节制闸初步设计.docx

1、节制闸初步设计景观节制闸初步设计1基本资料1.1工程概况为继续加快城市化进程，完善城市建设，拟建水闸工程作为近年城建重点工 程，目的就是抬高流域河流的蓄水位，扩大市区水面，形成水上旅游风光带，利 用水上旅游线路，将流域河流两岸文字博物馆、袁林、沮园、殷墟博物苑等景点 联系在一起，把流域河流沿岸打造成为具有鲜明地方文化特色、开放性的滨河历 史文化景观带，推进安阳市旅游发展步伐。因此，拟建水闸工程为一座景观节制闸。 主要任务是通过建设拦蓄工程抬升 河道蓄水位，满足流域河道水上旅游要求。水文气象工程所在流域届温带大陆性气候区， 冬季受蒙古、西伯利业高气压控制，天 气寒冷十燥且多风沙，夏季由于冷暖气团

2、交接而多暴雨。多年平均最高气温c 6 月。全年无霜期200天，日照累计时数2388小时，日照率53%。冬春多北风， 夏秋多南风，最大风速22m/s，汛期多年平均最大风速。多年平均水面蒸发量约 2000mm,陆面蒸发量520mm，年际变化不大。多年平均降雨量 600mm,年内 分布极不均匀，汛期69月降雨量占全年的70%80%,年际变化大，年最大 与年最小相差24倍。按设计洪水计算，流域河道 50年一遇洪水洪峰流量为2300m3/s, 100年一 遇洪水洪峰流量为4000m3/s。流域泥沙大部分在汛期产生，水闸汛期敞泄，泥沙随洪水下泄到下游，非汛 期闭门蓄水，蓄水水量大部分为水库弃水，含沙量小。

3、流域闸址处淤积很小，可 忽略不计。区域地质闸址位丁沮河桩号34+720处，该区地处流域冲积平原，地势较为平坦开阔。 地面高程一般为。场地地貌单元届冲积平原地貌。本场地内无全新活动断裂， 届稳定场地。在勘探深度范围内，地层由第四系全新统Q4al、上更新统Q3al冲积 物组成。根据不同时代、成因类型和工程地质性能，将地层划分为九个工程地质 单元，见表1-1和表1-2。表1-1各单元地基土情况及压缩系数和压缩模量建议值单元平均厚度/m取大揭藤厚度层底局程/m以下a (MP91)ES0.1-0.2(MPa)10*压缩性评价中等中等中等中等中等中等中等中等表1-2各层土的承载力特征值及抗剪强度建议值表单

4、元承载力基本容许值faokPa12013080110120150160170200CkPa04( )工程所在区域为区域构造稳定性较好地区，根据国家质量技术监督局 2001年发布的中国地震参数区划图及建筑物抗震设计标准 GB50011-2001， 该地区地震基本烈度为6度，地震动参数为，建筑物按6度设防，地震动反映谱 特征周期。勘探期间，在的勘探深度范围内，各钻孔均见地下水，地下水位埋深在之 问，水位高程在之间。地下水类型届潜水，主要由河水下渗、侧渗补给，地下 水变化幅度为1m4m,多年动态变化主要受大气降水控制。地质评价1拟建水闸场地地层左右岸差异大，地基土不均匀，总体上来说无明显 的不良工程

5、地质现象，适宜丁本工程的建筑。2根据当地气象局资料，本场地土的标准冻结深度为。3本场地地震动峰值加速度为，对应的地震基本烈度为 6度，地震动反 映谱特征周期。综合构造物地表以下深度范围内的土层， 本场地可综合评定为n 类场地土。4闸底板高程，基础位丁 25单元地基土中，地基承载力特征 值80120kpa。根据拟建构筑物及该场地地层岩性结构情况，拟采用复合地基 进行加固处理。5地质报告中提出第2、3单元土不存在地震液化问题。工程规模根据当地防洪标准，节制闸按 50年一遇洪水流量设计，流量为 2300m3/s, 闸址断面相应水位为。超50年一遇洪水走分洪道，不再按100年一遇洪水流量 校核。水闸设

6、计蓄水位，蓄水高度。水闸为大2型工程，工程等别为II等， 主要建筑物级别为2级。闸室上部设工作桥一座，考虑设备吊装及维修启重车辆， 设计荷载标准采用公路皿级。此外，根据水利水电工程等级划分及洪水标准上游翼墙等次要建筑物按3级建筑物设计，临时工程按照4级建筑设计2闸孔设计闸址选择基本资料中已经选定了闸址位置并给出了闸基地质资料、 址地形资料和闸址 处的渠道断面为梯形，边坡系数 m=2,渠道糙率，渠道纵比降，渠底高程为，渠 底宽度为152m。堰型及堰顶高程确实定2.闸孔形式确实定本节制闸主要任务是正常情况下拦截河水抬升河道蓄水位， 以满足流域河道水上旅游要求，而当洪水来临时，开闸泄水，以保证防洪安

7、全。由于是在平原河 道上修建节制闸，应具有较大的超泄能力，并利于排除漂浮物、泥沙，因此采用 宽顶堰。堰顶高程确实定地板应置于较为坚实的土层上，并应尽量利用天然地基。在地基强调能够满 足要求的条件下，底板高程定得高些，闸室稳定得高些，闸室宽度大，两岸连接 建筑物相对较低。对于小型水闸，由于两岸连接建筑在整个工程中所占比重较大， 因而总的工程造价可能是经济的，在大型水闸中，由于闸室工程量所占比重较大， 因而适当降低底板高程，常常是有利的。当然，底板高程也不能定的太低，否则, 由于单款流量加大，将会增加下游效能防冲的工程量，闸门增高，启闭设备的容 量也随之增大。一般情况下，节制闸的底板顶面可与河床齐

8、平。因此本设计采用堰顶高程与 河床同高，即底板高程取。2.3孔口设计水位组合孔口设计水位见表2-1表2-1孔口设计水位组合表计算情况闸上水位m闸卜水位(m)过水流量(m3/s)设计情况2300校核情况同上2.4闸孔宽度确实定拟定闸孔宽度1计算孔口净宽B0过水断面面积 A=(B+mh)h=(152+次 7.9) 7.9= m2;行进流速 v=Q/A=2300/1325.62=1.74(m/s);行进水头v22;堰上总水头H0=H+v2m；堰顶算起的下游水深hs=；hs/ Ho,所以为淹没出流。且hs/ Ho，查水闸设计标准2,可采用如下堰流公式计算BoQohs 2g Ho hs(2-1)式中：

9、0 0.877 炬Ho20.65 (2-2)。由hs/ Ho,为淹没出流，查水闸设计标准2表，如下表2-2:表 2-2 poHs/Ho4曰 _彳寸2。则闸孔总净宽- Q 23ooBo=ohs(2g(Hohs) o.961 x 7.6 x 或 19. 6 x (8.。5-7. 6)校核情况同设计情况，所以闸孔净宽为： Bo=,取整B0=106m。2确定孔宽和孔数由水工建筑物1305贞知道，我国大、中型水闸的单孔宽度lo一般取812m且水闸孔总净宽不应大丁设计算出总净宽的 3%-5%这里取B0=110m闸孔单宽l0=10m闸孔个数n=110 士 10=11个，闸墩12个。由资料知闸基承载力较 好，

10、确定采用整体式底板，依据 水闸设计标准2土基上的分段长度不宜超过35m确定两边采用两孔一联，中间三孔一联，共五联，所以缝墩 4个，中墩6个，边墩2个，它们的厚度依次是、1m2.4.2计算闸孔实际过流能力设计情况下Q 0hsBf,，2g( Hohs) 0. 961 X 7. 6 X 110 X J19.6 x (8.05-7.6)=2395.5 m3100% = 2395.5- 2300 = 4.2 % 5% ,满足设计排洪安全要求。2300闸孔布置图根据上面计算结果可推算出闸室总宽闸孔总净宽为110m；缝墩总宽为；中墩总宽为；边墩总宽为2X1=2m；闸室总宽=闸孔总净宽+缝墩总宽+中墩总宽+边

11、墩总宽综上所述，闸孔11个，两边采用两孔一联，中间采用三孔一联，共 5联 闸孔布置如图2-2。必6/2图2-2闸室布置图单位：m3消能防冲设计3.1消能防冲设计的控制情况由丁本闸位丁平原地区，一般水头低下游水位变幅大，乂因为河床抗冲刷能 力较低，所以采用底流式消能。之前通过计算可知当设计洪水位和校核洪水时，闸门全开宣泄洪水为淹没出 流，此时无须消能。闸前为设计水位 7.9 m,部分闸门局部开启，只宣泄较小流 量时，下流水位不高，闸下射流速较大，才会出现严重的冲刷河床现象，必须设 置相应的消能设施。这里用设计水位7.9 m闸门局部开启情况，作为消能防冲的 设计控制情况。为了确保水闸安全运行，可以

12、规定闸门按 1、3、5、7、9、11孔对称方式 开启，分别对不同开启孔数和开启度进行组合计算， 找出消力池深度和池长的控 制条件。闸门不同开度下出闸水流情况闸门不同开度e下出闸流虽Q闸孔出闸流量计算当为闸孔出流，计算采用公式Q n be j2gH3-1 式中：b为闸孔宽度,m；H为闸前水深，m；n为开闸孔数； e为闸孔开度;为流量系数， 0.60 0. 176 e oH以开孔数N=1时为例，具体计算结果如表3-1。表3-1闸门不同开度e下出闸流量Q参数NemJHmie/H11Qm3/s设计情况1111113.2.2闸后水跃闸后跃后水深hc计算按如下公式2he电(J1 虹 1)3-2c2( gh

13、c )式中：hc收缩水深,m, hc 2 e；2垂直收缩系数，取值查水力学3表7-12P252;vc收缩断面流速，m/s, Vc v2gH2以开孔数N=1时为例，如表3-2接表3-1。表3-2出闸流量Q对应闸后跃后水深hcQm3/semhcmvcm/shcm下游渠道水深及出流情况1泄水时下游水深hs确实定下游渠道按均匀流流量公式计算，通过试算法计算出下游水位hs。计算按如 下流量公式Q ACRT3-3R16式中：C ，m1/2/s；nR为水力半径，m；i为渠道纵比降，i=;n为渠道糙率，。2水闸出流情况当hs hc时，为淹没出流。以开孔数N=1时为例，如表3-3接表3-2。表3-3流量Q下渠道

14、下游水深hs及出流情况Q (m3/s)hs(m)A (m2)C (m1/2/s)R(m)Q(m3/s)X(m)hc-h0(m)状态自由出流自由出流自由出流自由出流自由出流自由出流多种开启方式下开启高度对出流状态影响闸门按1、3、5、7、9、11孔对称方式开启。对丁闸门不同开启孔数，以及不同开启度进行组合计算，得到表3-4,方法 同前。表3-4多种开启方式下的出流状态参数Ne(m)H(m)Q (m3/s)hc(m)h0(m)hc-hs(m)状态设计情况1自由出流自由出流自由出流自由出流4自由出流自由出流3自由出流自由出流自由出流自由出流4自由出流自由出流5自由出流自由出流自由出流自由出流4自由出

15、流自由出流7自由出流自由出流自由出流自由出流4自由出流淹没出流9自由出流自由出流自由出流淹没出流4淹没出流一一一11自由出流淹没出流淹没出流-4一一一:一一一3.3消力池设计消力池形式的选定消力池有三种类型：1、挖深式消力池，适用丁闸下尾水深度小丁跃后水深 的情况。2、突槛式消力池，适用丁闸下尾水深度略小丁跃后水深的情况。 3、综合式消力池，适用丁闸下尾水深度小丁跃后水深的情况。本工程采用挖深式消力 池。消力池池深的计算1水位组合由计算表3-4分析知：闸门开1孔，开度e=4m时，下游出流状态最不好。 因此取闸门开1孑L,初始开度e=4m,初始流量Q=254（m3/s）时，为消力池的设计情况。消

16、力池池深计算水位组合见表 3-5表3-5消力池池深计算水位组合表计算情况闸上水位m闸卜水位（m）初始流量设计情况254校核情况同上2消力池池深计算消力池池深计算步骤如下首先假设d0;1） 闸前流速 =Q3-4，m/s；2） 闸前总水头Ho =H+3-5，m；2g3） 由消力池底板顶面算起的总势能 To= Ho+d3-6，m；4） 过闸单宽流量q=Q/B3-7，m2/s；5） 由公式hc3 T0hc2 q2 /2g 2 03-8迭代计算收缩断面水深 hc ，hci1= q3-9，m,流速系数 由水学力3查得取；、2g（T。hci）6） 跃后水深hc也、8 1竺 3-10，m,功近似为1;2 gh

17、c3b2 b22 27） 出池落差 Z 2g%2 为*3-11，m；8）池深d.、 ,一、I 一 ,一、I0儿 Z3-12，m ,（假设 d 0.5m 取 d 0.5m ,假设d 0.5m带入此时的d值重新计算）式中：-hs为出池河床水珠，m；0为水跃淹没系数，可采用1.05-1.10，取;灯为消力池首段宽度，m；烷为消力池末段宽度，m；为水流动能矫正系数，可采用，取 1 计算结果列表如表3-6。表3-6消力池池深计算参数A (m2)Q(m3)V(m/s)Ho(m)Q (m3/m s)do(m)To(m)hc(m)hc(m)AZ(m)D(m)设计情况1326设计情况是指：先假设消力池池深 do

18、为带入计算最后求得dv。所以取。消力池长度的计算1按设计情况计算1水跃长度Lj的计算L j = 6.9(hc-hc) 3-13由表3-6可知hc-hc最大为hbhc,则Lj =x2消力池长度1司的计算Lsj= Ls+6 Lj3-14式中：6为水跃长度校正系数，可采用，取6；Ls为消力池斜坡段长度。本设计斜坡段采用1:4的坡度，则Ls为2m；则 Lsj = Ls+6 Ljx。2校核情况同设计情况。消力池底板厚度的计算根据抗冲要求，计算消力池底板厚度，计算按如下公式t kn：q/-H3-15式中：t为消力池底板始端厚度，m H为闸孔泄水时的上，下游水位差,m；ki为消力池底板计算系数，可采用，取。

19、q、 H,设计情况同计算消力池池深情况，可知 m3/s, ;贝Ut ki=0. 2 x 2m,取dm=2m。底宽b=(23)dm，取b=3Xdm=6m,上游坡率 mi=23,取mi=2,下游坡率 m2=3。防冲槽的断面面积，根据下游河床冲至最深时，石块坍塌在冲刷坑上游坡面所需要的面积A确定，应满足A= dmn2为堆石自然形成的护面厚度，取用；n为上游边坡系数，A的最小值应为A= dm J厂、2= 0.5 X 2 X Ji 22 2。初定防冲槽深度为dm=2m,底宽b=6m。上游边坡mi=2,下游边坡m2=3,则其 断面面积为A=22 m2,满足要求。4防渗排水设计4.1地下轮廓线布置4防渗设计

20、目的防止闸基渗透变形，减小闸基渗透压力，减小水量损失，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、 齿墙等防渗设备，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，如面层排水、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地下轮廓线确实定1防渗长度的拟定防渗长度初拟值按如下公式计算L=CH 4-1式中：L为闸基防渗长度，包括水平段、铅直段及倾斜段；H为上、下游最大水位差，m；C为允许渗径系数，按水闸设计标准2表选用，如下表4-1。表4-1允许渗径系数

21、思基类别 排水条卜粉砂细砂中砂粗砂中砾细砾粗砾火卵石轻粉质砂壤土轻砂壤土壤土粘土有虑层139977554433117955332无虑层7443设计情况下的最大水位差 H =，本水闸持力层为粘土。由表 4-1查得允许 渗径系数C=3。则L拟=CH =3x。2防渗设备由丁闸基土质以黏性土为主，防渗设备采用黏土铺盖，闸底板上、下游侧设 置齿墙，为了防止破坏天然的黏土结构，不宜设置板桩。（3防渗设备尺寸及构造1闸底板顺水流方向长度L= H - A,据闸基土质为粉质黏土，从水利水 电工程专业毕业设计指南8，知道A取，取；H为上下游最大水头差，取。 闸底板顺水流方向长度X ,经综合考虑上部结构布置及地基承载力等要求， 确定闸底板长度为20m2底板厚度必须满足强度和刚度的要求，大、中型水闸可取 1/61/8l o（l 为闸孔净宽），一般为2.0m，最薄不宜小丁，贝U闸底板厚度取 m3闸室底板的上、下游端均宜设置齿墙，齿墙深度可采用，齿墙深度取为， 齿墙底宽取m,斜坡比取1:1。4铺盖长度35倍上下游最大水头差，取24m为便丁施工，上游端厚取 为，末端取为1.5m,铺盖下游齿墙深度采用，以便和闸底板连接。4校核地下轮廓线的长度实际的地下轮廓线布置长度应大丁理论的地下轮廓线长度。 根据以上设计数据，贝U,闸基防