河海大学-涵江水闸毕业设计报告

函江水闸毕业设计第1页共73页第一章基本资料第一节工程兴建缘由函江位于我国华东地区，流向自东向西北，全长375km，流域面积176km２，鄱阳湖水系的重要支流，也是长江水系水路运输网的组成部分，该流域气候温和、水量充沛、水面平缓、含沙量小、对充分开发这一地区的水路运输具有天然的优越条件.流域内有耕地700多万亩，土地肥沃，矿产资源十分丰富，工矿企业发达，原料及销售地大部分在长江流域，利用水运的条件十分优越.流域梯级开发后，将建成一条长340km通航千吨级驳船的航道和另一条长50km通航300吨级驳船的航道，并与长江、淮河水系相互贯通形成一个江河直达的内河水路运输网.同时也为沿江县市扩大自流灌溉创造条件，对促进沿河地区的工农业发展具有重要的作用，该工程是以航运为主体，兼有泄洪、发电、灌溉、供水和适应需要的综合开发工程，它在经济上将会具有非常显著的效益.第二节工程等级及设计标准一工程等级本枢纽定为三等工程；主要建筑物按3级建筑物设计；次要建筑物按4级建筑物设计.二洪水标准设计洪水按50年一遇标准；校核洪水按300年一遇标准；最大通航洪水按5年一遇标准。函江水闸毕业设计第2页共73页第三节基本资料一．枢纽地形、地质及当地的材料1.闸址地形闸址左岸与一座山头相接，山体顺流向长700m，垂直向长2000m，山顶主峰标高110n，靠岸边山顶标高65m；山体周围是河漫滩冲积平原，滩面标高(18.5~20.0)m；沿河两岸筑有防洪大堤，堤顶宽4m，堤顶标高24.5m；闸址处河宽700m，主河槽宽500m，深泓区偏右，河床底标高(13.0~14.0)m，右岸滩地标高18.5m。2.闸址地质(见闸轴线地质剖面团)闸址河床土质，主要由砾卵石层组成，表层多为中细砂层，层厚(2~5)m，左厚右薄并逐步消失；河床中层主要是砂砾卵石层，卵石含量30~50％，粒径2~13cm，层厚(10~20)m，属于强透水层渗透系数k=1.84×10－1~5×10－2(cm/s)允许坡降J=0.15~0.25；河床底层为基岩，埋深标高从左标高10米向右增深至标高—15米以下，其岸性为上古生界二迭长兴阶灰岩及硅质岸。河床土质有关资料如下：中砂：Dr＝0.6，E0＝310kg/cm2，N63.5＝20砂砾石：Dr=0.66，E0=360kg/cm23．当地建筑材料块石料：在闸址左岸的山头上，有符合质理要求的块石料场，其储量50万方，平均运距1.0km。砂砾料：闸址上、下游均有宽阔的冲积台地，在上、下游(3~5)km函江水闸毕业设计第3页共73页的沙滩台地上，均有大量的砂、砾料，可满足混凝土的粗、细骨料之用，且水运方便。土料：闸址上游约2km有刘家、八坪土料场、储量丰富，符合均质土坝质量要求。还有可作为土凡防渗体的粘性土，其质地良好。二．工程基本资料(一)地形：1：5000地形图一张(二)地质：闸轴线地质剖面图一张。(三)气象洪水期多年平均最大风速：20.7m/s风向：按垂直坝轴线考虑吹程：3km(四)水文1．设计洪水各设计频率涉水流量及相应坝下水位表设计频率(％)0.33220洪水流且Q(m3/s)1235095405730坝下水位H下(m)23.823.4022.252．水位流量关系曲线水位(m)1415161718192021222324流量(m3／s)50300650120018002480326041405340770013800函江水闸毕业设计第4页共73页(五)地震本地区地震基本烈度为6度。(六)回填土回填土力学性质干容重γ干(T／m3)湿容重(T／m3)饱和容重(T／m3)内摩擦角ψ粘聚力ckg／cm2含水量ω％砂性土1.551.852.0527O粘性土1.501.9218O.228三、建筑物的设计参数(一)船闸(五级航道标准)1．水位：最高通航水位▽22.32m，最低通航水位▽19.0m；正常蓄水位▽19.0m；下游最低水位▽14.25m。2．船型、船队：船型——300吨驳船，单驳尺度35×9.2×1.3m(长×宽×吃水深)；船队———300马力+2×300吨。船队尺度91×9.2×1.3m(长×宽×吃水深)。3．船闸、引航道尺寸及高程：①闸室有效尺寸——闸室顶高程▽24.0m，室底高程▽10.5m；长×宽×槛上水深=135×12×2.5m。②上闸首平面尺寸——长×宽＝18×24m；墩顶高程▽25.0m(注：该高程控制公路桥面高程)，门槛高程▽16.5m，基底高程▽8.5m。③下闸首平面尺寸——长×宽＝17×24m；墩顶高程▽24.5m、门底高程▽10.5m、基底高程▽70米。④上、下游导墙段长度50m。⑤上、下函江水闸毕业设计第5页共73页游引航道直线段长度应满足L≥5倍设计船队长度，引航道底宽35m；边坡1：2.5；引航道底高程；上游▽15.0m，下游▽11.0m；引航道转弯半径R≥5倍设计船队长度；进出口轴线与主河流基本流向的交角β≤20°4．闸上公路桥设在上闸首的上游端。(二)电站1．机型水轮机型号：GE(F302)—WP—380机型；发电机型号：SFG200—70／3960；总装机：3×2200KW。2．水头设计水头3.5m；最高水头7.0m，最小水头2.0m；最大引用流量225m3/s。3．主厂房平面尺寸及高程主厂房底板长度48m；总宽36.2m；机组进水室宽2.8m；中墩厚3.4m；进口高程▽7.5m，出口高程▽7.8m；基底最低高程▽2.0m；基底平均开挖高程▽5.0m；进水口前混凝土铺盖长10m，并在1：5反坡向上游与原河床高程衔接，并在上游端应设拦沙槛。尾水出口后设混凝土护坦、护坦水平段15m．并用1：5的倒倒坡段与尾水渠相连。上部厂房宽15米(顺流向)，长36.2m，厂房地面高程▽24.5m，水轮机安装同程▽10.5m．厂房屋顶高程▽37.0m，厂房边墙距底板上游端15.0m。函江水闸毕业设计第6页共73页4．站上的公路桥设在三房的上游端。(三)泄水闸1．水位：正常蓄水位▽19.0m，灌溉水位▽19.50m；设计洪水Q2％=9540m3／s，相应闸下水位H下＝23.40m校核洪水Q0.33%％=12350m3／s，相应闸下水位H下＝23.80m2．计算水位组合①闸孔净宽计算水位设计流量Q2％=9540m3／s，相应H下＝23.40m设计水位差ΔH：甲组——ΔH＝0.25m(H上＝23.65m)校核流量Q0.33%％=12350m3／s，相应闸下水位H下＝23.80m计算闸上壅高水位H上(供墩顶高程用)②消能计算水位闸上水位H上=19.50m闸下水位H下=甲组——H下＝14.50m下泄流量：以闸开启启度e＝___m、___m、以及全开时的泄量。③闸室稳定计算水位(关门)闸上设计水位H上＝19.5米，甲：H下=14.50m闸上校核水位H上＝20.0m(与门顶齐平)甲：H下=14.5m3．其它参数①单孔净宽：(8~12)m函江水闸毕业设计第7页共73页②门型结构：平面钢闸门③闸门类型：升卧门④底板与中砂的摩擦系数f＝0.4⑤闸孔的允许单宽流量[q]=30m3／s／m(四)公路桥公路功重按汽—20设计，挂100校核，双车道桥面净宽7.0m，两侧人行道2×2.0m，总宽9m，采用T型结构。梁高1.0m，梁腹宽0.2米，梁翼宽1.6m，用5根组粱组成，两侧人行道为悬臂式。每米延长重量按8／m计。函江水闸毕业设计第8页共73页第二章枢纽布置第一节枢纽总体布置枢纽布置的任务就是合理的安排枢纽各个建筑物的位置，要考虑各种建筑物的各自特点，合理的安排他们的具体布置方式，枢纽包含建筑物主体工程：泄水闸，船闸，土坝，水电站。坝轴线的选择从地形上看，把主线应选择在河床宽度最窄处,以节省工程量，降低造价。水电站厂房布置要求地质条件好，开挖深度不大，故由坝主线地质剖面图可知,水电站应布置在左岸，因闸质左岸砂砾石埋深较浅，下层为坚硬石灰岩，开挖深度较小。3号桩到9号桩处河段位于河槽中部,适宜修建水闸.9号桩到10号桩之间为一滩地，地势平坦，适宜布置船闸，故船闸布置在右岸。此外，船闸不能紧靠泄水闸,因为当泄洪时，下游水位比较高，，如船闸和泄水闸紧靠在一起船闸水位被迫抬高，不利于通航，故在船闸核泄水闸之间布置隔流体，以使水面线平缓变化。隔流体采用土坝形式，土坝按四级建筑物设计。主体工程布置方面，1号桩至3号桩之间布置水电站，3号桩至8号桩布置水闸，9号桩到10号桩间布置船闸，在船闸和泄水闸之间布置土坝。具体枢纽布置示意图见附图。各建筑物平面布置示意图见附图函江水闸毕业设计第9页共73页第三章水闸水力计算设计基本资料：1水位正常蓄水位▽19.0m，灌溉水位▽19.5m设计洪水Q2%=9540m3/s，相应闸下水位H下=23.40m校核洪水Q0.33%=12350m3/s，相应闸下水位H下=23.80m2计算组合①闸孔净宽计算水位设计流量Q2％=9540m3／s，相应H下＝23.40m设计水位差ΔH：甲组——ΔH＝0.25m(H上＝23.65m)校核流量Q0.33%％=12350m3／s，相应闸下水位H下＝23.80m计算闸上壅高水位H上(供墩顶高程用)②消能计算水位闸上水位H上=19.50m闸下水位H下=甲组——H下＝14.50m下泄流量：以闸开启启度e＝___m、___m、以及全开时的泄量。③闸室稳定计算水位(关门)闸上设计水位H上＝19.5米，甲：H下=14.50m闸上校核水位H上＝20.0m(与门顶齐平)甲：H下=14.5m函江水闸毕业设计第10页共73页第一节闸孔及堰型设计一．堰型选择宽顶堰在溢流方面的优点是流量系数变化小，不易受下游水位抬高的影响而呈现淹没出流的状态，且宽顶堰的过流能力较强，适合在平原地区使用，所以本次设计采用宽顶堰的形式。闸门的控制形式有带胸墙和不带胸墙之分，带胸墙适合于上下游水位变化很大时，考虑此次设计的水头差不是很大，故采用不设胸墙的闸门控制。二．堰顶高程设计选择堰顶高程是闸孔设计的关键，直接影响水闸的运用和造价，在选择堰顶高程时，应尽可能使底板建在较坚实的土层上，以避免复杂的地基处理工作。同时选择堰顶高程还要考虑使过闸单宽流量在合理的范围内。堰顶高程的高低直接影响水闸的造价，取的过高和过低都会产生悲剧合理的情况，考虑河床的高程在13m到14m之间，综合各种考虑，初拟闸底板的高程为13m。三.闸孔净宽试算在设计流量Q=9540m3/s，相应闸上水位H上=23.65，闸下水位H下=23.40m时，水位大部在主河槽以上，故取闸址处河宽700m，即:b=700mH=23.65-13.0=10.65mv=AQ=70065.109540=1.28m/s函江水闸毕业设计第11页共73页0H—计入行进流速水头的堰上水深则Ho=H+gv22=10.65+81.9228.112=10.734m,其中，hs—由堰顶算起的下游水深则hs=H下-▽堰=23.4-13.0=10.4m0Hhs=734.104.10=0.96890.8,故为淹没出流根据规范表A.0.1-2宽顶堰σ值，得σ=0.5566。因为采用平底板宽顶堰，无闸坎,查流量系数m值表可得：m=0.385。侧收缩系数与闸孔总净宽0B有关，现0B未知，设=1.0，以此计算0B的近似值如下：mHgmQB4.8285734.1081.92385.00.1556.095402232300粗估计n=29孔，单孔净宽mb0.100以上为0B的第一次近似值，据此计算的第二次近似值，计算0Hhs=734.104.10=0.9689。闸墩和边墩形状（拟定闸墩头部为半圆形，边墩头部为圆弧形），查表（见《水力学》341页表9.1得：闸墩系数，边墩系数70.0,69.00k，按下式计算侧收缩系数：852.01029734.1070.069.0)129(2.01)1(2.0100nbHnk0B的第二次近似值：函江水闸毕业设计第12页共73页.5335734.1081.92385.0852.05566.095402232300