水閘課程設計

目錄TOC\o"1-5"\h\z\u水閘課程設計任務書 -2-一．工程任務 -2-二．基本資料 -2-三．設計內容 -3-四．設計成果 -3-五．時間安排 -3-水閘課程設計計算書 -4-第一章閘室布置 -4-一．閘型選擇及水閘級別 -4-二．閘室基本尺寸的擬定 -4-三．泄流能力校核 -7-第二章消能與防沖設計 -8-一.消能計算的控制情況 -8-二.消力池長度的計算 -10-三.護坦構造 -11-四.海漫的長度和型式 -11-五．防沖槽設計 -12-第三章防滲設計 -12-一．選擇地下輪廓線 -12-二.滲透壓力計算 -13-第四章閘室抗滑穩(wěn)定計算 -13-一，荷載計算 -13-二．抗滑穩(wěn)定計算 -14-三．基地壓力計算 -14-第五章閘室結構計算 -15-一．計算情況 -15-二．計算方法 -15-水閘課程設計任務書一．工程任務本樞紐位于某河下游，重要任務是雍高河道水位，以滿足河道兩岸引水灌溉規(guī)定，并適當照顧到工業(yè)給水、陸路交通等。樞紐由泄洪閘、灌區(qū)進水閘等組成。樞紐建成后可灌溉農田5.5完畝。規(guī)定閘頂公路凈寬4.5m。二．基本資料1.上下游河道底寬20米，邊坡1：1.5。泄洪閘設計過閘流量為100m3/s，相應上游水位6.10米，下游水位6.0米。校核流量為130m3/s，相應上游水位為6.35米。2.河道上游正常蓄水位為5.0米，最高蓄水位為6.0米，下游水位為2.5米。泄洪閘下游河道水位流量關系如表1：水位（m）3.23.74.14.454.85.15.355.6流量（m3/s）10203040505.357080水位（m）5.86.06.16.26.25流量（m3/s）901001101201303.泄洪閘上下游地高程1.0米，閘底板高程與河底齊平。4.閘址處地形平緩，堤頂高程7.5米左右。5.閘址持力層中細砂加粉土，地基承載能力為80KN/m2.混凝土與地基間摩檫系數(shù)f=0.3，C=0。6.閘址附近數(shù)年平均最大風速為12m/s，沿水面從水閘上游面到對岸的最大垂直距離為2Km。7.回填土料閘底板下砂墊層C=0,=300.兩岸翼墻后回填土C=0，=260，，，。8.閘頂公路橋汽車荷載—10級，行車路面凈寬4.5米，兩側各加0.75米寬人行道。9.工作閘門可用鋼或鋼筋混凝土平面閘門，檢修門可選用疊梁門。啟閉機用螺桿或卷揚機式固定啟閉機。三．設計內容1.水閘型式選擇。2.擬定閘孔尺寸，校核過流能力。3.效能防沖設計。4.地下輪廓線設計及防滲排水布置。5.閘室穩(wěn)定校核及基地壓力驗算（完建機蓄水期）。6兩岸鏈接建筑物布置。四．設計成果1.圖紙：1號圖幅一張。內容涉及：泄洪閘半平面圖、縱剖面圖、上游立視圖、閘室橫剖面圖，其他個重要斷面的剖視圖、細部結構圖及止水等。2.設計說明書及設計計算書的編寫。五．時間安排本次課程設計時間為一周。水閘課程設計計算書第一章閘室布置一．閘型選擇及水閘級別根據一系列的數(shù)據可以擬定該閘為開敞式無胸墻、整體式平底板。查表得：該水閘的工程等別為Ⅲ等，建筑物等級為3級。二．閘室基本尺寸的擬定1.閘底板高程泄洪閘上下游地高程1.0米，閘底板高程與河底齊平。所以，閘底板高程也為1.0米。2.閘底板順水流方向長在砂性土及砂壤土地基上，底板長度為（3.0～4.0）H。所以，底板長度為（3.0～4.0）×（6-2.5）=10.5～14m，故，閘底板尺寸可取12m。3閘底板厚度可取閘孔凈寬的1/7～1/5，一般為1.2～2.0m，最薄不小于0.6m。初步擬定底板厚1.0m。4.閘墩基本尺寸及樣式（1）、閘墩頂部高程波浪計算高度的擬定：由于，此值在20～250范圍內，為累計頻率5%的波高，所以，用公式即可求出h，然后再乘以1.24即為波浪的計算高度。帶入數(shù)據得h=0.467m，波浪的計算高度=1.24h=0.58m。當為擋水時：正常蓄水位+波浪計算高度+安全超高=5+0.58+0.4=5.98m；最高檔水位+波浪計算高度+安全超高=6+0.58+0.4=5.98m；當為泄水時：設計洪水位+安全超高=6.1+0.7=6.8m；校核洪水位+安全超高=6.35+0.5=6.85m；最后考慮到交通橋的布置和兩岸邊坡的影響最終擬定閘墩頂部高程為7.5m。（2）、墩頭型式中墩的墩頭部及尾部均采用半圓型。邊墩采用矩形墩。（3）、閘墩厚度及門槽尺寸一般混凝土閘墩厚1.0～1.6m，最小厚度不小于0.4m。工作門槽一般不小于0.3m，寬0.5～1.0m，最優(yōu)寬深比一般為1.6～1.8。檢修門槽深一般為0.15～0.30m。檢修門槽與工作門槽之間應留1.5～2.0m凈距，以便安裝和檢修。工作門門槽深度取0.4m，寬度取0.8m；檢修門門槽深度取0.2m，寬度取0.3m；中墩厚度取1.5m；邊墩厚度取1.0m；檢修門槽與工作門槽之間的凈距取2.0m。（4）、閘門高度閘門高度=最高水深+安全超高=5.35+0.5=5.85m;近似的取6m，最終擬定閘門頂部高程為7m。（5）、工作橋高程及尺寸采用固定式啟閉機械，橋高約為門高的2倍加上1.0～1.5m的額外高度。工作橋的寬度為啟閉機外輪廓尺寸每側不小于1.2m，一般約為3～5m。所以，工作橋高程=1+6×2+2=15m；寬度取3.6m。（6）、交通橋高程及尺寸行車路面凈寬4.5米，兩側各加0.75米寬人行道。高程與堤頂高程齊平取7.5m；交通橋寬6m。閘室剖面圖如下圖所示：三．泄流能力校核1.估算閘孔總凈寬水閘過流時為寬頂堰式，一方面應判別其流態(tài)是屬于淹沒出流或者是自由出流。判別方法是：當時，為淹沒出流；當時，為自由出流；公式為，當處在高淹沒度（）是，也可按公式計算。一方面，計算行進流速：河道里過水斷面面積A=(20+20x5.1x1.5)5.1x1/2=141m2行進流速計入行進水頭的堰上水深判斷流態(tài)：，查表得且此流態(tài)屬于高淹沒故采用第二個公式則取三孔，每孔閘寬4.3m，調整后另一方面是過流能力的校核在設計水位下：符合規(guī)定。在校核水位下：查表得所以在上述條件下130.通過調節(jié)試算閘孔凈寬為15m時，在5%的范圍內，符合規(guī)定。最終擬定閘孔為三孔，每孔凈寬5m。2.閘室總寬度=15+1.5×2=18m。第二章消能與防沖設計一.消能計算的控制情況根據本閘規(guī)劃規(guī)定，雖然過閘設計流量和校核流量很大，但此時所有閘門均啟動，上下游水位差很小，且下游水深較大，故將產生淹沒式水躍，不是消能計算的控制情況。而當上游為河道正常蓄水位6.0m時，部分閘門局部啟動，此時流量雖小，但下游水位較低，因此會出現(xiàn)消能計算的控制情況。為此，應先擬定閘門啟動孔數(shù)及閘門局部啟動時的流量Q，然后由水利計算的躍后水深與下游實際水深比較，判別水躍形式，選取最不利的情況作為消能計算的控制情況。1.閘門局部啟動時，啟動度e與泄量Q的關系可由自由出流公式計算：在計算單孔閘門啟動時，啟動度e與泄量Qde關系。為安全起見最大開度計算到1.5m，計算可列入下表：啟動孔數(shù)n啟動度（m）e/H§§eHo-§e泄量Q（m3/s）計算選用流量10.50.10.6150.314.8214.191411.00.20.620.624.5127.692811.00.30.6250.944.1640.21402.控制消能計算條件根據單孔閘門局部啟動，泄量分別為、、時，計算躍后水深，與其相應的下游水深進行比較，選取最大值的情況，作為效力吃的計算條件。在選用下游水深時，為安全起見，可選用上一次閘門開度時與下泄流量相應的下游水位。計算成果如圖所示啟動孔數(shù)Qqhkhchc‘’hthc‘’-ht水躍形式1142.80.930.32.11.50.6遠驅式1285.61.470.632.82.30.5遠驅式14081.870.933.230.2遠驅式3.計算消力池深取hc‘’=2.1m，ht=1.5m，時hc‘’-ht=0.6m時最不利。在建消力池前：而建消力池后：。帶入數(shù)據后通過試算最終m帶入數(shù)據得帶入數(shù)據得0.11mm在1.05～1.10時符合規(guī)定，而規(guī)范規(guī)定，消力池的最小深度為0.8m，故把消力池深度調整為0.8m。二.消力池長度的計算閘室與消力池之間用1：3的坡度鏈接，則在流量為130時，單寬流量：q=。帶入數(shù)據后通過試算最終m帶入數(shù)據得=0.9（3.1-0.83）=15.7m則=2.4+0.75+15.7=14.175m最終擬定池長=15m。三.護坦構造1．護坦厚度由于消力池內水流高度紊流轉臺，脈動壓力情況復雜，可按經驗公式：也可以參照規(guī)范設計，一般大、中型水閘為0.5～1.0m，長消力池也可以自上而下，采用不同的厚度，末端厚度為t/2，但不宜小于0.5m。在本次設計中，護坦厚度采用0.6m，且厚度均勻。2.護坦的材料和細部構造護坦地板采用鋼筋混凝土，混凝土為C20，在護坦的中后部設立排水孔，孔徑5cm，間距2m，梅花形排列，在平行于水流方向設有沉降縫，縫的位置與閘墩對齊，護坦下面設有反濾層，卵石20cm，砂礫石15cm。細紗15cm。四.海漫的長度和型式1.海漫的長度海漫的長度可按經驗公式：(可取11)在流量為130時，（可參照上面的數(shù)據）為了方便施工L=17m。2.海漫的型式采用漿砌石加干砌石海漫，前五米是水平段采用漿砌石，后半段是1：24的斜坡采用干砌石，厚度為60cm。砌石下面有砂和碎石墊層，厚度各為10cm。五．防沖槽設計防沖槽斷面呈梯形，深度一般約為1.5～2.5m，梯形的坡度一般取1：2～1：4以內，梯形的底部長度在2～6m左右。所以，防沖槽靠近上游坡度取1：4，靠近下游的坡度取1：3，底L取4m，深度為2m。第三章防滲設計一．選擇地下輪廓線1．選擇地下輪廓線長度上游鋪蓋長度取12m，材料為混凝土，厚度為0.5m，鋪蓋段的具體形狀如圖所示：=1+0.5+0.7+10+0.7+0.5+0.5+3.5+3.5+1+0.7+9+0.7+0.5+0.4=33.2m此滲徑系數(shù)C=6，作用水頭H=6-2.5=3.5m，L=CH=3.5×6=21m所以，大于L，閘基防滲長度滿足規(guī)定。二.滲透壓力計算由于水閘水頭較低，可運用直線比例法計算閘底板的滲透壓力。滲透壓力可按此公式計算：1/2×10×3.5×0.25×12×20=1050KN第四章閘室抗滑穩(wěn)定計算一，荷載計算閘墩自重=（1.5×2+2）×12×6.5×25=9750KN閘底自重=（182+1.5×0.5）×20×25=6375KN左邊水平水壓力=1/2×10×5×5×15=1875KN右邊水平水壓力=1/2×10×1.5×1.5×15=112.5KN左邊垂直水壓力=3.8×15×5×10=2850KN右邊垂直水壓力=7.4×15×1.5×10=1665KN浮托力=（25×12+2.5×0.5）×20=6050KN土重=20×10×0.5×（15-5）×20=500KN荷載計算表閘身自重荷載類型代號大?。↘N）力臂（m）力矩（KN.M）檢修橋重W1420下4.82023(+)工作橋及小閘墩W260下1.8108(+)公路橋W3540下31620(-)閘門重W4180下1.8324(+)啟閉機重W590下1.8162(+)閘墩重W69750下00閘底重W76375下00揚壓力浮托力U16050上00滲透壓力U21050上22100（-）水平水壓力上游水壓力PI1875右23750（-）下游水壓力P2112.左0.556.3（+）垂直水壓力上游水壓力Q12850下4.111685（+）下游水壓力Q21665下2.33829.5（-）土重土重M500下00二．抗滑穩(wěn)定計算取齒墻最下面的那個面抗滑破裂面，計算在最帶蓄水位時期閘室抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，計算公式為：由上表得=15330KN,方向豎直向下，=1762.5KN,方向水平向右，>=1.25故，符合規(guī)定三．基地壓力計算