節(jié)制閘課程設(shè)計書.docx

一，設(shè)計基本資料1.1，概述本工程位于流過山東省淄博市境內(nèi)的淄河中游，距齊魯石化進(jìn)水閘的下游約2公里處設(shè)置的節(jié)制閘。目的是攔截淄河水流，抬高水位，以確保國家重點(diǎn)企業(yè)齊魯石化和近數(shù)十萬畝農(nóng)田灌溉的供水。淄河由沂蒙山脈為源頭，從南至北，經(jīng)臨朐、青州、淄博、廣饒匯入小清河，再流入渤海。淄河是一條季節(jié)性河流，汛期時來水流量較大，通常約600m3/s；枯水期時河流干涸，河床能行人。每當(dāng)汛期山洪暴發(fā)，水流夾帶大量泥砂，河床沉積著較厚的砂礫，而兩岸的地表土為亞粘土。1.2，規(guī)劃數(shù)據(jù)流域面積：1670平方公里。設(shè)計流量（5年一遇）：Q=560m3/s，相應(yīng)的閘上水位：34.55m，閘下水位：33.75m。校核流量（20年一遇）：Q=1300m3/s，相應(yīng)的閘上水位：36.35m，閘下水位：35.62m。蓄水期水位：1.正常蓄水位：閘上34.55m，閘下29.98m（閘下無水）。2.最高蓄水位（校核水位）閘上35.90m，閘下31.98m。3.惡劣放水水位：閘上35.90m，閘下30.98m。閘下水位與流量關(guān)系：流量Q（m3/s）0501002003004005006007008009001000110012001300水位H（m）29.9830.2630.7831.5032.0032.7133.1233.7534.1834.7134.9935.2435.4435.5635.621.3，地質(zhì)資料根據(jù)鉆探孔（見地形圖）的地質(zhì)資料看出，因受河流沖積影響，土層變化情況較復(fù)雜。具體如下：1# 鉆孔：位于淄河左岸上，自地面高程約36.00m向下至28.50m為亞粘土，土質(zhì)堅實(shí)；高程28.50m至26.00m為粉質(zhì)粘土，較堅實(shí)；高程26.00m至21.00m為粉土；高程21.00mm至15.00m為粉質(zhì)粘土。2#、3#、4#、5# 鉆孔：同1# 鉆孔地質(zhì)資料。6# 鉆孔：位于淄河主河槽中，自河底高程29.98m至27.40m為沖積的砂礫；高程27.40m 至26.20m為粉質(zhì)粘土；高程26.20m至21.50m為粉土；高程21.50m至15.20m 為粉質(zhì)粘土。7#、8#、9#、10#鉆孔：基本同6#鉆孔地質(zhì)資料。地基土物理力學(xué)指標(biāo)如下表：土質(zhì)容量(g/cm3)飽和容量(g/cm3)滲透參數(shù)k(cm/s)允許滲透坡降J壓縮模量E(KN/cm3)）孔隙比e抗剪指標(biāo)磨擦角(度)凝聚力C(N/cm2)亞粘土1.812.0410-51.16000.8181.6粉質(zhì)粘土1.681.91310-41.08000.85161.1粉土1.561.84110-40.812000.9140.9參照附近水利工程抗沖流速的資料：亞粘土的抗沖流量V0=1.9m/s，粉質(zhì)粘土的抗沖流速V0=1.7m/s，粉土的抗沖流速V0=1.0m/s。1.4，交通要求及其他 ，公路橋面高程為37.18m，雙車道。橋面凈寬為9m，按汽車-20級荷載標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。 ，淄河無通航要求，不設(shè)船閘，也不設(shè)魚道。二,閘址選擇閘址的選擇關(guān)系到工程的成敗和工程效益的發(fā)揮，是水閘設(shè)計的一項(xiàng)重要內(nèi)容，應(yīng)根據(jù)水閘的功能、運(yùn)用要求和特點(diǎn)，綜合考慮地形、地質(zhì)、泥沙、施工、管理和周圍環(huán)境等因素，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選定最佳方案。閘址宜選在地形開闊、岸坡穩(wěn)定、巖土堅實(shí)和地下水位較低的地點(diǎn)，應(yīng)優(yōu)先選用地質(zhì)條件良好的天然地基，壤土、中砂、粗砂和細(xì)砂都適于作為水閘的地基，盡量避開淤泥土和粉、細(xì)砂地基。過閘水流的流態(tài)是是閘址選擇的重要因素，要求做到：過閘水流平順、流量分布均勻、不出現(xiàn)偏流和危害性沖刷或淤積，攔河節(jié)制閘宜選在河道順直、河勢相對穩(wěn)定的河段，閘的軸線宜于河道中心線正交，其上、下游河道直線長度不宜小于5倍的水閘進(jìn)口段水面寬度。綜合考慮以上閘址選擇的最佳條件，臨淄節(jié)制閘閘址選在淄博市臨淄區(qū)以南，距齊魯石化進(jìn)水閘約2km處淄河的左岸河灣里，距離公路約100米（圖1），這樣既可攔截淄河水流，抬高水位，保證國家重點(diǎn)企業(yè)齊魯石化的供水，又可確保附近數(shù)十萬畝農(nóng)田的灌溉，達(dá)到了設(shè)計目的。而且該處地勢開闊，地質(zhì)條件較好,截彎取直，施工期間可以利用原河道導(dǎo)流，解決了施工導(dǎo)流問題。新開挖渠道長約1km,濟(jì)青公路處另外建設(shè)橋?？s短原河道可以增加了可利用土地面積，地質(zhì)條件也叫原河道好得多，在新開渠道和原河道之間的濕地是又是良好的游樂開發(fā)地。圖1 閘址布置圖三,閘孔設(shè)計3.1,堰型選擇考慮到淄河每當(dāng)山洪暴發(fā)時，水流夾帶大量泥沙，為滿足泄洪、排沙的要求選用寬頂堰，此種堰型泄流能力比較穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，施工方便。3.2,底板高程選定閘底板置于土質(zhì)較堅實(shí)的粉質(zhì)粘土上，利用天然地基。底板高程與新開渠道閘址處的河底齊平。在1:5000的地形圖上量得點(diǎn)1=29.40m和點(diǎn)2=30.12m的距離為194mm，閘址處與點(diǎn)1=29.40m距離102mm，故閘址處高程：址=29.40+（31.12-29.40）102/194=29.78m閘底板高程：底板=址=29.78m3.3,閘孔寬度計算閘孔總凈寬初擬定新開渠道底寬b=61m，邊坡m=2.5，斷面形式如圖流量：Q=1300m3/s閘上水深：H=36.35-29.78=6.57m閘下水深：hs=35.62-29.78=5.84m行近流速：V0=Q/A閘上游連接段大約25m，由于5H=56.57=32.85m25m，行近流速計算斷面為梯形斷面，斷面面積：A=（b+mH）H=（60+6.572.5）6.57=502.11m2V0=1300/502.11=2.59m2/sH=H+V/2g 取=1.0 =6.57+2.592/29.81=6.91mhs/ H=5.84/6.91=0.8450.8,屬于淹沒出流。利用下面公式計算閘孔總凈寬根據(jù)閘門形式、啟閉設(shè)備條件、閘孔的運(yùn)用要求和工程造價，并結(jié)合實(shí)例，先假定每孔凈寬b。=11m，閘孔數(shù)N=5，閘墩墩頭采用圓弧形，側(cè)收縮系數(shù)按SL265-2001規(guī)范式A.0.1-3計算。b0/bs=b0/(b0+dz)=11/(11+1.5)=0.88,查SL265-2001規(guī)范表A.0.1-1知z=0.98。bb=6.572.5=16.43mb0/bs=b0/(b0+dz/2+bb)=11/(11+1.5/2+16.43)=0.39, 查SL265-2001規(guī)范表A.0.1-1知b=0.918側(cè)收縮系數(shù)=(0.984+0.918)/5=0.968hs/ H=0.845，查SL265-2001規(guī)范表A.0.1-2得=0.925取用m=0.385閘孔總凈寬:L0=1300/(0.9250.9680.3856.571.5)=45.0mL 滿足防滲要求5.3滲流計算采用改進(jìn)阻力系數(shù)法進(jìn)行滲流計算5.3.1計算簡化地下輪廓線簡化如圖5，粘土鋪蓋取平均深度，閘底板的齒墻簡化為板樁。圖5 計算簡圖由計算簡圖知：水平投影長度：L0=20+17=37m豎直投影長度：s0=1.6+1.0=2.6mL0/S0=37/2.6=14.25 有效計算深度Te=0.5L0=0.537=18.5m又由于地質(zhì)資料所知深度T=29.78-15=14.78m1.0時，取=1.0。修正后的進(jìn)、出口段水頭損失減小h進(jìn)、出口段的修正計算如表2表2段號TTSh0h0h進(jìn)口段13.4813.481.30.750 0.466 0.620 0.154 出口段13.1813.782.60.899 0.574 0.639 0.065 修正的減小水頭損失分配給相鄰各段，所以修正后各段水頭損失值為：h1 =0.466m h2 =1.562+0.154=1.716m h3 =0.124m h4 =0.097m h5 =1.861+0.060=1.921m h6 =0.097+0.005=0.102m h7 =0.574m 假設(shè)各分段的水頭損失值按直線變化，依次疊加，疊加后各段水頭值為：H=5.000mH1=5.000mH2=4.534mH3=2.818mH4=2.694mH5=2.597mH6=0.676mH7=0.574m繪出閘基滲流壓力分布圖如圖6：5.4 逸出坡降計算為防止?jié)B流變形的保證閘基的抗?jié)B穩(wěn)定性，要求出口的逸出坡降必須小于規(guī)定的容許值。出口處的逸出坡降J為根據(jù)地基土的物理力學(xué)指標(biāo)，防止流土破壞的出口段容許坡降J=0.8JJ所以出口段的逸出坡降滿足容許值。六,消能、防沖設(shè)計 水閘泄水時，部分是能轉(zhuǎn)化為動能，流速增大，而土質(zhì)河床的抗沖能力低，所以，閘下沖刷是一個普遍的現(xiàn)象。不危害建筑物安全的沖刷，一般說來是允許的，但對于有害的沖刷，則必須采取妥善的防范措施。閘下消能、防沖是水閘設(shè)計的一項(xiàng)重要內(nèi)容。6.1,消力池設(shè)計由于該閘閘底為粉質(zhì)粘土，抗沖刷能力較低，故采用底流式消能。消力池的首段和尾端均采用閘孔總寬，即：b1=b2=61m。當(dāng)惡劣放水時，水流對下游的沖刷最為厲害，此時閘上水位35.90m，閘下水位30.98m。取此時的工況為下游消能計算工況。閘門開度e按每級開啟0.2m。6.1.1水流流態(tài)判定流量：Q=1300m3/s閘上水深：H=35.90-29.78=6.12m閘下水深：hs=30.98-29.78=1.20m過水?dāng)嗝妫篈=（b+mH）H=（60+2.56.12）6.12=467m2行近流速：閘孔全水頭：H=H+v2g=6.12+1.02.78229.81=6.51m 寬頂堰閘孔出流流量：流量系數(shù)可按南京水利科學(xué)研究所的經(jīng)驗(yàn)公式計算：=0.60-0.176eH收縮斷面水深：hc=e垂直收縮系數(shù)由相對開度eH查表得到。由水閘設(shè)計規(guī)范知躍后水深：hc“=hc21+8q2ghc3-1b1b20.25對于5孔全開狀態(tài)下各級開度的水流狀態(tài)計算如表3對于對稱開啟3孔和1孔的各級開度計算同5孔全開狀態(tài)。由表可以看出水流狀態(tài)所開各級均為遠(yuǎn)趨水躍。該種水流狀態(tài)對河床的沖刷比較大，需要修建消力池，并按規(guī)范要求修建相應(yīng)的護(hù)坦。6.1.2消力池的尺寸根據(jù)水閘設(shè)計規(guī)范附錄B，消力池的深度按下式計算：d=hc“-hs-Z取水躍淹沒系數(shù)=1.05出池落差Z按下式計算：Z=q22g2hs2-q22ghc2水流動能校正系數(shù)=1.05各級開啟度所需的消力池的深度計算結(jié)果如表3。從計算結(jié)果中可以看出所需最大深度為1.20m，所以消力池深度取為1.20m。消力池的長度按下式計算：Lsj=Ls+Lj取水躍前后水深差最大時計算消力池長度。水躍長度：Lj=6.9h-hc=6.93.17=21.87m斜坡段坡度取1:4，斜坡段水平投影長度Ls=1.24=4.8m水躍長度校正系數(shù)取0.7消力池長度：Lsj=4.8+0.721.87=20m取消力池長度為21m（包括尾坎）。消力池底板厚度按抗沖要求確定：t=k1qH取消力池底板計算系數(shù)k1=0.175t=0.17513.44.92=0.95m取底板厚1.0m。消力池的構(gòu)造如圖6圖6 消力池剖面圖6.2海漫設(shè)計 水流經(jīng)過消力池，雖然已經(jīng)消除了大部分的多余能量，但仍有一部分剩余動能，特別是流速分布不均，脈動較為劇烈，具有一定的沖刷能力。因此護(hù)坦后仍需設(shè)置海漫等防蟲加固設(shè)施，以使水流均勻擴(kuò)散，并將流速分布逐漸調(diào)整到接近天然河道的水流形態(tài)。6.2.1海漫的布置和構(gòu)造一般在海漫的起始端做510m長的水平段，該工程的海漫設(shè)置8m長水平段，段后做成1:12的斜坡，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。對海漫的要求有：表面有一定的粗糙度，以利于進(jìn)一步消除余能；具有一定的透水性，以便使?jié)B流水自由排出，降低揚(yáng)壓力；具有一定的柔性，以適應(yīng)下游河床的沖刷變形。結(jié)合上述要求，水平段采用漿砌塊石，斜坡段用干砌塊石。海漫末端設(shè)置防沖槽拋塊石，以加固末端。結(jié)構(gòu)形式如圖7圖7 海漫剖視圖6.2.2海漫長度計算海漫的長度應(yīng)根據(jù)可能出現(xiàn)的最不利水位和流量的情況設(shè)計，它與消力池出口的單款流量及水流擴(kuò)散情況、上下游水位差、地質(zhì)條件、尾水深度以及海漫本身的粗糙度等因素有關(guān)，根據(jù)水閘設(shè)計規(guī)范，當(dāng)qH=1-9時，海漫長度L按下式計算：L=k