水利設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、黑龍江農(nóng)墾科技職業(yè)學(xué)院2011年5月20日 目 錄1、工程概況31.1 工程概述31.2 水文氣象條件31.3 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件51.4 建筑材料及交通運(yùn)輸61.5 灌溉渠道設(shè)計(jì)成果62、水閘等級劃分和洪水標(biāo)準(zhǔn)72.1 工程等別劃分72.2 建筑物級別劃分72.3 洪水標(biāo)準(zhǔn)83、閘址選擇94、水閘孔口尺寸的確定114.1 閘孔型式選擇114.2 底板型式114.3 閘底板頂面高程的確定114.4 閘門高度的確定114.5 閘墩布置124.6 閘孔總凈寬的計(jì)算124.6.1 總凈寬的試算124.6.2 泄洪能力的校核145、總體布置155.1 樞紐布置155.2 閘室布置155.2.1 布

2、置原則155.2.2 閘頂高程確定155.2.3 底板布置235.2.4 工作橋布置255.2.5 交通橋布置255.3 防滲排水布置255.4 消能防沖布置265.5 兩岸連接布置266、水力設(shè)計(jì)276.1 水閘的消能防沖276.1.1 消力池結(jié)構(gòu)計(jì)算276.1.2 海漫的結(jié)構(gòu)計(jì)算306.1.3 防沖槽316.2 閘門控制方式的擬定317、水閘的防滲設(shè)計(jì)337.1 設(shè)計(jì)任務(wù)337.2 閘基的防滲長度337.3 滲流計(jì)算347.4 濾層設(shè)計(jì)388、閘室穩(wěn)定驗(yàn)算418.1 分析受力情況418.2 閘室的穩(wěn)定性及安全指標(biāo)438.3 穩(wěn)定計(jì)算44491、工程概況1.1 工程概述流沙河樞紐是流沙河上擬

3、建的一座閘樞紐工程，位于沙縣南部，距離市區(qū)10km。流沙河全長139km，流域面積385km2。閘址上游25km處的流沙河上建有綜合利用的東林水利樞紐，其總庫容為1.4億m3,每年下泄水量4.94億m3,其中除工業(yè)用水1.8億m3外，其余全部可供灌溉，為滿足兩岸灌區(qū)取水的要求，擬建流沙河沙縣水閘以抬高河道水位。東林與沙陽閘址之間，河道寬度一般在150300m之間，閘址處的河道寬250m，除沿河因洪水泛濫，地形起伏不平以外，其余大多地勢平坦，南北向地面坡降為1/25001/3500，東西向?yàn)?/20001/4000。閘址上游原有堤防，為了適應(yīng)建閘后上游水位的太高，要求根據(jù)建閘后的上游水位加高堤防

4、。1.2 水文氣象條件(1)、經(jīng)上游的東林水庫調(diào)節(jié)后，沙陽閘址的不同頻率洪峰流量見表1-1，洪水期一般為每年710月。表1-1 流流沙河閘址不同頻率洪峰流量洪水頻率0.1%0.33%0.5%1%2%5%10%25%75%流量（m3/s）20501766166615001333110093366696(2)、閘址的水位流量關(guān)系如下圖所示。圖1-1 流流沙河水閘閘址水位流量關(guān)系曲線(3)、經(jīng)東林水庫調(diào)蓄后，下泄水流含砂量很小，平均含砂量0.55kg/m3。(4)、非汛期重現(xiàn)期10年和15年的流量見表1-2。表1-2 11-6月重現(xiàn)期10年和15年的洪水流量流量11月12月1月2月3月4月5月6月1

5、0年30636317011018028630036015年380316220133280326388430(5)、根據(jù)沙陽站60多年的觀測資料，多年平均氣溫16.8；8月份氣溫最高，月平均30.2，1月份最低，月平均2.2；最高氣溫達(dá)41.5，最低氣溫-8。(6)、多年平均風(fēng)速4.8m/s，汛期多年最大風(fēng)速平均值為12m/s。(7)、根據(jù)沙陽氣象記錄，日降雨量大于5mm的降雨天數(shù)見表1-3。表1-3 各月日降雨量大于5mm的天數(shù)月份123456789101112平均天數(shù)334566988432最多天數(shù)57891011121412866最少天數(shù)0122235432101.3 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條

6、件(1)、閘址地質(zhì)情況系屬第四紀(jì)沉積巖，厚度較大，河床兩岸灘地為粉質(zhì)壤土，厚度15m，河床為礫粗砂，厚度17m，下部為粗砂層，厚度11m，基巖為花崗巖。 沿河一帶地下水埋藏深度隨地形變化，地下水面一般在地表下3m左右。因土質(zhì)透水性較大，地下水位變化受河道水位影響，豐水期河水補(bǔ)給地下水，地下水位增高；枯水期地下水補(bǔ)給河水，地下水位比較低。(2)、地基土壤設(shè)計(jì)指標(biāo)見表1-4。表1-4 地基土壤設(shè)計(jì)指標(biāo)土類指標(biāo) 粗砂礫質(zhì)粗砂中砂粉質(zhì)壤土內(nèi)摩擦角-滲透系數(shù)(cm/s)-空隙比e0.560.58-0.44地基承載力(Mpa)0.30.30.25-變形模量E(Mpa)3040-(3)、回填土可以采用礫質(zhì)中

7、砂、礫質(zhì)粗砂、粗砂回填，其重度、，內(nèi)摩擦角，粘聚力。(4)、混凝土與各種土壤的摩擦系數(shù)見表1-5。表1-5 混凝土與各種土壤的摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)粘土中砂粗砂礫質(zhì)粗砂混凝土0.280.450.480.49(5)、本地區(qū)地震烈度為6度。1.4 建筑材料及交通運(yùn)輸(1)、石料 閘址位于平原地區(qū)，山丘少，石料須從外地運(yùn)來，離閘址20km的陳相山、高子崗兩石料場可供應(yīng)石料，其抗壓強(qiáng)度為30Mpa左右，重度為25.527.47kN/m3左右，石料場距離公路約1km。(2)、混凝土骨料 閘址下游2.54.0km的河灘砂礫石可作混凝土骨料。(3)、土料 閘址上游12km有壤土，其物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)與閘址的粉質(zhì)壤土

8、大體相當(dāng)，數(shù)量月80萬方。(4)、其他水泥、鋼材、木材須由外地購買。(5)、有公路和鐵路從閘址附近經(jīng)過，交通便利。(6)、閘上應(yīng)修交通橋，以供農(nóng)用車輛通過。1.5 灌溉渠道設(shè)計(jì)成果 渠道渠底高程32.0m，最大引水流量：兩個(gè)灌區(qū)引水流量均為8m3/s,灌溉正常擋水位135.50m。2、水閘等級劃分和洪水標(biāo)準(zhǔn)2.1 工程等別劃分水閘的等級劃分是進(jìn)行水閘設(shè)計(jì)的基本前提條件之一，大家可以根據(jù)自己條件查閱水閘設(shè)計(jì)規(guī)范或參考水工建筑物教材進(jìn)行確定。流沙河水閘屬于平原區(qū)的水閘，也可按表2-1進(jìn)行確定。表2-1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(m

9、3/s)50005000-10001000-100100-20<20防護(hù)對象的重要性特別重要重要中等一般-根據(jù)表1-1可以查的流流沙河閘址的最大過閘流量為2050m3/s，由此數(shù)據(jù)查表2-1可知流沙河水閘樞紐工程為等大(2)型水利樞紐。2.2 建筑物級別劃分水閘樞紐中的水工建筑物應(yīng)根據(jù)其所屬樞紐工程的等別、作用和重要性劃分級別，其級別應(yīng)按表2-2確定。表2-2 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(shí)性建筑物級別主要建筑物次要建筑物13423434545555- 由工程等別來確定建筑物的級別，因?yàn)榱魃澈铀l屬于等水利樞紐，所以根據(jù)表2-2可知水閘樞紐中永久建筑物為2級建筑物，次

10、要建筑物為3級建筑物，臨時(shí)性建筑物為4級建筑物。2.3 洪水標(biāo)準(zhǔn) 對于平原區(qū)的水閘，可根據(jù)水利部批準(zhǔn)發(fā)布的規(guī)范SL-2001進(jìn)行確定：平原區(qū)水閘的洪水標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)所在河流流域防洪規(guī)定的防洪任務(wù)，以近期防洪目標(biāo)為主，并考慮遠(yuǎn)景發(fā)展要求，按表2-3所列標(biāo)準(zhǔn)綜合分析確定。表2-3平原區(qū)水閘洪水標(biāo)準(zhǔn)水閘級別12345洪水重現(xiàn)期(年)設(shè)計(jì)100-5050-3030-2020-1010校核300-200200-100100-5050-3030-20 平原地區(qū)水閘閘下消能防沖的洪水標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與該水閘的洪水標(biāo)準(zhǔn)一致，并應(yīng)考慮泄放小于消能防沖設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)的流量時(shí)可能出現(xiàn)的不利情況。 根據(jù)水閘級別為2級，所以對應(yīng)的洪水

11、標(biāo)準(zhǔn)如下，設(shè)計(jì)情況下取50年一遇，校核情況下取100年一遇，根據(jù)表1-1和圖1-1資料可以求出設(shè)計(jì)及校核所對應(yīng)的洪水頻率下相關(guān)的流量和上、下游水位，上游水位是在相對應(yīng)下游水位基礎(chǔ)上加上20cm ，所得結(jié)果如表2-4所示。表2-4 流沙河水閘洪水標(biāo)準(zhǔn)及上、下游水位計(jì)算工況頻率流量(m3/s)下游水位(m)上游水位(m)設(shè)計(jì)洪水2%1333136.14136.24校核洪水1%1500136.40136.60正常蓄水-0135.503、閘址選擇（1）、閘址應(yīng)根據(jù)水閘的功能、特點(diǎn)和運(yùn)用要求，綜合考慮地形、地質(zhì)、水流、潮汐、泥沙、凍土、冰清、施工、管理、周圍環(huán)境等因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后選定。（2）、閘址

12、宜選在地形開闊、岸坡穩(wěn)定、巖土堅(jiān)實(shí)和地下水水位較低的特點(diǎn)。閘址宜優(yōu)先選用地質(zhì)條件良好的天然地基，避免采用人工處理地基。（3）、節(jié)制閘或泄洪閘閘址宜選擇在河道順直、河勢相對穩(wěn)定的河段，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后也可選擇在彎曲河段裁彎取直的新開河道上。（4）、若在多支流匯合口下游河道上建閘，選定的閘址與匯合口之間宜有一定的距離。（5）、若在平原河網(wǎng)地區(qū)交叉河口附近建閘，選定的閘址宜在距離交叉河口較遠(yuǎn)處。（6）、若在鐵路橋或、級公路橋附近建閘，選定的閘址與鐵路橋或、級公路橋的距離不宜太近。（7）、選擇的閘址應(yīng)考慮材料來源、對外交通、施工導(dǎo)流、場地布置、基坑排水、施工水電供應(yīng)等條件。（8）、選擇閘址應(yīng)考慮水閘建

13、成后工程管理維修和防汛搶險(xiǎn)等條件。（9）、選擇閘址還應(yīng)考慮占用土地及拆遷房屋少；盡量利用周圍已有公路、航運(yùn)、動(dòng)力、通信等公用設(shè)施；有利于綠化、凈化、美化環(huán)境和生態(tài)環(huán)境保護(hù)；有利于開展綜合經(jīng)營。本設(shè)計(jì)中流沙河水閘樞紐就是依據(jù)以上的規(guī)定選在合適的位置上，這里不再贅述。4、水閘孔口尺寸的確定4.1 閘孔型式選擇水閘設(shè)計(jì)規(guī)范中閘孔型式有開敞式和封閉式，無胸墻的開敞式水閘超載能力比較強(qiáng)，本閘址地處平原地帶，正常情況下蓄水和泄洪能力要求較高，所以初擬閘孔型式為無胸墻的開敞式水閘。4.2 底板型式水閘設(shè)計(jì)規(guī)范中底板型式有寬頂堰和低實(shí)用堰兩種，寬頂堰是水閘中常見的一種底板型式，它有利于泄洪、沖沙、排冰、通航、

14、雙向過水等，結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，泄流能力比較穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)；由于本設(shè)計(jì)中水閘采用無胸墻的開敞式閘孔，所以底板型式也應(yīng)滿足泄洪能力的要求，所以流沙河水閘的地板型式初步擬定為寬頂堰式。4.3 閘底板頂面高程的確定底板頂面高程與閘承擔(dān)的任務(wù)、泄流或引水流量、上下游水位及河床地質(zhì)條件等因素有關(guān)。在大、中型水閘中，由于閘室工程量占的比重較大，降低底板高程常常是有利的。因?yàn)榱魃澈铀l屬于2級水利建筑物，所以初步擬定水閘的底板高程與河道底部高程一致。4.4 閘門高度的確定水閘設(shè)計(jì)規(guī)范中說明閘門結(jié)構(gòu)的選擇布置應(yīng)根據(jù)其受力情況、控制運(yùn)用要求、制作、運(yùn)輸、安裝、維修條件等，結(jié)合閘室結(jié)構(gòu)布置合理選定。當(dāng)永久縫設(shè)置在閘室

15、底板上時(shí)，宜采用平面閘門，露頂式閘門頂部應(yīng)在可能出現(xiàn)的最高擋水位以上有0.3-0.5m的超高。所以根據(jù)規(guī)范中的說明初步擬定閘門為平板露頂閘門，閘門的高度為正常情況下的最高擋水位加上安全超高，初擬高度為5.5m。4.5 閘墩布置水閘設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定閘墩結(jié)構(gòu)型式應(yīng)根據(jù)閘室結(jié)構(gòu)抗滑穩(wěn)定性和閘墩縱向剛度要求確定，一般宜采用實(shí)體式。閘墩的外輪廓設(shè)計(jì)應(yīng)滿足過閘水流平順、側(cè)向收縮小、過流能力大的要求。上游墩頭可采用半圓式，下游墩頭宜采用矩形。閘墩厚度應(yīng)根據(jù)閘孔孔徑、受力條件、結(jié)構(gòu)構(gòu)造要求和施工方法等確定。平面閘門閘墩門槽處最小厚度不宜小于0.4m，邊墩比縫墩的一半要大點(diǎn)，閘墩厚度d可參考表5-4初步擬定。表5

16、-4 閘墩厚度d參考值閘孔凈寬b0（m）閘墩厚度d（m）中墩縫墩小跨度（3-6）0.5-1.0中跨度（6-12）0.8-1.4大跨度（>12）1.2-2.5平面閘門閘墩厚度決定于工作門槽頸部的厚度和門槽深度。門槽頸部厚度的最小值為0.4m。工作門槽尺寸根據(jù)閘門的尺寸決定，一般工作門槽深為，門槽寬度為，其寬深比一般為。檢修門槽深約為，寬約。檢修門槽至工作門槽的凈距離不宜小于1.5m，以便檢修操作。綜合上述規(guī)定，假設(shè)b0為10m，取中墩厚度為1.2m，高為6m，因?yàn)殚l室底板為分離式，所以不設(shè)置縫墩，邊墩厚度為1.0m，高為6m。上游墩頭采用半圓式，下游墩頭采用流線形。工作門槽初擬深為0.3m

17、，門槽寬度初擬為0.5m，檢修門槽深初擬為0.2m，寬初擬為0.15m。4.6 閘孔總凈寬的計(jì)算4.6.1 總凈寬的試算根據(jù)規(guī)劃的設(shè)計(jì)流量及相應(yīng)的上下游水位、初擬的底板高程和閘孔型式，計(jì)算閘孔總凈寬。結(jié)合本設(shè)計(jì)中水閘為無胸墻的開敞式，所以采用水閘設(shè)計(jì)規(guī)范中的堰流公式來計(jì)算閘孔總凈寬，計(jì)算公式如下所示： (4-1) （4-2） （4-3） （4-4） （4-5）式中 閘孔總凈寬； 設(shè)計(jì)流量； 計(jì)入行進(jìn)流速水頭的堰頂水頭； 重力加速度。 m 堰流流量系數(shù)，可采用0.385； 堰流側(cè)收縮系數(shù)； 閘孔凈寬（m）； 上游河道一半水深處的寬度； N 閘孔數(shù)； 邊閘孔側(cè)收縮系數(shù)； 中閘墩厚度； 中閘孔側(cè)收縮

18、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）； 堰流淹沒系數(shù)； 由堰頂算起的下游水深（m）。在計(jì)算閘孔總凈寬的時(shí)候，首先要進(jìn)行一系列的假設(shè)，例如開始時(shí)要對閘孔總凈寬進(jìn)行一次假設(shè)，最后再由算出的流量進(jìn)行核對，如果滿足設(shè)計(jì)流量要求，說明假設(shè)的總凈寬是正確的，否則要進(jìn)行重新假設(shè)計(jì)算。首先假設(shè)閘孔凈寬為10m一個(gè)，分為17孔，這樣可算得為33.2m。， 行水頭流速為1m/s，這樣可得 ，計(jì)算步驟：1、假設(shè)b0為10m，分為11孔，這樣可以初擬出閘孔總凈寬為110m。2、用公式（4-5）通過excel表格求得；3、用公式（4-4）通過excel表格求得；4、用公式（4-3）通過excel

19、表格求得；5、用公式（4-2）通過excel表格求得；6、用公式（4-1）通過excel表格求得。7、若和比較接近，則采用和的平均值作為閘孔總凈寬，若和相差較大，則跳轉(zhuǎn)到第1步重新假設(shè)計(jì)算，直到和相差不大為止。 經(jīng)多次假設(shè)計(jì)算，結(jié)合施工方便確定最后閘孔凈寬為12m。閘孔總凈寬B0為204m。4.6.2 泄洪能力的校核由第4.6.1節(jié)計(jì)算，閘孔總凈寬204m，單寬12m，閘墩中墩厚度1.2m，邊墩厚度1m，在校核洪水情況下，上游水位136.60m，下游水位136.40m，經(jīng)計(jì)算，此時(shí)水閘泄洪所對應(yīng)的閘門總凈寬120m，小于設(shè)計(jì)時(shí)候過閘的閘門總凈寬，所以初擬閘門的總凈寬為204m是合適的。5、總體

20、布置5.1 樞紐布置水閘的樞紐布置是閘室選定后一個(gè)十分重要的技術(shù)環(huán)節(jié)，關(guān)系到樞紐建成后能否安全運(yùn)行和能否充分發(fā)揮預(yù)期的工程效益，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)引水渠等均已設(shè)計(jì)完成，故只需設(shè)計(jì)布置攔河節(jié)制閘，但該節(jié)制閘同時(shí)兼作泄洪閘。5.2 閘室布置5.2.1 布置原則水閘閘室布置應(yīng)根據(jù)水閘擋水、泄水條件和運(yùn)行要求，結(jié)合考慮地形、地質(zhì)等因素，做到結(jié)構(gòu)安全可靠、布置緊湊合理、施工方便、運(yùn)用靈活、經(jīng)濟(jì)美觀。閘室結(jié)構(gòu)可根據(jù)泄流特點(diǎn)和運(yùn)行要求，選用開敞式、胸墻式、涵洞式或雙層式等結(jié)構(gòu)型式。整個(gè)閘室結(jié)構(gòu)的重心應(yīng)盡可能與閘室底板中心相接近，且偏高水位一側(cè)。閘檻高程較高、擋水高度較小的水閘，可采用開敞式；泄洪閘或分洪閘宜采用

21、開敞式；有排水、過木或通航要求的水閘，應(yīng)采用開敞式。閘檻高程較低、擋水高度較大的水閘，可采用胸墻式或涵洞式；擋水水位高于泄水運(yùn)用水位，或閘上水位變幅較大，且有限制過閘單寬流量要求的水閘，也可采用胸墻式或涵洞式。要求面層溢流和底層泄流的水閘，可采用雙層式；軟弱地基上的水閘，也可采用雙層式。5.2.2 閘頂高程確定水閘閘頂高程應(yīng)根據(jù)擋水和泄水兩種運(yùn)用情況確定。擋水時(shí)，閘頂高程不應(yīng)低于水閘正常蓄水位（或最高擋水位）加波浪計(jì)算高度與相應(yīng)安全超高值之和；泄水時(shí)，閘頂高程不應(yīng)低于設(shè)計(jì)泄洪水位（或校核洪水位）與相應(yīng)安全超高值之和。水閘安全超高下限值見表5-1。表5-1 水閘安全超高下限值（m） 水閘級別運(yùn)用

22、情況1234、5擋水時(shí)正常蓄水位0.70.50.40.3最高擋水位0.50.40.30.2泄水時(shí)設(shè)計(jì)洪水位1.51.00.70.5校核洪水位1.00.70.50.4位于防洪（擋潮）堤上的水閘，其閘頂高程不得低于防洪（擋潮）堤堤頂高程。閘頂高程的確定，還應(yīng)考慮下列因素：軟弱地基上閘基沉降的影響；多泥沙河流上、下游河道變化引起水位升高或降低的影響；防洪（擋潮）堤上水閘兩側(cè)堤頂可能加高的影響等。所以根據(jù)以上信息，若要求的閘頂高程還需要求的水閘上游水面累積頻率為1%時(shí)的波浪高度以及波浪中心線高出水面的高度。由于流沙河水閘地處平原地帶，所以根據(jù)平原地區(qū)波浪的計(jì)算方法，所采用的公式為莆田試驗(yàn)站公式計(jì)算。所

23、需要公式如下所示: （5-1） （5-2） （5-3）對于的深水波，式子（5-3）還可簡寫成： （5-4） （5-5）以上式子中所有字符代表意義如下：平均波高，m計(jì)算風(fēng)速，m/s，在正常運(yùn)用條件下，采用相應(yīng)季節(jié)50年重現(xiàn)期的最大風(fēng)速，在非常運(yùn)用條件下，采用相應(yīng)洪水期多年平均最大風(fēng)速；風(fēng)區(qū)長度（有效吹程），m；沿風(fēng)向兩側(cè)水域較寬時(shí)，采用計(jì)算點(diǎn)至對岸的直線距離，當(dāng)沿風(fēng)向有局部縮窄處寬度B小于12倍計(jì)算波長時(shí)，可采用5B，同時(shí)不小于計(jì)算點(diǎn)至對岸的直線距離；水域平均水深，m；平均波周期，s；重力加速度，9.81m/s2。平均波長，m；累積頻率p%的波高，m；擋水建筑物迎水面前的水深，m；波浪中心線至計(jì)

24、算水位的高度，m。根據(jù)水閘設(shè)計(jì)規(guī)范累計(jì)頻率需根據(jù)水閘的級別加以確定，規(guī)范中根除確定的表格如5-2所示：表5-2 P值水閘級別12345P（%）1251020計(jì)算出的平均要進(jìn)一步換算成實(shí)際的波高，這樣才有實(shí)際參考價(jià)值，水閘設(shè)計(jì)規(guī)范中給出了平均波高相對應(yīng)的實(shí)際波高的表格，先摘錄如表格5-3表5-3 累積頻率為P%的波高與平均波高的比值P%12510200.02.422.231.951.711.430.12.262.091.871.651.410.22.091.961.761.591.370.31.931.821.661.521.340.41.781.681.561.441.300.51.631.5

25、61.461.371.25由于流沙河水閘是用來蓄水灌溉，所以在確定閘頂高程的時(shí)候只需要利用水閘規(guī)范水閘設(shè)計(jì)規(guī)范SL265-2001里面的莆田公式分別計(jì)算出正常蓄水位、設(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位時(shí)所對應(yīng)的閘頂高程，最后在三者中取大值作為閘頂?shù)挠行Ц叱?。下面就要開始對三者所對應(yīng)的閘頂高程進(jìn)行計(jì)算。（1）、正常蓄水位時(shí)：根據(jù)規(guī)范水閘的正常蓄水位時(shí)候的計(jì)算風(fēng)速取汛期多年最大平均風(fēng)速的1.5倍，也就是，資料中給定的最大平均風(fēng)速為12m/s，所以正常蓄水位時(shí)的計(jì)算風(fēng)速為18m/s。風(fēng)區(qū)長度為閘址河寬的5倍，（m），水域平均水深等于正常蓄水位與河底高程的差值及(m）根據(jù)莆田公式計(jì)算如下：平均波長需要進(jìn)行試算，所

26、以這里過程免去結(jié)果如下：由于流沙河水閘屬于2級建筑物，所以對應(yīng)的累計(jì)頻率由表4-2查的為2。根據(jù)表5-3由內(nèi)插法可以求得波高與平均波高的比值為2.13，所以累計(jì)頻率下的實(shí)際波高為波浪中心線至計(jì)算水位的高度需根據(jù)公式5-5進(jìn)行計(jì)算求得，求得結(jié)果如下所示：由表5-1查的水閘正常蓄水位時(shí)的安全超高為0.5m，由以上所求的的和可以確定出閘頂高程為135.5+0.5+0.6+0.13=136.73m。（2）、設(shè)計(jì)洪水位時(shí)：根據(jù)規(guī)范水閘的設(shè)計(jì)洪水位時(shí)候的計(jì)算風(fēng)速取汛期多年最大平均風(fēng)速的1.5倍，也就是，資料中給定的最大平均風(fēng)速為12m/s，所以設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的計(jì)算風(fēng)速為18m/s。風(fēng)區(qū)長度為閘址河寬的5倍，

27、（m），平均水深等于設(shè)計(jì)洪水位與河底高程的差值及(m）根據(jù)莆田公式計(jì)算如下：平均波長需要進(jìn)行試算，所以這里過程免去結(jié)果如下：由于流沙河水閘屬于2級建筑物，所以對應(yīng)的累計(jì)頻率由表5-2查的為2。根據(jù)表5-3由內(nèi)插法可以求得波高與平均波高的比值為2.15，所以累計(jì)頻率下的實(shí)際波高為波浪中心線至計(jì)算水位的高度需根據(jù)公式5-5進(jìn)行計(jì)算求得，求得結(jié)果如下所示：由表5-1查的水閘設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的安全超高為1.0m，由以上所求的的和可以確定出閘頂高程為136.24+1.0+0.62+0.14=138m。（3）、校核洪水位時(shí)：根據(jù)規(guī)范水閘的校核洪水位時(shí)候的計(jì)算風(fēng)速取汛期多年最大平均風(fēng)速，也就是，資料中給定的最大

28、平均風(fēng)速為12m/s，所以校核洪水位時(shí)的計(jì)算風(fēng)速為12m/s。風(fēng)區(qū)長度為閘址河寬的5倍，（m），水域平均水深等于正常蓄水位與河底高程的差值及(m），根據(jù)莆田公式計(jì)算如下：平均波長需要進(jìn)行試算，所以這里過程免去結(jié)果如下：由于流沙河水閘屬于2級建筑物，所以對應(yīng)的累計(jì)頻率由表5-2查的為2。根據(jù)表5-3由內(nèi)插法可以求得波高與平均波高的比值為2.18，所以累計(jì)頻率下的實(shí)際波高為波浪中心線至計(jì)算水位的高度需根據(jù)公式5-5進(jìn)行計(jì)算求得，求得結(jié)果如下所示：由表5-1查的水閘校核洪水位時(shí)的安全超高為0.7m，由以上所求的的和可以確定出閘頂高程為136.60+0.7+0.39+0.09=137.78m。綜合以上

29、三種計(jì)算結(jié)果，取設(shè)計(jì)時(shí)候的閘頂高程為最終計(jì)算結(jié)果，所以初擬閘頂高程為138m。5.2.3 底板布置按閘墩和底板的連接方式，閘底板可分為整體式和分離式兩種。所謂整體式及當(dāng)閘墩與底板澆筑成整體時(shí)，即為整體式底板。它的優(yōu)點(diǎn)是閘孔兩側(cè)閘墩之間不會(huì)產(chǎn)生過大的不均勻沉降，適合于地基承載力較差的土基。整體式底板具有將結(jié)構(gòu)自重和水壓力等荷載傳給地基及防沖、防滲的作用，故底板較厚。所謂分離式底板，當(dāng)閘墩與底板設(shè)縫分開時(shí)，即為分離式底板。閘室上部結(jié)構(gòu)的自重和水壓力直接由閘墩傳給地基，底板僅有防沖、防滲和穩(wěn)定的要求，其厚度可根據(jù)自身穩(wěn)定的要求確定。分離式底板一般適用于地基條件較好的砂土或巖石地基。由于地板較薄，所以

30、工程量較整體式底板節(jié)省。涵洞式水閘不宜采用分離式底板。根據(jù)規(guī)范底板順?biāo)鞣较虻拈L度可以閘室整體抗滑穩(wěn)定和地基允許承載力為原則，同時(shí)滿足上部結(jié)構(gòu)布置要求。水頭愈大，地基條件愈差，則底板愈長。初步擬定時(shí)，對于砂礫石地基可?。?.5-2.0）H（H為上、下游最大水頭差）；砂土和砂壤土地基，?。?.0-2.5）H；黏壤土地基，取（2.0-3.0）H；黏土地基，取（2.5-3.5）H。底板的厚度必須滿足強(qiáng)度和剛度的要求，大中型水閘可取閘孔凈寬的1/6-1/8，一般為1.0-2.0m，最薄不小于0.7m，實(shí)際工程中有0.3m厚小型水閘。底板內(nèi)配置鋼筋，但最大配筋率不宜超過0.3%，否則就不經(jīng)濟(jì)。底板混凝土

31、還應(yīng)滿足強(qiáng)度、抗?jié)B、抗沖等要求，一般選用C15或C20。根據(jù)以上規(guī)定結(jié)合本資料給定的工程地質(zhì)情況，可以了解不經(jīng)到河床為粗礫砂，厚度為17m，下部為粗砂層，厚度11m，基巖為花崗巖。從這些信息可以得知閘址地基良好，所以初擬采用分離式底板，底板順?biāo)鞣较虻拈L度按照規(guī)范中取2.0H，及7.6m。閘底板厚度按照規(guī)范取1.5m。5.2.4 工作橋布置水閘設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定初步擬定橋高時(shí)候，平面閘門可取門高的兩倍再加上的超高值，并滿足閘門能從閘門槽中取出檢修的要求；因?yàn)殚l門已經(jīng)初擬高度為5.5m，所以初擬工作橋的高度為12.2m，工作橋橋面寬為2.5m，厚度為0.2m。工作橋底部有4根梁，梁高為0.5m，梁寬

32、為0.3m，材料為鋼筋混凝土。5.2.5 交通橋布置建造水閘時(shí)，應(yīng)考慮兩側(cè)的交通，以滿足汽車、拖拉機(jī)和行人通過的要求。交通橋一般布置在低水位側(cè)，橋面寬視兩岸交通及防汛搶險(xiǎn)要求確定。初步擬定交通橋橋面寬度為3.5m，厚度為0.3m，橋面底部為3根受力梁，梁高為0.7m，梁寬為0.5m。材料為鋼筋混凝土。5.3 防滲排水布置水閘防滲排水布置應(yīng)根據(jù)閘基地質(zhì)條件和水閘上、下游水位差等因素，結(jié)合閘室、消能防沖和兩岸連接布置進(jìn)行綜合分析確定。閘室上游設(shè)置鋼筋混凝土鋪蓋，鋪蓋長度為上游水頭的3倍，及10m,厚度為0.5m，在與閘底板連接處設(shè)置厚度為1m。規(guī)范中說明,當(dāng)閘基為較薄的砂性土層或砂礫石層，其下臥層

33、為較厚的相對不透水層時(shí)，閘室底板上游端宜設(shè)置截水槽或防滲墻，閘室下游滲流出口處應(yīng)設(shè)濾層。截水槽或防滲墻嵌入相對不透水層深度不應(yīng)小于1.0m。當(dāng)閘基砂礫石層較厚時(shí)，閘室上游可采用鋪蓋和懸掛式防滲墻相結(jié)合的布置形式，閘室下游滲流出口處應(yīng)設(shè)濾層。當(dāng)閘基為較大的砂礫石層或粗礫夾卵石層時(shí)，閘室底板上游端宜設(shè)置深齒墻或深防滲墻，閘室下游滲流出口處應(yīng)設(shè)濾層。本設(shè)計(jì)資料中給出閘址地質(zhì)情況系屬第四季沉積巖，厚度較大，河床兩岸灘地為粉質(zhì)壤土，厚度15m，河床為礫粗砂，厚度為17m，下部為粗砂層，厚度11m，基巖為花崗巖。符合規(guī)范中說明的情況，所以依據(jù)規(guī)范流沙河水閘上游設(shè)置鋼筋混凝土板樁，厚度為0.15m，寬度為0

34、.5m,長度為4m。下游設(shè)置齒墻，深度為1m。關(guān)于排水設(shè)置，根據(jù)水閘設(shè)計(jì)規(guī)范，只在下游護(hù)坦上設(shè)置排水減壓井。排水井的孔徑為0.1m，間距為1m,初步設(shè)置為10排，呈梅花形布置。5.4 消能防沖布置水閘的消能防沖布置應(yīng)根據(jù)閘基地質(zhì)情況、水力條件以及閘門控制運(yùn)用方式等因素，進(jìn)行綜合分析確定。水閘的消能方式一般為底流式消能，平原地區(qū)的水閘，水頭低，下游河床抗沖能力差，所以不采用挑流式消能，大部分采用底流式消能。所以結(jié)合資料給定的信息，流沙河水閘也采用底流式消能，所需設(shè)施為消力池、海漫和防沖槽等。5.5 兩岸連接布置水閘的兩岸連接應(yīng)能保證岸坡穩(wěn)定，改善水閘進(jìn)、出水流條件，提高泄流能力和消能防沖效果，滿

35、足側(cè)向防滲需要，減輕閘室底板邊荷載影響，且有利于環(huán)境綠化等。兩岸連接主要考慮上、下游翼墻的確定，上游翼墻采用圓弧式結(jié)構(gòu)，這樣有利于引進(jìn)水流。下游采用直線式，且每側(cè)擴(kuò)散角為，這樣有利于分散過閘水流使水流速度減緩，保護(hù)下游岸坡。6、水力設(shè)計(jì)6.1 水閘的消能防沖6.1.1 消力池結(jié)構(gòu)計(jì)算（1）、池深的計(jì)算消力池的計(jì)算可按照水閘設(shè)計(jì)規(guī)范中的公式計(jì)算，現(xiàn)把計(jì)算公式羅列如下： （6-1） （6-2） （6-3） （6-4）式中 消力池深度（m）； 水躍淹沒系數(shù)，可采用1.051； 躍后水深（m）； 收縮水深（m）； 水流動(dòng)能校正系數(shù)，可采用； 閘門垂直收縮系數(shù)，可按表6-1查的； 閘門開啟度（m）； 單

36、寬流量（）； 重力加速度； 收縮水深斷面寬度（m）； 躍后水深斷面寬度（m）； 下游水深(m)； 躍后水深與下游水位的落差(m)； 消力池出口的流速系數(shù)，一般取0.95。表6-1 平板閘門垂直收縮系數(shù)0.100.150.200.250.300.350.400.6150.6180.6200.6220.6250.6280.6300.450.500.550.600.650.700.750.6380.6450.6500.6600.6750.6900.705消力池深度計(jì)算時(shí)，首先應(yīng)找出計(jì)算工況，本例中設(shè)計(jì)洪水和校核洪水都是淹沒出流，不需要設(shè)置消力池，只有在正常蓄水情況下，才會(huì)出現(xiàn)躍后水深大于下游水深的情

37、況，因此，正常蓄水情況為水閘消力池計(jì)算的最不利工況。計(jì)算步驟：1、假定一個(gè)閘門開啟數(shù)和閘門開度，然后查表6-1確定垂直收縮系數(shù)；2、根據(jù)式6-3計(jì)算收縮水深；3、根據(jù)式6-2計(jì)算躍后水深；4、根據(jù)式6-4計(jì)算水位差；5、根據(jù)式6-1計(jì)算消力池深。 計(jì)算結(jié)果如表6-2所示：表6-2 消力池深計(jì)算表計(jì)算工況下泄流量Q單寬流量q下游水深(m)收縮水深(m)躍后水深(m)水躍類型水位差(m)消力池深(m)開一孔開度0.5m31.12.590.30.311.95遠(yuǎn)離式1.651.75開度1m62.145.180.80.6232.67遠(yuǎn)離式1.872開度1.5m93.27。771.00.943.18遠(yuǎn)離式

38、2.182.3開度2m124.2710.361.11.2943.52遠(yuǎn)離式2.422.6開度2.5m155.3412.951.41.6953.73遠(yuǎn)離式2.332.5開兩孔開度2.5m310.6812.952.51.6953.73遠(yuǎn)離式1.231.4開三孔開度2.5m466.0212.952.81.6953.73遠(yuǎn)離式0.931.1開四孔開度2.5m621.3612.9531.6953.73遠(yuǎn)離式0.730.9開五孔開度2.5m776.712.953.51.6953.73遠(yuǎn)離式0.230.4開六孔開度2.5m932.0412.953.81.6953.73淹沒式-為了滿足要求初擬消力池深度為2.

39、6m，經(jīng)校核等于1.08，滿足消力池設(shè)計(jì)深度的要求，護(hù)坦厚度初擬為1m。（2）、池長計(jì)算根據(jù)水閘設(shè)計(jì)規(guī)范中的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行消力池池長的計(jì)算，計(jì)算公式如下所示： （6-5） (6-6)式中 消力池長度，m； 消力池斜坡段水平投影長度，m； 水躍長度校正系數(shù)，可采用； 水躍長度，m。根據(jù)上面求得結(jié)果，結(jié)合躍后水深和收縮水深，結(jié)合池長計(jì)算公式，可以求得消力池長度，斜坡段的坡度初擬為1：3，取0.8。6.1.2 海漫的結(jié)構(gòu)計(jì)算水流經(jīng)過消力池消能后，仍有較大的剩余動(dòng)能，紊亂現(xiàn)象也很劇烈，特別是流速分布不均勻，底部流速較大，具有一定的沖刷能力，故在消力池后仍需采用消能防沖加固措施，如海漫和防沖槽。海漫的作用

40、是進(jìn)一步消減水流余能，并調(diào)整流速分布，保護(hù)護(hù)坦和河床的安全，防止沖刷。（1）、海漫的長度海漫的長度取決于消力池出口的單寬流量、上下游水位差、地質(zhì)條件、尾水深度及海漫本身的粗糙程度等因素。根據(jù)可能出現(xiàn)的最不利水位流量組合，可用規(guī)范中公式進(jìn)行估算： (6-5)式中 海漫的長度（m）； 海漫長度計(jì)算系數(shù)，可由表6-2查得； 消力池末端單寬流量，； 消力池泄水時(shí)的上下游水位差，m。表6-2 值河床土質(zhì)粗砂、細(xì)砂中砂、粗砂、粉質(zhì)壤土粉質(zhì)黏土堅(jiān)硬黏土 資料中閘址的地方多為粗砂和細(xì)砂，所以初擬為14，計(jì)算海漫長度時(shí)候也要找出最不利工況下的情況，所以當(dāng)中間閘門開度最大的時(shí)候?yàn)樽畈焕r，此時(shí)單寬流量為12.9

41、5，上下游水位差為2.4m,所以海漫長度根據(jù)公式6-5計(jì)算如下：海漫水平段初擬為10m，水平段后為1：50的斜坡，這樣斜坡長度為54m。這樣可以便于水流均勻擴(kuò)散，加快流速分布，增加水深，減小流速，保護(hù)河床不受沖刷。海漫采用漿砌石材料建造。6.1.3 防沖槽水流經(jīng)過海漫后，能量得到進(jìn)一步消除，但仍具有一定的沖刷能力，下游河床還可能被沖刷，為了保護(hù)海漫，常在海漫末端挖槽拋石加固，形成一道防沖槽，當(dāng)河床沖刷都最大深度時(shí)，海漫仍不被破壞，初步擬定防沖槽的深度為1.5m。6.2 閘門控制方式的擬定閘門的控制運(yùn)用應(yīng)根據(jù)水閘的水力設(shè)計(jì)或水工模型試驗(yàn)成果，規(guī)定閘門的啟閉順序和開度，避免產(chǎn)生集中水流或折沖水流等

42、不良流態(tài)。閘門的控制運(yùn)用方式應(yīng)滿足下列要求：1、閘孔泄水時(shí)，保證在任何情況下水躍均完整地發(fā)生在消力池內(nèi)。2、閘門盡量同時(shí)均勻分級啟閉。如不能全部同時(shí)啟閉，可由中間孔向兩側(cè)分段、分區(qū)或隔孔對稱啟閉，關(guān)閉時(shí)與上述順序相反。3、嚴(yán)格控制始流條件下的閘門開度，避免閘門停留在振動(dòng)較大的開度區(qū)泄水。4、關(guān)閉或減小閘門開度時(shí)，避免閘門下游河道水位降落過快。 7、水閘的防滲設(shè)計(jì)7.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 水閘的防滲排水設(shè)計(jì)的任務(wù)是經(jīng)濟(jì)合理地?cái)M定地下輪廓線的型式和尺寸，采取必要和可靠的防滲排水措施，以消除和減小滲流對水閘的不利影響，保證閘室的抗滑穩(wěn)定、閘基和兩岸的滲透穩(wěn)定。水閘防滲設(shè)計(jì)的一般步驟：（1）、根據(jù)水閘作用水頭

43、的大小、地基地質(zhì)條件和下游排水情況，初步擬定地下輪廓線。（2）、進(jìn)行滲流分析，計(jì)算閘底板滲透壓力，并驗(yàn)算地基土的滲透穩(wěn)定性。（3）、若抗滑穩(wěn)定和滲透穩(wěn)定均滿足要求，即可采用初擬的地下輪廓線，否則，應(yīng)重新修改地下輪廓線。7.2 閘基的防滲長度在工程規(guī)劃和可行性研究階段，初步擬定的閘基防滲長度應(yīng)滿足下式要求： (7-1）式中 閘基的防滲長度，即閘基輪廓線防滲部分水平段和垂直段長度的總和，m； 允許滲徑系數(shù)值，見表7-1； 上下游水位差，m。表7-1 允許滲徑系數(shù)值C 地 基 類 型排水條件粉砂細(xì)砂中砂粗砂中礫和細(xì)礫粗礫和夾卵石輕粉質(zhì)砂壤土輕砂壤土壤土黏土有濾層無濾層-根據(jù)資料中閘基地質(zhì)為粗礫，所以

44、選取C為3，在正常擋水時(shí)候，下游沒水，此時(shí)閘基處于最不利工況，所以此時(shí)的初擬防滲長度經(jīng)公式7-1所得：7.3 滲流計(jì)算閘基滲流計(jì)算的目的是計(jì)算閘底板及護(hù)坦的滲透壓力和滲透坡降，并判定初擬地下輪廓線是否滿足抗滑穩(wěn)定和滲透穩(wěn)定的要求。否則，地下輪廓線要重新修改。常用的計(jì)算方法有流網(wǎng)法、直線法、改進(jìn)阻力系數(shù)法、有限元法和電擬試驗(yàn)法。這里采用改進(jìn)阻力系數(shù)法進(jìn)行滲流計(jì)算。計(jì)算步驟:(1)、確定地基計(jì)算深度。在相對不透水層較深時(shí)，須用有效深度作為計(jì)算深度。當(dāng)時(shí)，（7-2），當(dāng)時(shí)，（7-3）。式中 地下輪廓線水平投影長度，m； 地下輪廓線垂直投影長度，m。算出有效深度后，再與相對不透水層的實(shí)際深度相比較，應(yīng)

45、取其中較小的值作為計(jì)算深度。（2）、按地下輪廓線形狀將滲流區(qū)分成若干個(gè)典型滲流區(qū)域，計(jì)算各段的水頭損失和各拐點(diǎn)的滲壓水頭。所用公式如下：1、進(jìn)出口段 （7-4）2、內(nèi)部垂直段 （7-5）3、內(nèi)部水平段 （7-6）式中 進(jìn)出口段的阻力系數(shù)； 板樁或齒墻的入土深度，m； 地基透水層深度，m； 內(nèi)部垂直段的阻力系數(shù)； 內(nèi)部水平段的阻力系數(shù)，當(dāng)小于0時(shí)，取； 內(nèi)部水平段長度，m； 水平兩端板樁或齒墻的入土深度，m。（3）、用直線連接相鄰拐點(diǎn)的滲壓水頭，即畫出了滲透壓強(qiáng)分布圖。（4）、對進(jìn)出口段水頭損失進(jìn)行局部修正。一般情況下，僅在未修正前進(jìn)出口滲透坡降不滿足時(shí)才進(jìn)行修正。流沙河水閘滲流計(jì)算圖7-1如下

46、：圖7-1 滲流計(jì)算簡圖第一步：簡化地下輪廓線。為了便于計(jì)算將復(fù)雜的地下輪廓線進(jìn)行簡化，由于鋪蓋頭部及底板上下游兩端的齒墻均較淺，可以簡化為板樁。第二步：確定地基的有效深度。由地下輪廓線簡化圖7-1可知，。，所以。第三步：滲流區(qū)域的分段和阻力系數(shù)的計(jì)算。從各拐點(diǎn)引等勢線，將滲流區(qū)域分為8個(gè)典型段，、為進(jìn)出口段，、為內(nèi)部垂直段，、為內(nèi)部水平段。 （ 2.76 （）（） （） （）（） （） （）13.7第四步：計(jì)算滲透壓力。1、各段水頭損失的計(jì)算。0.13； 0.77； 0.14； 0.86； 0.83； 0.16； 0.78； 0.132、進(jìn)出口水頭損失的修正。進(jìn)出口損失的修正系數(shù)：0.66<1.0（）0.09進(jìn)口： 0.040.81出口段修正系數(shù)：0.73<1.0（）0.090.823、計(jì)算拐點(diǎn)的滲壓水頭。3.712.92.76； 1.9； 1.07； 0.91； 0.13； 0