拦河闸课程设计

11、项目基本资料1.1工程概况中原拦河闸位于河南省某县境内，闸址位于淮河某支流上。流域面积2234km2，流域内耕地面积288万亩。农作物以种植小麦、棉花。经济作物为主，河流平均纵坡1/6200。该地区为浅层地下水贫水区，要解决流域内农田的灌溉问题，需要拦蓄地面径流。故在河流适当位置修建拦河闸。本工程投入使用后，在正常高水位时可蓄水2230万m3，灌溉45万亩农田：即上游5个县25个乡已建成提灌站42处，有效灌溉面积25万亩；在拦河闸上游分出南干渠、北干渠，配支干23条，修建各类渠系建筑物1230座，可自流灌溉下游三县20万亩农田，说明拦蓄水源充沛可靠，效益较大。1.2地质资料（1）根据地质钻探资料，闸址附近地层为中粉质壤土，厚度约25m，其下为不透水层。此壤土的物理力学性质如下：土壤湿重度=20.2kN/m3；土壤干重度干=16.0kN/m3；土壤饱和重度饱=22.2kN/m3；土壤浮重度浮=12.2kN/m3；自然含水量状态下土壤内摩擦角自=23°；饱和含水量状态下土壤内摩擦角饱=20°；土壤凝聚力C=0.1kN/m2；地基允许承载力地基P=150kPa；混凝土、砌石与土基摩擦系数按f=0.36计；2地基应力的不均匀系数取=1.5~2.0；渗透系数取K=9.29×10-3cm/s。（2）本区域地震设防烈度为6度。1.3水文气象（1）气温。本地区年最高气温42℃，最低气温为-18℃；（2）风速。最大风速v=20m/s,吹程D=0.6km；（3）降雨量。非汛期(1~6月及10~12月)九个月河流平均最大流量Q=10m3/s；汛期（7~9月）三个月最大流量Q为130m3/s。年平均最大流量Q=36.1m3/s,最大年径流总量为9.25亿m3。年平均最小流量Q=15.6m3/s,最小年径流总量为0.42亿m3。（4）冰冻。流域内冰冻时间短,冻土很薄,不影响施工。1.4建筑材料本工程位于平原地区、山丘少，石料需从外地供给、距京广线很近，交通条件较好；经调查本地区附近有较丰富的粘土材料；闸址处有足够多的砂料。1.5批准的规划成果（1）灌溉用水季节,拦河闸的正常挡水位为58.72m,下游无水。（2）洪水标准。1）设计洪水位50年一遇，相应的洪峰流量1144.45m3/s，闸上游的洪水位为59.50m，相应的下游水位59.35m；2）校核洪水位为200年一遇，相应的洪峰流量Q=1642.35m3/s，闸上游洪水位61.00m，闸下游水位60.82m。闸后交通桥净宽取4.50m或7.00m，两边各设宽0.25m或0.50m的人行道。3）施工导流采用20年一遇洪水，相应的洪峰为169m3/s。3（3）河道断面。河道横断面为梯形，边坡为1：2，马道宽取6.00m。横断面形状如下图所示。糙率河床滩地0.02250.031.6施工条件（1）工期：要求在两年内完成。（2）电源：由电网供电、工地距电网10km。（3）材料供应：三材统一安排，本地区无石料及水泥，主要从外地用铁路运至本工程所属城市，共350km，再用汽车转运到工地，运距40km。42、闸址选择及水闸等级确定2.1闸址的选择闸址、闸轴线的选择关系到工程的安全可靠、施工难易、操作运用、工程量及投资大小等方面的问题。闸址应根据水闸的功能,特点和运用要求,综合考虑地形,地质,水流,潮汐,泥沙,冻土,冰情,施工,管理,周围环境等因素,经技术经济比较后选定。闸址宜选择在地形开阔、岸颇稳定、岩土坚实和地下水位较底的地点，优先选用地址条件良好的天然地基，避免采用人工处理地基。若在交叉河口附近建闸，选定的闸址宜在距离交叉河口较远处。拦河闸应选择在河道顺直，河势相对稳定和河床断面单一的河段,经技术经济比较后也可选择在弯曲河段裁弯取直的新开河道上。在平原河网地区交叉河口附近建闸,选定的闸址宜在距离交叉河口较远处。选择闸址还应考虑下列要求：占用土地及拆迁房屋少；尽量利用周围已有公路,航运,动力,通信等公用设施；有利于绿化,净化,美化环境和生态环境保护；有利于开展综合经营。本设计闸址、闸轴线选在地形高程61.5m处，规划中已给出。2.2水闸等级确定（1）平原区水闸枢纽工程应根据水闸最大过闸流量及其防护对象的重要性划分等别,其等别应按表2.1.1确定。规模巨大或在国民经济中占有特殊重要地位的水闸枢纽工程,其等别应经论证后报主管部门批准确定。注：当按表列最大过闸流量及防护对象重要性分别确定的等别不同时,工程等别应经综合分析确定。5表2.1.1平原区水闸枢纽工程分等指标工程等别ⅠⅡⅢⅣⅤ规模大(1)型大(2)型中型小(1)型小(2)型最大过闸流量(m3/s)≥50005000～10001000～100100～20＜20防护对象的重要性特别重要重要中等一般-（2）水闸枢纽中的水工建筑物应根据其所属枢纽工程等别,作用和重要性划分级别,其级别应按表2.1.2确定。注：永久性建筑物指枢纽工程运行期间使用的建筑物.主要建筑物指失事后将造成下游灾害或严重影响工程效益的建筑物.次要建筑物指失事后不致造成下游灾害或对工程效益影响不大并易于修复的建筑物.临时性建筑物指枢纽工程施工期间使用的建筑物。表2.1.2水闸枢纽建筑物级别划分工程等别永久性建筑物级别临时性建筑物级别主要建筑物次要建筑物Ⅰ134Ⅱ234Ⅲ345Ⅳ455Ⅴ55-（3）山区,丘陵区水利水电枢纽中的水闸,其级别可根据所属枢纽工程的等别及水闸自身的重要性按表2.1.2确定.山区,丘陵区水利水电枢纽工程等别应按国家现行的《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)的规定确定。（4）灌排渠系上的水闸,其级别可按现行的GB50288-99《灌溉与排水工程设计规范》的规定确定。6（5）位于防洪(挡潮)堤上的水闸,其级别不得低于防洪(挡潮)堤的级别。（6）对失事后造成巨大损失或严重影响,或采用实践经验较少的新型结构的2～5级主要建筑物,经论证并报主管部门批准后可提高一级设计；对失事后造成损失不大或影响较小的1～4级主要建筑物,经论证并报主管部门批准后可降低一级设计。由于本工程位于平原地区，所以水闸等级可根据表2.1.1来确定。本工程最大过闸流量在1000～5000m3/s区间，所以此水闸规模为大（2）型，工程等别为II级。2.3洪水标准确定平原区水闸的洪水标准应根据所在河流流域防洪规划规定的防洪任务,以近期防洪目标为主,并考虑远景发展要求,按表2.2.1所列标准综合分析确定.表2.2.1平原区水闸洪水标准水闸级别12345洪水重现期(a)设计100～5050～3030～2020～1010校核300～200200～100100～5050～3030～20由于水闸等级为2级，则可确定设计洪水重现期在30～50年，校核洪水重现期在100～200年。根据批准的规划成果可知，本水闸的设计洪水位50年一遇，相应的洪峰流量1144.45m3/s，闸上游的洪水位为59.50m，相应的下游水位59.35m；校核洪水位为200年一遇，相应的洪峰流量Q=1642.35m3/s，闸上游洪水位61.00m，闸下游水位60.82m。平原区水闸闸下消能防冲的洪水标准应与该水闸洪水标准一致,并应考虑泄放小于消能防冲设计洪水标准的流量时可能出现的不利情况。73、闸孔形式选择及闸底板高程确定3.1闸孔形式选择闸孔形式一般有宽顶堰型、低实用堰型和胸墙孔口型三种。由于本工程是拦河闸，若采用低实用堰易淤沙。若采用胸墙孔口型易对泄洪有影响。故采用了有结构简单、施工方便、泄流能力比较稳定，有利于泄洪、冲沙、排淤等优点的宽顶堰型。3.2闸底板高程确定闸底板高程的确定，不仅对闸孔的型式、尺寸和闸室的稳定有着决定性的影响。而且直接关系到整个水闸工程的工程量和造价。闸底板高程应根据河(渠)底高程,水流,泥沙,闸址地形,地质,闸的施工,运行等条件,结合选用的堰型,门型及闸孔总净宽等,经技术经济比较确定.由于河槽蓄水，闸前淤积对洪水位影响较大，为排于排除淤沙。闸底板高程应尽可能低。因此，采用无底坎平底板宽顶堰，堰顶高程与河床同高，即闸底板高程为51.92m。84、闸室布置4.1闸底板4.1.1作用闸底板是闸室的基础，承受闸室及上部结构的全部荷载，并较均匀地传给地基，还有防冲、防渗等作用。4.1.2形式闸室底板型式应根据地基,泄流等条件选用平底板,低堰底板或折线底板。（1）一般情况下,闸室底板宜采用平底板；在松软地基上且荷载较大时,也可采用箱式平底板.（2）当需要限制单宽流量而闸底建基高程不能抬高,或因地基表层松软需要降低闸底建基高程,或在多泥沙河流上有拦沙要求时,可采用低堰底板。（3）在坚实或中等坚实地基上,当闸室高度不大,但上,下游河(渠)底高差较大时,可采用折线底板,其后部可作为消力池的一部分。本工程闸底板型式选用平底板，沉陷缝设在闸墩中间。4.1.3底板顺水流方向长度闸室底板顺水流向长度应根据闸室地基条件和结构布置要求,以满足闸室整体稳定和地基允许承载力为原则,进行综合分析确定。闸底板顺水流方向长度，据闸基土质为重粉质壤土，A取2.0，按式：L底=A×H=2×6.8=13.6(m)综合考虑上部结构布置及地基承载力等要求，确定闸基长度为18m。4.1.4底板分段闸室结构垂直水流向分段长度(即顺水流向永久缝的缝距)应根据闸室地基条件和结构构造特点,结合考虑采用的施工方法和措施确定.对坚实地基上或采用桩基的水闸,可在闸室底板上或闸墩中间设缝分段；对软弱地基上或地震区的水闸,宜在闸墩9中间设缝分段.岩基上的分段长度不宜超过20m,土基上的分段长度不宜超过35m.当分段长度超过本条规定数值时,宜作技术论证.永久缝的构造型式可采用铅直贯通缝,斜搭接缝或齿形搭接缝,缝宽可采用2～3cm.本工程在闸墩中间设缝，缝宽为2cm。4.1.5底板厚度闸室底板厚度应根据闸室地基条件,作用荷载及闸孔净宽等因素,经计算并结合构造要求确定.闸底板厚度为：t=1/5×9=1.8(m),实际取1.5m.闸底板尺寸图（单位：cm）4.2闸墩4.2.1作用分隔闸孔并支承闸门、工作桥等上部结构，使水流顺利地通过闸室。4.2.2长度其长度采用与底板同长，为18m。4.2.3厚度闸墩厚度应根据闸孔孔径,受力条件,结构构造要求和施工方法等确定.平面闸门闸墩门槽处最小厚度不宜小于0.4m.中墩1.2m，缝墩1.6m，边墩1.0m。平面闸门的门槽尺寸应根据闸门的尺寸确定，检修门槽深0.20m，宽0.20m，主门槽深0.3m，宽0.8m。检修门槽与工作门槽之间留3.0m的净宽，以便于工作人员检修。4.2.4闸墩结构型式闸墩结构型式应根据闸室结构抗滑稳定性和闸墩纵向刚度要求确定,一般宜采用实体式。104.2.5闸墩外形轮廓闸墩的外形轮廓设计应能满足过闸水流平顺、侧向收缩小、过流能力大的要求。上游墩头采用半圆形，下游墩头采用流线形。4.2.6闸墩高度采用以下三种方法计算，取较大值。根据计算墩高最大值为9.58m，另根据《水闸设计规范》中规定，有防洪任务的拦河闸闸墩高程不低于两岸堤顶高程，两岸堤顶高程为61.50m，经比较后取闸墩高程10m。H墩=校核洪水位时水深＋安全超高=9.08+0.4=9.48（m）H墩=设计洪水位时水深＋安全超高=7.58+0.5=8.08（m）H墩=正常挡水位时水深＋Δh=6.8+0.98=7.78（m）式中，Δh为波浪高度，缝墩尺寸见下图：4.3闸门与启闭机闸门按工作性质可分为工作闸门、事故闸门和检修闸门；按材料分为钢闸门、混凝土闸门和钢丝网水泥闸门；按结构分为平面闸门、弧形闸门等。启闭机可分为固定式和移动式两种，常用固定式启闭机有卷扬式、螺杆式和油压式。卷扬式启闭机启闭能力较大，操作灵便，启闭速度快，但造价高。螺杆式启闭机简便、廉价，适用于小型工程、水压力较大、门重不足的情况等。油压式启闭机是利用油泵产生的液压传动，可用较小的动力获的很大启闭力，但造价较高。在有防洪要求的水闸中，一般要求启闭机迅速可靠，能够多孔同步开启，这里采用卷扬式启闭机，一门一机。4.3.1工作闸门闸门结构的选型布置应根据其受力情况,控制运用