冲沙闸泄洪闸.docx
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冲沙闸泄洪闸
5.3.2闸孔设计
5.3.2.1冲沙闸的设计
流量计算：
Q1=10%~15%Q设计=（10%~15%）*2720m3/s=272~408m3/sQ2=2*Q引用=2*46.6m3/s=93.2m3/s
Q设计—设计洪水流量；
Q引用—电站引用流量。
鉴于以上计算结果，选定在设计洪水位的过流量为
3
。
Q冲沙闸=350m/s
流速计算：
v=
===2*9.80*（897.00-863.00
）m/s=25.81m/s
v—设计洪水位下冲沙闸的流速；
g—重力加速度；
h—设计洪水位下冲沙闸的流速水头。
由Qnbhe2gH
Q
2
得bhe=
=16.95m
2gH
从而确定冲沙闸的闸孔尺寸为：
闸孔宽为
4m，闸孔高为5m。
5.3.2.2泄洪闸的设计
在正常水位为
897.00m，泄洪冲沙闸堰顶高程为
863.0m，
3
Q
/s，
校核=4610m
Q冲沙闸=350m3。
Q泄洪闸=Q校核
-
Q冲沙闸
3
3
/s
=4610-350m/s=4260m/s.
（1）泄洪闸闸孔尺寸的估算
由于泄洪闸泄流时为闸孔出流，故按闸孔出流公式计算：
Q
nbhe
2gH
（1）
Q—通过泄洪闸的总流量（m3/s）；
n—闸孔数；
b—闸孔净宽（m）；
—流量系数；
he—闸孔开度（m）；
g—重力加速度；
H—堰上水头（m）。
根据上面的公式可求出闸孔总过水面积为：
S总=nbhe206.28m2
我国大、中型水闸的宽度一般采用812m。
同时本设计闸孔总面积较小，闸孔数不宜过多。
在闸孔较少时，为便于闸门对称开启，使过闸水流均匀，避免由于偏流造成闸下局部冲刷和使闸室结构受力对称，孔数宜采用单数。
当采用3孔泄洪闸时，单孔闸门面积
S单=68.76m2
当采用5孔泄洪闸时，单孔闸门面积
S单=41.26m2
在坝址选择时已确定泄洪冲沙孔闸坝段长
50m，故选用3孔泄洪闸+1孔冲沙
闸的布置形式。
（2）泄洪闸闸孔尺寸的必选及确定
由S单=68.76m2，选取一下4种方案进行比较，选择其中较优方案作为泄洪
闸的最终尺寸。
方案一：
闸孔宽
8m，闸孔高8m，均为潜孔。
方案二：
闸孔宽
8m，闸孔高9m，均为潜孔。
方案三：
闸孔宽
8m，闸孔高10m，均为潜孔。
方案四：
闸孔宽
8m，闸孔高11m，均为潜孔。
方案比较：
方案一：
按公式
（1）计算泄洪闸的过流能力：
Q
nbhe
2gH=3*8*0.8*8*
2*9.80*34
=3965.14m3/s
方案二：
按公式
（1）计算泄洪闸的过流能力：
Q
nbhe
2gH=3*8*0.8*9*
2*9.80*34
=4460.78m3/s
方案三：
按公式
（1）计算泄洪闸的过流能力：
Q
nbhe
2gH=3*8*0.8*10*
2*9.80*34
=4956.43m
3/s
方案四：
按公式
（1）计算泄洪闸的过流能力：
Q
nbhe
2gH=3*8*0.8*11*
2*9.80*34
=5452.07m3/s
通过水力学计算，四种方案中除方案一过流能力不满足要求外，其它三种方案都满足泄流能力的要求。
考虑闸门尺寸增大的同时会使钢材的使用量和启闭设备的投入增大，相对投资大，故选择方案二。
5.3.2.3泄流能力的计算
泄水建筑物由3孔泄洪+1孔冲沙闸组成，为3级建筑物，相应洪水标准为：
设计洪水流量（P=1%）
Q=2720m
3/s
校核洪水流量（P=0.1%）
Q=4610m3/s
3
时，泄流量为3孔泄洪+1孔冲沙闸泄流量和进水
当洪水来流量小于400m/s
3
时，电站停止发电，泄流量为
3孔泄
闸的引用流量。
当洪水来流量大于400m/s
洪+1孔冲沙闸泄流量。
泄洪闸冲砂闸泄流能力按以下公式计算：
Q
smnb2gH03/2
3
式中：
Q—流量（m/s）；
σ—堰流淹没系数；
σs—侧收缩系数；
m—流量系数,取0.360；n—闸孔数；
b—闸孔净宽（m）；
H0—计入行近流速水头的堰上水头（m）。
泄洪闸由于布置为潜孔，当泄流时为堰流时（e/H＞0.75）按照上述的堰流公式进行泄流计算，当泄流时为孔流时（e/H＜0.75），泄流能力按闸孔出流公式计算：
Qnbe2gH
式中：
μ—流量系数；
e—闸孔开度（m）。
其余符号同前。
3
（1）当洪水流量Q=4610m/s时；
1）在校核洪水流量时，3孔泄洪闸+1孔冲沙闸全部开启泄放洪水。
假设校核洪水位为894.00m，则泄洪闸e1/H=9/32=0.28＜0.75，冲沙闸e2/H=5/32=0.16＜0.75。
故这时泄洪闸和冲沙闸均属于孔流。
Q泄洪闸=4259.44m3/s
Q冲沙闸=394.39m3/s
Q总=Q泄洪闸+Q冲沙闸=4653.83m3/s＞4610m3/s
2）在校核洪水流量时，3孔泄洪闸+1孔冲沙闸全部开启泄放洪水。
假设校核洪水位为893.00m，则泄洪闸e1/H=9/30=0.30＜0.75，冲沙闸e2/H=5/30=0.17＜0.75。
故这时泄洪闸和冲沙闸均属于孔流。
Q泄洪闸=4190.18m3/s
Q冲沙闸=387.98m3/s
Q总=Q泄洪闸+Q冲沙闸=4578.16m3/s＜4610m3/s
3）在校核洪水流量时，3孔泄洪闸+1孔冲沙闸全部开启泄放洪水。
假设校核洪水位为893.50m，则泄洪闸e1/H=9/30.5=0.30＜0.75，冲沙
闸e2/H=5/30.5=0.16＜0.75。
故这时泄洪闸和冲沙闸均属于孔流。
Q泄洪闸=4224.95m3/s
Q冲沙闸=391.20m3/s
Q总=Q泄洪闸+Q冲沙闸=4616.15m3/s＞4610m3/s
4）在校核洪水流量时，3孔泄洪闸+1孔冲沙闸全部开启泄放洪水。
假设校核洪水位为893.45m，则泄洪闸e1/H=9/30.45=0.30＜0.75，冲沙
闸e2/H=5/30.45=0.16＜0.75。
故这时泄洪闸和冲沙闸均属于孔流。
Q泄洪闸=4221.49m3/s
Q冲沙闸=390.88m3/s
Q总=Q泄洪闸+Q冲沙闸=4612.37m3/s＞4610m3/s
5）在校核洪水流量时，3孔泄洪闸+1孔冲沙闸全部开启泄放洪水。
假设校核洪水位为893.42m，则泄洪闸e1/H=9/30.42=0.30＜0.75，冲沙
闸e2/H=5/30.42=0.16＜0.75。
故这时泄洪闸和冲沙闸均属于孔流。
Q泄洪闸=4219.41m3/s
Q冲沙闸=390.69m3/s
Q总=Q泄洪闸+Q冲沙闸=4610.09m3/s=4610m3/s
故校核洪水位为893.42m。
3
（2）当洪水流量Q=2720m/s时；
1）在此洪水流量时，3孔泄洪闸全部开启泄放洪水。
假设校核洪水位为883.00m，则泄洪闸e1/H=9/20=0.45＜0.75，冲沙闸e2/H=5/20=0.25＜0.75。
故这时泄洪闸属于孔流。
Q泄洪闸=3421.27m3/s
Q冲沙闸=0m3/s
Q总=Q泄洪闸+Q冲沙闸=3421.27m3/s＞2720m3/s
2）在此洪水流量时，3孔泄洪闸全部开启泄放洪水。
假设校核洪水位为878.00m，则泄洪闸e1/H=9/15=0.6＜0.75。
故这时泄洪闸属于孔流。
Q泄洪闸=2650.10m3/s
Q冲沙闸=0m3/s
Q总=Q泄洪闸+Q冲沙闸=2962.90m3/s＞2720m3/s
3）在此洪水流量时，3孔泄洪闸全部开启泄放洪水。
假设校核洪水位为876.00m，则泄洪闸e1/H=9/13=0.69＜0.75。
故这时泄洪闸属于孔流。
Q泄洪闸=2758.31m3/s
Q冲沙闸=0m3/s
Q总=Q泄洪闸+Q冲沙闸=2758.31m3/s＞2720m3/s
4）在此洪水流量时，3孔泄洪闸全部开启泄放洪水。
假设校核洪水位为875.50m，则泄洪闸e1/H=9/12.5=0.72＜0.75。
故这时泄洪闸属于孔流。
Q泄洪闸=2704.75m3/s
Q冲沙闸=0m3/s
Q总=Q泄洪闸+Q冲沙闸=2704.75m3/s＜2720m3/s
5）在此洪水流量时，3孔泄洪闸全部开启泄放洪水。
假设校核洪水位为875.60m，则泄洪闸e1/H=9/12.6=0.71＜0.75。
故这时泄洪闸属于孔流。
Q泄洪闸=2715.55m3/s
Q冲沙闸=0m3/s
Q总=Q泄洪闸+Q冲沙闸=2715.55m3/s＜2720m3/s
6）在此洪水流量时，3孔泄洪闸全部开启泄放洪水。
假设校核洪水位为875.65m，则泄洪闸e1/H=9/12.65=0.71＜0.75。
故这时泄洪闸属于孔流。
Q泄洪闸=2720.93m3/s
Q冲沙闸=0m3/s
Q总=Q泄洪闸+Q冲沙闸=2720.93m3/s＞2720m3/s
7）在此洪水流量时，3孔泄洪闸全部开启泄放洪水。
假设校核洪水位为875.64m，则泄洪闸e1/H=9/12.64=0.71＜0.75。
故这时泄洪闸属于孔流。
Q泄洪闸=2719.85m3/s
Q冲沙闸=0m3/s
Q总=Q泄洪闸+Q冲沙闸=2719.85m3/s=2720m3/s
故设计洪水位为875.64m。
3
（3）当洪水流量Q=2370m/s时；
1）在此洪水流量时，3孔泄洪闸全部开启泄放洪水。
假设此时洪水位为875.00m，则泄洪闸e1/H=9/12=0.75=0.75。
故这时泄洪闸属于孔流。
Q泄洪闸=2650.10m3/s
Q冲沙闸=0m3/s
Q总=Q泄洪闸+Q冲沙闸=2650.10m3/s＞2370m3/s
2）在此洪水流量时，3孔泄洪闸全部开启泄放洪水。
假设此时洪水位为874.00m，则泄洪闸e1/H=9/11=0.82＞0.75。
故这时泄洪闸属于堰流。
Q泄洪闸=m3/s
Q冲沙闸=0m3/s
Q总=Q泄洪闸+Q冲沙闸=m3/s＞2370m3/s
3
（4）当洪水流量Q=2120m/s时；
3
（5）当洪水流量Q=1920m/s时；
3
（6）当洪水流量Q=1590m/s时；
3
（7）当洪水流量Q=1040m/s时；
3
（8）当洪水流量Q=500m/s时；
3
（9）当洪水流量Q=400m/s时；
3
（10）当洪水流量Q=350m/s时；
3
（11）当洪水流量Q=300m/s时；
3
（12）当洪水流量Q=200m/s时；
泄流能力计算成果表
频率
洪水流量Q
泄洪闸泄洪流冲沙闸泄洪流
（%）
3
量
量
（m/s）
3
3
）
（m/s）
（m/s
200
300
350
400
500
33.3
1040
10
1590
5
1920
3.3
2120
2
2370
1
2720
2720
0
0.1
4610
4219.32
390.68
5.3.2.4坝顶高程确定
上游水位下游水位
（m）（m）
862.95
863.48
863.70
863.91
864.25
865.92
865.17
867.82
868.18
868.63
875.64869.19
893.42871.50
闸坝坝顶高程计算表
工
况
上游水位（m）
安全加高（m）
计算超高（m）
坝顶高程（m）
正常情况
897.00
0.4
1.30
校核情况
893.42
0.3
0.84
设计情况
0.4
1.29
5.3.3消能放冲设计
消能防冲采用70m长的混凝土护坦与下游河道衔接，护坦底坡3%，护坦上部设0.6m厚的C40HF耐磨砼，护坦尾部设24m长的钢筋笼装大卵（块）石回填保护。
左岸非溢流坝长48m，最低建基面高程为856.0m，坝顶宽7.0m。
最大坝高
43.0m，重力坝上游面为铅直，下游面在高程894.0m以下采用1:
0.7放坡，为
C15混凝土重力式结构。
右岸非溢流坝长72.00m，最低建基面高程为856.0m，坝顶宽7.0m。
最大坝高43.0m，为C15混凝土重力式结构。
右岸坝肩砼防渗墙坝段长57.00m，防渗墙平洞长约54m，防渗墙最低高程为878.50m，防渗墙底部采用水泥帷幕灌浆。
右坝肩布置26m长的灌浆平洞。
左坝肩布置42m长的灌浆平洞。
闸坝基础防渗根据基础不同采用两种方式，基岩部分采用水泥帷幕灌浆，伸入相对隔水层5lu以下3m，帷幕灌浆孔距1.5m，最大孔深48m，右岸覆盖层基础部位采用混凝土防渗墙。
5.3.4防渗排水设计
青松水电站工程上坝址处河谷形态为不对称的“V”型谷，在上坝址河段左
岸陡右岸缓，左岸多为基岩岸坡，坡度一般45～50°，右岸有阶地分布，呈台阶状地形。
河床地面高程859.92～863.1m，覆盖层厚度为3.4～6.4m，为漂卵砾
石夹砂。
下伏岩体为石龙洞组工区第二、三层（∈1～2sl
①、∈1～2sl
②）的灰岩和白云
质灰岩，岩体强、弱风化带铅直厚度为
1.4～11.2m、14.1～24.8m。
据地ZK4号
钻孔压水试验资料，强风化带岩体渗透系数
K=6.3×10-3Lu，属强透水层；弱风
化带岩体透水率q=20～30Lu，属弱～中等透水层；新鲜岩体透水率q=3.9～43Lu，属弱～中等透水层。
透水带（q≥5Lu）厚度48～69m。
闸坝基础防渗根据基础不同采用两种方式，基岩部分采用水泥帷幕灌浆，伸入相对隔水层5lu以下3m，帷幕灌浆孔距1.5m，最大孔深48m，右岸覆盖层基础部位采用混凝土防渗墙。
左坝肩基岩的防渗采用帷幕灌浆，灌浆平洞长42m，河床泄洪冲沙闸坝段和
非溢流坝段基础采用帷幕灌浆，按单排帷幕设计，孔距1.5m，帷幕底线深及相对不透水层以下3m，右坝肩沿坝轴线方向向山体打防渗墙平洞54m，往里布置灌浆平洞26m，覆盖层打砼防渗墙，以下采用帷幕灌浆。
闸坝基础建在强风化基岩
上，对该部位基础底部进行固结灌浆，间、排距为3.0m，梅花型布置，深约8m。
5.3.5闸室布置
（1）底板
（2）闸墩
（3）闸门
首部枢纽建筑物基础泄洪冲沙潜孔坝段放在强风化基岩上。
泄洪冲沙潜孔坝段沿坝轴线长50.00m，顺水流向长55.00m。
设3孔宽8m、高11m的泄洪冲沙闸，采用平底坎堰型，堰顶高程863.00m，建基面高程为856.00m；3孔闸共布置3扇工作弧门和1扇平板检修门，检修门采用单向门机启闭，工作弧门采用设在排
架平台上的固定式卷扬机启闭。
在中间闸墩分缝，边墩宽5m，中墩宽8m，分缝后两边各4m。
消消能防冲采用70m长的混凝土护坦与下游河道衔接，护坦上部设0.6m厚的C40HF耐磨砼，护坦尾部设24m长的钢筋笼装大卵（块）石回填保护。
5.3.6闸室稳定计算
5.3.7闸室底板设计
由于西溪河为山区性河流，推移质较多，加上库区不定期泄洪排沙，汛期大量推移质过闸，泄洪建筑物需采用抗冲耐磨保护措施。
在泄洪冲沙闸室底板设C40HF钢筋混凝土保护。
5.3.8非溢流坝段设计及稳定计算
（1）非溢流坝段的设计
1）非溢流坝段坝型的选择
非溢流坝段建于稳定的岩基之上，为了与泄洪坝段更好的连接，故选择重力坝作为非溢流坝段。
2）重力坝的剖面选择
剖面选择比较常用的形态，即上游坝面铅直
（2）非溢流坝段稳定计算
1）闸坝抗剪强度计算公式：
Ksf*（WU）/P
式中：
Ks—抗滑稳定安全系数；
W—接触面以上的总铅直力；
P—接触面以上的总水平力；
U—作用在接触面上的扬压力；
f—接触面间的摩擦系数，取0.4。
2）闸坝抗剪断计算公式：
Ks'f'（WU）c'A
P
式中：
Ks'—抗滑稳定安全系数；
W—接触面以上的总铅直力；
P—接触面以上的总水平力；
U—作用在接触面上的扬压力；
f'—抗剪断摩擦系数；
c'—凝聚力。
5.3.9进水闸的设计
左岸进水闸布置在挡水建筑物的上游，靠岸布置。
进水闸采用“正向泄洪冲
沙、侧向取水”的布置方式，与闸坝轴线平行。
水库正常蓄水位897.00m，死水位896.00m，水库消落深1.0m。
在其前沿设置一拦沙坎，拦沙坎高3m，进水口设置一道拦污栅和一孔事故闸门。
拦污栅闸底板高程884.00m，比泄洪冲沙闸底板高21.0m，拦污栅高16.50m、宽8.00m，闸顶高程899.00m。
一孔进水闸，宽
4.4m、高4.4m，底板高程884.00m，建基高程882..50m。
进水闸后通过一长8.00m的方圆渐变段与引水隧洞相接
方案一：
2孔泄洪冲沙闸+非溢流坝；闸孔宽
10.5m，孔高14m，均为潜孔。
方案二：
3孔泄洪冲沙闸+非溢流坝；闸孔宽
8m，孔高11m，均为潜孔。
方案比较：
方案一：
校核洪水下的单宽流量Q单=（Q校核-Q冲沙闸）/d1
）m3/s=202.9m3/s
=（4610-350）/（2*10.5
设计洪水下的单宽流量Q单=（Q设计-Q冲沙闸）/d
1
=（2720-350）/（2*10.5
）m3/s=112.9m3/s
方案二：
校核洪水下的单宽流量Q单=（Q校核-Q冲沙闸）/d
2
=（4610-350）/（3*8）m3/s=177.5m3/s
设计洪水下的单宽流量Q单=（Q设计-Q冲沙闸）/d
2
=（2720-350）/（3*8）m3/s=98.8m3/s
通过水力学计算，两方案的泄流能力相当，方案一闸坝总长度为
41.00m，
校核和设计洪水的单宽流量分别为202.9m3/s和112.9m3/s。
方案二闸坝总长为50.00m，校核和设计洪水的单宽流量分别192.1m3/s和113.3m3/s。
方案二闸
坝的基础处理、开挖、混凝土、钢筋和金结的工程量均比方案一稍大，相对投资大；但方案一在各级洪水下的单宽流量均较大，而下游河床抗冲刷能力较差，较大的单宽流量消能困难，在不宜建消力池的情况下，枢纽应控制单宽流量，以减小下游的边坡防护难度，方案一运行调度灵活性较差，经综合分析比较，推荐方案二。
（2）计算闸孔总净宽
1）计算流速：
v设计=
2gh设计=
2*9.80*（879.05-863.00
）m/s=17.74m/s
v校核=
2gh校核=
2*9.80*（896.80-863.00
）m/s=25.74m/s
2）水流呈孔流，计算跃后水深:
由《水力学》书中
167页公式（8-40）
=h''=1
1
8Fr12
1
（8-40）
h'
2
其中
2
v12
=
q2
，h'=
he
，
Fr1
=
=11m
gh'gh'3
求得hc''=1h'18v12
1
2
gh'
=
1
1
8*17.742
*11*
1
2
9.80*11
=21.64m
3）水流呈孔流，计算总净宽：
B0=
Q
（1）
he
2gH0
'
='
1
'he
（2）
H
'=
1
（3）
2
1
1
he
H
0.4
（4）
=
r
16
2.718
he
式中he—孔口高度（m）；
—孔流流量系数，可按公式
（2）计算求得或
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