課程設(shè)計(jì)某攔河閘設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)-某攔河閘設(shè)計(jì)目錄前言 1第一章 工程基本資料 21.1工程概況 21.2工程地質(zhì)條件 21.3工程地形條件 31.4工程土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo) 31.5工程材料 31.6工程水文氣象條件 41.7批準(zhǔn)的規(guī)劃成果 41.8施工條件 5第二章閘孔設(shè)計(jì) 62.1閘址的選擇 62.2閘型確定 62.3 擬定閘孔尺寸及閘墩厚度 62.3.1攔河閘寬頂堰出流情況判斷 72.3.2閘門總凈寬計(jì)算 82.3.3閘孔尺寸設(shè)計(jì)和布置 92.4校核泄洪能力 93.1 消力池池長(zhǎng)估算 113.2消力池尺寸及構(gòu)造計(jì)算 143.2.1消力池深度計(jì)算 143.2.2消力池池長(zhǎng)計(jì)算 153.2.3消力池的構(gòu)造 153.3海漫設(shè)計(jì) 163.3.1海漫長(zhǎng)度計(jì)算 163.3.2海漫構(gòu)造 173.4防沖槽設(shè)計(jì) 173.5上、下游岸坡防護(hù)設(shè)計(jì) 18第四章閘底地下輪廓線的布置 194.1防滲設(shè)計(jì)的目的 194.2布置原則 194.3地下輪廓線布置 194.3.1閘基防滲長(zhǎng)度的確定。 194.3.2防滲設(shè)備設(shè)計(jì) 194.3.3防滲設(shè)備尺寸和構(gòu)造。 204.3.4校核地下輪廓線的長(zhǎng)度 204.4排水設(shè)備的細(xì)部構(gòu)造 214.4.1排水設(shè)備的作用 214.4.2排水設(shè)備的設(shè)計(jì) 214.4.3止水設(shè)計(jì) 22第五章防滲計(jì)算 245.1滲流計(jì)算的目的 245.2計(jì)算方法 245.3計(jì)算滲透壓力 245.3.1地基有效深度的計(jì)算 245.3.2分段阻力系數(shù)的計(jì)算 245.3.3計(jì)算各角點(diǎn)的滲透壓力值。 275.3.4驗(yàn)算滲流逸出坡降 27第六章閘室結(jié)構(gòu)布置 286.1底板和閘墩設(shè)計(jì) 286.1.1閘底板的設(shè)計(jì) 286.1.2閘墩設(shè)計(jì) 286.2閘門與啟閉機(jī)設(shè)置 306.3上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 326.3.1工作橋設(shè)計(jì) 326.3.2交通橋設(shè)計(jì) 336.3.3檢修橋設(shè)計(jì) 336.4閘室的分縫與止水 34第七章閘室穩(wěn)定計(jì)算 357.1設(shè)計(jì)情況及荷載組合 357.2完建元無(wú)水期荷載計(jì)算及地基承載力驗(yàn)算 357.2.1完建無(wú)水期荷載計(jì)算 367.2.2地基承載力驗(yàn)算 377.3正常擋水期地基承載力驗(yàn)算 387.3.1正常擋水期閘室荷載計(jì)算 387.3.2地基承載力驗(yàn)算 397.4閘室抗滑穩(wěn)定計(jì)算 40參考文獻(xiàn): 41前言為了能更好的理解水工建筑物的基本原理,掌握水工建筑物設(shè)計(jì)的基本方法,了解經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的的基本依據(jù)和課程要求,靈活運(yùn)用本課程所學(xué)的方法。本書(shū)某攔河閘設(shè)計(jì)為例,在給出工程的基本資料的基礎(chǔ)上運(yùn)用課程所學(xué)知識(shí)通過(guò)課程設(shè)計(jì)進(jìn)行完整的設(shè)計(jì)計(jì)算,以鍛煉自己學(xué)識(shí)知識(shí)、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力,為以后開(kāi)展實(shí)際工程項(xiàng)目的功臣設(shè)計(jì)工作打下基礎(chǔ)。本書(shū)所有表格皆自己設(shè)計(jì),都是為了計(jì)算方便。如有什么不妥之處還望老師指點(diǎn),感謝潘起來(lái)老師在設(shè)計(jì)過(guò)程中的精心指導(dǎo)和教悔,同時(shí)在課程設(shè)計(jì)中肯定還有許多不足之處,還望老師指點(diǎn)、教導(dǎo)!工程基本資料1.1工程概況本工程位于某縣城郊處,它是某河流梯級(jí)開(kāi)發(fā)中最末一級(jí)工程。該河屬穩(wěn)定性河流,河面寬約200m,深約7~10m。由于河床下切較深又無(wú)適當(dāng)控制工程,雨季地表徑流自由流走,而雨過(guò)天晴經(jīng)常干旱,加之打井提水灌溉,使地下水位愈來(lái)愈低,嚴(yán)重影響兩岸的農(nóng)業(yè)灌溉和人畜用水。為解決當(dāng)?shù)?0萬(wàn)畝農(nóng)田的灌溉問(wèn)題,經(jīng)上級(jí)批準(zhǔn)的規(guī)劃確定,修建擋水樞紐工程。攔河閘所擔(dān)負(fù)的任務(wù)是:正常情況下攔河截水,抬高水位,以利灌溉,洪水時(shí)開(kāi)閘泄水,以保安全。本工程建成后,可利用河道一次蓄水800萬(wàn)m3,調(diào)蓄水至兩岸溝塘,大量補(bǔ)給地下水,有利于進(jìn)灌和人畜用水,初步解決40萬(wàn)畝農(nóng)田的灌溉問(wèn)題并為工業(yè)生產(chǎn)提供足夠的水源,同時(shí)對(duì)漁業(yè)、航運(yùn)業(yè)的發(fā)展,以及改善環(huán)境,美化城鄉(xiāng)都是極為有利的。1.2工程地質(zhì)條件根據(jù)鉆孔了解閘址地層屬河流沖積相,河床部分地層屬第四紀(jì)蟓更新世Q3與第四紀(jì)全新世Q4的層交錯(cuò)出現(xiàn),閘址兩岸高程均在41m左右。閘址處地層向下分布情況如下表1-1所示。表1-1閘址處地層分布情況土質(zhì)名稱 重粉質(zhì)壤土 細(xì)砂 中砂 重粉質(zhì)壤土 中粉質(zhì)壤土分布范圍由上而下 河床表面以下深約3m 高程28.8m以下 厚度約5m 高程22m以下 厚度5-8m1.3工程地形條件閘址處系平原型河段、兩岸地勢(shì)平坦,地面高程約為40.00m左右,河床坡降平緩,縱坡約為1/10000,河床平均標(biāo)高約30.00m,主河槽寬度約80-100m,河灘寬平,呈復(fù)式河床橫斷面,河流比較順直。1.4工程土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)主要包括物理性質(zhì)、允許承載力、滲透系數(shù)等,具體數(shù)字如表1-2、1-3所示。表1-2土的物理性質(zhì)指標(biāo)表濕重度 飽和重度 浮重度 細(xì)砂比重 細(xì)砂干重度19KN/m3 21KN/m3 11KN/m3 27KN/m3 15KN/m3表1-3土的力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)表內(nèi)摩擦角 土基允許承載力 摩擦系數(shù) 不均勻系數(shù) 滲透系數(shù)cm/s自然含水量時(shí) KN/m2 混凝土、砌石與土基的摩擦系數(shù)當(dāng)土基為密實(shí)細(xì)砂層時(shí)值為粘土中細(xì)砂層飽和含水量時(shí) 砂土以下土層1.5工程材料1、石料本地區(qū)不產(chǎn)石料,需從外地運(yùn)進(jìn),距公路很近,交通方便。2、粘土經(jīng)調(diào)查本地區(qū)附近有較豐富的粘土材料。3、閘址處有足夠的中細(xì)砂。1.6工程水文氣象條件1、氣溫本地區(qū)年最高氣溫42.2C,最低氣溫-20.7C,平均氣溫14.4C。2、風(fēng)速最大風(fēng)速m/s,吹程0.6Km。3、徑流量非汛期(1~6月及10~12月)9個(gè)月份月平均最大流量9.1m3/s。汛期(7~9)三個(gè)月,月平均最大流量為149m3/s,年平均最大流量m3/s,最大年徑流總量為8.25億m3。4、冰凍閘址處河水無(wú)冰凍現(xiàn)象。1.7批準(zhǔn)的規(guī)劃成果1、根據(jù)水利電力部《水利水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(SD112-78)的規(guī)定,本樞紐工程為Ⅲ等工程,其中永久性主要建筑物為3級(jí)。2、灌溉用水季節(jié),攔河閘正常擋水位為38.50m。3、洪水標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1-4所示。表1-4洪水標(biāo)準(zhǔn)表序號(hào) 項(xiàng)目 重現(xiàn)年 洪水流量(m3/s) 閘前水位(m) 下游水位(m)1 設(shè)計(jì)洪水 20 937 39.15 392 校核洪水 50 1220 40.35 40.21.8施工條件1、工期為兩年。2、材料供應(yīng)情況水泥由某水泥廠運(yùn)輸260Km至某市,再運(yùn)輸80Km至工地倉(cāng)庫(kù);其它他材料由市汽車運(yùn)至工地;電源由電網(wǎng)供電,工地距電源線1.0Km;地下水位平均為28.0~30.0m。第二章閘孔設(shè)計(jì)2.1閘址的選擇閘址、閘軸線的選擇關(guān)系到工程的成敗和經(jīng)濟(jì)效益發(fā)揮,是水閘設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容,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、地址、水流泥沙、凍土、冰情,管理和周圍環(huán)境等因素,通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較并考慮安全可靠、施工難易、操作運(yùn)用、工程量及投資大小等方面的問(wèn)題。在選擇過(guò)程中首先應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)、水流、施工管理應(yīng)用及拆遷情況等方面進(jìn)行分析研究,權(quán)衡利弊,經(jīng)全面分析比較,合理確定。本次設(shè)計(jì)中閘軸線的位置和壩址已由規(guī)劃給出。2.2閘型確定本工程主要任務(wù)是正常情況下攔河截水,以利灌溉,而當(dāng)洪水來(lái)臨時(shí),開(kāi)閘泄水,以保防洪安全。由于是建于平原河道上的攔河閘,應(yīng)具有較大的超泄能力,并利于排除漂浮物,因此采用不設(shè)胸墻的開(kāi)敞式水閘。同時(shí),由于河槽蓄水,閘前淤積對(duì)洪水位影響較大,為便于排出淤沙,閘底板高程應(yīng)盡可能低。因此,采用無(wú)底坎平頂板寬頂堰,堰頂高程與河床同高,即閘底板高程為30.00m。擬定閘孔尺寸及閘墩厚度現(xiàn)擬定該水閘為多孔出流水閘,閘墩墩頭為半圓形,2.3.1攔河閘寬頂堰出流情況判斷由于已知上、下游水位,可推算上游水頭及下游水深計(jì)算公式如下式1-1、1-2、1-3、1-4所示:上游水深:(2-1)下游水位:(2-2)上游過(guò)水?dāng)嗝婷娣e:(2-3)行進(jìn)流速:(2-4)水頭:(2-5)其中:如表2-1所示:表2-1上游水頭計(jì)算序號(hào) 流量Q(m3/s) 下游水深hs(m) 上游水深H(m) 過(guò)水?dāng)嗝娣e(m2) 行近流速(m3/s) 上游水頭H0(m)1 設(shè)計(jì)流量937 9.00 9.15 915.00 1.0240 0.0534 9.202 校核流量1220 10.20 10.35 1035.00 1.1902 0.0722 10.42注:考慮壅高15~20cm。閘門全開(kāi)泄洪時(shí),為平底板寬頂堰堰流,根據(jù)以下公式2-6判別出流情況。(2-6)表2-2淹沒(méi)出流判別表序號(hào) 計(jì)算情況 下游水深hs(m) 上游水頭H0(m)流態(tài)1 設(shè)計(jì)水位 9.00 9.20淹沒(méi)出流2 校核水位 10.20 10.42淹沒(méi)出流根據(jù)表2-2判斷在遇到設(shè)計(jì)洪水和家和洪水時(shí)該攔河水閘均以淹沒(méi)出流的方式出流。2.3.2閘門總凈寬計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)洪水和校核洪水兩種情況分別用試算法計(jì)算閘門總凈寬,計(jì)算公式如下式2-7,、2-8所示:(2-7)(2-8)其中為堰流側(cè)收縮系數(shù),暫取0.900;g取9.81;由趙振興、何健京主編的《水力學(xué)》第二版表9.6查知8淹沒(méi)系數(shù)具體計(jì)算如下表2-3所示:表2-3閘門總凈寬計(jì)算表序號(hào) 流量Q(m3/s) 側(cè)收縮系數(shù) 流量系數(shù)上游水頭H0(m)淹沒(méi)系總凈寬(m)1 設(shè)計(jì)流量937 0.900 0.385 9.20 0.9783 0.417 52.4652 校核流量1220 0.900 0.385 10.42 0.9789 0.411 57.4992.3.3閘孔尺寸設(shè)計(jì)和布置根據(jù)《閘門設(shè)計(jì)規(guī)范》SL265-2001中閘孔尺寸和水頭系列標(biāo)準(zhǔn),選定單孔凈寬,同時(shí)為了保證閘門對(duì)稱開(kāi)啟,防止不良水流形態(tài),選用7孔,閘墩的邊墩寬度設(shè)計(jì)為1m,中墩寬1.2m。設(shè)2條永久性直通式伸縮縫,伸縮縫處閘墩寬1.6m。閘孔總寬度為:由于閘基為軟基河床,選用整體式底板,縫設(shè)在閘墩上,整體布置如圖1-1所示。圖2-1閘孔尺寸布置圖單位:m2.4校核泄洪能力閘墩采用半圓形墩頭,根據(jù)孔口與閘墩的尺寸可計(jì)算側(cè)收縮系數(shù),由趙振興、何健京主編的《水力學(xué)》第二版式9.12即下式2-9(2-9)其中:n7,b9m由于墩頭均為半圓形,和值查由趙振興、何健京主編的《水力學(xué)》第二版表9.1與表9.2得便可計(jì)算側(cè)收縮系數(shù)和水閘的校核過(guò)流能力,其中實(shí)際過(guò)閘流量按一下式2-9計(jì)算(2-9)其中:,g9.81表2-4過(guò)流能力校核計(jì)算表序號(hào) 計(jì)算情況 堰上水頭H0(m) 校核過(guò)流能力1 設(shè)計(jì)流量937 9.20 0.9783 0.7234 0.7 0.853 0.385 0.417 1066.394 13.81%2 校核流量1220 10.42 0.9789 0.7235 0.7 0.833 0.385 0.411 1237.198 3.05%從表2-4可以看出設(shè)計(jì)情況超過(guò)了規(guī)定的要求,但又未超過(guò)規(guī)定的5%,說(shuō)明孔口尺根據(jù)校核情況滿足要求,所以不再進(jìn)行孔口尺寸的調(diào)整。綜上所述決定采用水閘溢流寬度消能防沖設(shè)計(jì)由于本閘位于平原地區(qū),河床的抗沖刷能力較低,所以采用底流式消能。設(shè)計(jì)水位或校核水位時(shí)閘門全開(kāi)渲泄洪水,為淹沒(méi)出流無(wú)需消能。閘前為正常高水位38.50m,部分閘門局部開(kāi)啟,只宣泄較小流量時(shí),下流水位不高,閘下射流速度較大,才會(huì)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(wú)論何種開(kāi)啟高度的情況下均能發(fā)生淹沒(méi)式水躍消能,所以采用閘前水深H8.5m,閘門局部開(kāi)啟情況,作為消能防沖設(shè)計(jì)的控制情況。為了降低工程造價(jià),確保水閘安全運(yùn)行,可以規(guī)定閘門的操作規(guī)程,本次設(shè)計(jì)按1、3、5、7孔對(duì)稱方式開(kāi)啟,分別對(duì)不同開(kāi)啟孔數(shù)和開(kāi)啟度進(jìn)行組合計(jì)算,找出消力池池深和池長(zhǎng)的控制條件。消力池池長(zhǎng)估算為了能找到合理的消力池池長(zhǎng)估計(jì),現(xiàn)將水閘開(kāi)啟1孔、3孔和5孔兩種情況下的0.8~2.0m開(kāi)度的估算尺長(zhǎng)和池深。計(jì)算公式如下式所示:收縮斷面水深:(3-1)其中:由趙振興、何健京主編的《水力學(xué)》第二版表9.7查得。泄流量:(3-2)其中:取1.0,g取9.81。單寬流量:(3-3)其中:b9m。躍后水深:(3-4)將下游河道看成是矩形斷面河流,水深與水力半徑相等,河寬100m,永明渠均勻流計(jì)算公式計(jì)算下游水深:(3-5)其中:i為1/10000,n查由趙振興、何健京主編的《水力學(xué)》第二版表9.7得0.0416。消力池池深:(3-6)(3-7)其中:σ0---水躍淹沒(méi)系數(shù),可采用1.05~1.10這取1.06;α---水流動(dòng)能校正系數(shù),可采用1.0~1.05,這取1.02。消力池長(zhǎng)度:(3-8)(3-9)(3-10)其中:β---水躍長(zhǎng)度校正系數(shù),可采用0.7~0.8這取0.75。m為0.385,為8.5m,由于該水閘為無(wú)坎寬頂堰d。池長(zhǎng)、池深估算具體計(jì)算見(jiàn)下表3-1所示:表3-1消力池池深池長(zhǎng)估算表開(kāi)啟孔數(shù)n 開(kāi)啟高度收縮系數(shù)泄流量Q單寬流量q 收縮水深躍后水深下游水深流態(tài)判別 消力池尺寸 備注池深d池長(zhǎng)Ls水躍長(zhǎng)Lj1 0.8 0.615 52.4198 5.824 0.492 3.511 1.596 自由孔口出流1.577 24.264 15.6251.0 0.615 65.0196 7.224 0.615 3.863 1.8171.638 25.52 16.811.2 0.617 77.6523 8.628 0.74 4.172 2.0211.677 26.515 17.761 池深控制 1.5 0.618 96.0466 10.67 0.927 4.563 2.2961.702 27.597 18.8142.0 0.621 125.979 14 1.242 5.084 2.7011.686 28.648 19.883 3 0.8 0.615 157.259 5.824 0.492 3.511 3.0860.594 23.029 15.6251.0 0.615 195.059 7.224 0.615 3.863 3.5120.545 24.147 16.811.2 0.617 232.957 8.628 0.74 4.172 3.9060.485 25.014 17.7611.5 0.618 288.14 10.67 0.927 4.563 4.4380.382 25.924 18.8142.0 0.621 377.937 14 1.242 5.084 5.222 淹沒(méi) 0.187 26.71 19.8835 0.8 0.615 262.099 9.707 0.492 6.008 4.1932.032 37.698 28.544 ?限開(kāi)1.0 0.615 325.098 12.04 0.615 6.632 4.7712.099 40.365 31.137 ?限開(kāi)1.2 0.617 388.262 14.38 0.74 7.185 5.3082.135 42.616 33.349 ?限開(kāi)1.5 0.618 480.233 17.79 0.927 7.891 6.032.146 45.316 36.037 ?限開(kāi)2.0 0.621 629.896 23.33 1.242 8.851 7.095 淹沒(méi) 2.086 48.592 39.379 限開(kāi)為了節(jié)省工程造價(jià),防止消力池過(guò)深,對(duì)開(kāi)啟5孔開(kāi)啟高度為0.8米以上全部限開(kāi),得出開(kāi)啟1孔開(kāi)啟高度為1.2米為消力池的池深控制條件。3.2消力池尺寸及構(gòu)造計(jì)算3.2.1消力池深度計(jì)算根據(jù)所選擇的控制條件,估算池深為2.2m,用下式3-11、3-12用式算法計(jì)算收縮斷面水深:(3-11)(3-12)其中:,,,。表3-2收縮斷面水深試算表/m 0.070 0.065 0.063 0.610 0.613/m 8.4433 9.6304 10.1896 10.8067 10.7104由表3-2可以看出:出池落差ΔZ按式3-1、3-12計(jì)算如下:躍后水深:驗(yàn)算水躍淹沒(méi)系數(shù)符合在1.05~1.10之間的要求。因?yàn)?,所以池深符合要求。3.2.2消力池池長(zhǎng)計(jì)算根據(jù)池深為2.2m,用公式3-8、3-9、3-10計(jì)算出相應(yīng)的消力池長(zhǎng)度如下。為了便于修建選取消力池長(zhǎng)度為30m。3.2.3消力池的構(gòu)造采用挖深式消力池。為了便于施工,消力池的底板做成等厚,為了降低底板下部的滲透壓力,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3-13計(jì)算消力池底板厚度。其中為消力池底板計(jì)算系數(shù),可采用0.15~0.20.取0.18;為確定池深時(shí)的過(guò)閘單寬流量;為相應(yīng)于單寬流量的上、下游水位差。(3-13)由于泄洪時(shí)取消力池底板的厚度t0.6m。圖3-1消力池構(gòu)造尺寸圖單位:高程m,尺寸cm3.3海漫設(shè)計(jì)3.3.1海漫長(zhǎng)度計(jì)算用公式3-14計(jì)算海漫長(zhǎng)度結(jié)果列入表2。其中為海漫長(zhǎng)度計(jì)算系數(shù),根據(jù)閘基土質(zhì)為中粉質(zhì)壤土則選12。取計(jì)算表中的最大值42m。3-14表3-3海漫長(zhǎng)度計(jì)算表序號(hào) 流量Q 上游水深 下游水深 q1 100 8.5 2.352 1.587 6.148 23.8072 200 8.5 3.565 3.175 4.935 31.8683 300 8.5 4.547 4.762 3.953 36.9244 400 8.5 5.403 6.349 3.097 40.1115 500 8.5 6.177 7.937 2.323 41.7346 600 8.5 6.891 9.524 1.609 41.7057 700 8.5 7.559 11.11 0.941 39.3943.3.2海漫構(gòu)造因?yàn)閷?duì)海漫的要求為有一定的粗糙度以便進(jìn)一步消除余能,有一定的透水性,有一定的柔性。所以選擇在海漫的起始段為12米長(zhǎng)的漿砌石水平段,因?yàn)闈{砌石的抗沖性能較好,其頂面高程與護(hù)坦齊平。后30米做成坡度為1:15的干砌石段,以使水流均勻擴(kuò)散,調(diào)整流速分布,保護(hù)河床不受沖刷。海漫厚度為0.6米,下面鋪設(shè)15cm的砂墊層。3.4防沖槽設(shè)計(jì)海漫末端河床沖刷坑深度按公式3-15、3-16計(jì)算,其中河床土質(zhì)的不沖流速可按下式計(jì)算。按不同情況計(jì)算如表3所示。3-15式中:dm---海漫末端河床沖刷深度m;qm---海漫末端單寬流量m2/s;[v0]---河床土質(zhì)允許不沖流速m/s;hm---海漫末端河床水深m.(3-16)式中:?河床土質(zhì)的不沖流速,m/s;?由趙振興、何健京主編的《水力學(xué)》第二版表7.7取0.8m/s;?水力半徑,;?海漫末端河床水深,m。具體計(jì)算見(jiàn)下表3-4所示:表3沖刷坑深度計(jì)算表序號(hào) 計(jì)算情況 相應(yīng)過(guò)水水面積 濕周 1 設(shè)計(jì)情況 9.37 900 118 1.5013 1.2010 11.00 -2.4182 校核情況 12.20 1020 120.4 1.5332 1.2265 12.20 -1.258根據(jù)規(guī)范確定防沖槽的深度為2m。采用寬淺式,底寬取4m,上游坡率為2,下游坡率為3,出槽后作成坡率為5的斜坡與下游河床相連。如圖3-1所示。圖3-2海漫防沖槽構(gòu)造圖單位:m3.5上、下游岸坡防護(hù)設(shè)計(jì)為了保護(hù)上、下游翼墻以外的河道兩岸岸坡不受水流的沖刷,需要進(jìn)行護(hù)坡。采用漿砌石護(hù)坡,厚0.3米,下設(shè)0.1米的砂墊層。保護(hù)范圍上游自鋪蓋向上延伸2~3倍的水頭,現(xiàn)設(shè)計(jì)延長(zhǎng)為30m,下游自防沖槽向下延伸4~6倍的水頭,先設(shè)計(jì)為延長(zhǎng)50m。第四章閘底地下輪廓線的布置4.1防滲設(shè)計(jì)的目的防止閘基滲透變形;減小閘基滲透壓力;減少水量損失;合理選用地下輪廓尺寸。4.2布置原則防滲設(shè)計(jì)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(zhǎng)滲徑減小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,以減小滲透壓力,并防止在滲流出口附近發(fā)生滲透變形。4.3地下輪廓線布置4.3.1閘基防滲長(zhǎng)度的確定。根據(jù)公式4-1計(jì)算閘基理論防滲長(zhǎng)度為59.5m。其中為滲徑系數(shù),因?yàn)榈鼗临|(zhì)為重粉質(zhì)壤土,查林繼鏞主編《水工建筑物》表6-3取7。具體計(jì)算如下(4-1)其中H取正常灌溉時(shí)的閘前正常水深8.5m為最不利工況計(jì)算4.3.2防滲設(shè)備設(shè)計(jì)由于閘基土質(zhì)以粘性土為主,防滲設(shè)備采用粘土鋪蓋,閘底板上、下游側(cè)設(shè)置齒墻,為了避免破壞天然的粘土結(jié)構(gòu),不宜設(shè)置板樁。4.3.3防滲設(shè)備尺寸和構(gòu)造。1)閘底板順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)度根據(jù)公式4-2計(jì)算,根據(jù)閘基土質(zhì)為重粉質(zhì)壤土A取3.0。底板長(zhǎng)度綜合考慮上部結(jié)構(gòu)布置及地基承載力等要求,確定為25m。(4-2)2)閘底板厚度為取閘孔凈寬實(shí)際取為1.5m。3)齒墻具體尺寸見(jiàn)圖1。圖4-1閘底板尺寸圖(單位:cm)4)鋪蓋長(zhǎng)度根據(jù)(3~5)倍的上、下游水位差,確定為40m。鋪蓋厚度確定為:便于施工取為厚度取0.6m。為了防止水流沖刷及施工時(shí)破壞粘土鋪蓋,在其上設(shè)置30cm厚的漿砌塊石保護(hù)層,10cm厚的砂墊層。4.3.4校核地下輪廓線的長(zhǎng)度根據(jù)以上設(shè)計(jì)數(shù)據(jù),實(shí)際的地下輪廓線布置長(zhǎng)度應(yīng)大于理論的地下輪廓線長(zhǎng)度,通過(guò)校核,滿足要求。鋪蓋長(zhǎng)度+閘底板長(zhǎng)度+齒墻長(zhǎng)度40+21+4.865.859.6m4.4排水設(shè)備的細(xì)部構(gòu)造4.4.1排水設(shè)備的作用采用排水設(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)定性。排水的位置直接影響滲透壓力的大小和分布,應(yīng)根據(jù)閘基土質(zhì)情況和水閘的工作條件,做到即減少滲壓又避免滲透變形。4.4.2排水設(shè)備的設(shè)計(jì)(1)水平排水水平排水為加厚反濾層中的大顆粒層,形成平鋪式。反濾層一般是由2~3層不同粒徑的砂和砂礫石組成的。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,并滿足:被保護(hù)土壤的顆粒不得穿過(guò)反濾層;各層的顆粒不得發(fā)生移動(dòng);相鄰兩層間,較小一層的顆粒不得穿過(guò)較粗一層的空隙;反濾層不能被阻塞,應(yīng)具有足夠的透水性,以保證排水通暢;同時(shí)還應(yīng)保證耐久、穩(wěn)定,其工作性能和效果應(yīng)不隨時(shí)間的推移和環(huán)境的改變而變差。本次設(shè)計(jì)中的反濾層由碎石,中砂和細(xì)砂組成,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。?圖4-2反濾層構(gòu)造圖單位:cm(2)鉛直排水設(shè)計(jì)本工程在護(hù)坦的中后部設(shè)排水孔,孔距為2m,孔徑為10cm,呈梅花形布置,孔下設(shè)反濾層。(3)側(cè)向排水設(shè)計(jì)側(cè)向防滲排水布置(包括刺墻、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)2~3層排水孔,呈梅花形布置,孔后設(shè)反濾層,排出墻后的側(cè)向繞滲水流。4.4.3止水設(shè)計(jì)凡具有防滲要求的縫,都應(yīng)設(shè)止水設(shè)備。止水分鉛直和水平止水兩種。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)在粘土鋪蓋保護(hù)層上的溫度沉陷縫、消力池與底板溫度沉陷縫、翼墻、消力池本身的溫度沉降縫內(nèi)。在粘土鋪蓋與閘底板沉陷縫中設(shè)置瀝青麻袋止水.。圖3止水詳圖單位:cm?第五章防滲計(jì)算5.1滲流計(jì)算的目的計(jì)算閘底板各點(diǎn)滲透壓力;驗(yàn)算地基土在初步擬定的地下輪廓線下的滲透穩(wěn)定性。5.2計(jì)算方法計(jì)算方法有直線比例法、流網(wǎng)法和改進(jìn)阻力系數(shù)法,由于改進(jìn)阻力系數(shù)法計(jì)算結(jié)果精確,采用此種方法進(jìn)行滲流計(jì)算。5.3計(jì)算滲透壓力5.3.1地基有效深度的計(jì)算有效深度用以下下公式5-1判斷:(5-1)由于所以地基有效深度為:由于大于實(shí)際的地基透水層深度8m,所以取小值。5.3.2分段阻力系數(shù)的計(jì)算通過(guò)地下輪廓的各角點(diǎn)和尖端將滲流區(qū)域分成9個(gè)典型段,如圖4所示。其中1、9段為進(jìn)出口段,用式5-2計(jì)算阻力系數(shù);3、5、7段為內(nèi)部垂直段,用式5-3計(jì)算相應(yīng)的阻力系數(shù);2、4、6、8段為水平段,用式5-4計(jì)算相應(yīng)的阻力系數(shù)。各典型段的水頭損失用式5-5計(jì)算。結(jié)果列入(表1)中。對(duì)于進(jìn)出口段的阻力系數(shù)修正,按公式5-6、5-7、5-8計(jì)算,結(jié)果如表5-3所示。圖5-1滲流區(qū)域分段圖(單位:m)(5-2)(5-3)(5-4)(5-5)5-65-75-8式中h'0---進(jìn),出口段修正后的水頭損失值m;h0---進(jìn),出口段水頭損失值m;β'---阻力修正系數(shù),當(dāng)計(jì)算的β′≥1.0時(shí),采用β′=1.0;S'---底板埋深與板樁入土深度之和m;T'---板樁另一側(cè)地基透水層深度m.各段滲透壓力水頭損失具體計(jì)算如下表5-1所示:表5-1各段滲透壓力水頭損失分段編號(hào) 分段名稱 S(m) ① 進(jìn)口 1.0 ? ? 8 ? 0.451 0.34863 0.2525② 水平 ? 0 1.5 7.0 40 5.564 4.30102 4.3972③ 垂直 1.5 ? ? 7.0 ? 0.218 0.16852 0.16852④ 水平 ? 0 0 5.5 1.0 0.182 0.14069 0.14069⑤ 垂直 1.0 ? ? 6.5 ? 0.155 0.11982 0.11982⑥ 水平 1.0 1.0 6.5 23 3.323 2.56871 2.56871⑦ 垂直 1.0 ? ? 6.5 ? 0.218 0.16852 0.16852⑧ 水平 ? 0 0 5.5 1.0 0.182 0.14069 0.2172⑨ 出口 2.5 ? ? 8 ? 0.703 0.54342 0.4669合計(jì) 10.996 8.5 8.5進(jìn)出口阻力系數(shù)和水頭損失修正計(jì)算具體如下表5-3所示:表5-2進(jìn)出口段的阻力系數(shù)修正表序號(hào) 段別 S′ T′ho′ Δh 1 進(jìn)口段 1.0 7.0 0.7242 0.2525 0..0962 4.39722 出口段 2.5 5.5 0.8591 0.4669 0.0765 0.21725.3.3計(jì)算各角點(diǎn)的滲透壓力值。用表1計(jì)算的各段的水頭損失進(jìn)行計(jì)算,總的水頭差為正常擋水期的上、下游水頭差8.5m。各段后角點(diǎn)滲壓水頭該段前角點(diǎn)滲壓水頭?此段的水頭損失值,結(jié)果列入表5-4。表5-3閘基各角點(diǎn)滲透壓力值H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 H9 H108.5 8.248 3.85 3.682 3.541 3.421 0.853 0.684 0.467 05.3.4驗(yàn)算滲流逸出坡降出口段的逸出坡降為:,小于壤土出口段允許滲流坡降值(查李繼鏞主編《水工建筑物》第5版表6-5得),滿足要求,不會(huì)發(fā)生滲透變形。繪制閘底板的滲透壓力分布圖5-2。圖5-2閘底板下滲透壓力分布圖單位:m第六章閘室結(jié)構(gòu)布置6.1底板和閘墩設(shè)計(jì)6.1.1閘底板的設(shè)計(jì)(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。(2)型式常用的閘底板有平底板和鉆孔灌注樁底板。由于在平原地區(qū)軟基上修建水閘,采用整體式平底板,沉陷縫設(shè)在閘墩中間。(3)長(zhǎng)度根據(jù)第四章4.3.3設(shè)計(jì)已知閘底板長(zhǎng)度為25m。(4)厚度根據(jù)第四章4.3.3設(shè)計(jì)已知閘底板厚度為1.5m。6.1.2閘墩設(shè)計(jì)(1)作用分隔閘孔并支承閘門、工作橋等上部結(jié)構(gòu),使水流順利的通過(guò)閘室。(2)外形輪廓應(yīng)能滿足過(guò)閘水流平順、側(cè)向收縮小的,過(guò)流能力大的要求。上游墩頭采用半圓形,下游墩頭采用流線型。其長(zhǎng)度采用與底板同長(zhǎng),為25m。(3)厚度為中墩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6.0m的凈距,以便于工作人員檢修。(4)高度采用以下三種方法計(jì)算取較大值,根據(jù)計(jì)算墩高最大值為10.7m,另根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》SL265-2001中規(guī)定有防洪任務(wù)的攔河閘閘墩高程不應(yīng)低于兩岸堤頂高程,兩岸堤頂高程為61.5m,經(jīng)比較后取閘墩高度為10.8m。1)校核洪水位時(shí)水深+安全超高10.2+0.510.7m。2)設(shè)計(jì)洪水位時(shí)水深+安全超高9.0+0.79.7m;閘前波高按下式6-1計(jì)算:(6-1)hm---平均波高m;v0---計(jì)算風(fēng)速m/s,根據(jù)資料取20m/s;D---風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度m,根據(jù)資料取600m;Hm---風(fēng)區(qū)內(nèi)的平均水深m,取8.5m;3)正常擋水位時(shí)水深+8.5+0.24+0.49.14m。圖6-1縫墩尺寸詳圖(單位:cm)6.2閘門與啟閉機(jī)設(shè)置閘門按工作性質(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,該工程選擇的閘門形式如下:1、工作閘門基本尺寸為閘門高取9m,寬9m,采用平面鋼閘門,雙吊點(diǎn),滾輪支承。2、檢修閘門采用疊梁式,閘門槽深為20cm,寬為20cm,閘門型式如右圖所示。圖6-2圖2疊梁式檢修閘門示意圖3、啟閉機(jī)可分為固定式和移動(dòng)式兩種常用固定式啟閉機(jī)有卷?yè)P(yáng)式、螺桿式和油壓式。卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)啟閉能力較大,操作靈便,啟閉速度快,但造價(jià)高。螺桿式啟閉機(jī)簡(jiǎn)便、廉價(jià),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(jī)是利用油泵產(chǎn)生的液壓傳動(dòng),可用較小的動(dòng)力獲得很大的啟閉力,但造價(jià)較高。在有防洪要求的水閘中,一般要求啟閉機(jī)迅速可靠,能夠多孔同步開(kāi)啟,這里采用卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī),一門一機(jī)。4、啟閉機(jī)的選型(1)根據(jù)《水工設(shè)計(jì)手冊(cè)》平面直升鋼閘門結(jié)構(gòu)活動(dòng)部分重量公式6-2,經(jīng)過(guò)計(jì)算得26.244t,考慮其它因素取閘門自重為270KN。(6-2)式中:?閘門結(jié)構(gòu)活動(dòng)部分重量,t;?閘門的支承結(jié)構(gòu)特征系數(shù),對(duì)于滑動(dòng)式支承取0.8;對(duì)于滾輪式支承取1.0,對(duì)于臺(tái)車式支承取1.3,這取1.0。?閘門材料系數(shù),普通碳素結(jié)構(gòu)鋼制成的閘門為1.0;低合金結(jié)構(gòu)鋼制成的閘門取0.8,這取1.0。?孔口高度,取9m;B?孔口寬度,取9m。(2)初估閘門啟閉機(jī)的啟門力和閉門力,根據(jù)《水工設(shè)計(jì)手冊(cè)》中的近似公式:(6-2)(6-3)式中?平面閘門的總水壓力,,KN;?啟門力,KN;?閉門力,KN;由于閘門關(guān)閉擋水時(shí),水壓力值最大。此時(shí)閘門前水位為8.5m,本次設(shè)計(jì)的水閘為中型水閘,系數(shù)采用0.10,經(jīng)計(jì)算啟閉力為643.15KN,閉門力為66.12KN。查《水工設(shè)計(jì)手冊(cè)》選用電動(dòng)卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)型號(hào)QPQ-240。6.3上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6.3.1工作橋設(shè)計(jì)工作橋是為了安裝啟閉機(jī)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?yè)P(yáng)啟閉機(jī),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(jì)規(guī)范,工作橋設(shè)在工作閘門的正上方,用排架支承工作橋,橋上設(shè)置啟閉機(jī)房。由啟閉機(jī)的型號(hào)決定基座寬度為2m,啟閉機(jī)旁的過(guò)道設(shè)為1m,啟閉機(jī)房采用24磚砌墻,墻外設(shè)0.66m的陽(yáng)臺(tái)(過(guò)人用)。因此,工作橋的總寬度為1+1+0.24+0.24+0.66+0.666m。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+0.5+0.510m工作橋高程閘墩高程+排架高+T型梁高40.8m+10m+1m51.8m圖6-3工作橋細(xì)部構(gòu)造圖單位:mm交通橋設(shè)計(jì)交通橋的作用是連接兩岸交通,供車輛和人通行。交通橋的型式可采用板梁式。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,其寬度不小于3m;行駛汽車等的交通橋,應(yīng)按交通部門制定的規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì),一般公路單車道凈寬為6m,雙車道為7~9m。本次設(shè)計(jì)采用雙車道8m寬,并設(shè)有人行道安全帶為1m,具體尺寸如圖6-4所示。?圖6-4交通橋細(xì)部構(gòu)造圖單位:mm6.3.3檢修橋設(shè)計(jì)的作用為放置檢修閘門,觀測(cè)上游水流情況,設(shè)置在閘墩的上游端。采用預(yù)制T型梁和活蓋板型式。尺寸如圖5所示。圖5檢修橋細(xì)部構(gòu)造圖單位:mm6.4閘室的分縫與止水水閘沿軸線每隔一定距離必須設(shè)置沉陷縫,兼作溫度縫,以免閘室因不均勻沉陷及溫度變化產(chǎn)生裂縫?？p距一般為15~30m,縫寬為2~2.5cm。整體式底板閘室沉陷縫,一般設(shè)在閘墩中間,一孔、二孔或三孔一聯(lián)為獨(dú)立單元,其優(yōu)點(diǎn)是保證在不均勻沉降時(shí)閘孔不變形,閘門仍然正常工作。凡是有防滲要求的縫,都應(yīng)設(shè)止水設(shè)備。止水分鉛直和水平兩種。前者設(shè)在閘墩中間,邊墩與翼墻間以及上游翼墻本身;后者設(shè)在鋪蓋、消力池與底板,和混凝土鋪蓋、消力池本身的溫度沉降縫內(nèi)。本次設(shè)計(jì)縫墩寬1.6m,縫寬為2cm,取中間三孔為一聯(lián),兩邊各為兩孔一聯(lián)。第七章閘室穩(wěn)定計(jì)算7.1設(shè)計(jì)情況及荷載組合1、設(shè)計(jì)情況選擇水閘在使用過(guò)程中,可能出現(xiàn)各種不利情況。完建無(wú)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(yàn)算地基承載力的設(shè)計(jì)情況。正常擋水期時(shí)下游無(wú)水,上游為正常擋水位,上下游水頭差最大,閘室承受較大的水平推力,是驗(yàn)算閘室抗滑穩(wěn)定性設(shè)計(jì)情況。泄洪期工作閘門全開(kāi),水位差較小,對(duì)水閘無(wú)大的危害,故不考慮此種情況。本次設(shè)計(jì)地震烈度為6°,不考慮地震情況。2、完建無(wú)水期和正常擋水期均為基本荷載組合。取中間三孔一聯(lián)為單元進(jìn)行計(jì)算,需計(jì)算的荷載見(jiàn)表1所示。表1荷載組合表荷載組合計(jì)算情況 荷載自重 靜水壓力 揚(yáng)壓力 泥沙壓力 地震力 浪壓力基本組合 完建無(wú)水期 √ ? ? ? ? ?正常擋水期 √ √ √ ? ? √7.2完建元無(wú)水期荷載計(jì)算及地基承載力驗(yàn)算荷載計(jì)算主要是閘室及上部結(jié)構(gòu)自重。在計(jì)算中以三孔一聯(lián)為單元,省略一些細(xì)部構(gòu)件重量,如欄桿、屋頂?shù)?。力矩為?duì)閘底板上游端點(diǎn)所取。鋼筋混凝土重度采用25KN/m3;混凝土重度采用23KN/m3;水重度采用10KN/m3;磚石重度采用19KN/m3。完建無(wú)水期荷載計(jì)算完建無(wú)水期和在分布如下圖所示:圖7-1完建無(wú)水期荷載分布圖完建無(wú)水期和在具體計(jì)算見(jiàn)下表7-2所示:表7-2完建無(wú)水期荷載計(jì)算表荷載 自重(KN) 力臂(m) 力矩(KN.m)-? ?+閘底板 71887.5 0 0 0閘墩 邊敦 13500 0 0 0中墩 32400 0 0 0縫墩 21330 0 0 0工作橋 3532.25 1.0 0 3532.25交通橋 4473 7.0 31311 0檢修橋 1597.5 7.0 0 11182.5啟閉機(jī) 490 1.0 0 490啟閉機(jī)房 1209.6 1.0 0 1209.6排架 1011 1.0 0 1011閘門 1890 1.0 0 1890合計(jì) 153320.85 ? 31311 19315.357.2.2地基承載力驗(yàn)算根據(jù)荷載計(jì)算結(jié)果,采用公式7-1、7-2、7-3進(jìn)行地基承載力的驗(yàn)算,可得結(jié)論完建無(wú)水期的地基承載力能夠滿足要求,地基也不會(huì)發(fā)生