溢洪道的设计.docx
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溢洪道的设计
2012年8月
1设计目的和要求
通过课程设计培养学生了解并掌握实际水利工程的设计内容、方法和步骤，巩固专业课、技术基础课及基础课所学的知识，培养运用所学知识解决实际工程问题的能力，训练学生编写设计书、绘图的能力和技巧，培养查阅文献及规范的能力。
要求每个学生对设计内容中的各个环节做出系统的个人成果。
每个人必须编写完整的课程设计成果。
说明书简明扼要、条理清楚，计算方法得当、结果准确，设计方案合理可行，水工图纸布局合理、线条标注规范、图面整洁，能正确反应设计意图。
2设计资料
2.1工程概况
吴岭水库枢纽工程位于汉北河支流东河上，坝址在湖北省某县境内，距县城22km。
水库控制东河上流余家嘴、斋婆店两条主要河流，河道平均坡度为3‰。
水库坝址以上乘雨面积102km²。
流域多年平均降雨量1020.9mm。
水库总库容7220万m³，是一座以灌溉为主、兼有防洪、水产养殖、城镇供水等综合利用的中型水利工程。
吴岭水库枢纽工程主要由大坝、副坝1、副坝2、正常溢洪道、东输水管、西输水管及灌区工程等组成。
2.2基本资料
2.2.1气象
本流域属北亚热带湿润季风气候区，多年平均气温16℃，极端最高气温41℃（1971年7月），极端最低气温-10℃（1995年1月），多年平均最大风速7
8级（17.32m/s），多年平均日照时数2030h，全年无霜期平均长达254d。
多年平均降雨量1020.9mm（统计到期1998年），东河流域洪水来自暴雨，汛期为每年的4
10月。
2.2.2洪水
设计洪水的计算结果见表1
表1吴岭水库溢洪道设计洪水结果
频率
3.33%
2%
1%
0.2%
0.1%
下泄流量（m³/s）
270.0
287.0
370.4
436.0
499.0
2.2.3地质
溢洪道场地内上覆土层为第四系上更新统残坡积物，主要由粘土、含碎石粘土组成，层底高程57.60m左右。
下伏基岩为二迭系下统栖霞组含燧石结核基岩。
地基土力学指标：
残坡积粘土：
湿重18.7KN/m³,孔隙比e=0.993，内摩察角Φ=9
，凝聚力C=51.7Kpa/m²，渗透系数K=8.25
cm/s，地基土壤变形系数E0=8.8Mpa，地基允许承载力[σ]=190Kpa。
填土与墙后摩擦角δ=0。
本区不考虑地震作用。
2.2.4其他
根据该工程的实际情况，溢洪道两岸为四级公路；闸门采用弧形闸门；根据下游的用水要求及水库的水量平衡，水库正常蓄水位为62.20m。
为了减小上游的淹没损失，上游最高洪水位不宜超高65.00m。
3工程设计
3.1工程布置
3.1.1枢纽的等别、溢洪道级别及洪水设计标准
查询《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000）（见表2、表3）
表2水利水电工程分等指标
表3永久性水工建筑物级别
由水库的总库容值为7220万m³可知，该工程的工程等别为Ⅲ，溢洪道主要建筑物级别为3级，可取其对应的设计洪水及校核洪水分别为50年一遇（2%）及100年一遇（1%）。
3.1.2溢洪道的位置、型式及组成
①溢洪道的型式及总体布置
观察该地形图，以垭口所在位置，初步画出溢洪道轴线及水流轴线，溢洪道轴线与水流方向近于垂直，由划线结果可以看出，该区域适合设置正槽式溢洪道，控制段应设置在垭口区域的最高地理位置附近，以减少修建闸室时对土方的开挖，节省工程资金。
该设计溢洪道由进口段、控制段、泄槽段、消能段及尾水渠段组成。
各组成段的相关尺寸设计见3.2（溢洪道的型式及尺寸）。
②控制段的堰型
观察该地形图可以看出，该区域地形坡度较缓，且垭口地面的高程略高于正常蓄水位，泄流量较小，故该溢洪道的控制段适宜选择宽顶堰（平顶堰）。
该堰型的优点为结构简单、施工方便，有利于排泄冰块等漂浮物，缺点是流量系数较小，过流能力较差。
但对于该流域而言，由于其流量较小，故可以选用该堰型。
③闸门设置及闸孔总宽度
由校核洪水估算控制段总宽度，由资料可知，校核洪水（1%）下泄流量为370.4
，在不设置闸门的情况下，初步设定控制端底板板面高程为62.2m，进口段顶面高程为57.6m。
以校核情况计算，计算结果见下表4。
（忽略动水水头）
其中圆角宽顶堰：
（
）
下泄流量：
（下同）
表4无闸门时闸孔设计宽度
堰高P（m）
堰上水头H（m）
特征水位HD（m）
4.6
2.8
正常
设计
校核
P/H
62.20
64.39
64.80
1.64
安全超高△H（m）
流量系数：
m
正常
设计
校核
0.36
0.7
0.7
0.5
Q（m3/s）
特征水位下的堰顶高程H（m）
设计（2%）
校核（1%）
正常
设计
校核
287
370.4
62.90
65.09
65.30
闸孔总宽度B（m）
初定堰顶高程H（m）
设计
校核
38
49
65.30
Bmax（m）
49
堰型：
宽顶堰（无闸门）
初定设计值（m）
B
高程（m）
闸孔数
单孔宽度（m）
上游坡度
55
H
0
0
90
2.19
闸口总宽度B（m）
HD
64.39
0
将上表中计算所得的宽度值在地形图中经验算可知，不能很好的适应地形条件，故选择设置闸门方案。
初步设定闸底板板面高程为57.2m，进口段顶面高程为57.2m。
以校核情况计算，结果见下表5。
（忽略动水水头）
表5设闸门时闸孔设计宽度
堰高P（m）
堰上水头H（m）
特征水位HD（m）
0
7.8
正常
设计
校核
P/H
62.20
63.42
64.57
0.00
安全超高△H（m）
流量系数：
m
正常
设计
校核
0.39
0.7
0.7
0.5
Q（m3/s）
特征水位下的堰顶高程H（m）
设计（2%）
校核（1%）
正常
设计
校核
287
370.4
62.90
64.12
65.07
闸孔总宽度B（m）
初定堰顶高程H（m）
设计
校核
8
10
65.07
Bmax（m）
10
堰型：
宽顶堰（有闸门）
初定设计值（m）
B
高程（m）
闸孔数
单孔宽度（m）
上游坡度
12
H
2
1
90
6.90
闸口总宽度B（m）
HD
64.57
12
表6有效闸门宽度计算
堰型：
宽顶堰（有闸门）
闸墩
闸孔数
单孔宽度b（m）
闸孔总宽度（m）
数目n
单个厚度d（m）
闸墩总宽度（m）
2
6
12
1
1
1
H0/b>1
边墩影响系数ξk
0.7
有效宽度Bc
10.86
中墩影响系数ξ0
0.25
由计算结果可以看出，当闸门宽度设为12m时，能够较好的适应地形条件。
故对控制段，堰型选择为宽顶堰（设闸门），堰顶高程为65.07m。
闸孔总宽度为12m。
孔数为2，单孔宽度为6m。
其对应的各特征水位如下：
正常蓄水位（62.20m）、设计洪水位（63.42m）及校核洪水位（64.57m）。
3.2溢洪道的型式及尺寸
3.2.1进口段
进水渠的作用是将水流平顺、对称的引向控制段，并具有调整水流的作用。
进水渠在布置时短而直，其轴线方向宜进水顺畅。
进水渠采用梯形断面，边墙坡度为1:
0.5,底坡为平坡，其末端用渐变段与控制段的矩形断面连接，渐变段长度为20m。
进水渠底板厚度为1.0m。
可设渠首底板面宽度为13m，渠首边墙顶部宽度为18m，边墙厚度为0.5m。
渠尾宽度为13m。
渠首前段设置齿墙，深度为1.5m，长度为0.5m。
靠坝侧设置导流墙。
3.2.2控制段
①控制段的孔口设计
设计过程及结果见3.1.2（表6）
②控制段结构布置
控制段底板布置：
采用整体式平地板，闸底板长度设定为20m，厚度为1.0m，结构为矩形设计。
地板混凝土为满足强度、抗渗和防冲要求，采用强度等级为C25的混凝土，为钢筋混凝土结构。
闸墩结构布置：
闸墩厚度为1.0m，迎流端采用锥弧形设计。
尾端采用圆弧形设计。
上部结构型式：
堰顶高程设计值取为65.5m。
工作桥高度取为5m，宽度为4m。
上设启闭机，采用装配式板梁结构。
交通桥底部高程取为65.5m，宽度为4.5m，高度为0.5m。
③防渗排水设计：
底板上下游两端设浅齿墙，深度为1.5m，长度为0.5m；闸室前部设有灌浆帷幕，深入岩层厚度5m。
排水设施采用反滤层，取3种不同粒径的石料（砂、砾石和卵石）组成每层厚度为20cm的透水层，粒径级别由小到大为0.25
1mm、1
5mm、5
20mm。
3.2.3泄槽段
①平面及纵向布置
平面上，泄槽轴线与溢流堰轴线垂直，且泄槽与控制段顺直连接。
纵向上，依据地形，合理设置泄槽段的坡度。
②底部衬砌及边墙尺寸设计
底部采用钢筋混凝土衬砌，纵缝形式为平接缝，间距采用10m，排水设施设有横向排水沟及若干道纵向排水沟。
泄槽段宽度设为13m，厚度为1.0m，长度为80m。
坡度取为1:
15.38。
边墙尺寸见水力计算。
3.2.4消能段
消能方式采用底流式消能，消力池采用下挖式。
护坦厚度采用1.0m，为保证护坦材料的抗冲耐磨性，护坦材料采用混凝土。
护坦尾部设有齿墙，深度为1.5m，宽度为0.5m。
为了降低护坦底部的渗透压力，在护坦的后半部设置排水孔，其孔径为10cm，间距为2.0m。
成梅花形排列。
排水孔内充填碎石，这样既能是渗水通过，又有助于排除水流中的泥沙。
排水孔底部设置有反滤层。
消力池后设置海漫，同时在海漫末端加设防冲槽，海漫下设垫层。
构造及尺寸见水力计算（表7）。
3.2.5尾水渠
尾水渠采用明渠式输水方式，渠首与消能段平顺连接，渠道宽度设为13m。
纵向坡度为1:
22。
采用浆砌石做防冲材料，下设有垫层。
4设计计算
4.1水力计算
4.1.1过流能力的计算
特征水位的确定：
见3.1.2（表5）。
4.1.2泄槽水面线计算
上游水位取校核水位（64.57m），则上游水深为7.37m，下游水深取为3.5m。
由矩形断面的临界水深计算公式
计算得临界水深hk=4.43m。
对泄槽水面线过程编程（程序如下）
条件：
流量Q=370.4坡度i=0.0289糙率n=0.014边坡m=0底宽b=13计算长度l=80
#include
#include
#include
doubleQ,I,M,B,N,J1,DS,E1,V2,J2,E2;intDR;
doublealfa=1.05;
doubleHK（doubleQ,doubleI,doubleM,doubleB）
{
doubleY,H1,HK;
intk=1;
Y=Q*Q*alfa/9.8/sqrt（1-I*I）;H1=1.0;
do
{
HK=pow（（Y*（B+2*M*H1））,（1.0/3））/（B+M*H1）;
if（fabs（HK-H1）>=0.00001）
H1=HK;
k++;
}
while（k<=30）;
returnH1;
}
doubleHO（doubleQ,doubleI,doubleN,doubleM,doubleB）
{
doubleY,H2,HO,srm;
inti=1;
Y=pow（（Q*N/sqrt（I））,0.6）;H2=2.0;srm=sqrt（1+M*M）;
do
{
HO=Y*pow（B+2*srm*H2,0.4）/（B+
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