水利水電論文]渾蒲灌區(qū)渠首改建工程設計(內符完整圖紙）

1、.目 錄中文摘要1Abstract2第一章 概況3一自然狀況與社會經(jīng)濟狀況3二工程在過去運用過程中的情況及改建的必要性3三與工程設計有關的地質、水文、氣候等情況4（一）工程地質資料4（二）氣象資料4（三）地質資料4（四）水文資料4（五）其它5第二章 樞紐布置6一工程布置依據(jù)6二工程布置原則6三樞紐布置及建筑物概況和主要特征參數(shù)7第三章 工 程 設 計8一工程規(guī)模及級別確定8二主要設計依據(jù)8第一節(jié) 擋水溢流壩設計9一壩體輪廓確定9（一）溢流壩頂高程確定9（二）溢流壩剖面設計9（三）溢流壩長度的確定10二消能防沖設計13（一）消力池設計13（二）鋪蓋設計16（三）海漫設計16（四）防沖槽設計17（

2、五）上下游河床及下游岸坡保護設計18第二節(jié) 擋水土壩設計19一論述土壩優(yōu)缺點及不同類型土壩的適用條件19（一）土壩優(yōu)缺點19（二）土壩的類型及適用條件19二土壩剖面設計20（一）壩頂高程確定20（二）壩頂寬度及坡度確定22三土壩的結構設計22四土壩滲流計算23第三節(jié) 沖砂閘設計25一沖砂閘的總體布置25（一）沖砂閘的位置及部分的相對位置的確定25（二）防沖、防滲、消能、排水設施的選取25（三）閘門型式及閘室結構形式的選取27二沖砂閘的水力計算27（一）閘孔數(shù)及閘凈寬確定27（二）水閘泄流能力計算29三閘下游消能與防沖設計34（一）消能形式選擇34（二）消能防沖設計流量的確定34（三）靜水池水位

3、設計34（四）靜水池結構設計36四滲流計算37（一）地下輪廓線擬定37（二）啟閉機型選擇42五閘室布置（結構布置）43（一）閘室結構布置43（二）確定荷載組合44參考文獻致謝.; 中 文 摘 要渠首攔河壩工程始建于1952年，全長約250m，為草袋沉排結構，屬于臨時工程。1962年在此基礎上又建成半永久性的石沉排壩體，全長510米，自運用以來歷年都需維修。由于改建時壩基處理不當，標準過低，加之石籠鉛絲銹蝕，該壩曾于1963年、1973年、1983年這三年四次決口，堵復決口費用達73萬元，其中1983年7月15日一次決口就達32萬元。從上述情況可知，現(xiàn)有攔河壩存在滲流穩(wěn)定的結構穩(wěn)定問題，部分壩段

4、已破壞，為保證進行徹底改建，主要工程任務為徹底改建攔河閘，新建沖砂閘。采用土壩、溢流壩、沖砂閘結合樞紐布置方案。工程級別為三級。關鍵詞：水閘 作用水頭 灌溉 設計AbstractCanal first renovated project is on original definite dam axis edesign the gear dam that accords with actual requirement and rush sand floodgate, satisfy gear water and irrigation and prevent flood to ask , basi

5、s scheme is compared , have selected earth dam and overflow dam with rush sand floodgate appearance the design scheme of coordination. One,determine project scale and rank: Basis fills the irrigation area that district bears , search " water work building ", definite project scale is mediu

6、m-sized, project grade is 3th class, overflow dam , rush the major buildings such as sand floodgate is 3 levels.Two,gear water overflow dam designs: According to project actual definite dam top Gao Cheng 40.2 m, with the practical weir of WES model and weir, top is wide of 364 m. Eliminate force poo

7、l to adopt underflow type eliminate can.Three,the gear dam of water and soil designs: After calculating dam top Gao Cheng of earth dam, is determined as dam top Gao Cheng 3 m of 44.5 m, the dam slope of upper reaches takes 1:2.5, the dam slope of lower reaches takes 1:2, protecting slope to adopt tr

8、unk build stone to protect slope , thickness is of 0.3 m, set up the thick pad layer of 0.2 m of crushed stone , and paste slope with pile stone spats to drain. Four,rush sand floodgate design: When left bank sets up to rush sand floodgate, with plain plate type gate, after calculating , with 3 hole

9、 gates, make the defence of lower reaches to rush to design , starting to close equipment choose pair to hang some QPQ-2 × 12.5 type rolls raise type headstock gear. Through calculation, finally, reach design accomplishment , compile completion to design manual and design calculated description

10、 and Fig.1 opens hub arrangement, rush sand floodgate plane , Zong a piece of profile, dam has a piece of profile and plane, rush sand floodgate detail structure Fig.1 piece, finally, reach a set of complete project design file.Keyword： Water conservancy；canal head；recreation ；design第一章 概況一自然狀況與社會經(jīng)濟

11、狀況渾蒲灌區(qū)屬沈陽市蘇家屯區(qū)位于沈陽市南部，擔負東陵蘇家屯區(qū)十個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、一個國營農場的17.5萬畝水田灌溉任務。渾蒲灌區(qū)的渠首工程位于東陵區(qū)長白鄉(xiāng)夾河大隊渾河公路下游一公里左右，屬于有壩引水樞紐。樞紐位于渾河下游沈丹公路渾河橋下一公里左右的泥結公路，與沈丹公路及沈陽市區(qū)連接。主要建材均由沈陽或蘇家屯至工地，平均運距為8至于15公里，混凝土骨料由下游兩處料場開采，距工程地點500m左右，儲量足以滿足工程需要。渾河由于有大伙房水庫控制，泥沙下泄量不大，沖砂閘在灌溉正常水位時的流量應滿足下游沈陽市各灌區(qū)的用水。謨家堡攔河閘渾沙灌區(qū)：78m3/s渾蒲灌區(qū)：78m3/s張士灌區(qū)：7.0m3/s并考慮到10

12、%的輸水損失，灌溉期正常水位為40.2m。攔河壩、沖砂閘按永久建筑物設計，并有部分土壩擋水。攔河溢流壩型為實用堰，堰面曲線為WES標準剖面，下游設消力池及海漫。攔河壩左岸設進水閘一座為5孔，每孔凈寬1.8m，邊坡1：2，渠底高程37.6m的引水渠。二工程在過去運用過程中的情況及改建的必要性渠首攔河壩工程始建于1952年，全長約250m，為草袋沉排結構，屬于臨時工程。1962年在此基礎上又建成半永久性的石沉排壩體，全長510米，自運用以來歷年都需維修。由于改建時壩基處理不當，標準過低，加之石籠鉛絲銹蝕，該壩曾于1963年、1973年、1983年這三年四次決口，堵復決口費用達73萬元，其中1983

13、年7月15日一次決口就達32萬元。從上述情況可知，現(xiàn)有攔河壩存在滲流穩(wěn)定的結構穩(wěn)定問題，部分壩段已破壞，為保證進行徹底改建，主要工程任務為徹底改建攔河閘，新建沖砂閘。三與工程設計有關的地質、水文、氣候等情況（一）工程地質資料壩閘處的地層主要有淤泥，礫砂夾卵石，圓礫夾卵石，下面分別描述如下：1淤泥：灰黑色，有臭味，含水量大，分布在5-8孔表面，層面厚2m左右。2圓礫夾卵石（細砂）；此層乃持力層，圓礫及卵石為圓形及亞圓形，選性好，顆粒級配良好，不均勻系數(shù)大于14。壩左及沖砂閘部位孔，在孔深10m左右的圓礫夾卵石均有5-10cm粘性土薄層分布。各層具體分布見工程地質剖面圖。根據(jù)勘察確定持力層承載力為

14、P=350KN/m2。（二）氣象資料1歷年各種氣溫出現(xiàn)數(shù)量表： 月份 溫度1234567891011125°42431303131302555°0°11055820°5°35111194-5°10°6105810-10°以下2212115降雨資料：本建筑工程地點為遼寧中部地區(qū)，雨季為6-8月份。（三）地質資料勘探區(qū)地下水在第四系土層中為孔隙水，孔隙水埋深河床部位為20-30cm左右，圓粒夾卵石的滲透系數(shù)在64-85m/晝夜之間。附：圓礫夾卵石綜合指標取土深度指標分類天然含水量天然容重天然干容重r(g/cm3)比重r

15、d(g/cm3)孔隙比休止角水下干時6-12最大值5.72.52.082.670.3833.334.5最小時3.22.062.952.650.2832.934.2平均值5.22.082.982.670.3433.134.3組數(shù)5555333（四）水文資料1不同頻率下洪水位流量： 水位流量 洪水頻率 堰上水位（m）堰下水位（m）相應流量（m/s）P=10%42.6142.162824P= 5%43.0042.633391P= 2%43.5943.124000P= 1%43.6443.204780P=0.5%43.8543.405100P=0.2%44.0343.5756002施工期水文計算成果表

16、：時段施工水文期堰下水位（m）(自然情況)頻率P%相應流量（m3/s）4-6月1046739.12557039.369-11月1021538.49528838.7（五）其它河床砂粒實用粒徑d90=1.5mm,壩閘閘摩擦系數(shù)：f=0.40混凝土容重r=24Kn/m3；標號C20（R：200）滲透系數(shù)Ke=4.00×10-3m/晝夜，K壩殼=1.73m/晝夜，K壩體1.5m/晝夜。第二章 樞紐布置一工程布置依據(jù)水利樞紐是綜合利用水資源，發(fā)展防洪、灌溉、發(fā)電、航運、工業(yè)及民用供水、養(yǎng)魚等水利事業(yè)的工程措施。它由一些一般性的和專門性的水工建筑物組成。渾蒲灌區(qū)渠首工程的修建目的：第一，可以在排

17、水期蓄水；第二，滿足上、下游引水灌溉要求；第三，沖刷泥砂。所以，修建溢流壩抬高水位；修建沖砂閘，既滿足下游引水需要，又可以防止壩前泥沙淤積，影響灌溉；另外，在滿足抬高水位情況下可修建一段土段，以降低造價。沖砂閘、溢流壩和土壩的相互位置，根據(jù)水文地質及樞紐布置任務而確定。二工程布置原則1樞紐布置應滿足各個建筑物在布置上的要求，各建筑物之間應能協(xié)調地無干擾地進行工作，保證在任何工作條件下都能最好地完成任務。渾蒲灌區(qū)的沖砂閘與引水閘都布置在左岸，并有一定的角度，來滿足彼此間更協(xié)調無干擾地工作。2縮短工期，提前受益進行樞紐布置時，應與導流方式和主要建筑物的施工方法相結合，使工期盡量縮短，促使工程早日投

18、入運轉，或部分建筑物提前投產(chǎn)。3總造價小，年運轉費低樞紐中的建筑物，在滿足穩(wěn)定、強度和運用管理要求的條件下，還要使樞紐的總造價小，年運行費用低，具有優(yōu)越的經(jīng)濟指標。采用當?shù)夭牧?，?jié)約鋼筋、木材、水泥等，因地制宜地采用新技術、新設備，提高勞動生產(chǎn)率，縮短工期，從而降低工程造價。4注意建筑藝術在不增加工程造價的條件下，合理地選擇建筑物的結構型式，合理地布局，實現(xiàn)建筑物外觀美，使其與周圍環(huán)境相協(xié)調。三樞紐布置及建筑物概況和主要特征參數(shù)1方案比較根據(jù)樞紐布置依據(jù)和原則及壩址條件，我擬定四種方案進行比較。第一方案：完全由水閘控制修建水閘既能滿足下游灌區(qū)用水，汛期又能渲泄洪水，沖洗淤積在閘前的泥砂，當上游

19、引水渠道需要引水時，可關閉閘門，抬高水位，保證取得所需水量，而且可避免有害泥砂進入渠道。但是全部修建水閘造價非常高，造成不必要的浪費。第二方案：橡膠壩與水閘結合橡膠壩可以溢流，也可根據(jù)需要調節(jié)壩高，不擋水時，將壩袋內水或氣排空，壩袋襯鋪平于沙床基礎，恢復河床原斷面，使河水下泄無阻。橡膠壩具體結構簡單，施工期短，造價低，節(jié)約三材，運用和操作方便，阻水影響小，止水效果好，對地基要求低及目標隱蔽等優(yōu)點。缺點是若河道常年有水檢修不便，壩底泥砂易損壞橡膠壩；橡膠壩不能很好地適應溫度變化，壩袋加工、老化及兩岸連接問題不易解決。第三方案：溢流壩與沖砂閘結合溢流重力壩既是擋水建筑物，又是泄水建筑物，其材料采用

20、混凝土，這使工程造價增高，施工期長，造成不必要浪費。第四方案：土壩、溢流壩、沖砂閘結合土壩結構簡單，造價低，可就地采材，對地形地質要求低。由于渾蒲灌區(qū)的正常灌溉水位為 40.2 m，通過溢流壩溢流來滿足灌溉要求即可，只修建部分溢流壩可滿足下游用水要求，降低了工程造價。修建部分土壩擋水，結合溢流壩溢流不需另設溢洪道，沖砂閘承擔泄水任務可減輕和避免下游沖刷。這樣布置既滿足上游灌溉用水需求，又可防止有害泥砂引入引水渠，同時減輕水流對下游河道及兩岸的沖刷，并且，溢流壩溢流滿足下游用水要求。根據(jù)上述方案比較，我們認為第四種方案在經(jīng)濟上可行，財務上合理，技術上先進，管理維修方便，且適合工程處的地形，地質，

21、水文等情況故采用沖砂閘、溢流壩、土壩相結合的樞紐布置形式。平面布置上，沖砂閘與引水渠相鄰，保證引水渠內水質清澈，無有害泥砂，中間為溢流壩另一側為土壩與岸相連接。第三章 工 程 設 計一工程規(guī)模及級別確定為使工程的安全和造價的經(jīng)濟合理性統(tǒng)一起來，將工程所屬建筑物按工程規(guī)模，效益大小及其國民經(jīng)濟中的重要性劃分不同等級，不同等級規(guī)定不同的設計標準。按我國水利水電樞紐工程等級劃分及設計標準規(guī)定，渾蒲灌區(qū)灌溉面積17.5萬畝，查水工建筑物（中專教材）P6，查0-1可知，此工程級別為三級，永久性建筑物級別為3級，由建筑物等級確定洪水重現(xiàn)期。查水工建筑物天津大學P71表2-14可知，正常運用期為50年，即設

22、計洪水頻率為P2；非常運用期為500年，即校核洪水頻率為P0.2。二主要設計依據(jù)壩底板高程為36.3m，壩、閘摩擦系數(shù)f=0.4，砼容重r=24t/m3，標號為200#，土壤內摩擦角=30º，土壤浮容重為1.1t/m3，地基允許承載力R=35t/m3，回填土內摩擦角為30º，水下為28º，閘穩(wěn)定安全系數(shù)根據(jù)建筑物級別查水閘設計規(guī)范表6-2-4得kc=1.25，k=1.10，吹程D=6km，風速v=16m/s，地震裂度為7º。第一節(jié) 擋水溢流壩設計一壩體輪廓確定（一）溢流壩頂高程確定該工程為引水工程，為了攔截河道中水流，保證灌區(qū)內用水需要，同時，在洪水期泄

23、洪，保證壩上游兩岸不受洪水威脅，渲泄洪水，其壩前水位與渠道中正常水位齊平即可滿足要求。灌溉期渠道中正常水位為40.2m，因此溢流壩頂高程為40.2m。（二）溢流壩剖面設計溢流壩既能擋水，又能通過壩頂泄水，所以，不僅要滿足穩(wěn)定和強度要求，還要有適宜的剖面形狀以滿足泄水要求。1溢流壩的上游段做成鉛直段n=0。2溢流面曲線由頂部曲線段中間直線段和下部反弧段三部分組成。常用的溢流面曲線有克-奧曲線和WES曲線兩種?？?奧曲線繪制的溢流壩剖面，往往超高穩(wěn)定和強度要求的壩體剖面，且曲線坐標的確定系查表計算，坐標內插頻繁，不易準確，施工放樣不便。而WES曲線則給出曲線方程，流量系數(shù)大，剖面小，便于施工放樣等

24、優(yōu)點，所以本溢流壩采用WES曲線。（1）WES標準剖面的曲線方程由水力計算手冊P31公式（3-2-1）得WES標準剖面的曲線方程為 Xn= K Hdn-1 Y 式中：X、Y分別為以堰頂為原點的坐標； Hd不包括行近流速在內的設計水頭；為堰頂最大水頭的0.750.95，題中取0.85。 K，n與上游迎水面坡度有關的參數(shù)，由表（3-2-1）查得，上游面為垂直段，即上游面坡度Y/X=3：0，得K=2.000 n=1.850.堰頂最大水頭：Hmax=堰校上-堰頂=44.03-40.02=3.83m則：Hd=0.85Hmax=0.85×3.83=3.26m原點上游曲線按二圓弧法繪制：則： R1

25、=0.5Hd=0.5×3.26=1.63m b1=0.175Hd=0.175×3.26=0.57m R2=0.2Hd=0.2×3.26=0.65m b2=0.282Hd=0.282×3.26=0.92m原點下游段按曲線X1.85=2×3.260.85Y=5.461Y繪制，列表如下：XO0.511.522.533.544.555.56Y00.050.180.390.661.001.401.862.382.963.64.295.04（2）反弧半徑的計算：堰頂剖面曲線的下游與一傾斜直線段相切，直線段的坡度，由結構的穩(wěn)定和強度要求決定取1：0.8。在直

26、線段的下部與反弧段相切，對于底流式銜接，本溢流壩高P=堰頂-渠底=40.2-36.3=3.9m。設計水頭Hd=3.26m，屬于低壩、低水頭，查專科版水力學書P267，參考公式壩高在10m以下r=0.5P=0.5×3.9=1.95m。繪制溢流壩剖面，見附圖。（三）溢流壩長度的確定根據(jù)已定方案，修建部分溢流壩滿足在正常使用期供水要求即可。1利用設計洪水位相應流量求溢流壩長度（Q設4000m3/s）采用實用堰流量公式計算：Q=sm BH03/2式中： Q -溢流壩泄流量m3/s s-淹沒系數(shù) m -流量系數(shù) -側向收縮系數(shù) B-溢流壩總凈寬。H0-包括造行近流速在內的總水頭。H0=H+V0

27、2/2g設B1=350m，則：H設=43.59-40.2=3.39mV0=Q/A=4000/350×(3.9+3.39)=1.57m/s則： H0=H設+ V02/2g=3.39+1.572/2×9.8=3.516m（1）淹沒系數(shù)s的確定：由水力計算手冊P135，確定Z/H0=(43.59-43.12)/3.516=0.13Z+ht/H0=(0.47+6.82)/3.516=2.07式中 Z-上下游水頭差Z=43.59-43.12=0.47m ht-下游水深，ht=43.12-36.3=6.82m由 Z/H0=0.13和Z+ht/H0=2.07 查P136=圖3-2-5得s

28、=0.84。（2）側收縮系數(shù)的確定：由水力計算手冊P136圖（3-2-4）公式計算如下：=1-KN H0/d式中：K-墩型收縮系數(shù)，墩型采用圓頭型墩頭，由P/Hd=1.196和H0/Hd=1.08，查圖3-2-7得K=0.010N-側收縮邊數(shù)取N=2，b-每孔凈寬 b=350=1-0.010×2× 3.516/350=0.988（3）流量系數(shù)m的確定：根據(jù)P/Hd=1.196和H0/Hd=1.08查水力計算手冊P134圖3-2-3得m/md=1.02 md=0.502 m=1.02×0.502=0.51（4）溢流壩長度計算：B´1=Q/smH03/2=4

29、000/0.84×0.988×0.51××3.5163/2= 254.79m因為(B´1B1)/ B1>5%，所以溢流壩長度需要重新假定，見下表：假定壩寬B(m)ms計算壩寬B´(m)3500.9880.510.84254.793700.9880.510.84330.033300.9880.510.84326.21假定壩長B=330,計算得出B´=326.21m，(B´B)/ B<5%，滿足要求。2.利用校核洪水位相應流量求溢流壩長度（Q設5600m3/s）同理，計算出流量系數(shù)m0.157，側收縮系數(shù)1

30、.0，淹沒系數(shù)s0.82，假定溢流壩長度B350m，則計算出H0=4.049mB´=Q/smH03/2=5600/0.84×1.0×0.517××4.0493/2=357.44m。(B´B)/ B<5%，滿足要求。利用校核洪水位相應流量（Q設5600m3/s）計算溢流壩長B校核大于設計洪水位相應流量（Q設4000m3/s）求溢流壩長度B設計，溢流壩長度采用B校核350m。二消能防沖設計（一）消力池設計1消能型式選擇消能型式有四種：底流式消能、挑流式消能、面流式消能和消力戽。列表比較各種消能型式優(yōu)缺點及適用條件。形式挑流式底流式面

31、流式消力戽式優(yōu)點工程量小，投資省，施工、檢修方便安全可靠，尾水平穩(wěn)下游沖刷較輕從水流表面排水，不損傷壩面；水舌下的水流是流向壩址的，流速較低，河床無需加固工程量比底流式小，沖刷坑比挑流式淺，不存在霧化問題缺點沖刷坑深坑后丘高，影響兩岸壩基礎的穩(wěn)定工程量大，不宜過木、排冰表面高速水流產(chǎn)生很大波動，綿延數(shù)公里難以平穩(wěn)，對電站運行和航運不利，易沖刷兩岸缺點與面流相同，且底部旋滾可能將砂石帶入戽內造成磨損，若做成差動式，可避免上述缺點，但結構復雜，齒坎空蝕適用情況水頭高，巖基好的情況巖石地基較差，尾水位較穩(wěn)定，及樞紐內設有船閘、閥道等對流態(tài)有嚴格要求的情況適合中低壩，而下游水深較大，水位變幅小，河床和

32、兩岸有較高抗沖能力或有排冰過木的河道上適用于尾水較深，通常大于躍后水深，變幅較小，無航運要求，且下游河床和兩岸有一定抗沖能力的情況渾蒲灌區(qū)處于平原地區(qū)，河床內有足夠水源，且河床地質結構好，為圓礫夾卵石，水頭較低，所以采用底流式消能。2消力池尺寸確定（1）判別下游水流銜接形式，確定是否修建消力池；設計情況下：行近流速V0=Q設/A=4000/(3.39+3.9)×350=1.57m3/sH0=H設+ V02/2g=3.39+1.572/2×9.8=3.52mq設=Q設/B=4000/350=11.43m3/s·m下游水深ht=43.12-36.3=6.82m流速系數(shù)

33、查水力計算手冊P202表4-2-1得=0.95以下游河床為基準面的溢流壩的上游總水頭E0E0=H0+P=3.52+3.9=7.42m臨界水深hk=2.37mE0/hk=7.42/2.37=3.13由E0/hk=3.13 =0.95查水力計算手冊P203圖4-2-3得hc/hk=0.45hc=0.45 hk=0.45×2.37=1.07m由水力計算手冊公式（4-1-1）得，躍后水深hc =躍后水深mhc收縮斷面水深m-收縮斷面弗汝德數(shù)=3.30q-收縮斷面處單寬流量則=4.403m跌后水深=4.403<下游水深ht=6.82m。發(fā)生淹沒式水躍，故不需要專門做挖深式消力池。校核情況

34、下：行近流速V0=Q校/A=5600/(3.83+3.9)×350=2.07m3/sH=H+ V02/2g=(44.03-40.2)+=4.05mq校´= Q校/B=5600/350=16 m3/s·m下游水深ht´=堰下-渠底=43.57-36.3=7.27m上游總水頭E。´=H。´+P=4.4+3.9=7.94m流速系數(shù)´=0.95臨界水深hk´=2.97mE0´/hk´=7.94/2.97=2.67，由´=0.95，E0´/hk´=2.67查水力計算手冊P20

35、3圖4-2-3得hc´/hk´=0.50 因此hc´=0.5 hk´=0.5×2.97=1.49m。躍后水深=Frc=q校/hc´=15.61/=2.74=4.97m躍后水深=4.97m<下游水深ht´=7.27m。發(fā)生淹沒式水躍。故不需需要挖深，但為工程安全起見，在下游修一護坦。（2）消力池長度Lk的確定：消力池長度決定于躍長，由水力計算手冊P207式（4-2-7）得池長Lk=（0.70.8）Lj 取系數(shù)為0.8Lj:自由水躍的躍長，由水工建筑物P245式6-4得Lj=6.9×(-hc)設計情況下：Lj=6

36、.9×(4.403-1.07)=23.14mLk=0.8Lj=0.8×23.14=18.51m,取Lk=19m校核情況下：Lj=6.9×(4.97-1.07)=26.91m Lk=0.8Lj=0.8×26.91=21.53m,取Lk=22m（3）消力池底板厚度計算：消力池底板承受高速水流沖刷，水流脈動壓力和底揚壓力的作用，應有足夠的重量，強度和抗沖刷耐磨性。消力池首段：根據(jù)防沖要求，可按水閘設計規(guī)范P43公式（附2.9） t=式中： t-消力池底板厚度 m, H´-泄水時上、下游水位差 m, K1-消力池底板計算系數(shù)?？捎?.1750.2,取K

37、1=0.2設計情況下：H設´=43.59-43.12=0.47m, q設= 11.43m3/s·mt=0.56校核情況下：H校´=堰上-堰下=44.03-43.57=0.46m, q校= 15.61m3/s·mt=0.65消力池末端厚度采用=0.35m,但為安全起見，為滿足厚度不小于0.5m的要求，取等厚，均為0.65m。3消力池結構、細部設計消力池底板、護坦均為C20砼澆筑，上、下游基礎設0.5m深齒墻，底寬0.5m，坡比1：1，底板內力較小，通常布置縱置10的構造鋼筋，間距為30cm，為防止揚壓力對護坦的破壞，將護坦做成透水護坦，設排水孔。排水孔布置

38、形式有三種：三角形布置，梅花型布置，矩形布置，孔徑為5cm，間距1m，呈梅花形布置在消力池的中后部，下設反濾層，材料采用粗砂。為適應地基不均勻沉陷和溫度變形，底板順水流方向設縫，間距為20m，縫寬20cm，縫內鋪設瀝青毛氈。（二）鋪蓋設計由于壩址地基為圓礫夾卵石，所以，不必打板樁，采用平面形式鋪蓋，鋪蓋順水流方向的長度為（3-5）倍堰上水深，即L=4.6×（44.03-40.2）=18m。采用砼鋪蓋標號為C20，厚為0.5m，上、下游河床和底板連接處均設置0.5m齒墻，鋪蓋按構造配筋10，間距30cm，溢流壩與鋪蓋連接處設止水。（三）海漫設計1型式選擇海漫的作用為進一步消減水流的剩余

39、能量，使水流均勻擴散，調整流速分布，保護護坦和減小時其下游床的沖刷。海漫的結構有干砌石，漿砌石，砼和鋼筋混凝土海漫。干砌石海漫：結構簡單，抗沖性能差。最大優(yōu)點是適應河床變形的性能好，耐沖能力大于堆石，一般用于海漫的后段。漿砌石海漫：由水泥砂漿砌筑塊石而成，強度和耐沖性不如混凝土，適應河床變形的能力差，破裂后比較容易修補，多用于海漫前端。砼及鋼筋砼海漫：抗沖能力強，但造價較高，在鋪設時，順水流方向不能有通縫。海漫布置一般分兩段：一段水平段，一段緩坡段。根據(jù)實際情況并借鑒以往經(jīng)驗，為工程安全起見，選用水平段為漿砌石，緩坡段為干砌石。2海漫長度計算由水閘規(guī)范P44查得Lp=ks式中：LP-海漫長度m

40、 q´-消力池末端單寬流量m3/s.m，一般取q=q ks-海漫長度計算系數(shù)。本地基屬砂礫土地基，介于細砂中砂，由P45附表面2.7，查ks=12。設計情況下：q=11.12 m3/s.m，H´=設上-設下=43.59-43.12=0.47m Lp=ks=33.13m校核核情況下：q校=15.61 m3/s.m，H´=校上-校下=44.03-43.57=0.46m Lp=ks=39.05m校核和設計情況比較，取大值，海漫長度Lp=40m3厚度計算海漫布置一般分兩段。一段是水平段，一段是緩坡段。水平段長度一般為（1/4Lp1/3 Lp）。取水平段長度為1/4Lp=1

41、0m，其頂面與消力池齊平，剩余為緩坡段，按1：10坡度布置。由于水流砌石，緩坡段采用干砌石。水平段砌石海漫采用M10水泥砂漿，漿砌石厚度為50cm，抗沖流速可達36m/s。漿砌石海漫需設排水孔，孔徑為5cm，間距為1m，呈梅花形布置在海漫中后部。下設反濾層，厚度一般為20cm。反濾層采用在碎石下鋪設一層粗砂，防止水流的脈動將細粒吸出。（四）防沖槽設計1防沖槽的作用水流經(jīng)過海漫后，能量得到進一步消除，流速分布接近于正常，但海漫末端處流速仍往往大于下游河床抗沖流速，故河床仍避免不了發(fā)生沖刷現(xiàn)象。在工程實踐中，常在海漫末端處，挖槽拋石，以加強防護，稱之為防沖槽。當海漫后的河床發(fā)生沖刷時，槽內塊石量稍

42、多于沖刷坑形成的上游坡護面所需的塊石。2防沖槽尺寸防沖槽深度一般取t´´=4m，底寬度可取（23）t´´，因此底部寬度取3t´´=12m。（五）上下游河床及下游岸坡保護設計水流自上游河道流過來，流量逐漸加大，對河岸和岸坡可能造成沖刷。同樣下游岸坡因受較大流速和水面波動影響，應予護砌保護。上下游護坡一般至鋪蓋開始處，再向上游取23倍水頭，即取2.6(44.03-40.2)=10m。下游自防沖槽末端向下游延伸46倍水位，即5×(44.03-40.2)=19.15m，取19m。干砌石護坡厚度設計為0.5m。第二節(jié) 擋水土壩設計一論

43、述土壩優(yōu)缺點及不同類型土壩的適用條件（一）土壩優(yōu)缺點1土壩優(yōu)點（1）可就地取材，節(jié)約三材，對地形、地質條件要求較低，施工技術簡單，工序少，便于組織機械化快速施工。（2）結構簡單，便于維修和加高擴建。（3）有較豐富的修建經(jīng)驗，運用安全，管理方便。（4）由于土石壩體積龐大，一般不會產(chǎn)生不滑動。2土壩缺點（1）壩身一般不能溢流，須另設溢洪道。（2）施工導流不如砼壩方便。（3）粘性土料填筑受氣候條件影響大。（二）土壩的類型及適用條件土壩按照施工方法不同，可分為碾壓式土壩，水中填土壩及水力沖填壩。水中填土壩或沖填土壩的施工方法簡單，受雨季的影響小，不需專門壓實機具，但是對土料要求嚴格，施工速度較慢。而碾

44、壓式土壩雖然需用較多的碾壓機具，但適用的土料范圍廣，且含水量可以控制使抗剪強度較高，工程量可相對較小，是廣為使用的施工方法。根據(jù)碾壓式土壩的土料組合和防滲設施的位置不同，可分為以下幾種類型：1均質壩：基本由一種透水性較弱的土料（如壤土、砂壤土）填筑而成，壩體即為防滲體。2心墻壩：壩的中央用透水性較弱的土料或其它材料（砼或瀝青砼等）做成防滲心墻。兩側用透水性較大的土料（如砂土、砂砼等）做成壩殼。3斜墻壩：上游側用透水性較弱的土料或其它材料（鋼筋砼、瀝青砼等）做成防滲斜墻，壩體用透水性較大的土料。4多種土質壩：由幾種透水性大小不同的土料筑成，幾種土料排列的方式有兩種：其土料透水性自上游向下游逐漸增

45、大，土料透水性自中央向兩側逐漸加大。土壩適用于土石料豐富地區(qū)。壩址處位于渾河下游沈丹公路渾河橋下一公里左右的泥結公路，與沈丹公路及沈陽市區(qū)連接，距離短，交通運輸方便，其地質條件為礫、礫夾卵石、圓礫夾卵石等，儲量豐富足以滿足工程需要?，F(xiàn)有攔河壩存在滲流穩(wěn)定問題。在有沖砂閘和溢壩泄洪情況，修建土石壩就是為了擋水所以采用均質壩。二土壩剖面設計（一）壩頂高程確定壩頂高程由水庫靜水位加波浪爬高及安全加高定出。即壩頂=靜+d。壩頂在靜水位以上的超高按下式計算。d=hB+e+a式中：hB-風浪在壩坡上的爬高 m e-風壅水面超出原庫水位的高度 m a-安全加高值 =·式中：-平均波高 m，= -平

46、均波長 m，=25· D-吹程 m D=6km=6000m Vf-風速 m/s Vf=16m/s H-壩前水深 m k-與壩坡糙率、滲透性有關的系數(shù)，查表3-1得砌石護面K=0.80 kw-經(jīng)驗系數(shù)，按無維量值，查表3-2得設計情況下：=2.27 查得kw設=1.123校核情況下：=2.18 查得kw設=1.109m-壩坡坡率，取m=2.51.設計情況下壩頂高程設計情況下壩前水深H=43.59-38.51=5.08。（1）波浪爬高hB計算-平均波高m，=0.0018()0.45 =0.0018×()0.45×=0.543m。平均波長=25×=25

47、5;0.543=13.58m。=m。土壩壩高<30m，查水工白皮書P6表0-3得土壩級別為五級，查P102得V級壩取P=5%的爬高hB5%作為設計爬高hB=1.75。hB5%=1.75=1.75×0.906=1.586m。（2）風壅高度的計算由水工白皮書P103公式（3-5）得e=式中k-綜合摩阻系數(shù)，取k=3.6×10-6-風向與壩線的法線夾角角度，為安全起見，取cos=1。D-吹程m。e=（3）安全加高a的計算壩的級別為V級，查白皮水建P103得正常情況下a=0.5。（4）壩頂超高d的計算d設=hB+e+a=1.586+0.056+0.5=2.14m。（5）設計情

48、況下壩頂高程2校核情況下壩頂高程計算校核情況下壩前水深H=44.03-38.15=5.52m(1)波浪爬高hB的計算=0.543m =25=13.58m。=m。由=0.543/5.52=0.098<0.1 P=5%查得hB5%/=1.84。hB5%=1.84×0.895=1.647m（2）e的計算e=（3）安全加高a查白皮水工P103，得校核情況下的a=0.3m（4）壩頂起高d的計算d校=hB+e+a=1.647+0.051+0.3=1.998m（5）校核情況下壩頂高程計算校壩頂=校+d校=44.03+1.998=46.03m設壩頂=45.73<校壩頂=46.03m，所以

49、取壩頂高程為46.03m（二）壩頂寬度及坡度確定1壩頂寬度確定壩頂寬度取決于施工運行、構造、交通、抗震等要求。土壩為低壩，不設置公路、鐵路要求。取寬度為6m。2壩坡確定土壩壩坡的陡緩，取決于壩型、壩高、級別、壩體和壩基的土料性質等。上下游壩坡為相同材料，水下的抗剪強度比水上的低，上游壩坡應比下游壩坡平緩。壩高為46.03-38.51=7.52m<10m。不必變坡，采用同一坡度，壩體上下游土料均為砂性土。沿壩軸向地質情況相差不大。查白皮水工P104表3-6，取土壩上游壩坡為1：2.5，下游壩坡為1：2。三土壩的結構設計1.壩體設計本工程土壩設計為均質壩，均質壩壩體斷面不分防滲體和壩殼，壩體

50、基本是由均一的粘性土料構成，整個壩體用以防滲并保持自身的穩(wěn)定，壩體即為防滲體。2.護坡設計土壩上下游壩面均設置護坡。上游護坡是為防止風浪淘刷、冰層或漂浮物的損害、泄水建筑物進口附近水流的沖刷；下游護坡是為防止雨水沖刷、動物打洞、凍融破壞或干裂、根系發(fā)達的植物生長等，采用40cm碎石砌筑。3.壩頂護面設計壩頂護面采用單層砌石護面，護面向下游兩側傾斜3%的坡度，以排除壩頂雨水4.下游排水設施土壩本身能夠有效的減少滲流，但不能完全截斷滲流，土壩還要設置排水設施，以進一步降低浸潤線位置，提高下游壩坡的穩(wěn)定性以及減小滲流溢出比降，減小滲出區(qū)滲透破壞的可能性。貼坡式排水構造簡單，石料用量小，易檢修，并且能

51、夠比較有效的防止壩坡凍脹、風浪淘刷等，所以本工程選用貼坡排水方式。四土壩滲流計算畫計算草圖，并標出尺寸及坐標。圖中，壩頂高程46.06m，壩底高程3.51m，壩高P=46.03-38.51=7.52m。上游邊坡m12.5，下游邊坡m22.0，壩頂寬6.0m。由工程概況資料中得知：考慮10%的輸水損失的下游流量Q=181.1m3/s，查下游流量與水位曲線圖，得下游水位為38.47m，在壩底高程38.51m之下，所以，壩下游無水。計算情況為下游無水時心墻土壩的滲透計算。由白皮水工書P123公式（3-12）得由白皮水工書P123公式（3-18）求出。由白皮水工書P123公式（3-19）求出。壩體浸潤

52、線由白皮水工書P123公式（3-13）求出x、y繪制。得出，繪制浸潤線見圖：壩體的滲流量浸潤線以正常水位計算的，其流量q，從地形圖上查得高程為40.2m處的壩長為90m，所以壩體的滲流量Q滲Q滲90×1.39×10-91.25×10-7m3/s第三節(jié) 沖砂閘設計一沖砂閘的總體布置（一）沖砂閘的位置及部分的相對位置的確定沖砂閘是渠首建筑物中必不可少的組成部分，布置在壩的一端，與進水閘相鄰，用以沖洗沉砂槽內的淤泥，減少引水流的含砂量，防止渠道和節(jié)制閘前河道的淤積?？紤]沖砂及引水要求等，沖砂閘的位置確定為：沖砂閘的軸線與攔河壩軸線垂直，布置在溢流壩左，由于進水閘已建成，

53、可確定沖砂閘的軸線與進水閘的軸線60°角。溢流壩上游鋪蓋與沖砂閘上游鋪蓋在同一直線上，鋪蓋上游設導流墻。（二）防沖、防滲、消能、排水設施的選取水閘上、下游形成水位差，使過閘水流具有較大的動能。如果不采取有效的消能防沖措施，將對下游河岸及岸坡造成嚴重沖刷。水閘的消能方式有底流式消能、挑流式消能、面流式消能及消力戽，其消能特點及適用條件在擋水溢流壩中已經(jīng)說明，這里不再敘述。當下游河道有足夠的水深，且變化較小，河岸及岸坡抗沖刷能力較大時，采用面流式消能，當下游是堅硬巖體河床時，而水閘具有較大的水頭時，采用挑流式消能。本設計沖砂閘位于平原地區(qū)，上游水頭低，下游水深變化較大，位于抗沖能力較低的

54、土質河床上（地質多為砂礫夾卵石），所以采用底流式消能。底流式消能措施，主要是設置消力池和布置輔助消能工。過閘水流經(jīng)消力池消能后，仍有部分余能，對河床及兩岸會造成沖刷。因此，在消力池后設置海漫、防沖槽，并對上游河床和下游岸坡進行保護。（1）消力池消力池的型式有下降式消力池，消力檻式消力池和綜合式消力池。下降式消力池是降低護坦形成的；消力檻式是在護坦末端設置消力檻而形成消力池；綜合式消力池則是綜合采用下降式和消力檻式，既降低護坦高程也設置消力檻。下降式消力池施工困難造價高，因此選用消力檻式消力池。（2）海漫海漫型式有干砌石海漫、漿砌石海漫、拋石海漫、砼海漫、鋼筋砼海漫。其中以干砌石海漫最常用。海漫

55、首部流速和紊動均較大，要求海漫有較大的抗沖能力，宜選用漿砌石海漫。而干砌石海漫抗沖能力稍弱，通常布置在海漫的中部。本設計采用：水平段為漿砌石，緩坡段為干砌石。（3）防沖槽防沖槽設在海漫末端，槽內拋填塊石。當海漫后的河床發(fā)生沖刷時，槽內塊石會自動塌下，保護沖刷坑上游斜坡向上擴展。（4）上下游河床和下游岸坡的保護水流自上游河道，臨近閘室時流速加大，會對河床與岸坡造成沖刷，要在閘室上游一定范圍內砌石防沖。保護長度為4倍上游水深，即4×(40.2-36.6)=15m，砌石厚度0.4m，其下設墊層。下游岸坡因水流速較大及水面波動大，應采用砌石護坡保護。2防滲與排水設施水閘擋水后，在上下游水位差作用下，在閘基和閘兩側的岸坡內都產(chǎn)生滲流，對水閘