水闸设计

1兰州资源环境职业技术学院水利工程系实习项目书（2010级）题目水闸设计指导教师冯永斌系别水利工程系专业水利工程施工技术班级10级水利工程施工技术1班姓名李太学号1010550033水利工程系2012年12月12日2目录第一章水闸设计基本资料1.1基本情况.......................................................................................31.2设计内容与要求..........................................................................51.3桥闸选型......................................................................................6第二章消能防冲计算2.1水位流量关系曲线.......................................................................92.2消力池...........................................................................................92.3海漫.............................................................................................112.4抛石防冲槽计算.........................................................................12第三章闸室结构布置3.1抗渗稳定.....................................................................................133.2结构布置....................................................................................15第四章地基处理2.2地质分析.....................................................................................172.2天然地基分析.............................................................................182.3地基处理方案.............................................................................192.4桩基设计.....................................................................................213第一章水闸设计基本资料一、基本情况本工程位于河南省某县城郊处，它是某河流梯级开发中最末一级工程。该河属稳定性河流，河面宽约200m，深约7~10m。由于河床下切较深又无适当控制工程，雨季地表径流自由流走，而雨过天晴经常干旱，加之打井提水灌溉，使地下水位愈来愈低，严重影响两岸的农业灌溉和人畜用水。为解决当地40万亩农田的灌溉问题，经上级批准的规划确定，修建挡水枢纽工程。拦河闸所担负的任务是：正常情况下拦河截水，抬高水位，以利灌溉，洪水时开闸泄水，以保安全。本工程建成后，可利用河道一次蓄水800万m3，调蓄水至两岸沟塘，大量补给地下水，有利于进灌和人畜用水，初步解决40万亩农田的灌溉问题并为工业生产提供足够的水源，同时对渔业、航运业的发展，以及改善环境，美化城乡都是极为有利的。（一）地质条件根据钻孔了解闸址地层属河流冲积相，河床部分地层属第四纪蟓更新世Q3与第四纪全新世Q4的层交错出现，闸址两岸高程均在41m左右。闸址处地层向下分布情况如下表1所示。表1闸址处地层分布情况土质名称重粉质壤土细砂中砂重粉质壤土中粉质壤土分布范围由上而下河床表面以下深约3m高程28.8m以下厚度约5m高程22m以下厚度5-8m（二）地形4闸址处系平原型河段、两岸地势平坦，地面高程约为40.00m左右，河床坡降平缓，纵坡约为1/10000，河床平均标高约30.00m，主河槽宽度约80-100m，河滩宽平，呈复式河床横断面，河流比较顺直。（三）土的物理力学性质指标土的物理力学性质指标主要包括物理性质、允许承载力、渗透系数等，具体数字如表2、3所示。表2土的物理性质指标表湿重度饱和重度浮重度细砂比重细砂干重度19KN/m321KN/m311KN/m327KN/m315KN/m3表3土的力学性质指标表内摩擦角土基允许承载力摩擦系数不均匀系数渗透系数cm/s自然含水量时28200KN/m２混凝土、砌石与土基的摩擦系数当土基为密实细砂层时值为36.0f粘土0.2~5.1中细砂层3105K饱和含水量时25砂土4.2以下土层5105K（四）工程材料1、石料本地区不产石料，需从外地运进，距公路很近，交通方便。2、粘土经调查本地区附近有较丰富的粘土材料。3、闸址处有足够的中细砂。（五）水文气象1、气温本地区年最高气温42.2C，最低气温-20.7C，平均气温14.4C。2、风速5最大风速20Vm/s，吹程0.6Km。3、径流量非汛期（1～6月及10～12月）9个月份月平均最大流量9.1m3/s。汛期（7～9）三个月，月平均最大流量为149m3/s，年平均最大流量2.26Qm3/s，最大年径流总量为8.25亿m3。4、冰冻闸址处河水无冰冻现象。（六）批准的规划成果1、根据水利电力部《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》（SD112-78）的规定，本枢纽工程为Ⅲ等工程，其中永久性主要建筑物为3级。2、灌溉用水季节，拦河闸正常挡水位为38.50m。3、洪水标准见表4所示。表4洪水标准表项目重现年洪水流量（m3/s）闸前水位（m）下游水位（m）设计洪水2093739.1539校核洪水50122040.3540.2二、设计内容与要求（一）设计内容1、枢纽布置根据有关资料进行水闸布置，阐明水闸中建筑物的作用、布置原则、布置方案的比较，选择与确定。2、坝工设计包括水闸选择、剖面设计、平面布置、绘出水闸平面图及剖面图。3、细部构造设计65、地基处理，及裂缝的处理包括：开挖、清理、防渗、加固处理等布置措施等。（二）设计成果包括：设计说明书、计算书各一份，（时间关系也可说明书、计算书合并写）设计成果图3—4张，内容为水闸平面布置图，下游立视图，水闸最大剖面及典型剖面图细部构造图。三、桥闸选型(一)闸孔型式及闸底板高程开敞式及涵洞式两种基本闸型均可以采用，但若考虑运用和检修方便，则采用开敞式平底板较好，闸底板高程根据现有桥闸上下游河床的地形条件(闸上游30米处的河床高程-2.50米，闸下游60米处的河床高程-4.50米)，考虑重建后桥闸的最大过流能力(尽可能减少设计情况下和校核情况下的过闸水头差)，重建工程的闸底高程取-1.80米。(二)孔口轮廓尺寸的拟定从1：1000地形图上量得进水口宽度约360米，河床土质为砂壤土，q=10～15(m3/s·m)。B0=Q/q=4850/（10～15）=485～323m经比较选B0=360m以砂洲岛为界xx闸分东西两闸，东闸16孔，西闸20孔(其中4孔为电站进水口不计水闸泄洪)；水闸为宽顶堰，闸底标高-1.80米(珠基，下同)，每孔净宽10米，采用二孔一联结构，中墩厚1.2米，缝墩厚0.9米。7水闸总净宽B0=36×10=360米水闸总宽度B=23.025×16=368.4米(三)闸上水位计算采用1989年省设计院《韩江行洪控制线报告》的成果，各种频率的洪峰流量及相应的闸下游水位资料如下：P(%)123Q(m3/s)541048504110Z下(m)5.7275.3875.017hs(m)7.5277.1876.817闸上水头H0=（gmBQ20）2/3式中H0—计入行近流速水头的堰上水头；m—堰流流量系数，m=0.385；B0—闸孔总净宽，B0=320m；ε—堰流侧收缩系数，对于本水闸闸孔净宽b0=10m，中缝bs=11.2m，缝墩(2个)bs=11.2m。中墩侧收缩系数：sbb0=0.893，查表得ε=0.982；缝墩侧收缩系数：sbb0=0.847，查表得ε=0.975；边墩侧收缩系数：sbb0=0.917，查表得ε=0.986；ε=41416985.04975.014982.016=0.9808σ—堰流淹没系数，由0Hhs查表得出从地形图上量得进水口总宽度B上=460米(不计电站进水口)，河床高程H河=-2.5米。用试算法计算，结果如下表：PQ(m3/s)Z下(m)hs(m)σH0(m)H=H0－V02/2g(m)Z上(m)△Z(m)V0(m/s)154105.7277.5270.47047.7367.6345.8340.1071.411248505.3877.1870.45307.3757.2865.4860.0991.320541105.0176.8170.41796.9706.8995.0990.0821.176(四)闸顶高程的确定设计情况(P=2%)：5.486+1=6.486m校核情况(P=5%)：5.834+0.7=6.534m取闸顶高程为6.6m。9第二章消能防冲计算一、闸下水位～流量关系曲线以2000年3月初实测的河道断面，采用推水面线的方法求得，并与汕头水文分局的测流成果比较，考虑今后环境变化，人类活动对工程的不利影响，从有利工程安全的角度出发，确定消能防冲计算时选用低潮位与挖砂深2米的组合水位流量关系曲线(E线)。Q(m3/s)01005001000200030004110(P=5%)4850(P=2%)5410(P=1%)Z下(m)-1.56(起堆水位)-1.55-1.39-0.98-0.04-0.821.662.162.52二、消力池xx闸正常蓄水位2.65米，当来水量较大，超过水闸正常蓄水位时，即开闸放水，泄洪时，闸门开度控制为he=0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.4、1.8、2.2、2.6、全开等10级开度。(一)过流计算(1)当he/H≤0.65即he≤2.9米时为孔流，查阅《水闸设计规范》(H=2.65－(-1.8)=4.45m)Q=σ′μB0he02gH式中he—闸门开度；μ—流量系数；B0—水闸净宽，取320米；水闸总宽度B=368.4米；σ′—淹没系数。10(2)当he/H＞0.65即he＞2.9米时为堰流，查阅《水闸设计规范》Q=σεmB0he02gH式中m—堰流流量系数，m=0.98；ε—堰流侧收缩系数，由第一章计算得ε=0.98；B0—水闸净宽，取320米。(3)各开度过流情况计算时下游水深hs采用上一级流量查H～Q关系曲线得到。零流量闸下水位为-1.56米，经计算各级开度过流量情况如表：闸门开度流量关系表he(m)0.20.40.60.81.01.41.82.22.6全开Q(m3/s)35569210271353166922752853338538905018Z下(m)-1.56-1.45-1.23-0.95-0.65-0.35-0.200.691.111.49流态孔流堰流自由出流σ=1.0σ=1.0(二)池深及池长计算消力池采用底流方式消能。利用水利水电工程PC－1500程序集中消力池水力计算“D－3”程序计算得：消力池深1.2米，消力池βLj长度取18米，则池总长Lsj=18+7.6=25.6米(计算过程具体见附录一至十，图形见附图1)(三)消力池底板厚度计算查阅《水闸