廣東某大型水閘完整工程設(shè)計(jì)

1、目錄1 固扇水閘基本資料11.1 概述11.2 工程地質(zhì)31.2.1 地形地貌31.2.2 地層巖性31.2.3 地質(zhì)構(gòu)造31.2.4 水文地質(zhì)條件31.2.4.1地表水31.2.4.2 地下水31.3 交通要求42 閘孔設(shè)計(jì)6 2.1閘孔的設(shè)計(jì)任務(wù)62.2 設(shè)計(jì)工況62.3閘孔形式的確定62.4 閘孔尺寸設(shè)計(jì)62.4.1 確定閘孔凈寬62.4.2 分孔92.4.3 閘墩構(gòu)造設(shè)計(jì)內(nèi)容92.5 水力計(jì)算92.6 確定閘墩頂高程92.6.1 泄水要求92.6.2 擋水要求103消能防沖設(shè)計(jì)113.1 概述123.1.1 消能防沖設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括123.1.2消能方式及消能工型式123.1.3 水閘

2、開(kāi)啟方式及操作規(guī)程123.1.4 池深d設(shè)計(jì)工況及計(jì)算方法與公式123.1.5 池深L的不利計(jì)算工況133.1.6 護(hù)坦厚度的計(jì)算工況143.1.7 海漫長(zhǎng)度的計(jì)算工況143.1.8 防沖槽尺寸的計(jì)算工況143.2 消力池設(shè)計(jì)143.2.1 消力池設(shè)計(jì)任務(wù)143.2.2 池深設(shè)計(jì)153.2.3 消力池長(zhǎng)度的確定183.3消力池護(hù)坦厚度193.4消力池的構(gòu)造204 防滲排水設(shè)計(jì)245閘門(mén)、啟閉機(jī)的設(shè)計(jì)256閘墩、閘底板設(shè)計(jì)287 閘室穩(wěn)定計(jì)算348 水閘兩岸連接建筑物設(shè)計(jì)39參考文獻(xiàn)411 固扇水閘基本資料1.1 概述廣州市南沙萬(wàn)頃沙聯(lián)圍固扇閘重建工程位于廣州市南沙區(qū)萬(wàn)頃沙聯(lián)圍，根據(jù)廣

3、州城市建設(shè)總體戰(zhàn)略概念規(guī)劃綱要提出的“南拓北優(yōu)、東進(jìn)西連”的空間發(fā)展戰(zhàn)略，南沙區(qū)位于珠江出?？?、珠江三角洲地理幾何中心和聯(lián)結(jié)珠江兩岸城市群的樞紐性節(jié)點(diǎn)，依靠其獨(dú)特的地理區(qū)位優(yōu)勢(shì)、交通條件及岸線資源成為廣州“南拓”發(fā)展的重點(diǎn)地區(qū)。萬(wàn)頃沙聯(lián)圍位于南沙地區(qū)的南端，北鄰下橫瀝，西以洪奇瀝為界與中山市相鄰，東隔蕉門(mén)水道與龍穴島相鄰，龍穴島為未來(lái)廣州重要的大型深水港區(qū)。萬(wàn)頃沙被定位為以石化、鋼鐵、機(jī)械裝備工業(yè)為主的現(xiàn)代化臨港工業(yè)基地，近期，1500萬(wàn)噸/年煉油廠（石化基地）項(xiàng)目選定在萬(wàn)頃沙聯(lián)圍1518涌西側(cè)和瀝心沙圍?？紤]到萬(wàn)頃沙聯(lián)圍1518涌石化基地區(qū)域和瀝心沙圍的水利工程現(xiàn)狀不能滿足石化基地對(duì)防洪（潮

4、）和排澇的高標(biāo)準(zhǔn)要求。通過(guò)新的規(guī)劃，對(duì)這一區(qū)域的水利工程將進(jìn)行整治，使區(qū)域防洪（潮）標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到200年一遇，排澇標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到20年一遇。現(xiàn)有的固扇建于7080年代，閘孔尺寸（孔數(shù)×寬×高）為3孔×14.2m×7.5m，底板高程為-3.5m，存在的主要問(wèn)題是工程老化，運(yùn)用不便。擬建的固扇閘自現(xiàn)有閘位往內(nèi)涌移約20m，防洪（潮）標(biāo)準(zhǔn)按200年一遇標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。場(chǎng)地交通位置圖見(jiàn)圖1-1圖1.1：交通位置示意圖（ “”為勘察場(chǎng)地位置）表1-1 工程規(guī)模與主要設(shè)計(jì)指標(biāo)序號(hào)項(xiàng)目單位數(shù)量備注一工程等別等二主要建筑物級(jí)別1級(jí)三抗震設(shè)計(jì)烈度度7四水閘1排澇面積km23.512排澇流

5、量m3/s80/1003特征水位外江設(shè)計(jì)洪潮水位m2.75/3.15多年平均最高潮位m1.87多年平均低潮位m-0.51風(fēng)速42多年平均最低潮位m-1.21吹程1000內(nèi)涌設(shè)計(jì)高水位m1.42/2.07內(nèi)涌常水位m0.20內(nèi)涌設(shè)計(jì)低水位m-0.51.2工程地質(zhì)本工程閘址范圍內(nèi)先后鉆孔9個(gè)，總進(jìn)尺500多米。 1.2.1 地形地貌勘察場(chǎng)地屬珠江三角洲沖積平原地貌單元，經(jīng)多年圍海造田，勘察場(chǎng)地附近區(qū)域平坦開(kāi)闊，河塘眾多。地面高程較低，多在-0.51.0m之間，外江堤頂高程3.54.3m，內(nèi)涌堤頂1.22.0m。擬建固扇閘位于萬(wàn)頃沙新墾，西側(cè)緊連洪奇瀝水道，東連蕉門(mén)水道，東南側(cè)有新墾大道，可通往各支

6、涌堤防及外江堤圍，區(qū)內(nèi)有南沙港快速穿越。1.2.2 地層巖性在勘探深度范圍內(nèi)，勘察場(chǎng)地地層巖性自上而下總體由四部分組成，分別為人工填土、第四系海陸交互相沉積層、沖洪積層和下部燕山期花崗巖。場(chǎng)地內(nèi)各埋藏地層的工程特性指標(biāo)建議采用表二值。1.2.3 地質(zhì)構(gòu)造勘察場(chǎng)地位于廣州斷陷盆地的南端，上部覆蓋層為第四系海陸交互相沖積物（Qmc），下伏燕山期（3）花崗巖，根據(jù)1/20萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)資料，場(chǎng)區(qū)及鄰近區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)跡象不明顯，根據(jù)本次勘察結(jié)果，場(chǎng)地內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有斷層等不良地質(zhì)構(gòu)造。1.2.4 水文地質(zhì)條件1.2.4.1地表水固扇閘以洪奇瀝為界與中山市相鄰，東連蕉門(mén)水道，洪奇瀝水道呈南北走向貫穿整個(gè)南沙開(kāi)發(fā)

7、區(qū)，水流自北向南，最終匯入珠江水系，固扇閘為連接洪奇瀝水道與蕉門(mén)水道的內(nèi)涌，水位變化主要受潮汐影響。勘察期間測(cè)得河涌最高水位標(biāo)高為0.56m，最低水位標(biāo)高為-2.10m。1.2.4.2 地下水勘察場(chǎng)地地下水類(lèi)型主要分兩種類(lèi)型：（1）潛水、承壓水 （2）人工填土層中的上層滯水有所給資料可得勘察場(chǎng)地地下水位變化主要受潮汐及氣候控制。具體如下：每年4-9月為雨季，是地下水的補(bǔ)給期，其水位會(huì)明顯上升，10-3月為水分消耗期，地下水位隨之下降。勘察期間，場(chǎng)地各鉆孔均遇見(jiàn)地下水，勘察時(shí)測(cè)得初見(jiàn)水位埋深為0.803.10m，相當(dāng)于標(biāo)高為-1.520.64m；潛水穩(wěn)定水位埋深為1.002.20m，相當(dāng)于標(biāo)高為

8、-1.820.44m；承壓水穩(wěn)定水位埋深為13.5016.00m，相當(dāng)于標(biāo)高為-15.60-12.06m。根據(jù)勘察場(chǎng)地采取的2件地下水試樣進(jìn)行分析，根據(jù)水質(zhì)分析結(jié)果，按水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范（GB50287-1999）中有關(guān)腐蝕性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)判定：勘察場(chǎng)地內(nèi)地下水水質(zhì)對(duì)混凝土具侵蝕性CO2弱腐蝕性和PH值型中等腐蝕性。1.3交通要求該水閘連接防洪堤，有交通要求，按二級(jí)公路做交通橋設(shè)計(jì)。表1-2渠道數(shù)據(jù)項(xiàng)目?jī)?nèi)涌側(cè)外江側(cè)渠道比降渠道底寬(米)4045渠道邊坡1:11:3糙率0.0170.017表1-3 巖土層工程特性指標(biāo)建議值巖性一淤泥二淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土三淤泥質(zhì)粉細(xì)砂四中粗砂五花崗巖含水量w(%)66

9、.450.221.918.212.1濕密度(g/cm3)1.541.672.022.032.10干密度d(g/cm3)0.931.111.711.761.89孔隙比e1.8201.3790.6710.5370.459液限Wl(%)43.936.922.920.824.3塑限Wp(%)27.2523.015.314.216.4塑性指數(shù)Ip16.414.08.26.77.9液性指數(shù)IL2.401.962.330.330.00滲透系數(shù)k(cm/s)4.00×10-74.70×10-65.29×10-41.07×10-35.47×10-4十字板剪切凝聚

10、力Cu(kPa)27.421.6壓 縮壓縮系數(shù)a0.1-0.2(MPa-1)1.7941.0500.3390.2760.379壓縮模量Es(MPa)1.492.405.605.53.94無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu(kPa)7.615地基土的容許承載力0(kPa)507070150200標(biāo)貫評(píng)定實(shí)測(cè)擊數(shù)(擊)1.02.33.311.721.4修正擊數(shù)(擊)0.81.71.48.211.2(kPa)506570120200承載力建議特征值(kPa)506570120200第 41 頁(yè) 共 43 頁(yè)2 閘孔設(shè)計(jì)2.1閘孔的設(shè)計(jì)任務(wù)確定閘孔的形式確定閘孔的孔口尺寸、數(shù)目確定閘底板高程。2.2 設(shè)計(jì)工況由所給資

11、料可得，正常情況下，正常情況下，通過(guò)設(shè)計(jì)流量時(shí)閘前水面壅高。由資料可得， 非常情況下，且通過(guò)時(shí)的閘前水面壅高，取。由以上資料可得，本設(shè)計(jì)采用淹沒(méi)寬頂堰。2.3閘孔形式的確定閘孔形式包括孔口形式和底板形式。本設(shè)計(jì)閘孔形式需要確定孔口形式：采用無(wú)胸墻開(kāi)敞式孔口形式。底板形式：本設(shè)計(jì)地形較為平緩，用來(lái)排水作為排水閘，有經(jīng)驗(yàn)可得采用平底板形式，底板高程取為與原排水閘底板高程（）齊平即可。2.4 閘孔尺寸設(shè)計(jì)閘孔尺寸設(shè)計(jì)的主要任務(wù)有確定閘孔凈寬，閘孔總寬確定底板開(kāi)挖基坑寬度確定閘頂高程，閘門(mén)高度2.4.1 確定閘孔凈寬有水工建筑物可得確定閘孔凈寬的方法是：按正常情況設(shè)計(jì)，按非常情況校核。堰流情況公式：

12、（2-1） 式中：Q過(guò)閘流量；取88 計(jì)入行近流速水頭m；取6.25m堰流流量系數(shù)；淹沒(méi)系數(shù)具體計(jì)算步驟如下： 按外江工況設(shè)計(jì)洪潮水位 （2-2） 式中：Q過(guò)閘流量；取88 計(jì)入行近流速水頭m；取6.25m堰流流量系數(shù)；淹沒(méi)系數(shù)系數(shù)計(jì)算如下：=0.1=6.15由 查水閘設(shè)計(jì)規(guī)范SL265-2001得=0.40側(cè)收縮系數(shù)，由水力學(xué)手冊(cè)查出，初擬時(shí)可取0.85-0.95，選用0.85所以 取=10按內(nèi)涌設(shè)計(jì)高水位 （2-3） 式中：Q過(guò)閘流量；取88 計(jì)入行近流速水頭m；堰流流量系數(shù)；淹沒(méi)系數(shù) 系數(shù)計(jì)算如下：查水閘設(shè)計(jì)規(guī)范SL265-2001得=0.40側(cè)收縮系數(shù)，由水力學(xué)手冊(cè)查出，初擬時(shí)可取0.

13、85-0.95，側(cè)收縮系數(shù)，由水力學(xué)手冊(cè)查出，初擬時(shí)可取0.85-0.95，選用0.85所以 取=14按內(nèi)涌設(shè)計(jì)低水位 （2-4） 式中：Q過(guò)閘流量；取88 計(jì)入行近流速水頭m；堰流流量系數(shù)；淹沒(méi)系數(shù) 系數(shù)計(jì)算如下： ，查水閘設(shè)計(jì)規(guī)范SL265-2001得，所以 取=30(4) 經(jīng)比較，選取最大閘孔凈寬。=302.4.2 分孔由以上計(jì)算得最大閘孔凈寬為30m，所以做五孔閘門(mén)，每孔6米。2.4.3 閘墩構(gòu)造設(shè)計(jì)內(nèi)容邊墩厚一般取0.71.2。本設(shè)計(jì)取0.8,頭部采用方形;中墩厚;頭部采用半圓形；本設(shè)計(jì)不進(jìn)行縫墩設(shè)計(jì).2.5 水力計(jì)算1、驗(yàn)算正常情況下的過(guò)流能力由公式：滿足設(shè)計(jì)洪水過(guò)流能力。2、 校

14、核非常情況下的過(guò)流能力上游水深下游水深由查水閘設(shè)計(jì)規(guī)范SL265-2001得， 滿足非常過(guò)流能力。2.6 確定閘墩頂高程要求：要求閘墩頂高程滿足泄水、擋水要求。2.6.1 泄水要求 （2-5） （2-6）2.6.2 擋水要求 （2-7） （2-8）式中： 波浪爬高，波浪中心線凈水位的高度波浪爬高按“莆田海堤試驗(yàn)站公式”計(jì)算確定，計(jì)算公式如下: (2-9) (2-10)式中：-重力加速度，（9.81）-平均波高，（m）-平均波周期，（s）-風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度，（m），取1000m-設(shè)計(jì)風(fēng)速，（m/s），為42m/s-風(fēng)區(qū)的平均水深，（m），為6.25m算得平均波高為0.73m，平均波周期為3.782s。

15、(2-11)試算得到 L=21.126m。波浪爬高計(jì)算： 計(jì)算公式 (2-12)式中：m-斜坡坡率,選用m=3-斜坡的糟率系數(shù)及滲透性采用砌石護(hù)面，所以系數(shù)查堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范為0.75-經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，由，查水工建筑物表5-2得=1所以 即 波浪爬高為0.93m。安全超高，所以 閘墩高程：閘門(mén)高程：取4.3m閘墩高： 。取8.0m 閘門(mén)高: 3消能防沖設(shè)計(jì)3.1 概述3.1.1 消能防沖設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括（1）消力池深度及長(zhǎng)度（2）海曼長(zhǎng)度.防沖槽尺寸（3）兩岸護(hù)坡及相應(yīng)構(gòu)造3.1.2消能方式及消能工型式消能方式：水利工程上必須采取一些減小泄水建筑物下泄水流動(dòng)能的措施，以滿足工程的經(jīng)濟(jì)和安全的要求。在

16、設(shè)計(jì)水工建筑物時(shí)，要選擇合理地消能工程形式。本閘門(mén)屬于平原河道水閘，下游水位變化幅度較大，閘下池水水流低，所以采用底流消能。消能工型式：采用控深式消力池。3.1.3 水閘開(kāi)啟方式及操作規(guī)程1、開(kāi)啟方式：對(duì)于五孔閘門(mén)，開(kāi)啟方式又五種形式。 A：五孔閘門(mén)均勻同步開(kāi)啟 B：兩側(cè)邊孔閘門(mén)均勻同步開(kāi)啟 C：兩中間閘孔均勻同步開(kāi)啟 D：四孔閘門(mén)均勻同步開(kāi)啟 E：中間閘門(mén)單獨(dú)均勻開(kāi)啟2、操作規(guī)程：均勻，勻速同步開(kāi)啟。3.1.4 池深d設(shè)計(jì)工況及計(jì)算方法與公式1、池深d的不利計(jì)算工況按水躍理論最大池深發(fā)生在躍后水深與下游水深差值最大的情況，即：。確定差值最大需對(duì)各種運(yùn)用方式及相應(yīng)開(kāi)度e下的情況進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)經(jīng)

17、驗(yàn)，取外江設(shè)計(jì)排洪最高水位=2.75 + 3.5=6.25m作為設(shè)計(jì)水位，初始開(kāi)度e=0.5m作為池深最不利計(jì)算工況。2、計(jì)算方法與公式求開(kāi)度e=0.5m時(shí)下泄流量Q公式采用自由孔流公式： (3-1)式中：Q下泄流量寬頂堰型閘孔自由流的 流量系數(shù)n閘孔數(shù)b一個(gè)閘孔的凈寬e閘孔開(kāi)度閘孔全水頭求躍后水深h采用共軛水深計(jì)算公式： (3-2)求下游水深h采用明渠均勻流公式： (3-3) (3-4) (3-5) (3-6)式中：m收縮角，取2n護(hù)坡粗糙系數(shù)，取0.025下游河底坡率，取1：4000b下游河寬，取40m3.1.5 池深L的不利計(jì)算工況1、工況的確定根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，最大池長(zhǎng)發(fā)生在通過(guò)時(shí)，本設(shè)計(jì)采用

18、校核流量作為池長(zhǎng)計(jì)算的計(jì)算工況。2、 計(jì)算方法及公式求采用水躍公式: (3-7)3.1.6 護(hù)坦厚度的計(jì)算工況本設(shè)計(jì)護(hù)坦厚度按抗沖要求計(jì)算，公式采用： (3-8)式中：q護(hù)坦上的單寬流量泄放q時(shí)的水閘上下游水位差經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，可采用0.1750.20由公式可知，發(fā)生在最大時(shí)，應(yīng)對(duì)個(gè)運(yùn)用方式及相應(yīng)開(kāi)度e的情況進(jìn)行計(jì)算。本設(shè)計(jì)取以下兩種情況的較大者作為護(hù)坦厚度的計(jì)算工況：（1）正常蓄水位2.75+3.5=6.25m時(shí)下泄水時(shí)初始開(kāi)度e=0.5的情況；（2）取通過(guò)校核流量Q校時(shí)的情況；3.1.7 海漫長(zhǎng)度的計(jì)算工況按抗沖設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)，采用。由公式可知發(fā)生在最大時(shí)，應(yīng)對(duì)各運(yùn)用方式及相應(yīng)開(kāi)度e的情況進(jìn)行計(jì)算

19、。本設(shè)計(jì)取與相同計(jì)算工況。3.1.8 防沖槽尺寸的計(jì)算工況防沖槽尺寸的計(jì)算工況取通過(guò)最大流量Q時(shí)，取。3.2 消力池設(shè)計(jì)3.2.1 消力池設(shè)計(jì)任務(wù)池深，池長(zhǎng)，護(hù)坦厚度及構(gòu)造尺寸。3.2.2 池深設(shè)計(jì)不利工況下水力要素不利工況下水力要素，取上游正常蓄水位閘門(mén)開(kāi)度按e=0.5的倍數(shù)取值，初始開(kāi)度e=0.5m。計(jì)算公式: (3-9) (3-10)求單寬流量: (3-11)臨界水深: (3-12) (3-13)根據(jù)查<<水力學(xué)>>四川大小編下冊(cè)附圖可得。求下游水深表3-1單孔開(kāi)啟時(shí)計(jì)算eQq備注知查水力學(xué)附錄得 0.500 0.586 19.457 0.586 0.187 33

20、.422 3.049 0.570 1.000 0.571 37.916 1.142 0.365 17.123 2.700 0.986 1.500 0.558 55.578 1.674 0.535 11.682 2.490 1.332 2.000 0.544 72.245 2.176 0.695 8.993 2.345 1.630 2.500 0.530 87.983 2.650 0.847 7.379 2.220 1.880 3.000 0.516 102.790 3.096 0.989 6.320 2.198 2.174 3.500 0.501 116.436 3.507 1.120 5.5

21、80 2.095 2.346 4.000 0.487 129.351 3.896 1.245 5.020 2.045 2.546 表3-2 雙孔對(duì)稱(chēng)開(kāi)時(shí)計(jì)算eQq備注0.50.58638.912 1.172 0.37416.711 2.680 1.002 10.57175.831 2.284 0.738.562 2.290 1.672 1.50.558111.157 3.348 1.0695.847 2.100 2.245 20.544144.491 4.352 1.394.496 1.985 2.759 2.50.53175.965 5.300 1.6933.692 1.857 3.144

22、30.516205.581 6.192 1.9783.160 1.815 3.590 3.50.501232.872 7.014 2.2412.789 1.748 3.917 40.487258.702 7.792 2.4892.511 1.655 4.119 表3-3 三孔全開(kāi)時(shí)計(jì)算eQq備注0.50.58658.367 1.758 0.562 11.121 2.490 1.399 10.571113.747 3.426 1.094 5.713 2.125 2.325 1.50.558166.735 5.022 1.604 3.897 1.825 2.927 20.544216.736 6.

23、528 2.085 2.998 1.753 3.655 2.50.53263.948 7.950 2.540 2.461 1.650 4.191 30.516308.371 9.288 2.967 2.107 1.580 4.688 3.50.501349.308 10.521 3.361 1.860 1.498 5.035 40.487388.053 11.688 3.734 1.674 1.358 5.071 表3-4四孔對(duì)稱(chēng)開(kāi)始計(jì)算eQq備注0.50.58677.823 2.344 0.749 8.344 2.490 1.865 10.571151.662 4.568 1.459 4.2

24、84 2.125 3.100 1.50.558222.314 6.696 2.139 2.922 1.825 3.904 20.544288.982 8.704 2.139 2.922 1.753 3.750 2.50.53351.931 10.600 3.386 1.846 1.650 5.587 30.516411.161 12.384 3.956 1.580 1.580 6.250 3.50.501465.744 14.028 4.481 1.395 1.498 6.713 40.487517.404 15.584 4.978 1.256 1.358 6.760 表3-5五孔全開(kāi)時(shí)計(jì)算e

25、Qq備注0.50.58697.279 2.930 0.936 6.677 2.490 2.331 10.571189.578 5.710 1.824 3.427 2.125 3.876 1.50.558277.892 8.370 2.674 2.337 1.825 4.880 20.544361.227 10.880 3.475 1.799 1.753 6.092 2.50.53439.913 13.250 4.233 1.476 1.650 6.984 30.516513.951 15.480 4.945 1.264 1.580 7.813 3.50.501582.180 17.536 5.

26、602 1.116 1.498 8.392 40.487646.755 19.481 6.223 1.004 1.358 8.451 表3-6水頭-流量計(jì)算ht（m）A=(b+mh)hR=A/xC=(1/n)R1/6 0.520.541.120.535.648.171.04242.830.9839.8726.211.564.546.711.3842.2150.562.08848.941.844.1282.362.5112.551.182.245.62120.363.013853.422.5846.85164.20（3）消力池深度d的確定： 由圖知,當(dāng)開(kāi)度e=1.0,中孔單開(kāi)時(shí)最大。 (3-14

27、) (3-15)式中：消力池深度，（m） 下游水深，（m） 躍后水深，（m） 水流動(dòng)能校正系數(shù)，可采用1.01.05。本設(shè)計(jì)=1.0 水躍淹沒(méi)系數(shù)，可采用1.051.10。本設(shè)計(jì)=1.1 流速系數(shù)，一般采用0.95，本設(shè)計(jì)采用1.0 過(guò)閘單寬流量，（） 池池落差，（m）中孔開(kāi)度e=3.0m時(shí),最大,q=3.096，。所以 =1.1×0.986-0.79-0.125 =0.2m3.2.3 消力池長(zhǎng)度的確定1、池長(zhǎng)計(jì)算公式=+ （316）=6.9（-） (3-17)式中 ： 消力池長(zhǎng)度（m） 消力池斜坡段水平投影長(zhǎng)度(m) 水躍長(zhǎng)度校正系數(shù)，可采用0.70.8，取0.80 水躍長(zhǎng)度(m)

28、2、池長(zhǎng)不利工況下的水利要素A：計(jì)算流量：水躍長(zhǎng)度系隨流量的增大而增大，所以消力池長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)流量應(yīng)為建筑物通過(guò)的最大流量。B：?jiǎn)螌捔髁浚?=100/33.2=3.01m/s3、 求，閘底板與挖深后的消力池之間常用1:31:4的斜坡連接，本設(shè)計(jì)取1：3。 確定消力池長(zhǎng)度的條件：hc”- hC最大時(shí)。由上表知發(fā)生在中孔單開(kāi)e=1.0時(shí)： 查<<水力學(xué)>>(第三版)下冊(cè)37頁(yè)附圖得4、 求偏安全的選消力池長(zhǎng)度為12米。3.3消力池護(hù)坦厚度消力池底板需要用來(lái)承受水流的沖擊力、水流脈動(dòng)壓力和底部揚(yáng)壓力等，所以死消力池底板應(yīng)該具有足夠的強(qiáng)度和抗沖耐磨，護(hù)坦一般是等厚的，也可采用不同

29、的厚度，始端厚度大，向下游逐漸減小。護(hù)坦厚度可根據(jù)抗沖和抗浮要求，分別計(jì)算，并取其最大值。按抗沖要求計(jì)算消力池護(hù)坦厚度公式為：t=k1 按抗浮要求計(jì)算消力池護(hù)坦厚度公式為：t=k2 式中 t消力池底板始端厚度，m；k1消力池底板計(jì)算系數(shù)，可采用0.15-0.20；k2消力池底板安全系數(shù)，可采用1.1-1.3；H泄水時(shí)上、下游水位差，m；U作用在消力池底板底面的揚(yáng)壓力（kPa）；W作用在消力池底板底面的水重（kPa）；Pm作用在消力池底板上的脈動(dòng)壓力（kPa），；1消力池底板的飽和重度，kN/。由所給數(shù)據(jù)可得其中k1取為0.18；q為確定池深時(shí)的過(guò)閘單寬流量取為q=3.096m3/（sm），H為

30、相應(yīng)于單寬流量的上、下游水位差可取消力池底板厚度為t=0.4m。3.4消力池的構(gòu)造底流式消力池設(shè)施有三種形式：挖深式、消力檻式和綜合式。當(dāng)閘下游尾水深度小于躍后水深時(shí)，可采用挖深式消力池消能；閘下游尾水深度略小于躍后水深時(shí)，可采用消力檻式消力池消能；閘下游尾水深度遠(yuǎn)小于躍后水深，且計(jì)算深度應(yīng)較深時(shí)，可采用挖深式與消力檻式相結(jié)合的綜合式消力池消能。護(hù)坦與閘室、岸墻及翼墻之間，以及其本身沿水流方向均應(yīng)用縫分開(kāi)，以適應(yīng)不均勻沉陷和溫度變形。（1） 各個(gè)縫距尺寸如下：護(hù)坦縫距取1020m，縫寬2.02.5cm。護(hù)坦在垂直水流方向通常不設(shè)縫，以保證其穩(wěn)定性。縫若在閘基防滲范圍內(nèi)，縫中應(yīng)設(shè)止水設(shè)置，其他一

31、般鋪設(shè)瀝青油毛氈。（2） 護(hù)坦的尺寸為：為增強(qiáng)護(hù)坦的抗滑穩(wěn)定性，常在消力池末端設(shè)置齒墻，深一般為0.91.6m，寬為0.51.0m。結(jié)合本工程的特點(diǎn)，選用挖深式消力池。為了便于施工，消力池的底板作成等厚，為了降低底板下部的滲透壓力，在水平底板的后半部設(shè)置排水孔，孔下鋪設(shè)反濾層，排水孔孔徑為5cm，間距為1m，呈梅花形布置。消力池末端設(shè)置齒墻，深為0.8m，寬為0.6m。3.5防沖加固措施3.5.1海漫的作用使消能后的水流均勻擴(kuò)散，流速接近天然河道的水流形態(tài)。3.5.2海漫的布置和構(gòu)造海漫一般采用將起始端做成5m水平段，頂面高程在消力池尾坎頂以下0.5m，水平段后作成不陡于1：10的斜坡以使水流

32、均勻擴(kuò)散，同時(shí)沿水流方向在平面上向兩側(cè)逐漸擴(kuò)散，以便使水流均勻擴(kuò)散，調(diào)整流速分布，保護(hù)河床不受沖刷。對(duì)海漫的要求有：表面有一定的粗糙度，以利進(jìn)一步消除余能；具有一定的透水性，以便使?jié)B水自由排除，降低揚(yáng)壓力；具有一定的柔性，以適應(yīng)下游河床可能的沖刷變形。本工程采用干砌石海漫。3.5.3海漫長(zhǎng)度計(jì)算海漫的長(zhǎng)度計(jì)算主要包括（1）消力池末端的單寬流量 （2）上下游水位差、下游水深 （3）河床土質(zhì)抗沖能力 （4）閘孔與河道寬度的比值 （5）海漫結(jié)構(gòu)形式等當(dāng)=19，式中 Lp海漫長(zhǎng)度，m；qs 消力池末端單寬流量，m3/（sm）；H泄水時(shí)上、下游水位差，m；ks 海漫長(zhǎng)度計(jì)算系數(shù)，查水工建筑物，取ks=9

33、。故確定海漫長(zhǎng)度為17m。3.5.4海漫的構(gòu)造因?yàn)閷?duì)海漫要求進(jìn)一步消除余能，所以要求海漫有一定的粗糙度、透水性、一定的柔性，本設(shè)計(jì)在海漫的起始段為5m長(zhǎng)的漿砌石水平段，其頂面高程與護(hù)坦齊平。后作成坡度為1：10的干砌石段，以便使水流均勻擴(kuò)散，調(diào)整流速分布，保護(hù)河床不受沖刷。海漫厚度為0.4m，下面鋪設(shè)15cm的砂墊層。3.6防沖槽設(shè)計(jì)3.6.1作用 防止沖刷坑向上游擴(kuò)展，保護(hù)海漫末端的安全。3.6.2工作原理 為了使水流經(jīng)過(guò)海漫時(shí)能量進(jìn)一步消除，流速分布接近水流的正常狀態(tài)水流經(jīng)，但在海漫末端仍有沖刷現(xiàn)象。為了保證安全和節(jié)省工程量，常在海漫末端設(shè)置防沖槽或采取其他加固措施。3.7上、下游岸坡防護(hù)

34、為了保護(hù)上、下游翼墻以外的河道兩岸岸坡不受水流的沖刷，需要進(jìn)行護(hù)坡。采用漿砌石護(hù)坡，厚度為0.3m，下設(shè)0.1m的砂墊層。4防滲排水設(shè)計(jì) 4.1防滲設(shè)計(jì)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(zhǎng)滲徑，防止閘基和兩岸產(chǎn)生滲透破壞。4.2防滲排水的布置原則及方式原則：防滲和排水相結(jié)合方式：（1）高水位側(cè)采用鋪蓋、板樁、齒墻等防滲設(shè)施; (2)低水位側(cè)設(shè)置排水設(shè)施4.3防滲設(shè)施本工程根據(jù)自身地質(zhì)條件，防滲措施常采用水平鋪蓋。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

35、。（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(zhǎng)滲徑。4.4地下輪廓線布置4.4.1閘底板長(zhǎng)度擬定本工程采用整體式底板，影響底板順?biāo)较虻拈L(zhǎng)度的因素主要有（1）閘室地基條件（2）上部結(jié)構(gòu)布置（3）滿足閘室整體穩(wěn)定和地基允許承載力等初擬時(shí)可參考已建工程的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選定，當(dāng)?shù)鼗鶠樗槭梁偷[（卵）石時(shí)，底板長(zhǎng)度?。?-4）H（H為水閘上下游最大水位差）；砂土和砂壤土?。?-3.5）H；粉質(zhì)壤土和壤土?。?-4）H；黏土?。?.5-4.5）H。本工程取底板長(zhǎng)度L底=3.5×4.6=16.1 取閘

36、底板長(zhǎng)度為18m。 4.4.2閘底板厚度的擬定對(duì)于小型水閘，底板厚度不小于0.3可取t=1.0m。兩端設(shè)齒墻。4.4.3齒墻尺寸的確定一般深度為0.5-1.5m，厚度為閘孔凈寬的1/5-1/8。該設(shè)計(jì)深度取0.7m，厚度取1.0m。如圖41所示。 圖41 底板尺寸圖（單位：cm）4.4.4鋪蓋主要用來(lái)延長(zhǎng)滲徑，具有相對(duì)不透水性和一定的柔性。鋪蓋常用材料有黏土、黏壤土或?yàn)r青混凝土等。鋪蓋的長(zhǎng)度采用上、下游最大水頭差的3-5倍。根據(jù)上述原則，本工程鋪蓋采用混凝土鋪蓋，其混凝土強(qiáng)度等級(jí)一般不低于C20，其長(zhǎng)度確定取L=18m；鋪蓋的厚度，取0.4m，兩端設(shè)齒墻深度取0.6m，寬度取0.5m，以便和閘

37、底板連接。4.4.5閘基防滲長(zhǎng)度的確定 初步擬定閘基防滲長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)水閘設(shè)計(jì)規(guī)范公式 LC×H 式中 L閘基防滲長(zhǎng)度，m； C允許滲徑系數(shù)值，見(jiàn)水工建筑物教材表4-6，查表取C=7； H上、下游最大水頭差，m。 L=C×H=7×4.6=32.2（m）4.4.6校核地下輪廓線的長(zhǎng)度根據(jù)以上設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，實(shí)際的地下輪廓線布置長(zhǎng)度應(yīng)大于理論的地下輪廓線長(zhǎng)度。鋪蓋長(zhǎng)度+閘底板長(zhǎng)度=18+18m L=32.2（m） 通過(guò)校核，地下輪廓線的長(zhǎng)度滿足要求。4.5 排水設(shè)施的設(shè)計(jì)為降低閘底滲透壓力，在閘下游應(yīng)設(shè)置排水設(shè)施，即滲流的出口。而排水體的位置直接影響閘底滲透壓力的大小。反濾層的

38、設(shè)計(jì)應(yīng)遵循下列原則：1、各層內(nèi)部顆粒不應(yīng)發(fā)生移動(dòng); 2、較細(xì)一層顆粒不應(yīng)穿過(guò)較粗一層的空隙；3、被保護(hù)土層的顆粒不應(yīng)穿過(guò)反濾層而被深水帶走，個(gè)別特別細(xì)小的顆粒即使被滲流帶走，亦不應(yīng)在反濾層空隙中停留而堵塞反濾層。排水體由透水性較強(qiáng)的大顆粒砂石料組成。土基水閘一般采用平鋪式排水體。 5閘門(mén)、啟閉、閘墩的設(shè)計(jì)閘室是水閘的主體部分。開(kāi)敞式水閘閘室的主要組成部分有底板、閘墩、閘門(mén)、工作橋、交通橋、胸墻等。5.1 閘門(mén)和啟閉機(jī)1、閘門(mén)形式采用直升平面鋼閘門(mén)，因?yàn)殚l孔數(shù)為5個(gè)，閘門(mén)兩側(cè)擋水，閘門(mén)寬度為6m，在6m9m范圍內(nèi)采用平板鋼閘門(mén)較為合理，高度取為8m。2、尺寸高×寬=8m×6m

39、3、閘門(mén)重 露頂式平面閘門(mén) 當(dāng)5mH8m時(shí)（查水工建筑物手冊(cè)6.P131頁(yè)） (5-1)式中：H.B-分別為孔口高度和寬度（m）-閘門(mén)行走支承系數(shù);對(duì)滑動(dòng)式支承取為0.81。-材料系數(shù)，閘門(mén)采用普通碳素鋼取為1.0。-孔口高度系數(shù)；當(dāng)5<H<8時(shí), =0.13。所以 ： 4、 啟閉力計(jì)算滑道摩阻力 (5-2)式中：-滑動(dòng)支承的摩擦系數(shù)，鋼對(duì)鋼0.50.6取0.6。P-閘門(mén)上總水壓力：KN所以： 啟閉力： (5-3）式中： 門(mén)重修正系數(shù)，0.91.0取1.0。則： 因此選用卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)。加配重后的啟門(mén)力 5、選擇啟閉機(jī)根據(jù)水工設(shè)計(jì)手冊(cè)，選擇液壓卷?yè)P(yáng)機(jī)QPQ2×16，參數(shù)如下

40、：表51啟閉機(jī)的參數(shù)類(lèi)別啟閉機(jī)型號(hào)啟閉力（t）啟閉高度（m）啟門(mén)速度（m/min）吊距（m）重量(Kg)雙節(jié)耳集中驅(qū)動(dòng)QPQ2×162×1682.232.17.535005.2 閘墩中墩厚度取1.2m，邊墩厚度取0.8m。工作門(mén)槽、檢修門(mén)槽的布置如圖51所示：圖5-1 閘墩示意圖 5.3工作閘門(mén)與檢修閘門(mén)高程閘墩高程： 閘墩最頂部與工作橋底高程： (5-4)式中：-校核流量時(shí)水位高，取3.15+3.5=6.65m -為閘門(mén)高,取7.3m A安全超高，0.51.0,取0.65 則: 下游部位與上游齊平。 6閘墩、閘底板設(shè)計(jì)6.1閘底板的設(shè)計(jì)作用閘底板是閘室的基礎(chǔ)，承受閘室及上

41、部結(jié)構(gòu)的全部荷載，并較均勻地傳給地基，還有防沖、防滲等作用。形式常用的底板有平底板和鉆孔灌注樁底板。在特定的條件下，也可采用低堰底板、箱式底板、斜底板、反拱底板等。平底板按底板與閘墩的聯(lián)結(jié)方式，有整體式和分離式兩種。閘墩與底板澆筑成整體即為整體式底板。其順流向長(zhǎng)度可根據(jù)閘身穩(wěn)定和地基應(yīng)力分布較均勻等條件來(lái)確定，同時(shí)應(yīng)滿足上層結(jié)構(gòu)布置的需要。水頭愈大，地基愈差，底板應(yīng)愈長(zhǎng)。底板厚度必須滿足強(qiáng)度和剛度的要求。大中型水閘可取閘孔凈寬的1/5-1/8，一般為1-2m，最薄不小于0.6m，底板內(nèi)配置鋼筋。底板混凝土強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)滿足強(qiáng)度，抗?jié)B及防沖要求，一般選用C15或C20。根據(jù)本工程的地質(zhì)資料，采用整體

42、式平底板。（1）底板長(zhǎng)度根據(jù)前面設(shè)計(jì)已知閘底板長(zhǎng)度為18m。（2）垂直水流方向布置垂直水流方向?yàn)榱藵M足閘門(mén)的順利提升以及地基不均勻沉陷的要求，一般要對(duì)垂直水流方向布置要進(jìn)行分段。（3） 底板厚度考慮強(qiáng)度、剛度的要求，一般厚度為1m，并另外設(shè)置齒墻，取厚度為0.7m。6.2閘墩的設(shè)計(jì) 作用分離閘孔并支撐閘門(mén)，工作橋等上部結(jié)構(gòu)，使水流順利地通過(guò)閘室。長(zhǎng)度的確定應(yīng)能滿足過(guò)閘水流平順，側(cè)向收縮小，過(guò)流能力大的要求。上游墩頭采用半圓形，下游墩頭采用流線型。其長(zhǎng)度為18m。 厚度的確定由本設(shè)計(jì)中的閘孔孔徑、受力條件、結(jié)構(gòu)構(gòu)造要求、施工方法等因素的條件。厚度為中墩1.2m，邊墩0.8m。6.3 工作橋、檢修

43、便橋、公路橋1、工作橋和檢修橋工作橋是供設(shè)置啟閉機(jī)和管理人員操作時(shí)使用。其高度應(yīng)保證閘門(mén)開(kāi)啟后不影響泄放最大流量，并考慮閘門(mén)的安裝及檢修吊出需要。為了安裝、啟閉和檢修時(shí)的方便，工作橋盡量應(yīng)設(shè)置在工作閘門(mén)的正上方。其機(jī)座尺寸可根據(jù)啟閉機(jī)型號(hào)來(lái)確定。檢修橋的作用為放置檢修閘門(mén)，觀測(cè)上游水流情況，設(shè)置在閘墩的上游端。橋的高度約為門(mén)高的兩倍加上1.0-1.5m的富裕高度，h=8m 工作橋總長(zhǎng) 3B+2dz+2db=5×6+2×1.2+2×0.8=34m基本尺寸梁高為橋跨的，取80cm，縱深的梁寬為25cm，（梁高的）。翼板厚度取20cm。蓋板尺寸橫梁的高度為縱梁高

44、5;80=27cm。橫梁寬取梁高m蓋板長(zhǎng)取0.6m，厚度取0.1m。工作橋橋?qū)挼拇_定1.6+2×1.0+0.2×2=4，取4.0m。 工作橋的支承方式工作橋的支承方式采用簡(jiǎn)支型式：2、交通橋的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)要求水閘上有條按二級(jí)公路設(shè)計(jì)的交通橋，寬8.5m。交通橋布置在水閘的下游部位。交通橋橋面的高程應(yīng)使其縱梁不影響水閘泄水又能與兩岸道路平滑連接。交通橋的支承方式、跨度、縱梁尺寸等基本同于工作橋?？v梁底高程取與閘墩頂同高程，即4.0m。交通橋長(zhǎng)度長(zhǎng)度與跨度同工作橋，即長(zhǎng)為34m。交通橋面布置橋面總寬取8.5m，橋面設(shè)鋪裝層厚10cm，泥結(jié)碎石。行車(chē)道寬6.5m，人行道寬0.8m。

45、兩側(cè)欄桿取1.2m高，0.2m寬。圖6-1 交通橋示意圖 3、檢修橋設(shè)計(jì)：跨長(zhǎng)、支承方式、梁高尺寸與工作橋相同，寬度取2.0m。6.4閘室的分縫和止水設(shè)備1、分縫方式與布置除閘室本身分縫以外，凡是相鄰結(jié)構(gòu)荷重相差懸殊或結(jié)構(gòu)較長(zhǎng)，面積較大的地方也要設(shè)縫分開(kāi)，如鋪蓋與閘室底板、翼墻的連接處以及消力池與閘室底板、翼墻的連接處要分別設(shè)縫。另外，翼墻本身較長(zhǎng)，混凝土鋪蓋、消力池護(hù)坦在面積較大時(shí)也需要設(shè)縫，以防產(chǎn)生不均勻沉降。2、止水設(shè)備凡是具有防滲要求的縫中都應(yīng)設(shè)置止水設(shè)備。對(duì)止水設(shè)備的要求是：應(yīng)防滲可靠；應(yīng)能適應(yīng)混凝土收縮及地基不均勻沉降的變形應(yīng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便。按止水所設(shè)置的位置不同可分為水平止水和鉛直止水兩種，兩種止水交叉處的構(gòu)造必須妥善處理，以便形成