《水閘設(shè)計的準(zhǔn)備計算案例》4000字

水閘設(shè)計的準(zhǔn)備計算案例綜述1.1工程概況本水閘為重建節(jié)制閘，水閘屬于ZK灌區(qū)二期工程，位于北緯40°52′～42°20′，東經(jīng)112°15′～112°30′間。地理位置位于了主產(chǎn)糧食核心區(qū)，工程共涉及水工建筑物41座、橋梁86座。其中41座水工建筑物包括：26座河溝節(jié)制閘、5座分水閘、5座渠道退水閘、4座渠道節(jié)制閘、1座倒虹吸。水閘位于渠道樁號7+400處，為重建節(jié)制閘。閘底板設(shè)計高程46.30m，10年一遇設(shè)計流量7.30m3/s，下游設(shè)計水位49.80m，20年校核流量11m3/s，下游校核水位50.10m，閘前灌溉水位為49.25m。建筑物總長69m，建筑物的主要組成部分有閘前進(jìn)口段、閘室主體段、閘后出口段等。依照《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》SL252-2017，確定本工程等別為一等，工程規(guī)模為大(1)型。灌區(qū)中下游灌排合一河（溝、渠）道，其灌溉流量一般遠(yuǎn)小于河（溝、渠）道除澇流量，河（溝、渠）道灌溉水位較低，為滿足河（溝、渠）道支渠（支溝）引水要求，需要在河（渠）道上修建節(jié)制工程，攔蓄灌溉。依照《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》SL252-2017、《水閘設(shè)計規(guī)范》SL265-2016，其級別不低于所在河（溝、渠）道的堤防級別，確定為4~5級。根據(jù)工程級別確定建筑物合理使用年限為30年。本設(shè)計的閘型為節(jié)制閘，坐落于在渠道樁號7+400處。在水流較少的枯水期用以關(guān)閘節(jié)流，使水位抬高，在上游處建進(jìn)水閘滿足取水灌溉的要求；降水較大，水量豐富期則開閘泄洪，降低上游水位并控制下游流量。攔河閘的作用較為單一，豐水期泄水，枯水期關(guān)閘擋水，此種閘型常修建在地基為較軟土質(zhì)的工程中，所以在閘室穩(wěn)定、閘基防滲、消能防沖及不均勻沉降方面都都要重點設(shè)計，確保工程安全可行。1．穩(wěn)定方面降水量少時，節(jié)制閘需關(guān)閘節(jié)水，雍高了上游水位。因此水閘上游水頭變大，產(chǎn)生的橫向水壓力較大，下游無水，無水平水壓力，這種壓力差造成較大的水平推力，從而，在閘基面上，有可能會產(chǎn)生橫向的滑動，產(chǎn)生安全隱患，為此，本座水閘要想維持自身的穩(wěn)定，必須具要確保有足夠大的自身重力。2．防滲方面閘門未開啟或未全部開啟時，閘下游水位必然低于上游水位，由此將產(chǎn)生滲透壓力，水將通過地基和兩岸從上游滲透到下游，水的滲透力可能會產(chǎn)生流土或管涌，影響水閘的安全運(yùn)行。滲流是閘室穩(wěn)定和兩岸連接建筑物安全的重要影響因素，所以，防滲設(shè)計非常重要，必須重點設(shè)計。3．消能防沖方面降水豐沛時，需要開啟閘門，宣泄洪水，此時，上游水位較下游大一些，產(chǎn)生水頭差，通過閘門的水體，流動迅速，出流狀態(tài)復(fù)雜而多變，但是，本設(shè)計中的下游渠道為土質(zhì)材料，質(zhì)地松軟易被沖刷，很容易產(chǎn)生沖刷破壞。并且，由于流速大，水閘下游側(cè)非常容易出現(xiàn)波狀水躍和折沖水流，這種水流狀態(tài)流速高，破壞力強(qiáng)，會對渠道底部和渠道兩岸產(chǎn)生大力沖刷，普通的土質(zhì)渠道難以抵擋。故而本次節(jié)制閘設(shè)計不僅要使得閘孔滿足水量豐沛期的及時泄水，還要保證下游渠道的安全穩(wěn)固，不被下泄水流過度沖刷，消能防沖要高度重視。4．沉降方面本節(jié)制閘建設(shè)在土質(zhì)地基之上，但是土質(zhì)地基過于松軟，易被剪切力破壞，又易于被壓縮，從而產(chǎn)生壓縮沉降，閘室的各個部分具有自身重力，在閘室建設(shè)、建成和運(yùn)用時會有許多外部荷載的組合作用，在基本荷載或特殊荷載作用時，會導(dǎo)致沉降影，產(chǎn)生安全隱患，影響正常施工或使用。各種沉降中最為危險的就是不均勻沉降，當(dāng)產(chǎn)生不均勻沉降時，水閘整體會傾斜甚至傾覆，閘體結(jié)構(gòu)也會發(fā)生斷裂。因此，在對本節(jié)制閘進(jìn)行設(shè)計，就要嚴(yán)格選擇閘體型式、合理進(jìn)行構(gòu)造設(shè)計，重點部分重點設(shè)計，對施工中的各程序合理安排，對地基處理的各個環(huán)節(jié)步驟安排合理的措施，使地基沉降控制在不致發(fā)生安全隱患的程度，減小不均勻沉降，確保工程設(shè)計安全可靠。1.2基本資料1.2.1流域概況工程范圍屬大陸性季風(fēng)氣候，四季交替明顯。在此地理范圍內(nèi)，多年的平均降水量為729mm。工程區(qū)上游降水豐沛的年份可達(dá)1025mm（1984~1985年），降水較少的年份僅318mm（1959~1960年）；水閘下游雨量充沛的年份可達(dá)1148mm（1984年），降雨量較少的年份只有365.9mm（1978年）。流域范圍屬于季風(fēng)氣候，此種氣候的特點很不穩(wěn)定，降水量具有多變性，年際間降水量差別很大，降水量最大的年份與降水量最小的年份相比，降水量差別巨大，年際之間可能會產(chǎn)生交替變化的現(xiàn)象。許多地區(qū)最大的降水量與最小的降水量的差距在600~1200mm，極值降水量比值一般為2~4，比值南部小于北部。1.2.2工程區(qū)域地質(zhì)水閘為節(jié)制閘，地處高朗鄉(xiāng)石莊村東北，場區(qū)地層由第四系全新統(tǒng)輕粉質(zhì)壤土、重粉質(zhì)壤和粉細(xì)砂組成，地質(zhì)結(jié)構(gòu)為粘砂多層結(jié)構(gòu)，地層分布較穩(wěn)定。上部土層結(jié)構(gòu)較疏松，具中等～高壓縮性，為中硬土，承載力標(biāo)準(zhǔn)值90～120kPa。工程場區(qū)地貌單元屬黃淮沖洪積平原，整體上場區(qū)地形較平坦。場區(qū)地震動峰值加速度為0.05g，相當(dāng)于地震基本烈度Ⅵ度，場地類別為Ⅲ類場地。設(shè)計閘底板主要位于第②層重粉質(zhì)壤土，局部位于③層重粉質(zhì)壤土層中，承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk=100～110kPa。上部第①層輕粉質(zhì)壤土具弱～中等透水性，下伏重粉質(zhì)壤土具微～弱透水性，二者差異性明顯；工程運(yùn)行后，閘上下游存在水位差，因此，存在滲漏及滲透變形穩(wěn)定問題；另外，上部輕粉質(zhì)壤土、重粉質(zhì)壤土結(jié)構(gòu)疏松，存在沖刷破壞問題。在進(jìn)行地質(zhì)勘測的時候，地下水位的深度一般處于地下6.0m處，比建設(shè)基本面低；因為地下水的變化較大，地下水位會規(guī)律性的波動，所以建議在施工前，重新測量地下水位的深度，從而確定排水措施的方法種類。施工邊坡一般高4～5m，組成邊坡的巖性主要為全新統(tǒng)上段粉質(zhì)壤土，結(jié)構(gòu)疏松，強(qiáng)度較低，不利于邊坡穩(wěn)定；建議施工臨時邊坡一般1:1.5～1:2.5。另外，在涵閘前端為人工開挖形成的取土坑，需要進(jìn)行回填處理。同時，應(yīng)注意汛期施工導(dǎo)流問題。工程范圍內(nèi)出現(xiàn)的自然水對混凝土結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生腐蝕作用，對混凝土中的鋼筋也沒有無腐效果，對鋼結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生較弱的腐蝕破壞。1.3金屬結(jié)構(gòu)和電氣設(shè)備1.閘門選型節(jié)制閘閘門形式較多，常采用的主要有以下三種：平面定輪鋼閘門、鑄鐵閘門和平面鋼筋砼閘門。（1）平面定輪鋼閘門：門體部位是由實體腹式法進(jìn)行焊接，安全可靠，門體自重較低，運(yùn)用時可較好的適應(yīng)所需要求，易于建造、安裝難度低，閘門的尺寸精準(zhǔn)度很高，制作品質(zhì)安全放心，易于維護(hù)，同時檢修方便快捷，支承部件易于安裝替換，止水零部件安放難度低，閘門結(jié)構(gòu)較為合理。缺點是抗腐蝕性能較差，在偏遠(yuǎn)地區(qū)容易被盜。（2）鑄鐵閘門：門體主要使用的材料是鑄鐵，閘門框體的材料也由鑄鐵建造，閘門的止水側(cè)要鑲銅合金或不會發(fā)生銹蝕的鋼材料等材料，重點是耐腐蝕性好。鑄鐵閘門的結(jié)構(gòu)安全合理，安裝難度低，操作簡單，方便快捷，使用靈活，易于管理；具有良好的止水效果，密封性強(qiáng)，不易滲水，一般情況下滲水量L≤0.07L/m.s；不易發(fā)生被腐蝕的現(xiàn)象，耐酸堿性強(qiáng)，可在弱堿弱酸中正常使用；目前國內(nèi)一些廠家已經(jīng)有一系列的定型產(chǎn)品。（3）平面鋼筋砼閘門：這種閘門的剛性強(qiáng)，整體性好，不易發(fā)生斷裂，澆筑簡便快捷，成型快，成型難度低，塑性能力好，材料較容易獲得，成本低廉，經(jīng)濟(jì)型好，缺點是混凝土的重度大，同體積的混凝土閘門較鋼閘門和鑄鐵閘門的自重大，所需的啟閉力也大，因此會在土基上加大荷載負(fù)重，對地基的承載力要求較大。此類閘門因為是澆筑制作而成，在砼凝固時易收縮變形，故澆筑出的閘門與預(yù)設(shè)的尺寸差別較大，精度難低，澆筑品質(zhì)較差，不易控制，而且由于止水部件需要預(yù)先埋設(shè)連接，止水螺栓一旦發(fā)生銹蝕難以檢修，不易更換。如果使閘門的厚度采用厚度較小的輕薄結(jié)構(gòu)，雖然減少了混凝土用料，使得閘門自重減小，但是，因為內(nèi)部鋼筋結(jié)構(gòu)膠薄，產(chǎn)生的表層較薄，加上施工時水泥砂漿會把鋼筋網(wǎng)擠壓變形，造成混凝土保護(hù)層厚薄不均勻，混凝土易被碳化，會降低閘門本身的強(qiáng)度，混凝土部分疏松，當(dāng)閘門面板受到常荷載或突然荷載后，容易破壞結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致閘體破壞穿孔。根據(jù)本工程實際情況，節(jié)制閘孔口尺寸約等于3m，設(shè)計水頭一般小于6m，。經(jīng)比較分析，節(jié)制閘閘門采用平面定輪鋼閘門。2.啟閉機(jī)選型啟閉機(jī)的選用原則一般是結(jié)合運(yùn)用要求、孔口布置、閘門孔數(shù)、工作級別，并結(jié)合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等綜合選定。啟閉機(jī)的類型有很多種，對于小型水閘最常用的有兩種形式，即固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)和螺桿式啟閉機(jī)。固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)，此種啟閉機(jī)應(yīng)用范圍廣，適應(yīng)情況多，常用于平面閘門的吊裝啟閉，弧形閘門也可采用，我國的啟閉機(jī)制造樣式多，已有QP、QPK、QPG等系列化產(chǎn)品。啟閉力的應(yīng)用范圍廣，揚(yáng)程方面也有較好的適用性，此種啟閉機(jī)主要用于靠自重、水柱或其它加重方式關(guān)閉孔口的閘門和要求在短時間內(nèi)全部開啟的閘門。螺桿式啟閉機(jī)主要用在需要下壓力的閘門上，啟閉速度較低，行程受限制，啟閉力也不能太大，一般用于小型閘門，根據(jù)啟閉方式又分為手搖和手電兩用兩種型式。啟閉機(jī)的選用原則是結(jié)合運(yùn)用要求、孔口布置、閘門孔數(shù)、工作級別，并結(jié)合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等綜合選定。洼地啟閉機(jī)選型主要考慮以下四種情況：①孔口尺寸大于等于3m×3m的水閘，選用卷揚(yáng)式啟閉機(jī)。②對于管涵和孔口尺寸不大于1.5m×1.5m的方（矩）型水閘，考慮到啟閉高度不大，選用防水防銹性能好、不需機(jī)房可露天安裝的LQPA型封閉式手動螺桿啟閉機(jī)，手動螺桿機(jī)應(yīng)有自鎖功能，且應(yīng)配備防盜嘴及專用扳手。③孔口尺寸在1.5m×1.5m和3m×3m之間，孔數(shù)少于3孔的水閘，選用QL型柴油機(jī)動力螺桿啟閉機(jī)。④孔口尺寸在1.5m×1.5m和3m×3m之間，孔數(shù)為3孔及以上的水閘，選用具有電、手動切換機(jī)構(gòu)自動切斷電源的LQD型電手動螺桿啟閉機(jī)。螺桿式啟閉機(jī)的的閉門力大小是由其螺桿行程控制的，在實際工程中，如果發(fā)生超載使用，就會導(dǎo)致螺桿彎曲變形，破壞啟閉機(jī)。所以，對于后兩種情況，所選啟閉機(jī)需要在超負(fù)荷時能夠及時停機(jī)，保護(hù)機(jī)體安全、發(fā)生事故時，及時顯示情況、上下行程限位控制等功能。表1-1水閘金屬結(jié)構(gòu)技術(shù)特性表建設(shè)類別門體型式孔口尺寸(B×H)m材料閘門單重(t)埋件單重(t)型式啟門力(kN)單重(