(好論文)水利工程畢業(yè)設計計算書 函江泄水閘設計計算說明書

函江泄水閘設計計算說明書第一章 基本資料一、概況函江位于我國華東地區(qū)。流向自東向西北，全長375km，流域面積176 km2。該流域氣候溫和，水量充沛，水面平緩，含砂量小，對充分開發(fā)這一地區(qū)的航運具有天然的優(yōu)越條件。流域梯級開發(fā)后，將建成一條長340 km通航千噸級駁船的航道和另一條長50 km通航300噸級駁船的航道，并與長江、淮河水系相互貫通形成一個江河直達的上游水路運輸網(wǎng)。同時也為沿江各縣市擴大直流灌溉創(chuàng)造有利條件。本工程以航運為主體，兼任泄洪、發(fā)電和灌溉。二、水文、氣象 1、設計上游水位根據(jù)排澇要求及上游特征，取上游特征水位如下：（1）正常水位19.00米2、設計排澇流量當下游水位為23.40米，設計排澇流量為9540m3/s。當下游水位為23.80米，設計排澇流量為12350m3/s。3、氣象洪水期多年平均最大風速為：20.7m/s風向：與水閘軸線正交吹程：3km。三、工程地質(zhì)根據(jù)畢業(yè)設計任務書提供的工程地質(zhì)勘察報告，本工程場區(qū)地基以砂礫石層為主。表層顆粒較細，向下顆粒逐漸加粗，滲透系數(shù)較大。水閘的防滲處理應重點考慮。1、地基巖土性質(zhì)對水閘有影響的地質(zhì)層主要有三層，現(xiàn)自上而下進行描述：1層 中砂層其力學指標如下：E0=31MpaN63.5=20Dr=0.62層 砂礫石層其力學指標如下：E0=36MpaDr=0.66四、設計依據(jù)1、工程等別和主要建筑物級別及設計標準工程等級：本工程為三等工程，其主要建筑物為3級，泄水閘為該工程的主要建筑物，故也為3級建筑物，次要建筑物為4級。設計標準：根據(jù)畢業(yè)設計任務書的要求，泄水閘的設計洪水標準為50年一遇，校核洪水標準為300年一遇，最大通航洪水標準為5年一遇。抗震等級：根據(jù)1/4000萬中國地震烈度區(qū)劃圖（1990），本場區(qū)最大地震震級為級，不考慮地震設防。第二章 樞紐總體布置一、 樞紐的建筑物的組成函江樞紐的主要建筑物有船閘、泄水閘和電站三部分組成。船閘的通航能力，按照五級航道標準進行設計。水電站總裝機為6600Kw，設計水頭為3.5m，水閘的泄洪能力為13000m3/s。二、 船閘的布置船閘的通航能力，按照五級航道標準進行設計。船閘布置在函江的左岸，主要是為了照顧水電站的布置。船閘本身由三部分組成：上游引航道、閘室和下游引航道。其具體尺寸如下：1、上游引航道：長度不小于5倍設計船隊的長度，根據(jù)經(jīng)驗五級航道標準的設計船隊的長度為91米，故上游引航道的長度為455米，設計時取為500米；上游引航道的底寬度為35米，兩岸采用漿砌石護坡，邊坡采用1：2.5；上游引航道的底高程為15.0米。2、下游引航道：長度不小于5倍設計船隊的長度，根據(jù)經(jīng)驗五級航道標準的設計船隊的長度為91米，故下游引航道的長度為455米，設計時取為600米；下游引航道的底寬度為35米，兩岸采用漿砌石護坡，邊坡采用1：2.5；下游引航道的底高程為11.0米。3、閘室：閘室的長度為135米，寬度為12.0米；閘室的頂高程為24.0米，底高程為10.50米。上下閘首控制船只的進出。三、 水電站的布置船閘布置在函江的右岸，主要是考慮河床的主槽比較靠近右岸，水電站的上下游不容易發(fā)生淤積，盡最大的可能提高水電站的出力，發(fā)揮水電站的效益。水電站的廠房的平面尺寸：主廠房的長度為48.0米，上下游方向的寬度為36.20米，主廠房總高度為32.0米。水輪機的型號為：GE(F02)-WP-380發(fā)電機的型號為：SFG200-70/3960總裝機： 32200KW設計水頭：3.5米最高水頭：7.0米最小水頭：2.0米最大引用流量225m3/s。四、泄水閘的布置泄水閘的布置在水電站和船閘之間。泄水閘主要有三部分組成：上游連接段、閘室段和下游連接段。其具體尺寸由后續(xù)的計算確定。第三章 孔口尺寸擬定 一、計算情況的選擇 計算情況上水位下水位泄流量123.6523.409540224.1723.8012350 二、計算方法及過程閘底板擬采用平底板，閘室段為堰流。閘室段按寬頂堰計算： Qm B H3/2式中 :根據(jù)上下游的堰上水深查得 :側(cè)收縮系數(shù)暫取為0.95 m=0.385 B=？米 H上水位-閘底板高程根據(jù)河床狀況，水閘底板盡可能的低，考慮河道的沖刷和淤積、考慮通航的要求，下游引航道的底部高程為11.0米，將水閘底板的頂高程略低于河床，即為12.00米。根據(jù)以上公式可以計算出閘孔總凈寬（如下表）閘孔總凈寬為360米。取36孔，單孔凈寬為10.0米，相應的單寬流量為：26.40 m3/s.m，能滿足要求。但在校核情況下為34.5m3/s.m，本人認為是滿足使用要求的。三、水閘總寬度閘墩的厚度根據(jù)規(guī)范的要求，最小不得小于1.10米，縫墩應大于0.80米，為統(tǒng)一外觀，將所有的中墩厚度取為1.60米，縫墩取為0.80米。因此水閘的總寬度為：B=360+(36+1)1.6-20.8=417.60(m)四、校核情況的上游水位根據(jù)水閘的堰流公式可以計算出校核情況下的上游水位（如下表）由上表可見：校核情況下的上游水位為24.17米，也就是校核水位為24.17米。第三章 水閘的閘室布置 一、上游段上游段直接與河道連接，采用導墻與電站、上游引航道分隔開。寬度根據(jù)布置要求確定，河道兩岸采用鋼筋混凝土護坡。二、水閘的閘基礎(chǔ)考慮閘址處的地質(zhì)條件為砂礫石，地基承載力較高，故閘基礎(chǔ)選用整體式平底板，根據(jù)水閘設計規(guī)范，必須進行分縫，分縫的間距根據(jù)規(guī)范要求，不宜大于30.0米，故取為二孔一跨，閘底板采用鋼筋混凝土平底板，厚度（1/51/8的單孔凈跨）初步擬定為150CM。順水流方向取（1.52.0）H，初步擬定為20.0米。三、閘墩 閘墩采用C20鋼筋混凝土，中墩厚度按構(gòu)造要求擬定為160CM，縫墩厚度按構(gòu)造要求擬定為80CM，長度與閘底板順水流方向長度相等為2000CM。四、閘上交通橋閘上交通橋采用C30鋼筋混凝土，總寬度為900CM，采用T型結(jié)構(gòu)。閘上交通橋的布置可以有兩個布置方案，即布置在上游側(cè)和布置在下游側(cè)，后者交通橋可以免受風浪的影響；前者在上游側(cè)風浪較大時，風浪對交通橋會產(chǎn)生頂托，從而增加交通橋的造價。考慮以上幾個因素，閘上交通橋布置在上游側(cè)。閘上交通橋的梁底高程為校核水位+0.50米，即為24.17+0.5=24.67米，故閘上交通橋的梁底高程取為25.00米。按照以上方法可以推求出公路橋面高程為25+1+0.25=26.25米。水閘的閘頂高程的確定：根據(jù)資料：（1） 洪水期多年平均風速：20.7m/s（2） 吹程 3km（3） 風向：垂直與水閘軸線（4） 上游水深：11.40米（12.17米，校核情況）水閘的閘頂高程為25.65米，橋面高程高于25.65，故交通橋面不會積水，橋梁的高程比較合適。五、閘門 閘門采用平面鋼閘門，平面鋼閘門的頂高程應該高于灌溉水位，我們?nèi)?0.0米，因此平面鋼閘門的尺寸為10.08.0米(寬高)，閘門上設側(cè)止水和底止水。工作閘門采用卷揚式啟閉機啟閉，啟閉力后續(xù)計算。 檢修閘門設二道，位置分設工作閘門的上、下右側(cè)，檢修閘門采用鋼閘門，用手拉葫蘆啟閉。檢修閘門高度擬定為4.0米，有上下兩塊迭合而成，平時安放在啟閉機室內(nèi)。 五、啟閉機房 由于景觀的要求，啟閉機房的高度應盡可能的低，通過建筑立面多種方案的比較確定。 六、下游段下游段采用下降式消力池，消力池底板采用C20鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其厚度應進行計算確定；消力池后接C20鋼筋混凝土海漫，海漫后采用拋石防沖。 第四章 消能防沖設計一、設計任務1、消能防沖設備形式的選擇2、消力池深度和消力池長度的確定3、海漫長度的計算4、防沖槽的設計5、上下游兩岸護坡的設計6、消能防沖設備的構(gòu)造二、消能防沖設備形式的選擇1、消能形式采用下降式消力池。2、消力池后布置一定長度的海漫，海漫末端設置柔性防沖槽。三、消能防沖設計條件的選擇（一）消能設計條件的選擇1、設計情況排澇時上游設計情況，下游為多年平均水位，閘門考慮全開。2、校核情況排澇時上游設計情況，下游為多年平均水位，閘門考慮0.5米、1米開度兩種情況。設計條件如下表所列下泄流量計算表（自由出流）下泄流量計算表（孔口出流）表中下泄流量當為自由出流時 Q1.62B H3/2 (M3/s)當為孔口出流時QmeB (2gH)1/2 (M3/s)m=0.6-0.18（e/H)四、下游排水渠水深計算下泄流量所對應的水深計算表 32五、消力池深度的計算假定消力池為矩形斷面，二維水流，消力池進口寬度為417.6米，出口寬度為417.6米，計算時均假定消力池進口、出口寬度為417.6米；則計算過程見下表：的水躍計算表（開度0.50米）的水躍計算表（開度1.00米）j=0.95E0=上游水位-2.0+消力池深度+(q/h)2/(2g)DZ=q2/19.61/(0.95ht)2-1/(1.05hc”)2d=1.05hc”-(ht+DZ)函江泄水閘設計計算說明書通過以上計算可以得出消力池深度需要0米，為安全計設計時取消力池深度為500毫米。六、消力池長度的計算消力池長度取為20.00米。七、海漫設計1、海漫長度的計算海漫長度計算按水閘設計規(guī)范P44 公式進行計算海漫長度取為40米。2、海漫結(jié)構(gòu)設計海漫前15米采用500毫米厚鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，后25米采用漿砌塊石。海漫內(nèi)均應設排水孔，墊層采用400g土工布一層，上鋪200毫米厚碎石層。八、防沖槽設計1、沖刷坑深度的計算沖刷坑低于海漫末端4.50-1.26=3.24（M）2、沖刷坑的防沖措施沖刷坑的防沖措施采用板樁加拋石來處理，每米斷面拋石10立方米。九、下游護坡下游護坡同上游護坡。第五章 閘室穩(wěn)定計算 閘室穩(wěn)定計算的內(nèi)容主要有以下四方面： 1、滲透穩(wěn)定 2、水平抗滑穩(wěn)定 3、地基的穩(wěn)定 4、抗傾穩(wěn)定和抗浮穩(wěn)定一、滲透穩(wěn)定計算1、滲透穩(wěn)定驗算 滲透計算采用直線比例法。地下輪廓線從鋼筋混凝土鋪蓋至消力池前端，水平長度有85米。設計情況取為如下兩種： 根據(jù)以上數(shù)據(jù)可得，最大的水位差為校核時的情況，具體數(shù)字為5.5米。據(jù)此可的平均滲透坡降J5.5/85=0.0.065，參照水閘設計規(guī)范（SD133-84）C值取為34，則臨界地下輪廓線的長度為L=C*H=(34)5.5=（16.522）米85米，防滲長臨界地下輪廓線的長度基本滿足所布置的地下輪廓線的長度。 在出口處（海漫段）加設反慮層，則滲透穩(wěn)定應不成問題。2、底板下滲透壓力分布計算 底板下滲透壓力分布計算方法采用直線比例法，計算時忽略垂直防滲的作用，計算過程如下圖 二、水平抗滑穩(wěn)定計算 (一)、荷載計算 1、自重計算 (見表2) 表2、自重計算表表3、基底壓力計算表表4、基底壓力分布圖2、設計工況的水壓力計算 水壓力包括水重、上游水平水壓力、下游水平水壓力、下游風浪壓力、揚壓力和側(cè)向水壓力。計算按下式進行 上游水壓力10 H2B/2下游水壓力10 H22B/2水平止水以下水平水壓力(X3-X4) 112.8=12.8(X3-X4)上游水重107.8H7.75下游水重107.8H24.75揚壓力1X412.512.8=160X4（矩形部分）揚壓力20.5(X3-X4)12.512.8=80(X3-X4)（三角形部分）水壓力計算表 浪壓力的計算按SD133-84公式計算H=4.98mhl=1.72mhz=0.37mPls=25.8KpaPl=207.5KN/m穩(wěn)定分析表水平抗滑穩(wěn)定計算表基底壓力分布圖3、校核工況的水壓力計算 水壓力包括水重、上游水平水壓力、下游水平水壓力、下游風浪壓力、揚壓力和側(cè)向水壓力。計算按下式進行水壓力計算表 穩(wěn)定分析表水平抗滑穩(wěn)定計算表基底壓力分布圖可見水平抗滑穩(wěn)定滿足要求。根據(jù)N63.5=20,可以查規(guī)范推知R=300Kpa,基底壓力滿足要求。第五章 閘室底板結(jié)構(gòu)計算一、 不平衡剪力的計算以閘門為界，將水閘閘室分為上下游兩段計算不平衡剪力，在分析時分三種計