水閘綜合水力計算實例

1、水閘水力計算 一、基本資料某平底水閘擔(dān)負(fù)汛期某河部分排洪的任務(wù)。在汛期，當(dāng)鄰閘泄流量達(dá)5000m 3s時，本閘開始泄洪。根據(jù)工程規(guī)劃，進(jìn)行水力計算的有關(guān)資料如下：1水閘寬度設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)(1)設(shè)計洪水流量為1680m 3s，相應(yīng)的上游水位7.18m，下游水位為6.98m；(2)校核洪水流量為l 828m 3s，相應(yīng)的上游水位為7.58m，下游水位為7.28m2消能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)因水閘通過設(shè)計洪水流量時，上下游水位差很小，過閘水流呈淹沒出流狀態(tài)，故不以設(shè)計洪水流量作為消能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)考慮汛期鄰閘泄洪流量為5000m 3s時，本閘開始泄洪，此時上下游水位差最大，可作為消能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)其相應(yīng)的上游水位為5.50m，

2、下游水位為2.50m，并規(guī)定閘門第一次開啟高度m。3閘身穩(wěn)定計算標(biāo)準(zhǔn)(考慮閘門關(guān)閉，上下游水位差最大的情況)(1)設(shè)計情況：上游水位為6.50m，下游水位為-1.20 m：(2)校核情況：上游水位為7.00m，下游水位為-120m。4水閘底板采用倒拱形式，底板前段閘坎用漿砌塊石填平。為了與河底超高相適應(yīng)，閘坎高程定為-1.00m，倒拱底板高程為-1.50m5閘門、閘墩及翼墻型式：閘門為平面閘門，分上下兩扇。閘墩墩頭為尖圓形，墩厚m翼墻為圓弧形，圓弧半徑m6閘址處河道斷面近似為矩形，河寬m7閘基土壤為中等密實枯土8水閘縱剖面團(tuán)及各部分尺寸見圖15.1。二、水力計算任務(wù)：1確定水閘溢流寬度及閘孔數(shù)

3、；2閘下消能計算；3閘基滲流計算三、水力計算：1、確定水閘溢流寬度及閘孔數(shù)平底水閘屬無坎寬頂堰。先判別堰的出流情況。已知設(shè)計洪水流量Q1680m 3s，相應(yīng)的上游水位為7.18m，閘坎高程為-1.00m，則寬頂堰堰上水頭m又知河寬m，則下游水位為6.98m，則下游水面超過堰頂?shù)母叨扔杀?0.9知，為寬頂堰淹沒出流據(jù)堰流基本公式 (10.4)；可得水閘溢流寬度對無坎寬頂堰。取側(cè)收縮系數(shù)。 因流量系數(shù)m和淹沒系數(shù)均與堰寬有關(guān)，必須用試算法求。現(xiàn)設(shè)75m。根據(jù)得。再根據(jù)，由表10.9查得。于是得 假設(shè)與計算值近似相等，故m即為所求每孔閘寬往往決定于閘門形式、閘門啟閉機(jī)的能力及其他具體條件。取每孔間寬

4、6m ，則閘孔數(shù)?，F(xiàn)取，則水閘實際溢流寬度m求通過水閘的實際流量。根據(jù)及由表10.8查得m=0.355。再根據(jù)由表10.9查得。則實際流量 m3 /s 實際流量大于設(shè)計流量，所取值滿足要求再核算所取值能否滿足通過校核流量l 828米秒的要求已知相應(yīng)于校核流量的上游水位為7.58m，則堰上水頭為寬頂堰淹沒出流。按，由表11.9查得，則通過水閘的流量 所取值滿足要求。 決定采用水閘溢流寬度 2、閘下消能計算 根據(jù)本間設(shè)計要求，鬧下消能按上游水位為5.50米，下游水位為2.50米，閘門開啟高度的情況計算 (一)判別屬于堰流或閘孔出流閘上水頭m 由式(10.1)知為閘孔出流 (二)判別屬于自由出流或淹

5、沒出孔流 因閘孔流量為未知，尚無法判別閘孔出流情況，先假設(shè)為自由孔流，算出流量后再行校核。 寬頂堰上平面閘門自由孔流的流量公式(11.21)計算： 已知閘孔寬度；m；先不計，即對底部為銳緣的平面閘門，閘孔流量系數(shù)按式（10.25）計算：以上各值代入流量公式中得 按所得的流量近似值求，再計算流量的較精確值： 故得 所求流量與第一次近似值甚為接近，不必再算。下面校核是否屬于自由出流 按，由表10.11查得銳緣平面閘門的垂向收縮系數(shù)由式(10.29)可得臨界水躍躍后水深 下游水深 因為自由孔流，與原假設(shè)的出流情況相符，所求流是正確的 因為是自由出流，閘下發(fā)生遠(yuǎn)離水躍，需要做消能工，采用消力池。 (三

6、)求消力池深度水閘單寬流量臨界水深 由表10.12查得平底閘平面閘門的流速系數(shù)。按及值，由附錄圖查得 因閘底為倒拱，可利用閘坎后一段長11m的倒拱底板作為消力池的一部分，故以倒拱底板高程-1.5m作為消力池池底高程，即采用池深 (四)求消力池長度l消力池長度按公 因按查得 所以水越長度則池長 采用池長為17m(包括倒拱底板后段11m及底板外另加的6m，見圖151)。 (五)求海漫長度 海漫長度(即躍后保護(hù)段長度)按南京水利科學(xué)研究院的公式計算： 式中上下游水位差m：消力池末端單寬流量可按消力池寬度求得： 對粘性土壤，可取系數(shù). 于是 采用海漫長度為30m。 3、閘基滲流計算 閘基滲流主要是計算

7、滲徑長度和閘底滲流壓強(qiáng)。至于滲流量，因閘基為粘性土壤，滲透性小，且本工程對控制滲流量要求不高，故不必計算。 ()求滲徑長度 滲徑長度應(yīng)能滿足水閘上下游水位差最大時的防滲要求，故按上下游水位差最大的情況來確定。上下游水位差最大的情況為閘身穩(wěn)定計算中的校核情況，相應(yīng)的上游水位為7.0m，下游水位為-1.2m，最大水位差 按水閘結(jié)構(gòu)布置要求，初步擬定閘底輪廓線，再核算滲徑長度是否滿足要求因本閘水位差較大，由結(jié)構(gòu)布置要求確定的閘底長度較短，僅17m，故于底板上游增設(shè)一長25m的鋼筋混凝土防滲鋪蓋，以增加滲徑長度。初步擬定的閘底輪廓線如圖15.1所示為了便于計算，將閘底不透水部分輪廓線的轉(zhuǎn)折點按順序編號

8、，共12點 按防滲要求，閘底不透水部分輪廓線(包括鋼筋混凝土鋪蓋及鋼筋混凝土倒供底板)長度應(yīng)滿足 式中折算滲徑長度，其中閘底鉛直輪廓線(當(dāng)輪廓線與水平線夾角大于或等于45時，按鉛直輪廓計算)長度 水平輪廓線長度 則 上下游水位差8.2m，由表查得中等密實粘土(無反濾層)的滲徑系數(shù)則 因LC0H。閘底輪廓線長度滿足防滲要求。 (二)求閘底滲流壓強(qiáng) 閘底任一點n的滲流壓強(qiáng)pn按式(14.62)計算： 式中n點的水頭Hn。可按n點的折算滲徑長度l1-n求得： n點的位置高度(以下游水面為基準(zhǔn)面向下為正)為 現(xiàn)以點8為例計算該點在校核情況時的滲流壓強(qiáng)點8的折算滲徑長度為 則 按上法求得閘底各點在校核情

9、況時的滲流壓強(qiáng)，列于表15.1對于設(shè)計情況，水位差H65-(-12)77m按同樣方法求得閘底各點在設(shè)計情況時的滲流壓強(qiáng)，列于表15.2.以上所求閘底滲流壓強(qiáng)是進(jìn)行水閘整體穩(wěn)定計算和底板強(qiáng)度計算的主要荷載之一。位置12345680.476.776.073.536.333.1-1.965.885.881.964.9011.7578.4482.5881.8875.4641.2044.85位置12345632.330.56.867.904.210.0011.758.828.8211.7511.752.9444.0539.3215.6816.6515.962.94位置12345675.472.071.469.034.131.0-1