渠首進水閘設(shè)計說明書

1、取水樞紐進水閘設(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，進水閘組成的 沖沙槽式U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 均咼程相同，為31.5m,兩岸堤壩咼程39.8m,閘上游限制最咼洪水位38.8m,沖沙閘布 置在攔河閘兩側(cè)，地板高程31.5m,進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：ft：攔河閘與沖沙閘均為三孔一聯(lián)F攔河閘共五聯(lián)，沖沙閘共兩聯(lián)，境頭均為半圓形二工程資料：1. 氣象：多年平

2、均氣溫7.5 °C。月平均最搞氣溫20.3 ° C，月平均最低氣溫-18 °C，凍 層深度1.0 1.5m，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：m3/s ）頻率0.1 %1 0.33 %0.5 %1%2%5%10%25%75%流量6150r 530050004520402033202820 2000r 280表2:建閘前閘址處水位一流量關(guān)系表（單位：m3/s ）水位31.533.133.8534.736.036.837.437.738.038.8流量0r 200r 50010002000

3、300040005300：6150 :7000：進水閘以5%的洪水作為停水標(biāo)準，灌溉臨界期相應(yīng)的河道流量 Q=400m3/s，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，地下水位變化受河道水位 影響大，豐水期河水補給地下水 位較高，枯水季節(jié)，地下水補給 河水。4. 地基土設(shè)計指標(biāo)： 地基允許承載能力 （T = 250KN/m； 地基應(yīng)力分布允許不均勻系數(shù) n= 2 3； 砼與中砂

4、摩擦系數(shù)f = 0.4 ;3砼容重丫 = 24KN/ m ;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 丫 干=16KN/ m3; 丫 濕=10KN/ 丫 飽=20KN/ m3; C=0 填土與墻后摩擦角3 = 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，石料抗壓指數(shù) 2500KN/cm左右，容重：丫= 24KN/卅; 采石場用粗細骨料及砂料，距渠首 2.5 3.0km7. 交通：進水閘有交通要求，要求橋面總寬三設(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C= 78m3/s; 灌溉期正常擋水位35.00m; 相應(yīng)下游水位3

5、4.80m;渠道縱坡I = 1： 3500; 渠道邊坡1.75 ;渠道底寬B= 26m 渠道頂部高程37.5m;渠道頂部寬度6m2. 確定設(shè)計流量與水位：以水閘最大引水流量78m/s作為設(shè)計流量。因所設(shè)計進水閘為有壩式引水，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3m；O5m。34.80m。3.泄流計算資料:渠道附近地質(zhì)剖面圖35.00m,相應(yīng)下游水位特征洪水頻率（）流量（m3/s）上游洪水位（m設(shè)計洪水0.55

6、00037.84停止引水5332037.15四設(shè)計內(nèi)容及步驟：一 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 78mVs，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 m/s ,故該樞紐為U等樞紐, 其主要建筑物為二級建筑物。二 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. 堰頂咼程：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，進水閘的堰頂高程常等于或略等于閘后渠底，且比

7、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:VoQ(HP)B00.857m/ s(2.5 1)262）計算行進水頭:Ho H2ovo2.51.O O.85722 9.82.537m3）為了加大流量系數(shù)，堰頂頭部設(shè)計為圓角形12.50.4，圓角形半徑取為r = 0.5m, 故 050.2。查相關(guān)資料得寬頂堰流量系數(shù) m= 0.374H 2.54）求s （淹沒系數(shù)）：hs34.8 32.52.3570.9070.8 ,查相關(guān)資料得0.8

8、325）假設(shè)側(cè)收縮系數(shù)1.0則孔口總凈寬LoQ3m 2gH078.030.826 1.0 0.3742 19.6 2.357?14.012m4. 單孔寬度與閘室總寬度及孔數(shù):初步擬定為3孑L,則單孔凈寬bo 14竺4.67，即單孔寬度bo 5m，取閘室邊墩厚30.65m，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):(0.966670.1常數(shù)）中孔側(cè)收縮系數(shù)：0.1551.0.6 4 6.3(1 6.3)°9749故:(n 1)n0.966672 0.974933此時實際流量： Q'm.2gH B 0.832 0.9722 0.374 4.427 4.0

9、4 15 81m3/s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 L1 nl0 （n 1）d 3 5 （3 1） 1.3 17.6三 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。e對于孔口出流3.02,二 e<3.02H。堰上總水頭 H=37.15-32.5=4.65m，二 e<3.02HX 4.65 = 14.04m。堰上總水頭：H0 H -°V° H

10、Q2 4.75m2g2g°B（R H）J（由上游水位 37.15m，查表得 Q= 3083riVs ）?？卓诔隽髁髁縌 s b0e. 2gH0 ,其中對于平板閘門：e0.60 0.1760.600.0378e ，b05.0m，先設(shè) s 1.0，則HQ 48.244 e。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E q H的變化現(xiàn)列表計算如下e (meH2Qqhe下htnh e HE0.50.10750.61540.581228.042.8040.307733.701.602.133.4594.81.00.21500.62060.562254.245.4240.62063

11、4.302.202.812.85151.51.30.27960.62380.550869.096.9090.810934.602.503.082.65172.61.480.62610.62610.544077.687.7680.926134.802.703.212.35178.91）計算過程:當(dāng) e= 0.5m 時，H竺 0.1075,查表得平板閘門垂直收縮系數(shù)2 0.6154,4.65先按自由Q be 2gH096.488 e 96.488 0.5812 0.528.04m3 /s。平板閘門0.60e0.1760.60 0.176 0.1075 0.5812Hhe2e0.61540.50.3

12、077m， veQbhe28.042 5.0 0.30779.113m/s 。he2ve1 8ghe10.3077 rFl9 11328為 1 213，由Q= 28.04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 ht 33.732.11.6m he 2.13m。為自由出流，q盞2804，Eq H 9.8 2.804 3.4594.8KN m/sH 37.15 33.73.45m2）由上表可知，在只開兩孔時，隨 e增大，單寬能量增大，即當(dāng)流量達到最大引 水流量Q = 78mVs ， E最大，即消力池設(shè)計流量亦取Q = 78mVs 。此時 ht 2.7m hC 3.21m，將

13、發(fā)生遠驅(qū)式水躍，由于ht h；約1.0m，故采用降低護坦高程 形式的消力池。1.05 3.185 2.70.64m。試算，取 d0= 0.6m (因如圖所示,初步估算djh；do<d)。貝U Eo1=&+do=R+H)+do=32.5-32.1+4.75+0.6=5.75m。根據(jù)hd，迭代計算hd值:j2g（E°1 陽）所以取hc = 0.84，則:h；11.00.850.84h；10.850.840.84h；匹f 笙 1 3.458m，ht2, ghcjhc1.05 3.454 3.627do7.782cc3.62720-62 9.8 3.62723.2612.77.

14、7822 9.8 0.952齊 3.17, f(d。)C，可取池深d = 0.60m。池長由經(jīng)驗公式L6.9(hdhd) 6.9(3.4540.834)18m ，3.消力池底板（護坦）厚度確定:由于護坦下設(shè)排水,故可忽略滲透壓力,由水閘設(shè)計護坦厚度用下式估算:0.50.2577.76、0.50.25t K0qH 0.2 （）2.350.51m，取 t = 0.6m 。18（Kc經(jīng)驗系數(shù)，q單寬流量，H 上下游水位差）。在護坦下面設(shè)置反濾層和排水孔，滲透壓力很小。護坦依靠自重可滿足穩(wěn)定性要求，故 不需進行抗浮驗算。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

15、，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：Lx Kq1/2 H1/411 4.321/22.351/428m，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。H 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m= 2,下游吩3,采用粒徑大于如的拋石，沖刷深度t取伽。由經(jīng)驗公式t 1嚅ht，q Q = 77.76 =3.0 , v對砂質(zhì)取 0.8 , ht = 34.8-32.1 = 2.7m。二 t 1.4m，取 2.

16、0m。 B閘26根據(jù)工程經(jīng)驗槽底寬?。?.53） t即取4m四閘室布置及構(gòu)造：1. 閘底板:米用整體式平底板,根據(jù)經(jīng)驗公式B=（1.52.5）H,初擬底板長度為6.75 11.625m,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1.0m2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v = 4.1m/s ,設(shè)計情況下，二級建

17、筑物安全加高hc = 0.5，校核情況下hc = 0.4m吹程 D=5B=5< 26 = 0.13Km，波高：hL0.0136V03/2D1/3， L 0.389V0D1/2hz2 20.051 ,hi3.14 0.162L1.616h h1 hz hc 0.1620.0510.50.712= 37.15+0.712 = 37.862m。校核情況下：多年平均風(fēng)速 v = 4.1m/s，hL 0.0136V03/2D1/30.0136 4.13/20.131/30.057m0.575m，hz3.14 0.05720.5750.018mhh1hzhc0.0570.0180.40.475mL0

18、.389V0D1/20.389 4.1 0.131/2= 38.80+0.475 = 39.28m。二者取較大，故墩頂高程為 39.28m,取39.40m3. 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+0.3 = 2.8m,取為3m4. 交通橋及工作橋：交通橋：采用板式，寬5m,厚0.35m。兩側(cè)護攔高1.2m,截面0.1 X 0.1，間隔1m橫桿 0.1 X 0.1 X 12工作橋：米用

19、板式結(jié)構(gòu)，橋咼=2 X閘門咼度+hc = 2 X 3+1.5 = 7.5m。橋底咼程= 32.5+7.5+0.4+2.5 = 42.9m。寬 5m 厚 0.35m,欄桿高 1.2m，間隔取 1m 斷面 0.1 X 0.1y廠煨05. 閘門與啟閉機：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H= 2.5+0.3二 2.8m,取H= 3m。根據(jù)閘門自重選用QP© 25T的啟閉機，閘門選用平板式鋼閘門。五 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=g H,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

20、水位38.8m,此時閘門全關(guān)，先假定水閘下游無水，H= 38.8-32.6 = 6.2m，在中砂壤土中 C取 6.0，貝U L=CH= 6X6.2 = 37.2m。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 X 2 +20+0.5+1.6+4.5+0.5+0.5 X . 2 +0.5+10+0.5+ . 2 +9.0+2 +2.0 =ihi 各段水頭損失用改進阻力系數(shù)發(fā)求滲透水頭，計算公式如下：hi54.826m>37.2m,所以滿足防滲長度要求。nni 1oi 總阻力系數(shù)，n 滲透各段水頭損失的總和；i各段阻力系數(shù);Lq地下輪廓線的水平投影長度Sq地下輪廓鉛直投影長

21、度。Lo= 21+6+13= 40m S=32.6-25=7.6m ,LqSq竺 5.265,7.6二 Te= 0.5Lq=0.5 X 40= 20m。阻力系數(shù)i :對段,對段,S 1 51.5（s）1.5L 0.7（S10.441得出。得出。對段，由 In ctg (1 S)得出。24 TT=20m S=1,a 11.5(丄)1.5 0.4410.46 ；20Si=0,S2=1.0,T 2=19.5丄=27 ,/ 227 °.7(0 1.0) 1.3519.5Si=0.6,T 3=19.5,二 3 In ctg (10.032419.51.0S=0.6,T 3=18.4, 4 ln

22、 ctg (1)0.052418.4Si=1.0,S2=1.0,T 4=18.4,L=13 , 513。0 1.0)0.63018.41 0S=1.0,T6=18.4, 6-l nctg(1 °)0.052418.4T=20m S=1,.7 1.5(丄)1.5 0.441 0.4620ni 12345670.46 1.35 0.03 0.05 0.63 0.050.463.03i 1各段水頭損失：水閘正常運用時，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 H=

23、38.8-32.6 = 6.2m。a,設(shè)計情況進口段:h0，hi0.530.350.186m ,h (1)hi(10.53) 0.350.168m出口段:h'hi0.460.350.161m ,h (1')hi(10.46) 0.350.193mT hx1.045h0.168 ,- hxhxh1.3490.1681.517 ,(進口)- hx0.488h0.193 ,- hxhxh0.4880.1930.681 ,(出口)b,校核情況進口段:h。，hi0.530.940.492 m ,h (1')hi(10.53) 0.940.444m出口段:h0'hi0.46

24、0.940.426m ,h (1')hi(10.46) 0.940.510mT hx2.756h0.444 ,- hxhxh2.7560.4443.190 ,(進口)- hx1.288h0.510 ,- hxhxh1.2880.5101.798 ,(出 口)滲透水頭修正值如下表(單位：mH1H2H3H4H5H6H7H8設(shè)計情況2.352.160.950.93:0.880.200.160 d校核情況6.35.812.622.572.460.660.510出口段滲流坡降J ;進口段滲流坡降J h0,S正常運用時J 016 0.16，校核情況下：J 0蘭 0.431.0 1.0由水工建筑物P

25、298表63出口段容許坡降值J < (0.400.45),所以滲流滿足要求 <六 > 閘室穩(wěn)定校核及應(yīng)力分析：1.穩(wěn)定校核Pt(1)正常情況 水重：G=(37.15-32.6) X 16.8 X 5X 9.81 = 3749.4kNG2=(34.8-32.6) X 11.6 X 8X 9.81 = 2900.6kN 水的水平推力：R=1/2 X 49.5 X (4.55+0.5) X 16.8=2101.5 kNP2=1/2(34.82+56.38) X 2.1 X 16.8=1608.8 KnP3=1/2 X 47.1 X (34.8-30) X 16.8=1898.6kN

26、 揚壓力：P = 1/2 (56.38+52.74 ) X 13X 16.8 = 11916.0 kN 浪壓力：設(shè)計情況下，H=4.55m hL= 0.17m, L1=0.59m, h°= 0.02m。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)：f G f(G。G G2 Pf) 0.4 (18600 394938 290062 1191601)甘 “Kc3.10 Kc 1.3P (R B P)1906 1595 1795部件名稱重量(kN)力臂力矩備注3丫 砼=24kN/m，底板95961.2m高欄桿

27、每閘墩6003米長的容重胸墻565.62.11187.7r3丫 = 24kN/mi，公路橋1444.63.04333.9啟閉機重量包工作橋P 370.51.4500.2括其下砼重機檢修橋1359.34.01437座，鋼閘門鋼閘門125.41.4169.2丫= 6.34kN/m3啟閉機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：G=(38.8-32.6) X 16.8 X 5X 9.81 = 5109.5kNG2=0kN 水的水平推力：PPkNR=1/2 X 65.27 X (38.8-32.6+0.5) X 16.8=3699.1 2=1/2(27.

28、95+49.5) X 2.1 X 16.8=1366.9 Kn 3=1/2 X 25.5 X 2.6 X 16.8=557.1kN 浪壓力：設(shè)計情況下，H=6.2m 2hc = 0.11m，Lc=1.2m，h°= 0.03m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)：G f(G G2 Rf)0.4 (5109.9 18500 8821.1)引R (RRR3T3699.12 1366.9 557.05波浪波長，波高Kc(R P2 P3)KJ 1.05 揚壓力：R = 1/2 (49.5+31.2 ) X 13X 16.8 = 8821.1 kN校核情況下，閘室滿足抗滑穩(wěn)定。2. 地基應(yīng)力計算