水闸课程设计.docx

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水闸课程设计

第一章总论-----------------------------

错误！

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一、工程概述-------------------------

错误！

未定义书签。

二、基本资料-------------------------

错误！

未定义书签。

三、工程综合说明书-------------------

错误！

未定义书签。

第二章水力计算-------------------------

错误！

未定义书签。

一、闸室的结构形式及孔口寸确定

-------错误！

未定义书签。

二、消能防冲设计---------------------

错误！

未定义书签。

第三章水闸防渗及排水设计---------------

错误！

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一、闸底轮廓布置---------------------

错误！

未定义书签。

二、防渗和排水设计及渗透压力计算

-----错误！

未定义书签。

三、防渗排水设施和细部构造-----------

错误！

未定义书签。

第四章

闸室的布置和构造---------------

错误！

未定义书签。

一、闸底板、闸墩---------------------

错误！

未定义书签。

二、工作桥、公路桥、检修便桥---------

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未定义书签。

三、闸门和启闭机---------------------

错误！

未定义书签。

四、闸室的分缝和止水设备-------------

错误！

未定义书签。

第五章闸室的稳定计算-------------------

错误！

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一、荷载及其组合---------------------

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二、地基应力验算---------------------

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第六章上下游建筑物---------------------

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一、连接建筑物的作用-----------------

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二、两岸建筑物的选用------------------------------------错

误！

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第一章总论

一、工程概述

本枢纽位于某河下游，主要任务是壅高水位，以满足河流两岸引水灌溉要求，并适当照顾到工业给水、陆路交通等。

枢纽由泄洪闸、灌区进水闸等组成。

枢纽建成后可灌溉农田5.5万亩。

要求闸顶公路净宽4.5m（如图1）

图一枢纽平面布置图

1-泄洪闸2-进水闸3-闸上公路

二、基本资料

1、上下游河道底宽20米，边坡1:

1.5。

泄洪闸设计过闸流量100m3/s,相应

上游水位为▽6.10米，下游水位▽6.0米。

校核流量为170m3/s,相应上游水位为

▽6.50米。

此水闸（泄洪闸）为Ⅲ等3级建筑物。

2、河道上游正常蓄水位为▽5.0米，最高蓄水位为▽6.0米，下游水位

▽2.5米。

泄洪闸下游河道水位流量关系如表1：

表1

水位（米）

3

3

4

4

4

5

5

5

.20

.70

.10

.45

.80

.10

.35

.60

流量

1

2

3

4

5

6

7

8

（m3/s）

0

0

0

0

0

0

0

0

水位（米）

5

6

6

6

6

6

6

6

.80

.00

.10

.20

.25

.30

.33

.40

流量

9

1

1

1

1

1

1

1

（m3/s）

0

00

10

20

30

40

50

70

3、泄洪闸上下游底高程▽1.0米，闸底板高程与河底齐平。

4、闸址处地形平缓，堤顶高程在7.5m左右。

5、闸址持力层为中细砂夹粉土，地基承载力为80KN/m3

6、闸址附近多年平均最大风速为12m/s，沿水面从水闸上游面到对岸的最

大垂直距离为

2km。

7、回填土料

闸底板下砂垫层

C

0,

30，干

15KN/m3。

两岸翼墙后回填土料

C

0,

30，

干

15KN/m3，

湿

15KN/m3，

饱

19KN/m3。

8、闸顶公路桥汽车荷载为汽车—10级，行车路面净宽4.5m，两侧各加0.75m

宽的人行道。

9、工作闸门可用钢或钢筋混凝土平面闸门，检修闸门可选用叠梁门。

启闭

机用螺杆式或卷扬式固定启闭机。

三、工程综合说明书

1、闸室的结构型式及孔口尺寸确定

2、消能防冲设计

3、防渗和排水设计及渗透压力计算

4、防渗排水设施和细部构造

5、闸底板、闸墩

6、工作桥、公路桥、检修便桥

7、闸门和启闭机

8、闸室的分缝和止水设备

9、荷载及其组合

10、地基应力计算

11、闸室稳定验算

12、上游连接建筑物

13、下游连接建筑物

第二章水力计算

第一节闸室的结构形式及孔口寸确定

1）由于已知上下游水位，可推算上游水头及下游水深，如表

表2.1.1上游水头计算表

计算情况流下游水上游过水断面面行近

量Q深hs水深H积流速

v20上游水

2g

头H0

设计水位

100

5.0

5.1

140.02

0.714

0.0

5.13

26

校核水位

170

5.4

5.5

155.38

1.094

0.0

5.56

61

2）闸门全开泄洪时，为平底板宽顶堰堰流，判别是否为淹没出流。

表2.1.2淹没出流判别表

计算情况

下游水深

上游水头

0.8H

0

hs>0.8H0

流态

hs

0

H

设计水位

5.0

5.13

4.1

5>4.1

淹没出流

校核水位

5.4

5.56

4.45

5.4>4.45

淹没出流

3）按照闸孔净宽计算公式，根据设计洪水和校核洪水两种情况分别计算，m

为堰流流量系数，取0.385.

表2.1.3

闸孔总净宽计算表

计算

流量

下游水

上游水

hs

淹没系

侧收缩系

B0

H0

情况

Q

深hs

头H0

数σ

数ε

设计

100

5.0

5.13

0.

0.546

0.909

10.

水位

975

17

校核

170

5.4

5.56

0.

0.549

0.909

15.

水位

971

22

根据《水利水电工程闸门规范》中闸孔尺寸和水头系数标准，选定单孔

净宽b0=5m，同时为了保证闸门对称开启，防止不良水流形态，选用

3孔，

由于闸基为软基河床，选用整体式底板，中墩、边墩均为1m。

Lnb0（n-1）d352117

4）校核泄洪能力。

根据孔口与闸墩的尺寸计算侧收缩系数，查《水闸设计规范》，结果如下：

对于中墩孔

b0

5

0.833，得中0.973

b

dz

5

1

对于边墩孔

b0

5

0.912

dz

5

0.319，得

边

b

bb

10.150.5

2

n1中

n2

边2

0.993

0.912

n1

n2

1

0.953

2

根据选定的孔口尺寸（3孔，每孔5米）与上下游水位，进一步计算流

量如表：

表2.1.4

过流能力校核计算表

计算

流量

堰上水

m

σ

ε

Q

校核过流

情况

Q

头H0

能力

设计

100

5.13

0.385

0.546

0.95

155

5.5%

流量

5

校核

170

5.56

0.385

0.549

0.95

175

2.9%

流量

5

设计情况超过规定5%的要求，说明孔口尺寸有些偏大，但根据校核情况

满足要求，所以不再进行孔口尺寸的调整

闸孔尺寸布置如图

第二节消能防冲设计

由于本闸位于平原地区，河床的抗冲刷能力较低，所以采用底流式消能。

设计水位或校核水位时，闸门全开泄洪水，为淹没出流，无须消能。

闸

前为正常高水位6m，部分闸门局部开启，只宣泄较小流量时，下流水位不高，闸下射流速度较大，才会出现严重的冲刷河床现象，需设置相应的消能设施，为了保证无论何种高度的情况下均能发生淹没式水跃消能，所以采用闸前水

深H=5.0m，闸门局部开启情况，作为消能防冲设计的控制情况。

按消力池计算公式计算，结果列如下表：

开

开

过

h

σ

单

h

h

?

Z

流池L

L

启

启

闸

s

宽c

c”

（m

态深j

k

孔高流（流（（）

数

度

量

m）

量m）

m）

1

0

1

2

1

2

0

2

-0

.5

4.4

.42

.05

.88

.308

.2

.01

1

2

3

1

5

0

2

0.

8.0

.02

.05

.59

.62

.9

00

1

4

3

1

8

0

3

0.

.5

0.6

.45

.05

.12

.938

.35

01

3

0

4

3

1

2

0

2

-0

.5

3.2

.56

.05

.88

.308

.2

.05

1

9

4

1

5

0

2

-0

.0

3.9

.68

.05

.59

.62

.9

.11

1

1

5

1

8

0

3

-0

.5

21.8

.2

.05

.12

.938

.35

.16

表2.2.1

消力池计算表

淹

没011

.出025.732.58

流011

.056.643.31

①消力池的深度与长度

由计算表可知水流流态皆为淹没出流，所以消力池池深为0.5m，尺长由

表可得为13.5m，

②消力池的构造

采用下挖式消力池，为了方便施工，消力池的底板采用做成等厚，

为了降低底板下的渗透压力，在水平底板的后半部分设置排水孔，孔下铺设

反滤层，排水孔直径10cm，间距为2m，成梅花形布置，消力池底板

t0.28.125-3.350.65，故取

。

其构造尺寸见下图。

0.7m

海漫长度：

海漫的长度可按下列经验公式计算：

LKSqS△H

取Ks11，则

LKSqS△H118.121.6535.5m

海漫纵断面示意图如下：

由于水流速度沿海漫全长逐渐减小，故将海漫分成两段。

紧接消力池的一段呈水平状，后面呈斜坡状，坡度1:

10。

海漫所用的材料，水平段采用浆砌石材料，余下的采用干砌石结构。

块石直径大于30cm，厚度为60cm。

海漫段设计排水孔，下设反滤层。

第三章水闸防渗及排水设计

第一节闸底轮廓布置

1、防渗设计的目的

防止闸基渗透变形;减小闸基渗透压力;减少水量损失;合理选用地下轮廓尺

寸。

2、布置原则

防渗设计一般采用防渗和排水相结合的原则，即在高水位侧采用铺盖、板桩、

齿墙等防渗设施，用以延长渗径减小渗透坡降和闸底板下的渗透压力;在低水位

侧设置排水设施，如面层排水、排水孔排水或减压井与下游连通，使地下渗水尽

快排出，以减小渗透压力，并防止在渗流出口附近发生渗透变形。

3、地下轮廓布置

对于粘性土地基，通常不采用垂直板桩防渗。

故地下轮廓主要包括底板和防

渗铺盖。

第二节防渗和排水设计及渗透压力计算

闸底板地下轮廓线（单位；mm）

地基有效深度的计算。

L0

24

，地基有效深度

Te

为

S0

9.6

5

2.5

Te

0.5L0

0.52412（m）

渗流区域分段图（单位；mm）

进口段和出口段0

1.5S

T

3

2

0.441

内部垂直段

内部水平段

y

2lncot

1S

4

T

x

L0.7S1

S2

T

分

分

S（m

S1（

S2（m

T（m

L（

阻力

hi

hi

段编号

段名称）

m）

）

）

m）

系数ξi

（m）

'（m）

①

进

0.5

—

—

12

—

0.454

0.

0.

14

06

口

②

水

—

0

2

11.

12

0.922

0.

0.

平

5

28

36

③

垂

2

—

—

11.

—

2.85

0.

0.

直

5

88

88

水

0

0

9.5

1

0.1

0.

0.

④

平

—

03

03

⑤

垂

1

—

—

10.

—

2.79

0.

0.

直

5

86

86

水

1

1

10.

10

0.82

0.

0.

⑥

—

5

25

25

平

垂

1

10.

2.79

0.

0.

⑦

—

—

5

—

86

86

直

水

0

0

9.5

1

0.1

0.

0.

⑧

—

03

06

平

出

1.5

11

0.517

0.

0.

⑨

—

—

—

16

13

口

合

11.34

3.

3.

计

3

5

5

各段渗透压力水头损失

段别

S'

T'

β'

h0'

△h

hx'

进口段

0.5

11.5

0.447

0.06

0.08

0.36

出口段

2.5

9.5

0.817

0.13

0.03

0.06

进出口段的阻力系数修正表

计算各角点的渗透压力值。

各段后角点渗压水头=该段前角点渗压水头-此段的水头损失值

H1

H2

H3

H4

H5

H6

H7

H8

H9

H10

3.5

3.4

3.0

2.2

2.1

1.3

1.0

0.1

0.1

0

4

8

7

1

6

9

3

闸基各角点渗透压力值

验算渗流溢出坡降。

出口段的溢出坡降为；

h9'

0.13

0.087，小于中砂出口段允许渗流坡

J

'

1.5

S

降值J0.35~0.40，满足要求，不会发生渗透变形。

闸底板下渗透压力分布图

第三节防渗排水设施和细部构造

1、铺盖

铺盖主要用来延长渗径，应具有相对的不透水性；为适应地基变形，也要有

一定的柔性。

这里采用混凝土结构，其长度一般为3~5倍上、下游水位差，拟取

10m。

铺盖厚为0.5m。

铺盖上、下游端设0.5m深的小齿墙，其头部不再设防冲

槽。

铺盖上游设块石护底，厚0.3m，其下设0.2m厚的砂石垫层。

2、齿墙

闸底板的上、下游端一般都设有齿墙，它有利于抗滑稳定，并可延长渗径。

去齿墙深度为1.5m。

3、侧向防渗

侧向防渗主要靠上游翼墙和边墩。

上游翼墙为反翼墙，收缩角取为15°，

延伸至铺盖头部以半径为6.6m圆弧插入岸坡。

4、排水设施

为了减少作用于闸底板上的渗透压力，在整个消力池底板下布设砂砾石排水，其首部紧抵闸底板下游齿墙。

闸底板与铺盖、铺盖与上游翼墙、上游翼墙与边墙之间的永久性分缝，虽然没有防渗的要求，但为了防止闸基土与墙后填土被水流带出，缝中铺贴沥青油毛毡。

为防止渗透变形，在排水与地基接触处做好反滤层。

第四章闸室的布置和构造

4.1闸底板的设计

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型式

根据流量大小、上下游水位，地形地质等因素，本设计闸底板采用开敞式平

底板。

4.1.3长度

底板顺水流方向的长度应根据闸室地基条件和上部结构布置要求，以满足闸

室整体稳定和地基允许承载力为原则来分析确定。

初拟时可参考以建工程的经验

数据选定，当地基为碎石土和砾（卵）石时，底板长度可取（1.5～2.5）H（H

为水闸上、下游最大水位差）;砂土和砂壤土则取（2.0～3.5）H；粉质壤土和壤

土可取（2.0～4.0）H；粘土取（2.5～4.5）H。

本设计的闸基土质为中细砂夹粉

土，所以闸底板顺水流方向的长度取（2.0～4.0）H，最终定为L=12m。

4.1.4厚度

底板厚必须满足强度和刚度的要求，通常采用等厚度的，也可采用变厚度的（后者在坚实地基情况下有利于改善底板的受力条件），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。

大中型水闸平底板厚

度可取闸孔净宽的16～18，一般为1.0～2.0m，最薄不小于0.7m。

取闸底板厚

度d=1.0m；

4.2闸墩设计

4.2.1作用

分隔闸孔并支承闸门、工作桥等上部结构，使水流顺利的通过闸室。

4.2.2外形轮廓

应能满足过闸水流平顺、侧向收缩小的，过流能力大的要求。

闸墩的外形轮廓设计

应满足过闸水流平顺、侧向收缩小、过流能力大的要求。

上游墩头采用半圆形，

以减小水流的进口损失；下游墩头宜采用流线型，以利于水流的扩散。

4.2.3厚度

闸墩的长度取决于上部结构布置和闸门的形式，一般与底板等长或稍短于底

板。

闸墩上下游面为铅直面。

闸墩的厚度应满足稳定和强度要求，根据闸孔孔径、受力条件、结构构造要

求、闸门型式和施工方法等确定。

根据经验，取闸墩厚度为1.6m，混凝土材料

4.2.4高度

（1）闸墩顶部高程

闸墩顶部高程一般是指闸室胸墙或闸门挡水线上游闸墩和岸墙的顶

部高程，应满足挡水和泄水两种运用情况的要求。

挡水时，闸顶高程不应

低于水闸正常蓄水位（或最高挡水位）加波浪计算高度与相应的安全超高

值之和；泄水时，不应低于设计洪水位（或校核洪水位）与相应安全超高

值之和。

水闸安全超高下限值见表4-16。

表4-1水闸安全超高下限值

（单位：

米）

水闸级别

运用情况

1

2

3

4/5

正常蓄

挡水

水位

0.7

0.5

0.4

0.3

时

最高挡

0.5

0.4

0.3

0.2

水位

设计洪

泄水

水位

1.5

1.0

0.7

0.5

时

校核洪

1.0

0.7

0.5

0.4

水位

闸墩顶部高程计算：

波浪计算高度hz

1.24h5%

1

gh

0.0076

v0

1

gD3

2

12

2

v0

v0

式中h——当

gD

5%波高的波高h5%，当

2

=20～250

时，为累计频率

v0

gD

250～100时，为累计频率

10%的波高h10%；

2

v0

由资料可知：

闸址附近多年平均风速为12m/s，有效吹程为2Km，则：

gD

=9.8

2000

136

v02

12

1gD

0.0076v012

2

v0

h5%

g

1

3

12

gD

2

v

1

v

0.0076

2

0

0

v0

g

1

3

2

v0

0.467

h1.24h5%1.240.4670.58

z

挡水时闸墩顶部高程为：

正常蓄水位+波浪计算高度