水闸设计实例

1慈溪市三八江水闸初步设计2一、毕业设计目的和作用毕业设计是学生在大学期间最后一个全面性、总结性、实践性的教育环节，是学生运用所学的知识和技能，解决某一工程具体问题的一项尝试，是走向工作岗位前的一次实战演习，主要目的作用如下：1、将学生在专业课程及基础课程内说学到的知识加以系统化、巩固和加深，扩大学生所学的基本理论知识和专业知识。2、培养学生独立解决本专业技术问题和综合运用所学知识解决实际问题的能力和创新精神，鼓励大胆提出新的设计方案和技术措施。3、培养学生掌握设计工作的流程和方法，在设计、计算、绘图、编写设计文件等方面的锻炼和提高。4、培养学生形成正确的设计思想，树立严肃认真，实事求是和刻苦钻研的精神。二、设计题目慈溪市三八江水闸初步设计三、设计内容（一）围垦工程枢纽总体布置（二）水闸设计（详见指导书）1.闸址选择（定性分析）2.枢纽布置3.闸室布置4.两岸连接建筑物设计5.消能防冲设计6.防渗排水设计7.闸室稳定计算8.地基处理设计9.水闸主要结构设计10.施工组织设计和概预算（本次不作要求）四、设计成果与要求（一）设计成果（1）毕业设计计算书说明书各一份（2）图纸：i.围垦工程枢纽布置图3ii.闸室平面布置图iii.水闸上下游立视图iv.水闸纵向剖视图v.水闸闸底板配筋图及细部构造图（二）设计要求（1）认真阅读设计任务书及指导书，根据设计任务书查找参考书及有关资料、设计规范，复习教材相关内容。（2）根据设计任务书要求，理清全部工作程序及基本共作思路，以便更好更快地搞好设计。（3）设计计算说明书便写有逻辑，思路清楚，计算公式清楚，架设条件及参数选取有说明，参考资料能及时注明。说明文字简练，语句通顺，计算必须附以示意简图。（4）毕业设计期间应严格遵守设计纪律，独立完成各阶段设计任务。五、进度安排及各阶段要求毕业设计时间短，除去答辩、制图、整理计算说明书及五一放假，实际设计约6周，时间安排大致如下表，希同学们能尽量在规定时间完成相应设计任务。1、毕业设计进度计划：周数时间各设计阶段主要内容工作量（%）第9周0405--0409熟悉资料，工程总体布置10第10周0412--0416闸孔布置、水力计算10第11周0419--0423防渗排水布置计算、消能防冲设计20第12周0426--0507闸身渗流稳定、抗滑稳定计算及校核20第13周第14周0510--0516闸底板、闸墩、翼墙结构计算20第15周0517--0530制图、整理说明书20第16周第17周0530--0604答辩准备及毕业答辩2、各阶段要求详见毕业设计任务书。4水闸毕业设计指导书慈溪市三八江水闸初步设计姓名学号班级专业浙江水利水电专科学校水利工程系二00四年三月1第一章工程概况§1—1区域概况一、自然地理慈溪海涂位于杭州湾那南岸，属于淤张型岸滩，是钱塘，杭州湾演变的产物。滩面相对稳定，围垦条件优越。为了配合杭州湾大通道及慈溪宁波的经济发展，兴建四灶浦西围涂工程。慈溪西河、西北河水系位于慈溪西北沿海，本区交通设施完善，是主要的产棉区，根据甬江流域综合规划，本河区为北排河系，主要通过三八江和陆中湾闸外排出海。本工程位于慈溪市西北区北部海涂地区的三八江上，是为了配合已围海涂十塘区块而兴建的。本区块涂面高程2.5～4.5m（武松高程，下同）之间，工程所在地三八江与相邻河道陆中湾的流域面积合计262.4km2。二、水文气象本工程围区内主要气象台有庵东，离三八江水闸工程控制流域中心以南12公里左右处。慈溪市属亚热带季风气候区，多年平均气温16度，多年平均降雨量1272.8mm，主要集中在梅雨季节和台风季节，多年平均风速3.0m/s，最大风速19.0m/s。水资源总量缺乏，人均水资源占有量510.41m3为浙江省人均占有量的24%，是宁波市缺水最严重的地区。本区水层浅薄，含砂量大，潮流为主要水动力，潮差大，进潮流量大。根据实测，庵东滩前面深水区涨潮最大垂线平均流速为3m/s，落潮为2.5m/s。三、区域地质根据地勘察院报告，本场地地基土以砂质粉土为主，地基承载力较高。具体各层分述如下：①4.5～5.1m淤泥质粉质粘土（mQ4），结构松散，强度低。②-1.68～6.19m砂质粉土(mQ4)，湿～很湿，稍密。2③-10.30～-17.10m粘质粉土(mQ4)，饱和，稍密。工程场地地基土以砂质粉土为主，分布广，厚度大，土层含水量低，孔隙比小，强度大等特性；但渗透性大。水闸的持力层为砂质粉土（mQ4），属中低压缩性土，地基承载力标准值大于170Kpa；e=0.790，Es=12.00Mpa，c=5.9Kpa，Φ=29.9o，Kv=2.07×10-4。§1—2新建缘由慈溪市人均占有耕地0.65亩，只有全国人均耕地的0.5。随着经济不断发展，人多地少的矛盾不断突出，目前仍以每年0.4万亩的速度锐减。为扭转被动局面，实现耕地动态平衡，充分开发慈溪市丰富的海涂资源，故实施西围涂工程的开发建设。西围涂工程的建成不仅可以增加土地资源，满足慈溪市土地动态平衡的要求，为慈溪市的工农业可持续发展创造条件，而且为沿海大通道——杭州湾大桥建设提供建设用地。三八江水闸工程是西围涂工程的一个重要组成部分，同时担负着慈溪市东河区大部分的排涝任务，建设本工程是十分必要的。§1—3工程等别、主要建筑物级别及设计标准根据《西围涂工程初步设计报告》，三八江水闸内的最大排涝流量为Q5%=364.94m3/s。设计排涝期内河最高水位5.820m（20年一遇）。三八江水闸为西围涂工程组成部分，西围涂工程为三等工程，三八江水闸建筑物等级同海塘，其主要建筑物为3级，三八江水闸是主要建筑物故为3级建筑物，次要建筑物为4级。水闸的闸顶高程安50年一遇高潮位与相应的风浪组合确定，排涝标准为20年一遇3日暴雨4天排至作物耐淹水位。抗震等级：根据《1/4000万中国地震烈度区划图》（1990），本场区最大地震震级为Ⅵ级，不考虑地震设防。3§1—4主要参考资料1、《水闸设计上下册》，华东水利学院主编2、《水闸》灌区水工建筑物丛书3、《水工建筑物》大专教材4、《水闸设计规范》SL265-20015、《钢筋混凝土结构》大专教材6、《水力学》大专教材7、《小型水利水电工程设计图集，水闸分册》8、《水工设计手册》1、2、3分册第二章水文计算第三章排涝计算因毕业设计时间限制，水文计算与排涝部分不要求具体计算，水文、排涝计算具体成果如下：外海设计高潮位P2%=7.88m外海设计平均低潮位1.50m设计洪水位P5%=5.82m，相应闸下水位1.5m校核洪水位P2%=5.99m，相应闸下水位4.8m内河设计高水位（启排水位）4.80m内河设计低水3.5m最大排涝流量364.94m3/s最大单宽流量15.2m3/s.m4第四章水闸设计§4—1设计任务通过前两章的分析和排涝计算，我们已初步拟定闸底槛高程和闸孔总净宽。本章进行水闸布置和结构设计。水闸设计任务如下：1、闸址选择（定型分析）2、枢纽布置3、闸室布置4、两岸连接建筑物设计5、消能防冲设计6、防渗排水设计7、闸室稳定计算8、地基处理设计9、水闸主要结构设计§4—2闸址选择闸址选择是水利规划阶段一项重要工作。一般根据工程所担负的任务，确定一个建闸的范围，然后在范围内选择几个可能的位置。通过经济技术比较选出一个较为优越的闸址。本设计课题为沿海挡潮闸承担着排涝和挡潮任务。根据本工程所承担的任务，水闸应选择在现三八江的外延处，尽量顺直。根据工程地质条件，此处属中低压缩性土，地基承载力标准值较高，但下游抗冲能力较差。为使海塘轴线尽可能顺直，水闸位置尽可能照顾到横塘。将原三八江闸外移，并在原闸位置垂直于横堤轴线开挖引河。闸址坐落于地下水位较高，最新5淤积的海涂上。本次毕业设计闸址按《西围涂工程可行性研究报告》已经选定，如附图一所示。不需另外选择位置。只需对已拟定闸址的合理性进行定性分析。§4—3枢纽布置三八江闸枢纽建筑物有排涝挡潮闸、横堤、三八江新开挖渠和管理用房，整个枢纽的布置简单。三八江排涝挡潮闸主要由上游连接段、闸室段和下游连接段三部分组成。上游连接段包括钢筋混凝土铺盖、护底和上游防冲槽和两岸翼墙，护坡。下游连接段包括消力池、护坦、防冲槽和下游翼墙。闸室段包括闸底板、闸墩、胸墙、闸门和启闭机房等。三八江的河床宽度140m。具体枢纽位置图见附图。设计基本资料如下：1.横堤轴线按3.0m等高线布置，新围海涂涂面高程2.3m；2.横堤（海堤）断面技术参数：断面形式：带有平台的复式堤顶高程：10.53m顶宽：7m迎海坡：双坡式，上、下坡比均为1：2.5，在7.5m高程处设置一宽度为5.5m的平台内坡：单坡，坡比1：2.5护坡：外海坡铺设40cm干砌石加30cm混凝土栏栅板；内坡用浆砌石砌成城门拱型式结合草皮护坡。3.新开引渠技术参数两岸边坡坡度：1：2河底底宽：80m（本次毕业设计不进行干渠与闸孔的配套设计，因为干渠尺寸已知）河道纵坡：1：10000糙率系数：n=0.025河底高程：1.5m4.干渠两侧塘裙技术参数塘裙顶部高程：6.5m塘裙顶部宽度：20m65.闸下排水渠技术参数：省略，闸下直接与海相连6.管理用房：宜布置在干渠左岸，朝向正南或东南，可避开冬季西北风的侵袭§4—4闸室布置一、设计任务1、闸孔形式及尺寸的拟定2、闸顶高程的确定3、闸墩型式及尺寸的拟定4、闸门型式尺寸的拟定及启闭机的选择5、胸墙结构型式及尺寸6、工作桥的型式及尺寸的确定7、交通桥的型式及尺寸拟定8、底板型式及尺寸的确定9、闸室分段二、闸室结构布置一般原则1、各构成部分结构合理，工作可靠，运行管理方便；2、各部分布置紧凑、相互协调；3、整个闸室的结构中心尽可能接近底板中心；4、本工程建于松软地基上，进行结构布置与选型时应注意有些具体问题，请参考《水闸设计规范》、《水工建筑物》有关章节进行布置。三、闸孔型式及尺寸的拟定（一）闸孔型式的选择1、闸孔型式7闸孔形式有宽顶堰、低实用堰和胸墙孔口对于挡潮闸，排涝时，内河水位并不太高，挡潮时外海潮位较高，且变幅大。为减小闸门的高度，可以考虑用胸墙代替一部分闸门的高度。本工程的挡潮高度较大，采用胸墙式自由出流较为合适。为保证汛期排涝能力，胸墙底部高程应能保证在任何水位下，均不出现孔流状态。2、堰型选择采用那种型式应根据水闸的运用要求、水流流态、地形和地质等条件选用。挡潮闸一般选用宽顶堰。虽然宽顶堰自由泄流时的流量系数较小，但具有泄流能力稳定和地基应力分布均匀等优点，而且宽顶堰较适用于平原地区软土地基税上的水闸。（一）闸孔孔径的选择水闸闸孔孔径应该根据工程投资、闸门型式、运用要求等因素确定，必要时需参照闸门系列要求进行选择。主要从两个方面来考虑，一是过闸单宽流量；二是闸室总宽度与河道总宽度的关系。闸门孔口顶部高程即胸墙底部高程，胸墙底部高程应高于泄水位0.1~0.2,并根据孔口泄流量要求计算确定，可以按以下公式计算：胸墙底部高程=堰顶高程+3/4（堰顶上游水深）+安全超高（0.1m～0.3m）（二）水闸排涝时的泄流能力、单宽流量和干渠流速校核根据初步拟定的闸孔总净宽，已经确定的孔数与孔径，最大下泄流量，相应的上下游水位，进一步核算闸孔实际泄流能力（最大总下泄流量，即计算不同的水位，最大下泄流量、最大单宽流量和干渠流速，校核能否满足相应的上游限制水位和河道安全泄量要求。1、闸孔的泄流能力验算选择流量系数，侧收缩系数，由《水力学》中的堰流公式计算以确定堰型及孔口尺寸的闸孔泄流能力。2、单宽流量验算1）过闸最大流量计算设计情况：上游启排水位加上安全水头10cm，下游为渠底高程。考虑行进流速水头，通过试算求得最大总下泄流量，8在求得最大单宽流量。2）最大单宽流量验算河床允许单宽流量根据地基土的性质由有关资料查得，或参考任务书已提供的数值。3）干渠流速校核根据已经提供的三八江干渠有关设计参数，求出干渠最大流速；按照三八江干渠出口位置的地质条件，可查的河道的不冲流速（允许流速），或参考任务书已提供的值[V0]=1.0～1.4m/s。四、闸顶高程的确定（一）设计原则为保证汛期排涝能力，水闸本身安全和闸上交