水閘設(shè)計方案

1、目錄 第一、水力計算2 一、閘孔設(shè)計21、閘室結(jié)構(gòu)型式2 2、孔口尺寸的確定2（1）擬定閘孔尺寸2（2）復(fù)核過閘流量3 二、消能防沖設(shè)計7 1、消力池的設(shè)計5 2、海漫的設(shè)計5 3、防沖槽的設(shè)計5 第二、防滲排水設(shè)計5 一、地下輪廓的設(shè)計5 1、底板6 2、鋪蓋6 3、側(cè)向防滲64、排水、止水6 5、防滲長度驗算6 二、滲流計算6 1、地下輪廓線的簡化6 2、確定地基的有效深度6 3、滲流區(qū)域的分段和阻力系數(shù)的計算74、計算各段水頭損失8 5、進、出口段水頭損失修正8 6、計算各角點或尖端滲壓水頭9 7、繪制滲壓水頭分布圖9 8、滲流出口平均坡降9 第三、閘室10 一、閘室結(jié)構(gòu)布置10 1、底

2、板10 2、閘墩10 3、工作橋104、檢修便橋11 二、閘室穩(wěn)定計算12 1、荷載計算13 2、穩(wěn)定計算15 16水閘設(shè)計第1、 水力設(shè)計1、 閘孔設(shè)計1、 閘室結(jié)構(gòu)型式：開敞式水閘2、 孔口尺寸的確定（1） 擬定閘孔尺寸1） 設(shè)計洪水情況：上游水深：下游水深：過水?dāng)嗝婷娣e：上游行近流速：有效水頭：（其中），屬于自由出流。寬頂堰自由出流公式：，對于無坎寬頂堰，假設(shè)即2） 校核洪水情況上游水深：下游水深：過水?dāng)嗝婷娣e：上游行近流速：有效水頭：（其中），屬于自由出流。寬頂堰自由出流公式：，對于無坎寬頂堰，假設(shè)即比較1），2）的結(jié)果，可見引水灌溉是確定孔口尺寸的控制尺寸，故閘孔凈寬宜采用較大值15

3、5.24m。擬將閘孔分為11孔，取每孔凈寬為14.11m，則閘孔實際總凈寬，為了減小閘孔總凈寬，節(jié)省工程量，閘底板誼采用整體式平底板。擬將分縫設(shè)在各閘墩內(nèi)，分為三孔一縫，中墩采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚1.1m，墩頭，墩尾均采用半圓形，半徑0.55m。（2） 復(fù)核過閘流量，根據(jù)初擬的閘孔尺寸，對于中孔，查sd133-84附表2-2，得。對于邊孔，查sd133-84附表2-2，得。則即實際過流能力滿足引水灌溉的設(shè)計要求。因此，該閘的孔口尺寸確定為：共分11孔，每孔凈寬14.11m，10個中墩各厚1.1m，閘孔總凈寬為155.21m，閘室總寬度166.21m。2、 消能防沖設(shè)計1、 消力池的設(shè)計（1）

4、上下游水面的連接形態(tài)的判別。閘門從關(guān)閉狀態(tài)到泄流量為2265往往是分級開啟的。需分別對不同開啟孔數(shù)和開啟度進行組合計算，找出消力池池深和池長的控制條件。序號qet水面連接情況117.00.480.630.31.260.95自由出流222.00.640.630.41.381.05自由出流326.70.830.650.51.471.1自由出流422652.90.661.913.603.21自由出流當(dāng)下泄流量為2265時，上游水深：，下游水深：，上游行近流速，。假設(shè)閘門開度。，為孔流。查水力學(xué)下冊（清華大學(xué)水力學(xué)教研組編）表7-2得垂直收縮系數(shù)，則，由可查平板閘門的流量系數(shù)，因此由自由出流流量公式，

5、得，該值與要求的流量2265較為接近，故所假定的閘門開度為正確的。此時躍后水深，故發(fā)生自由出流。（2）消力池的設(shè)計1）消力池的池深：經(jīng)過上面的計算可知出閘的水流都發(fā)生自由出流，故要修建消力池。以校核洪水流量來確定。在消力池的末端設(shè)有高0.5m，寬為0.7m的尾檻。即池深為：。取池深為1.0m。2）消力池的長度：水躍的長度消力池與閘底板以1:4的斜坡段相連接，則消力池的長度為：3）消力池的厚底：，其中，即，取0.7m。且前后等厚，在消力池底板的后半部分設(shè)排水孔，孔徑為10cm，間距為2m，呈梅花形布置，孔內(nèi)填以砂、碎石。消力池與閘底板連接處留一寬為1.0m的平臺以便更好的促成出閘水流在池中產(chǎn)生的

6、水躍。消力池在平面呈擴散狀，擴散角取為。2、 海漫的設(shè)計（1） 海漫的設(shè)計長度為：，為海漫長度的計算系數(shù)，去，即，取海漫長度為37m。（2） 海漫的布置和構(gòu)造。為穩(wěn)定水流，將海漫前兩米做成水平段，后35米做成1:10的斜坡段。海漫使用厚度為40cm的塊石材料，前12米采用漿砌塊石，后25米采用干砌石塊石。漿砌塊石海漫上設(shè)排水孔，干砌塊石海漫上設(shè)漿砌塊石格埂，格埂斷面尺寸為40cm60cm。海漫底部鋪設(shè)15cm厚的砂礫墊層。3、 防沖槽的設(shè)計（1） 海漫末端河床沖刷深度為：海漫的平均寬度，不沖流速，。則，即防沖槽的深度為3.7m，底寬為1.0m，斷面為倒梯形，底寬為1.2m，邊坡為1:2，槽中拋

7、以塊石。第2、 防滲排水設(shè)計1、 地下輪廓設(shè)計對于砂質(zhì)粗砂地質(zhì)，采用懸掛式板樁，板樁布置在閘室底板上游段，插入深度為5m。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?biāo)鞣较虻拈L度l。為了滿足上部結(jié)構(gòu)布置的要求，l必須大于交通橋、工作橋?qū)?、工作便橋?qū)捈捌渲g間隔的總和，即l約為12.0m。從穩(wěn)定和地基承載力的要求考慮，可按張光斗水工建筑物上冊，表3-8估算。即底板長度。綜上所述，取底板順?biāo)鞣较蜷L度為16米。（2） 底板厚度。根據(jù)經(jīng)驗，底板厚度為（）單孔凈跨，則底板厚度，取厚度為2m。（3） 底板構(gòu)造。

8、底板采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土為r150,。上下游兩端各設(shè)0.5m深的齒墻嵌入地基，底板分縫中設(shè)以銅片止水。2、 鋪蓋鋪蓋采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其長度為35倍上下游水位差，即其長度為，厚度為0.5m，鋪蓋上下游端設(shè)0.5m深的小齒墻，其頭部不再設(shè)防沖槽。3、 側(cè)向防滲側(cè)向防滲主要靠上游翼墻和邊墩。上游翼墻為反翼墻，收縮角取15度，頭部以半徑為6.8m的圓弧插入岸坡。4、 排水、止水 為了減小作用于閘底板上的滲透壓力，在整個消力池底板下布設(shè)砂礫石排水。閘底板與鋪蓋、鋪蓋與上游翼墻、上游翼墻與邊墻之間的永久性縫中，均設(shè)以銅片止水。閘底板與消力池、消力池與下游翼墻、上游翼墻與邊墻之間的永久性分縫，雖沒

9、有防滲要求，但為了防止閘基土與墻后填土被水流帶走，縫中鋪貼瀝青油毛氈。5、 防滲長度驗算（1） 閘基防滲長度。必須的防滲長度為，其中，故閘基防滲長度為39.4m。2、 滲流計算采用改進阻力系數(shù)法進行滲流計算。1、 地下輪廓線的簡化為了便于計算，將復(fù)雜的地下輪廓進行簡化。簡化后的地下輪廓線見下圖。2、 確定地基的有效深度由地下輪廓線簡化圖知：地下輪廓的水平投影長度，地下輪廓的垂直投影長度。，故地基的有效深度，即取。3、 滲流區(qū)域的分段和阻力系數(shù)的計算過地下輪廓的角點、尖點，將滲流區(qū)域分為10個經(jīng)典段。（1） 進口段：，（2） 水平段：，（3） 內(nèi)部垂直段：，（4） 水平段：，（5） 內(nèi)部垂直段：

10、，（6） 內(nèi)部垂直段：，（7） 水平段：，（8） 內(nèi)部垂直段：，（9） 水平段：，（10） 出口段：，則各段的阻力系數(shù)之和為：4、 計算各段水頭損失：（校核情況下）總水頭=25.51-22.30=3.21m，計算各段的水頭損失得：，。5、 進、出口段水頭損失修正（1） 、進口段水頭損失修正：已知，即修正系數(shù)：則進口段修正為。水頭損失減少值。又因為，故第2、3、4段分別修正為：，（2） 、出口段水頭損失修正：已知，即修正系數(shù)：則出口段修正為。水頭損失減少值。又因為，故第7、8、9段分別修正為：（3） ，.驗算：計算無誤。6、 計算各角點或尖端滲壓水頭由上游進口段開始，逐次向下游從總水頭減去各分段

11、水頭損失值，即可求得各尖點或尖端滲壓水頭值：，。7、 繪制滲壓水頭分布圖，見圖如下：8、 滲流出口平均坡降按計算，其中，所以下游出口的平均坡降，即閘基防滲滿足抗?jié)B穩(wěn)定的要求。以同樣的步驟可以計算出正常擋水位情況下的滲透壓力分布，即，。繪制滲壓水頭分布圖，見圖如下：按計算，其中，所以下游出口的平均坡降，即閘基防滲滿足抗?jié)B穩(wěn)定的要求。第三、閘室穩(wěn)定計算一、閘室結(jié)構(gòu)布置閘室結(jié)構(gòu)布置主要包括底板、閘墩、閘門、工作橋和交通橋等部分的布置和尺寸的擬定。1、 底板底板的結(jié)構(gòu)、布置、構(gòu)造在第二節(jié)已作介紹，具體數(shù)據(jù)參考第二節(jié)的內(nèi)容。2、閘墩閘墩順?biāo)鞣较虻拈L度去與底板相同，為16m。閘墩為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，中墩厚

12、均為1.1m。邊墩與岸墻合二為一，采用重力式結(jié)構(gòu)。計算正常擋水位是的波浪高度：其中平均水深取，吹程，多年平均最大風(fēng)速計算出平均波高，該水閘為2級水閘，則經(jīng)查表得，所以波浪高度：。閘墩上游部分的頂部高程采用資料介紹的三種方法。即1） =校核洪水位時水深+安全超高=4.23+0.7=4.93m2） =設(shè)計洪水位時水深+安全超高=3.92+1=4.93m3） =正常擋水位時水深+ =1.61+0.53+0.5=2.64m取三者最大值，即為4.93m，取整數(shù)5.00m。閘墩下游部分的高度只要比下游水位最高水位適當(dāng)高些，不影響泄流即可，可大大低于上游部分的高度，而其上設(shè)排架擱置公路橋。初擬閘墩下游部分頂

13、部高程為27.00m，其上設(shè)3根，高1.5m的柱子，頂部設(shè)，長4.7m的小橫梁，梁頂高程即為：，梁上擱公路橋，橋面高程為30.0m。閘墩上設(shè)兩道門槽（檢修閘門、工作閘門）。檢修閘門門槽在上游，槽深0.3m，槽寬0.2m。工作閘門門槽深0.3m，寬0.6m。下游不設(shè)檢修閘門。閘墩上游頭部為半圓形，下游頭部為流線型。3、工作橋（1） 啟閉機選型。閘門采用平面滾輪鋼閘門，為潛孔式。門頂頂高程與閘墩頂高程相等為：27.23m。門高，門寬為。根據(jù)經(jīng)驗公式：初估閘門自重。，。對于工作閘門；，。則門自重，取門重為150kn。根據(jù)經(jīng)驗公式，初估啟門力，。其中為閘門的重力，為作用在門上的總水壓力。不計浪壓力的影

14、響，作用在每米寬門上游面的水壓力；作用在每米寬門下游面的水壓力，則門上總水壓力為，表示閘門能靠自重關(guān)閉，不需加壓重塊幫助關(guān)閉。根據(jù)計算所需的啟門力，初選雙吊點手搖電動兩用卷揚式啟閉機（上海重型機械廠產(chǎn)品）。其機架外輪廓寬。（2） 、工作橋的尺寸及構(gòu)造。工作橋的寬度不僅要滿足啟閉機布置的要求，且兩側(cè)應(yīng)足夠的操作寬度。 ，取工作橋凈寬4.0m。工作橋為板梁式結(jié)構(gòu)，預(yù)制裝配。兩根主梁高0.8m，寬0.35m，中間活動鋪板厚6cm。其結(jié)構(gòu)見下圖所示。為了保證啟閉機的機角螺栓安置在主梁上，主梁間的凈距為1.5m。在啟閉機機腳螺栓處，設(shè)兩根橫梁。橫梁寬30cm，高50cm。工作橋設(shè)在實體排架，排架的厚度為

15、閘墩門槽處的頸厚即為0.5m，排架順?biāo)鞣较虻脑O(shè)兩根與工作橋主梁相連寬度為0.67m的柱子。排架的頂部高程為：。4、 檢修便橋為了便于進行檢修、觀測，在檢修門槽處設(shè)置有檢修便橋。橋?qū)挒?.5m。橋身結(jié)構(gòu)僅為兩根嵌置與閘墩內(nèi)的鋼筋混凝土簡支梁。梁高40cm，寬25cm。梁中間鋪設(shè)厚6cm的鋼筋混凝土板。5、 交通橋在工作橋的下游側(cè)布置公路橋，橋身結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土板梁結(jié)構(gòu)，橋面總寬5.5m。其構(gòu)造及尺寸見下圖。2、 閘室穩(wěn)定計算取中間一個獨立的閘室單元進行分析，閘室結(jié)構(gòu)布置見下圖。1、 荷載（1） 、完建期的荷載。完建期的荷載包括閘底板重力、閘墩重力、閘門重力、工作橋及啟閉機設(shè)備重力、公路橋重力和

16、檢修便橋。取混凝土、鋼筋混凝土的容重為。底板的重力為：閘墩重力：每個中墩重每個閘室單元有4個中墩，則。閘門重力為：工作橋及啟閉機設(shè)備重力如下：工作橋重力考慮到欄桿及橫梁的重力等，取。啟閉機機身重40.7kn，考慮到機架混凝土及電機重，每臺啟閉機重48.0kn，啟閉機重力。即總重。公路橋重力：公路橋每米重約80kn，考慮到欄桿重，則公路橋重為檢修便橋重力考慮到欄桿重力，取完建期情況下作用荷載和力矩計算見下表。部位重力力臂力矩底板38260.190閘墩（1）237.487.61823.85（2）359.87.112558.18（3）22505.3512037.5（4）1262.22.28277.8

17、2（5）720.50.66475.53（6）3588.13.3411984.25閘門4502.281026工作橋4102.28934.8啟閉機1442.28328.32公路橋3788.44.1115570.32檢修便橋94.36.2584.66合計51564.9730112.7520088.48（2） 、正常擋水位情況下的荷載。在正常擋水位下，閘室的荷載除了閘室結(jié)構(gòu)的重力外，還包括閘室內(nèi)水的重力、浪壓力、水壓力、揚壓力等。水平水壓力：首先計算波浪要素。由前面計算可得平均波高，即波浪的平均周期。波長為，經(jīng)查表，可得波長。波浪中心線壅高波浪破碎的臨界水深：因為，屬于淺水波。閘底處波浪壓力剩余強度：故波浪壓力：由于浪壓力小于靜水壓力的5%，所以在穩(wěn)定計算中不計其對閘室的影響。上游水壓力：滲透壓力：閘室內(nèi)