小型水閘課程設(shè)計完成版

本科畢業(yè)設(shè)計井頭涌水閘設(shè)計袁梓華8指導(dǎo)教師 陳方竹 講師學(xué)院名稱水利與土木工程學(xué)院 專業(yè)名稱 水利水電工程專業(yè)論文提交日期2014年5月10日 論文答辯日期 2014年5月14日摘 要水閘是一種低水頭擋水兼泄水的水工建筑物，依靠可以升降啟閉的閘門控制水位、調(diào)節(jié)流量，在防洪、灌溉、排水、航運、發(fā)電等水利工程中應(yīng)用的十分廣泛。本次設(shè)計的井頭涌水閘工程位于梅州市豐順縣城東南部。本工程的開發(fā)主要任務(wù)為防御榕江北河干流洪水，宣泄水閘上游集雨范圍內(nèi)的洪水，并且作為豐順縣城防工程的在井頭涌這條支流上的一個封口。故當榕江北河干流水位高過支流水位時，下閘防御干流洪水；反之，則開閘。根據(jù)設(shè)計資料，結(jié)合當?shù)厮?、地質(zhì)條件，按照水閘設(shè)計相關(guān)規(guī)范規(guī)定，設(shè)計該水閘結(jié)構(gòu)型式。根據(jù)河道洪水季節(jié)行洪要求，確定水閘工程中的堰、泄水閘的型式、尺寸，根據(jù)當?shù)毓鄥^(qū)灌溉要求，確定水閘工程中進水閘的型式、尺寸。確定水閘工程的整體工程布置之后，對水閘進行泄流、供水能力復(fù)核計算，滲流計算，消能工的設(shè)計、復(fù)核以及閘室的穩(wěn)定計算。完成水閘設(shè)計文本內(nèi)容并繪制相關(guān)工程布置圖。通過井頭涌工程的整體設(shè)計計算，工程圖紙繪制以及設(shè)計說明書的編寫，能過對大學(xué)本科所學(xué)專業(yè)知識加以系統(tǒng)的整合、運用，是一次學(xué)以致用的實踐過程。同時，通過此次水閘工程設(shè)計，認識到水利工程對于國民經(jīng)濟發(fā)展、生活水平的提高的巨大重要性，作為一個水利人，要認識到自己的肩頭責任。 關(guān)鍵詞：水閘設(shè)計 泄流洪水 防御干流洪水 消能防沖Design of jingtouchong SluiceYuanzihua(College of Water Conservancy and Civil Engineering, South China Agricultural University, Guangzhou , China)Abstract:Sluice is a low water head and the water retaining water leakage of the hydraulic structures. Relying on the control of opening and closing can lift the water level, adjust flow, in flood control, irrigation drainage, shipping, power generation and so on of the application of water conservancy project is very extensive. The design of the jingtouchong sluice located in rongjiang River middle reaches of two tributaries of rongjiang river, fengshun City, guangdong Province ,West rongjiang River jigtouchng sluice is critical to the economic development of local agriculture and animal husbandry. Design data, combined with the local hydrological and geological conditions, in accordance with the gate design specification to determine the type of gate design. According to the requirements of the river flood season flood, determine the weir sluice, drain the water gate type, size, requirements according to the local irrigation district irrigation sluice intake of types, sizes. Determine the sluice of the overall project layout, the sluice discharge, review the calculation of water supply capacity, seepage calculation, the energy dissipation the workers in the design, review, and the chamber of the stability calculation. Completion of the gate design text content and layout drawing related engineering. Through the calculation of the overall design of the jingtouchong sluice, the engineering drawing and design specification preparation, can the undergraduate professional knowledge of system integration, the use of time to apply our knowledge of the practice process.At the same time, through the sluice design, we recognize the tremendous importance of water conservancy projects for economic development, improvement of living standards, as a water person, to recognize our own responsibility. Keywords：The design of sluice； Flood discharge and water supply Energy dissipation and erosion preventing 目 錄1總論11.1 設(shè)計基本資料11.2 工程綜合說明42.水力設(shè)計62.1壩址及形式選擇62.2閘孔設(shè)計72.3 消能防沖設(shè)計112.3.1 過閘水流的特點112.3.2消能防沖方式選擇122.3.3 消能防沖設(shè)施的設(shè)計123 水閘防滲排水設(shè)計173.1 閘底地下輪廓線布置183.1.1 底板183.1.2 鋪蓋183.1.3 側(cè)向防滲193.1.4 排水，止水193.1.5 防滲長度驗算203.2 滲流計算213.2.1 確定地基的有效深度Te223.2.2 滲流區(qū)域的分段和阻力系數(shù)的計算233.2.4抗?jié)B穩(wěn)定驗算264 閘室布置274.1 底板274.2 閘墩284.3 胸墻294.4工作橋294.4.1閘門294.4.2 啟閉機選型：314.4.3 工作橋的尺寸及構(gòu)造：324.5 檢修便橋334.6 交通橋344.7 閘室的分縫止水345 閘室穩(wěn)定計算及地基應(yīng)力計算345.1 荷載及計算列表355.2 設(shè)計洪水情況下的荷載。375.3 校核洪水位情況的荷載395.4 穩(wěn)定計算395.4.1 閘室基底壓力計算395.4.2 設(shè)計情況：閘室基底壓力計算415.4.3 校核情況：閘室基底壓力計算426 閘室結(jié)構(gòu)設(shè)計436.1 閘墩設(shè)計436.2 底板結(jié)構(gòu)計算446.2.1 選定計算情況456.2.2閘基的地基反力計算456.2.3 不平衡剪力及剪力分析466.2.4 板條上荷載的計算466.2.5 彎矩計算486.2.6 配筋計算487 上下游連接建筑物507.1 上下游連接建筑物的作用507.2 上游連接段507.3 下游連接段508 擋土墻設(shè)計508.1 確定側(cè)壓力518.2 墻身內(nèi)力及配筋計算518.3 地基承載力驗算528.4 基礎(chǔ)底板的內(nèi)力和配筋538.5 穩(wěn)定性驗算54參 考 文 獻57致 謝58成績評定表IV1總論1.1 設(shè)計基本資料1.概況豐順縣城區(qū)位于梅州市豐順縣東南部，北倚蓮花山脈與梅州市區(qū)、梅縣、五華縣、興寧市為鄰；東部隔蓮花山脈與大埔縣相接；西連揭陽市的揭東縣和揭西縣；向南則是開敞式過渡到潮汕平原，上距梅州市58km，下離汕頭市85km，是梅州市、贛南和閩西地區(qū)通往潮汕沿海的必經(jīng)之地，是“梅州南大門”、“潮汕后花園”，是著名的華僑之鄉(xiāng)、溫泉之鄉(xiāng)，現(xiàn)已成為休閑度假的旅游勝地。其主要河流榕江發(fā)源于汕尾市陸河縣的鳳凰山，河流全長175km，流域總面積4408km2，是粵東沿海諸小河流之一。北河為榕江的一級支流，發(fā)源于豐順縣境內(nèi)的桐子洋，全長92km，流域面積1629km2，其中在豐順境內(nèi)的河長為47.8km2，相應(yīng)流域面積601.9km2，該河經(jīng)過豐順縣的北斗鎮(zhèn)、附城鎮(zhèn)、湯西鎮(zhèn)、縣城城區(qū)、揭陽揭東縣、揭陽市榕城區(qū)等縣鎮(zhèn)，最后于揭陽炮臺鎮(zhèn)與榕江南河洪水相匯。榕江北河豐順段有三條大支流，分別為南寨溪、汶水河和龍車溪，還有兩條小支流，分別為石湖溪和井頭涌，均相匯于榕江北河。豐順縣“三湯”片區(qū)地處山區(qū)，屬亞熱帶季風氣候，受海洋性東南亞季風影響嚴重，集雨范圍內(nèi)多發(fā)生短歷時局地性洪水，洪水陡漲陡落，突發(fā)性強，一旦發(fā)生強暴雨，極易發(fā)生洪災(zāi)，損失慘重。目前豐順縣的堤防雖然能防御20年一遇洪水，但普遍存在堤身強度不夠、險段多、永久性防護設(shè)施差、局部堤段矮小單薄等問題，且相對規(guī)劃的新建城區(qū)范圍，現(xiàn)狀堤防存在未閉合的問題。因此，為滿足城區(qū)社會經(jīng)濟快速發(fā)展所提出的高標準防洪要求，保障各城區(qū)的人民生命財產(chǎn)安全，和豐順縣各工業(yè)園的穩(wěn)步建設(shè)，水利工程建設(shè)必須適應(yīng)經(jīng)濟建設(shè)的速度，積極走在前面，為經(jīng)濟社會的穩(wěn)定發(fā)展提供保障。本工程根據(jù)擬定的防洪堤設(shè)計方案，將在井頭涌支流匯入口處修建水閘。本次新建的水閘的任務(wù)為防御榕江北河干流洪水，宣泄水閘上游集雨范圍內(nèi)的洪水，并且作為豐順縣城防工程的在石湖溪這條支流上的一個封口。故當榕江北河干流水位高過支流水位時，下閘防御干流洪水；反之，則開閘。本工程新建的井頭涌水閘的最大過閘流量在100m3/s1000m3/s之間，按水利水電工程等級劃分及洪水標準（SL252-2000）攔河水閘工程分等指標，水閘為中型規(guī)模，3級水工建筑物。依據(jù)水閘設(shè)計規(guī)范（SL265-2001），并與圍內(nèi)治澇標準相協(xié)調(diào)，確定井頭涌水閘泄流標準為10年一遇；同時水閘設(shè)計規(guī)范又規(guī)定：位于防洪堤上的水閘，其防洪標準不得低于堤防的防洪標準的規(guī)定，確定井頭涌水閘擋洪設(shè)計標準為50年一遇。同時設(shè)計上交通應(yīng)該跟旁邊的提防連成整體。2.水文及氣象條件新建水閘10年一遇設(shè)計洪水情況流量，50年一遇校核洪水情況流量及其各自的相應(yīng)上下游水位見表1。此成果將用于確定水閘規(guī)模及閘孔尺寸。表1水閘設(shè)計洪峰流量及相應(yīng)內(nèi)外江水位表項目名稱單位水閘名稱井頭涌水閘設(shè)計P=10%洪峰流量m3/s125相應(yīng)閘下游水位m17.10相應(yīng)閘上游水位m17.30校核P=2%洪峰流量m3/s247相應(yīng)閘下游水位m18.87相應(yīng)閘上游水位m18.97通過新建水閘的各頻率設(shè)計洪峰流量，水閘閘外榕江干流的水位與流量關(guān)系表（表2）及水閘閘外干流設(shè)計水位流量關(guān)系曲線圖（圖1）。此成果將用于確定水閘的消能計算。 表2石湖溪水閘的設(shè)計洪峰流量成果表水閘名稱各頻率設(shè)計洪峰流量（m3/s）P=2%P=3.33%P=5%P=10%P=20%石湖溪185170158136113計算水閘防滲，穩(wěn)定及結(jié)構(gòu)時，仍采用50年一遇校核洪水情況的下游水位，即18.87m。本工程地處亞熱帶季風帶，氣候溫和，據(jù)豐順縣氣象站統(tǒng)計，本地區(qū)多年平均氣溫21.4，最高氣溫39.1，最低氣溫-1.9。多年平均相對濕度85%。豐順縣季風期分明，秋、冬季節(jié)以吹北風和西北風為主，春、夏兩季以吹南風和東南風為主，多年平均風速2.0m/s，風區(qū)長度為0.5KM。汛期多發(fā)生在49月，雨量特別集中，約占全年雨量的80%，其中前汛期46月以鋒面雨為主，79月則主要受熱帶氣旋影響，以臺風雨為主；非汛期（10月次年3月），雨量稀少，約占全年雨量的20%。多年平均日照數(shù)在2000h左右。 圖1 水閘閘外干流水位流量關(guān)系曲線圖3.工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件表3 水閘穩(wěn)定計算允許值項目名稱單位基本組合特殊組合備 注地基承載力標準值kPa300300取自地質(zhì)報告基底應(yīng)力比2.002.50中密卵石層抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)1.31.15(1)工程地質(zhì)條件：(詳見地質(zhì)剖面圖)根據(jù) “豐順縣城湯西河”地質(zhì)資料，井頭涌水閘處河道寬約9.3m，河床高程12.3m13.0m，河床為9.2m9.9m厚的卵石層，下界面高程3.07m；下伏全風化花崗巖。卵石層為中密，天然密度2.0g/cm3，地基承載力標準值300kPa，滲透系數(shù)7.010-2cm/s, 臨界水力比降0.500.55。閘址所在支流“井頭涌”的河道斷面圖，見圖2。 圖2(2)地震設(shè)防烈度：根據(jù)中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖（GB18306-2001），該工程所在地區(qū)地震動峰值加速度為0.1g，相應(yīng)的地震基本烈度為7度。故根據(jù)水閘設(shè)計規(guī)范（江蘇省水利勘察設(shè)計研究院，2008）規(guī)定，需對水閘進行抗震設(shè)計。(3)建筑材料本工程不需要單獨設(shè)置料場，本工程所需主要建筑材料砼粗、細骨料、塊石料、土料等均可在當?shù)厥袌鼍徒徺I。其它建材：水泥、鋼材、木材等由外地購買。(4)交通運輸及其它交通運輸方便。施工用電及生活資料可由當?shù)毓?yīng)。施工隊伍及施工設(shè)備均無問題。1.2 工程綜合說明本工程為攔河閘，建造在河道上。水閘的任務(wù)是防御榕江北河干流洪水。宣泄水閘上游集雨范圍內(nèi)的洪水，作為豐順縣城防工程在石湖溪這條支流上的一個封口。一 攔河閘的特點攔河閘既用以擋水，又用于泄水，且多修建在軟土地基上，因而在穩(wěn)定、防滲、消能防沖及沉降方面都有其自身的特點。1穩(wěn)定方面關(guān)門攔水時，水閘上、下游較大的水頭差造成較大的水平推力，使水閘有可能沿基面產(chǎn)生向下游的滑動，為此，水閘必須具有足夠的重力，以維持自身的穩(wěn)定。2防滲方面由于上下游水位差的作用，水將通過地基和兩岸的土壤會被掏空，危及水閘的安全。滲流對閘室和兩岸連接建筑物的穩(wěn)定不利。因此，應(yīng)妥善進行防滲設(shè)計。3能防沖方面水閘開閘泄水時，在上下游水位差作用下，過閘水流往往具有較大的動能，流態(tài)也較復(fù)雜，而土質(zhì)河床的抗沖能力較低，可能引起沖刷。此外，水閘下游常出現(xiàn)波狀水夭和折沖水流，會進一步加劇對河床和兩岸的淘刷。因此，設(shè)計水閘除應(yīng)保證閘室具有足夠的過水能力外，還必須采用有效的消能防沖措施，以防止河道產(chǎn)生有害的沖刷。4沉降方面土基上的建閘，由于土基的壓縮性大，抗剪強度低，在閘室的重力合外部荷載作用下，可能產(chǎn)生較大的沉降影響正常使用，尤其是不均勻沉降會導(dǎo)致水閘傾斜，甚至斷裂。在水閘設(shè)計時，必須合理選擇閘型、構(gòu)造，安排好施工程序，采取必要的地基處理等措施，以減少過大的地基沉降和不均勻沉降。二、攔河閘的組成攔河閘通常由上游連接段，閘室段和下游連接段三部分組成。1.上游連接段上游連接段的主要作用是引導(dǎo)水流平穩(wěn)地進入閘室，同時起防沖、防滲、擋土等作用。一般包括上游翼墻、鋪蓋、護底、兩岸護坡及上游防沖槽等。上游翼墻的作用是引導(dǎo)水流平順地進入閘孔并起側(cè)向防滲作用。鋪蓋主要起防滲作用，其表面應(yīng)滿足抗沖要求。護坡、護底和上游防沖槽（齒墻）是保護兩岸土質(zhì)、河床及鋪蓋頭部不受沖刷。2.閘室段閘室是水閘的主體部分，通常包括底板、閘墩、閘門、胸墻、工作橋及交通橋等。底板是閘室的基礎(chǔ)，承受閘室的全部荷載，并比較均勻地傳給地基，此外，還有防沖、防滲等作用。閘墩的作用是分割閘孔，并支承閘門、工作橋等上部結(jié)構(gòu)。閘門的作用是攔水和控制下瀉流量。工作橋供安置起閉機和工作人員操作之用。交通橋的作用是連接兩岸交通。左岸水平高程為19.5米，右岸水平高程為14.3米，設(shè)計下游水位在17.1米，也就是說右岸邊墩要加高。3.下游連接段下游連接段具有消能和擴散水流的作用。一般包括護坦、海漫、下游防沖槽、下游翼墻及護坡等。下游翼墻引導(dǎo)水流均勻擴散兼有防沖及側(cè)向防滲作用。護坦具有削能防忡作用。海漫的作用是進一步消除護坦出流的剩余動能、擴散水流、調(diào)整流速分布、防止河床沖刷。下游防沖槽是海漫末端的防護設(shè)施，避免沖刷向上游擴展。2.水力設(shè)計2.1壩址及形式選擇一壩址選擇閘址選擇關(guān)系到工程建設(shè)的成功和經(jīng)濟效益的發(fā)揮，是水閘設(shè)計中的一項重要內(nèi)容。應(yīng)根據(jù)水閘的功能、特點和運用要求，以及區(qū)域經(jīng)濟條件，綜合考地形、地質(zhì)、建筑材料、交通運輸、水流、潮汐、冰情、泥砂、施工、管理、周圍環(huán)境等因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較確定。閘址應(yīng)選擇在地形開闊、岸坡穩(wěn)定、巖土堅實和地下水位較低的地點。閘址應(yīng)選用地質(zhì)條件良好的天然地基。壤土、中砂、粗砂、砂礫石適與作為水閘的地基。盡量避免淤泥質(zhì)土和粉砂、細砂地基，必要時，應(yīng)采取妥善的處理措施。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，或選擇在彎曲的河段采彎取直的新開河道上。應(yīng)考慮材料來源、對外交通、施工導(dǎo)流、場地布置、基坑排水、施工水電供應(yīng)等條件，同時還應(yīng)考慮水閘建成后工程管理維修和防洪搶險等條件。水閘中心線的布置應(yīng)考閘室與兩岸建筑物均勻，對稱的要求。攔河閘的中心線一般應(yīng)與河道中泓線相吻合。二、閘室型式選擇閘室按結(jié)構(gòu)形式可分為：開敞式水閘和涵洞式水閘。開敞式水閘閘室上面不填土封閉的水閘。一般有泄洪、排水、過木等要求時，多采用不帶胸墻的開敞式水閘，多用于攔河閘、排冰閘等。當上游水位變幅大，而下泄流量又有限制時，為避免閘門過高，常采用帶胸墻的開敞式水閘，如進水閘、排水閘、擋潮閘多用這種形式。涵洞式水閘閘身上面填土封閉的水閘，又稱封閉式水閘。常用于穿堤水或排水的水閘。洞內(nèi)水流可以是有壓的或無壓的。綜合考慮該工程特點，上、下游水位差較小，不須控制流量，泄洪時可能有漂浮物等因素，可采用無胸墻的開敞式水閘。閘孔形式的選擇閘孔形式一般有寬頂堰型和實用堰低型兩種。1寬頂堰型。這是水閘最常用的底板結(jié)構(gòu)形式。主要優(yōu)點是結(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、通航等；其缺點是自由泄流時流量系數(shù)小，容易產(chǎn)生波狀水。2實用堰低型。有梯形、曲線型和駝峰型。實用堰型自由泄流時，流量系數(shù)較大，水流條件較好，選用適宜的堰面形式可以消除波狀水。但泄流能力受尾水位變化的影響較為明顯，不穩(wěn)定。根據(jù)各種形式的適用條件，綜合考慮該工程特點，河槽蓄水，閘前基本沒有淤積，閘底高程應(yīng)盡可能底。因此，采用無底砍平底版寬頂堰，堰頂高程與河床同高，即閘底板高程為13.2米。2.2閘孔設(shè)計一閘底板高程的選定底板高程與水閘承擔的任務(wù)、泄流或引水流量、上下游水位及河床地質(zhì)條件等因素有關(guān)。閘底板應(yīng)置于較為堅實的土層上，并應(yīng)盡量利用天然地基。在地基強度能夠滿足要求的條件下，底板高程定得高些，閘室寬度大，兩岸連接建筑物相對較低。對于小型水閘，由于兩岸建筑物在整個工程中所占比重較大，因而適當降低底板高程，常常是有利的。當然，底板高程也不能定的太低，否則，由于單寬流量加大，將會增加下游消能防沖的工程量，閘門增高，啟閉設(shè)備的容量也隨之增大。另外，基坑開挖也較困難。 一般情況下，閘底板高程應(yīng)該與河床持平，豐順縣城湯西河的地質(zhì)資料顯示，河床高程在12.313.0米，這里取較大值13.2米。二 計算閘孔總凈寬首先要確定合適的最大過閘單寬流量。閘孔總凈寬的增大或縮小，意味著過閘單寬流量q的減少或加大。它取決于閘下游河渠的允許最大單寬流量。允許最大過閘單寬流量可按下游河床允許最大單寬流量的1.21.5倍確定。根據(jù)工程實踐經(jīng)驗，一般在細粉質(zhì)及淤泥河床上，單寬流量取510m3/（sm）；在砂壤土地基上取1015m3/（sm）；在壤土地基上取1520m3/（sm）；在黏土地基上取2025m3/（sm）。下游水深較深，上下游水位差較小和閘后出流擴散條件較好時，宜選用較大值。1 由已知上、下游水位及閘底板高程，由公式（21）、式（22）可求得上游水頭及下游水深 。 表4上游水頭計算流量Q（m3/s）下游水深hs（m）上游水深H（m）過水斷面積（m2）行進流速v0（m/s）v02/2g上游水頭H0（m）設(shè)計流量1253.94.140.453.090.494.59校核流量2475.675.7756.934.340.966.73 v0=Q/A （21） H0=H+v02/2g （22）其中 v0行進流速，m/s； Q過流流量，m3/s；A過水斷面面積，m2；H0含有行進流速水頭在內(nèi)的閘前水頭，m。推算的上游水頭及下游水深見表4。過水斷面面積計算，斷面寬度取9.867米作平均值求近似值。詳情見表4。2判別出流流態(tài)閘門全開泄洪時，一般屬于淹沒條件下的水流，所以采用平底板寬頂堰堰流公式，根據(jù)設(shè)計，校核情況下的上、下游水位及流量進行計算。對于寬頂堰，其淹沒條件為：: hs0.8H0 （23）式中 hs下游水深，m； H0含有行進流速水頭在內(nèi)的閘前水頭，m。根據(jù)公式（23）判別是否為淹沒出流，其判別計算見表5 表5 淹沒出流判別計算計算情況下游水深hs（m）上游水頭H0（m）hs0.8H0流態(tài)設(shè)計水位3.94.593.93.67淹沒出流校核水位5.676.735.675.38淹沒出流3確定閘門總凈寬對于平底板寬頂堰，閘門設(shè)計規(guī)范(DLT 5013-95) 中推薦的堰流公式為： = （24）其中 閘孔總凈寬，m； Q流量，m3/s； 側(cè)收縮系數(shù)，初擬可按0.950.96估計； m流量系數(shù)，初擬可按0.385計算； s淹沒系數(shù)，可通過查表求得。 表6閘孔總凈寬計算流量Q（m3/s）下游水深hs（m）上游水頭H0（m）hs/H0淹沒系數(shù)s（m）設(shè)計流量3.94.590.850.968.09校核流量5.676.730.840.978.91 按閘門總凈寬計算公式（24），根據(jù)設(shè)計洪水和校核洪水兩種情況分別計算，見表23。其中堰流側(cè)收縮系數(shù)取0.95；流量系數(shù)m取0.385；淹沒系數(shù)s根據(jù) hs/H0查水力學(xué)（吳持恭，2008年）教材。并取兩者的較大值。 4.閘孔尺寸的選擇該水閘是中小型水閘，閘室單孔寬度應(yīng)根據(jù)閘的地基條件、運用要求、閘門結(jié)構(gòu)形式、啟閉機容量以及閘門等因素，進行綜合比較確定。根據(jù)閘門設(shè)計規(guī)范(DLT 5013-95)中閘孔尺寸和水頭系列標準，選定單孔凈寬b=,9米，同時為了保證閘門對稱開啟，防止不良水流形態(tài)，選用1孔。 總凈寬值9米不超過計算值得3%5%，同時孔數(shù)為單數(shù)，便于閘門對稱開啟，使過閘水流均勻。5閘墩的厚度及墩頭形狀 井頭涌水閘的河床為卵石層，下伏分全風化花崗巖。不僅承載能力大而且堅硬緊密?？梢栽趩慰椎装迳显O(shè)雙縫，將底板與閘墩分開，采用分離式底板，邊墩采用1.2m.閘孔總寬度為：L=9+1.2+1.2=11.4m二 、校核閘孔的泄洪能力水閘設(shè)計規(guī)范（江蘇省水利勘察設(shè)計研究院，2001）中(A.0.1-1)堰流的計算公式為：Q= （25）為閘孔總凈寬 Q為過閘流量m為堰流流量系數(shù)，多采用0.385為堰流側(cè)收縮系數(shù)，根據(jù)水閘設(shè)計規(guī)范 （A.O.1.2)求得計入行進流速水頭的堰上水深 式中 L=nb0（n為閘孔數(shù)，b0為單孔凈寬），分別按設(shè)計、校核兩種情況確定計算參數(shù)，求出相應(yīng)的實際過閘流量Q1，校核過流能力。一般其相對差值不應(yīng)超過5%。5% （26）5% （27） 表7過流能力校核計算計算情況（m3/s）堰上水頭H0（m）hs/H0sQ校核過流能力設(shè)計流量1254.590.850.960.95139.0211% 校核流量2476.730.840.970.952490.81%其中設(shè)計情況過流能力大于5%，校核情況流量小于5%。一般情況應(yīng)兩者小于5%，但是本水閘是小型水閘，設(shè)計和校核情況流量相差比較大，為滿足校核情況下的流量，所以本水閘取稍大的值也行。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（江蘇省水利勘察設(shè)計研究院，2001）（2-2），結(jié)果如下：對于中孔：b0/bs=3/（3+1）=0.75 得1=0.961對于邊墩： b0/bs= b0/（b0+bb）=3/（3+1.2+36.73+（12.2-9）/2）=0.115得1=0.909=（0.961+0.9092）/3=0.932.3 消能防沖設(shè)計水閘泄水時，部分勢能轉(zhuǎn)化為動能，流速增大，具有較強的沖刷能力，而土質(zhì)河床的抗沖能力又較低，因此，必須采取適當?shù)南芊罌_措施。那么首先應(yīng)了解過閘水流的特點。2.3.1 過閘水流的特點1水流形式復(fù)雜初始泄流時，閘下水深較淺，隨著閘門開度的增大而會逐漸加深，閘下出流由孔口到堰流，自由出流到淹沒出流都會發(fā)生，水流形態(tài)比較復(fù)雜。因此，消能設(shè)施應(yīng)在任意工作情況下，均能滿足消能的要求并與下游很好的銜接。2、 閘下易形成波狀水躍由于水閘上下游水位差較小，出閘水流的拂汝得數(shù)較低（Fs=11.7），容易放生波狀水躍，特別是在平底板的情況下更是如此。此時，無強烈的水躍旋滾，水面波動，消能效果差，具有較大的沖刷能力。另外，水流處于急流狀態(tài)，不易向兩側(cè)擴散，致使兩側(cè)產(chǎn)生回流，縮小河槽有效過水寬度，局部單寬流量增大，嚴重地沖刷下游河道。3、 閘下容易出現(xiàn)折沖水流一般水閘的寬度較上下游河道窄，水流過閘時先收縮而后擴散。如工程布置或操作運行不當，出閘水流不能均勻擴散，將使主流集中，蜿蜒蛇行，左沖右撞，形成折沖水流，沖毀消能防沖設(shè)施和下游河道。2.3.2消能防沖方式選擇泄水建筑物下游水流的消能防沖方式有以下幾種形式。1底流式銜接消能能使下泄的高速水流在較短的距離內(nèi)有效地通過水躍轉(zhuǎn)變?yōu)榫徚?，消除余能，與下游河道的正常流動銜接起來。平原地區(qū)的水閘，由于水頭低，下游水位變幅大，適用底流式消能。2挑能式消能在建筑物出流部位利用挑流鼻坎將水流拋射在較遠的下游，不致影響建筑物安全。適用山區(qū)灌溉渠道上的泄水閘和退水閘，下游為堅硬的巖體，又具有較大的水頭的情況。3面流式消能對下游水深較大且穩(wěn)的情況，可采用低與下游水位的跌坎，將下泄的高速水流送入下游河道水流表層，在坎后形成底部旋滾，減輕對河床的沖刷，并消除余能。由于本閘位于地勢平坦的地區(qū)，河床的抗沖刷能力較低，采用底流式消能。2.3.3 消能防沖設(shè)施的設(shè)計 消能防沖設(shè)計包括消力池，海漫設(shè)計及防沖槽等三部分1.消力池的設(shè)計（1）上下游水面連接形態(tài)的判別，當閘門從關(guān)閉狀態(tài)到校核的下泄流量為Q=247，往往是分級開啟的。為了節(jié)省計算工作量，閘門的開度擬分三級開啟。第一級泄流量25；待下游水位穩(wěn)定后，開度增大至設(shè)計流量216；最后待下游水位穩(wěn)定后，再增大開度至最大下泄流量247。（2）當泄流量為Q=25時，上游水深6.72米，下游水深則采用前一級開度（即Q=0）時的下游水深1.0米，這個水深是榕江外干流的2%校核年水深；則上游行近流速：則可以忽略不計。假設(shè)閘門的開度e=0.410，e/H=0.410/6.73=0.061 h =1m,為自由出流式水躍，需要設(shè)立消力池。由，查SL265-2001表A.3-2得孔流淹沒系數(shù)，因此有, 得式中孔流流量系數(shù)。因此該值與要求的流量25m/s十分接近，故所假定的閘門開度e=0.410是正確的。 表8水面連接計算序號Q(m3/S)e（m）hc(m)hC”（m）h（m）水面連接情況125.10.4100.6130.2511.8521遠離式水躍22163.410.6452.194.85.4淹沒式水躍32473.820.6512.495.085.7淹沒式水躍 以同樣的方法，則分級開啟時216、247時的閘門開度，并計算相應(yīng)的參數(shù)，并判別不同下泄流量時，上下游水面的連接形式，則可以判別是需要設(shè)消力池，其水面連接計算見表8所示根據(jù)表2.1的計算，以下泄流量25作為消力池長度的計算依據(jù)。圖3 圖3依據(jù)SL265-2001,附表B1.1,則計算出消力池的相關(guān)參數(shù):其中為出池落差、h“s為出池河床水深、為水流動能校正系數(shù)取1.0。則計算出消力池池深d=0.8642m，但為了穩(wěn)定泄流時的水流，根據(jù)規(guī)范取池深d=1.0m。消力池長度計算:由前面的計算，以下泄流量25.0作為確定消力池長度計算的依據(jù)。略去行進流速v0，則：T=H+d=6.72+1.0=7.72 根據(jù)水閘設(shè)計規(guī)范SL 265-2001（江蘇省水利勘察設(shè)計研究院，2001）（B.1.1-3) (29 ) a水流動能校正系數(shù)，取1.0到1.05q過閘單寬流量孔流流速系數(shù) 取為1由消力池底板頂面算起的總勢能得到 ， ， 即 則得到 =0.1815由此：由此水躍長度：消力池與閘地板以1:4的斜坡段連接，則則消力池長度： 注：為水躍長度校正系數(shù)取消力池長度為 消力池底板厚度計算： 根據(jù)抗沖要求據(jù)水閘設(shè)計規(guī)范SL 265-2001（江蘇省水利勘察設(shè)計研究院，2001）（B.1.3-1) （210）t為消力池底板始端厚度H閘孔泄水時上下游水位差q單寬流量式中q為單寬流量q=2.19 H為閘孔泄水是的上下游最大水位差，通過資料比較，設(shè)計狀況時上下游水位差H=0.2m，k1為消力池底板厚度計算系數(shù)，取k1=0.180則：計算的t=0.178m0.5m 故取消力池池底厚度取t=0.5m由此得到，取消力池底板厚為0.5m，前后等厚。為減小作用在護坦底板上的揚壓力，在消力池底板的后半部分設(shè)置排水孔，并在該部位的地面鋪設(shè)反濾層，排水孔徑取d=0.2m，間距L=2m，呈梅花形排列，為使出閘水流在池中產(chǎn)生水躍，在消力池與閘底板連接處留一寬為1.0m的平臺，厚以1:4的斜坡連接，底板下設(shè)0.2m厚砂，碎石墊層，反濾，排水。2.海漫的設(shè)計海漫的長度計算由水閘設(shè)計規(guī)范SL 265-2001（江蘇省水利勘察設(shè)計研究院，2001）（B.2.1)： （211)其中為海漫長度 消力池末端單寬流量 海漫長度計算系數(shù)，由水閘設(shè)計規(guī)范SL 265-2001（江蘇省水利勘察設(shè)計研究院，2001）表（B.2.1)查得式中q為單寬流量q=2.19 H為閘孔泄水是的上下游最大水位差H=0.2m，kS為海漫長度計算系數(shù)，由于河床為中砂 取k1=12.0則因此取海漫的長度為LP=12.0m采用漿砌石作為海漫的材料，其厚度為0.5m，漿砌石內(nèi)設(shè)排水孔，下面鋪設(shè)反濾層，在海漫起始段做5.0m長的水平段，其頂面高程與護坦齊平，在海漫后半段做成1:15的斜坡，以使水流均勻擴散，調(diào)整流速分布，保護河床不收沖刷。3.防沖槽的設(shè)計取防沖槽深度為2.0m，底寬b為4.0m，取頂端與海漫末端齊平，則上游坡率取m=2，下游坡率取m=3。由此得到消能防沖設(shè)計的相關(guān)尺寸 。見圖4 圖43 水閘防滲排水設(shè)計一、防滲設(shè)計的目的防止閘基滲透變形；減小閘基的滲透壓力；減少水量損失；合理選用地下輪廓的尺寸，以延長滲徑，防止閘基和兩岸產(chǎn)生滲透破壞。二、防滲排水的布置原則防滲設(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，使低下滲水盡快排出，以減小滲透壓力，并防止在滲流出口附近發(fā)生滲透變形。三、防滲設(shè)施根據(jù)閘址附近的地質(zhì)情況來確定相應(yīng)的措施，防滲措施常采用水平鋪蓋，而不用板樁，以免破壞黏土的天然結(jié)構(gòu)，在板樁與地基間造成滲流通道。砂性土易產(chǎn)生管涌，要求防止?jié)B透變形是其考慮的主要因素，可采用鋪蓋與板樁相結(jié)合的形式。1鋪蓋 為水平防滲措施，適用于粘性和砂性土基。2板樁 為垂直防滲措施，適用于砂性土基，一般設(shè)在閘底板上游或鋪蓋前端，用于降低滲透壓力。3齒墻 一般設(shè)在底板上、下游端，利于抗滑穩(wěn)定，延長滲徑。由于閘基土質(zhì)以黏性土為主，防滲設(shè)備采用黏土鋪蓋，閘底板上、下游側(cè)設(shè)置齒墻，為了避免破壞天然的黏土結(jié)構(gòu)，不宜設(shè)置板樁。3.1 閘底地下輪廓線布置地下輪廓的設(shè)計主要包括底板，防滲鋪蓋，板樁等的設(shè)計3.1.1 底板底板既是閘室的基礎(chǔ)，又兼有防滲、防沖刷的作用。它既要滿足上部結(jié)構(gòu)布置的要求，又要滿足穩(wěn)定及本身的結(jié)構(gòu)強度等要求。（1） 底板順水流方向的長度L0：（用校核年的上流水深減去榕江干流的下游校核年水深求水位差）根據(jù)閘底板的形式，用經(jīng)驗公式（31）計算，并綜合考慮閘上結(jié)構(gòu)布置及地基承載力兩方面因素，擬定閘底板順水流方向長度。L底=AH （31）式中 A系數(shù)，對于砂礫石地基可取1.52.0，對于砂壤土可取2.02.5，對于黏壤土地基可取2.03.0，對于黏土地基可取2.53.5；該工程閘基為重粉質(zhì)壤土，取A=2.0； H上、下游最大水頭差。為了滿足上部結(jié)構(gòu)布置的要求，L必須大于交通橋?qū)?、工作橋、工作便橋及其之間間隔的總和，即取L0約為17米 .（2）底板厚度d:根據(jù)經(jīng)驗，初擬底板厚度d=1.0m（3）底板構(gòu)造：底板采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，上下游兩端各設(shè)1.0m深的齒墻嵌入地基，底板分縫設(shè)以“v”型銅片止水，由于地基為砂性土的細砂地基，抵抗?jié)B流變形的能力較差，滲流系數(shù)也較大，由此得在底板兩端分別設(shè)置不同深度的板樁，由于一般為水頭的（0.61.0）倍，有水頭大小可知，上游端設(shè)板樁深為3m，下游端不設(shè)板樁。3.1.2 鋪蓋主要用來延長滲徑，具有相對不透水性和一定的柔性。鋪蓋常用黏土、黏壤土或瀝青混凝土等材料，有時也可用鋼筋混凝土作為鋪蓋材料。鋪蓋的長度采用上、下游最大水頭差的35倍。鋪蓋的厚度應(yīng)根據(jù)鋪蓋土料的允許水力坡降值計算確定，即=H/J，其中，H為鋪蓋頂、底面的水頭差，J為材料允許坡降，黏土為48，壤土為35。鋪蓋上游端的最小厚度一般為0.60.8m，逐漸向閘室方向加厚至1.01.5m。 鋪蓋采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其長度一般為24倍閘上水頭或35倍上下游水位差，5.77擬取20m，鋪蓋厚度為0.4m。鋪蓋上游端設(shè)0.5m深的小齒墻，其頭部不再設(shè)防沖槽。為了防止上游河床的沖刷，鋪蓋上游設(shè)塊石護底，厚0.3m，其下設(shè)0.2m厚的砂石墊層。3.1.3 側(cè)向防滲側(cè)向防滲主要靠上游翼墻和邊墩，則上游翼墻為曲線形式，從邊墩開始向上游延伸一定距離后，以半徑為7.0米的圓弧插入岸墻。3.1.4 排水，止水1、排水設(shè)備的作用采用排水設(shè)備，可降低滲透壓力，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，做到既減少滲透壓力又避免滲透變形。2、排水設(shè)備的設(shè)計（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。排水反濾層一般由23層粒徑的砂和砂礫石組成。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)該是能抗風化的砂石料，并滿足：被保護土壤的顆粒不得穿過反濾層；各層次的顆粒不得發(fā)生移動；相臨兩層間，較小一層的顆粒不得穿過較粗一層的空隙；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；同時還應(yīng)保證耐久、穩(wěn)定。 綜合考慮本設(shè)計的反濾層由碎石、中砂和細砂組成，其中上部為20cm厚的碎石，中間為10cm厚的中砂，下部為10cm厚的細砂。見下圖5： 圖5反濾層構(gòu)造圖（單位：cm）（2）鉛直排水設(shè)計 本工程在護坦的中后部設(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 側(cè)向防滲排水布置（包括刺墻、板樁、排水井等），并應(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，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。3止水設(shè)計 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陷縫內(nèi)。為了減小作用于閘底板上的壓力，在整個消力池底板下部設(shè)砂礫石排水，其首部緊抵閘底板下游齒墻。閘