廣東水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院某水閘水工畢業(yè)設(shè)計(jì)講解

1廣東省水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院水利工程系某水閘重建工程設(shè)計(jì)說明書學(xué)生姓名：陳海斌 指導(dǎo)老師姓名：陳丹、晏成明 2年月日年月日年月日3已經(jīng)老化，部分結(jié)構(gòu)破損嚴(yán)重，各安全隱患，嚴(yán)重影響水閘的正常運(yùn)幾年前的河涌疏導(dǎo)及環(huán)境整治工程不，根據(jù)與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)的整治原地基上拆除舊閘，在原閘址上重建新水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等有關(guān)內(nèi)容。通過這一系列的的尺寸加大，過流能力加強(qiáng)，消能防沖和。處理4況 總體布置概述 8 5第一章概述第一節(jié)水閘概況是該市中順大圍某堤段上的重要水閘之一，是以防洪、排澇及引水沖污的綜合性經(jīng)有關(guān)設(shè)計(jì)部門復(fù)核在設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，水閘不能安全運(yùn)行?，F(xiàn)決定拆出舊閘，在第二節(jié)改建原由第三節(jié)工程設(shè)計(jì)資料水閘地處珠江三角洲中心地帶，屬于亞熱帶海洋性氣候，常年溫暖濕潤(rùn)，偶有霜凍，陽光充足，四季常青。據(jù)當(dāng)?shù)厮翱傮w規(guī)劃資料，該區(qū)域年平均氣溫該區(qū)域?qū)偌撅L(fēng)氣候，全年風(fēng)向系數(shù)夏季最大為南風(fēng)、次為東南風(fēng)、西南風(fēng)；冬季最大風(fēng)為北風(fēng)；春秋兩季有過渡性。年平均風(fēng)速為~。每年~月為南海臺(tái)風(fēng)季節(jié)，年平均次，以~月頻率最高，占全年登陸次數(shù)的，偶有颶風(fēng)，最大風(fēng)力級(jí)，并伴有暴雨。水閘地處西江下游三角洲河網(wǎng)區(qū)，全市河道交錯(cuò)。洪水主要是上游來水，其次是臺(tái)風(fēng)雨，降雨集中于至月汛期，占全年的％。根據(jù)廣東省水利廳年月公布的《西、北江下游及其三角洲網(wǎng)河河道設(shè)水閘按年一遇外江水位設(shè)計(jì)，外江水位米，相應(yīng)內(nèi)河水位米。米計(jì)，外江水位米，相應(yīng)內(nèi)河水位米。6(二)工程地質(zhì)交錯(cuò)，河流(河汊)和階地地貌發(fā)育，階地高程一般3.5m~4.5m。橫海水閘座落場(chǎng)地內(nèi)第四系沉積環(huán)境經(jīng)歷了海陸交互相、河流沖積相等多次沉積，形成多旋回沉積韻律。區(qū)內(nèi)第四系沉積層厚~。()、地質(zhì)描述水閘位于中山市某鎮(zhèn)境內(nèi)，在中順大圍某堤段上。根據(jù)勘探結(jié)果，在質(zhì)土回填而成上部含碎石。層厚~。砂及貝殼屑。分布于全場(chǎng)地，層厚~。地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值取。地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值取。層厚~。地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值取。布于全場(chǎng)地，層厚。地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值取。取。取粘土。地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值取。()、地下水水~潛水類()、結(jié)論與建議：7土，建筑場(chǎng)地類型屬Ⅲ工類；第至層的承載力低，不宜作擬建建筑物地基基礎(chǔ)持力層；建議采用第層粉細(xì)砂層為該水閘樁基礎(chǔ)持力)根據(jù)工程舊閘情況及地質(zhì)剖面知，本次設(shè)計(jì)的閘室及上下游連接段大概位于第層淤泥質(zhì)土層，該土層承載力基本值為；其下層為第()層次為淤泥質(zhì)土，該土層承載力基本值為，第()層粉細(xì)砂層，該土層承載力基本值為。若采用樁基礎(chǔ)，宜采用摩擦樁，擬采用礫砂)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)指標(biāo)建議值(當(dāng)樁入土深度>米時(shí))()~~~~~~序號(hào)①②③④⑤⑥⑦()／洪水期多年平均最大風(fēng)速；風(fēng)向：按垂直水閘橫軸線考慮；風(fēng)吹程。設(shè)計(jì)風(fēng)壓力p風(fēng)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》()第條及省市確定的堤圍防洪水閘設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)采用％；．上游最高設(shè)計(jì)水位(校核洪水位)為米％，下游相應(yīng)水位為閘頂高程采用校核洪水位加超高~米(中山市標(biāo)準(zhǔn)為米)，且不8(三)、設(shè)計(jì)引用數(shù)據(jù)；fk；；允許坡降：水平段[]~；垂直段及出口處[]~。閘室公路橋按汽—設(shè)計(jì)，掛—驗(yàn)算。工作橋(室)人群、檢修設(shè)備活荷載：q活公路橋欄桿(防撞墩)重：；工作橋欄桿重：河涌控制斷面寬度米(四)、工程等別型，但水閘位于中順大圍上，而中順大圍是全(五)、閘門運(yùn)行開啟條件(按水利部門提供的引水沖污水位確定)不高于米，閘內(nèi)水位不低于—米。水閘的閘門運(yùn)行條件應(yīng)滿足在各種運(yùn)行水位情況下均保證下游河道不二章水利樞紐布置第一節(jié)樞紐總體布置概述泄水的作用，用以調(diào)節(jié)水位、控制流量，以滿足水利事業(yè)的各種要求。9降時(shí)開閘排水，排除兩岸低洼地區(qū)的澇漬。該閘具有雙向擋水，有時(shí)雙向過流的開敞式水閘：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(shí)，多采用不帶胸墻的開敞式水閘，多用于攔河閘、排冰閘等；當(dāng)上游水位變幅大，而下泄流量又有限制時(shí)，為避免閘門過高，常采用帶胸墻的開敞式水閘，如作特點(diǎn)(一)、穩(wěn)定方面關(guān)門擋水時(shí)，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(dòng)，為此，水閘必須具有足夠的重力，以維持自身的穩(wěn)(二)、防滲方面水位差的作用，水將通過地基和兩岸向下游滲流。滲流會(huì)引起水妥善進(jìn)行防滲設(shè)計(jì)。(三)、消能防沖方面能，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，水閘下計(jì)水閘除應(yīng)保證閘室具有足夠的過水能力外，還必須采取有效的消能防沖措施，以防止河道產(chǎn)生有害的沖刷。(四)、沉降方面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。第二節(jié)水閘布置閘室底板—胸墻—消力坎—海漫—下游防沖槽—上游(一)上游聯(lián)接段同時(shí)起防沖、防滲、擋土等作用。一、兩岸護(hù)坡及上游防沖槽等。上游翼墻的作用是引向防滲作用。鋪蓋主要起防滲作用，其表面應(yīng)滿足抗沖要求。護(hù)坡、護(hù)底和上游防沖槽(齒墻)是保護(hù)兩岸土質(zhì)、河床及鋪蓋頭部(二)閘室段橋(三)下游聯(lián)接段水閘設(shè)計(jì)節(jié)閘孔型式和尺寸設(shè)計(jì)選擇常用的閘孔形式有寬頂堰、低實(shí)用堰和胸墻孔口型三種。胸墻孔口型是水閘中常用的一種形式。當(dāng)上游水位變幅較大，過閘流量較小時(shí)，常采用胸墻孔口型。可以減小閘門高度和啟門力，從而降低工作橋高和工程造價(jià)。本設(shè)計(jì)考慮要用上游最高設(shè)計(jì)水位為米，相應(yīng)濟(jì)等問題，采用胸墻孔口型。、閘底板高程的確定底板高程與水閘承擔(dān)的任務(wù)、泄流或引水流量、上下游水位、泥沙及河床地質(zhì)條件等因素有關(guān)。本次工程設(shè)計(jì)由于無攔沙任務(wù)，底板采用寬頂堰平底板，高程以平原河床高程為宜 (米)?？們魧捀鶕?jù)泄流特點(diǎn)、下游河床地質(zhì)條件和安全泄流的要求，結(jié)合閘孔。算公式求出閘孔總凈寬。eH0B=BHrμ－寬頂堰上孔流流量系數(shù)，可按公式計(jì)算求得εˊ－垂直收縮系數(shù)，可由公式計(jì)算求得；Φ——流速系數(shù)，可取~；λ－計(jì)算系數(shù)，可由公式計(jì)算求得，該公式適用于＜r＜范圍。he胸墻底圓弧半徑()0ozhz－淹沒水深(m);經(jīng)計(jì)算′o防沖設(shè)計(jì)水閘泄水時(shí)，部分勢(shì)能轉(zhuǎn)為動(dòng)能，流速增大，具有較強(qiáng)的沖刷能力，而土質(zhì)防沖措施。要設(shè)計(jì)好水閘的消能防沖措施，應(yīng)先了解過閘水流的特點(diǎn)，進(jìn)而采取措施。選擇教E=h+q2EH0先假設(shè)一個(gè)h得表c22chh"=cc21+c1c——淹沒系數(shù)查《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》表h"——共軛水深c經(jīng)計(jì)算得h"c。說明下游將出現(xiàn)遠(yuǎn)離水躍，需采取降低護(hù)坦計(jì)算應(yīng)當(dāng)選取最不利情況對(duì)應(yīng)的流量作為確定消力池深度的設(shè)計(jì)流量。要求水躍的起O0c0c2gv2c0c2gv2ctQq=b式中——消力池深度()σ——水躍淹沒系數(shù)σc。Δ——出池落差()——閘流流速系數(shù)，取△△0sc0、消力池池長(zhǎng)計(jì)算消力池池長(zhǎng)按照《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》公式計(jì)算L=L+LsjsjL=6.9(h"h)jcc式中L——消力池長(zhǎng)度()L——消力池斜坡段水平投影長(zhǎng)度()sL——水躍長(zhǎng)度()j消力池底板(即護(hù)坦)要求承受水流的沖擊力、水流脈動(dòng)壓力和底部揚(yáng)壓力護(hù)坦采用等厚便于施工。護(hù)坦厚度可根據(jù)抗沖要求計(jì)算，按《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》公式計(jì)算t=kqH'1式中t——消力池底板始端厚度()k——消力池底板計(jì)算系數(shù)k1經(jīng)計(jì)算，消力池底板厚為，由于地質(zhì)條件等情況，取前后等厚。坦的后半部設(shè)置排水孔，孔青油毛氈。定性，常在消力池的末端設(shè)置齒墻，墻深為0.8m,寬形態(tài)。意圖(一)海漫長(zhǎng)度計(jì)算的不利水位、流量組合情況進(jìn)行計(jì)算。sH'L=psLp——海漫長(zhǎng)度Lpsk——海漫長(zhǎng)度計(jì)算系數(shù)，本工程河床土質(zhì)為淤泥質(zhì)土，因而取s經(jīng)計(jì)算，取海漫的長(zhǎng)度為。計(jì)水流經(jīng)過海漫后，盡管多余能量得到了進(jìn)一步消除，流速分布接近河床水流的正常狀態(tài)，但在海漫末端仍有沖刷現(xiàn)象。為保證安全和節(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。槽內(nèi)的石塊沿斜坡陸續(xù)滾下，鋪在沖坑的上游斜坡上，防止沖刷坑向上游擴(kuò)展，q"q0式中d'——海漫末端河床沖刷深度()q"——海漫末端單寬流量q"0求，所以參照已建水閘工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，防防滲排水設(shè)計(jì)水閘的防滲排水設(shè)計(jì)任務(wù)在于經(jīng)濟(jì)合理地?cái)M定閘的地下(及兩岸)輪廓線型式和尺寸，以消除和減小滲流對(duì)水閘產(chǎn)生的不利影響，防止閘基和兩岸產(chǎn)生滲透使地基滲水盡快排出，以減水滲透壓式中L——表示閘基防滲長(zhǎng)度，即閘基輪廓線防滲部分水平段和垂直段長(zhǎng)度的總C去護(hù)坦、漿砌石海漫底部或閘底板下游段起導(dǎo)滲作用的砂礫石層。排水常與反濾層(一)閘底板的初擬要求(有交通橋等)，擬定為15m，根據(jù)設(shè)計(jì)和地質(zhì)要求，底板厚度取閘孔凈寬(二)鋪蓋的設(shè)計(jì)設(shè)有止水帶。(三)板樁的設(shè)計(jì)、排澇及引水沖污的綜合性水利工程，所以在閘(四)齒墻的設(shè)計(jì)(五)排水、止水板與鋪蓋、鋪蓋與上游翼墻、上游翼墻與邊墻水。閘底板與消力池、消力池與下游翼墻、下，雖然沒有防滲的要求，但為了防止閘基土與墻閘底板長(zhǎng)度+鋪蓋長(zhǎng)度+板樁長(zhǎng)度=49m>L=43.2m初(采用改進(jìn)阻力系數(shù)法進(jìn)行滲流計(jì)算)(一)地下輪廓線簡(jiǎn)化(二)確定地基有效深度輪廓的水平投影長(zhǎng)度輪廓的垂直投影長(zhǎng)度L當(dāng)0>5時(shí),T=0.5Le00TSeL01.60+2S0式中T——土基上水閘的地基有效計(jì)算深度()eL——地下輪廓的垂直投影長(zhǎng)度()0S輪廓的垂直投影長(zhǎng)度(0(三)滲流區(qū)域的分段和阻力系數(shù)的計(jì)算G0ST出口段的阻力系數(shù)——板樁或齒墻的入土深度()——地基透水層深度()yG=12xTxL——水平段長(zhǎng)度()12各段水頭損失的計(jì)算情況各段水頭損失的計(jì)算物》中計(jì)算各典型段的水頭損失公式為ii且x ix則進(jìn)口段鋪蓋水平段板樁垂直段T,T——底板埋深與板樁入土深度之和()——板樁另一側(cè)地基透水層深度()——地基透水層深度())進(jìn)出口段損失的修正進(jìn)口段修正系數(shù)1’b2滲流逸出坡降均滲透坡降，根據(jù)《水工建筑物》中公式計(jì)算'J=maxxLx式中h'——閘底板水平段的水頭損失最大值()L——閘底板水平段的長(zhǎng)度()xxh'hJ=max式中h'——出口段修正后的水頭損失最大值()maxS,——閘底板埋深與板樁入土深度之和()04.5J0第四節(jié)閘室布置上游墩頭采用尖角型，下游墩頭采用流線型，閘墩高程采用校核洪水位加超高米，墩底長(zhǎng)度與底板同長(zhǎng)，頂部為米，采用混凝土結(jié)構(gòu)，厚，主門，寬，檢修門槽深，寬，檢修門槽與工作門槽之間的間為置布設(shè)在閘室下游，其寬度為7m，采用板式結(jié)構(gòu)。(一)閘門重量檢修閘門作用用以臨時(shí)擋水，檢修工作閘門時(shí)用。多采用疊梁式。平時(shí)不用工作閘門根據(jù)《水工設(shè)計(jì)手冊(cè)》平面直升鋼閘門結(jié)構(gòu)部分重量公式初步估算閘門量。k支k材zcH——孔口高度()——孔口寬度()H=4m(二)初估閘門啟閉機(jī)的啟門力和閉門力公式計(jì)算W式中F——啟門力()QWP——作用在閘門上總的水壓力()QW查《水閘與啟閉機(jī)》，初選雙吊點(diǎn)手搖電動(dòng)兩用卷揚(yáng)式啟閉機(jī)(上海重型機(jī)械廠產(chǎn)品)—×，其機(jī)自重。第五節(jié)水閘穩(wěn)定計(jì)算水閘竣工時(shí)，地基所受的壓力最大，沉降也較大。過大的沉降，特別是不均勻沉降，會(huì)使閘室傾斜，影響水閘的正常運(yùn)行。當(dāng)?shù)鼗惺艿暮奢d過大，超過其，將使地基整體發(fā)生破壞。水閘在運(yùn)用期間，受水平推力的作用，水閘承受的主要荷載：自重、水重、水平水壓力、揚(yáng)壓力、浪壓力、泥沙壓力及地震荷載等。(一)閘室自重完建完建情況下作用荷載和力矩計(jì)算表(對(duì)底板上游端點(diǎn)求矩)↘↙重力()力臂()(二)水重指底板以上水的重量，計(jì)算公式上游水重：W=H(nb)Ly1222(三)WKNW=1310.4KN111上游水平水壓力：P=yH2B123323a33下游水平水壓力(閘底板下游端不設(shè)止水)22222(四)揚(yáng)壓力1滲透壓力U=YHBL=994.5KN2a(五)浪壓力《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》中平均波高計(jì)算公式為式中hmV0DHm——平均波高()——計(jì)算風(fēng)速()——風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度()——風(fēng)區(qū)內(nèi)的平均水深()0，D，Hm，經(jīng)計(jì)算，平均波高h(yuǎn)m《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》中平均波周期的計(jì)算公式為Tmhm——平均波周期——平均波高 () ()V——計(jì)算風(fēng)速()0經(jīng)計(jì)算，求得平均波周期Tm根據(jù)《水利水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(平原、濱海部分)》和廣東省水利廳“粵水電總字號(hào)”文頒發(fā)的《廣東省防洪(潮)標(biāo)準(zhǔn)和治澇標(biāo)準(zhǔn)(試行)中的有關(guān)規(guī)定，本工程等別定為二等，主要建筑物為二級(jí)，次要建筑累積頻率累積頻率Hmpp174hhm則h=0.59mpp由mmH=mlnmH=mlnmpk4L2hmpHkLm——平均波長(zhǎng)() ()kL可見，閘前水深H〉H，且〉m，故為深水波。k2L4mpzzLLmm式中——作用于水閘迎水面上的浪壓力()；——累積頻率為()的波高()；——波浪中心超出計(jì)算水位的高度()；——使波浪破碎的臨界水深()。經(jīng)計(jì)算()(六)風(fēng)壓力由設(shè)計(jì)基本數(shù)據(jù)可知，設(shè)計(jì)風(fēng)壓力P=0.45m，作用于受風(fēng)面積及作用風(fēng)力臂計(jì)算()啟閉機(jī)室m()閘墩水上部m()交通橋m風(fēng)風(fēng)PP校核洪校核洪水位下荷載、力矩計(jì)算表荷載名稱豎向力()水平力(↑→(對(duì)點(diǎn)求矩)力臂()力矩(·)↘←PLPPP13WW1WW胸W門WWBWWW浮W滲P計(jì)算(一)完建期minA(B)BxMe=2-xG式中PmaxminexGxMA——基底壓力的最大值和最小值()——作用在閘室上的全部豎向荷載()室上的豎向和水平荷載對(duì)于閘底板上游角點(diǎn)處的力矩和，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為正，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為負(fù)()1560467.1《水工建筑物》地基承載力驗(yàn)算公式為2maxmin2足要求，需要地基處理?！端姽こ虒I(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)指南》中地基承載力不均勻性驗(yàn)算公式為：nn=maxPin數(shù)滿足要求。(二)設(shè)計(jì)洪水情況設(shè)計(jì)洪水情況下的閘室穩(wěn)定及地基應(yīng)力計(jì)算與完建期相似，只不過計(jì)算中的荷載為相應(yīng)的設(shè)計(jì)洪水情況下的荷載，還應(yīng)對(duì)閘室進(jìn)行抗滑穩(wěn)定分析。2滿足要求。cfxGKc=xH式中KcfxGxHcc——作用在閘室的全部豎向荷載()——作用在閘室的全部水平荷載()第六節(jié)基礎(chǔ)處水閘樁基礎(chǔ)通常應(yīng)采用摩擦型樁，即樁頂荷受。樁的根數(shù)和尺寸按照承擔(dān)底板底面以上的全理全部或主要由樁側(cè)摩阻力承部荷載(包括豎向荷載和水平向荷載)確定，不考慮樁間土的承載能力。在同一塊底板下，不應(yīng)采用直徑、長(zhǎng)(一)樁的水平承載力和根數(shù)的確定假設(shè)水閘傳來的總水平荷載由各樁平均承擔(dān)，每根樁承擔(dān)的水平荷載，應(yīng)T，選用的樁徑，允許水平承載力取。(二)樁的布置樁的平面布置應(yīng)盡量使樁群的重心與底板以上各種荷載的合力作用點(diǎn)相接近，以使每根樁上受力接近相等。樁在順?biāo)鞣较蛞话阍O(shè)一排，等距布置在平面上呈梅花形。布置如圖要求：預(yù)制樁的中心距不應(yīng)小于倍樁徑。即不小于。群樁的邊緣至底板的邊緣的凈距不得小于倍的樁徑。即不小于布置如下圖(三)樁長(zhǎng)的確定和單樁允許鉛直承載力確定樁長(zhǎng)?？上仁街蠵——第根樁承受的豎向荷載()；iG)；N——樁數(shù)；zxy——第根樁至群樁重心軸的距離()。i對(duì)于各種不同應(yīng)用時(shí)期，各樁所承受的荷載也各不一樣，現(xiàn)分別計(jì)算如下xiNzMyxii()iyi·xyyiNzMyxiP()i()2iyi計(jì)算成果，列出各樁可能承受的最大垂直荷載，見表P()i的容許豎向承載力計(jì)算樁長(zhǎng)，根據(jù)《水閘》中單樁的容許豎向承載力可按下式計(jì)算ajuii式中[P]——單樁容許豎向承載力()；a[R]——樁尖平面處土的容許承載力(m2)；jA——樁的橫斷面面積(m2)；[f]——第根樁周土的容許摩擦力(m2)；uiS——第根樁周表面積(m2)。i2j土層厚