水闸综合练习.docx
《水闸综合练习.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水闸综合练习.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
水闸综合练习
1.工程设计基本资料
该闸为灌区引水灌溉的一座拦河闸，需建该水闸以抬高河道水位满足引水灌溉要求，同时可改善生产生活供水条件。
该水闸按20年遇标准设计，50年遇标准校核。
水文气象情况
（1）闸址的不同频率的洪峰流量见表1。
洪期为每年7——10月。
表1闸址洪水频率与洪峰流量
洪水频率（%）
1
2
5
10
25
75
流量（m3/s）
1730
1580
1250
900
440
350
230
100
80
（2）闸址的水位流量关系见下表2和图1
表2闸址的水位流量关系
水位（m）
32
33
34
35
36
37
38
39
40
流量（m3/s）
535.85
（3）3。
（4）根据闸址50多年的观测资料，多年平均气温为16.8摄氏度，以8月份为最高，月平均气温30.2摄氏度，1月份最低，月平均为2.2摄氏度;最高气温达41.5摄氏度，最低气温为-8摄氏度。
（5）多年平均风速4.8m/s,汛期多年最大风速平均值为12m/s。
工程地质和水文地质条件
（1）闸址处河道顺直，河道断面近似为梯形断面，河床坡降平缓，纵坡约为0.0001，河床地高程为31.0m，河槽底宽42m,边坡系数为2.5。
（2）闸址地质情况系属第四纪沉积岩，厚度较大。
河床两岸滩地为粉质壤土，厚度1——5m,河床为砾粗砂，最大厚度在17m以上，下部为粗砂层，厚度3——11m,基岩为花岗岩。
（3）地基土壤设计指标①内摩擦角粗砂，砾质粗砂，粉质壤土；②渗透系数粗砂,砾质粗砂，粉质壤土；③孔隙比粗砂e=0.58，粉质壤土e=0.44；④地基承载力
粗砂和粗质粗砂；⑤变形模量粗砂E=30MPa,砾质粗砂E=40MPa。
（4）回填土可以用砾质中沙、砾质粗砂、粗砂回填。
①重度r干3,
r湿=17.66KN/m3,r饱=19.62MPa；②内摩擦角；③粘着力c=0。
（5）混凝土与各种土壤的摩擦系数①混凝土与粘土；②混凝土与中砂；③混凝土与粗砂；④混凝土与砾质粗砂。
3左右，石料场距公路大约1Km。
（2）混凝土骨料闸址下游2.5到4.0Km的河滩砂砾石可作混凝土骨料。
（3）土料闸址上游1到2Km有壤土，其物理力学性质参数与闸址的粉质壤土大体相同，数量大约80万m3。
（4）其它建材水泥、钢材、木材等由外地购买。
（5）闸址附近有公路经过，铁路距闸址仅6Km。
交通运输方便。
批准的规规划成果
（1）根据过闸流量及其防护对象的重要性，本水闸工程为Ⅲ等工程，其中永久性主要建筑物为3级。
（2）拦河闸正常挡水位为。
（3）水闸通过设计流量时相应闸前水位为,闸下水位为；水闸通过校核流量时相应闸前水位为,闸下水位为。
2.闸孔设计
2.1闸址的选择
闸址、闸轴线的选择关系到工程的安全可靠、施工难易、操作运用、工程量及投资大小等方面的问题。
在选择过程中首先应根据地形、地质、水流、施工管理应用及拆迁情况等方便进行分析研究，权衡利弊，经全面分析比较，合理确定。
本次设计中闸轴线的位置已由规法给出。
本工程主要任务是正常情况下拦河截水，以利灌溉，而当洪水来临时，开闸泄水，以保防洪安全。
由于是建于平原河道上的拦河闸，应具有较大的超泄能力，并利于排除漂浮物，因此采用不设防胸墙的开敞式水闸。
同时，由于河槽蓄水，闸前淤积对洪水位影响较大，为便于排出於沙，闸底板高程应尽可能降低。
因此，采用无底坎平顶板宽顶堰，堰顶高程与河床同高，即闸底板高程为。
由于已知上、下游水位，可推算上游水头及下游水深，如下表:
流量Q（m3/s）
下游水深（m）
上游水深（m）
过水断面面积
行近流速（m3/s）
上游水头（m）
设计流量350
校核流量440
7.16
其中过水断面面积
闸门全开泄洪时，为平底板宽顶堰堰流，根据公式判别是否为淹没出流。
计算情况
下游水深（m）
上游水头（m）
流态
设计水位
淹没出流
校核水位
淹没出流
按照闸门总净宽计算公式,根据设计洪水和校核洪水两种情况分别计算如下表。
其中为堰流侧收缩系数，取；m为堰流收缩系数，取0.385.
闸孔总净宽计算表
流量Q（m3/s）
下游水深（m）
上游水头（m）
淹没系数
（m）
设计流量350
校核流量440
其中，。
根据闸门设计规范中，闸孔尺寸和水头系列标准选定单孔净宽b=9m，同时为了保证闸门对称开启，防止不良水流形态，选用3孔，闸门总净宽为：
m
由于闸基为软基河床，选用整体式底板，缝设在闸墩上，中墩厚1.2m,边墩厚1m。
如图所示：
根据孔口与闸墩的尺寸可计算侧收缩系数，查水闸设计规范，结果如下：
对于中孔查表得
b0/bs
对于边孔，得
与假定接近，根据选定的孔口尺寸与上下游水位，进一步换算流量如下表所示：
计算情况
堰上水头（m）
Q
校核过流能力
设计流量350
3.02%
校核流量440
1.72%
设计与校核情况都满足要求，所以不再进行孔口尺寸的调整。
3.消能防冲设计
由于本水闸位于平原地区，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宣泄洪水，为淹没出流无需消能。
闸前为正常高水位35.30m,部分闸门局部开启，只能宣泄较小流量时，下游水位不高，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。
为保证无论何种开启高度的情况下都能发生淹没式水跃消能，所以采用闸前水深H=4.3m，闸门局部开启情况，作为消能防冲设计的控制情况。
为了降低工程造价，确保水闸安全运行，可以规定闸门的操作规程，本次设计按照1、3孔对称式开启，分别对不同开启高度和开启孔数进行组合计算，找出消力池尺深和尺长的控制条件。
水闸设计规范中指出，为降低工程造价，保证水闸安全运行，应制定合理的闸门开启程序。
消力池主要计算公式如下：
孔口出流流量公式
挖池前收缩水深
收缩系数查下表；
0.618
0.65
跃后水深
出池落差
消力池池深
消力池长度—
消力池斜坡段水平投影长度
水跃长度
消力池尺深、尺寸估算表
开启孔数n
开启高度e
收缩系数
泄流量Q
单宽流量
收缩系数
跃后水深
下游水深
流态判别
消力池尺寸
备注
尺深d
尺长
水跃长
1
41
自由出流
15
1
51
78
2
104
限开
3
123
淹没出流
1
153
4
通过计算，为了节省工程造价，防止消力池过深。
对开启1孔开启高度为2m限开，得出开启1孔开启高度为2m为消力池的尺深控制条件。
1、消力池深度计算
根据所选择的控制条件，估算尺深为1m,由上表可知消力池的收缩水深和相应的出池落差及跃后水深，经验算水月淹没系数
—1.10之间的要求。
1消力池尺长
根据尺深为1m,为了施工方便，故取消力池长度为19m。
2消力池构造
采用挖涤式消力池，为了便于施工，消力池的底板做成等厚，为了降低底部下部的渗透压力，在水平底板的后半部设置排水孔，孔下铺设反滤层，排水孔泾为10cm,间距为2m,呈梅花形布置。
根据抗冲要求，按式计算消力池底板厚度，其中k1为消力池底板计算系数，取0.18，q为确定尺深时的过闸单宽流量；为相应于单宽流量的上下游水位差。
应根据可能出现的不理水位，流量组合情况进行计算。
当=1—9，且消能扩散情况良好时，海漫长度可按公式：
计算。
—海漫长度，m
Qs—消力池末端单宽流量，m3/（s*m）
--泄水时的上下游水位差，m
Ks—海漫长度计算系数，可查规范得。
其中为海漫长度计算系数，根据闸基土质为砾粗砂，则选12.取计算表中的大値，为海漫长度。
海漫长度计算
流量Q
上游水深H
下游水深h
50
70
100
120
150
170
分析上表可知，海漫长度为24m。
2、海漫构造
因为对海漫要求有一定的粗糙度，以便进一步消除余能，有一定的透水性，有一定的柔性，所以选择在海漫的超始段为6m长的浆砌石水平段，因为浆砌石的抗冲性能较好，其顶面高程与护坦平齐。
后18m做成坡度为1：
10的干砌石段，以便水流均匀扩散，调整流速分布，保护河床不受冲刷。
海漫厚度为,下铺设15cm的砂垫层。
3.4防冲槽设计
海漫末端河床冲刷深度按计算，其中河床土质的不冲流速可按下式计算。
其中河床土质的不冲流速可按下式计算。
式中：
--河床土质的不冲流速，m/s
V0—
R—水力半径，
t—海漫末端河床水滞，m
按照不同情况计算冲刷坑深度结果见下表：
计算情况
相应过水面积A
湿周x
t
校核情况
设计情况
根据计算确定防冲槽的深度为,采用宽浅式，底宽取的斜坡与下游河床相连。
上、下游岸坡防护
为保护上、下游翼墙以外的河道两岸岸坡不受水流的冲涮，需要进行护坡。
采用浆砌石护坡，厚0.3m,下设0.1m的砂垫层。
保护范围上游自铺盖向上延伸2—3倍的水头，下游自防冲槽向下延伸4—6倍的水头。
4.防渗排水设计
闸底地下轮廓线的布置
4.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。
4.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，如层面排水，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。
4.地下轮廓线布置
1、闸基防渗长度的确定
初步拟定闸基防渗长度：
C—允许渗径系数値，查相关规范。
由于地基类别为砾粗砂，取C为4
H—上、下游最大水头差，m。
2、防渗设备
由于闸基质为砾粗砂，防渗设备采用混凝土铺盖，闸底板上、下游侧设齿墙，为了避免破坏天然的粘土结构，不宜设置板桩。
1、防渗设备尺寸和构造
闸底板长度的拟定。
根据闸上结构布置及地基承载能力两方面要求来综合考虑，拟定闸底板顺水流方向的长度。
A—系数，对于砂壤土，A取2.0，H—上、下游最大水头差
综合考虑上部结构布置及地基承载力要求，确定闸底板长度为9m。
升级会员 