冲沙闸泄洪闸.docx

1、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%）*2720 m3/s=272408 m3/s Q2=2*Q 引用 =2*46.6 m 3/s=93.2 m 3 /sQ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=25.81 m/sv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 Q nb he 2gHQ2得 bhe =16.95 m2gH从而确定冲沙闸的闸

2、孔尺寸为：闸孔宽为4 m，闸孔高为 5 m。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，3Q/s ，校核 =4610 mQ冲沙闸 =350 m3 。Q泄洪闸 = Q校核-Q冲沙闸33/s=4610-350 m /s=4260 m /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：Qnb he2gH（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 =nbh e 206.28 m

3、 2我国大、中型水闸的宽度一般采用 8 12 m。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 =68.76 m2当采用 5 孔泄洪闸时，单孔闸门面积S单 =41.26 m2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 =68.76 m2 ，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8 m，闸孔高 8 m，均为潜孔。

4、方案二：闸孔宽8 m，闸孔高 9 m，均为潜孔。方案三：闸孔宽8 m，闸孔高 10 m，均为潜孔。方案四：闸孔宽8 m，闸孔高 11 m，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：Qnb he2gH = 3*8*0.8*8*2*9.80*34=3965.14 m3/s方案二：按公式（ 1）计算泄洪闸的过流能力：Qnb he2gH = 3*8*0.8*9*2*9.80*34=4460.78 m3/s方案三：按公式（ 1）计算泄洪闸的过流能力：Qnb he2gH = 3*8*0.8*10*2*9.80*34=4956.43 m3 /s方案四：按公式（ 1）计算泄洪闸的过流能力

5、：Qnb he2gH = 3*8*0.8*11*2*9.80*34=5452.07 m3 /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=2720m3/s校核洪水流量（ P=0.1%）Q=4610m 3/s3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/s3时，电站停止发电，泄流量为3

6、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：Qs m n b 2g H 03 / 23式中： Q 流量（ m/s ）；堰流淹没系数；s 侧收缩系数；m流量系数 , 取 0.360 ； n 闸孔数；b 闸孔净宽（ m）；H 0 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/H0.75 ），泄流能力按闸孔出流公式计算：Q nbe 2gH式中：流量系数；e闸孔开度（ m）。其余符号同前。3（ 1） 当洪水流量 Q =4610

7、 m/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 894.00 m ，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 =4259.44 m3 /sQ冲沙闸 =394.39 m3/sQ总 = Q泄洪闸 + Q冲沙闸 =4653.83 m 3/s 4610 m3 /s2）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 893.00 m ，则泄洪闸 e1 /H=9/30=0.30 0.75 ，冲沙闸 e2/H=5/3

8、0=0.17 0.75 。故这时泄洪闸和冲沙闸均属于孔流。Q泄洪闸 =4190.18 m3 /sQ冲沙闸 =387.98 m3/sQ总 = Q泄洪闸 + Q冲沙闸 =4578.16 m 3/s 4610 m3 /s3）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 893.50 m ，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 =4224.95 m3 /sQ冲沙闸 =391.20 m3/sQ总 = Q泄洪闸 + Q冲沙闸 =4616.15 m 3/s

9、 4610 m3 /s4）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 893.45 m，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 =4221.49 m3 /sQ冲沙闸 =390.88 m3/sQ总 = Q泄洪闸 + Q冲沙闸 =4612.37 m 3/s 4610 m3 /s5）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 893.42 m，则泄洪闸 e1/H=9/30.42=0.30 0.75 ，冲沙闸

10、 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 =4219.41 m3 /sQ冲沙闸 =390.69 m3/sQ总 = Q泄洪闸 + Q冲沙闸 =4610.09 m 3/s=4610 m3 /s故校核洪水位为 893.42 m 。3（ 2） 当洪水流量 Q =2720 m/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 883.00 m ，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 =3421.27 m3 /sQ冲沙闸 =0 m3

11、 /sQ总 = Q泄洪闸 + Q冲沙闸 =3421.27 m 3/s 2720 m3 /s2）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 878.00 m，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 =2650.10 m3 /sQ冲沙闸 =0 m3 /sQ总 = Q泄洪闸 + Q冲沙闸 =2962.90 m 3/s 2720 m3 /s3）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 876.00 m ，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 =2758.31 m3 /

12、sQ冲沙闸 =0 m3 /sQ总 = Q泄洪闸 + Q冲沙闸 =2758.31 m 3/s 2720 m3 /s4）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 875.50 m ，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 =2704.75 m3 /sQ冲沙闸 =0 m3 /sQ总 = Q泄洪闸 + Q冲沙闸 =2704.75 m 3/s 2720 m3 /s5）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 875.60 m ，则泄洪闸 e1 /H=9/12.6=0.71 0.75 。故这时泄洪闸属于孔流。

13、Q泄洪闸 =2715.55 m3 /sQ冲沙闸 =0 m3 /sQ总 = Q泄洪闸 + Q冲沙闸 =2715.55 m 3/s 2720 m3 /s6）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 875.65 m，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 =2720.93 m3 /sQ冲沙闸 =0 m3 /sQ总 = Q泄洪闸 + Q冲沙闸 =2720.93 m 3/s 2720 m3 /s7）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 875.64 m，则泄洪闸 e1/H=9/12.64=0.71 0

14、.75 。故这时泄洪闸属于孔流。Q泄洪闸 =2719.85 m3 /sQ冲沙闸 =0 m3 /sQ总 = Q泄洪闸 + Q冲沙闸 =2719.85 m 3/s=2720 m3 /s故设计洪水位为 875.64 m 。3（ 3） 当洪水流量 Q =2370 m/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 875.00 m，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 =2650.10 m3 /sQ冲沙闸 =0 m3 /sQ总 = Q泄洪闸 + Q冲沙闸 =2650.10 m 3/s 2370 m3 /s2）在此洪水流量时，

15、3 孔泄洪闸全部开启泄放洪水。假设此时洪水位为 874.00 m ，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/sQ冲沙闸 =0 m3 /sQ总 = Q泄洪闸 + Q冲沙闸 = m3/s 2370 m3/s3（ 4） 当洪水流量 Q =2120 m/s 时；3（ 5） 当洪水流量 Q =1920 m/s 时；3（ 6） 当洪水流量 Q =1590 m/s 时；3（ 7） 当洪水流量 Q =1040 m/s 时；3（ 8） 当洪水流量 Q =500 m/s 时；3（ 9） 当洪水流量 Q =400 m/s 时；3（ 10） 当洪水流量 Q =3

16、50 m/s 时；3（ 11） 当洪水流量 Q =300 m/s 时；3（ 12） 当洪水流量 Q =200 m/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 ）33）（ m/s ）（m/s20030035040050033.31040101590519203.321202237012720272000.146104219.32390.685.3.2.4 坝顶高程确定上游水位 下游水位（m） （ m）862.95863.48863.70863.91864.25865.92865.17867.82868.18868.63875.64 869.198

17、93.42 871.50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897.000.41.30校核情况893.420.30.84设计情况0.41.295.3.3 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

18、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

19、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 2sl ）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 10-3 Lu，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（ q5Lu）厚度 4869m。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

20、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

21、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

22、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：K s f *( W U ) / P式中： K s 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

23、 0.4 。2）闸坝抗剪断计算公式：K s f ( W U ) c AP式中： K s 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 8.0

24、0m，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 ）/d 1） m3/s=202.9 m 3 /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 ）/ d1=（2720-350 ）/ （

25、 2*10.5） m3/s=112.9 m 3 /s方案二：校核洪水下的单宽流量 Q单 =（ Q校核 -Q 冲沙闸 ）/ d2=（4610-350 ）/ （ 3*8 ） m3/s=177.5 m 3 /s设计洪水下的单宽流量 Q单 =（ Q设计 -Q 冲沙闸 ）/ d2=（2720-350 ）/ （ 3*8 ） m3/s=98.8 m 3/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 202.9 m 3/s 和 112.9 m 3 /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 113.3m

26、3/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=17.74 m/sv校核 =2gh校核 =2*9.80* （ 896.80-863.00） m/s=25.74 m/s2）水流呈孔流，计算跃后水深 :由水力学书中167 页公式（ 8-40 ）= h = 118Fr121（ 8-40 ）h 2其中2v12=q2， h =he，Fr1=11 mgh gh 3求得 hc = 1 h 1 8v1212gh =118*17.74 2*11*129.80*11=21.64 m3）水流呈孔流，计算总净宽：B0 =Q(1)he2gH0= 1 he(2)H =1(3)211heH0.4(4)=r162.718he式中 he 孔口高度（ m）；孔流流量系数，可按公式（ 2）计算求得或