畢業(yè)設(shè)計(jì)龍壩河水利水電水閘設(shè)計(jì)

1、第一章 綜合說明第一節(jié) 概述 本工程閘址位元于龍壩鄉(xiāng)駐地龍壩河與其左岸支溝交匯口之上游約150m處，攔河閘所擔(dān)負(fù)的任務(wù)是正常情況下攔河截水，抬高水位，以利引水。洪水時開閘泄水，以保安全。主要用于電站引水發(fā)電。 根據(jù)水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)(sl2522000)，本引水式電站首部樞紐工程等別為等，主要建筑物級別為五級；設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)確定為20年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)確定為50年一遇。第二節(jié) 基本數(shù)據(jù)1、基本概況 電站位置：龍壩鄉(xiāng) 水 系：岷江水系 開發(fā)方式：引水式 引用流量：2.5m3/s2、流域概況 1）、河流概況 壩（閘）址位于龍壩鄉(xiāng)駐地龍壩河與其左岸支溝交匯口之上游約150m處。河道順直，

2、縱坡降約55，河床橫寬1520m。左岸漫灘寬約15m，其后為河間三角形洪積階地，階面高出河水面1015m，邊坡穩(wěn)定。右岸坡麓有崩坡積塊碎石，基巖大面積出露，邊坡穩(wěn)定；壩線處為崩坡積層邊坡，坡角3040，邊坡穩(wěn)定。壩線下游向約30 m處出露基巖，順河長約60m，巖層為三迭系上統(tǒng)侏倭組（t3zh）淺灰色薄中厚層狀變質(zhì)鈣質(zhì)石英砂巖、千枚巖。 沉砂池位于右岸一級階地上，地形地質(zhì)條件宜于布置建筑物。階地表層為砂壤土夾礫碎石，厚度11.5 m，其下為沖洪積砂漂塊卵石層，粒度大小懸殊，局部有架空結(jié)構(gòu)，均勻性差。池基持力層為沖洪積砂漂塊卵石層，能滿足沉砂池對承載、抗滑等穩(wěn)定性要求。 2）、氣象氣象特征值統(tǒng)計(jì)表

3、多年平均降雨量mm835.3多年平均氣溫9.0多年平均相對濕度%64多年平均風(fēng)速m/s1.9多年平均蒸發(fā)量mm1459.4 3）、水文、泥沙 （1）徑流 多年平均流量42.3m3/s，多年平均年徑流深777.6mm，折合年徑流量13.37億m3。徑流的年內(nèi)分配與降雨的年內(nèi)分配基本一致。年內(nèi)分配大致為：豐水期510月，主要為降雨補(bǔ)給；枯水期11月次年4月，主要由地下水和融雪水補(bǔ)給。每年4月以后徑流隨著降雨的增大而逐漸增大，6、7兩月水量最豐，8月份相對較小，9月份次豐，11月起由于降雨量的減少，徑流開始以地下水補(bǔ)給為主，穩(wěn)定退水至翌年3月。徑流在年內(nèi)的分配不均勻，豐水期（510月）多年平均流量為

4、69.2m3/s，占年徑流量的82.2%，其中主汛期（69月）水量占了年水量的61.5%，枯水期（114月）多年平均流量為15.2m3/s，占年徑流量的17.8%，最枯的13月多年平均流量為11.1m3/s，占年徑流的6.5%，其中最枯的2月只占1.9%。徑流的年際變化不大，最大年平均流量為52.8m3/s（1961年5月1962年4月），最小年平均流量為30.4m3/s（1971年5月1972年4月），相差僅1.7倍。年最小流量一般出現(xiàn)在1、2月份，多數(shù)出現(xiàn)于2月，最小月平均流量8.48m3/s。 （2）洪水 年最大流量的年際變化較小，實(shí)測年最大洪峰流量的最大值為465m3/s（1967年7

5、月12日），最小值163m3/s（1966年7月14日），兩者之比為2.85倍。洪水過程主要為復(fù)峰過程。 （3）泥沙多年平均懸移質(zhì)輸沙量萬t7.2169月占全年輸沙量百分?jǐn)?shù)%90.769月輸沙量萬t6.5469月含沙量kg/ m31.036多年平均懸移質(zhì)含沙量kg/ m30.669多年平均推移質(zhì)年輸沙量萬t1.44多年平均年輸沙總量萬t8.65 4）、地質(zhì) 龍壩河位于黑水河中游之北部，地形上屬于川西北高原向四川盆地過渡的斜坡地帶。地勢總的趨勢是西北高東南低，由海拔50004000m降至約2000m，沿河兩岸山勢巍峨，層巒迭嶂，高差懸殊，屬典型的高山峽谷、構(gòu)造剝蝕與侵蝕地貌。 本河流全長約26k

6、m，河流總體方向由ne流向sw折而由nw流向se，河流坡降陡，平均坡降約為70，河谷階地不發(fā)育，間有漫灘斷續(xù)分布。兩岸支溝不對稱，左岸比較發(fā)育。按河谷地貌形態(tài)的表現(xiàn)特征，從上自下大致可分為三段：王母寨溝以上河段，河谷相對開闊，兩岸谷坡坡度大致在4050左右，谷寬約4060m；龍壩鄉(xiāng)以上至王母寨溝河段，河谷狹窄，河床深切，左岸陡峭，坡度大致在5070左右，右岸稍緩, 坡度大致在4050左右，谷寬只有2050m；龍壩鄉(xiāng)及以下河段，谷底相對開闊，寬約70m，兩岸谷坡坡度大致為4075。 工程區(qū)在大地構(gòu)造上位處秦嶺東西向構(gòu)造帶、龍門山北東向構(gòu)造帶與金湯弧形構(gòu)造帶間的三角地塊內(nèi)，構(gòu)造形跡比較復(fù)雜。工程區(qū)

7、位元于較場和知木林兩個山字型構(gòu)造之間，屬較場山字型構(gòu)造與西爾北西向構(gòu)造帶的復(fù)合地帶。區(qū)內(nèi)斷裂不發(fā)育，以弧形線狀褶皺構(gòu)造為主。 壩址位于龍壩河與其左岸支溝交匯口之上游約150m處。河道順直，縱坡降約55，河床橫寬1520m。左岸漫灘寬約15m，其后為河間三角形洪積階地，階面高出河水面1015m，邊坡穩(wěn)定。右岸坡麓有崩坡積塊碎石，基巖大面積出露，邊坡穩(wěn)定；壩線處為崩坡積層邊坡，坡角3040，邊坡穩(wěn)定。壩線下游向約30 m處出露基巖，順河長約60m，巖層為三迭系上統(tǒng)侏倭組（t3zh）淺灰色薄中厚層狀變質(zhì)鈣質(zhì)石英砂巖、千枚巖。 距壩線下游約100160m ，有傾斜狀一級階地，順河長約60m，橫向?qū)捈s3

8、0m，適宜布置沉砂池；壩線上游兩岸有較寬闊的河。 壩基為第四系全新統(tǒng)沖洪積砂漂塊卵石層，石質(zhì)以變質(zhì)砂巖、板巖為主，少量巖漿巖，粒徑一般630cm，次園次棱角狀，砂礫石含量約占20%，漂石、塊石含量約占50%，卵碎石約30%，結(jié)構(gòu)稍中密，局部具架空現(xiàn)象，均勻性差，透水性強(qiáng)，地下水豐富。該層作為低壩壩基持力層是適宜的，能滿足其對承載、抗滑穩(wěn)定等要求。 左岸為洪積階地前沿泥砂漂塊卵碎石層，結(jié)構(gòu)松散，抗沖刷能力極弱，透水性較強(qiáng)，不宜直接作為壩肩。建議：壩肩嵌入岸坡內(nèi)23m， 上游必須護(hù)岸，并與樞紐防滲工程連成一體。右岸為坡麓崩坡積塊碎石，結(jié)構(gòu)松散，透水性較強(qiáng)，亦不宜直接作為壩肩。建議：壩肩嵌入岸坡內(nèi)1

9、2m，壩線上游須護(hù)岸，并與防滲工程連成一體。 此外，在基坑開挖中，地下水量大，應(yīng)采取降排水措施；區(qū)內(nèi)有冰凍現(xiàn)象，對建筑物有不良影響，需采取相應(yīng)工程措施。 沉砂池位于右岸一級階地上，地形地質(zhì)條件宜于布置建筑物。階地表層為砂壤土夾礫碎石，厚度11.5m，其下為沖洪積砂漂塊卵石層，粒度大小懸殊，局部有架空結(jié)構(gòu)，均勻性差。池基持力層為沖洪積砂漂塊卵石層，能滿足沉砂池對承載、抗滑等穩(wěn)定性要求。主要工程地質(zhì)問題是：地基不均勻變形，需采取相應(yīng)工程結(jié)構(gòu)措施；河岸易受洪水沖刷襲擊，需沿岸構(gòu)筑防沖?？?。 沉砂池至壩線，前段為崩坡積層邊坡坡麓，適宜設(shè)置箱型暗渠，并與防洪堤工程結(jié)合；后段為基巖邊坡，其地形地質(zhì)條件可以

10、設(shè)置暗渠。首部樞紐地基土石主要地質(zhì)參數(shù)建議值巖 性重力密度r（kn/m3）允許承載力c（mpa）變形模量e。gpa）摩擦系數(shù)f粘聚力cmpa滲透系數(shù)k（cm/s）允許滲透比降j砂漂塊卵石層210.300.400.030.040.500(45)10-20.15泥砂漂塊卵碎石層200.200.250.020.0250.330.05(12)10-20.15泥砂塊碎石16180.170.180.010.0150.260.1(0.51)10-20.203、水位及流量 電站設(shè)計(jì)引用流量：2.5m3/s 壩（閘）正常擋水位：2063.00m 隧洞進(jìn)口水位：2061.00m洪水資料：p0.5 q=147.0m

11、3/s； p1.0 q=137.0m3/s； p2.0 q=126.0m3/s； p3.3 q=117.0m3/s； p5.0 q=110.0m3/s；第三節(jié) 工程綜合說明書 本工程閘孔形式采用無胸腔的開敞式水閘，閘底板形式采用寬頂堰。建造在河道上，枯水期用以攔截河道，抬高水位，以利上游取水要求；洪水期則開閘泄洪，控制下游流量。 一、河閘的特點(diǎn) 攔河閘既用以擋水，又用于泄水，且多修建在軟土地基上，因而在穩(wěn)定、防滲、消能防沖及沉降方面都有其自身的特點(diǎn)。 1穩(wěn)定方面 關(guān)門攔水時，水閘上、下游較大的水頭差造成較大的水平推力，使水閘有可能沿基面產(chǎn)生向下游的滑動，為此，水閘必須具有足夠的重力，以維持自身

12、的穩(wěn)定。 2防滲方面 由于上下游水位差的作用，水將通過地基和兩岸的土壤會被掏空，危及水閘的安全。滲流對閘室和兩岸連接建筑物的穩(wěn)定不利。因此，應(yīng)妥善進(jìn)行防滲設(shè)計(jì)。 3消能防沖方面 水閘開閘泄水時，在上下游水位差作用下，過閘水流往往具有較大的動能，流態(tài)也較復(fù)雜，而土質(zhì)河床的抗沖能力較低，可能引起沖刷。此外，水閘下游常出現(xiàn)波狀水夭和折沖水流，會進(jìn)一步加劇對河床和兩岸的淘刷。因此，設(shè)計(jì)水閘除應(yīng)保證閘室具有足夠的過水能力外，還必須采用有效的消能防沖措施，以防止河道產(chǎn)生有害的沖刷。 4沉降方面 土基上的建閘，由于土基的壓縮性大，抗剪強(qiáng)度低，在閘室的重力合外部荷載作用下，可能產(chǎn)生較大的沉降影響正常使用，尤其

13、是不均勻沉降會導(dǎo)致水閘傾斜，甚至斷裂。在水閘設(shè)計(jì)時，必須合理選擇閘型、構(gòu)造，安排好施工程序，采取必要的地基處理等措施，以減少過大的地基沉降和不均勻沉降。 二、攔河閘的組成 攔河閘通常由上游連接段，閘室段和下游連接段三部分組成。 (一)上游連接段 上游連接段的主要作用是引導(dǎo)水流平穩(wěn)地進(jìn)入閘室，同時起防沖、防滲、擋土等作用。一般包括上游翼墻、鋪蓋、護(hù)底、兩岸護(hù)坡及上游防沖槽等。上游翼墻的作用是引導(dǎo)水流平順地進(jìn)入閘孔并起側(cè)向防滲作用。鋪蓋主要起防滲作用，其表面應(yīng)滿足抗沖要求。護(hù)坡、護(hù)底和上游防沖槽（齒墻）是保護(hù)兩岸土質(zhì)、河床及鋪蓋頭部不受沖刷。 (二)閘室段 閘室是水閘的主體部分，通常包括底板、閘墩

14、、閘門、工作橋及交通橋等。底板是閘室的基礎(chǔ)，承受閘室的全部荷載，并比較均勻地傳給地基，此外，還有防沖、防滲等作用。閘墩的作用是分割閘孔，并支承閘門、工作橋等上部結(jié)構(gòu)。閘門的作用是攔水和控制下瀉流量。工作橋供安置起閉機(jī)和工作人員操作之用。交通橋的作用是連接兩岸交通。 (三)下游連接段下游連接段具有消能和擴(kuò)散水流的作用。一般包括護(hù)坦、海漫、下游防沖槽、下游翼墻及護(hù)坡等。下游翼墻引導(dǎo)水流均勻擴(kuò)散兼有防沖及側(cè)向防滲作用。護(hù)坦具有消能防沖 0.作用。海漫的作用是進(jìn)一步消除護(hù)坦出流的剩余動能、擴(kuò)散水流、調(diào)整流速分布、防止河床沖刷。下游防沖槽是海漫末端的防護(hù)設(shè)施，避免沖刷向上游擴(kuò)展。第二章 水力計(jì)算第一節(jié)結(jié)

15、構(gòu)型式及孔口寸、斷面尺寸的確定 一、閘室結(jié)構(gòu)型式及底板高程本工程孔口采用無胸腔的開敞式水閘，閘底板型式采用寬頂堰。一般情況下，攔河閘的底板頂面與河床齊平，即閘底板高程2061m。 二、攔河閘下游水位 已知設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)確定為20年一遇，即：q設(shè)=1103/s，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)確定為50年一遇，即：q校=126m3/s。根據(jù)水閘所在的河道斷面圖,假設(shè)水位高度(h)求各水位斷面流量，并繪制下游水位流量關(guān)系曲線。 用明渠均勻流公式進(jìn)行計(jì)算：q=ac，c=，r=a/x （水力學(xué)教材）式中 a過流斷面面積，m2；c謝才系數(shù)，m1/2/s；r水力半徑，m；n河槽的糙率，查水力學(xué)教材63，取n=0.04；x過水?dāng)?/p>

16、面的濕周，m；i渠道底坡，本設(shè)計(jì)i=0.055。假設(shè)下游水深hs，求得相應(yīng)的流量q，可列表計(jì)算。計(jì)算結(jié)果如下表：下游水深hs（m）過水?dāng)嗝婷娣e a ()濕 周x (m)水力半徑r (m)糙 率 n謝才系數(shù)c底 坡i流 量q（m/s）15.7511.690.4920.0422.210.05521.0122017.571.1380.0425.540.055127.792.529.37521.241.3830.0426.3880.055213.78根據(jù)下游水深與流量表繪制下游水深與流量關(guān)系曲線圖hq圖，見附圖水位流量曲線圖. 下游斷面hq關(guān)系曲線圖 根據(jù)水位流量關(guān)系曲線查出河道下游水位:hs設(shè)=1.

17、91m； hs校=1.99m。 三、攔河閘上游水位 要求樞紐通過：q設(shè)=110m3/s(設(shè)計(jì)洪水流量)；q校=126m3/s(校核洪水流量)。 閘門總凈寬：本工程河床橫寬15-20m，小型水閘的單孔寬度一般為3-5m，現(xiàn)擬定b=5m；閘孔數(shù)取n=3。故閘孔總凈寬bo=nb=15m。 墩形：中墩采用半圓形，邊墩采用流線形。設(shè)計(jì)洪水位情況： 假設(shè)上下游水位差h=0.83m，ho= hs設(shè)+h=1.91+0.83=2.74mhs設(shè)/ ho=0.6970.8,屬于自由出流，淹沒系數(shù)取s=1。堰流流量系數(shù)：m=0.385 水閘設(shè)計(jì)規(guī)范中堰流的計(jì)算公式為：q=bosm2gho 根據(jù)水力學(xué)教材查圖8-6得流

18、線形邊墩的形狀系數(shù)k=0.4，查表8-6得半圓形閘墩形狀系數(shù)0=0.45。 側(cè)收縮系數(shù)：=1-0.2(n-1) 0+kh0/nb（水力學(xué)公式8-16） =1-0.2(3-1)0.45+0.42.74/15 =0.9525 實(shí)際過流能力： q=bosm2gho =1510.95250.38529.82.743 =110.45m3/sq設(shè)=110m3/s 5%（故假設(shè)成立）設(shè)上=底+ho=2061+2.74=2063.74m校核洪水位情況： 假設(shè)上下游水位差h=1.02m，ho= hs設(shè)+h=1.99+1.02=3.01mhs設(shè)/ ho=0.6610.8,屬于自由出流，淹沒系數(shù)取s=1。堰流流量系

19、數(shù)：m=0.385 水閘設(shè)計(jì)規(guī)范中堰流的計(jì)算公式為：q=bosm2gho 根據(jù)水力學(xué)教材查圖8-6得流線形邊墩的形狀系數(shù)k=0.4，查表8-6得半圓形閘墩形狀系數(shù)0=0.45。 側(cè)收縮系數(shù)：=1-0.2(n-1) 0+kh0/nb（水力學(xué)公式8-16） =1-0.2(3-1)0.45+0.43.01/15 =0.9478 實(shí)際過流能力： q=bosm2gho =1510.94780.38529.83.013 =126.54m3/sq校=126m3/s 5% （故假設(shè)成立）校上=底+ho=2061+3.01=2064.01m兩種情況下過流能力都小于5%，說明孔口尺寸的選擇較為合理，所以不再進(jìn)行調(diào)

20、整。閘孔選3孔，單孔凈寬為5m。四、驗(yàn)算過閘單寬流量 根據(jù)地質(zhì)資料，本工程地基屬于砂壤土地基，允許單寬流量 10-15 m3/s.m, 取q=10m3/s.m。通過設(shè)計(jì)流量時：q=q設(shè)/b孔=110/15=7.33m3/s.m10m3/s.m通過校核流量時：q= q校/b孔=126/15=8.4m3/s.m10m3/s.m滿足要求第二節(jié)消能防沖設(shè)計(jì) 水閘泄水時，部分勢能轉(zhuǎn)化為動能，流速增大，具有較強(qiáng)的沖刷能力，而土質(zhì)河床的抗沖能力又較低，因此，必須采取適當(dāng)?shù)南芊罌_措施。一、過閘水流的特點(diǎn)1水流形式復(fù)雜初始泄流時，閘下水深較淺，隨著閘門開度的增大而會逐漸加深，閘下出流由孔口到堰流，自由出流到淹

21、沒出流都會發(fā)生，水流形態(tài)比較復(fù)雜。因此，消能設(shè)施應(yīng)在任意工作情況下，均能滿足消能的要求并與下游很好的銜接。2、 閘下易形成波狀水躍由于水閘上下游水位差較小，出閘水流的拂汝得數(shù)較低（1.0fr1.7），容易產(chǎn)生波狀水躍，消能效果差。另外，水流處于急流狀態(tài)，不易向兩側(cè)擴(kuò)散，致使兩側(cè)產(chǎn)生回流，縮小河槽有效過水寬度，局部單寬流量增大，嚴(yán)重地沖刷下游河道。3、 閘下容易出現(xiàn)折沖水流一般水閘的寬度較上下游河道窄，水流過閘時先收縮而后擴(kuò)散。如工程布置或操作運(yùn)行不當(dāng)，出閘水流不能均勻擴(kuò)散，將使主流集中，蜿蜒蛇行，左沖右撞，形成折沖水流，沖毀消能防沖設(shè)施和下游河道。二 、消能防沖方式選擇底流式銜接消能主要用于中

22、、低水頭的閘、壩，可適應(yīng)較差的地質(zhì)條件，消能效果較好。能使下泄的高速水流在較短的距離內(nèi)有效地通過水躍轉(zhuǎn)變?yōu)榫徚?，消除余能，與下游河道的正常流動銜接起來。由于本工程水頭低，下游水位變幅大，河床的抗沖刷能力較低，采用底流式消能。三 、消能防沖設(shè)施的設(shè)計(jì)（一）消能控制條件分析水閘在泄流過程中，隨著閘門開啟度不同，閘下水深、流態(tài)和過閘流量也隨之變化，設(shè)計(jì)條件較難確定。一般以上游最高水位、下游始流水位為可能出現(xiàn)的最低水位，閘門部分開啟、單寬流量大作為控制條件。設(shè)計(jì)時應(yīng)以閘門的開啟程序，開啟孔數(shù)和開啟高度進(jìn)行多種組合計(jì)算，通過分析比較確定。為了保證無論何種開啟高度的情況下均能發(fā)生淹沒式水躍消能，應(yīng)先擬定閘

23、門開啟孔數(shù)，然后由水利計(jì)算的躍后水深與下游實(shí)際水深hs比較，選取最大值的情況，判別水躍形式，作為閘門最不利的情況，消能防沖設(shè)計(jì)的控制情況。（下游水深根據(jù)下游水位流量關(guān)系曲線查得）為了確保水閘安全運(yùn)行，可以規(guī)定閘門的操作規(guī)程，本設(shè)計(jì)對閘孔按對稱方式開啟，分別對不同開啟孔數(shù)和開啟度進(jìn)行組合計(jì)算，找出消力池池深和池長的控制條件?？卓诔隽髁髁抗剑海╡/h0.65；計(jì)算取h0h） q=enb2g（h0-hc）=enb2g（h0-）式中：u寬頂堰上孔流流量系數(shù)，=收縮系數(shù)；查水力學(xué)教材表8-1 流速系數(shù)，=0.91.0，取=0.95e開度.hc 挖池前收縮水深；hc= nb凈寬.h0堰頂全水頭.hshc

24、(自由出流) =1；hshc(淹沒出流)躍后水深：hc= 通過躍后水深與下游水深的比較進(jìn)行流態(tài)判別，經(jīng)過計(jì)算，找出最大的池深，池長作為相應(yīng)的控制條件。同時考慮到經(jīng)濟(jì)及其他原因，對池深較大的開啟度采用限開措施。關(guān)于流態(tài)判別如下：h chs 為自由出流的遠(yuǎn)驅(qū)式水躍。計(jì)算列表如下：正常水位情況：（h正=2.0m）表1 消力池池深池長估算表開啟孔數(shù)n出流形式開啟高度 收縮系數(shù) 挖池前收縮水深hc躍后水深 hc泄流量q 單寬流量q下游水深hs流態(tài)判別1閘孔出流0.40.6200.2481.1356.91.380.610.525自由出流0.80.6300.5041.41712.962.590.810.60

25、71.30.6750.8781.49719.553.910.970.5272閘孔出流0.40.6200.2481.13513.811.380.840.294自由出流0.80.6300.5041.41725.932.591.080.3371.30.6750.8781.49739.13.911.250.2473閘孔出流0.40.6200.2481.13520.711.380.990.145自由出流0.80.6300.5041.41738.892.591.250.1671.30.6750.8781.49758.653.911.490.007根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果表，算出在正常水位情況下，開啟1孔閘門，開啟

26、度為0.8m時，hc”-ht=0.607m，為最不利情況。設(shè)計(jì)水位情況：（h0設(shè)=2.74m）表2 消力池池深池長估算表開啟孔數(shù)n出流形式開啟高度 收縮系數(shù) 收縮水深hc躍后水深 hc泄流量q 單寬流量q下游水深hs流態(tài)判別1閘孔出流0.40.61770.2471.3738.21.6410.650.723自由出流0.80.62450.51.77615.733.1450.880.8961.30.64140.8342.01424.214.8421.050.9641.70.6661.1322.05930.196.0381.130.9292閘孔出流0.40.61770.2471.37316.411.6

27、410.90.473自由出流0.80.62450.51.77631.453.1451.150.6261.30.64140.8342.01448.424.8421.370.6441.70.6661.1322.05960.386.0381.510.5493閘孔出流0.40.61770.2471.37324.611.6411.050.323自由出流0.80.62450.51.77647.183.1451.350.4261.30.64140.8342.01472.634.8421.620.3941.70.6661.1322.05990.576.0381.780.279根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果表，算出在設(shè)計(jì)水位

28、情況下，開啟1孔閘門，開啟度為1.3m時，hc”-ht=0.964m，為最不利情況。校核水位情況：（h0校=3.01m）表3 消力池池深池長估算表開啟孔數(shù)n出流形式開啟高度 收縮系數(shù) 收縮水深hc躍后水深 hc泄流量q 單寬流量q下游水深hs流態(tài)判別1閘孔出流0.40.6170.2471.458.631.7250.680.77自由出流0.80.6230.4981.89116.613.3220.90.9911.20.630.7562.13123.874.7741.051.0811.60.6481.0372.24830.636.1251.141.1081.90.6691.2712.2635.257

29、.051.21.062閘孔出流0.40.6170.2471.4517.251.7250.930.52自由出流0.80.6230.4981.89133.223.3221.170.7211.20.630.7562.13147.744.7741.360.7711.60.6481.0372.24861.266.1251.520.7281.90.6691.2712.2670.57.051.610.653閘孔出流0.40.6170.2471.4525.881.7251.080.37自由出流0.80.6230.4981.89149.833.3221.390.5011.20.630.7562.13171.64

30、.7741.620.5111.60.6481.0372.24891.886.1251.790.4581.90.6691.2712.26105.757.051.880.38根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果表，算出在校核水位情況下，開啟1孔閘門，開啟度為1.6m時，hc”-ht=1.108m，為最不利情況。（二） 消力池尺寸及構(gòu)造1消力池深度的計(jì)算根據(jù)三種情況所選擇的控制條件，分別估算正常水位池深為0.4m、設(shè)計(jì)水位池深為0.3m、校核水位池深為0.1m，用水力學(xué)教材公式9-5，計(jì)算挖池后的收縮水深hc1和相應(yīng)的出池落差z及躍后水深hc。計(jì)算如下： 正常水位： e0=h0+d=2+0.4=2.4（m） hc =用

31、迭帶法求得=0.4398hc=1.558（m）出池落差：z= =0.437（m）驗(yàn)算水躍淹沒系數(shù)，由水力學(xué)教材公式： d=hcz 0 =（d+hs+z）/hc 得 0=（0.4+0.81+0.437）/1.558=1.057符合在1.051.10之間的要求。設(shè)計(jì)水位：e0=h0+d=2.74+0.3=3.04（m） hc =用迭帶法求得=0.762hc=2.15（m）出池落差：z= =0.943（m）驗(yàn)算水躍淹沒系數(shù)，由水力學(xué)教材公式： d=hcz 0=（d+hs+z）/hc 得 0=（0.3+1.05+0.943）/2.15=1.066符合在1.051.10之間的要求。校核水位：e0=h0+

32、d=3.01+0.1=3.11（m） hc =用迭帶法求得=1.003hc=2.306（m）出池落差：z= =1.27（m）驗(yàn)算水躍淹沒系數(shù)，由水力學(xué)教材公式： d=hcz 0=（d+hs+z）/hc 得 0=（0.1+1.14+1.27）/2.306=1.088符合在1.051.10之間的要求。根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，取池深d=0.5m。2消力池池長消力池長度公式：消力池長度：lsj=ls+lj 式中 lsj消力池長度，m；ls消力池斜坡段水平投影長度，斜坡段坡率取m=8；水躍長度校正系數(shù)，可采用0.70.8；lj水躍長度，m。水躍長度：lj=6.9（h c-hc）=6.9(1.558-0.439

33、8)=7.72m ls=4m；=0.8lsj=4+0.8*7.72=8.67610.2m故消力池長10.2m3消力池護(hù)坦厚度消力池底板（即護(hù)坦）承受水流的沖擊力、水流脈動壓力和底部揚(yáng)壓力等作用，應(yīng)具有足夠的重量、強(qiáng)度和抗沖耐磨的能力。護(hù)坦一般是等厚的，也可采用不同的厚度，始端厚度大，向下游逐漸減小。護(hù)坦厚度可根據(jù)抗沖和抗浮要求，分別計(jì)算，并取其最大值。按抗沖要求計(jì)算消力池護(hù)坦厚度公式為：t=k1 按抗浮要求計(jì)算消力池護(hù)坦厚度公式為：t=k2 式中 t消力池底板始端厚度，m；k1消力池底板計(jì)算系數(shù)，可采用0.150.20；k2消力池底板安全系數(shù)，可采用1.11.3；h泄水時上、下游水位差，m；u

34、作用在消力池底板底面的揚(yáng)壓力（kpa）；w作用在消力池底板底面的水重（kpa）；pm作用在消力池底板上的脈動壓力（kpa），其值可取躍前收縮斷面流速水頭值的5%，通常計(jì)算消力池底板前半部的脈動壓力時取“+”號，計(jì)算消力池底板后半部的脈動壓力時取“-”號；1消力池底板的飽和重度，kn/m3。該工程可根據(jù)抗沖要求計(jì)算消力池底板厚度。其中k1取為0.18，q為確定池深時的過閘單寬流量，此處q=2.59m3/（sm），h為相應(yīng)于單寬流量的上、下游水位差（上游水深2m，下游水深0.81m），則其底板厚度為：t=0.2=0.34（m）可取消力池底板厚度為t=0.4m。4消力池的構(gòu)造底流式消力池設(shè)施有三種形

35、式：挖深式、消力檻式和綜合式。當(dāng)閘下游尾水深度小于躍后水深時，可采用挖深式消力池消能；閘下游尾水深度略小于躍后水深時，可采用消力檻式消力池消能；閘下游尾水深度遠(yuǎn)小于躍后水深，且計(jì)算深度應(yīng)較深時，可采用挖深式與消力檻式相結(jié)合的綜合式消力池消能。護(hù)坦與閘室、岸墻及翼墻之間，以及其本身沿水流方向均應(yīng)用縫分開，以適應(yīng)不均勻沉陷和溫度變形。護(hù)坦自身縫距可取1020m，靠近翼墻的取小些，縫寬2.02.5cm。護(hù)坦在垂直水流方向通常不設(shè)縫，以保證其穩(wěn)定性?？p若在閘基防滲范圍內(nèi)，縫中應(yīng)設(shè)止水設(shè)置，其他一般鋪設(shè)瀝青油毛氈。為增強(qiáng)護(hù)坦的抗滑穩(wěn)定性，常在消力池末端設(shè)置齒墻，深一般為0.81.5m，寬為0.60.8m

36、。結(jié)合本工程的特點(diǎn)，選用挖深式消力池。為了便于施工，消力池的底板作成等厚，為了降低底板下部的滲透壓力，在水平底板的后半部設(shè)置排水孔，孔下鋪設(shè)反濾層，排水孔孔徑為5cm，間距為1m，呈梅花形布置。消力池末端設(shè)置齒墻，深為0.8m，寬為0.6m。消力池構(gòu)造尺寸如下圖24。圖24消力池構(gòu)造尺寸圖 （單位：高程m、尺寸cm）四、防沖加固措施（一）海漫設(shè)計(jì)1海漫的作用水流經(jīng)過消力池，雖已消除了大部分多余能量，但仍留有一定的剩余動能，特別是流速分布不均，脈動仍較劇烈，具有一定的沖刷能力。因此，護(hù)坦后仍需設(shè)置海漫等防沖加固設(shè)施，以使水流均勻擴(kuò)散，并將流速分布逐步調(diào)整到接近天然河道的水流形態(tài)。2海漫的布置和構(gòu)

37、造海漫一般采用將起始端做成5m水平段，頂面高程在消力池尾坎頂以下0.5m，水平段后作成不陡于1：10的斜坡以使水流均勻擴(kuò)散，同時沿水流方向在平面上向兩側(cè)逐漸擴(kuò)散，以便使水流均勻擴(kuò)散，調(diào)整流速分布，保護(hù)河床不受沖刷。對海漫的要求有：表面有一定的粗糙度，以利進(jìn)一步消除余能；具有一定的透水性，以便使?jié)B水自由排除，降低揚(yáng)壓力；具有一定的柔性，以適應(yīng)下游河床可能的沖刷變形。本工程采用干砌石海漫。干砌石海漫，一般由顆粒粒徑大于30cm的塊石砌成，厚度為0.40.6m，下面鋪設(shè)碎石、粗砂墊層，層厚1015cm，如下圖（a）。干砌石海漫的抗沖流速為2.54.0m/s。為了加大其抗沖能力，可每隔810m設(shè)一漿砌

38、石埂。干砌石常用在海漫后段。3海漫長度計(jì)算海曼的長度取決于消力池末端的單寬流量、上下游水位差、下游水深、河床土質(zhì)抗沖能力、閘孔與河道寬度的比值以及海漫結(jié)構(gòu)形式等。當(dāng)=19，且消能擴(kuò)散條件良好時，海漫長度可按水工建筑物教材公式4-19算。lp=ks =9 26.2m 式中 lp海漫長度，m；qs 消力池末端單寬流量，m3/（sm）；h泄水時上、下游水位差，m；ks 海漫長度計(jì)算系數(shù)，查水工建筑物，取ks=9。故確定海漫長度為26.2m。4、海漫的構(gòu)造因?yàn)閷Ｂ笥幸欢ǖ拇植诙?，以便進(jìn)一步消除余能，有一定的透水性，有一定的柔性，所以選擇在海漫的起始段為5m長的漿砌石水平段，因?yàn)闈{砌石的抗沖性能較

39、好，其頂面高程與護(hù)坦齊平。后21.2m作成坡度為1：10的干砌石段，以便使水流均勻擴(kuò)散，調(diào)整流速分布，保護(hù)河床不受沖刷。海漫厚度為0.4m，下面鋪設(shè)15cm的砂墊層。（二）防沖槽設(shè)計(jì)1作用 防止沖刷坑向上游擴(kuò)展，保護(hù)海漫末端的安全。2工作原理 水流經(jīng)過海漫后，盡管多余能量得到了進(jìn)一步的消除，流速分布接近河床水流的正常狀態(tài)，但在海漫末端仍有沖刷現(xiàn)象。為了保證安全和節(jié)省工程量，常在海漫末端設(shè)置防沖槽或采取其他加固措施。在海漫末端挖槽拋石預(yù)留足夠的石塊，當(dāng)水流沖刷河床形成沖坑時，預(yù)留在槽內(nèi)的石塊沿斜坡繼續(xù)滾下，鋪在沖坑的上游斜坡上，防止沖刷坑向上游擴(kuò)展，保證海漫的安全。3尺寸 根據(jù)水閘的構(gòu)造要求采用

40、寬淺式梯形斷面防沖槽，槽深取1.5，底寬為槽深的（23）倍，此處取為取3.5m，上游坡率為2，下游坡率為3，如圖26所示。圖27 海漫防沖槽構(gòu)造圖（單位：m）（三）上、下游岸坡防護(hù)為了保護(hù)上、下游翼墻以外的河道兩岸岸坡不受水流的沖刷，需要進(jìn)行護(hù)坡。采用漿砌石護(hù)坡，厚度為0.3m，下設(shè)0.1m的砂墊層。保護(hù)范圍：上游自鋪蓋向上延伸23倍的水頭，下游自防沖槽向下延伸46倍的水頭。第三章 水閘防滲及排水設(shè)計(jì)第一節(jié)閘底輪廓布置一、防滲設(shè)計(jì)的目的防止閘基滲透變形；減小閘基的滲透壓力；減少水量損失；合理選用地下輪廓的尺寸，以延長滲徑，防止閘基和兩岸產(chǎn)生滲透破壞。二、防滲排水的布置原則防滲設(shè)計(jì)一般采用防滲和

41、排水相結(jié)合的原則，即在高水位側(cè)采用鋪蓋、板樁、齒墻等防滲設(shè)施，用以延長滲徑、減小滲透坡降和閘底板下的滲透壓力；在低水位側(cè)設(shè)置排水設(shè)施，如面層排水、排水孔排水或減壓井與下游連通，使低下滲水盡快排出，以減小滲透壓力，并防止在滲流出口附近發(fā)生滲透變形。三、防滲設(shè)施根據(jù)閘址附近的地質(zhì)情況來確定相應(yīng)的措施，防滲措施常采用水平鋪蓋，而不用板樁，以免破壞黏土的天然結(jié)構(gòu)，在板樁與地基間造成滲流通道。砂性土易產(chǎn)生管涌，要求防止?jié)B透變形是其考慮的主要因素，可采用鋪蓋與板樁相結(jié)合的形式。1鋪蓋 為水平防滲措施，適用于粘性和砂性土基。2板樁 為垂直防滲措施，適用于砂性土基，一般設(shè)在閘底板上游或鋪蓋前端，用于降低滲透壓

42、力。3齒墻 一般設(shè)在底板上、下游端，利于抗滑穩(wěn)定，延長滲徑。四、地下輪廓線布置1閘底板長度擬定 本工程采用整體式底板，底板順?biāo)较虻拈L度根據(jù)閘室地基條件、上部結(jié)構(gòu)布置、滿足閘室整體穩(wěn)定和地基允許承載力等要求來確定。初擬時可參考已建工程的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選定，當(dāng)?shù)鼗鶠樗槭梁偷[（卵）石時，底板長度?。?-4）h（h為水閘上下游最大水位差）；砂土和砂壤土取（2-3.5）h；粉質(zhì)壤土和壤土?。?-4）h；黏土?。?.5-4.5）h。本工程取底板長度l底=3h=3*2=6m 綜合考慮，上部結(jié)構(gòu)布置及地基承載力要求，確定閘底板長度為8m。2閘底板厚度的擬定對于小型水閘，底板厚度不小于0.3可取t=1.0m。兩端

43、設(shè)齒墻。3、齒墻尺寸的確定一般深度為0.51.5m，厚度為閘孔凈寬的1/51/8。該設(shè)計(jì)深度取0.7m，厚度取1.0m。如圖31所示。 圖31 底板尺寸圖（單位：cm）4鋪蓋主要用來延長滲徑，具有相對不透水性和一定的柔性。鋪蓋常用黏土、黏壤土或?yàn)r青混凝土等材料，有時也可用鋼筋混凝土作為鋪蓋材料。鋪蓋的長度采用上、下游最大水頭差的35倍。根據(jù)上述原則，本工程鋪蓋采用混凝土鋪蓋，其混凝土強(qiáng)度等級一般不低于c20，其長度確定取l=6m；鋪蓋的厚度，取0.4m，兩端設(shè)齒墻深度取0.6m，寬度取0.5m，以便和閘底板連接。5閘基防滲長度的確定 初步擬定閘基防滲長度應(yīng)根據(jù)水閘設(shè)計(jì)規(guī)范公式 lch 式中 l

44、閘基防滲長度，即閘基輪廓線防滲部分水平段和垂直段長度的總和，m； c允許滲徑系數(shù)值，見水工建筑物教材表4-6，查表取c=5； h上、下游最大水頭差，m。 l=ch=5*2=10（m）6校核地下輪廓線的長度根據(jù)以上設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，實(shí)際的地下輪廓線布置長度應(yīng)大于理論的地下輪廓線長度。鋪蓋長度+閘底板長度=6+8=14m l=10（m） 通過校核，地下輪廓線的長度滿足要求。第二節(jié) 防滲和排水設(shè)計(jì)及滲透壓力計(jì)算一、滲流計(jì)算的目的計(jì)算閘底板各點(diǎn)的滲透壓力；驗(yàn)算地基土在初步擬定的地下輪廓線下的滲透穩(wěn)定性。二 、計(jì)算方法計(jì)算方法有直線比例法、流網(wǎng)法和改進(jìn)阻力系數(shù)法。進(jìn)阻力系數(shù)法是一種以流體力學(xué)為基礎(chǔ)的近似解法。對

45、于比較復(fù)雜的地下輪廓，先將實(shí)際的地下輪廓進(jìn)行適當(dāng)簡化，使之成為垂直和水平兩個主要部分。再從簡化的地下輪廓線上各角點(diǎn)和板樁尖端引出等勢線，將整個滲流區(qū)域劃分為幾個簡單的典型流段。由于改進(jìn)阻力系數(shù)法計(jì)算結(jié)果精確，本設(shè)計(jì)采用此種方法進(jìn)行滲流計(jì)算。三、改進(jìn)阻力系數(shù)法計(jì)算滲透壓力（一） 計(jì)算公式（出自水閘設(shè)計(jì)規(guī)范）1確定地基的有效計(jì)算深度te當(dāng)?shù)鼗煌杆畬勇癫剌^深時，須有一個有效計(jì)算深度te來代替實(shí)際深度t，te可根據(jù)水閘設(shè)計(jì)規(guī)范公式確定：當(dāng)l0/s05時， te=0.5l0當(dāng)l0/s05時， te=5l0/（1.6l0/s0+2） 式中 te土基上水閘的地基有效計(jì)算深度，m；l0地下輪廓的水平投影長度

46、，m；s0地下輪廓的垂直投影長度，m。2典型段的劃分先將實(shí)際的低下輪廓線進(jìn)行簡化，使之成為垂直和水平兩個主要部分。再從簡化的低下輪廓線上各角點(diǎn)和板樁尖端引出等勢線，將整個滲流區(qū)域劃分為幾個典型流段：進(jìn)、出口段，內(nèi)部垂直段和水平段。3計(jì)算各典型段的阻力系數(shù)（如圖34）圖34 典型流段計(jì)算圖 進(jìn)、出口段：0=1.5（s/t）3/2+0.441 式中 0進(jìn)、出口段的阻力系數(shù)；s 板樁或齒墻的入土深度，m；t 地基透水層深度，m。 內(nèi)部垂直段：y=2/ln ctg（/4（1s/t） 式中 y內(nèi)部垂直段的阻力系數(shù)。 水平段： x=（l-0.7（s1+s2）/t 式中 x 水平段的阻力系數(shù)；l 水平段長度

47、，m；s1、s2進(jìn)、出口段板樁或齒墻的入土深度，m。4計(jì)算各典型段的水頭損失hi=ih/i 5進(jìn)出口段水頭損失局部修正進(jìn)、出口水力坡降呈急變曲線形式，算得的進(jìn)、出口水頭損失與實(shí)際情況相差較大，需進(jìn)行必要的修正。修正后的水頭損失h0為： h0=h0 （38）式中 h0進(jìn)、出口段修正后的水頭損失值，m；h0 按式0=1.5（s/t）3/2+0.441計(jì)算出的水頭損失值，m。 阻力修正系數(shù)，按式（39）計(jì)算： 式中 s 底板埋深與板樁入土深度之和，m； t 板樁另一側(cè)地基透水層深度，m。修正后的進(jìn)、出口段修正后的水頭損失將減少h。h=（1）h0 有關(guān)進(jìn)、出口段水頭損失值的詳細(xì)計(jì)算如下，先用進(jìn)出口段的前一段水頭損失的減少值相比較：若hxh，則按hx=hx+h修正；若hxh，則按進(jìn)出口段的前兩段水頭損失的和相比較：若hx+hyh，則按hx=2hx，hy=hy+h-hx修正若hx+hyh，則按hx=2hx，hy=2hy，hcd=hcd+h+（hx+hy）修正。hcd為與進(jìn)出口相鄰的第三個典型流段的水頭損失。6計(jì)算角點(diǎn)的滲壓水頭對于簡化后的地下輪廓各角點(diǎn)的滲