潁河白沙水庫溢洪道泄洪閘設計計算書

1、潁河白沙水庫溢洪道泄洪閘設計附：計算書1. 水力設計1.1溢洪閘堰面曲線的擬定 采用堰型：wes冪曲線型實用堰（下游），雙圓弧曲線（堰頂上游）。 已知資料：堰頂高程222.0m，上游堰高p1=4m，下游堰高p2=7m，最高庫水位235.56m 堰面曲線擬定： 最大堰上水頭hmax=235.56-222.0=13.56 m 定型設計水頭：hd=（0.65-0.85）13.56=8.8111.53 m 經驗取值：hd =10m p11.33 hd，屬于底堰。 頂上游曲線：x/y=3:0 r1=0.5 hd=5.0 m a=0.175hd=1.75 r2=0.2 hd =2.0 m b=0.282h

2、d=2.82 k=2 n=1.85 堰面下游曲線：查溢洪道設計規(guī)范sl253-2000p4445，wes冪曲線按下式計算：xn=k hd n-1y 附（1） p1/ hd =4.0/10=0.4h0 為陡坡 (2)樁號319.80+366.8處 有關參數(shù)： 渠底寬：b=70m 糙率n=0.014 底坡i=0.02127 邊坡系數(shù)m=0.75 計算公式： q=ac（ri）1/2水力學p167（6-10） 式中： a過水斷面面積，a=（mh0+b）h0 c謝才系數(shù)， c=1/nr1/6 r水力半徑，r=a/x（m） x濕周（m）,x=b+2h0(1+m2)1/2 由以上公式電算程序試算得到： h0

3、=1.54m時 q=1500 m3/s 則hkh0 為陡坡 (3) 樁號0+319.80+302.8處與0+302.80+285.8處 有關參數(shù)： 跌差p=214.0-213.0=1.0m(樁號0+303.80+320.8跌差也為1m) 渠底寬：b=70m 糙率n=0.014 底坡i=0.0588 邊坡系數(shù)m=0.75 計算公式： q=ac（ri）1/2水力學p167（6-10） 式中： a過水斷面面積，a=（mh0+b）h0 c謝才系數(shù)， c=1/nr1/6 r水力半徑，r=a/x（m） x濕周（m）,x=b+2h0(1+m2)1/2 由以上公式電算程序試算得到： h0=1.14m時 q=1

4、500 m3/s 則hkh0 為陡坡 (4) 樁號0+193.800+285.80處 坡度為0則為緩坡 所以在標樁0+285.80發(fā)生臨界水深3.558m1.4.1.2 50年控泄流量500m3/s 迭代計算推求臨界水深 有關參數(shù)： 邊坡系數(shù)m=0.75 渠底寬b=70m 迭代計算公式： 經計算得hk1.722m 迭代計算則推求正常水深 （1）樁號0+366.80+383.8處 有關參數(shù)： 跌差p=212.0-211.0=1.0m 渠底寬：b=70m 糙率n=0.014 底坡i=0.0588 邊坡系數(shù)m=0.75 計算公式： q=ac（ri）1/2水力學p167（6-10） 式中： a過水斷面

5、面積，a=（mh0+b）h0 c謝才系數(shù)， c=1/nr1/6 r水力半徑，r=a/x（m） x濕周（m）,x=b+2h0(1+m2)1/2 由以上公式電算程序試算得到： h0=0.589時 q=500m3 則hkh0 為陡坡 (2)樁號319.80+366.8處 有關參數(shù)： 渠底寬：b=70m 糙率n=0.014 底坡i=0.02127 邊坡系數(shù)m=0.75計算公式： q=ac（ri）1/2水力學p167（6-10） 式中： a過水斷面面積，a=（mh0+b）h0 c謝才系數(shù)， c=1/nr1/6 r水力半徑，r=a/x（m） x濕周（m）,x=b+2h0(1+m2)1/2由以上公式電算程序

6、試算得到： h0=0.794m時 q=500m3 則hk h0 為陡坡 (3) 樁號0+319.80+302.8處與0+302.80+285.8處 有關參數(shù)： 跌差p=214.0-213.0=1.0m(樁號0+303.80+320.8跌差也為1m) 渠底寬：b=70m 糙率n=0.014 底坡i=0.0588 邊坡系數(shù)m=0.75 計算公式： q=ac（ri）1/2水力學p167（6-10） 式中： a過水斷面面積，a=（mh0+b）h0 c謝才系數(shù)， c=1/nr1/6 r水力半徑，r=a/x（m） x濕周（m）,x=b+2h0(1+m2)1/2 由以上公式電算程序試算得到： h0=0.58

7、9m時 q=500m3 則hkh0 為陡坡 (4) 樁號0+193.800+285.80處 坡度為0則為緩坡 所以在標樁0+285.80發(fā)生臨界水深hk1.722m1.4.1.3 根據臨界水深及其發(fā)生的位置求水面曲線及池末水深 水面線按水力學（中國農業(yè)出版社）用分段求和法計算各水面曲線，起 計算公式為：s/(i-j)式中：分段長度； s斷面單位能量差； 平均水力比降；() v斷面平均流速(m/s); r斷面平均水力半徑(m)；c=1/nr1/6糙率n=0.014水面線推算：s=es/（i-j）=(esd-esu)/(i-j) 水力學p218（7-44）附（11）附表9 尾水渠段水面曲線結果樁號

8、0+285.800+193.80+163.8q=500 m3/s1.7222.1382.186q=500 m3/s3.5584.0494.1631.4.2消力池池深及池長的確定 1.4.2.1q=1500m3/s首先判別下游水流自然銜接的形式：已知=1.336計算收縮斷面佛汝德數(shù).收縮斷面躍后水深.由計算得下游水深為，在自然銜接時發(fā)生遠驅式水躍銜接，故需 修建降低護坦式消力池。求池深d迭代計算式 附（12）ht-池末水深ht-下游水深 -池末端出流流速系數(shù)，取為0.95 帶入數(shù)據利用excle表格迭代計算得當流量為1500m/s則d=2.7hc=1.3 =7.97當流量為500m/s則d=.h

9、c=0.589 =3.925求池長llj=6.9(-hc)=6.9(7.97-1.3)=46.023lj=6.9(-hc)=6.9(3.925-0.589)=23.0l=(0.7.)lj=(0.7.)46.023=3236.8l=(0.7.)lj=(0.7.)23.0=16.118.4lj-完全水躍長度計算成果表見附表10綜合以上計算情況確定消力池設計長度取33m，消力池深2.7m。消力池墻高按最大水深加安全超高確定。附表10 消力池消能計算成果表項目標準收縮水深（m）躍后水深(m)消力池長(m)消力池深(m)100年一遇泄量1500 m3/s2.77.973236.82.750年一遇泄量50

10、0 m3/s1.33.92516.118.41.492.結構計算2.1概述（1）現(xiàn)有溢洪道不能滿足規(guī)范要求的消能防沖設計洪水標準,上游導水墻長度太短,高度不夠,下游擋土墻出現(xiàn)傾斜.因此,此次設計考慮將原溢洪道拆除,重建溢洪道,經過水力計算,新建溢洪道為5孔12米,仍采用弧形閘門,采用卷揚式起閉機.（2）閘室穩(wěn)定計算方法 新建閘室為跨中分縫,分別考慮邊墩雙向穩(wěn)定和中墩順水流方向的穩(wěn)定計算.計算參數(shù)砼與巖石綜合摩擦系數(shù)f=0.55，地基允許承載力2.0mpa，回填石渣干容重取1.90t/m3,濕容重2.0 t/m3，飽和容重2.1 t/m3，回填料可用強、弱風化石渣，采用綜合摩擦角：水上f=35b

11、，水下f=33b。根據水工建筑物抗震設計規(guī)范（sl20397），白沙庫區(qū)地震基本烈度為6度，泄洪閘為2級非壅水建筑物，不再進行抗震計算。計算工況各斷面均按基本荷載組合和特殊荷載組合進行計算?；窘M合1：完建期：自重+土壓力+土重基本組合2：50年關門擋水：自重+水重+水壓力+土重+土壓力+揚壓力基本組合3：100年控泄工況：自重+水重+水壓力+土重+土壓力+揚壓力特殊組合1：關門擋水、排水失效：自重+水重+水壓力+土重+土壓力+揚壓力 計算公式抗剪斷強度計算公式 附（13） 式中： k按抗剪斷強度計算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)； f堰體混凝土與基巖接觸面的抗剪斷摩擦系數(shù)，取0.55； c堰體混凝土與基

12、巖接觸面的抗剪斷凝聚力，為0.2mpa； w作用于堰體上的全部荷載對計算滑動面的法向分量(kn)； p作用于堰體上的全部荷載對計算滑動面的切向分量(kn)； a-堰體于基巖接觸面的截面積。 閘室基底壓力計算公式: 附（14） 式中：g作用在基底上的全部豎向荷載； 基底壓力(kn/m2)； a基底面積(m2)； e偏心距(m)(x向，y向) b基底寬度(m)(x向，y向) 基底壓力不均勻系數(shù)=maxmin 附（15） 式中：不均勻系數(shù) max，min最大及最小壓力值(kpa)2.2白沙水庫溢洪道中墩的計算2.2.1 中墩完建期白沙水庫溢洪道中墩的計算 附表11 中墩完建期名稱編號計算公式力(kn

13、)力臂(m)力矩(knm)閘墩13.120.52.52.49.83736.7423.9589494.9232520.52.52.49.8602719.9119937.332.521.42.52.49.83145.816.1550804.674625.52.52.49.83145.816.1550804.6755.520.92.52.49.86759.0643257.9861.42.50.517.52.49.829401.763.432529.556堰13.914.53.02.49.83990.1681.857281.81續(xù)表11名稱編號計算公式力(kn)力臂(m)力矩(knm)25.55.51

14、22.49.88537.765.0543115.68835.5100.5122.49.87761.613.310322.284102.50.5122.49.83528.16.16767621.176名稱編號計算公式力(kn)力臂(m)力矩(knm)532.5122.49.82116.82450803.2閘門0.80.0759.50.42120.339.559.8249.88.52123.32公路橋0.7514.59.8497.356.43183.04總計55335.73685232.73面積a=14.525.5=369.75豎向力g=55335.73力 矩m=685232.73平均應力=g/a

15、=55335.73/369.75=149.66偏心矩e=b/2-m/g=25.5/2-685232.73/55335.73=0.3668 1= (1+6e/b)=162.522=(1-6e/b)=136.787 =1/2=1.1882.2.2中墩50年關門擋水50年關門擋水 排水不失效，考慮帷幔灌漿作用，折減系數(shù)取.，水壓力從頂?shù)降撞堪慈切斡嬎愀奖?2 揚壓力名稱編號計算公式力(kn)力 臂 (m)力矩(knm)滲透壓力10.29.815.94614.52718.13.08154.320.89.815.9460.514.55436.182.010872.3630.29.815.9419.50

16、.514.54416.8912.555211.125合計12571.1774237.785附表13 浮托力計算名稱編號計算公式力(kn)力臂(m)力矩(knm)浮托力11020.514.59.81421.019.227283.223214.59.8852.62420462.4合計2273.647745.6附表14 水壓力計算上游水位高203.95m，下游無水名稱編號計算公式力(kn)力臂(m)力矩(knm)上游水壓力0.59.815.9415.9414.518052.635.31318052.63下游水壓力0.59.82214.5-284.21.333-378.93附表15 水重的計算50年關

17、門擋水此是上游水位為230.94m名稱編號計算公式力(kn)力臂(m)力矩(knm)水重12.512.4414.59.84419.311.255524.142212.4412.59.83047.83.510667.333.48.94129.83574.576.222162.33合計11401.6838353.77附表16 齒墻上的土重名稱編號計算公式力(kn)力臂(m)力矩(knm)土重110.514.529.81421.07.510657.5附表17 50年關門擋水列表如下名 稱 垂 直 力(kn) 水 平 力(kn) 力 矩(knm) (+) (-) (+) (-) (+) (-)自重55

18、335.69685232.73滲透壓力-12571.17-74237.79浮托力-2273.6-47745.6水重11041.6838353.77土重1421.010657.5上游水壓力18052.6395919.7下游水壓力-284.2-378.93合計67798.3714844.7718052.63-284.2830163.69122362.32 52953.60 17768.43 707801.38水平力p=17768.43 面積a=14.525.5=369.75豎向力g=17768.43力 矩m=70780.38抗 滑kc =(fg+ca)/p=(0.555295.36+200369.

19、75)/17768.43=5.8 平均應力=g/a=52953.60/369.75=143.21偏心矩e=b/2-m/g=25.5/2-707801.38/52953.60=-0.616 1= (1+6e/b)=163.962=(1-6e/b)=122.45 =1/2=1.342.2.3 中墩100年敞泄100年敞泄 排水不失效，考慮帷幔灌漿作用，折減系數(shù)取.，水壓力從頂?shù)降撞堪慈切斡嬎愀奖?8 揚壓力名稱編號計算公式力(kn)力 臂 (m)力矩(knm)滲透壓力10.29.816.55614.52822.1038466.3020.89.816.5560.514.55644.21211288

20、.4230.29.816.5519.50.514.54585.9212.54585.92附表19 浮托力計算名稱編號計算公式力(kn)力臂(m)力矩(knm)浮托力12.0422.514.59.8755.421.25906.77521.5421014.59.82191.187.516433.8735.584100.514.59.83967.4312.7538345.6944.042314.59.81723.119.1768101.42合計8607.14165142.15附表20 水重的計算100年敞泄此是上游水位為231.55m名稱編號計算公式力(kn)力臂(m)力矩(knm)水重12.514

21、.513.059.84636.01.255795.02212.513.059.83197.253.511190.3833.49.55129.83818.476.223674.53合計116651.7240659.90附表21 齒墻上的土重名稱編號計算公式力(kn)力臂(m)力矩(knm)土重110.514.529.81421.07.510657.5附表22 100年敞泄列表如下名 稱 垂 直 力(kn) 水 平 力(kn) 力 矩(knm) (+) (-) (+) (-) (+) (-)自重55335.69685232.73滲透壓力-13052.23-77078.72浮托力-8601.14-1

22、65142.15水重11651.724065.90土重1421.010657.50水壓力p114098.652748.33水壓力p2-1160.80-201.66合計68408.41-21659.3714098.061160.80869357.18242422.543 46749.0412937.26 626934.64水平力p=12937.26 面積a=369.75豎向力g=46749.04力 矩m=626934.64抗 滑kc =(fg+ca)= (0.5546749.04+200369.75)/12937.26=7.7平均應力=g/a=46749.04/369.75=126.43偏心矩e=b/2-m/g=25.5-626934.64/46749.04=-0.661 1=(1+6e/b)=146.03 2=(1-6e/b)= 106.77 =1/2=146.09/106.77=1.372.1.4. 50年關門擋水 排水失效，考慮帷幔灌漿作用折減，水壓力從頂?shù)降撞堪慈切斡嬎愀奖?3 揚壓力名稱編號計算公式力(kn)力 臂 (m)力矩(knm)滲透壓力1(