水工建筑物实习报告.docx
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水工建筑物实习报告
水工建筑物实习报告
前言
水工建筑物是水利水电类专业的一门主要专业课。
其中内容主要讲述淡水建筑物、泄水建筑物、输水建筑物等的基本的、通用的规律，以及各种建筑物的作用特点、工作条、型式、构造、材料、地基处理和设计计算的理论和方法，培养学生从水文、地质、地形、建材以及社会发展状况等实际情况出发，分析和解决水工建筑物的总体布置、设计计算和工程管理的能力。
水工建筑物的设计及本课程的理论教学内容中，理论计算占有很大比重，由于客观条是千变万化的，理论计算的结果往往不能直接作为设计结果。
设计时出理论计算外，还必须重视现场试验、类比等工程方法的运用，土、石、混凝土等建筑材料的性能参数的选定，工作条的分析，型式构造的选择以及施工和运行管理的便利等。
通过本次课程实训，从而系统地巩固和加深《水工建筑物》课程学习的基本知识、基本理论，掌握本专业建筑物设计的基本技能；熟练掌握有关实际工程设计的基本原则、内容、方法、步骤及设计。
培养独立和集体分析问题、解决问题的能力；
一、主要技术指标与主要设计参数2
1.1
工程设计指标2
1.2
设计基本参数2
1.3
设计要求3
1.4
结构布置和材料4
二、水闸设计与布置5
2.1
设计依据5
2.2闸孔设计6
三、消能防冲设计10
3.1消力池设计10
3.2海漫设计13
四、防渗排水设计15
五、闸室各部的形式选择及尺寸拟定16
六、闸室稳定计算17
七、挡土墙设计23
7.1
原始条:
23
7.2
稳定及强度验算26
7.3
各组合最不利验算33
八、参考文献38
一、主要技术指标与主要设计参数
1.1
工程设计指标
1.过闸设计流量为120m3/s
2.工程等别Ⅰ
3.建筑物级别1级
4.[
C
K
]——沿闸室基底面的抗滑稳定安全系数允许值，基本组合取1.20，特殊组合取1.0
5
工程概况：
山东某引黄灌区的进水闸。
在引水口的黄河大堤之外为一低洼荒碱地，为一良好的沉沙区。
整个灌区地形为西北高东南低。
工程处黄河沿岸的地面高程一般在14m左右。
该闸是灌区工程的主要建筑物。
其任务是保证在无坝引水条下，满足灌区用水要求。
该引水闸设计引水流量Q=120m3/s，闸前设计水位（保证率75%）为▽12.7m，引水角（水闸中心线与黄河中泓线方向的夹角）为40°，引水渠段（水闸垂直水流方向的轴线距离河岸的距离）为150m。
闸前的引水渠段渠底高程为▽10.0m，底宽为60m，两岸的边坡为1:
2。
在高程为▽15m处设一平台，宽度为2.0m。
高程▽15m到▽19.5m的边坡为1:
2.5。
闸后灌区渠首底高程为▽10.0m。
1.2
设计基本参数
A.建筑物等级：
1级；
B.设计荷载组合
基本组合：
设计洪水位情况，上游水位为▽17.0m，下游设计水位为▽12.0m，风速为14m/s。
特殊组合：
校核洪水位情况，上游水位为▽18.5m，下游水位为▽12.5m，风速为14m/s。
C.地基情况
闸底板位于砂壤土，其力学性能指标较好。
其各项指标如下：
抗剪强度指标：
φ水下=25°；φ水上=30°；
地基承载能力：
P=165Mpa；
渗径系数（勃莱系数）：
c=9.0；
密度：
r干=15kN/m3；r湿=18.5kN/m3；r浮=10kN/m3；r饱=20kN/m3；
土壤凝聚力：
c水上=10kN/m2；c水下=5Kn/m2；
D.地基允许不均匀系数：
〔η〕=2.6~3.0；
E.抗滑稳定安全系数：
〔k〕设计=1.30；〔k〕校核=1.10；
F.建筑物与地基的摩擦系数：
f=0.4~0.5；
G.建筑材料：
该地区为冲积平原，砂、石需从外地运输；
H.该水闸有交通要求，该区地震烈度为7度，要求按照7度设防；
I.本地区有交通要求，交通桥宽度一般为4～5m；不考虑地震要求。
1.3
设计要求
遵循安全、实用、经济合理、施工管理方便、技术先进等原则，保证质量、保证进度完成所布置的设计任务。
1.4
结构布置和材料
工程布置总体上分为上游段、闸室段、下游段。
上游段包括上游翼墙、铺盖、护底、两岸护坡及上游防冲槽。
它的作用是引导水流平顺地进入闸室，上游翼墙的作用引导水流平顺地进入闸孔并起侧向防渗作用。
铺盖主要起防渗作用，其表面应满足抗冲要求。
护坡、护底和上游防冲槽保护两岸土质、河床及铺盖头部不受冲刷。
上游段有扭面铺盖段，扭面采用M10
浆砌石，与旧闸下游护坡相连接，边坡与旧边坡保持一致1：
3；河底高程10m，扭面顶部高程74.93m；铺盖长15m，厚度0.3m，采用C20
钢筋混凝土。
闸室段包括底板、闸墩、闸门、胸墙、工作桥、及交通桥等。
底板是闸室的基础，承受闸室全部荷载，并均匀地传给地基，此外，还有防冲、防渗等作用。
闸墩作用是分隔闸孔并支承闸门、工作桥等上部结构。
闸门作用是挡水和控制下泄水流。
工作桥拱安置启闭机和工作人员操作之用。
交通桥的作用是连接两岸交通。
闸室段长30米，采用C25
混凝土，中墩厚度1.5m，底板厚度1.5m，底板顶部高程11.5m；墩顶高程19.6m；闸门采用钢闸门。
上部为C25
砼排架结构，启闭机室，20t
启闭机5
台；启闭机室采用框架结构，现浇C25
砼启闭机梁板及屋面。
下游段包括护坦、海漫、下游防冲槽、下游翼墙及护坡等。
下游翼墙引导水流均匀扩散兼有防冲及侧向防渗等作用。
护坦具有效能防冲作用。
海漫的作用是进一步消除护坦出流的剩余动能，扩散水流，调整流速分布，防止河床受冲。
下游防冲槽的作用是避免冲刷向上游扩展。
下游段包括护坦、消力池、扭面和海漫护坡。
消力池厚度0.8m，海漫高程10.05m；护坡顶部高程19.5m。
二、水闸设计与布置
闸址选择合理与否将直接影响到水闸工程量的大小、施工条、安全运用及水闸建成后的效益，是一大问题。
影响闸址选择的因素较多，各种水闸承担的任务不同，对闸址的要求也不完全一致。
对进水闸来说，主要应考虑一下方面：
2.1
设计依据
1.闸址位置
应尽量使水流平顺，减少泥沙入渠，所以应选在基本稳定的河道凹岸，并具有一定的引水角，以保证可靠地引取水流。
2.地基条
地基条是闸址选择的一个十分重要的因素。
不论何种形式的水闸，以尽可能选择在质地均匀、结构紧密、防渗能力较好、承载力较强的地基上。
3.施工条
应可能靠近天然建筑材料产区，交通方便，能源充足，且闸址附近有足够的施工场地，施工导流布置方便。
4.居民点拆迁少。
5.建成后便于管理养护等。
2.2闸孔设计
1．闸孔型式选择
闸孔型式一般有宽顶堰型、低实用堰和胸墙孔口型三种。
它们的特点为：
宽顶堰型是水闸中最常用的底板结构型式。
其主要优点是结构简单、施工方便、泄流能力比较稳定，有利于泄洪、排沙、排淤、通航等；其缺点是自由泄流时流量系数较小，容易产生波状水跃。
低实用堰型有梯形、曲线型、和驼峰型。
实用堰自由泄流时流量系数较大，水流条较好，选用适宜的堰面曲线可以消除波状水跃；但泄流能力受尾水位变化的影响较为明显，当s
h
>0.6H
以后，泄流能力将急剧降低，不如宽顶堰泄流时稳。
上游水位较大时，采用这种孔口形式，可以减小闸门开度。
胸墙孔口型用于上游水位变幅较大，过闸流量较小时，常采用胸墙孔口型。
可以减小闸门高度和启闭力，从而降低工作桥高和工程造价。
本设计地点在平原地区，水头差较小，上游水位变幅不大，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．闸底板高程的确定
底板应置于较为坚实的土层上，并应尽量利用天然地基。
在地基强调能够满足要求的条下，底板高程定得高些，闸室稳定得高些，闸室宽度大，两岸连接建筑物相对较低。
对于小型水闸，由于两岸连接建筑在整个工程中所占比重较大，因而总的工程造价可能是经济的，在大型水闸中，由于闸室工程量所占比重较大，因而适当降低底板高程，常常是有利的。
当然，底板高程也不能定的太低，否则，由于单款流量加大，将会增加下游效能防冲的工程量，闸门增高，启闭设备的容量也随之增大。
选择底板高程前，首先确定合适的最大过闸单宽流量，它取决于闸下游河渠的允许最大单宽流量。
允许最大过闸单宽流量可按下游河床允许最大单宽流量的1.2～1.5
倍确定。
一般情况下，节制闸的底板顶面可与河床齐平。
考虑经济条，本设计采取底板顶面与河床齐平。
3．闸孔宽度计算
本闸设计流量Q=120m3/s，上下游渠道水深均2.42m，闸前流速V0=0.99
m/s，设闸前壅高水位为0.1m,闸上、下游水位分别为74.03
m、73.93m，则闸上水深h=2.42m,hs=2.32m。
闸孔总净宽可根据公式：
B0——闸孔总净宽，m；
Q——过闸流量，m3/s;
H0——计入行在内的进流速堰上水深，m；
g——重力加速度，取9.81，m/s2;
m——堰流流量系数，可采用0.385；
ε——堰流侧收系数，可由表2-1查得；
σ——堰流淹没系数，对于宽顶堰由表2-2查得，表中hs为堰顶下游水深，m；
B0/bs=
=0.55根据表2-1查得ε=0.934
所以σ=1
B0=
23.09m
取B0=25m
校核流量，根据
因此计算的过水能力与设计流量的差值相差不大符合要求。
表2-1ε
值
B0/bs
≤0.2
0.33
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
ε
0.909
0.911
0.918
0.928
0.940
0.953
0.968
0.983
1.000
表2-2宽顶堰σ值
hs/H0
≤0.72
0.75
0.78
0.80
0.82
0.84
0.86
0.88
0.90
0.91
σ
1.00
0.99
0.98
0.97
0.95
0.93
0.90
0.87
0.83
0.80
hs/H0
0.92
0.93
0.94
0.95
0.96
0.97
0.98
0.99
0.995
0.998
σ
0.77
0.74
0.70
0.66
0.61
0.55
0.47
0.36
0.28
0.19
4．分孔及总宽度
根据水闸净宽，分成
5×5孔。
中墩厚度1.5m、边墩厚度1m，闸室总宽度l=25+4×1.5+1×2=33m
5．确定闸顶高程
为了保证运用管理安全，闸顶高程应高于校核洪水位，闸顶上游高程应高于波浪高度，其与正常蓄水位或校核洪水位的高差Δh由下式确定
（2-1）
式中Δh——防浪墙顶至正常蓄水位或校核洪水位的高差，m；
h1%——超值累积频率为1%时波浪高度，m；
hz——波浪中心线高出正常蓄水位或校核洪水位的高度，m；
hc——安全超高，m查表2-1.
表
2-1安全超高hc（m）值表
水工建筑物安全级别
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
正常蓄水位
（设计洪水位）
0.7
0.5
0.4
校核洪水位
0.5
0.4
0.3
（2-2）
（2-3）
式中v0——计算风速，m，是指水面以上10m处10min的多年最大风速平均值，水库为正常蓄水位和设计洪水位时，宜采用相应洪水期多年平均最大风速的1.5~2.0倍，校核洪水位时，宜采用洪水期最大风速的多年平均值。
D——风区长度（有效吹程），m，是指风作用于水域的长度，为自坝前沿风向到对岸的距离；当风区长度内水面由局部缩窄，且缩窄处的宽度B小于12倍计算波长时，用风区长度
D=5B（也不小于坝前到缩窄处的距离）；水域不规则时，按规范要求计算。
三、消能防冲设计
水闸的消能防冲包括消力池、海漫和防冲槽等主要内容。
3.1消力池设计
1消力池类型选择
对于本灌区溉渠道上的节制闸如果下游是坚硬的岩体，又具有较大的水头时，可以采用挑流消能；当下游河道有足够的水深且变化较小，河床及河岸的抗冲能力较大时，可采用面流式衔接；平原地区的水闸，由于水头低，下游水位变幅大，一般采用底流式效能。
底流式消能的作用是通过在闸下产生一定淹没度的水跃来保护水跃范围内的河床免遭冲刷。
淹没度过小，水跃不稳定，表面旋滚前后摆动；淹没度过大，较高流速的水舌潜入底层，由于表面旋滚的剪切，掺混作用减弱，消能效果反而减小。
淹没度取1.05～1.10
较为适宜。
本设计地址处于平原地区，水头低，下游水位变化不大，所以采用底流式消能。
2
消力池构造计算
（1）消力池池深确定
总流量Q=120
消力池首端宽度b1=27
消力池末端宽度b2=27
消力池首端单宽流量q=4.44
消力池末端单宽流量qs=4.44
行近流速vo=0
下游水深ht=1
坎后产生临界水跃时的坎后收缩水深hc1＝1.57
计算所得坎后临界水跃跃后水深（共轭水深）
hc1″＝1.000999428788≈ht＝1，计算所得hc1正确。
计算所得坎高（坎后为临界水跃时）c＝0.234125
为使坎后形成稍有淹没的水跃，可使坎高较算出值稍小，取
c＝0.2，以策安全。
假设消力池深度s=0.55
由消力池底板顶面算起的总水头To=Z2-Z4+S+Vo^2/（2g）=3.25
消力池内收缩水深hc=0.656
消力池内共轭水深（跃后水深）hc2=2.17
从坎顶算起的坎顶总水头H10=1.79
坎顶水深H1≈1.61
水跃淹没系数σ=1.08
水跃长度Lj=10.46
（2）消力池长度
计算公式：
Lsj=Ls+βLj
Lj
=6.9（hc″－
hc）
Lsj
——消力池长度；
Ls——消力池斜坡段水平投影长度，m；
β——水跃长度校正系数，可采用0.7~0.8；
Lj——水跃长度，m；
经计算，消力池长度为17.85m，斜坡段投影长度为10m，水平段为8m。
（3）构造要求
消力池底板（即护坦）承受水流的冲击力，水流脉动压力和底部扬压力等作用，应具有足够的重量、强度和抗冲耐磨能力。
护坦一般是等厚的，但也可采用不同的厚度，始端厚度大，向下游逐渐减小。
护坦厚度可根据抗冲和抗浮要求，分别按下式计算，并取其最大值。
抗冲t=k1
抗浮t=k2
式中t——消力池底板始端厚度，m；
k1——消力池底板计算系数，可采用0.15~0.20；
k2——消力池底板安全系数，可采用1.1~1.3；
py——扬压力，kpa
hd——消力池平均水深，m；
γ——水的重度，kN/m3；
γ1——消力池底板的饱和重度，kN/m3；
消力池末端厚度，采用t/2，但不宜小于0.5m。
底板用C20混凝土浇筑而成，并按构造配置φ10~12mm、@25~30mm的构造钢筋。
=
3.2海漫设计
海漫的长度：
且消能扩散情况良好，海漫长度由公式：
式中Lp——海漫长度，m；
qs——消力池末端单宽流量，m3/（s·m）
H——泄水时上、下游水位差，m；
ks——海漫长度计算系数，由表3-1查得。
表3-1ks值
河床土质
粉砂、细砂
中砂、粗砂、粉质沙土
粉质粘土
坚硬粘土
ks
14~13
12~11
10~9
8~7
在1~9之间，所以根据此公式ks取11.5，
=11.5×3.2=36.24m
取海漫水平段起始长度为10m，倾斜段长度为26.4m缓坡段水平长度：
海漫的总体布置：
海漫首端顶可与消力池尾坎齐平；始端设置10m长的水平段；其后用不陡于1︰10的坡连接；海漫末端高程应满足水流不冲要求。
海漫的构造：
海漫的形式、分缝等。
⑶防冲槽设计
防冲槽形式：
抛填式，材料选用碎石。
尺寸：
长7m，池深2m。
四、防渗排水设计
渗透压力的大小与地下轮廓的形状和尺寸有很大的关系。
合理地布置地下轮廓就能有效地防止土壤渗透变形，并减小渗透压力。
采取措施总的原则是高防低排，即在靠近高水位一侧采取防渗措施，靠近低水位一侧采取排水措施。
防渗设计的影响因素很多，如地基条、闸上作用水头、闸底板顺水流方向的长度及材料的供应。
因此设计时应结合当地具体条，配合水闸总体布置进行。
设计步骤如下：
⑴根据闸上作用水头的大小和地基条，用渗径系数法初步拟定地下轮廓的防渗长度。
L——闸基防渗长度，即闸基轮廓线防渗部分水平段和垂直段长度的总和，m；
H——上、下游水位差，m；
C——允许渗流系数值，见表4-1。
地
基
类
别
排
水
条
粉砂
细砂
中砂
粗砂
中砾、细砾
粗砾夹软石
轻粉质沙壤土
轻沙壤土
壤土
粘土
有反滤层
13~9
9~7
7~5
5~4
4~3
3~2.5
11~7
9~5
5~3
3~2
无反滤层
——
——
——
——
——
——
——
——
7~4
4~3
H为5m，渗径系数C为9
因此L≥5×9=45m
⑵地下轮廓布置
土基上水闸一般不采用板桩形式进行防渗。
一般采用延长上游铺盖的长度来减小渗流，下游采用平铺式排水。
应根据底板顺水流方向的长度确定铺盖的长度，应考虑下游排水起点，避免冲刷焦点的发生。
铺盖材料为，现浇C15混凝土、编织布一层、100mm厚石子、350g/m2反滤土工布。
⑶闸基渗流计算
采用改进阻力系数法进行，计算作用在底板上的而渗透压力，并进行地基的渗透稳定验算。
水闸的防渗排水设计应结合闸室的稳定计算进行。
五、闸室各部的形式选择及尺寸拟定
本部分应结合前面的水力计算、防渗排水设计、消能防冲设计等内容，相互协调进行。
闸室各部包括闸底板、闸墩、闸门、工作桥、交通桥、检修桥、启闭机房等。
⑴闸底板：
本灌区属于平原地区，因此闸底板选用平地板。
底板五闸墩的连接形式为整体式。
底板厚度为0.5m。
⑵闸墩：
闸墩材料采用混凝土、钢筋混凝土。
为满足水流条，上、下游墩头采用半圆形。
为满足稳定、强度和闸门搁置要求闸墩厚度为中墩1.5m，边墩1m。
⑶闸门：
闸门平面闸门。
闸门厚0.5m，宽6m，高3m。
工作闸门与检修闸门尺寸相同。
⑷工作桥、交通桥：
工作桥和交通桥都为板桥形式。
启闭机为绳鼓式。
另外当上游挡水水位较高，而且下泄〔引取〕水流是在低水位时，为减少作用在闸门上的水压力，采用胸墙来辅助挡水，以减小闸门高度。
六、闸室稳定计算
水闸在使用或施工工程中，可能产生沿闸基的水平滑动、地基承载力不满足要求、地基产生较大的沉降或不均匀沉降影响水闸的安全和正常运行。
⑴闸室稳定计算
作用在闸室上的荷载有自重、水压力、浪压力、泥沙压力、渗透压力等，因按实际情况进行荷载组合，闸室的而稳定安全系数应满足要求。
应根据实际情况合理选择计算单元。
⑵地基基底压力及基底压力不均匀系数
按偏心受压公式计算地基基底压力，地基的稳定性验算；基底压力不均匀系数。
详见附表。
⑶地基沉降及不均匀沉降
在各种荷载组合情况下的地基沉降及其不均匀沉降验算，详见附表。
⑷荷载计算有关说明
工作桥自重﹙包括活荷载﹚可按20KN/m计算；启闭设备采用绳鼓式启闭机，自重可按40KN/m计算。
机房可按外墙高5m，净高4m自重30KN/m考虑。
工作闸门自重可按下面的方法进行：
其中式中：
、已知和所求闸门的自重；、已知和所求闸门的孔口面积；、已知和所求闸门的孔口尺寸；、已知和所求闸门的孔口中心线的水头。
附：
一已知进水闸闸门的参数为=250KN/m、=18m2、=6m、=10.7m。
附表闸室稳定分析
（1）
一，水闸稳定和闸底应力计算（设计洪水完建情况）
项目
作用力名称
垂直力G（KN）
水平力H（KN）
力臂LX（m）
弯矩M（KN.m）
1
底板
8725
0
0
2
胸墙
1822.5
10
18225
3
闸墩
9112.5
0
0
4
工作桥
660
14
9240
5
交通桥
2640
8
-21120
6
闸前水重
893.025
9.125
8148.853125
7
闸后水重
1359.75
1.125
-1529.71875
8
浮托力
-3822
0
0
9
渗透压力1
-79.625
14.5
-1154.5625
10
渗透压力2
-119.4375
5.3
-633.01875
11
渗透压力3
-1154.5625
14.7
-16972.06875
12
闸门重
200
1.5
300
13
上游水压力
0
-2213.7
1.23
2722.851
14
下游水压力
0
646.8
0.67
-433.356
15
上游泥沙压力
0
0
0
0
16
浪压力
0
-21.4
14.5
-310.3
17
总计
20237.15
-1588.3
-3516.320625
B
A
G
M
偏心距e=M/G
30
185
20237.15
-3516.320625
-0.173755723
Pmin=
G/A（1+6e/B）=
105.5885723
Pmax=
G/A（1-6e/B）=
113.1914277
1.300
滑动稳定方程验算：
滑动稳定方程满足:
方程值
=
364.884（kN）
>
0.0
（二）
倾覆稳定性验算
相对于墙趾点，墙身重力的力臂
Zw
=
1.593
（m）
相对于墙趾点，墙踵上土重的力臂
Zw1
=
2.321
（m）
相对于墙趾点，Ey的力臂
Zx
=
4.431
（m）
相对于墙趾点，Ex的力臂
Zy
=
3.678
（m）
验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性
倾覆力矩=
1211.275（kN-m）
抗倾覆力矩=
4001.082（kN-m）
倾覆验算满足:
K0
=
3.303
>
1.500
倾覆稳定方程验算：
倾覆稳定方程满足:
方程值
=
2458.525（kN-m）
>
0.0
（三）
地基应力及偏心距验算
基础为天然地基，验算墙底偏心距及压应力
作用于基础底的总竖向力
=
1310.301（kN）
作用于墙趾下点的总弯矩=2789.806（kN-m）
基础底面宽度
B
=
6.000
（m）
偏心距
e
=
0.871（m）
基础底面合力作用点距离基础趾点的距离
Zn
=
2.129（m）
基底压应力:
趾部=408.566
踵部=28.201（kPa）
最大应力与最小应力之比
=
408.566
/
28.201
=
14.488
作用于基底的合力偏心距验算满足:
e=0.871
1.300
滑动稳定方程验算最不利为：
组合1（组合1）
滑动稳定方程满足:
方程值
=
364.884（kN）
>
0.0
（二）
倾覆验算
安全系数最不利为：
组合1（组合1）
抗倾覆力矩
=
4001.082（kN-M）,倾覆力矩
=
1211.275（kN-m）。
倾覆验算满足:
K0
=
3.303
>
1.500
滑动稳定方程验算最不利为：
组合1（组合1）
倾覆稳定方程满足:
方程值
=
2458.525（kN-m）
>
0.0
（三）
地基验算
作用于基底的合力偏心距验算最不利为：
组合1（组合1）
作用于基底的合力偏心距验算满足:
e=0.871
篇2：
农村给水工程初步设计报告
农村给水工程初步设计报告本文关键词：
给水，初步设计，农村，报告，工程
农村给水工程初步设计报告本文简介：
××村自来水工程初步设计报告××市水利勘测设计院二○○六年三月单位负责人：
××市水利勘测设计院院长：
设计人员：
预算编制：
制图：
打字：
目录1、综合说明12、自然概况13、工程的
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