渠首進(jìn)水閘設(shè)計說明書.doc

取水樞紐進(jìn)水閘設(shè)計計算說明書一 工程概況：某灌區(qū)總灌溉面積97.6萬畝，灌區(qū)分布在河道兩岸，兩岸灌溉面積大致相等。根據(jù)河流的水沙情況及取水要求，經(jīng)過綜合比較，修建由攔河壩，沖沙閘，進(jìn)水閘組成的沖沙槽式等取水樞紐。攔河閘橫跨河道修建，于主河道正交，閘地質(zhì)河寬270m，攔河閘底板高程與河床平均高程相同，為31.5m，兩岸堤壩高程39.8m，閘上游限制最高洪水位38.8m，沖沙閘布置在攔河閘兩側(cè)，地板高程31.5m，進(jìn)水閘為了滿足兩岸灌溉要求，采用兩岸布置方案。樞紐平面布置如圖1所示：二 工程資料：1.氣象：多年平均氣溫7.5C 。月平均最搞氣溫20.3C ，月平均最低氣溫-18C，凍層深度1.01.5m，多年平均風(fēng)速4.1m/s ，汛期最大風(fēng)速8.4m/s 。2.水文：表1：攔河閘閘地址河流不同頻率的洪峰流量表（單位：）頻率0.10.330.5125102575流量61505300500045204020332028202000280表2：建閘前閘址處水位流量關(guān)系表（單位：）水位31.533.133.8534.736.036.837.437.738.038.8流量02005001000200030004000530061507000進(jìn)水閘以5的洪水作為停水標(biāo)準(zhǔn)，灌溉臨界期相應(yīng)的河道流量Q=400，閘址處平均含沙量1.8kg/m3，實測最大含沙量4.74kg/m3。3.地質(zhì)情況：渠道附近屬于第四紀(jì)沉積巖，厚度較大，兩岸灘地為粉質(zhì)壤土及粉沙，其下為礫質(zhì)中沙，次下為礫質(zhì)粗沙：沿河一帶地下水埋藏深度隨地形變化，一般在2.5m左右，因土質(zhì)透水性強(qiáng)，地下水位變化受河道水位影響大，豐水期河水補(bǔ)給地下水位較高，枯水季節(jié)，地下水補(bǔ)給河水。4.地基土設(shè)計指標(biāo)：地基允許承載能力250KN/m2；地基應(yīng)力分布允許不均勻系數(shù)23；砼與中砂摩擦系數(shù) f0.4；砼容重24KN/ m3；回填土：盡量以透水性良好的砂質(zhì)中砂或粗砂回填，回填土壤容重干16KN/ m3；濕10KN/ m3；飽20KN/ m3；C=0；填土與墻后摩擦角05.地震：本地區(qū)不考慮地震影響6.工程材料：石料場距閘址不遠(yuǎn)，石料抗壓指數(shù)2500KN/cm左右，容重：24KN/ m3；采石場用粗細(xì)骨料及砂料，距渠首2.53.0km。7.交通：進(jìn)水閘有交通要求，要求橋面總寬5m 。三 設(shè)計資料：1.渠道設(shè)計資料：渠首底板高程32.10m；每年最大引水流量Q78m3/s；灌溉期正常擋水位35.00m；相應(yīng)下游水位34.80m；渠道縱坡I1：3500；渠道邊坡m1.75；渠道底寬B26m；渠道頂部高程37.5m；渠道頂部寬度6m；2. 確定設(shè)計流量與水位：以水閘最大引水流量78m3/s作為設(shè)計流量。因所設(shè)計進(jìn)水閘為有壩式引水，根據(jù)有壩引水上游水位的確定辦法，進(jìn)水閘的上游水位是有攔河壩（閘）控制的。閘的上游設(shè)計水位，即攔河壩（閘）應(yīng)該壅高的水位。其他時期的水位決定于相應(yīng)時期內(nèi)攔河壩（閘）泄流時的壩頂（閘前）溢流水位。所以上游水位是正常擋水位35.00m，相應(yīng)下游水位34.80m。3.泄流計算資料：特征洪水頻率（）流量（m3/s）上游洪水位（m）設(shè)計洪水0.5500037.84停止引水5332037.15四 設(shè)計內(nèi)容及步驟：樞紐和建筑物等級確定:根據(jù)引水流量劃分樞紐和建筑物等級，所設(shè)計的水閘最大引水流量78m3/s，根據(jù)灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范的要求，灌溉流量在50200 m3/s，故該樞紐為等樞紐，其主要建筑物為二級建筑物。閘孔設(shè)計:1.堰型選擇:因為寬頂堰構(gòu)造簡單，施工方便，適用于廣大灌區(qū)內(nèi)建筑物眾多，技術(shù)力量分散的情況。所以水閘底板（堰型）采用寬頂堰形式。由于閘上游水位變幅較大而在最高水位時要求擋水，所以采用胸墻孔口。2.堰頂高程:灌溉渠系中各種水閘的堰頂高程于渠底高程有密切關(guān)系，進(jìn)水閘的堰頂高程常等于或略等于閘后渠底，且比閘前河床至少高一米，以防止推移質(zhì)泥沙入渠。所設(shè)計的水閘閘前河底高程31.5m，閘后渠首渠底高程32.1m。水閘底板高程一般應(yīng)高于渠首渠底高程。綜合考慮以上因數(shù)，確定閘底板頂部高程為32.5m。3.閘孔凈寬：1）計算行進(jìn)流速V0：初步擬定閘前渠寬為B0=26m，2）計算行進(jìn)水頭：3）為了加大流量系數(shù)，堰頂頭部設(shè)計為圓角形，圓角形半徑取為r0.5m，故。查相關(guān)資料得寬頂堰流量系數(shù)m0.374。4）求（淹沒系數(shù)）：,查相關(guān)資料得0.8325）假設(shè)側(cè)收縮系數(shù)則孔口總凈寬4.單孔寬度與閘室總寬度及孔數(shù)：初步擬定為3孔，則單孔凈寬，即單孔寬度，取閘室邊墩厚0.65m，墩頭為1/4圓形，中墩厚為1.30m，墩頭為半圓形。邊孔側(cè)收縮系數(shù)：常數(shù)）中孔側(cè)收縮系數(shù)：故：此時實際流量：由于實際流量略大于水閘最大流量，但小于5，所以可以閘孔數(shù)3，每孔寬度為5m。閘室總寬消能防沖設(shè)計：1.設(shè)計工況確定：閘門孔口為3孔，在只開啟2孔情況下，計算不同開度e下的泄流能量，確定最不利情況下對應(yīng)流量作為確定消力池深度的設(shè)計流量。設(shè)計條件為上游水位37.15m，下游水位為34.80m 。對于孔口出流 e3.02H 。堰上總水頭H=37.15-32.5=4.65m ，e3.024.6514.04m 。堰上總水頭: （由上游水位37.15m ，查表得Q3083m3/s） ?？卓诔隽髁髁?其中對于平板閘門： ，先設(shè) ，則 。設(shè)當(dāng)閘孔有兩孔開啟一孔關(guān)閉情況下，隨e開度不同，單寬能量的變化現(xiàn)列表計算如下。e（m）Qqhc下htHE0.50.10750.61540.581228.042.8040.307733.701.602.133.4594.81.00.21500.62060.562254.245.4240.620634.302.202.812.85151.51.30.27960.62380.550869.096.9090.810934.602.503.082.65172.61.480.62610.62610.544077.687.7680.926134.802.703.212.35178.91）計算過程：當(dāng)e0.5m時，,查表得平板閘門垂直收縮系數(shù)先按自由 。平板閘門 ， 。， 由Q28.04查灌溉渠道水位流量關(guān)系曲線圖二知相應(yīng)下游水位33.70m，此時。為自由出流， 。2）由上表可知，在只開兩孔時，隨e增大，單寬能量增大，即當(dāng)流量達(dá)到最大引水流量Q78m3/s，E最大，即消力池設(shè)計流量亦取Q78m3/s 。此時，將發(fā)生遠(yuǎn)驅(qū)式水躍，由于約1.0m，故采用降低護(hù)坦高程形式的消力池。2.消力池池深及池長的確定：如圖所示,初步估算 。試算，取d00.6m（因d0d）。則E01=E0+d0=P2+H0+d0=32.5-32.1+4.75+0.6=5.75m 。根據(jù)，迭代計算值：1.00.850.840.850.840.84所以取0.84，則：，, ，可取池深d0.60m 。池長由經(jīng)驗公式 ，3.消力池底板（護(hù)坦）厚度確定：由于護(hù)坦下設(shè)排水，故可忽略滲透壓力，由水閘設(shè)計護(hù)坦厚度用下式估算：，取t0.6m 。（K0經(jīng)驗系數(shù)，q單寬流量，上下游水位差）。在護(hù)坦下面設(shè)置反濾層和排水孔，滲透壓力很小。護(hù)坦依靠自重可滿足穩(wěn)定性要求，故不需進(jìn)行抗浮驗算。4.海漫的布置構(gòu)造：在前1/3利用漿砌石，并在內(nèi)部設(shè)置排水孔，底部設(shè)反濾層，墊層，后2/3段利用干砌塊石，用卵石和毛砂組成墊層，末端為31.5m，應(yīng)滿足粗糙，透水，柔性的要求：根據(jù)水閘設(shè)計底流消能后海漫長度可有：，厚度取0.4m 。K與河床土質(zhì)有關(guān)的經(jīng)驗系數(shù)。q消力池出口處單寬流量。上下游水位差。5.防沖槽的布置構(gòu)造：根據(jù)工程經(jīng)驗，防沖槽采用寬淺式，深度取2.0m，底寬取5.0m，上游坡率取m12，下游m23，采用粒徑大于30cm的拋石，沖刷深度t取1.0m 。由經(jīng)驗公式， ，對砂質(zhì)取0.8，ht34.8-32.12.7m 。，取2.0m 。根據(jù)工程經(jīng)驗槽底寬?。?.53）t即取4m 。閘室布置及構(gòu)造:1.閘底板:采用整體式平底板，根據(jù)經(jīng)驗公式B=(1.52.5)H,初擬底板長度為6.7511.625m，考慮到閘墩，胸墻，閘門，交通橋整體布置的需要，取13m 。整體平底板的厚度約為單孔凈跨的1/51/7，即2.6m1.85m ?？紤]到閘址處地質(zhì)情況不太好，處于軟基之上，平底板厚度取為2.0m 。底板在上下游兩端設(shè)置淺齒墻深1.0m 。2.閘墩:閘墩的長度，等于底板長度，即13m 。閘墩頂部高程的確定：把停止引水的水位37.15m作為設(shè)計洪水位。校核洪水位為38.80m 。多年平均風(fēng)速v4.1m/s ， 設(shè)計情況下，二級建筑物安全加高h(yuǎn)c0.5，校核情況下hc0.4m 。吹程D=5B=5260.13Km ，波高：， , ,37.15+0.71237.862m 。校核情況下：多年平均風(fēng)速v4.1m/s，38.80+0.47539.28m 。二者取較大，故墩頂高程為39.28m，取39.40m 。3.胸墻:胸墻頂部高程與邊墩高程相同取為39.4m 。在正常擋水位35.00m時，為了保證閘門全開后，過閘水流量是堰流而非孔流，胸墻得襯底高程應(yīng)高出正常擋水位0.2m，即胸墻底部高程為35.2m，胸墻厚度為0.3m，這樣閘門的高度35.00-32.5+0.32.8m，取為3m 。4.交通橋及工作橋:交通橋：采用板式，寬5m，厚0.35m 。兩側(cè)護(hù)攔高1.2m，截面0.10.1，間隔1m，橫桿0.10.112工作橋：采用板式結(jié)構(gòu)，橋高2閘門高度+hc23+1.57.5m 。橋底高程32.5+7.5+0.4+2.542.9m 。寬5m，厚0.35m，欄桿高1.2m，間隔取1m，斷面0.10.15.閘門與啟閉機(jī):閘門寬為閘孔口凈寬+2槽寬，閘門高度由最大孔口開度+超高確定，即H2.5+0.32.8m，取H3m 。根據(jù)閘門自重選用QP25T的啟閉機(jī)，閘門選用平板式鋼閘門。防滲排水設(shè)計：1.防滲長度的初步擬定值按下列公式計算。L=CH,式中L為初擬防滲長度。H為上下游水位差。C為滲透系數(shù)，對于本閘門的防滲計算，上游水位取防滲限制水位38.8m，此時閘門全關(guān)，先假定水閘下游無水，H38.8-32.66.2m，在中砂壤土中C取6.0，則L=CH66.237.2m 。防滲長度L為上圖中各點順次連接起來的總長度：L=1.5+0.5+20+0.5+1.6+4.5+0.5+0.5+0.5+10+0.5+9.0+2.054.826m37.2m，所以滿足防滲長度要求。2.滲透水頭計算用改進(jìn)阻力系數(shù)發(fā)求滲透水頭，計算公式如下： ，各段水頭損失H各段水頭損失的總和；各段阻力系數(shù)；總阻力系數(shù)，n滲透段段數(shù).阻力系數(shù)法計算圖如下：有效深度Te由： 確定，L0地下輪廓線的水平投影長度。S0地下輪廓鉛直投影長度。L021+6+1340m，S0=32.6-25=7.6m，,Te0.5L0=0.54020m 。阻力系數(shù)：對段，由得出。 對段，由得出。 對段，由得出。T=20m，S=1，；S1=0,S2=1.0,T2=19.5,L=27 , S1=0.6,T3=19.5, S=0.6,T3=18.4, S1=1.0,S2=1.0,T4=18.4,L=13 , S=1.0,T6=18.4, T=20m，S=1，各段水頭損失：水閘正常運(yùn)用時，上游水位為37.15m，下游水位為34.8m，總水頭H=37.15-34.8=2.35m 。校核情況時上游水位為最高洪水位38.3m，下游水位為32.6m，總水頭H38.8-32.66.2m 。a，設(shè)計情況進(jìn)口段：，出口段：，（進(jìn)口），（出口）b，校核情況進(jìn)口段：，出口段：，（進(jìn)口），（出口）滲透水頭修正值如下表（單位：m）H1H2H3H4H5H6H7H8設(shè)計情況2.352.160.950.930.880.200.160校核情況6.35.812.622.572.460.660.510出口段滲流坡降J ;進(jìn)口段滲流坡降,正常運(yùn)用時，校核情況下：由水工建筑物P298表63出口段容許坡降值J(0.400.45),所以滲流滿足要求。閘室穩(wěn)定校核及應(yīng)力分析:1. 穩(wěn)定校核（1） 正常情況水重：G1=(37.15-32.6)16.859.813749.4kN G2=(34.8-32.6)11.689.812900.6kN 水的水平推力：P1=1/249.5 (4.55+0.5) 16.8=2101.5 kN P2=1/2(34.82+56.38)2.116.8=1608.8 Kn P3=1/247.1(34.8-30)16.8=1898.6kN揚(yáng)壓力：Pf1/2（56.38+52.74）1316.811916.0 kN浪壓力：設(shè)計情況下，H=4.55m，hL0.17m，L1=0.59m，h00.02m 。波浪波長，波高均很小，可知浪壓力很小，可忽略不計。閘室各部件的重量如下頁列表：假定地基表層滑動，利用純摩公式，求出穩(wěn)定系數(shù)：部件名稱重量（kN）力臂力矩備注砼24kN/m3，1.2m高欄桿每米長的容重24kN/m3，啟閉機(jī)重量包括其下砼重機(jī)座，鋼閘門6.34kN/m3底板9596閘墩6003胸墻565.62.11187.7公路橋1444.63.04333.9工作橋370.51.4500.2檢修橋359.34.01437鋼閘門125.41.4169.2啟閉機(jī)56.91.476.8合計18521.3962.6閘室滿足抗滑穩(wěn)定。（2）校核情況。水重：G1=(38.8-32.6)16.859.815109.5kN G2=0kN 水的水平推力：P1=1/265.27 (38.8-32.6+0.5) 16.8=3699.1 kN P2=1/2(27.95+49.5)2.116.8=1366.9 Kn P3=1/225.52.616.8=557.1kN揚(yáng)壓力：Pf1/2（49.5+31.2）1316.88821.1 kN浪壓力：設(shè)計情況下，H=6.2m，2hc0.11m，Lc=1.2m，h00.03m 。波浪波長，波高均很小，可知浪壓力很小，可忽略不計。閘室各部件的重量如下頁列