攔河閘課程設(shè)計

1、1、項目基本資料1.1工程概況中原攔河閘位于河南省某縣境內(nèi)，閘址位于淮河某支流上。流域面積2234kn2,流域內(nèi)耕地面積288萬畝。農(nóng)作物以種植小麥、棉花。經(jīng)濟作物為主，河流平均縱坡1/62000該地區(qū)為淺層地下水貧水區(qū)，要解決流域內(nèi)農(nóng)田的灌溉問題，需要攔蓄地面徑流。故在河流適當(dāng)位置修建攔河閘。本工程投入使用后，在正常高水位時可蓄水2230萬吊，灌溉45萬畝農(nóng)田：即上游5個縣25個鄉(xiāng)已建成提灌站42處，有效灌溉面積25萬畝；在攔河閘上游分出南干渠、北干渠，配支干23條，修建各類渠系建筑物1230座，可自流灌溉下游三縣20萬畝農(nóng)田，說明攔蓄水源充沛可靠，效益較大。1.2地質(zhì)資料(1)根據(jù)地質(zhì)鉆探

2、資料，閘址附近地層為中粉質(zhì)壤土，厚度約253其下為不透水層。此壤土的物理力學(xué)性質(zhì)如下：土壤濕重度7=20.2kN/m3;土壤干重度?干=16.0kN/m3;土壤飽和重度飽=22.2kN/m3;土壤浮重度7浮=12.2kN/m3;自然含水量狀態(tài)下土壤內(nèi)摩擦角中自=23°飽和含水量狀態(tài)下土壤內(nèi)摩擦角中飽=20°2土壤凝聚力C=0.1kN/m；地基允許承載力P地基L150kPa；混凝土、砌石與土基摩擦系數(shù)按f=0.36計；地基應(yīng)力的不均勻系數(shù)取也=1.52.0;滲透系數(shù)取K=9.29M0-3cm/s。(2)本區(qū)域地震設(shè)防烈度為6度。1.3 水文氣象(1)氣溫。本地區(qū)年最高氣溫42

3、C,最低氣溫為-18C；(2)風(fēng)速。最大風(fēng)速v=20m/s,吹程D=0.6km；(3)降雨量。非汛期(16月及1012月)九個月河流平均最大流量Q=10m3/s；汛期(79月)三個月最大流量Q為130m3/s。年平均最大流量Q=36.1m3/s,最大年徑流總量為9.25億m3年平均最小流量Q=15.6m3/s,最小年徑流總量為0.42億m3(4)冰凍。流域內(nèi)冰凍時間短，凍土很薄，不影響施工。1.4 建筑材料本工程位于平原地區(qū)、山丘少，石料需從外地供給、距京廣線很近，交通條件較好；經(jīng)調(diào)查本地區(qū)附近有較豐富的粘土材料；閘址處有足夠多的砂料。1.5 批準(zhǔn)的規(guī)劃成果(1)灌溉用水季節(jié)，攔河閘的正常擋水

4、位為58.72m,下游無水。(2)洪水標(biāo)準(zhǔn)。1)設(shè)計洪水位50年一遇，相應(yīng)的洪峰流量1144.45m3/s,閘上游的洪水位為59.50m,相應(yīng)的下游水位59.35m；2)校核洪水位為200年一遇，相應(yīng)的洪峰流量Q=1642.35r3Vs,閘上游洪水位61.00m,閘下狀字水位60.82m。閘后交通橋凈寬取4.50m或7.00m,兩邊各設(shè)寬0.25m或0.50m的人行道。3)施工導(dǎo)流采用20年一遇洪水，相應(yīng)的洪峰為169riVs。(3)河道斷面。河道橫斷面為梯形，邊坡為1:2,馬道寬取6.00m橫斷面形狀如下圖所示糙率河床0.0225碗0.03寸.92FTi1.6 施工條件(1)工期：要求在兩年

5、內(nèi)完成。(2)電源：由電網(wǎng)供電、工地距電網(wǎng)10km主要從外地用鐵路運至40km(3)材料供應(yīng)：三材統(tǒng)一安排，本地區(qū)無石料及水泥,本工程所屬城市，共350km再用汽車轉(zhuǎn)運到工地，運距2、閘址選擇及水閘等級確定2.1 閘址的選擇閘址、閘軸線的選擇關(guān)系到工程的安全可靠、施工難易、操作運用、工程量及投資大小等方面的問題。閘址應(yīng)根據(jù)水閘的功能，特點和運用要求，綜合考慮地形，地質(zhì)，水流，潮汐，泥沙，凍土，冰情，施工，管理，周圍環(huán)境等因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較后選定。閘址宜選擇在地形開闊、岸頗穩(wěn)定、巖土堅實和地下水位較底的地點，優(yōu)先選用地址條件良好的天然地基，避免采用人工處理地基。若在交叉河口附近建閘，選定的閘址

6、宜在距離交叉河口較遠(yuǎn)處。攔河閘應(yīng)選擇在河道順直，河勢相對穩(wěn)定和河床斷面單一的河段，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較后也可選擇在彎曲河段裁彎取直的新開河道上。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。選擇閘址還應(yīng)考慮下列要求：占用土地及拆遷房屋少；盡量利用周圍已有公路，航運,動力，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；有利于開展綜合經(jīng)營。本設(shè)計閘址、閘軸線選在地形高程61.5m處，規(guī)劃中已給出。2.2 水閘等級確定(1)平原區(qū)水閘樞紐工程應(yīng)根據(jù)水閘最大過閘流量及其防護對象的重要性劃分等別，其等別應(yīng)按表2.1.1確定。規(guī)模巨大或在國民經(jīng)濟中占有特殊重要地位的水閘樞紐工程，

7、其等別應(yīng)經(jīng)論證后報主管部門批準(zhǔn)確定。注：當(dāng)按表列最大過閘流量及防護對象重要性分別確定的等別不同時，工程等別應(yīng)經(jīng)綜合分析確定表2.1.1平原區(qū)水閘樞紐工程分等指標(biāo)工程等別IRmIVV規(guī)模大型大型州小(1)型小型最大過閘流量(m3/s)>500050001000100010010020<20防護對象的重要性特別重要重要中等-(2)水閘樞紐中的水工建筑物應(yīng)根據(jù)其所屬樞紐工程等別，作用和重要性劃分級別，其級別應(yīng)按表2.1.2確定。注：永久性建筑物指樞紐工程運行期間使用的建筑物.主要建筑物指失事后將造成下游災(zāi)害或嚴(yán)重影響工程效益的建筑物.次要建筑物指失事后不致造成下游災(zāi)害或?qū)こ绦б嬗绊懖淮?/p>

8、并易于修復(fù)的建筑物.臨時性建筑物指樞紐工程施工期間使用的建筑物。表2.1.2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性建筑物級別主要建筑物次要建筑物I134R234m345IV455V55-(3)山區(qū)，丘陵區(qū)水利水電樞紐中的水閘，其級別可根據(jù)所屬樞紐工程的等別及水閘自身的重要性按表2.1.2確定.山區(qū)，丘陵區(qū)水利水電樞紐工程等別應(yīng)按國家現(xiàn)行的水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)(SL252-2000)的規(guī)定確定。(4)灌排渠系上的水閘，其級別可按現(xiàn)行的GB50288-99灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范的規(guī)定確定(5)位于防洪(擋潮)堤上的水閘，其級別不得低于防洪(擋潮)堤的級別。(6)對失事后造成

9、巨大損失或嚴(yán)重影響，或采用實踐經(jīng)驗較少的新型結(jié)構(gòu)的25級主要建筑物，經(jīng)論證并報主管部門批準(zhǔn)后可提高一級設(shè)計；對失事后造成損失不大或影響較小的14級主要建筑物，經(jīng)論證并報主管部門批準(zhǔn)后可降低一級設(shè)計。由于本工程位于平原地區(qū)，所以水閘等級可根據(jù)表2.1.1來確定。本工程最大過閘流量在10005000m3/s區(qū)間，所以此水閘規(guī)模為大(2)型，工程等別為II級。2.3洪水標(biāo)準(zhǔn)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)劃規(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2.2.1所列標(biāo)準(zhǔn)綜合分析確定.表2.2.1平原區(qū)水閘洪水標(biāo)準(zhǔn)水閘級別12345洪水重現(xiàn)期(a)設(shè)計1005050303

10、020201010校核3002002001001005050303020由于水閘等級為2級，則可確定設(shè)計洪水重現(xiàn)期在3050年，校核洪水重現(xiàn)期在100200年。根據(jù)批準(zhǔn)的規(guī)劃成果可知，本水閘的設(shè)計洪水位50年一遇，相應(yīng)的洪峰流量1144.45m3/s,閘上游的洪水位為59.50m,相應(yīng)的下游水位59.35m；校核洪水位為200年一遇，相應(yīng)的洪峰流量Q=1642.35m3/s,閘上游洪水位61.00m,閘下游水位60.82m。平原區(qū)水閘閘下消能防沖的洪水標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與該水閘洪水標(biāo)準(zhǔn)一致，并應(yīng)考慮泄放小于消能防沖設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)的流量時可能出現(xiàn)的不利情況。3、閘孔形式選擇及閘底板高程確定3.1 閘孔形式選擇

11、閘孔形式一般有寬頂堰型、低實用堰型和胸墻孔口型三種。由于本工程是攔河閘，若采用低實用堰易淤沙。若采用胸墻孔口型易對泄洪有影響。故采用了有結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、泄流能力比較穩(wěn)定，有利于泄洪、沖沙、排淤等優(yōu)點的寬頂堰型。3.2 閘底板高程確定閘底板高程的確定，不僅對閘孔的型式、尺寸和閘室的穩(wěn)定有著決定性的影響。而且直接關(guān)系到整個水閘工程的工程量和造價。閘底板高程應(yīng)根據(jù)河（渠）底高程，水流，泥沙，閘址地形，地質(zhì)，閘的施工，運行等條件，結(jié)合選用的堰型，門型及閘孔總凈寬等，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較確定.由于河槽蓄水，閘前淤積對洪水位影響較大，為排于排除淤沙。閘底板高程應(yīng)盡可能低。因此，采用無底坎平底板寬頂堰，堰頂高

12、程與河床同高，即閘底板高程為51.92m。4、閘室布置4.1 閘底板4.1.1 作用閘底板是閘室的基礎(chǔ)，承受閘室及上部結(jié)構(gòu)的全部荷載，并較均勻地傳給地基，還有防沖、防滲等作用。4.1.2 形式閘室底板型式應(yīng)根據(jù)地基，泄流等條件選用平底板，低堰底板或折線底板。(1) 一般情況下，閘室底板宜采用平底板；在松軟地基上且荷載較大時，也可采用箱式平底板.(2)當(dāng)需要限制單寬流量而閘底建基高程不能抬高，或因地基表層松軟需要降低閘底建基高程，或在多泥沙河流上有攔沙要求時，可采用低堰底板。(3)在堅實或中等堅實地基上，當(dāng)閘室高度不大，但上，下游河(渠)底高差較大時，可采用折線底板，其后部可作為消力池的一部分。

13、本工程閘底板型式選用平底板，沉陷縫設(shè)在閘墩中間。4.1.3 底板順?biāo)鞣较蜷L度閘室底板順?biāo)飨蜷L度應(yīng)根據(jù)閘室地基條件和結(jié)構(gòu)布置要求，以滿足閘室整體穩(wěn)定和地基允許承載力為原則，進行綜合分析確定。閘底板順?biāo)鞣较蜷L度，據(jù)閘基土質(zhì)為重粉質(zhì)壤土，A取2.0,按式：L底=AXH=2X6.8=13.6(m)綜合考慮上部結(jié)構(gòu)布置及地基承載力等要求，確定閘基長度為18m4.1.4 底板分段閘室結(jié)構(gòu)垂直水流向分段長度(即順?biāo)飨蛴谰每p的縫距)應(yīng)根據(jù)閘室地基條件和結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點，結(jié)合考慮采用的施工方法和措施確定.對堅實地基上或采用樁基的水閘，可在閘室底板上或閘墩中間設(shè)縫分段；對軟弱地基上或地震區(qū)的水閘，宜在閘墩中間

14、設(shè)縫分段.巖基上的分段長度不宜超過20m,土基上的分段長度不宜超過35m.當(dāng)分段長度超過本條規(guī)定數(shù)值時，宜作技術(shù)論證.永久縫的構(gòu)造型式可采用鉛直貫通縫，斜搭接縫或齒形搭接縫，縫寬可采用23cm.本工程在閘墩中間設(shè)縫，縫寬為2cm,4.1.5 底板厚度閘室底板厚度應(yīng)根據(jù)閘室地基條件，作用荷載及閘孔凈寬等因素，經(jīng)計算并結(jié)合構(gòu)造要求確定.閘底板厚度為：t=1/5>9=1.8(m),實際取1.5m.閘底板尺寸圖(單位：cm)4.2 閘墩4.2.1 作用分隔閘孔并支承閘門、工作橋等上部結(jié)構(gòu)，使水流順利地通過閘室。4.2.2 長度其長度采用與底板同長，為18m4.2.3 厚度閘墩厚度應(yīng)根據(jù)閘孔孔徑，

15、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.中墩1.2m,縫墩1.6m,邊墩1.0m。平面閘門的門槽尺寸應(yīng)根據(jù)閘門的尺寸確定，檢修門槽深0.20m,寬0.20m,主門槽深0.3m,寬0.8m。檢修門槽與工作門槽之間留3.0m的凈寬，以便于工作人員檢修。4.2.4 閘墩結(jié)構(gòu)型式閘墩結(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，一般宜采用實體式。4.2.5 閘墩外形輪廓閘墩的外形輪廓設(shè)計應(yīng)能滿足過閘水流平順、側(cè)向收縮小、過流能力大的要求。上游墩頭采用半圓形，下游墩頭采用流線形。4.2.6 閘墩高度采用以下三種方法計算，取較大值。根據(jù)計算墩高最大值為

16、9.58m,另根據(jù)水閘設(shè)計規(guī)范中規(guī)定，有防洪任務(wù)的攔河閘閘墩高程不低于兩岸堤頂高程，兩岸堤頂高程為61.50m,經(jīng)比較后取閘墩高程10mH墩二校核洪水位時水深+安全超高=9.08+0.4=9.48(MH墩=設(shè)計洪水位時水深+安全超高=7.58+0.5=8.08(MH墩=正常擋水位時水深+Ah=6.8+0.98=7.78(M式中，Ah為波浪高度，縫墩尺寸見下圖：垂直止水/oo-J0廠44n|口口無口匚2。804.3 閘門與啟閉機閘門按工作性質(zhì)可分為工作閘門、事故閘門和檢修閘門；按材料分為鋼閘門、混凝土閘門和鋼絲網(wǎng)水泥閘門；按結(jié)構(gòu)分為平面閘門、弧形閘門等。啟閉機可分為固定式和移動式兩種，常用固定式

17、啟閉機有卷揚式、螺桿式和油壓式。卷揚式啟閉機啟閉能力較大，操作靈便，啟閉速度快，但造價高。螺桿式啟閉機簡便、廉價，適用于小型工程、水壓力較大、門重不足的情況等。油壓式啟閉機是利用油泵產(chǎn)生的液壓傳動，可用較小的動力獲的很大啟閉力，但造價較高。在有防洪要求的水閘中，一般要求啟閉機迅速可靠，能夠多孔同步開啟，這里采用卷揚式啟閉機，一門一機。4.3.1 工作閘門閘門結(jié)構(gòu)的選型布置應(yīng)根據(jù)其受力情況，控制運用要求，制作，運輸，安裝，維修條件等，結(jié)合閘室結(jié)構(gòu)布置合理選定。(1)擋水高度和閘孔孔徑均較大，需由閘門控制泄水的水閘宜采用弧形閘門。(2)當(dāng)永久縫設(shè)置在閘室底板上時，宜采用平面閘門；如采用弧形閘門時，

18、必須考慮閘墩間可能產(chǎn)生的不均勻沉降對閘門強度，止水和啟閉的影響。(3)受涌浪或風(fēng)浪沖擊力較大的擋潮閘，宜采用平面閘門，且閘門面板宜布置在迎潮側(cè)。(4)有排冰或過木要求的水閘，宜采用平面閘門或下臥式弧形閘門；多泥沙河流上的水閘，不宜采用下臥式弧形閘門。(5)有通航或抗震要求的水閘，宜采用升臥式平面閘門或雙扉式平面閘門。本工程工作閘門基本尺寸為閘門高9m寬9m,采用平面鋼閘門，雙吊點，滾輪支承。1.1.2 檢修閘門檢修閘門多采用平面閘門或疊梁式閘門。本工程檢修閘門采用疊梁式，閘門槽深為20cm寬為20cm檢修閘門型式如下圖所示：1.1.3 啟閉機啟閉機型式可根據(jù)門型，尺寸及其運用條件等因素選定.選

19、用啟閉機的啟閉力應(yīng)等于或大于計算啟閉力，同時應(yīng)符合國家現(xiàn)行的SL41-93水利水電工程啟閉機設(shè)計規(guī)范所規(guī)定的啟閉機系列標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)多孔閘門啟閉頻繁或要求短時間內(nèi)全部均勻開啟時，每孔應(yīng)設(shè)一臺固定式啟閉機。根據(jù)水工設(shè)計手冊，平面直升綱閘門結(jié)構(gòu)活動部分重量公式，經(jīng)過計算得16.9t,考慮其他因素取閘門自重170kNoG=0.012k支k材465b1.85G閘門結(jié)構(gòu)活動部分重量，t;k支一閘門的支承結(jié)構(gòu)特征系數(shù)，對于滑動式支承取0.8,對于滾輪式支承取1.0,對于臺式支承取1.3;k材一閘門材料系數(shù)，普通碳素結(jié)構(gòu)剛制成的閘門為1.0,低合金結(jié)構(gòu)支承的閘門取0.8;H1孔口高度，取9mB一孔口寬度，取8m初

20、估閘門啟閉機的啟閉力。根據(jù)水工設(shè)計手冊中的近似公式：FgF(0.100.12)P+1.2G=0.10X1850+1.2X170=389(KN)F=(0.100.12)P-1.2G=0.10X18501.2X170=-19(KN式中P一平面閘門的總水壓力，KNP=1/2rh2b;Fq一啟門力,KNF閉門力,KN由于閘門關(guān)閉擋水時，水壓力P值最大。此時閘門前水位為6.8m,本工程為中型水閘，系數(shù)采用0.10,經(jīng)計算啟門力Fq為389kN,閉門力Fw為-19kN。查水工設(shè)計手冊，選用電動卷揚式起閉機型號QPQ-2X25。4.4 上部結(jié)構(gòu)閘室上部工作橋、檢修便橋、交通橋可根據(jù)閘孔孔徑，閘門啟閉機型式及

21、容量，設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)等分別選用板式，梁板式或板拱式，具與閘墩的連接型式應(yīng)與底板分縫位置及胸墻支承型式統(tǒng)一考慮。有條件時，可采用預(yù)制構(gòu)件，現(xiàn)場吊裝。工作橋的支承結(jié)構(gòu)可根據(jù)其高度及縱向剛度選用實體式或剛架式。工作橋，檢修便橋和交通橋的梁(板)底高程均應(yīng)高出最高洪水位0.5m以上；若有流冰，應(yīng)高出流冰面以上0.2m。4.4.1 工作橋工作橋是為了安裝啟閉機和便于工作人員操作而設(shè)的橋。若工作橋較高，可在閘墩上部設(shè)排架支承。工作橋設(shè)置高程與閘門尺寸及形式有關(guān)。由于是平面鋼閘門,采用固定式卷揚啟閉機，閘門提升后不能影響泄放最大流量，并留有一定的富裕度。根據(jù)工作需要和設(shè)計規(guī)范，工作橋設(shè)在工作閘門的正上方，用排

22、架支承工作橋，橋上設(shè)置啟閉機房。由啟閉機的型號決定基座寬度為2m,啟閉機旁白過道設(shè)為1m啟閉機房采用24磚砌墻，墻外設(shè)0.66m的陽臺。因此，工作橋的總寬度為6m由于工作橋在排架上，確定排架的高度即可得到工作橋高程。排架高度=閘門高+安全超高+吊耳高度=9+0.4+0.5=9.9(m)工作橋高程=閘墩高程+#架高+T形梁高=61.92+9.9+1=72.82(m)工作橋細(xì)部構(gòu)造見下圖：4.4.2 檢修橋檢修橋的作用為放置檢修閘門，觀測上游水流情況，設(shè)置在閘墩的上游端。采用預(yù)制T形梁和活蓋板形式。尺寸如下圖所示。4.4.3 交通橋交通橋的作用是連接兩岸交通，供車輛和人通行。交通橋的形式可采用板梁

23、式。交通橋的位置應(yīng)根據(jù)閘室穩(wěn)定及兩岸連接等條件確定，布置在下游。僅供人畜通行用的交通橋，具寬度不小于3m行駛汽車等的交通橋，應(yīng)按交通部門制定的規(guī)范進行設(shè)計，一般公路單車道靜寬為4.5m,雙車道為7-9m。本次設(shè)計采用雙車道寬8m寬,并設(shè)有人行道安全帶為0.75m,具體尺寸如圖4-3所示4.5 兩岸連接建筑物布置水閘兩岸連接應(yīng)能保證岸坡穩(wěn)定，改善水閘進，出水流條件，提高泄流能力和消能防沖效果，滿足側(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。兩岸連接布置應(yīng)與閘室布置相適應(yīng)。水閘兩岸連接宜采用直墻式結(jié)構(gòu)；當(dāng)水閘上，下游水位差不大時，也可采用斜坡式結(jié)構(gòu)，但應(yīng)考慮防滲，防沖和防凍等問題。在

24、堅實或中等堅實的地基上，岸墻和翼墻可采用重力式或扶壁式結(jié)構(gòu)；在松軟地基上，宜采用空箱式結(jié)構(gòu)。岸墻與邊閘墩的結(jié)合或分離，應(yīng)根據(jù)閘室結(jié)構(gòu)和地基條件等因素確定。當(dāng)閘室兩側(cè)需設(shè)置岸墻時，若閘室在閘墩中間設(shè)縫分段，岸墻宜與邊閘墩分開；若閘室在閘底板上設(shè)縫分段，岸墻可兼作邊閘墩，并可做成空箱式.對于閘孔孔數(shù)較少，不設(shè)永久縫的非開敞式閘室結(jié)構(gòu)，也可以邊閘墩代替岸墻。上，下游翼墻宜與閘室及兩岸岸坡平順連接。上游翼墻的平面布置宜采用圓弧式或橢圓弧式，下游翼墻的平面布置宜采用圓弧（或橢圓?。┡c直線組合式或折線式。在堅硬的粘性土和巖石地基上，上，下游翼墻可采用扭曲面與岸坡連接的型式。上游翼墻順?biāo)飨虻耐队伴L度應(yīng)大于

25、或等于鋪蓋長度。下游翼墻的平均擴散角每側(cè)宜采用7。12。，其順?biāo)飨虻耐队伴L度應(yīng)大于或等于消力池長度。在有側(cè)向防滲要求的條件下，上，下游翼墻的墻頂高程應(yīng)分別高于上，下游最不利的運用水位。翼墻分段長度應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)和地基條件確定.建筑在堅實或中等堅實地基上的翼墻分段長度可采用1520m建筑在松軟地基或回填土上的翼墻分段長度可適當(dāng)減短。4.5.1上、下游連接建筑物的作用擋住兩側(cè)填土，維持土壩及兩岸穩(wěn)定；當(dāng)水閘泄水或引水時，上游翼墻主要用于引導(dǎo)水流平順進閘，下游翼墻使出閘水流均勻擴散，減少沖刷；保持兩岸或土壩邊坡不受過閘水流的沖刷；控制通過閘身兩側(cè)的滲流，防止與其相連的岸坡或土壩產(chǎn)生滲透變形；在柔軟地基

26、上設(shè)有獨立岸墻時，可以減少地基沉降對閘身應(yīng)力的影響。4.5.1 上游連接建筑物本次設(shè)計的上游連接建筑物采用圓弧式翼墻，這種布置是從邊墩開始，上游用圓弧行的鉛直翼墻與河岸連接，上游圓弧半徑為20m其優(yōu)點是水流條件好，但模板用量大，施工復(fù)雜。上游段采用的擋土墻形式有扶墻式和重力式兩種。從閘室向上游岸坡連接時，先采用扶墻式，擋翼墻插入岸體一定深度時，再采用重力式擋土墻。具體構(gòu)造如下圖所示：0.54.5.2 下游連接建筑物本次設(shè)計的下游連接建筑物采用鉛直的八字形翼墻，其擴散角采用7。，直到消力池末端，當(dāng)進入海漫后采用扭曲面與下游兩岸連接。下游連接建筑物采用懸臂式擋土墻來擋土。具體構(gòu)造如下圖所示：4.5

27、.3 閘室與岸坡連接建筑物閘室邊墩后采用空箱式擋土墻，上邊建有橋頭堡，橋頭堡的墻盡量坐在空箱式擋土墻的豎墻上，用來承載一定的重量，空箱式擋土墻的具體構(gòu)造如上圖所示。5、閘孔尺寸確定5.1 閘室、閘孔形式5.1.1 閘室結(jié)構(gòu)形式本工程主要任務(wù)是正常情況下攔截河水，以利灌溉，而當(dāng)洪水來臨時，開閘泄水，以保防洪安全。由于是建在平原地區(qū)河道上的攔河閘，應(yīng)具有較大超泄能力，并利于排除漂浮物。因此采用不設(shè)胸墻的開敞式水閘。而不采用穿堤取水或者排水的涵洞式水閘。也不采用雙層式水閘。5.1.2 閘孔形式閘孔形式一般有寬頂堰型、低實用堰型和胸墻孔口型三種。由于本工程是攔河閘，若采用低實用堰易淤沙。若采用胸墻孔口

28、型易對泄洪有影響。故采用了有結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、泄流能力比較穩(wěn)定，有利于泄洪、沖沙、排淤等優(yōu)點的寬頂堰型。5.2閘孔尺寸5.2.1 判別堰的出流流態(tài)由于已知上、下游水位，可推算上游水頭及下游水深如表5.1所示表5.1上游水頭計算a#q下游水深上游水深過水?dāng)嗝嫘薪魉?Vo2g上游水頭H(R3/S)hs(m)H(m)(m2)vo(m/s)(m)(m)設(shè)計流量1144.457.437.58656.351.740.157.73校核流量1142.898.99.08847.331.940.199.272注：考慮雍高15-20cm(Ah取值在0.1-0.3m之間，H0=hs+Ah+幺)2g閘門全開泄洪時，

29、為平底板寬頂堰，根據(jù)公式h>0.72H判別是否為淹沒出流其判別計算見表5.2表5.2淹沒出流判別計算計算情況下游水深hs(m)上游水頭hb(m)hs>0.72H0流態(tài)設(shè)計水位7.437.737.43>5.57淹沒出流校核水位8.99.278.90>6.67淹沒出流5.2.2 確定閘孔總凈寬閘孔總凈寬應(yīng)根據(jù)泄流特點，下游河床地質(zhì)條件和安全泄流的要求，結(jié)合閘孔孔徑和孔數(shù)的選用，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。按照閘門總凈寬計算公式B=上3/2根據(jù)設(shè)計洪水和校核洪水兩種情況-sm,2gH3/2分別計算，見表5.3其中側(cè)收縮系數(shù)，取0.96,m為堰流流量系數(shù)，取0.385。表5.3閘孔總

30、凈寬計算a#q(m3/s)下游水深hs(m)上游水頭H(m)hs不淹沒系數(shù)仃sB(m)設(shè)計流量1144.457.437.730.960.5954.03校核流量1642.898.99.270.960.5959.045.2.3 閘孔尺寸的選擇閘孔孔徑應(yīng)根據(jù)閘的地基條件，運用要求，閘門結(jié)構(gòu)型式，啟閉機容量，以及閘門的制作，運輸，安裝等因素，進行綜合分析確定。選用的閘孔孔徑應(yīng)符合國家現(xiàn)行的(SL74-95)水利水電工程鋼閘門設(shè)計規(guī)范所規(guī)定的閘門孔口尺寸系列標(biāo)準(zhǔn)。閘孔孔數(shù)少于8孔時,宜采用單數(shù)孔。根據(jù)閘門設(shè)計規(guī)范中閘孔尺寸和水頭系列標(biāo)準(zhǔn)，選定單孔凈寬b=9m同時為了保證閘門對稱開啟，防止不良水流形態(tài)，選

31、用7孔。由于閘基為軟基河床，選用整體五寬度為：L=(7X9)+(2X1.6+4X1.2)=71(nj)圖5-1閘孔尺寸布置圖(單位：m15.2.4 校核閘孔的過流能力根據(jù)孔口與閘墩的尺寸可計算側(cè)收縮系數(shù)，查水閘設(shè)計規(guī)范(規(guī)范表2-2),結(jié)果如下：對于中孔：%=9=0.880得=0.973bs91.2靠縫墩孔:bo_9bs-91.6=0.85得%=0.973b-對于邊孔:b0=0.309得%=0.909bs10.97340.97220.923鼻二=0.967所以與假定接近，根據(jù)選定的孔口尺寸與上下游水位，進一步換算流量如表2.4所示。表2.4過流能力校核計算計算情況(m3/s)堰上水頭代(m)h

32、s/H0(Ts£Q校核過流能力設(shè)計流量1144.457.730.960.590.961294.3413.1%校核流量1642.899.270.960.590.961647.820.3%設(shè)計情況和校核情況都沒有超過了規(guī)定5%勺要求，符合要求，孔口尺寸選擇的比較合理。5.3輔助曲線的繪制根據(jù)水閘所在的河流縱橫面圖，繪制下游水位與流量關(guān)系曲線。用明渠均勻流公式進行計算：表2.5下游水位與相應(yīng)流量關(guān)系表下游水位H過水面積W(r2)濕周X(m)水力半徑R(m)謝才系數(shù)Ca#q(m3)下游水深h52.4234.570.240.4939.46P12.10.552.927072.470.9744.2

33、238.721.053.9214476.941.8749.33123.372.054.9222281.422.7352.53P244.563.055.9230485.893.5454.87398.564.056.9239090.364.3256.71583.555.057.9248094.835.0658.23798.546.058.92584.9125.304.6757.46922.17.058.92708.92129.786.4860.68P1318.388.059.92836.89134.256.2360.291600.039.0下游水位與流量關(guān)系曲線圖5-2下游水位與流量關(guān)系曲線6、水

34、閘的消能防沖設(shè)計水閘消能防沖布置應(yīng)根據(jù)閘基地質(zhì)情況，水力條件以及閘門控制運用方式等因素,進行綜合分析確定。由于本閘位于平原地區(qū)，河床的抗沖刷能力較低，所以采用底流消能。設(shè)計水位或校核水位時閘門全開宣泄洪水，為淹沒出流，無須消能。閘前為正常高水位58.72m,部分閘門局部開啟，只宣泄較小流量時，下游水位不高，閘下射流速度較大，才會出現(xiàn)嚴(yán)重的沖刷河床現(xiàn)象，需設(shè)置相應(yīng)的消能設(shè)施。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，采用閘前水深H=6.8m,閘門局部開啟情況，作為消能防沖的控制情況。為了降低工程造價，確保水閘安全運行，可以規(guī)定閘門的操作規(guī)程，本次設(shè)計按1、3、5、7孔對稱方式開啟，

35、分別對不同開啟孔數(shù)和開啟高度進行組合計算，找出消力池池深和池長的控制條件。表6.1消力池池深、池長估算開啟孔數(shù)開啟高度收縮系數(shù)泄流量Q單寬a#q縮深收水躍后水深下游水深流態(tài)判別消力池尺寸備注池深池長水躍長ne(m3/s)(Im3/s)hc(m)hc(m)(m)d(m)Lsj(m)Lj(m)11.00.61858.196.470.623；.421.23自由出流0.9819.3819.311.20.61969.807.760.743；.721.370.95:20.2525.611.50.62185.729.520.934.021.560.84:20.4121.3池深控制12.00.624112.2

36、012.471.254.451.870.69:20.4222.1限開31.0I061887.33.230.621.571.5831.20.619104.73.880.741.71.78自由出流31.50.621128.154.750.931.812.0432.00.625167.256.191.251.952.361、.1、_.!-.、一X_.、一'，拉式Q=%bn、；2gHo、式d=。0hc-hs-&Z、式hc=6e、1“hchc=萬(.121孔開啟高度為2.0m8嗎_1）計算，結(jié)果列入表6.1ghc通過計算，為了節(jié)省工程造價，防止消力池過深，對開啟限開為1.5m的消力池池深

37、為控制條件。6.1消力池6.1.1消力池的深度d根據(jù)所選擇的控制條件，估算池深為_21.0米，用式h3-TchC+一3=0、式2g28:q22g2h22ghC2、計算挖池后的收縮水深兒和相應(yīng)+31)、式AZ=ghc的出池落差A(yù)Z及躍后水深h；,驗算水深淹沒系數(shù)符號在1.051.10之后的要求。365:1.063.86.1.2消力池池長Lsj及底板根據(jù)池深為1.0m,計算出相應(yīng)的消力池為22m采用挖深式消力池。為了便于施工，消力池的底板做成等厚，為了降低板下部的滲透壓力，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10cm間距為2m,呈梅花形布置。根據(jù)抗沖要求，按式t=k1：q，&

38、#163;計算計算消力池底板厚度。其中為消力池底板計算系數(shù)，取0.18;為確定池身時的過閘單寬流量；為相應(yīng)于單寬流量的上下游水位差。t=0.18M也.8父J6.8-1.37=0.77(m),取消力池底板的厚度=1.0mV587214001DDJOSD153U中MMolnoE消力池構(gòu)造尺寸圖6-1(單位：高程m,尺寸cm)6.2 海漫設(shè)計6.2.1 海漫作用海漫的作用就是要消除水流的余能，調(diào)整流速分布，均勻的擴散出池水流，使之與天然河道的水流狀態(tài)接近，以保河床免受沖刷。6.2.2 構(gòu)造和要求海漫應(yīng)具有一定的柔性，透水性，表面粗糙性，其構(gòu)造和抗沖能力應(yīng)與水流流速相適應(yīng)。海漫宜做成等于或緩于1:10

39、的斜坡，末端應(yīng)設(shè)防沖槽(或防沖墻)。海漫下面應(yīng)設(shè)墊層。因為對海漫要求有一定的粗糙度，以便進一步消除余能，有一定的柔性，所以選擇在海漫的起始段為10m長的漿砌石水平段，因為漿砌石的抗沖性能較好，其頂面高程與護坦齊平。后30m做成坡度為1:15的干砌石段，以使水流均勻擴散，調(diào)整流速分布，保護河床不受沖刷。海漫厚度為0.6m,下面鋪設(shè)15cm的砂墊層。6.2.3 常用的結(jié)構(gòu)海漫常用的結(jié)構(gòu)類型有干砌石海漫、漿砌石海漫、混凝土板海漫和鋼絲石籠海漫6.2.4 海漫長度用式Lp=ks*；qsv布7計算海漫長度，結(jié)果列如表中，其中，為海漫長度計算系數(shù)，根據(jù)閘基土質(zhì)為中粉質(zhì)壤土12。最計算表中的最大值40m表6

40、.2海漫長度計算油Q(m3/s)上游水深H(m)下游水深hs，(m)qsm3/(sm)H'(m)Lp(m)2006.82.636.824.1728.803006.83.364.233.4433.614006.84.015.632.7936.805006.84.557.042.2539.006006.85.088.451.7239.957006.85.549.861.2639.926.3 防沖槽設(shè)計6.3.1 工作原理防沖槽是設(shè)在海漫末端、呈槽形并拋填石塊的護底工程。萬一下游河床遭受沖刷,可借以支持和保護海漫免遭淘刷坍毀；床面下降時，拋石還可攤開，形成護底，從而制止沖坑擴展。6.3.2

41、沖坑深度(海漫末段河床沖刷坑深按式t"=1.1q-1計算，其中河床土質(zhì)的不沖流速可按式V0計算。按不同情況計算如2.8所示。1/41/5vo=v0R式中v0河床土質(zhì)的不沖流速，m/sV0查水利學(xué)可知此處取0.8m/sR一水利J半徑,R=A/xHs一一海漫末端河床水深，m.表6.3海漫沖刷坑深度計算計算情況_力q相應(yīng)過水濕周R1/5v0hs”d，m3/(sm)回積A(m)(m)(m/s)(m)(m)設(shè)計情況11.90637.72127.231.381.1047.434.43校核情況16.42823.91133.811.4381.1508.96.816.3.3防沖梢深度t”根據(jù)計算確定防

42、沖槽的深度為2.5m。采用寬淺式，底寬取7.5m,上游坡率為2,下游坡率為3,出槽后做成坡率為5的斜坡與下游河床相連。如圖6-2所示51.92圖6-2海漫防沖槽構(gòu)造圖（單位：m16.4上、下游河岸的防護為了保護上下游翼墻以外的河道兩岸岸坡不受水流的沖刷，需要進行護坡采用漿砌石護坡，厚0.3m,下設(shè)0.1m的砂墊層。保護范圍上游自鋪蓋向上延伸2-3倍的水頭，下游自防沖槽向下延伸4-6倍。7、水閘的防滲排水設(shè)計水閘的防滲排水設(shè)計應(yīng)根據(jù)閘基地質(zhì)情況，閘基和兩側(cè)輪廓線布置及上，下游水位條件等進行，具內(nèi)容應(yīng)包括：滲透壓力計算、抗?jié)B穩(wěn)定性驗算、濾層設(shè)計、防滲帷幕及排水孔設(shè)計、永久縫止水設(shè)計。7.1 閘室地

43、下輪廓線布置7.1.1 防滲設(shè)計的目的防止閘基滲透變形；減少閘基滲透壓力；減少水量損失；合理選用地下輪廓尺寸。7.1.2 防滲設(shè)計的原則防滲設(shè)計一般采用防滲和排水相結(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，減少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，使地下滲水盡快排出，以減少滲透壓力，并防止在滲流出口附近發(fā)生滲透變形。7.1.3 防滲設(shè)施由于閘基土質(zhì)以黏土為主，防滲設(shè)備采用黏土鋪蓋，閘底板上下游側(cè)設(shè)齒墻，為了避免破壞天然的黏土結(jié)構(gòu)，不宜設(shè)置板樁。7.1.4 地下輪廓布置根據(jù)以上設(shè)計數(shù)據(jù)，實際的地下輪廓線布置長度

44、應(yīng)大于理論的地下輪廓長度，通過校核，滿足要求。鋪蓋長度+閘底板長度+齒墻長度=34+15+6.8=55.8(m)>Lji=47.6m7.2 滲流計算7.2.1 計算目的計算閘底板各點滲透壓力；驗算地基圖在初步擬定的地下輪廓線下的滲透性。7.2.2 滲流計算方法計算方法有直線比例法、流網(wǎng)法和改進阻力系數(shù)法，由于改進阻力系數(shù)法結(jié)果精確，采用此種方法進行滲流計算。7.2.3 計算滲透壓力7.2.3,1地基有效深度的計算根據(jù)公式判斷L0/S0=23.2>5地基有效深度為:Te=0.5XL0=0.5乂52=26(m)計算Te大于實際的地基透水層深度25m所以取最小值Te=25m.7.2.3.

45、2分段阻力系數(shù)得計算通過地下輪廓的各角點和尖端將滲流區(qū)分成9個典型段，其中1、9段為進出口段，用相應(yīng)的公式計算相應(yīng)的阻力系數(shù)；3、5、7段為內(nèi)部垂直段，用相應(yīng)的公式計算相應(yīng)的阻力系數(shù)；2、4、6、8段為水平段，用相應(yīng)的公式計算相應(yīng)的阻力系數(shù)。各典型段的水頭損失公式計算。結(jié)果列入表中。對于進出口段的阻力系數(shù)修正，按相應(yīng)公式計算，結(jié)果如表7.1和7.2所示。滲流區(qū)域分段圖如圖7-1。D比I,先Y/已一1IlliII圖7-1滲流區(qū)域分段圖(單位：m)表7.1各段滲透壓力水頭損失分段編號分段名稱SSiS2TLEihihi'進口0.6一一25一0.450.9840.310水平一01.924.43

46、4.01.342.9303.6垂直1.9一一24.4一0.080.1750.175水平一0022.51.00.040.0870.087垂直1.0一一23.5一0.040.0870.087水平一1.01.023.516.00.621.3561.458垂直1.0一一23.5一0.040.0870.174水平一0022.51.00.040.0870.174出口1.5一一24.0一0.461.0060.73合計3.11H=6.8H=6.8表7.2進出口段的阻力系數(shù)修正表斷別S'T'3'h。Ahh，進口段0.624.40.310.310.6743.6出口段2.5240.720.7

47、30.450.1747.2.3.3計算各角點的滲透壓力值用表7.1計算的各段的水頭損失進行計算，總的水頭差為正常擋水期的上、下游水頭差6.8m。各段后角點滲壓水頭=該段前角點滲壓水頭一此段的水頭損失失值，結(jié)果列入表7.3。表7.3閘基各角點滲透壓力值HH2HbH4H5H6HsH9H06.86.492.892.722.632.541.080.910.7307.2.3.4驗算滲流逸出坡降出口段的逸出坡降為：J=h'/S'=0.73/1.5=0.48，小于壤土出口段允許滲流坡降值J=0.500.60,滿足要求，不會發(fā)生滲透變形。閘底板的滲透壓力分布如圖7-2所示。13圖7-2閘底板下

48、滲透壓力分布圖（單位：mj）7.3排水設(shè)計7.3.1 排水設(shè)施的布置采用排水設(shè)備，可降低滲透水壓力，排除滲水，避免滲透變形，增加下游的穩(wěn)定應(yīng)根據(jù)閘基土質(zhì)情況和水閘的工作性。排水的位置直接影響滲透壓力的大小和分布,條件，作到既減少滲壓又避免滲透變形。7.3.1.1 水平排水的布置2-3水平排水為加厚反濾層中的大顆粒層，形成平鋪式。排水反濾層一般是由層不同粒徑的砂和沙礫石組成的.層次排列應(yīng)盡量與滲流的方向垂直，各層次的粒徑則按滲流方向逐層增大。反濾層的材料應(yīng)該是能抗風(fēng)化的砂石料，并保護土壤的顆粒不得穿過反濾層；各層的顆粒不得發(fā)生移動；相鄰兩層間，較小一層的顆粒不得穿過較粗一層得空隙；反濾層不能被阻

49、塞，應(yīng)具有足夠的透水性，以保證排水通暢；同時還應(yīng)保證耐久、穩(wěn)定，其工作性能和效果應(yīng)不隨時間的推移和環(huán)境的改變而變差。本次設(shè)計中的反濾層由碎石、中砂和細(xì)紗組成，其中上部為20cm厚的碎石，中間為10cm厚的中砂，下部為10cm厚的細(xì)砂。（見反濾層構(gòu)造圖7-3）7.3.1.2 鉛直排水的布置本工程在護坦的中后部設(shè)排水孔，孔距為2m孔彳全為10cm呈梅花形布置，孔下設(shè)反濾層。7.3.1.3 側(cè)向排水的布置側(cè)向防滲排水布置（包括齒墻、板樁、排水井等）應(yīng)根據(jù)上、下游水位、墻體材料和墻后土質(zhì)以及地下水位變化等情況綜合考慮，并應(yīng)與閘基的防滲排水布置相適應(yīng)，在空間上形成防滲整體。在消力池兩岸翼墻設(shè)23層排水孔

50、，呈梅花行布置，孔后設(shè)反濾層，排出墻后的側(cè)向繞滲水流。7.3.2 細(xì)部構(gòu)造凡具有防滲要求的縫，都應(yīng)設(shè)止水設(shè)備。止水分鉛直止水和水平止水兩種。前者設(shè)在閘墩中間、邊墩與翼墻間以及上游翼墻鉛直縫中；后者設(shè)在黏土鋪蓋保護層上的溫度沉陷縫、消力池與底板溫度沉陷縫、翼墻和消力池本身的溫度沉降縫內(nèi)。在黏土鋪蓋與閘底板沉陷縫中設(shè)置瀝青麻袋止水。其構(gòu)造詳見圖7-4圖7-4止水詳圖（單位：cnrj）8、閘室穩(wěn)定分析作用在水閘上的荷載可分為基本荷載和特殊荷載兩類?；竞奢d主要有下列各項：水閘結(jié)構(gòu)及其上部填料和永久設(shè)備的自重；相應(yīng)于正常蓄水位或設(shè)計洪水位情況下水閘底板上的水重；相應(yīng)于正常蓄水位或設(shè)計洪水位情況下的靜水

51、壓力；相應(yīng)于正常蓄水位或設(shè)計洪水位情況下的揚壓力（即浮托力與滲透壓力之和）；土壓力；淤沙壓力；風(fēng)壓力；相應(yīng)于正常蓄水位或設(shè)計洪水位情況下的浪壓力；冰壓力；土的凍脹力；其它出現(xiàn)機會較多的荷載等。特殊荷載主要有下列各項：相應(yīng)于校核洪水位情況下水閘底板上的水重；相應(yīng)于校核洪水位情況下的靜水壓力；相應(yīng)于校核洪水位情況下的揚壓力；相應(yīng)于校核洪水位情況下的浪壓力；地震荷載。8.1 荷載計算及荷載組合8.1.1 設(shè)計情況水閘在使用過程中，可能出現(xiàn)各種不利情況。完建無水期是水閘建好尚未投入使用之前，豎向荷載最大，容易發(fā)生沉陷或不均勻沉陷，這是驗算地基承載力的設(shè)計情況。正常擋水期是下游無水，上游為正常擋水位，上

52、下游水頭差最大，閘室承受較大的水平推力，是驗算閘室抗滑穩(wěn)定性設(shè)計情況泄洪期工作閘門全開，水位差較小，對水閘無大的危害，故不考慮此種情況。本次設(shè)計地震烈度為6度，不考慮地震情況。8.1.2 荷載計算8.1.2.1 計算水閘結(jié)構(gòu)自重水閘結(jié)構(gòu)及其上部填料的自重應(yīng)按其幾何尺寸及材料重度計算確定。閘門，啟閉機及其他永久設(shè)備應(yīng)盡量采用實際重量。8.1.2.2 計算水重作用在水閘底板上的水重應(yīng)按其實際體積及水的重度計算確定。多泥沙河流上的水閘，還應(yīng)考慮含沙量對水的重度的影響。8.1.2.3 計算水平靜水壓力作用在水閘上的靜水壓力應(yīng)根據(jù)水閘不同運用情況時的上，下游水位組合條件計算確定。多泥沙河流上的水閘，還應(yīng)考慮含沙量對水的重度的影響。8.1.2.4 計算基底揚壓力作用在水閘基礎(chǔ)底面的揚壓力應(yīng)根據(jù)地基類別，防滲排水布置及水閘上，下游水位組合條件計算確定。8.1.2.5 計算淤沙壓力作用在水閘上的淤沙壓力應(yīng)根據(jù)水閘上，下游可能淤積的厚度及泥沙重度等計算確定。8.1.2.6 計算浪壓力作用在水閘上的浪壓力應(yīng)根據(jù)水閘閘前風(fēng)向，風(fēng)速