某水閘設(shè)計(jì)說明書

1、水閘設(shè)計(jì)說明書一、 設(shè)計(jì)基本資料節(jié)制閘閘前水位1.7m,閘后水位1.6m。節(jié)制閘設(shè)計(jì)流量16.5m3/s。原有干渠底寬11.0m,渠道比降1：6000,邊坡1：1.5，糙率0.025。渠道土質(zhì)為沙壤土。采用C15混凝土，級(jí)鋼筋。建筑物為級(jí)。進(jìn)水閘軸線與干渠水流成90度角布置。二、設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)節(jié)制閘一座，該建筑物橫跨于干渠中，用以節(jié)制水位，保證設(shè)在節(jié)制閘左側(cè)的進(jìn)水閘順利引水的要求。進(jìn)水閘軸線與干渠水流成90度角布置。三、成果要求1、 完成說明書約30頁。（含各部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖）。2、計(jì)算機(jī)繪圖一張，包括水閘縱剖面圖，水閘平面圖及細(xì)部構(gòu)造圖，配筋圖等。第一章 節(jié)制閘的水力計(jì)算1.驗(yàn)算渠道的過水能力根據(jù)

2、已知資料，采用公式Q=C,可算出現(xiàn)在渠道過流能力Q，同時(shí)同設(shè)計(jì)流量Q設(shè)比較，如果Q>Q設(shè)。那么渠道能滿足過水要求；如果Q<Q設(shè),那么就需要擴(kuò)建渠道斷面，以加大底寬處理直到Q=Q設(shè)時(shí)為滿足。 計(jì)算公式如下：1234 5 已知： m=1.5 n=0.025 h=1.6m（采用閘后水深） b=11.0m i=1:6000 圖1-1 渠道過水?dāng)嗝媸疽鈭D解：= (11+1.5×1.6) ×1.6=21.44m2 m m67.4128.1025.0116161=´=RnC sm3<.5.16=設(shè)Qsm3現(xiàn)擴(kuò)建渠道斷面，以加大底寬處理。見表1-1：表1-1 渠

3、道過水?dāng)嗝嬗?jì)算表11.021.4416.771.2841.6713.0512.023.0417.771.3041.7914.1713.024.6418.771.3141.8415.2414.026.2419.771.3341.9316.3814.1526.4819.921.3341.9416.5314.226.5619.971.3341.9516.59經(jīng)試算b=14.2m h=1.6m時(shí)Q=16.59>Q設(shè)渠道滿足過水要求，即取渠底寬14.2米。2、初擬閘孔寬度閘孔形式采用寬頂堰，堰頂與渠底同高。采用公式式中：閘孔總凈寬度；（m）記入行進(jìn)流速的堰頂水頭；（m）含側(cè)收縮影響的流量系數(shù)，查附

4、表4-1；每孔凈寬；（m）孔數(shù)；行進(jìn)流速，按堰前（35）處的過水?dāng)嗝嬗?jì)算；（m/s）堰頂上游水深；（m）淹沒系數(shù)，按0Hhs查附表4-2得到；下游水位超過堰頂?shù)母叨取＃╩）則： v0=Q/w=16.5/26.56=0.621 m/s 查表知 取閘墩厚度為0.5m，八字型翼墻擴(kuò)散角保持ctg=3?？杉俣ㄟ^水凈寬b=67m進(jìn)行試算。假設(shè)過水凈寬為6.0m，查表知, 假設(shè)過水凈寬為6.6m，查表知，假設(shè)過水凈寬為6.3m，查表知，為便于管理運(yùn)用，將水閘分三孔，即，則孔徑初擬閘孔寬度2.1m圖1-2 八字型翼墻示意圖3、確定閘孔的總寬度（包括中墩在內(nèi)不包括邊墩）則 第二章 消能防沖設(shè)計(jì)一、 消力池深度

5、、長(zhǎng)度的確定（一）、計(jì)算閘門不同開度時(shí)的出水量及第一共軛水深及第二共軛水深。采用公式 （當(dāng)0.65時(shí)）式中：出流流量(m3/s); 垂直收縮系數(shù)； 閘門開度（m）； 收縮斷面水深(m)；流量系數(shù)，此處選擇平板閘門，則收縮斷面流速；q單寬流量（） 、意義同前。解：當(dāng)m時(shí)，0.12<0.65查表得則 (m/s)(m)同理可列表如2-1：表2-1 不同開度下的出流量及第一、第二共軛水深、（m）0.20.30.40.50.60.70.80.90.120.180.240.290.350.410.470.530.5780.5680.5570.5480.5370.5260.5150.505(m3/s)

6、4.236.238.1510.0211.7913.4715.0716.63q()0.670.991.291.601.872.142.392.640.6160.6190.6220.6240.6280.6320.6410.648(m)0.1230.1860.2490.3120.3770.4420.5130.5830.8050.9471.0541.1391.2011.2481.2741.297(二)、計(jì)算并繪制水位流量曲線計(jì)算結(jié)果如表2-2表2-2 水位流量計(jì)算表（m）0.40.60.81.01.21.41.61.8(m2)5.929.0612.3215.7019.222.8226.5630.42(

7、m)15.6416.3617.0817.8118.5319.2519.9720.69(m)0.3780.5540.7210.8811.0351.1841.3291.469(m1/2/s)34.0136.2537.8839.1640.2341.1441.9442.65(m3/s)1.603.145.107.4010.1013.2316.5920.31將表中的及的對(duì)應(yīng)數(shù)值繪在圖2-1中，得、曲線。從圖中可以看出，在所討論的流量范圍內(nèi)，有>情況，下游產(chǎn)生遠(yuǎn)驅(qū)式水躍銜接，差值最大處為最不利情況(表2-1)。故為使下游產(chǎn)生淹沒水躍銜接，需要設(shè)計(jì)降低護(hù)坦高程的消力池。圖2-1 、曲線圖 (三)計(jì)算消

8、力池池深d 可采用公式：式中：淹沒系數(shù)，采用=1.051.10 消力池出口處的水面落差（m） 流速系數(shù)，平底閘孔出流=0.951.00 以躍前斷面處消力池池底水平面為基準(zhǔn)面的水閘上游總水頭（m） q躍前斷面處的單寬流量 流速系數(shù)，一般取0.95求池深d值時(shí)，須用試算法。初次試算時(shí)，可按擬定，其中是未設(shè)消力池前的躍后水深。求得值后，可先算出設(shè)池以后的值，然后將他們代入下式，如果能滿足該表達(dá)式的條件，則池深是合適的。否則，還應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行試算，直到滿足時(shí)為止。這一試算很繁瑣，可以用=0.80 ht=0.73 時(shí),參照附表4-3求得消力池水深0.456米<0.5米,所以按構(gòu)造要求,消力池水深0.5

9、米. (四)、消力池長(zhǎng)度計(jì)算消力池長(zhǎng)由射流水舌長(zhǎng)及水躍長(zhǎng)兩部分組成，自由水躍長(zhǎng)度可按下列公式計(jì)算：。一般消力池的長(zhǎng)度按下式估算：，射流水舌長(zhǎng)度=4，消力池總長(zhǎng)度。 取消力池總長(zhǎng)度為5.5米。（五）、確定消力池底板厚度護(hù)坦厚度t（m）計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式如下：式中：閘孔處的單寬流量（）泄水時(shí)的上下游水位差（m）經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，可采用0.1750.20靠近閘室一端的護(hù)坦厚度（m）。則 取 則按抗沖要求，非基巖護(hù)坦t： 取消力池底版厚度t=0.5m護(hù)坦底板一般采用混凝土或加筋混凝土，小型水閘有的采用漿砌石。底板上設(shè)有排水孔，孔徑選20cm ，間距2m，呈梅花型排列。護(hù)坦在平行水流方向設(shè)沉降縫，縫的位置宜與閘墩對(duì)

10、齊。護(hù)坦底部設(shè)反濾層。(碎石20cm中砂10cm細(xì)砂10cm)二 、海漫設(shè)計(jì)經(jīng)過護(hù)坦段消能的水流仍具有一定的剩余能量，單寬流量偏大，流速分布不均勻，脈動(dòng)仍較劇烈，為此，護(hù)坦后還有設(shè)置海漫和防沖槽，以逐步調(diào)整流量和流速分布，使之達(dá)到接近天然河道的水流狀態(tài)。（一）、確定海漫長(zhǎng)度采用公式式中：海漫起端的單寬流量泄流時(shí)的上下游水位差（m）河床土質(zhì)系數(shù)，是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，當(dāng)河床為粉砂、細(xì)砂時(shí)，取1413；當(dāng)河床為中砂、粗砂及粉壤土?xí)r用1211；當(dāng)河床為粉質(zhì)土?xí)r，取109；當(dāng)河床為堅(jiān)硬土?xí)r，取87.本設(shè)計(jì)中，取，消力池下傾角度取值為，則取取 取 則=16.5/9=1.83所以 (二)、 海漫的布置及構(gòu)造為了

11、使水流更好地?cái)U(kuò)散，海漫在平面上采取向兩側(cè)逐漸擴(kuò)散的布置方式；在立面上，海漫始端做成水平段，后部接以傾斜段，坡度不應(yīng)陡于1：10。海漫所用的材料，前段約1/4左右海漫長(zhǎng)度的范圍內(nèi)，通常采用漿砌石塊，余下的后段，常采用干砌石結(jié)構(gòu)。塊石直徑大于30，其實(shí)厚度為40。海漫段設(shè)計(jì)排水孔，下設(shè)反濾層。三、防沖槽設(shè)計(jì)采用公式： 式中：海漫末端的可能沖刷深度（m）海漫末端的單寬流量(m3/s-m)；河床土質(zhì)的不沖速，查表得0.70m/s(m/s)海漫末端的水深（m）則計(jì)算如下：參照已建水閘工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，防沖槽大多采用寬淺式，其深度一般取1.52.5m，底寬取23倍的深度，上游坡率=23，下游坡率=1.52。

12、本工程取,底寬，上游坡率 =2，下游坡率 =1.5。 第三章 防滲及閘基滲流驗(yàn)算一、驗(yàn)算地基輪廓長(zhǎng)度（一）、采用勃萊公式：其中：水閘的防滲長(zhǎng)度（m）滲徑系數(shù)，有反濾層砂壤土，C=57上、下游水位差（m）計(jì)算 取，則 （二）、地下輪廓線的布置1、鋪蓋長(zhǎng)度，其中，是上下游最大水位差。 鋪蓋厚度0.250.5m，采用混凝土結(jié)構(gòu)，取0.4m。前端設(shè)0.51.0m深齒墻，取0.8m。2、閘室底板長(zhǎng)度，厚度0.51.0m，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，取0.8m。底板上下游端設(shè)齒墻，取0.5m。如圖3-1圖3-1 地下輪廓線布置圖（三）、驗(yàn)算實(shí)際地下輪廓線長(zhǎng)度：將地下輪廓線按實(shí)際尺寸展開，一定要，否則應(yīng)加大實(shí)際地下

13、輪廓線長(zhǎng)度。經(jīng)驗(yàn)算，滿足要求。二、滲流驗(yàn)算按改進(jìn)阻力系數(shù)法及直線比例法進(jìn)行驗(yàn)算，計(jì)算得到各角點(diǎn)的滲透壓力值，列成表格。并計(jì)算底版承受的單寬滲透壓力值及總壓力值。改進(jìn)阻力系數(shù)法計(jì)算步驟如下：（一）、確定地基有效深度當(dāng)時(shí),當(dāng)<5時(shí),式中：，分別為地下輪廓線不透水部分的水平投影長(zhǎng)度和垂直投影長(zhǎng)度（m）。值從地下輪廓的最高點(diǎn)鉛直向下起算，若不透水層的埋深，則用有效深度Te進(jìn)行計(jì)算；若，應(yīng)按實(shí)際透水層深度進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)計(jì)算 則 即用有效深度計(jì)算。（二）、地基分段和阻力系數(shù)計(jì)算先將實(shí)際的地下輪廓進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化，使之成為垂直的和水平的兩個(gè)主要部分。簡(jiǎn)化時(shí)，出口處的齒墻或板樁的入土深度應(yīng)予保留，以便得出實(shí)有

14、的出口坡降。用通過已經(jīng)簡(jiǎn)化了的地下輪廓不透水部分各角點(diǎn)和板樁尖端的等勢(shì)線，將地基分段，一般分為內(nèi)部水平段、內(nèi)部垂直段、進(jìn)口、出口段。個(gè)基本分段的阻力系數(shù)按以下公式計(jì)算。（1） 進(jìn)口、出口段阻力系數(shù)按以下公式計(jì)算 式中 S齒墻或板樁的入土深度（m） T地基有效深度或?qū)嶋H深度（m）（2）內(nèi)部垂直段的阻力系數(shù)的計(jì)算公式為（3）水平段的阻力系數(shù)的計(jì)算公式為 式中 L水平段的長(zhǎng)度（m）； S兩端板樁或齒墻的入土深度（m）表3-1 各典型段阻力系數(shù)計(jì)算表分段編號(hào)分段名稱A進(jìn)口段0.86.00.510.27B內(nèi)部水平段0.80.85.66.81.010.54c內(nèi)部鉛直段0.85.60.140.07d內(nèi)部鉛直

15、段0.55.20.100.05e內(nèi)部水平段0.50.55.25.10.850.45f內(nèi)部鉛直段0.55.20.100.05g出口段0.55.20.490.26圖3-1（三）、求各分段的水頭損失采用公式：其中：總水頭損失，亦即水閘的上下游水位差。（m）計(jì)算結(jié)果見下表所示（m）H1H2H3H4H5H6H7H8171.430.890.810.760.310.260(四)、滲壓水頭分布圖或滲流坡降線各分段的水頭損失求出以后，以滲流出口處開始，逐段向上游累加其水頭損失值，即個(gè)得出相鄰各計(jì)算角點(diǎn)的滲壓水頭值。最后用直線連接各水頭代表線段的端點(diǎn)，就能繪出滲壓分布圖或滲流坡降線。（五）、進(jìn)出口水頭損失的修正當(dāng)

16、進(jìn)出口板樁較短時(shí)，進(jìn)出口處的滲流坡降線將呈急變曲線的形式。為精確計(jì)，應(yīng)進(jìn)行修正。修正計(jì)算式為：式中：按以上諸式算出的進(jìn)出口水頭損失值；（m）修正后的水頭損失值；（m）修正系數(shù)，按計(jì)算其中：底板（包括齒墻）的埋深與板樁入土深度之和；（m）板樁另一側(cè)的地基透水層深度；（m）板樁出口側(cè)地基的透水層深度。（m）當(dāng)計(jì)算的時(shí)，采用。時(shí)，應(yīng)修正，修正后其水頭損失減小值為。解：進(jìn)口段 應(yīng)修正 則修正后其水頭損失減小值為：出口板樁前的水力坡降也隨之變化：應(yīng)修正，修正后其水頭損失減小值為： S/T/hh0/進(jìn)口0.86.00.7920.0560.214出口1.35.20.9790.0550.205出口板樁前的水力

17、坡降變化范圍a可按下式計(jì)算修正時(shí)按原水力坡降線，根據(jù)及值，分別定出點(diǎn)及點(diǎn)，連接，即為修正后的水力坡降線。如下圖修正后各段水頭損失如下表hi/0.2140.5960.070.050.450.1150.2051.7H1H2H3H4H5H6H7H81714860.890.820.770.320.2050修正后的滲壓分布圖（六）、根據(jù)修正后各段水頭損失值，計(jì)算底板上承受的單寬滲透壓力及總壓力值。（七）、逸出坡降的計(jì)算下游出口處的逸出坡降為：式中：出口段水頭損失（m）出口段鉛直長(zhǎng)度(m)解：第四章 結(jié)構(gòu)布置一、 閘敦厚0.5m，高度2.20m，長(zhǎng)度4.0m。閘門位置放在距閘底板前緣2.5m左右。閘門槽深

18、0.1m，寬0.15m。二、 工作橋放在立柱牛腿上，寬0.5m，厚0.25m，長(zhǎng)為8.6m ，布置連續(xù)梁式結(jié)構(gòu)。在高程上同啟閉梁高差0.7m左右。啟閉機(jī)梁立柱橫斷面尺寸，順?biāo)鞣较蛴?.7m，垂直水流方向0.3m，高2.0m左右。啟閉機(jī)梁采用矩形梁，同時(shí)采用兩根，順?biāo)鞣较?.7m，厚0.25m，以連續(xù)梁形式布置。三、 采用手搖式啟閉機(jī)，螺桿式。每臺(tái)啟閉機(jī)重0.5t，即為5KN。四、不設(shè)交通橋。五、閘門采用綱筋混凝土結(jié)構(gòu)。閘底板、閘墩、邊墩、立柱、工作橋、啟閉機(jī)梁等都用鋼筋混凝土材料制成。如圖4-1圖4-1 水閘結(jié)構(gòu)布置示意圖第五章 底板的結(jié)構(gòu)計(jì)算一、計(jì)算各部分自重（1）啟閉機(jī)重：每臺(tái)為5KN

19、，總重 （3個(gè)啟閉機(jī)）（2）啟閉機(jī)梁：總重，每根重G2/2=18.156（KN），每米梁重（3）起閉機(jī)柱總重：（KN）（4）中墩重：每個(gè)重共重KN（5）邊墩重：每個(gè)重共重（6）閘底板重（7）工作橋重（8）閘前底板上水重（9）閘門重二、求地基反力：主要有水閘總重，上游水壓力（閘門關(guān)閉），浮托力，滲透力（閘門關(guān)閉）。（一）、列表計(jì)算垂直力（KN）水平力（KN）力矩（KN·m）啟閉機(jī)重152.537.5啟閉機(jī)梁重36.312.590.78啟閉機(jī)柱重422.5105中墩重210.792.5 526.98邊墩重280.52.55715.28閘底板重950.352.552423.39工作橋重26

20、.881.9 51.07閘前底板水重262.41.25328閘門重522.5130上游水壓力103.380.5758.93浮托力583.772.551488.6滲透壓力198.852.55507.071093.612471.26表5-1 荷載計(jì)算表（二）、求偏心距（m）(三) 求地基反力（KN/m2）三、底板內(nèi)力計(jì)算彈性地基梁法（一）、求不平衡剪力：以閘門為界，將閘室分為上、下游段，美工分別在其中央截取單寬板條進(jìn)行計(jì)算。不平衡剪力列表計(jì)算如下表：結(jié)構(gòu)名稱上游段（KN）下游段（KN）啟閉機(jī)7575啟閉機(jī)梁1815618156啟閉機(jī)柱2121中墩105.4105.4邊墩1402514025閘底板（

21、單寬）22.4522.45工作橋26.88閘門水重（單寬）1666浮托力（單寬）15.6815.68滲透壓力（單寬）16.4310.81地基反力（單寬）17.0234.65不平衡剪力309.17253.62（二）不平衡剪力分配確定截面重心軸位置，如下圖y=Jx=用積分法確定閘墩與底板剪力分配系數(shù): Q1=Q/6Jx×(2d1+2d2)(h1+h2)2(2h1h2) =(309.17/6×8.083)×(2×0.5+2×0.5)(0.2+2)2(2×20.2) =234.49 Q2=Q.L/6Jx×(h3h2)2(2h3+h2

22、) =(309.17×8.3/6×8.083)×(10.2)2(2×1+0.2) =74.50閘墩剪力分配系數(shù):上游=Q1/(Q1+Q2)=0.76=Q2/(Q1+Q2)=0.24則閘墩和底板所受的不平衡剪力按以上分配系數(shù)進(jìn)行分配得:上游閘墩Q1=234.97KN 底板Q2=74.50KN下游同理可得=0.76 =0.24(三)確定彈性地基梁上的荷載(單寬)勻布荷載 q=q1+q2q3q4+Q2/L=22.45+16.6615.6816.43+74.2/8.3=15.94KN/m2每個(gè)中墩上的集中荷載P1為P1=每個(gè)邊墩上的集中荷載P2為P2=(四)底板

23、內(nèi)力計(jì)算梁的柔性指數(shù)tt=10因梁上荷載左右對(duì)稱,只計(jì)算左半梁彎矩（1） 均布荷載的產(chǎn)生彎矩q=15.94kn/m2 M=ql2=15.94×(8.3/2)2=274.53由均布荷載引起的梁內(nèi)各截面彎矩值00103050709100103010100890066003600060M28.2827.7324.4318.129.881.650（2） 由集中力P1=100.9KN產(chǎn)生的的彎矩M=P1L=100.9×8.3/2=418.74P1相對(duì)位置=±1.3/(8.3/2)=0.30.00.10.30.50.70.91.0左邊P10.140.110.070.040.010.000M58.6246.0629.3116.754.1900右邊P10.140.170.250.140.060.010M58.6271.18104.6858.6225.124.190(3)由集中力P2=114.84KN產(chǎn)生的彎矩M=P2L=114.84×8.3/2=476.59P2相對(duì)位置=