.1.1确定闸孔型式

堰型也就是水闸的底板形式中,以宽顶堰应用较广,因为其具有自由岀流范围大、泄流能力较大而且比较稳定的优点,但是流量系数较小。

低堰型底板是在底板上设置曲线或或梯形的低堰,曲线型包括实用堰和驼峰堰,这种低堰的流量系数较大,但其泄流能力受下游水位变化的影响比较显著。

XX河闸在平原地区,水头差较小,上下游水位变幅不大,要求泄流能力稳定,从而排除低实用堰型和胸墙孔口型,采用宽顶堰型。

2.1.2确定闸底板的高程

一般情况下,节制闸的底板顶面可与河床齐平。

考虑经济条件,本设计采取底板顶面与河床齐平。

2.1.3确定孔口尺寸及前沿宽度

表2.1孔口设计水位组合表

计算情况上游水位（m下游水位（m过水流量（m³/s正向3.83.7110m³/s

反向3.84.1185m³/s

*正向情况。

闸底板高程为-0.0m,闸上水位为3.8m,闸下水位为3.7m,过水流量为110m³/s。

具体计算见表2.2。

河道底宽25.0m,边坡1:

2.5。

河道断面示意图见图2-1。

图2-1河道断面示意图（单位:

m

A=（b+mhh=（25+2.5×3.8×3.8=131.1㎡

v=

84.01

.131110==AQm/sH0=H1+2

02gvα=3.8+1.89284.02

⨯=3.84m

式中:

H1——上游水深,为3.8m;

α——流速系数,取1.0;

0v

——上游行进流速,0.84m/s。

表2.2渠道断面面积

A（㎡

行近流速v（m/s下游水深hs（m

计入行近流速的上游水深H0（m

Hhs

流态

131.10.84

3.73.840.964

高淹没出流

由于

Hhs

>0.9,故用下式计算过流能力:

（200sshHghBQ-=μ20

065.0（

877.0-+=Hhs

μ其中,976.065.0964.0（877.020

=-+=μ

闸孔总净宽38.18

7.384.3（81.927.3976.0110

（2000=-⨯⨯=-=sshHghQBμm

*反向情况。

闸底板高程为-0.0m,闸上水位为4.1m,闸下水位为3.8m,过水流量为185m³/s。

具体计算见表2.3。

河道底宽25.0m,边坡1:

2.5。

河道断面示意图见图2-2。

图2-2河道断面示意图（单位:

mA=（b+mhh=（25+2.5×4.1×4.1=144.5㎡

v=

28.15

.144185==AQm/s

H0=H1+2

02gvα=4.1+1.89228.12

⨯=4.18m

式中:

H1——上游水深,为4.1m;

α——流速系数,取1.0;

v——上游行进流速,1.28m/s。

表2.3

渠道断面面积

A（㎡

行近流速v（m/s下游水深hs（m

计入行近流速的上游水深H0（m

Hhs

流态

144.5

1.28

3.8

4.180.909

高淹没出流

944.065.0909.0（877.020=-+=μ

闸孔总净宽89.18

8.318.4（81.928.3944.0185

（2000=-⨯⨯=-=

sshHghQBμm

0B取两种情况下的最大值,即0B=19m。

根据具体设计条件,选用3孔闸,每孔宽度为6.5m,中墩厚为1m,边墩厚取0.8m（三孔不必分缝。

则闸孔总宽为:

B=3×6.5+2×0.8+2

×1=23.1m

实际过水能力1.1868.318.4（81.92198.3944.0（20000=-⨯⨯⨯=-=sshHgBhQμm³/s

%5%59.0%100185

185

1.186<=⨯-满足要求。

闸孔布置简图见图2-3:

图2-3闸孔宽度布置图（单位:

高程,m;尺寸,cm

3消能计算

3.1消力池的设计

3.1.1消力池形式的选定

消力池有三种类型:

1、下挖式消力池,适用于闸下尾水深度小于跃后水深的情况。

2、突槛式消力池,适用于闸下尾水深度略小于跃后水深的情况。

3、综合式消力池,当闸下尾水深度远小于跃后水深,且计算出的消力池的深度又较深时,可采用下挖式消力池和突槛式消力池相结合的综合式消力池。

本闸采用下挖式消力池。

3.1.2消力池深度计算

闸门开度分为5级,正向时e≥0.38m,反向时e≥0.41m。

分别进行初始流量计算。

正向时,下游水深为2.3m,反向时下游水深为2.6m,具体计算过程见表3.1。

表3.1

工况eH

H

eQμ

正向0.573.80.1553.610.5736

0.953.80.2586.610.556

1.333.80.35117.420.5384

1.93.80.5159.510.512

2.47

3.80.65196.670.4856

反向0.6154.10.1560.110.5736

1.0254.10.2597.120.556

1.4354.10.35131.660.5384

2.054.10.5178.860.5122.6654.10.65220.530.4856

gH

be

Q2

μ

=（b=19.5m

H

e

176

.0

60

.0-

=

μ

初始流量具体取值见表3.2。

表3.2

计算工况闸孔开度e（m初始流量Q（m³/s正向1.33117.42

反向2.05178.86

表3.3消能防冲设计水位组合表

计算工况上游水位（m

下游水位（m

初始流量（m³/s

正向3.82.3117.42反向2.6

4.1

178.86

计算方法:

①先假设d=0.5m,计算H0、T0;

②由公式02/22203=+-ϕαgqhThcc试算hc。

其中ϕ为流速系数,取ϕ=0.98,0σ取1.05;

③由公式25.0213

2'

'（181（2bbghqhhcc

c-+=α,计算'

'ch;④由公式2''2

2

'22

22c

s

gh

qh

gqzαϕα-

=

∆,计算z∆。

其中:

z∆——出池落差;'sh——出池河床水深。

⑤由公式d=zhhsc∆--'''0σ,计算d。

⑥若由⑤计算出来的d≤0.5m,则取d=0.5m;若d>0.5m,则另d为该值重新计算,直至试算出结果。

具体计算见表3.4计算工况Av

0H

0d

0T

q

ch''ch

z∆d

正向131.10.8963.8410.54.3416.020.7512.8660.1460.56131.10.8963.8410.564.4016.020.7452.8820.1490.58131.10.8963.8410.584.4216.180.7422.8900.1500.58反向

144.51.2384.1780.54.6789.171.1553.4180.3090.68144.51.2384.1780.684.8589.171.1213.4910.3250.74144.51.2384.1780.744.9189.411.1113.5140.3300.76144.51.2384.1780.76

4.9389.41

1.1083.5200.3320.76

3.1.3消力池长度计算

i.水跃长度计算

正向:

82.14742.089.2（9.6（9.6'

'=-⨯=-=ccjhhLm

反向:

64.16108.1520.3（9.6（9.6'

'=-⨯=-=ccjhhLm

Ii.消力池长度计算

正向:

18.1482.148.058.048.04=⨯+⨯=+=+=jjssjLdLLLβm

取sjL=14.2m,消力池长度采用1:

4的斜坡,平台宽度定为1m,长定为1m,故消力池长为L=14.2+1=15.2m

反向:

35.1664.168.076.048.04=⨯+⨯=+=+=jjssjLdLLLβm

取sjL=16.4m,消力池长度采用1:

4的斜坡,平台宽度定为1m,长定为1m,故消力池长为L=16.4+1=17.4m。

3.1.4消力池底板厚度计算

消力池底板厚度,按《水闸设计规范》计算。

正向时的上游水深3.8m,下游水深2.3m,

流量Q1=117.42m³/s;反向时上游水深4.1m³/s,下游水深2.6m,流量Q2=178.86m³/s。

消力池首端宽度b1=21.5m。

1根据抗冲要求,消力池底板始端厚度t=Hqk∆11k取0.2表3.5计算工况过闸单宽流量q（㎡/s闸孔泄水时的上下游水位差H（m消力池底板厚度t（m

正向5.461.50.517反向8.321.50.638

2当消力池底板下有扬压力作用时,根据抗浮要求,b

rW

Ukt-=222k取1.1表3.6计算情况扬压力U（kPa水重W（kPa饱和容重

rb（kN/m³

消力池底板厚2t（m

正向上游

49.4244.720.10.26下游

45.7428.220.10.96反向上游

55.847.620.10.45下游

42.7231.220.10.63

综上考虑,消力池底板厚度取为1m。

消力池的构造,正向过水时首端宽度为21.5m,末端宽度为25.0m。

反向过水时,首端宽度为21.5m,末端宽度为25.0m。

内河侧翼墙的扩散角为5.7°,长江侧翼墙的扩散角为6.6°。

3.2海漫与防冲槽设计

3.2.1海漫计算

1海漫长度''HqkLsp∆=（sk取10,属粉质黏土正向:

98.235.125

42

.11710=⨯

=pLm取24m,反向:

6.295.125

86

.17810=⨯=pLm取30m。

2海漫构造

正向:

海漫起始段设8m长浆砌块石水平段（设排水孔,间距2m,梅花型,后16m设干砌块石。

在浆砌石段和干砌石段的连接处设置0.4m×0.4m的混凝土格梗。

海漫厚度取为40cm,下铺设20cm的砌石层,10cm厚的卵石,10cm厚的毛砂。

反向:

海漫起始段设10m长浆砌块石水平段（设排水孔,间距2m,梅花型,后20m设干砌块石。

在浆砌石段和干砌石段的连接处设置0.4m×0.4m的混凝土格梗。

海漫厚度取为40cm,下铺设20cm的砌石层,10cm厚的卵石,10cm厚的毛砂。

3.2.2防冲槽计算

海漫末端单宽流量b

Qqm=

图3-1下游海漫末端断面图（单位:

m

图3-2上游海漫末端断面图（单位:

m

正向:

97.36.2942.117===

bQqm㎡/s反向:

92.52

.3086

.178===bQqm㎡/s

表3.7海漫末端计算参数计算工况

单宽流量mq（㎡/s河床水深

mh（m

允许不冲流速[0v]（m/s河床冲刷深度

md（m

正向3.972.30.575.36反向5.92

2.60.57

8.82

其中mm

mhvqd-=]

[1

.10一般取防冲槽深度t=1.5~2.0m,此时槽顶高程与海漫末端齐平,而防冲槽底宽约为（1~2t,上游坡度系数n=2~4,下游坡度系数m视施工开挖情况而定。

因此,防冲槽深度取值为2.0m,防冲槽底宽4.0m,上游坡度系数n=2,石块坍塌在冲刷坑上游坡面所需要的面积

2'1ntlA+==δδ。

防冲槽下游的坡度系数m取为2,则防冲槽面积为（4+12×2/2=16>9.86。

因此防冲槽设计符合要求。

正向情况99.52136.55.0122'=+⨯=+==ntlAδδ㎡反向情况86.92182.85.0122'=+⨯=+==ntlAδδ㎡

图3-3防冲槽构造（单位:

高程,m;尺寸,cm

11

4闸基渗流计算

4.1地下轮廓线布置及防渗长度确定

渗流计算水位组合见表4.1

表4.1渗流计算水位组合表

计算情况挡水方向上游水位（m

下游水位（m设计情况

正向挡水▽3.8▽0.49反向挡水

▽3.0▽7.25校核情况正向挡水▽3.8▽0.4反向挡水

▽3.0

▽7.6

1防渗长度的拟定

防渗长度初拟值按下式计算初拟L=CH∆=8×4.6=36.8m

式中:

初拟L——闸基防渗长度,包括水平段、铅直段及倾斜段

H∆——上、下游最大水位差（m

C——允许渗径系数,按表6（《水闸设计规范》SL265-2001表4.3.2选用。

本水闸为中粉质粘土。

由表6查得允许渗径系数C=8。

2闸底板长度的初拟

①满足闸室上部结构布置的要求:

.512.5147=++=++=便桥工作桥交通桥BBBLm②L应为最大水深的1.5~2.5倍,则L为（11.4m~19m

③L应为上下游最大水位差maxH∆的4~5倍,则L为（18.4m~23m综上,底板的长度取为20m。

底板的厚度取1/5~1/8的闸孔净宽,闸孔净宽为6.5m,则底板厚度取1m。

齿墙深度取为0.5m,顺水流方向的宽度取为1m。

4.2闸基渗流计算

地下轮廓线布置图如图4-1。

12

图4-1地下轮廓线布置图（单位:

m

由布置图计算防渗长度:

L=0.4+0.5+0.8+10+2276.04++1+0.5+1+0.5+18+0.5+1+2258.03.3++0.5+1+8+0.5+4=52.02m>初拟L=36.8m

简化地下轮廓线并划分典型段如图

4-2

图4-2典型段划分图（单位:

mA.有效深度的确定

地下轮廓线水平投影:

0L=48.3m地下轮廓线垂直投影:

0S=1.76m因

44.2776

.13.4800==SL>5,则13.243.485.05.00=⨯==LTem由于不透水层无限深,故取有限深度作为计算深度,则24=eTm。

B.计算各段阻力系数及水头损失

13

表4.2

754.2=∑各典型段的渗压水头损失按公式Hhi

i

i∆=∑ξξ计算,具体计算见表4.3

段段别

iS（m

T（mL（m

iδ

各典型段阻尼系数计算公式:

①进、出口段

441.0（5.12/30+=T

Sξ

②内部垂直段

1（4ln2T

S

ctgy-=π

πξ

③内部水平段

T

SSLx

（7.021+-=

ξ

①进口段0.4

21.840.445②内部水平段00

21.440.50.0625③内部垂直段0.822.240.036④内部水平段0.9

022.24150.657⑤内部垂直段

0.26

22.50.0116⑥内部水平段0.260

22.510.0519⑦内部垂直段0.5230.0217⑧内部水平段0.5

0.5

2380.317⑨内部垂直段0.5230.0217⑩内部水平段00.08

22.510.0575⑾内部垂直段0.0822.50.0036⑿内部水平段0

0.822.4212.30.526⒀内部垂直段0.8

22.420.0357⒁内部水平段0021.620.50.062⒂

出口段

0.4

22.02

0.445

14

表4.3各典型段渗压水头损失计算表（m表4.3

C.对出口处水头损失值进行修正,具体见表4.4表4.4

计算工况'S'TT'β

'0h

h∆设计正出

0.421.6222.020.2550.1360.399反出

0.421.4421.840.2560.1760.511校核正出

0.421.6222.020.2550.1400.409反出

0.4

21.44

21.84

0.256

0.190

0.553

各渗流角点处的渗压水头的计算见表4.5表4.5

各角点水头

H1

H2

H3

H4

H5

H6

H7

H8

H9

H10

H11

H12

H13

H14

H15

H16

计算情况h1H2h3h4h5h6h7h8h9h10h11h12h13h14h15H∆

（m设计

情况正向

0.5350.0750.0430.7900.0140.0620.0260.3810.0260.0690.0040.6320.0430.0750.5353.31反

向0.687

0.096

0.056

1.014

0.018

0.080

0.033

0.489

0.033

0.089

0.006

0.812

0.055

0.096

0.687

4.25

设计情况正

向

0.5490.0770.0440.8110.0140.0640.0270.3910.0270.0710.0040.6490.0440.0770.5493.4反

向

0.743

0.104

0.060

1.097

0.019

0.087

0.036

0.529

0.036

0.096

0.006

0.879

0.060

0.104

0.743

4.6

设计情况正

向

3.31

2.6762.6012.5581.6691.6551.5921.5661.0861.060.99

0.9860.2550.2120.1360反

向

00.1760.2720.3281.5121.531.611.6432.3022.3352.4252.4313.4133.4683.5634.25

设计情况正

向

3.42.7492.6722.6281.7171.7031.6391.6121.1211.0941.0141.010.2610.2170.140反

向

00.1900.2950.3551.6361.6551.7421.7782.4912.5272.6232.6293.6923.7523.8564.6

闸底渗透压力分布图

根据各角点处的渗压水头,作闸底渗压水头力分布图如下图所示

图4-3设计正向挡水时闸底透压水头分布图（单位:

m

图4-3设计反向挡水时闸底透压水头分布图（单位:

m

15

图4-3校核正向挡水时闸底透压水头分布图（单位:

m

图4-3校核反向挡水时闸底透压水头分布图（单位:

m

16

17

计算渗透坡降和底板承受的渗透压力渗流坡降的计算

出口坡降按公式:

'

'

0ShJ=计算

水平坡降按公式:

LH

Jx∆=

计算

式中:

J——出口段渗流坡降值x

J——水平段渗流坡降值

'

h——出口段修正后的水头损失值（m;

'S——底板埋深于板桩入土深度之和（m;

H∆——水平段水头损失值（m;L——水平段长度（m;具体结果如表4.6所示

表4.6

部位名称

计算情况上游消力池水平段

xJ

闸室水平段

xJ

下游消力池水平段

xJ

出口段

J

设计情况正向0.0650.0330.0660.34反向0.0880.0450.0860.44校核情况

正向0.0670.0340.0680.35反向

0.0930.0480.0960.475允许坡降[J]

0.25

0.25

0.25

0.50

注:

允许渗流坡降值][J由《水闸设计规范》SL265-2001,表6.0.4水平段和出口段允许渗流坡降值查得

由出口坡降与水平段坡降的计算表可知:

实际渗流坡降都小于允许渗流坡降,故渗流出口稳定,产生渗透变形的可能性很小。

4.3底板所承受的渗透压力的计算

根据以上4个渗透压力分布图计算渗透压力,闸底板总宽度为23.1m,,以底板中心为矩心.具体计算见表4.7

表4.7渗透压力计算表

计算情况算式渗透压力

（kN

力臂

（m

力矩

（kNm

设计情况正9.8×（0.99+1.655×20×0.5×23.15987.750.8385017.73反9.8×（1.53+2.425×20×0.5×23.18953.330.7546750.81

校核情况正9.8×（1.703+1.014×20×0.5×23.16150.74