羌河口水電站首部閘壩樞紐設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、畢業(yè)設(shè)計說明書題 目:羌河口水電站首部閘壩樞紐設(shè)計 學(xué)院(直屬系): 能源與環(huán)境學(xué)院 年級、 專業(yè): 2010級 水利水電工程 學(xué) 生 姓 名: 學(xué) 號: 指 導(dǎo) 教 師: 完 成 時 間: 2014年5月25日 目錄摘要11前言22基本資料32.1工程概況32.2閘址處地形資料32.3水文資料42.4洪水資料62.5泥沙資料73 確定樞紐等別83.1工程等別和建筑物級別83.2下閘址攔河閘壩等別94首部閘壩樞紐整體布置104.1攔河閘位置的選擇104.2首部樞紐布置115水閘的結(jié)構(gòu)布置125.1底板125.2閘墩135.3閘門135.4底板的分縫136水閘的水力計算156.1閘室型式的確定1

2、56.2擬定閘孔尺寸166.3驗算泄流能力197水閘防滲排水設(shè)計217.1水閘的防滲長度及地下輪廓線的布置217.2滲流計算238水閘消能防沖設(shè)計308.1底流消能工的設(shè)計308.2消力池長度的計算338.3消力池底板厚度計算348.4 海漫358.5 防沖槽及末端加固369水閘穩(wěn)定分析379.1荷載及其組合379.2閘室穩(wěn)定計算409.3驗算閘室基底壓力4110閘室抗滑穩(wěn)定分析4411閘室底板的配筋計算4612結(jié)論51總結(jié)與體會52謝辭53參考文獻54摘 要本次設(shè)計完成了羌河口水電站首部閘壩樞紐設(shè)計。設(shè)計重點包括羌河口水電站首部閘壩樞紐平面布置、泄洪閘和沖砂閘結(jié)構(gòu)設(shè)計。首先進行整個羌河口水電

3、站首部閘壩樞紐和相關(guān)建筑物的等別劃分。其次參照工程地質(zhì)條件和地形地貌等因素，并依據(jù)水閘設(shè)計規(guī)范進行首部閘壩樞紐的平面布置 。最后，進行泄洪閘和沖砂閘結(jié)構(gòu)設(shè)計；主要內(nèi)容包括閘室結(jié)構(gòu)布置、閘室抗滑穩(wěn)定驗算、閘室地基應(yīng)力計算、閘室底板配筋計算、消能防沖計算等。本次設(shè)計需要熟練運用所學(xué)的相關(guān)專業(yè)知識，通過查找收集所需設(shè)計參數(shù)和資料，并在老師的指導(dǎo)下獨立完成全部設(shè)計內(nèi)容。關(guān)鍵詞：羌河口水電站；首部閘壩；閘室穩(wěn)定；底板配筋abstractthis design has completed the design of the first gate dam hydropower station in the

4、estuary. the design focuses on the design of the first dam station layout, xie hongzha and discharge structure of the river hydropower. firstly, the qiang river hydropower station first sluice dam project and related building classification. secondly, according to the engineering geological conditio

5、ns and topography and other factors, and on the basis of design specification sluice layout first sluice dam project are. finally, to release flood waters gate and discharge structure design; main contents include chamber structure layout, the anti sliding stability calculation, the ground stress ca

6、lculation, lock floor reinforcement calculation, the energy dissipation calculation etc. the design requires skilled use of relevant expertise learned by looking to collect the required design parameters and data, and under the guidance of teachers to complete all design elements independently.key w

7、ords: qianghekou hydropower station; department head dam; chamber stability; bottom reinforcement1前言隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們對能源的依靠越來越重。隨著對煤炭、石油以及天然氣的開發(fā)及利用，各種環(huán)境問題逐步被推向一個熱議的焦點。因此清潔能源的開發(fā)以及推廣成了一種發(fā)展趨勢。而水能資源作為儲存量大、開發(fā)技術(shù)比較成熟的清潔能源正在被大量利用。在我國大型的水電站開發(fā)已經(jīng)接近尾聲。本次羌河口水電站首部閘壩樞紐設(shè)計就是一座低水頭、小流量的單一發(fā)電工程。像這類小型的低水頭水電站具有很強的適應(yīng)性，在許多流量不大的河

8、流上只需要修建一個不大的大壩或者閘壩就能進行攔河發(fā)電，適當(dāng)?shù)牡胤竭€能為引水灌溉做出貢獻。這對于促進我國的經(jīng)濟發(fā)展、解決部分地區(qū)灌溉問題有著十分積極的影響。羌河口水電站作為白水江水流域電站規(guī)劃的一庫七級方案中的第三級，上面是黑河水電站，下面連接著黑河塘水電站，是一座典型的專門以發(fā)電為主的低閘引水式開發(fā)電站。設(shè)計的第一個重點便是對閘壩閘址的選擇，通過勘測和經(jīng)濟以及運行管理方面的比較我們選擇了陵江鄉(xiāng)上游的下閘址作為本次設(shè)計的閘址。選擇閘址后就要對整個首部樞紐進行一個初步的布置，結(jié)合地質(zhì)條件將閘孔布置在主河床上，把進水口布置在右岸便于成洞的地方，靠近進水口的地方設(shè)置一道沖砂閘，左岸修建一段土石壩段進行

9、擋水。在首部樞紐布置后就進行閘室的布置以及防滲消能設(shè)施的布置，在擬定閘孔尺寸是要注意單寬流量的選擇。防滲設(shè)計中參照sl265-2001水閘設(shè)計規(guī)范設(shè)置防滲輪廓線，然后進行防滲計算。當(dāng)整個設(shè)計基本完成后需要對閘室進行抗滑穩(wěn)定計算，這是對整個閘室穩(wěn)定的一次校核。還有就是閘室底板的配筋計算，通過對所以直接作用或間接作用在閘室底板上了荷載進行疊加計算完成配筋計算。通過這些所有的計算和布置之后再通過綜合分析我們就能得出本次畢業(yè)設(shè)計的成果了。利用這些數(shù)據(jù)做出整個設(shè)計的平面布置圖、立視圖、閘室的平面圖、閘室的剖面圖等等。在本次設(shè)計中也參考了許多教材、規(guī)范以及其他資料，在此向這些文獻的作者表示感謝。在設(shè)計過程

10、中，張老師一直在旁邊兢兢業(yè)業(yè)的指導(dǎo)，在此向張老師說聲衷心地感謝。同時有什么不對或者不完善的地方也希望得到您的斧正！ 2基本資料2.1工程概況 羌河口水電站作為白水江水流域電站規(guī)劃的一庫七級方案中的第三級，是一座典型的專門以發(fā)電為主的低閘引水式開發(fā)電站。下面連接著黑河塘水電站，上面是黑河水電站。該水閘的閘址處在陵江鄉(xiāng)吊壩村，控制集水面積達到2239km2；廠址位于陵江鄉(xiāng)河口村、羌河口匯口的上游。水庫正常蓄水位為1859.00m，總庫容8.92萬，裝機容量26mw，為單一發(fā)電工程。2.2閘址處地形資料 由于受到河谷地形地貌以及地質(zhì)條件等因素的影響，并考慮到和上一級黑河電站的銜接，本階段在黑河廠址上

11、、下游河段擬選了兩個比較理想閘址進行研究從而進行閘址的選擇。上閘址處于黑河廠房的上游大約240m，下閘址位于黑河廠房下游大約260m左右，上、下閘址之間相距約500m。上閘址與下閘址地形、地質(zhì)等條件十分相似，右岸均為較陡巖石邊坡，左岸為較寬的覆蓋層坡地。河床覆蓋層較深（上閘址最大厚度60m，下閘址最大厚度75.3m）。都存在閘基滲漏、繞壩滲漏和滲透變形穩(wěn)定、以及抗滑穩(wěn)定等問題，雖然如此如若采取適當(dāng)?shù)墓こ檀胧?，均具備修建水閘條件。表 1-1 壩址區(qū)覆蓋層物理力學(xué)參數(shù)建議值表分 類名 稱天 然密 度允許承載 力壓 縮模 量滲 透系 數(shù)抗剪指標(biāo)允許比降凝聚力摩擦角dfreskcg/cm3kpampa

12、cm/smpa度層塊碎石土（qcol+dl）2.0520025020301120.15層現(xiàn)代河床含漂砂卵礫石層（qal）2.1030035030401070.1層含漂砂卵礫石層（qal）2.2550060050608.7110-2030320.120.152.2.1 上閘址上閘址地處陵江鄉(xiāng)的吊壩村上的游大約2km左右，現(xiàn)代的河床偏右岸，河道彎曲呈典型的“s”型，河流流向由nw折向近西北方向，河谷總體上看與地層走向呈小角度相交，屬斜縱向河谷。在枯水期河水位高程約為1857m，水面寬約10m，在取水位1863.05m的高程處，河谷寬130m左右。

13、右岸谷坡平均坡度，山體雄渾且較厚，基巖基本裸露；左岸屬于階地發(fā)育，地形比較平緩，在1860m高程處為級階地，1865m高程以上基本為覆蓋層斜坡，坡度為，河谷為不對稱的“u”型河谷。區(qū)內(nèi)出露的基巖地層為黑河組上段第二層中部砂巖與板巖互層夾千枚巖，地層產(chǎn)狀為n5060w/ne6575?？碧奖砻鳎哟哺采w層厚度一般4050m，最深達60m。河谷左岸階地為沖洪堆積的含漂（塊）砂卵礫石層，厚約5060m，結(jié)構(gòu)較密實；右岸大多基巖裸露，僅坡腳分布有崩坡積塊碎石土，厚度較小，一般厚約58m，結(jié)構(gòu)較松散；河床覆蓋層為含漂（塊）砂卵礫石層。區(qū)內(nèi)覆蓋層按其物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)和成因，自下而上可分為三層：第層為沖洪積堆積

14、的含漂（塊）砂卵礫石層，主要分布于階地及現(xiàn)代河床中下部，厚4851m，結(jié)構(gòu)密實；第層為現(xiàn)代河床沖積堆積的含漂（塊）砂卵礫石層，結(jié)構(gòu)松散，局部有架空現(xiàn)象，厚58m，主要分布于現(xiàn)代河床表淺層。 2.2.2 下閘址下閘址位于陵江鄉(xiāng)吊壩村上游約1.5km，現(xiàn)代河床偏右岸，河道彎曲呈“s”型，河流總體流向自n向s，河谷總體上與地層走向呈大角度相交，屬斜橫向谷?？菟诤铀桓叱碳s1854m，水面寬23m，正常蓄水位1859.00m時，谷寬69m。右岸谷坡陡峻，平均坡度6065，山體渾厚，基巖裸露；左岸階地發(fā)育，地形平緩，1856m高程為級階地，1860m高程以上為覆蓋層斜坡，坡度為3040度，河谷呈不對稱

15、“u”型谷。河床左岸階地為沖洪堆積的含漂（塊）砂卵礫石層，厚約6070m，結(jié)構(gòu)密實；右岸1880m高程以上基巖裸露，坡腳分布有崩坡積塊碎石土，厚度較小，一般厚約58m，結(jié)構(gòu)較松散；河床覆蓋層為含漂（塊）砂卵礫石層。2.3水文資料徑流特征值 多年平均流量， 25.7m3/s ；汛期多年平均流量(510月)，40.2m3/s；枯期多年平均流量(114月)，11.0m3/s ；多年平均氣溫，12.6；多年平均降水量，567.3mm；多年平均相對濕度 ， 65%； 多年平均風(fēng)速， 2 .1m/s。 下閘址所在地的流量-水位關(guān)系曲線如圖 2-1。圖 2-1 下閘址所在地的流量-水位關(guān)系曲線表 2-2 羌

16、河口電站各月徑流分配表 月 份 數(shù) 值 567891011121234全年多年平均徑流（m3/s）32.141.644.938.943.540.219.712.18.787.036.6711.625.7多年平均月徑流分配（%）10.613.314.812.913.913.36.34.02.92.12.23.7100由于羌河口水電站附近的水文站修建的時間比較近，所以將各處的水文資料進行補插延長從而得到所需要的完整的水文數(shù)據(jù)。所以由羌河口電站閘址1966年5月2006年4月共40年（水文年）徑流系列推算，閘址處多年平均流量為25.6m3/s，折合年水量8.10億m3，多年平均年徑流深362.0mm

17、。由于本流域徑流主要是降雨補給，因此徑流的年內(nèi)變化與降水的年內(nèi)分配大致一致。豐水期（5月10月）水量為全年的79.4%，枯水期（11月次年4月）占年徑流的20.6%，。徑流的年內(nèi)分配詳見表 2-2根據(jù)陵江電站1966年5月2006年4月共40年（水文年）徑流系列，用皮爾遜3型曲線進行試線，確定各頻率設(shè)計值以及統(tǒng)計相關(guān)的參數(shù)，徑流成果見表2-3。表 2-3 羌河口電站設(shè)計年徑流成果見表時 段均值（m3/s）cv cs/cvp=10%p=50%p=90%年（54月）25.70.24233.925.218.2豐水期（510月）40.20.25253.539.428.0枯水期（114月）11.00.2

18、6214.810.87.532.4洪水資料1987年洪水為南坪站實測系列中的首大，洪峰流量363 m3/s，在實測系列中量級突出。其余1966、1968、1993年洪水，在鵠衣壩站屬于實測洪水流量系列，由該站推算的南坪站相應(yīng)年份的年最大流量來看，1966、1968年洪水排位于1987年之后，量級均在300m3/s以下，1992年洪水洪峰流量217m3/s，已屬一般洪水。根據(jù)對白水江干流（九寨溝縣段）的洪水調(diào)查情況，認為1984年洪水為泥石流阻塞河道形成的非天然洪水，不作為歷史洪水處理；對于1948年和1987年洪水的重現(xiàn)期，由于條件所限，不能將其考證期追溯至解放前更久遠年代，只能自1948年起

19、考證，即1948年洪水為自1948年以來的首大洪水（無量，排位空缺），1987年洪水次大，重現(xiàn)期分別為59年和30年。1993年洪水在南坪站實測系列中略小于1987年，可提出作為特大值，排于1987年之后，重現(xiàn)期為20年。表 2-4 羌河口水電站閘、廠址設(shè)計洪水成果表位 置qp (m3/s)p=0.2%p=0.33%p=0.5%p=1%p=2%p=5%p=10%p=20%p=50%壩 址380359341311281240207174124廠 址397357325293250216181129由于羌河口電站位于多諾、黑河塘水文站之間，故閘、廠址設(shè)計洪水由多諾、黑河塘水文站的設(shè)計洪水成果按面積比

20、內(nèi)插推求，見表2-4。2.5泥沙資料2.5.1 汛期排沙運用水位比較的水庫泥沙沖淤計算陵江電站推薦正常蓄水位為1859.0m，電站需要日調(diào)節(jié)庫容2.77萬m3。本階段初擬汛期排沙運用水位1858.0m、1859.0m兩個方案進行比較。各汛期排沙運用水位水庫沖淤計算成果見表2-5。表 2-5 各汛期排沙運用水位方案計算成果汛期排沙運用水位（m）1858.01859.0水庫總淤積量(萬m3)4.567.42剩余調(diào)節(jié)庫容（萬m3）2.751.48年均不定期敞泄沖沙次數(shù)（次）32 計算結(jié)果表明，隨汛期排沙運用水位抬高，庫尾泥沙淤積高程隨之抬高，庫區(qū)總的淤積量增加。水庫運行20年，汛期排沙運用水位185

21、8m、1859m，水庫總淤積量分別為4.56萬m3、7.42萬m3。年均停機沖沙次數(shù)兩個方案分別為3次、2次，低方案較高方案多，但各方案皆能滿足電站取水防沙要求。就調(diào)節(jié)庫容而言，汛期排沙運用水位越高，調(diào)節(jié)庫容損失就越大。1858m、1859m兩個方案調(diào)節(jié)庫容淤積量分別為4.56萬m3、7.42萬m3，剩余調(diào)節(jié)庫容分別為2.75萬m3、1.48萬m3，從長期保持電站調(diào)節(jié)庫容2.77萬m3的要求來看，1858m方案基本滿足要求，1859m方案則不滿足要求。2.5.2 懸移質(zhì)（1）根據(jù)實測泥沙資料分析，陵江水電站壩址處懸移質(zhì)特征值如下：多年平均輸沙量，10.89萬t；多年平均含沙量，0.134 kg

22、/m3； 多年汛期平均含沙量，0.170kg/m3；多年平均引水含沙量，0.134kg/m3；多年平均過機含沙量，0.134kg/m3；多年汛期平均過機含沙量，0.170kg/m3。多諾水庫建成后，陵江入庫的懸移質(zhì)顆粒級配最大粒徑1.05mm，中數(shù)粒徑0.023mm。懸移質(zhì)礦物成份，采用九寨溝水文站2005年沙樣，由紅外吸收光譜測試鑒定分析。礦物成份中有長石、石英、基性巖屑、綠泥石、碳酸鹽、伊利石、方解石、水晶、角閃石等。莫氏硬度大于5的礦物以石英、長石、基性巖屑為主，其它硬礦物如角閃石、水晶等含量相對較少。3 確定樞紐等別3.1工程等別和建筑物級別羌河口水電站作為白水江水流域電站規(guī)劃的一庫七

23、級方案中的第三級，是一座典型的專門以發(fā)電為主的低閘引水式開發(fā)電站。下面連接著黑河塘水電站，上面是黑河水電站。水庫正常蓄水位1859.00m，總庫容8.92萬m3(0.000892億m3)，裝機容量26mw(2.6萬kw)，為單一發(fā)電工程。現(xiàn)在對羌河口水電站的有關(guān)建筑物以及電站整體做一個等別的劃分。具體分等見表3-2。表3-1 水工建筑物級別劃分工程等別永久性建筑級別臨時性建筑物級別主要建筑物次要建筑物13423434545555表3-2 水利水電工程分等指標(biāo)工程水庫防洪治澇灌溉供水水電站等別工程規(guī)?？値烊?108m3)城鎮(zhèn)及工礦企業(yè)的重要性保護農(nóng)田(萬畝)治澇面積(萬畝)灌溉面積(萬畝)城鎮(zhèn)及

24、工礦企業(yè)的重要性裝機容量(104kw)大(1)型10特別重要500200150特別重要120大(2)型101.0重要5001002006015050重要12030中 型1.00.1中等100306015505中等305小(1)型0.100.01一般30515350.5一般51小(2)型0.010.001530.51由以上資料和數(shù)據(jù)可以確定該工程的工程等別為等，規(guī)模為?。?）小型，永久性主要水工建筑物級別為4級，次要水工建筑物級別為5級，臨時性水工建物級別為5級。關(guān)于羌河口水電站有關(guān)的臨時性建筑物以及永久性建筑物的具體等別劃分情況;見表 3-1。3.2下閘址攔河閘壩等別平原區(qū)水閘樞紐工程的等別劃

25、分,其等別應(yīng)按表3-3確定。表3-3 平原區(qū)水閘樞紐工程分等指標(biāo)工程等別規(guī)模大(1)型大(2)型中型小(1)型小(2)型最大過閘流量(m3 /s)50005000100010001001002020防護對象的重要性特別重要重要中等一般- 水閘樞紐中的水工建筑物的等別劃分,其級別應(yīng)按表3-4確定。表3-4 水閘樞紐建筑物級別劃分工程等別永久性建筑物級別臨時性建筑物級別主要建筑物次要建筑物13423434545555- 考慮到下閘址位于陵江鄉(xiāng)吊壩村上游約1.5km，主要工程處于邊遠山區(qū)，沒有大的城市或者人群，下游居民數(shù)量不多，所以保護對象的重要性為一般再加上所屬樞紐的等別為等，規(guī)模為小（1）小型，

26、所以閘壩的工程等別可以確定為等，規(guī)模為小（1）小型，永久性主要水工建筑物級別為4級，次要水工建筑物級別為5級，臨時性水工建物級別為5級。4首部閘壩樞紐整體布置4.1攔河閘位置的選擇攔河閘壩閘址的選擇是一件非常重要的事情。他的選擇將影響到閘壩工程的直接成敗，同時在造價方面他也會直接影響造價的高低，同時他還會對整個閘壩所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益產(chǎn)生很大影響。這是水閘組織設(shè)計當(dāng)中一個十分重要的環(huán)節(jié)。他應(yīng)該從水閘的運用要求以及功能特點著手，然后還要綜合考慮所處閘址的地形地貌、地質(zhì)條件、水流情況、周圍的環(huán)境因素、施工管理以及后期的運行管理等因素等，最后做出合理的經(jīng)濟與技術(shù)分析，選出最理想的閘址。閘址的選擇對地形有

27、著苛刻的要求，最好選在地基巖土堅實、兩岸邊坡穩(wěn)定、周圍的地下水位相對較低以及周圍要有開闊的地形便于施工筑壩。在地基條件方面要優(yōu)先選擇天然地基土比較好的地方，地基土的土質(zhì)要盡量適合筑壩，像細沙、粉砂這類地基容易出現(xiàn)液化現(xiàn)象要盡量避開。實在是不能避開的情況下要采用適當(dāng)?shù)牡鼗幚矸椒ㄟM行妥善的處理。還有就是過閘水利的形態(tài)，如果沒有處理好將會對閘室和下游河床以及邊坡產(chǎn)生很大的沖刷，時間長了有可能直接產(chǎn)生閘壩傾覆的可能。所以要讓過閘水流盡量保持平順，在閘室后面盡量不要產(chǎn)生波狀水躍或者是折沖水流。流量要均勻分布不能出現(xiàn)偏流的情況。攔河閘要選在河道水流平順且河道順直的地方。而且盡量離,公路遠一些。 由于受河

28、谷地形地貌及地質(zhì)條件的影響，并考慮到和上一級黑河電站的銜接，本階段在黑河廠址上、下游河段擬選了兩個閘址進行研究比較。 上、下閘址地形、地質(zhì)條件相似，右岸均為較陡巖石邊坡，左岸為較寬的覆蓋層坡地，均屬軟基建閘。河床覆蓋層深厚（上閘址最大厚度60m，下閘址最大厚度75.3m）。都存在壩基滲漏、繞壩滲漏和滲透變形穩(wěn)定等問題，若采取適當(dāng)?shù)墓こ檀胧邆浣ㄩl條件。以下分別從地形地質(zhì)條件、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、施工條件等方面進行綜合比較，上、下閘址綜合比較見表4-1。從以上綜合比較可以看出，上、下閘址水頭、工程地質(zhì)條件接近，均無制約性因素；工程泥沙在通過一定工程措施后都可滿足規(guī)范要求。上閘址存在工程運行管

29、理復(fù)雜，在運行管理中需要根據(jù)河流來水來沙條件以及黑河電站、羌河口電站的運行情況調(diào)整各道控制閘，運行不當(dāng)可能造成渠道的淤堵、黑河電站尾水管淤積。并且上閘址對黑河電站和陵江電站運行相互干擾較大，要求兩個電站基本同步運行，對梯級電站的調(diào)度要求較高。下閘址運行簡潔，引水防沙的經(jīng)驗成熟，兩個梯級電站可單獨運行，梯級電站水位銜接關(guān)系較好。綜上所述，本階段初擬下閘址作為推薦方案。表4-1 上、下閘址綜合比較項 目上 閘 址下 閘 址地 形地 貌左岸級階地，地形平緩，右岸為基巖陡坡，河谷為不對稱的“u”型斜橫向谷?？菟诤铀鎸?0m，取水位1861.34m時，谷寬103m，現(xiàn)代河床偏右岸。河谷與巖層走向交角

30、較小，屬斜縱向谷。左岸上部為基巖斜坡，下部為覆蓋層斜坡，右岸為基巖陡坡，河谷為不對稱的“u”型谷?？菟诤铀鎸?3m，正常蓄水位高程時谷寬67m，現(xiàn)代河床偏右岸。河谷與巖層走向交角較大，屬斜橫向谷。地層巖性地質(zhì)構(gòu)造基巖地層砂巖與板巖互層夾千枚巖。小斷層、構(gòu)造破碎帶不甚發(fā)育。薄板狀板巖與中厚層砂質(zhì)灰?guī)r互層，夾少量千枚巖及砂巖、板巖互層夾千枚巖.河 床 覆蓋層條件河床覆蓋層厚度一般4050m，最厚60m。河谷左岸階地為沖洪堆積的含漂（塊）砂卵礫石層（qal+pl），厚約5060m。河床覆蓋層厚度一般在6070m，最深約75.3m。河谷左岸階地為沖洪堆積的含漂（塊）砂卵礫石層（qal+pl），厚約

31、6070m。物理地質(zhì)現(xiàn) 象區(qū)內(nèi)不良地質(zhì)現(xiàn)象不發(fā)育，谷坡整體穩(wěn)定性好?；就祥l址。閘 肩條 件右岸為基巖陡坡，邊坡整體穩(wěn)定，左岸為級階地含漂卵礫石層?；就祥l址。進 水 口條 件右岸為凹岸，河道主流線偏右岸，有利于進水口布置?；就祥l址。4.2首部樞紐布置首部樞紐為一攔河閘壩，在上面的論證中我們已經(jīng)確定了下閘址作為這次攔河閘壩的閘址選擇。接下來我們將對整個攔河閘壩的首部樞紐做一個簡單基本的平面布置。下閘址位于陵江鄉(xiāng)吊壩村上游約1.5km，右岸谷坡陡峻，；左岸階地發(fā)育，地形平緩，1854m高程為級階地，1860m高程以上為覆蓋層斜坡，河谷呈不對稱“u”型谷。區(qū)內(nèi)出露的基巖地層為黑河組上段第二

32、層灰色薄板狀板巖與中厚層砂質(zhì)灰?guī)r互層，夾少量千枚巖及為砂巖與板巖互層夾千枚巖。首先從地形上看右岸谷坡陡峻，平均坡度6065，左岸階地發(fā)育，地形平緩，1856m高程為級階地，河谷呈不對稱“u”型谷。所以只有右岸具備成洞條件，因此將進水口設(shè)置在右岸。考慮到泥沙的問題所以必須在靠近進水口那一岸設(shè)置一道沖沙閘，在必要的時候沖沙閘兼做泄洪之用。同時在主河床中間設(shè)置泄洪閘，泄洪閘位于沖沙閘左惻。攔河閘閘基位于覆蓋層上，因此必須考慮防滲問題，初步擬定采用水平鋪蓋防滲在上下游設(shè)置一定長度的水平鋪蓋。5水閘的結(jié)構(gòu)布置5.1底板底板是閘室的基礎(chǔ)即承受閘室上部結(jié)構(gòu)的重量及荷載，又向地基傳遞這部分力以及荷載的結(jié)構(gòu)，同

33、時兼有防滲、防沖、防止地基滲透水流作用可能產(chǎn)生的滲透變形，并保護地基免受水流沖刷。因此閘室底板必須具有足夠的整體性、堅固性、抗?jié)B性和耐久性。閘室的底板通常采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。5.1.1底板的結(jié)構(gòu)形式 水閘的底板的結(jié)構(gòu)型式根據(jù)地基、泄流條件可選用平底板、低堰底板、折線底板、反拱底板結(jié)構(gòu)。5.1.2使用條件 平底板結(jié)構(gòu)：是工程中最常用的的一種形式。其就跟簡單、施工反方便，對于不同的地基都要一定的適應(yīng)性，所以一般情況下都采用這種形式的底板。當(dāng)?shù)鼗临|(zhì)較差而且上部的荷載較大的情況下可采用箱式平底板結(jié)構(gòu)，其整體性以及對地基的不均勻沉降和抗震性都很好，只是施工比較復(fù)雜、工程量較大，但是采用箱式平底板結(jié)構(gòu)時

34、可不進行地基處理。5.1.3低堰型底板和折線型底板在實際工程中應(yīng)用遠遠不如平底板那么的普及，而且其受力條件十分復(fù)雜。目前并沒有系統(tǒng)精確的計算分析方法，因此質(zhì)疑在特定的條件下才會采用這兩種形式的底板。5.1.4反拱底板結(jié)構(gòu)過去為了充分利用混凝土材料的抗壓性能，從而減薄底板的厚度，減少鋼筋的用量，節(jié)省工程投資而在堅實或中等密實的地基上采用這種底板形式，但是其缺點很突出：其結(jié)構(gòu)受力不明確，計算比較復(fù)雜困難，之前采用了此種形式底板的工程失事的比較多所以目前已經(jīng)很少采用了。本工程粗礫卵石地基上，相對來說工程地質(zhì)條件還比較好，再加上閘室的高度不大、上下游水位差較小、過閘單寬流量也不大，所以在此選擇開敞式平

35、底板結(jié)構(gòu)式底板。底板的具體尺寸詳見水閘防滲設(shè)計中的布置。5.2閘墩閘墩用以分隔閘孔支承閘門上部所以橋梁及設(shè)備的重量以及閘門的重量，并將閘門傳來的水壓力和上部結(jié)構(gòu)的重量和荷載傳遞個底板。閘墩的長度應(yīng)滿足布置工作橋、公路橋、檢修橋等的需要。在閘墩的上游端為了減小孔口水流測收縮和使水流平順不至于在下游產(chǎn)生波狀水躍或者折沖水流等情況，在閘墩的前端采用半圓形相接，圓的半徑采用r=d/2。其中d為閘墩的寬度，所以r=3/2=1.5m。下游端為了減小水流的水冠和沖擊波，下游端采用流線型，其中r=1.71d，其中d為閘墩的寬度，所以r=1.713=5.13m。閘墩的長度與底板長度一樣采用10m。閘墩的高程與閘

36、頂高程齊平，所以閘墩高為7.5m。5.3閘門提及閘門，首先要考慮的事閘門形式的選擇，閘門的選擇要考慮很多因素，首先要考慮的便是下泄流量和閘孔的跨度，這是直接影響閘門選型的關(guān)鍵因素，因為流量的大小會直接影響閘門的選材以及閘門強度剛度的確定，再加上閘孔的大小尺寸也是決定這些因素的決定性條件之一。同時造價的高低、啟閉機的容量也是會對閘門的選擇提供一定的參考價值。閘門在閘室中位置的確定也是一個很關(guān)鍵的步驟，因為閘門位置的確定會對地基應(yīng)力的分布產(chǎn)生直接的影響，比如說在后面閘室穩(wěn)定計算中對于底板形心的選擇就和閘門位置的選擇有直接關(guān)系，也就是說它還會對閘室的抗滑穩(wěn)定也要產(chǎn)生重要影響。再者閘門位置的選擇還會影

37、響上部工作橋以及啟閉機的位置的確定。因此閘門位置的選擇是閘門布置中十分關(guān)鍵的一步。閘門型式的選擇，本工程屬于低水頭、小流量的閘壩?？紤]到平面閘門制造簡單，而且安裝管理方面也十分方便，再者就是維護上也很方便。所以在此選擇平面式鋼閘門。并且在工作閘門前預(yù)留一道檢修閘門的位置，方便在檢修時運用，本工程采用一臺檢修閘門啟閉機，兩孔泄洪閘共用一道檢修閘門，由于沖砂閘寬度與泄洪閘不一樣所以各自單獨用一道檢修閘門。5.4底板的分縫為了減少和防止由于溫度變化、地基的不均勻沉降以及混凝土干縮引起的裂縫，對于閘室底板必須沿垂直水流方向進行分段，即設(shè)置若干道順?biāo)鞣较虻挠谰每p。參照sl265-2001水閘設(shè)計規(guī)范將

38、順?biāo)鞣较虻姆挚p設(shè)置在閘墩上，在靠近岸墻處，為了減小岸墻以及墻后填土的不利影響，采用兩閘孔一聯(lián)。這樣分縫的好處在于我們可以很好的控制閘門的整體性不被破壞，再者這樣的分縫對于地基的不均勻沉降也可以起到十分積極的作用可以增強他在這番方面的適應(yīng)性。同時還可以大大提高閘室的抗震性能。止水設(shè)備：因為本工程的底板要具有防滲的作用，因此必須對這些分縫進行止水設(shè)計。參照水工建筑物第5版、張世儒水閘以及sl265-2001水閘設(shè)計規(guī)范在閘墩中間設(shè)置鉛直止水，邊墩與翼墻間以及上游翼墻本身采用水平止水。在止水交叉處采用鉛直交叉以防止形成滲水通道。在交叉處的止水片運用柔性連接。6水閘的水力計算水閘的水利設(shè)計內(nèi)容包括：

39、閘孔總凈寬的計算及閘孔尺寸的確定；水閘的防滲排水設(shè)計；水閘的消能防沖設(shè)施的設(shè)計。6.1閘室型式的確定6.1.1堰型的選擇常用的堰型有：寬頂堰和低實用堰。寬頂堰對于不同的地形地質(zhì)條件以及不同的運行要求都有著很強的適應(yīng)能力，因此寬頂堰成為了很多水閘都采用的一種較為普通也較為簡單的形式。他的優(yōu)點在于它十分的有利于洪水的排泄、淤積的沖砂、排污排水也是很厲害的，并且他的結(jié)構(gòu)簡單十分的反方便于施工與設(shè)計，并且他的泄流能力相對于其他的堰型來講十分的穩(wěn)定，這也是很多工程都選擇寬頂堰的一個重要原因。他的缺點在于自由泄流時他的流量系數(shù)比較小，在下游出可能會產(chǎn)生波狀水躍，但是平底板式的寬頂堰這種結(jié)構(gòu)形式就可以很好的

40、避免一些問題，而且很適用與本次工程的設(shè)計?？紤]到本次工程設(shè)計的閘址位于覆蓋層上，地質(zhì)條件不好，再加上施工的復(fù)雜性，在此我們選擇平底板結(jié)構(gòu)的寬頂堰作為下閘壩的堰型。6.1.2按結(jié)構(gòu)型式選擇 開敞式水閘：開敞式水閘是一種目前普遍采用的結(jié)構(gòu)型式，在他的上面沒有填土?？蛇\用的范圍非常的廣，它不僅試用于上、下游水位變幅不大的水閘。對于那種上下游水位變幅大，并且過閘流量很大的的工程 ，只需在閘室設(shè)置一道胸墻就可以了。本工程位于凌江上，閘前水位不高，過閘流量不大，山區(qū)河流陡漲陡落，所以采用開敞式水閘。6.1.3閘底板高程的選擇閘底板應(yīng)置于較為堅實的土層上，并應(yīng)盡量利用天然地基。在地基強度滿足要求的條件下，底

41、板高程定的高些，但是考慮到本工程處于覆蓋層上閘底板高程不宜過高取為1853m，沖沙閘兼有泄洪沖沙的作用所以其高程應(yīng)略低于河床高程取為1853m。6.1.4閘上下游水位的確定第一章基本資料可知水位流量關(guān)系曲線表可查下游水深，而上游水深由資料可知： h上=h下+壅高壅高水位值見資料。具體計算數(shù)值見下表6-1。 表6-1 雍高水位值洪水標(biāo)準(zhǔn)上游水位(m)下游水位(m)流量()壅高(m)設(shè)計洪水18581855.782582.22校核洪水1858.651856.183592.476.2擬定閘孔尺寸6.2.1在設(shè)計洪水工況時由設(shè)計洪水工況位得：h= 1858 - 1853= 5mh= 1855.78-1

42、853 = 2.78m判斷流態(tài)時，參考李家星主編水力學(xué)一書中的公式： 當(dāng)上式成立時，為淹沒出流，否則為自由出流。上游渠道當(dāng)水深為4m時端面面積可由上下游河道橫斷面圖初步估算出式中：下游水深，m；計入行進流速的堰上水頭，m；上游過水?dāng)嗝婷娣e；上游水深，m。 =1.0 h= 2.780.8 h= 4.096m故水流為自由出流。6.2.2在校核洪水工況時 h=1858.651853= 5.65mh = 1856.18- 1853=3.18m上游水位當(dāng)水深為5.65m時的斷面面積可由上游河道橫斷面圖得出過水?dāng)嗝鎍：,判斷流態(tài)時, 參考李家星主編水力學(xué)一書中的公式： 當(dāng)上式成立時，為淹沒出流，否則為自由

43、出流。式中：h下游水深，m；h計入行進流速的堰上水頭，m；a上游過水?dāng)嗝婷娣e；h上游水深，m。 m m故水流為自由出流。6.2.1堰流與孔流的確定根據(jù)實驗，寬頂堰形成堰流或孔流的界限可以參考李家星主編水力學(xué)一書中的公式：e/h0.65為堰流；e/h0.65為孔流。在設(shè)計洪水工況時：e/h=6.5/4=1.6250.65，所以為堰流。在校核洪水工況時：e/h=6.5/4.65=1.3970.65，所以為堰流。6.2.2計算閘孔總凈寬 單寬流量的選擇過閘單寬流量的選擇,主要根據(jù)閘后河床的地質(zhì)條件,但也應(yīng)考慮上、下游水深和等因素，單寬流量的經(jīng)驗取值見表6-2。表6-2 我國的經(jīng)驗對各種地質(zhì)的地基單寬

44、流量的經(jīng)驗取值河床地基土質(zhì)細砂、粉砂砂壤土壤土堅硬粘土q(.m)510101515201525 注:根據(jù)工程經(jīng)驗,擬取q=20 .m閘室總凈寬的估算:按下式計算: = q/q ( m )式中:q為設(shè)計或者校核流量；q為單寬流量。 = q設(shè)/q =258/20=12.9 m = q校/q =359/20=17.95 m 故閘室總凈寬12.9m b0 17.95m。6.2.3擬定閘室總凈寬 在水流成堰流的情況下，參照林繼鏞主編的水工建筑物閘室總凈寬計算時： = 式中：閘孔總凈寬，m；q設(shè)計流量； 計入行進流速水頭在內(nèi)的堰頂水頭，m； 淹沒系數(shù)； 側(cè)收縮系數(shù)； m流量系數(shù)； g重力加速度，。 在設(shè)計

45、洪水工況時寬頂堰淹沒系數(shù)計算： = 同理在校核水位時寬頂堰淹沒系數(shù)=0.923， 由于堰頂高程與河床高程基本相同，故為無坎寬頂堰=1.0，流量系數(shù)m=0.385。在設(shè)計工況洪水時 =m在校核工況洪水時 =m故取為16.5m，初設(shè)2孔，每孔凈寬(16.5-2.5)/2= 7m，中墩3，邊墩1.5m。剩余2.5m設(shè)為沖砂閘，在需要的時候沖砂閘兼做泄洪閘。6.3驗算泄流能力6.3.1確定測收縮系數(shù)參照水閘設(shè)計規(guī)范測收縮系數(shù)： 其中： 式中：b邊閘孔側(cè)收縮系數(shù)，可按公式計算求得或由表4-3查得，但表中為bo+bo/2+。 堰流側(cè)收縮系數(shù),b0為閘孔凈寬(m)； 中閘孔側(cè)收縮系數(shù), dz為中閘墩厚度(m

46、)； b邊閘孔側(cè)收縮系數(shù)； 邊閘墩順?biāo)飨蜻吘壘€至上游河道水邊線之間的距離(m)； n閘孔數(shù)； z中閘孔側(cè)收縮系數(shù),可按公式計算求得或由表4-3查得,但表中bs 為b0 +dz ；表6-3 值b0/0.20.30.40.50.60.70.80.91.00.9090.9110.9180.9280.9400.9530.9680.9831.000由計算查表得：=0.983，b=0.918，所以 =0.961由公式： =，反算q。表6-4 校核過流能力計算表h0(m)mq()設(shè)計洪水0.917 0.9615.120.385287.57校核洪水0.9230.9615.780.385363.91校核出的流

47、量均比相應(yīng)的設(shè)計流量稍大，所以滿足要求。7水閘防滲排水設(shè)計7.1水閘的防滲長度及地下輪廓線的布置7.1.1防滲長度的確定初步擬定的水閘的防滲長度需要滿足下公式的要求： lch 式中：l水閘的防滲長度，及基本輪廓線水平段和垂直段長度的總和，m ； h上、下游水位差，m； c允許滲徑系數(shù)，依地基土的性質(zhì)而定，當(dāng)閘基設(shè)有板樁時，可采用表7-1中所列規(guī)定值的小值。表7-1中出了壤土、粘土以外的地基，只列出了有反濾層時的允許滲徑系數(shù)，因為在這些地基上建閘，必須設(shè)置反濾層。表7-1 允許滲徑系數(shù)值排水條件地基類別粉砂細砂中砂粗砂中礫細砂粗礫夾卵石輕粉質(zhì)砂壤土輕粉質(zhì)砂壤土壤土粘土有反濾層13-99-77-5

48、5-44-33-2.511-79-55-33-2無反濾層7-44-37.1.2地下輪廓線的布置地下輪廓線的布置方案與地基土的性質(zhì)密切相關(guān)。下閘址位于陵江鄉(xiāng)吊壩村上游約1.5km，地基土主要表現(xiàn)為粗礫夾卵石。總的來說，地下輪廓線的布置型式主要有以下四種：1：鋪蓋與板樁結(jié)合布置的型式；2：平底式，主要水平防滲設(shè)施為鋪蓋、淺齒墻等；3：雙向水頭水閘的防滲布置型式；4：平底式結(jié)合排水減壓孔。因為本工程施工區(qū)屬于沙性土，所以此次設(shè)計用第二種型式，即在上游側(cè)布置鋪蓋，齒墻等水平和垂直防滲措施，必要時可設(shè)置懸掛式防滲墻，在下游側(cè)消力池底板中后部設(shè)置排水孔以達到上防下排的設(shè)計目的。現(xiàn)將水平防滲與垂直防滲的具體

49、設(shè)備詳細說明如下：鋪蓋鋪蓋作為水閘主要的防滲設(shè)施，在水閘的設(shè)計中有著十分重要的作用，他一般設(shè)置在水閘的上游，主要的作用是延長滲徑的距離，提高水閘的防滲強度。鋪蓋厚度不小于0.4m，取1m計算。混凝土、鋼筋混凝土鋪蓋當(dāng)缺乏作鋪蓋的土料時或水閘必須利用鋪蓋協(xié)助抗滑時，才采用混凝土、鋼筋混凝土鋪蓋?；炷恋膹姸葹閏15，c20，板厚約為3050cm。為了增加鋪蓋的不透水性，可在混凝土表面涂一層瀝青。為了適應(yīng)地基的沉陷，鋪蓋面積大的應(yīng)該用縱、橫縫分開。鋪蓋與翼墻、底板之間設(shè)沉陷縫，鋪蓋在靠近底板與翼墻的部分，一般都應(yīng)加厚，做成齒墻。所以參見水閘設(shè)計規(guī)范鋪蓋長度為（35）h = 7.41 12.35 m

50、 ,取最大值稍大15m。齒墻作為抗滑穩(wěn)定和防滲的一個重要設(shè)施，它一般布設(shè)在水閘的上游和下游，深度一般不少于0.5m。深齒墻宜布置在底板或鋪蓋的上游側(cè)。深齒墻與底板或鋪蓋連接處均用接縫分開，接縫中設(shè)止水，以保證其不透水性。設(shè)置齒墻的優(yōu)點主要有：1、延長滲徑；2、如同重力壩的淺齒墻一樣增加閘室的抗滑穩(wěn)定性；3、在垂直水流的方向起到鋼筋混凝土梁的作用以增加整體剛度；4、增強防凍的功能。此次設(shè)計取齒墻為深1m，寬2m，與上下游鏈接的坡度為1:1。7.1.3閘底輪廓線長度的確定底板順?biāo)鞣较虻拈L度，取決于上部結(jié)構(gòu)布置并滿足結(jié)構(gòu)要求強度和抗滑穩(wěn)定要求。底板長度可根據(jù)經(jīng)驗擬定：對于砂土和砂壤土，可?。?.0

51、2.5）h（h為上、下游最大水位差）。底板厚度必須滿足強度和剛度的要求，大、中型水閘可取（1/51/8）(為閘孔徑寬)，一般為1.02.0m，最薄不小于0.6m。水閘底板長度?。?.02.5）h = 5.87.25 m，為方便布置可適當(dāng)加長底板長度，取其為10.0m。底板厚度取,2.0m。防滲長度的復(fù)核：由l=15+10=25ch =32.47=7.41m，所以滿足要求。7.2滲流計算直線比例法直線比例法包括勃來法和萊因法兩種。最常用的直線比例法是勃來法，該法認為滲透水頭沿著地下輪廓不透水部分（不論是垂直滲徑，還是水平滲徑）成線形減少，并逐漸消失。勃萊法用于平展式地下輪廓的滲壓計算。其成果雖為近似值，但還是比較接近實際的。利用直線比例法能夠近似地算出作用在地下輪廓不透水部分的滲透壓力。由它得出的滲流坡降