毕业设计中山市s水闸重建工程设计.docx

1、毕业设计中山市s水闸重建工程设计第一章 概述 1第一节 水 闸 概 况 1第二节 改 建 原 由 1第三节 工 程 设 计 资 料 1第二章 水利枢纽布置 5第一节 枢 纽 总 体 布 置 概 述 5第二节 水 闸 布 置 5第三章 水闸设计 7第一节 闸孔型式和尺寸设计 7第二节 消能防冲设计 7第三节 防渗排水设计 12第四节 闸 室 布 置 16第五节 水 闸 抗 滑 稳 定 计 算 18第六节 闸 室 结 构 设 计 20第七节 细 部 结 构 设 计 24第八节 上 下 翼 墙 设 计 25第九节 基 础 处 理 25第四章 参考文献 280第一章 概述第一节 水闸概况本次毕业设计选

2、题为中山市 S 水闸重建工程。该工程位于中山市某镇境内，是该市中顺大围某堤段上的重要水闸之一， 本水闸是以防洪、 排污、灌溉为主的综合性水利工程。该水闸（旧闸）建于 50 年代，由于旧闸原设计标准低，加上年代已久，经有关部门复核在设计洪水位时， 水闸不能安全运行。 现决定拆除旧闸，在原闸上重建新水闸。第二节 改建原由旧闸建于 50 年代，设计闸孔为一孔，净宽 4.0m，原闸底板高程 -1.50m。该闸建成后经过多年的运行， 工程质量已经老化， 部分结构破坏严重， 各项工程设施已趋落后， 存在着很多安全隐患， 严重影响水闸的正常运行。 由于旧闸原设计标准低，与前几年的河涌疏浚及环境整治工程不配套

3、， 目前整治后的河涌过水断面宽度为 15m.为使水闸安全运行，并与周边整治后环境相协调，以适应现代化水利需要。经过中山市水利局和市水电设计院论证， 决定重建该水闸， 以从根本上解决该水闸在防洪、排涝、安全运行方面等问题。第三节 工程设计资料一、 气象及工程地质情况水文（一） 水文气象1、 气象特征S水闸地处珠江三角洲中心地带，属于亚热带海洋性气候，常年温暖湿润，偶有霜冻，阳光充足，四季常青。据当地水利及总体规划资料，该区域年平均气温 23，最高七月均温 29左右，最低一月均温 10左右，无霜期 352 天。雨量充沛，雨季多发生在春夏两季， 年平均雨量为 1626 mm，最高降雨量为 2444.

4、6mm （ 1981 年），年平均蒸发量为 1331mm，年平均相对温度 82.5%。该区域属季风气候，全年风向系数夏季最大为南风、次为东南风、西南风；冬季最大风为北风； 春秋两季有过渡性。 年平均风速为 2.2 3.6m/s 。每年 49月为南海台风季节，年平均 4 次，以 79 月频率最高，占全年登陆次数的 73%，1偶有飓风，最大风力 12 级，并伴有暴雨。2 、 水文资料S水闸地处西江下游三角洲河网区，全市河道交错。洪水主要是上游来水，其次是台风雨，降雨集中于 4 至 9 月汛期，占全年的 80。根据广东省水利厅 2002 年 6 月公布的西、北江下游及其三角洲网河河道设计洪潮水面线，

5、通过内插方法，查得该区域相关水文站提供的闸址各频率洪水位值：水闸按 100 年一遇外江水位设计，外江水位 5.40 米，相应内河水位 0.6 0米。水闸按 50 年一遇外江水位设计， 外江水位 5.31 米，相应内河水位 0.6 0 米。（二） 工程地质1、区域地形地貌、地质该区域地处珠江三角洲南部边缘地带、 西江冲积平原上， 地势平坦， 河涌交错，河流（河汊）和阶地地貌发育，阶地高程一般 3.5m4.5m。横海水闸座落在西江西岸第四系洪冲积的一级阶地的前缘。场地内第四系沉积环境经历了海陆交互相、 河流冲积相等多次沉积， 形成多旋回沉积规律。区内第四系沉积层厚 2030m。2、闸址地质条件（1

6、）、地质描述S 水闸位于中山市某镇境内，在中顺大围某堤段上。根据勘探结果，在钻孔控制深度范围内，场地岩土自上而下可划分为：1)人工填土：土黄色，褐灰色，上部松散 , 下部可塑 , 主要由粉质土及淤泥质土回填而成 , 上部含碎石。层厚 3.60 3.80m。2)淤泥质土：灰黑色，很湿 , 软塑，主要由粘土及有机质等组成 , 含少量粉砂及贝壳屑。分布于全场地，层厚 5.10 5.70m。地基承载力标准值 f k 取 60KPa。3）淤泥：灰黑色，饱水 , 流塑，主要由粘土及有机质等组成 , 少量粉砂及贝壳碎屑等组成。 底部为淤质泥土。 分布于全场地，层厚 5.50 6.6m。地基承载力标准值 f

7、k 取 50KPa。4)粉细砂：灰黑色，松散，以粉砂为主。分布于全场地，上部含粘土。层厚 15.0 15.6m。地基承载力标准值 f k 取 80KPa。5)粉质粘土：褐黄色，湿，可塑，主要以粘土、粉砂及少量细砂组成。分布于全场地，层厚 3.40m。地基承载力标准值 f k 取 100KPa。6）细中砂：灰黄色，松散，以细砂、中砂为主。分布于全场地，含粉砂及少量粘土， 局部含 5的石英砾石。 层厚 8.30m。地基承载力标准值 f k 取 120KPa。7)粉细砂：褐黄色，松散，以粉砂为主，含少量细砂及砾石，局部含少量粘土。地基承载力标准值 f k 取 85KPa。（2）、地下水勘察期间，各钻

8、孔均遇见地下水，赋存于第四系各地层中的地下水属上层2滞水潜水类型，主要受大气降水及地表水 ( 包括河水 ) 补给，水位变化因气候、季节及潮位而异，勘察期间测得其混合稳定水位埋深介于 4.30m4.60m 之间。该场地地下水对砼无腐蚀性。（ 3）、结论与建议 ：根据中国地震烈度区划图 (1 ： 400 万 )(1990) ，中山市地震基本烈度为度，结合本次勘察结果，按建筑抗震设计规范 GBJll 89) 有关标准判定，场地土的类型为软弱场地土， 建筑场地类别为类， 场区上部 15m深度范围内未发现可液化地层，可不考虑液化问题。1） S 水闸位于度地震烈度区，场地属抗震不利地段，场地土类型属软弱场

9、地土，建筑场地类型属工类； 第(2) 至(3) 层的承载力低， 不宜作拟建建筑物地基基础持力层；建议采用第 (4) 层粉细砂层为该水闸桩基础持力层。2）根据工程旧闸情况及地质剖面知，本次设计的闸室及上下游连接段大概位于第 (2) 层淤泥质土层，该土层承载力基本值为 64kPa；其下层为第（ 3）层次为淤泥质土，该土层承载力基本值为 88kPa，第（ 4）层粉细砂层，该土层承载力基本值为 248kPa。若采用桩基础，宜采用摩擦桩，拟采用 (4) 砾砂层为该水闸桩基础持力层。3）桩基础设计指标建议值（当桩入土深度 10 米时）qsik 桩的极限侧阻力；q pk 桩的极限端阻力序土层名称状态预制桩号

10、qsikq （kpa）pk（kpa） 填筑土淤泥质土软塑1520淤泥流塑1218细粉砂松散20252500粉质粘土可塑40503200细中砂松散25353500细粉砂松散2025二、设计基本数据（一）、 水文气象1.外江校核洪水位 ：5.40 米 （P=1） ， 内河相应水位： 0.6 米2.外江设计洪水位 ： 5.31 米 （P=2） ， 内河相应水位： 0.6 米3.外江多年平均枯水位： 0.4 米，内河相应水位： 0.6 米4. 围内不涝水位： 1.3 米，内河不冲刷流速： V=0.8m/s35.3过闸最大流量 Q= 30m s6.气象3历年平均枯水位情况保证引水冲污的最小流量Q=12

11、ms7.洪水期多年平均最大风速 Vmax=18m/s；风向：按垂直水闸横轴线考虑；吹程 1.0km。设计风压力 p 风 = 0.45 kN/m 2（二）、 设计防洪标准1.根据水闸设计规范（SL265-2001）第 2.2.1 条及省市确定的堤围防洪标准：S 水闸设计洪水标准采用 1 ；2上游最高设计水位（校核洪水位）为 5.40 米 (1 ) ， 下游相应水位为0.60 米 ；3.闸顶高程采用校核洪水位加超高 1.5 2.0 米（中山市标准为 2 米），且不低于现有堤顶高程并应留有适当的安全裕度。（三）、设计引用数据1.材料容重：33土料：回填土的湿容重318kNm，浮容重 9.0 kNm；

12、饱和容重 19 kN； m33砼料：钢筋混凝土 25kN m，混凝土 24 kN m；2地基有关数据：回填土的换算内摩擦角 = 32 0；基础抗滑摩擦系数： f k = 0.25 ；淤泥质土及粉细沙：渗径系数： C = 9 ；允许坡降：水 平 段 J=0.065 0.091 ；垂直段及出口处 J=0.325 0.390 。淤泥土层承载力标准值： f k=60 KPa3地下水位： 4.30m4.60m4.闸室公路桥按 汽 20 设计，挂 100 验算。5. 工作桥（室）人群、检修设备活荷载： q 活 = 3.0kN /m 26.公路桥栏杆（防撞墩）重： 6kN/m ；工作桥栏杆重： 1.0 kN

13、/m7.河涌控制断面宽度 :15 米8.防洪堤现有堤面宽 6 米，设计外坡为 1：3，内坡为 1： 2.5（四）、工程等别根据水利水电工程等级划分及洪水标准 (SL252-2000) 第 2.1.3 条及第 2.2.1 条确定本工程为四等小 ( 一) 型，但水闸位于中顺大围上，而中顺大围是全省十大联围之一， 属二级堤防， 即相应的水闸等别也应为二等。 因此主要建筑物按二级建筑物设计，次要建筑物按三级建筑物设计 。（五）、闸门 ( 运行 ) 开启条件（按水利部门提供的引水冲污水位确定）1.根据本水闸用途，确定本水闸设计的运行条件为：开闸进洪时闸外水位不高于 3.50 米，闸内水位不低于 0.5

14、米。2.水闸的闸门运行条件应满足在各种运行水位情况下均保证下游河道不4受冲刷。（六）、附图纸： 1：500 地形图； 闸址 1-1 、2-2 地质剖面图第二章 水利枢纽布置第一节 枢纽总体布置概述一、拟定枢纽建筑物等级根据水利电力工程等级划分及洪水标准 （SL252 2000）第 2.1.3 条及 2.2.1 条确定本工程为四等小（一）型，主要建筑物按二级建筑物设计，次要建筑物按三级建筑物设计。二、闸址的选择枢纽布置选择须考虑以下几点：a)闸址应选择在顺直河段，且较稳定的河岸；b)轴线附近地质条件因较好、河床稳定；c)闸址上游河道有足够的蓄水容积；d)交通方便、原料最好就近取材。第二节 水闸布

15、置水闸由闸室、上游连接段和下游连接段三部分组成。一、闸室布置闸室是水闸挡水和泄水的主体部分 ，本设计的闸室包括：底板、闸门、胸墙、边墩（岸墙）、工作桥及交通桥。底板是闸室的基础， 见有防渗和防冲的作用， 并保护地基免受泄水水流的冲刷，同时它又是水闸地下轮廓的主要组成部分， 限制通过地基的渗透水流， 减小地基渗透变形的可能性。闸门是用来双向挡水和控制过闸流量。5胸墙是用来挡水以减小闸门高度的。闸墩用以支撑闸门、 工作桥、交通桥，把闸门传来的水压力和上部结构的重量以及菏载传布于地板。工作桥用来安装启闭设备。交通桥用来联系两岸交通。二、防渗排水布置防渗设施主要有水平防渗和竖向防渗， 水平防渗主要是指

16、铺盖， 竖向防渗有板桩及齿墙，而排水设施则是指铺设在消力池、 浆砌石海漫底部或闸底板下游段起导渗作用的沙砾石层。 排水常于防滤层结合使用。 承受双向水头的水闸， 其防渗排水布置应以水位差较大的一向为主，合理选择双向布置方式。三、消能防冲布置本水闸是双向排水， 上下游都均应考虑其消能防冲布置。 但是水闸多为外江往内河泄洪时开启闸门，而内河水位受不涝水位 1.3m 控制，当水位较高时，采用抽排设施降低内河水位。因此次处不对内河往外江排水情况进行效能防冲计算。闸下消能防冲设施石用于消能功能与均匀扩散水流的， 且应与下游河道有良好的连接；本设计采用底流式消能方式。四、两岸连接布置（一）上游连接段上游连

17、接段包括护底、上游防冲槽以及上游翼墙。上游护坡及护底布置应根据水流流态、 河床土质抗冲能力等因素确定， 由上游护底首端再加设防冲墙。具有双向挡水作用的水闸，其上游护坡、护底应根据水流条件确定。（二）、下游连接段下由连接段包括海漫、 防冲槽及两岸的翼墙和护坡两大部分， 其主要作用是改善出闸水流条件， 提高泄流能力和消能防冲效果， 以确保下游河床和边坡的稳定。6第三章 水闸设计第一节 闸孔型式和尺寸设计闸孔型式和尺寸设计包括：堰型的选择；单孔尺寸及闸孔总净宽的确定；闸顶高程、闸门高度的确定；闸墩设计和底板设计。一、闸室结构型式本水闸是以防洪、排污、灌溉为主的综合性水利工程，由于闸址地势平坦，无拦沙

18、任务，故采用开敞式闸室结构。由于上游水位变幅较大， （在运行中，本闸的挡水位达 5.315.40m，而泄水时上游水位最低为 -0.43.5 m）故拟设置胸墙代替闸门挡水，以降低闸门和工作桥的高度并减少作用在闸门上的水动力和启闭力，还用启到减少闸门调节流量。从而节省工程费用。综上所述，本闸采用带胸墙的开敞式结构。二、堰型的选择及堰顶高程的确定由于无拦沙任务， 底板选择结构简单， 施工方便自由出流范围较大的平底板宽顶堰；根据本闸地基为淤泥地基， 地基承载力不大且压缩性较大的地基条件及受力情况，现确定采用整体式平底板。闸底板高程以原来的河床高程为宜 （ -1.5m），因为考虑到旧水闸的冲刷流量原因，

19、在地基强度能够满足要求的情况下， 尽量利用现成的地基， 避免开挖量过大。闸门可采用垂直升降式的平板闸门。三、胸墙的布置考虑闸门高度问题，胸墙底部高程可设在 2.50m。四、闸孔总宽及孔数的确定单孔尺寸及闸孔总宽经计算得：闸孔单孔尺寸为 8.0m，总净宽为 8.0m，采用单孔。第二节 消能防冲设计过闸水流受到闸孔的约束，部分势能转化为动能，流速大，挟沙能力强，若不采取适当的消能措施，会严重冲刷下游河道，甚至冲毁消力池，掏空闸基，威胁闸身的安全，故必需做好消能设施。因为平原水闸水头低， 河床土体抗冲能力差， 下游水位变幅大， 故不用挑流消能和面流消能，而采用底流消能。底流消能一般由消力池、海漫、防

20、冲槽等组成。7一、过闸流量验算及闸门控制运用分别在固定的下游水位及相应的允许最大过闸流量情况下假定闸门开度 e 和相应的上游水深 H，求出相应的流量，若所求出的流量与相应的允许最大过闸流量相近，则说明所拟定的 e 和 H正确，可做为曲线的一点。 利用闸门开度与闸前水位的关系，绘成曲线（见下图表）供闸门控制运用时使用。计算公式：32q20hcT o hc2g 2hcT oT oT o1 8 q20.25hchc1b12ghc3b2Qe 2g H o式中： 取=1 =0.6-0.18e/He闸门开度H o 计入行近流速的上游水深， (m)根据以知条件得出下游河床在不同水位的允许最大流量，见下表：下

21、游水位（m）-0.500.51相应允许最大流量（m3/s）12182430推算闸门开度的上游水位范围（m）-0.43.50.03.50.53.51.03.5注：表中的上游水位范围是根据允许开闸最高外水位为 +3.5m，闸内多年平均枯水位为 -0.5m 定出的。Q=12m3Q=18m3点号eH点号eH10.5151.510.665220.425220.5752.530.3742.530.515340.337340.4723.550.313.550.438460.288460.414.570.2714.570.388580.25658Q=24m3/sQ=30m/s点号eH点号eH10.7892.5

22、10.895320.701320.8113.530.6383.530.747440.591440.6984.550.5524.550.657560.5215e10.8Q=12m3/s0.6Q=18m3/s0.4Q=24m3/s0.2Q=30m3/s0H0123456eH关系曲线（单位： m）二、消力池设计3由于时间的关系，现只计当在最大过闸流量（ Q=30 ms）时的情况。按规范公式 T0hCq 2或则采用 hc进行计算，2g 2 hcT oT oT o式中：0.95；To 用未设消力池时的 5m代入计算；1 8 q2 10.25hchcb12ghc3b2式中：水流动能校正系数，可采用1.01

23、.05 ，现取1 ；q 过闸单宽流量，Q =30/8=3.75 m 3 s。v得出跃后水深 hc 出池河床水深 hs，故需要建消力池。 经计算，在不能忽略o时用公式Zq2q2和 od hsZ 现拟设挖深2g 2 hs2v2g hchc9式消力池，池深 d=0.7m。三、消力池池长消力池池长根据：L sjL sL J水闸设计规范 P236B.1.2-1式中： L s 消力池斜坡段水平投影长度（ m）水跃长度校正系数，可采用0.70.8；取=0.75L j 水跃长度，由水闸欧氏公式 L j 6.9hc hc得经计算得： L sj =2.8+0.75*12.275=12.006m取池长为 12m。（

24、注：因为本水闸只在上游水位不超过 3.5 米时才开闸，所以不必计算其他水位情况。）四、消力池底版厚度根据水闸设计规范，满足抗冲要求得池底板厚度公式：tk1 q H水闸设计规范 P236 B.1.3-1式中： k1 消力池计算系数，可取 0.150.20；取 0.175H 相应泄流量时的上、下游水位差，m;由计算得 t=0.479m，取消力池底板厚度为0.5 m，前后等厚。在消力池的后半段设排水孔，孔径为0.1 m，间距 1.5 m，呈梅花形布置，孔内填砂、碎石。消力池与闸底板连接处留一宽为 1.0 m 的平台，以便更好地促成出闸水流在池中产生水跃，消力池平面上呈扩散状，扩散角为 15 度。五、

25、海漫的设计（ 1） 海漫长度的确定按以下公式计算海漫长度 Lp K s qs H （当 qs H =19 ，且消 能扩散良好时 ）水闸设计规范 P237 B.2.1式中： L p 为海漫长度（ m）2qs 为其中消力池末端单宽流量， （ m s ）K s 为海漫长度计算系数，取 10H为闸孔泄水时的上、下游水位差（ m）经计算得： L p =20m，则海漫的长度取 20 m。10（ 2）、海漫的布置和构造海漫应有一定的柔性、 透水性和表面粗糙性， 其结构和抗冲能力应与水流流速相适应。由于下游河床局部冲刷过大， 应采用倾斜海漫， 倾斜段坡度为 1：10，海漫使用厚度为 30cm 的块石材料，前

26、7 m 采用浆砌石，后 13 m 采用干砌石块。浆砌块石漫上设排水孔，底部铺设 0.15m 厚的砂砾垫层。（护坡下的垫层应根据不同的土质情况确定，对于粘土土质渠岸，只铺筑厚度不小于 10 厘米的碎石垫层即可。）六、抛石防冲槽的设计计算海漫末端的河床冲刷深度 d m 。d m 1.1 qm hm 水闸设计规范 P237 B.3.1vo式中： d m 为海漫末端的河床冲刷深度（ m）；2qm 为海漫末端单宽流量（ m s ）；vo 为河床土质允许不冲流速（ m/s）；hm 为海漫末端河床水深（ m）经计算得： dm=0.423 m1，理论上可以不建深防冲槽。但为了保护海漫末端头部，故在海漫末端建构造防冲槽。 其深度一般采用 1.02.5 m，现取 1.0 m，底宽为深度的 23 倍，所以底宽取 2 m。防冲槽的上、 下游边坡坡度采用 1：21：4，现取 1：2。防冲槽采用宽浅式梯形断面，堆石结构，槽顶与海漫齐平。两侧边坡坡度可与两岸河岸坡相同。 为了防止水流冲刷，