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水利水电建筑工程专业毕业论文.doc

水利水电建筑工程专业毕业论文

徐宁愚
2017-09-05 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《水利水电建筑工程专业毕业论文doc》,可适用于职业岗位领域

毕业设计某水闸重建工程设计说明书专业与班级:水利水电建筑工程(工管班)毕业设计成绩总评:指导教师评语:指导教师签名:年月日评阅教师评语:评阅指导教师签名:年月日答辩教师评语:答辩教师成员签名:年月日摘要本次设计是中山市某水闸重建工程的初步设计。针对该水闸(旧闸)建成后经过多年的运用工程质量已经老化部分结构破损严重各项工程设备已趋落后存在着很多安全隐患严重影响水闸的正常运行。由于旧闸原设计标准低与几年前的河涌疏导及环境整治工程不配套等问题。经有关设计部门复核根据与周边环境相协调的整治原则对水闸进行重建设计在原地基上拆除旧闸在原闸址上重建新水闸。通过本次的重建设计使水闸排除隐患从而使水闸能安全运行。本次设计主要涉及的内容有:闸址选择、确定孔口形式和尺寸、防渗、排水设计、消能防冲设计、稳定计算、沉降校核和地基处理、选择两岸连接建筑物的型式和尺寸、结构设计等有关内容。通过这一系列的研究设计和计算得到闸孔的尺寸加大过流能力加强消能防冲和防渗排水满足要求闸室稳定安全等成果。由于本工程是小型工程且多年平均流量较小所以本次设计的出发点是简单设计简单施工但基本上能满足规范要求。关键词:水闸消能防冲防渗排水闸室稳定地基处理目录第一章概述第一节水闸概况第二节改建原由第三节工程设计资料第二章水利枢纽布置第一节枢纽总体布置概述第二节水闸布置第三章水闸设计第一节闸孔型式和尺寸设计第二节消能防冲设计第三节防渗排水设计第四节闸室布置第五节水闸稳定计算第六节基础处理第七节上下翼墙设计附录:参考文献图纸:水闸纵剖面图水闸平面图上、下游立视图水闸横剖面图第一章概述第一节水闸概况本次毕业设计选题为中山市某水闸重建工程。该工程位于中山市某镇境内是该市中顺大围某堤段上的重要水闸之一是以防洪、排涝及引水冲污的综合性水利工程。该水闸(旧闸)始建于年代由于当时设计标准低加之年代已久经有关设计部门复核在设计洪水位时水闸不能安全运行。现决定拆出旧闸在原闸址上重建新水闸。第二节改建原由旧闸建于年代设计闸孔为一孔净宽m原闸底板高程m。该闸建成后经过多年的运行工程质量已经老化,部分结构破损严重各项工程设施已趋落后存在着很多安全隐患严重影响水闸的正常运行。由于旧闸原设计标准低与前几年的河涌疏浚及环境整治工程不配套目前整治后的河涌过水断面宽度为,,米。为使水闸安全运行并与周边整治后的环境相协调以适应现代化水利需要。经中山市水利局和市水电设计院论证决定重建该水闸以从根本上解决该水闸在防洪、排涝、安全运行方面等问题。程设计资料第三节工一、气象及工程地质情况水文(一)水文气象、气象特征水闸地处珠江三角洲中心地带属于亚热带海洋性气候常年温暖湿润偶有霜冻阳光充足四季常青。据当地水利及总体规划资料该区域年平均气温最高七月均温左右最低一月均温左右无霜期天。雨量充沛雨季多发生在春夏两季年平均雨量为mm最高降雨量为mm(年)年平均蒸发量为mm年平均相对温度。该区域属季风气候全年风向系数夏季最大为南风、次为东南风、西南风冬季最大风为北风春秋两季有过渡性。年平均风速为,ms。每年,月为南海台风季节年平均次以,月频率最高占全年登陆次数的偶有飓风最大风力级并伴有暴雨。、水文资料水闸地处西江下游三角洲河网区全市河道交错。洪水主要是上游来水其次是台风雨降雨集中于至月汛期占全年的,。根据广东省水利厅年月公布的《西、北江下游及其三角洲网河河道设计洪潮水面线》通过内插方法查得该区域相关水文站提供的闸址各频率洪水位值:水闸按年一遇外江水位设计外江水位米相应内河水位米。水闸按年一遇外江水位设计外江水位米相应内河水位米。(二)工程地质、区域地形地貌、地质该区域地处珠江三角洲南部边缘地带、西江冲积平原上地势平坦河涌交错河流(河汊)和阶地地貌发育阶地高程一般m,m。横海水闸座落在西江西岸第四系洪冲积的一级阶地的前缘。场地内第四系沉积环境经历了海陆交互相、河流冲积相等多次沉积形成多旋回沉积韵律。区内第四系沉积层厚,m。闸址地质条件、()、地质描述S水闸位于中山市某镇境内在中顺大围某堤段上。根据勘探结果在钻孔控制深度范围内场地岩土自上而下可划分为:)人工填土:土黄色褐灰色上部松散,下部可塑,主要由粉质土及淤泥质土回填而成,上部含碎石。层厚,m。)淤泥质土:灰黑色很湿,软塑主要由粘土及有机质等组成,含少量粉砂及贝壳屑。分布于全场地层厚,m。地基承载力标准值fk取KPa。)淤泥:灰黑色饱水,流塑主要由粘土及有机质等组成,少量粉砂及贝壳碎屑等组成。底部为淤质泥土。分布于全场地层厚,m。地基承载力标准值f取KPa。k)粉细砂:灰黑色松散以粉砂为主。分布于全场地上部含粘土。,m。地基承载力标准值f取KPa。层厚k)粉质粘土:褐黄色湿可塑主要以粘土、粉砂及少量细砂组成。分布于全场地层厚m。地基承载力标准值f取KPa。k)细中砂:灰黄色松散以细砂、中砂为主。分布于全场地含粉砂及少量粘土局部含,的石英砾石。层厚m。地基承载力标准值f取KPa。k)粉细砂:褐黄色松散以粉砂为主含少量细砂及砾石局部含少量粘土。地基承载力标准值f取KPa。k()、地下水勘察期间各钻孔均遇见地下水赋存于第四系各地层中的地下水属上层滞水,潜水类型主要受大气降水及地表水(包括河水)补给水位变化因气候、季节及潮位而异勘察期间测得其混合稳定水位埋深介于m,m之间。该场地地下水对砼无腐蚀性。()、结论与建议:根据《中国地震烈度区划图》(:万)()中山市地震基本烈度为度结合本次勘察结果按《建筑抗震设计规范》GBJll)有关标准判定场地土的类型为软弱场地土建筑场地类别为类场区上部m深度范围内未发现可液化地层可不考虑液化问题。)水闸位于度地震烈度区场地属抗震不利地段场地土类型属软弱场地土建筑场地类型属工类第()至()层的承载力低不宜作拟建建筑物地基基础持力层建议采用第()层粉细砂层为该水闸桩基础持力层。)根据工程旧闸情况及地质剖面知本次设计的闸室及上下游连接段大概位于第()层淤泥质土层该土层承载力基本值为kPa其下层为第()层次为淤泥质土该土层承载力基本值为kPa第()层粉细砂层该土层承载力基本值为kPa。若采用桩基础宜采用摩擦桩拟采用()砾砂层为该水闸桩基础持力层。)桩基础设计指标建议值(当桩入土深度>米时)q桩的极限侧阻力q桩的极限端阻力sikpk预制桩序土层名称状态号(kpa)q(kpa)qsikpk填筑土淤泥质土软塑,淤泥流塑,细粉砂松散,粉质粘土可塑,细中砂松散,细粉砂松散,二、设计基本数据(一)、水文气象(外江校核洪水位:米(P=,)内河相应水位:米外江设计洪水位:米(P=,)内河相应水位:米(外江多年平均枯水位:米内河相应水位:米围内不涝水位:米内河不冲刷流速:V=ms过闸最大流量Q=m,s气象洪水期多年平均最大风速V=ms风向:按垂直水闸横轴线考虑max吹程km。设计风压力p=kNm风(二)、设计防洪标准根据《水闸设计规范》(SL)第条及省市确定的堤围防洪标准:S水闸设计洪水标准采用,(上游最高设计水位(校核洪水位)为米(,)下游相应水位为米闸顶高程采用校核洪水位加超高,米(中山市标准为米)且不低于现有堤顶高程并应留有适当的安全裕度。(三)、设计引用数据材料容重:土料:回填土的湿容重kN,m浮容重kN,m饱和容重kN,m砼料:钢筋混凝土kN,m混凝土kN,m(地基有关数据:回填土的换算内摩擦角φ=基础抗滑摩擦系数:f=k淤泥质土及粉细沙:渗径系数:C=允许坡降:水平段,J,=,垂直段及出口处,J,=,。淤泥土层承载力标准值:f=kPak(地下水位:m,m闸室公路桥按汽设计挂验算。工作桥(室)人群、检修设备活荷载:q=kNm活公路桥栏杆(防撞墩)重:kNm工作桥栏杆重:kNm河涌控制断面宽度:米:内坡为:防洪堤现有堤面宽米设计外坡为(四)、工程等别根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL)第条及第条确定本工程为四等小(一)型但水闸位于中顺大围上而中顺大围是全省十大联围之一属二级堤防即相应的水闸等别也应为二等。因此主要建筑物按二级建筑物设计次要建筑物按三级建筑物设计。(五)、闸门(运行)开启条件(按水利部门提供的引水冲污水位确定)根据本水闸用途确定本水闸设计的运行条件为:开闸进洪时闸外水位不高于米闸内水位不低于米。水闸的闸门运行条件应满足在各种运行水位情况下均保证下游河道不受冲刷。(六)、附图纸::地形图闸址,、,地质剖面图第二章水利枢纽布置第一节枢纽总体布置概述水闸是一种低水头的水工建筑物兼有挡水和泄水的作用用以调节水位、控制流量以满足水利事业的各种要求。一、水闸的类型排水闸:常建于江河沿岸外河水位上涨时关闸以防外水倒灌外河水位下降时开闸排水排除两岸低洼地区的涝渍。该闸具有双向挡水有时双向过流的特点。开敞式水闸:闸室上面不填土封闭的水闸。一般有泄洪、排水、过木等要求时多采用不带胸墙的开敞式水闸多用于拦河闸、排冰闸等当上游水位变幅大而下泄流量又有限制时为避免闸门过高常采用带胸墙的开敞式水闸如进水闸、排水闸、挡潮闸多用这种形式。二、水闸的工作特点稳定方面(一)、关门挡水时水闸上、下游较大的水头差造成较大的水平推力使水闸有可能沿基面产生向下游的滑动为此水闸必须具有足够的重力以维持自身的稳定。(二)、防渗方面由于上下游水位差的作用水将通过地基和两岸向下游渗流。渗流会引起水量损失同时地基土在渗流作用下容易产生渗透变形。严重时闸基和两岸的土壤会被淘空危及水闸安全。渗流对闸室和两岸联接建筑物的稳定不利。因此应妥善进行防渗设计。(三)、消能防冲方面水闸开闸泄水时在上、下游水位差的作用下过闸水流往往具有较大的动能流态也较复杂而土质河床的抗冲能力较低可能引起冲刷。此外水闸下游常出现波状水跃和折冲水流会进一步加剧对河床和两岸的淘刷。因此设计水闸除应保证闸室具有足够的过水能力外还必须采取有效的消能防冲措施以防止河道产生有害的冲刷。沉降方面(四)、土基上建闸由于土基的压缩性大抗剪强度低在闸室的重力和外部荷载作用下可能产生较大的沉降影响正常使用尤其是不均匀沉降会导致水闸倾斜甚至断裂。在水闸设计时必须合理地选择闸型、构造安排好施工程序采取必要的地基处理等措施以减少过大的地基沉降和不均匀沉降。第二节水闸布置一、水闸的组成水闸的组成闸室底板闸墩胸墙闸门工作桥交通桥堤顶上游翼墙下游翼墙护坦排水孔消力坎海漫下游防冲槽上游防冲槽上游护底上、下游护坡。(一)上游联接段主要作用是引导水流平稳地进入闸室同时起防冲、防渗、挡土等作用。一般包括上游翼墙、铺盖、护底、两岸护坡及上游防冲槽等。上游翼墙的作用是引导水流平顺地进入闸孔并起侧向防渗作用。铺盖主要起防渗作用其表面应满足抗冲要求。护坡、护底和上游防冲槽(齿墙)是保护两岸土质、河床及铺盖头部不受冲刷。(二)闸室段是水闸的主体部分通常包括底板、闸墩、闸门、胸墙、工作桥及交通桥等。底板是闸室的基础承受闸室全部荷载并较均匀地传给地基此外还有防冲、防渗等作用。闸墩的作用是分隔闸孔并支承闸门、工作桥等上部结构。闸门的作用是挡水和控制下泄水流。工作桥供安置启闭机和工作人员操作之用。交通桥的作用是连接两岸交通。(三)下游联接段具有消能和扩散水流的作用。一般包括护坦、海漫、下游防冲槽、下游翼墙及护坡等。下游翼墙引导水流均匀扩散兼有防冲及侧向防渗等作用。护坦具有消能防冲作用。海漫的作用是进一步消除护坦出流的剩余动能、扩散水流、调整流速分布、防止河床受冲。下游防冲槽是海漫末端的防护设施避免冲刷向上游扩展。第三章水闸设计第一节闸孔型式和尺寸设计一、闸址选择选择闸址应考虑河势、河岸、地势、岸线、岸坡、淤积、材料来源、对外交通、施工导流、场地布置、基坑排水、施工水电供应、水闸建成后工程管理维修和防汛抢险等条件并应考虑下列要求:占用土地及拆迁房屋少尽量利用周围已有公路、航运、动力、通信等公用设施有利于绿化、净化、美化环境和生态环境保护有利于开展综合经营等等。本次设计决定拆出旧闸在原闸址上重建新水闸。二、闸孔型式的选择常用的闸孔形式有宽顶堰、低实用堰和胸墙孔口型三种。胸墙孔口型是水闸中常用的一种形式。当上游水位变幅较大过闸流量较小时常采用胸墙孔口型。可以减小闸门高度和启门力从而降低工作桥高和工程造价。本设计考虑要用上游最高设计水位为米相应的下游水深为米相差米的水位高度所以考虑闸门高度和启门力、工程造价、经济等问题采用胸墙孔口型。三、闸底板高程的确定底板高程与水闸承担的任务、泄流或引水流量、上下游水位、泥沙及河床地质条件等因素有关。本次工程设计由于无拦沙任务底板采用宽顶堰平底板高程以平原河床高程为宜(米)。四、拟定胸墙高程与闸门形式考虑闸门高度问题胸墙底部高程设计在米处底圆半径为米。闸门采用垂直升降式的平板闸门。五、确定闸孔尺寸闸门总净宽根据泄流特点、下游河床地质条件和安全泄流的要求结合闸孔孔径和孔数的选用经技术经济比较后确定。先判断水闸的出流形式再根据出流形式运用不同的计算公式求出闸孔总净宽。e故为孔流。本工程中,H根据版水利水电出版的《水工建筑物》中选取孔口出流计算示意图计算公式如下:QB,',,hgHe'h,'e,,,,,H',,h,,e,,,,,,H,,,,,,rhe式中:h,孔口高度(m)eμ,宽顶堰上孔流流量系数可按公式计算求得εˊ,垂直收缩系数可由公式计算求得Φ流速系数可取~rλ,计算系数可由公式计算求得该公式适用于,,范围。her胸墙底圆弧半径(m)”σˊ,宽顶堰上孔流淹没系数可由表,查得表中h为跃后水深c(m)。水闸的过闸水位差确定:根据上游淹没影响、允许的过闸单宽流量和水闸工程造价等因素综合比较确定。经计算得=m根据该工程的实际情况和水闸运用要求拟定单孔净宽m。B水闸的过水能力:与上下游水位、底板高程和闸孔总净宽等是相互关联的设计时需要通过对不同方案进行技术经济比较后最终确定。Q,,beg(H,h泄洪能力校核oz式中:h,淹没水深(m)z淹没出流的流量系数,mm经计算Q′=s>Q=s,所以取符合要求。b,mo第二节消能防冲设计水闸泄水时部分势能转为动能流速增大具有较强的冲刷能力而土质河床一般抗冲能力较低。因此为了保证水闸的安全运行必须采取适当的消能防冲措施。要设计好水闸的消能防冲措施应先了解过闸水流的特点进而采取妥善的防范措施。一、消能方式的选择平原地区的水闸由于水头低下游水位变幅大一般都采用底流式消能。先闸下跃后水深与下游水深相比较判别闸下水流衔接形式。根据《水力学》教材公式qEh,cg,hcv,EHg先假设一个得表hcg,hqEohcEo由表得=时符合要求按《水力学》闸孔出流公式计算hchV"cch,,cghch收缩水深(m)cV收缩断面流速(ms)c闸孔流速系数取,,σ淹没系数查《水闸设计规范》表As"h共轭水深(m)c"经计算得=m>h=m。说明下游将出现远离水跃需采取降低护坦htc消能措施。二、消力池深度计算消力池的深度是在某一给定的流量和相应的下游水深条件下确定的。设计时应当选取最不利情况对应的流量作为确定消力池深度的设计流量。要求水跃的起点位于消力池的上游端或斜坡段的坡脚附近。消力池计算示意图T,HdO,,hq''c,,h,,c,,ghc,,qhTh,,ccg,"dhhz,,,,,ctqq,,,,,z"ghgh,tcQq,b式中d消力池深度(m)σ水跃淹没系数σ=Q流量"跃后水深mhc水流动能校正系数,,,q过闸单宽流量(ms)式和式中q为过闸流量ms、式中q为消力池末端的单宽流量为ms。Δz出池落差(m)h出池河床水深t,闸流流速系数取b闸孔净宽b=m用式算法求先假设一个To试算d得下表Tohchc"ZdTo得当d=时符合要求。验算水跃淹没系数由《水力学》教材公式,'',,(dh,z)hsc得=符合在~范围要求。,三、消力池池长计算消力池池长按照《水闸设计规范》公式计算LLL,,sjsj"Lhh,,()jccL式中消力池长度(m)sjL消力池斜坡段水平投影长度(m)s水跃长度校正系数=,,L水跃长度(m)jL经计算消力池长度=msj四、构造要求消力池底板(即护坦)要求承受水流的冲击力、水流脉动压力和底部扬压力等作用应具有足够的重量、强度和抗冲耐磨的能力。护坦采用等厚便于施工。护坦厚度可根据抗冲要求计算按《水闸设计规范》公式计算'tkqH,,式中消力池底板始端厚度(m)t',H闸孔泄水时的上、下游水位差(m)消力池底板计算系数=kk经计算消力池底板厚为m由于地质条件等情况取m前后等厚。配筋:底板用C混凝土浇筑而成并按构造配置Фmm、~cm的构造钢筋。排水孔:为了降低护坦底部的渗透压力可在水平护坦的后半部设置排水孔孔下铺设反滤层排水孔孔径一般为cm间距m呈梅花形布置。分缝与止水:护坦与闸室、岸墙及翼墙之间以及其本身沿水流方向均应用缝分开以适应不均匀沉陷和温度变形。护坦自身的缝距取m靠近翼墙的消力池缝距应取得小一些。护坦在垂直水流方向通常不设缝以保证其稳定性缝宽cm。缝的位置如在闸基防渗范围内缝中应设止水设备但一般都铺贴沥青油毛毡。齿墙:为增强护坦的抗滑稳定性常在消力池的末端设置齿墙墙深为m,宽为m。五、海漫设计水流经过消力池虽已消除了大部分多余能量但仍留有一定的剩余动能特别是流速分布不均脉动仍较剧烈具有一定的冲刷能力。因此护坦后仍需设置海漫等防冲加固设施以使水流均匀扩散并将流速分布逐步调整到接近天然河道的水流形态。海漫布置示意图(一)海漫长度计算海漫的长度应根据可能出现的不利水位、流量组合情况进行计算。当,且消能扩散情况良好时《水闸设计规范》中海漫长度计算公式为q,~'s,HL,kq,H'pss式中L海漫长度(m)p,H'泄水时的上、下游水位差。m消力池末端单宽流量qs海漫长度计算系数本工程河床土质为淤泥质土因而取ks经计算取海漫的长度为m。采用干砌石海漫做m的水平段其顶面高程与护坦齐平后连:的斜坡。由粒径大于cm的块石砌成厚度为m下面铺设碎石、粗砂垫层厚cm。为了加大其抗冲能力每隔m设一浆砌石埂。六、防冲槽设计水流经过海漫后尽管多余能量得到了进一步消除流速分布接近河床水流的正常状态但在海漫末端仍有冲刷现象。为保证安全和节省工程量常在海漫末端设置防冲槽或采取其他加固措施。在海漫末端挖槽抛石预留足够的石块当水流冲刷河床形成冲坑时预留在槽内的石块沿斜坡陆续滚下铺在冲坑的上游斜坡上防止冲刷坑向上游扩展保护海漫安全。防冲槽构造图《水闸设计规范》中海漫末端河床冲刷深度计算公式为"q'"dh,,sV,,'式中海漫末端河床冲刷深度(m)d""q海漫末端单宽流量q=msV河床土质允许不冲流速本工程为ms,,计算结果为负数不符合构造要求所以参照已建水闸工程的实践经验防冲槽采用宽浅式的其深度t’’取m底宽b取倍的深度上游坡率m=,下游坡率m=。防冲槽的单宽抛石量V应满足护盖冲坑上游坡面的需要估算。第三节防渗排水设计水闸的防渗排水设计任务在于经济合理地拟定闸的地下(及两岸)轮廓线型式和尺寸以消除和减小渗流对水闸产生的不利影响防止闸基和两岸产生渗透破坏。防渗设计原则:高防低排。即在高水位侧采用铺盖、板桩、齿墙等防渗设施用以延长渗径减小渗透坡降和闸底板下的渗透压力在低水位侧设置排水设施如面层排水、排水孔或减压井与下游连通使地基渗水尽快排出以减水渗透压力并防止在渗流出口附近发生渗透变形。一、地下轮廓线长度该长度可按《水工建筑物》教材初步拟定。L,CHL式中表示闸基防渗长度即闸基轮廓线防渗部分水平段和垂直段长度的总和m允许渗径系数值本工程去C=CH上下游水位差m。经计算初拟防渗长度L,=m。二、防渗布置防渗设施是指构成地下轮廓的铺盖、板桩及齿墙而排水设施则是指铺设在护坦、浆砌石海漫底部或闸底板下游段起导渗作用的砂砾石层。排水常与反滤层结合使用。(一)闸底板的初拟设计底板高程与河床底齐平为m采用整体式底板长度根据上部结构要求(有交通桥等)拟定为m根据设计和地质要求底板厚度取闸孔净宽的倍设为m选用出C混凝土内置钢筋满足强度、抗渗及放冲要求(二)铺盖的设计采用浆砌块石铺盖总长度为上、下游最大水位差的倍取m厚m由粒径大于cm的块石和强度等级为M的水泥砂浆填筑而成每隔m设一浆砌石埂。与底板连接端设有止水带。(三)板桩的设计本水闸是以防洪、排涝及引水冲污的综合性水利工程所以在闸底板的上、下游端分别布置一板桩采用钢筋混凝土结构长m宽cm厚cm。(四)齿墙的设计为有利于闸底板的抗滑稳定并可延长渗径在闸底板的上、下游端都设齿墙深为m坡度:。(五)排水、止水为了减小作用于闸底板上的渗透压力在整个消力池底板下布设砂砾石排水其首部紧抵闸底板下游齿墙。闸底板与铺盖、铺盖与上游翼墙、上游翼墙与边墙之间的永久性缝中均设以铜片止水。闸底板与消力池、消力池与下游翼墙、下游翼墙与边墙之间的永久性分缝虽然没有防渗的要求但为了防止闸基土与墙后填土被水流带出缝中铺贴沥青油毛毡。防渗长度校核:闸底板长度铺盖长度板桩长度=m>L=m满足要求初三、防渗计算(采用改进阻力系数法进行渗流计算)(一)地下轮廓线简化将实际的地下轮廓线进行简化如图(二)确定地基有效深度根据钻探资料闸基透水层深度很大。故在渗流计算中必须取一有效深度代替实际深度。地下轮廓的水平投影长度L==m地下轮廓的垂直投影长度S=m,LS==>m《水工建筑物》中地基的有效深度计算公式为L当,,时,TLeS}LL当<时,T,eLSS式中土基上水闸的地基有效计算深度(m)Te地下轮廓的垂直投影长度(m)L地下轮廓的垂直投影长度(m)S故地基的有效深度Te=L=m(三)渗流区域的分段和阻力系数的计算过地下轮廓的角点、尖点将渗流区域分成五个典型段(I、V段为进出口段III段为内部垂直段IIIIV为内部水平段。)《水工建筑物》中计算各典型段的阻力系数公式为进、出口段:S,,,,,,T,,式中,进、出口段的阻力系数S板桩或齿墙的入土深度(m)T地基透水层深度(m)内部垂直段:,S,,,,lnctg,y,,,,T,,,,式中内部垂直段的阻力系数y水平段:LSS,,,xT,式中水平段的阻力系数xL水平段长度(m)SS、进、出口段板桩或齿墙的入土深度(m)经计算得:进口段阻力系数为ζ=铺盖水平段阻力系数为ζ=板桩垂直段阻力系数为ζ=底板水平段阻力系数为ζ=出口段阻力系数为ζ=四、计算渗透压力各段水头损失的计算情况各段水头损失的计算《水工建筑物》中计算各典型段的水头损失公式为n,,H,i,h,i,,Hii=m且=则n,,ii进口段h=m铺盖水平段h=m板桩垂直段h=m底板水平段h=m出口段h=m《水工建筑物》中进出口段水头损失修正系数的计算公式为,,,,,,TS,,,,,,,,,,TT,,,,,,,S式中底板埋深与板桩入土深度之和(m),T板桩另一侧地基透水层深度(m)T地基透水层深度(m))进出口段损失的修正进口段修正系数,',,应修正'h,,'hl进口段的水头损失修正量为=修正量应转移到相邻各段则h’=同样对出口段损失的修正进口段修正系数为,=<应修正出口段的水头损失修正为h'=修正量应转移到相邻各段则H'=)计算各角偶点的渗压水头:由上游进口段开始逐渐向下游从总水头m相继减去各分段水头损失值即可求得各角点的渗压水头值。H=mH=mH=mH=mH=mH=五、绘制渗压水头分布图六、计算渗流逸出坡降闸底板水平段的平均渗透坡降根据《水工建筑物》中公式计算'hmaxJ,xLx'式中h闸底板水平段的水头损失最大值(m)max闸底板水平段的长度(m)Lx因此J,,x本工程地基水平段允许坡降满足要求J,~x出口处的平均出逸坡降,根据《水工建筑物》中的公式计算'hmaxJ,,S'h式中出口段修正后的水头损失最大值(m)max,S闸底板埋深与板桩入土深度之和(m)因此J,,本工程地基出口段允许坡降满足要求J,~第四节闸室布置一、闸底板闸底板的布置在上一节防渗布置中以确定。二、闸墩上游墩头采用尖角型下游墩头采用流线型闸墩高程采用校核洪水位加超高米墩底长度与底板同长顶部为米采用混凝土结构厚m主门槽深m宽m检修门槽深m宽m检修门槽与工作门槽之间的间距为m。三、胸墙胸墙底高程为m。胸墙结构采用肋型板梁厚cm顶梁高cm中梁和竖梁同高位cm宽cm底梁由于与闸门接触要求有较大的刚度梁高cm宽cm为使过闸水流平顺墙的迎水面底缘为圆弧形。四、交通桥交通桥的为置布设在闸室下游其宽度为m采用板式结构。五、闸门与启闭机(一)闸门重量检修闸门作用用以临时挡水检修工作闸门时用。多采用叠梁式。平时不用时放置一旁。闸门槽深为cm宽为cm闸门形式如图。图叠梁式检修闸门工作闸门根据《水工设计手册》平面直升钢闸门结构部分重量公式初步估算闸门重量。G,kkHB支材式中G闸门结构活动部分重量t闸门行走支承结构特征系数。对于滚轮式支承kk,z支k材料系数。闸门材料为普通碳素结构钢时k,c材H孔口高度(m)H,mB孔口宽度(m)B,m经计算G=t(二)初估闸门启闭机的启门力和闭门力根据《水工设计手册》中的近似公式计算F,~PGQF,~P,GWF式中启门力(KN)Q闭门力(KN)FWP作用在闸门上总的水压力(KN)G闸门重量(KN)经计算得:F,KNF,KNQW查《水闸与启闭机》初选双吊点手摇电动两用卷扬式启闭机(上海重型机×其机自重KN。械厂产品)QPQ第五节水闸稳定计算水闸竣工时地基所受的压力最大沉降也较大。过大的沉降特别是不均匀沉降会使闸室倾斜影响水闸的正常运行。当地基承受的荷载过大超过其容许承载力时将使地基整体发生破坏。水闸在运用期间受水平推力的作用有可能沿地基面或深层滑动。因此必须分别验算水闸在不同工作情况下的稳定性。一、荷载与组合水闸承受的主要荷载:自重、水重、水平水压力、扬压力、浪压力、泥沙压力、土压力及地震荷载等。(一)闸室自重完建期的荷载主要包括闸底板重力G、闸墩重力G、闸门重力G、胸墙重力G、工作桥重力和启闭机设备重力G、公路桥重力G。计算结果如下表:完建情况下作用荷载和力矩计算表(对底板上游端B点求矩)力矩部位重力(KN)力臂(m)底板闸墩胸墙闸门启闭机公路桥合计(二)水重指底板以上水的重量计算公式上游水重:W,H(nb)L,下游水重:W,H(nb)L,式中n相邻两沉降缝之间的闸孔数b每一闸孔净宽mL、L上下游底板承受水重的长度mH、H上、下游底板的水深mr水重取KNm经计算:W=KNW=KN(三)水平水压力上游水平水压力:P,,HBP,(HH)SB,a式中H字底板止水算起的水深B相邻两沉降缝之间的闸室宽度mH底板a点的杨压力头maS止水片至底板a点的距离m经计算:P=KNP=KN下游水平水压力(闸底板下游端不设止水)P,,(Ht)B式中H下游的水深t底板的厚度m经计算:P=KN(四)扬压力扬压力包括浮力和渗透压力浮托力F=r(Ht)BL=KN渗透压力,=KNU,HBLa(五)浪压力《水闸设计规范》中平均波高计算公式为,,,,gD,,,,,,,,V,,ghgH,,,,mm,,,,,thth,,,,VV,,,,,,,,gHm,,,,th,,,,V,,,,,,,,式中平均波高(m)hmV计算风速(ms)D风区长度(m)H风区内的平均水深(m)mD已知V=ms=mH=m经计算平均波高h=m。mm《水闸设计规范》中平均波周期的计算公式为,,gTghmm,,,,,vV,,式中T平均波周期(s)mh平均波高(m)mV计算风速(ms)T经计算求得平均波周期=sm根据《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准(平原、滨海部分)》和广东省水利厅“粤水电总字号”文颁发的《广东省防洪(潮)标准和治涝标准(试行)中的有关规定本工程等别定为二等主要建筑物为二级次要建筑物为三级。hm查《水闸设计规范》表E得波列累积频率P=,查《水Hmhp闸设计规范》表E得,hm则h,mph相应于波列累积频率P的波高p由H=m=s查《水闸设计规范》表E得平均波长TL,mmm《水闸设计规范》中的波浪破碎的临界水深的计算公式,LhLmpmH,lnk,L,,hmp式中使波浪破碎的临界水深(m)HkL平均波长(m)m经计算使波浪破碎的临界水深H=mkLmH可见闸前水深=m〉H且H〉故为深水波。kP,,LhhLmpz,hH,ph,cthzLLmm式中P作用于水闸迎水面上的浪压力(KNm)Lh累积频率为P()的波高(m)Ph波浪中心超出计算水位的高度(m)zH使波浪破碎的临界水深(m)。K经计算:P=(KNm)L(六)风压力由设计基本数据可知设计风压力P=KNm作用于受风面积及作用风力臂计算()启闭机室A=*=my=m()闸墩水上部A=*=my=m()交通桥A=*=my=m设计水位下的风荷载W=()*=KN风对闸底板a点的力距M=(***)*=KMm风校核洪水位下荷载、力矩计算表(对B点求矩)荷载名称竖向力(KN)水平力(KN)力臂(m)力矩(knm)闸室自重上游水重下游水重上游水P压力P下游水压力P浮托力渗透压力波浪压力风压力合计WP风W交W胸W水W墩W门PLW水PPPW板Ba点W浮W渗二、地基承载力计算(一)完建期、闸室基底压力计算《水闸设计规范》中基底压力计算公式为Ge,,,maxP,,,,minAB,,MB,e,,G,max式中基底压力的最大值和最小值(KPa)Pmin偏心矩(m)eG作用在闸室上的全部竖向荷载(KN),M作用在闸室上的竖向和水平荷载对于闸底板上游角点处的力,矩和逆时针旋转为正顺时针旋转为负(KN)A闸室基础底面的面积()由表计算可得(偏上游)e,,,KPa上游端,,maxP,,,,,minKPa下游端,,、地基承载力验算已知P=Kpa《水工建筑物》地基承载力验算公式为P,PPmaxminP,,KPa,P,KPa故地基承载力不满足要求需要地基处理。、不均匀系数计算查《水工建筑物》表得松软地基上闸室基本荷载组合的容许值η=《水利水电工程专业毕业设计指南》中地基承载力不均匀性验算公式为:Pmax,,Pmin,,,,,,,,故基底压力不均匀系数满足要求。(二)设计洪水情况设计洪水情况下的闸室稳定及地基应力计算与完建期相似只不过计算中的荷载为相应的设计洪水情况下的荷载还应对闸室进行抗滑稳定分析。、闸室基底压力计算(偏下游)e,,,,KPa上游端,,maxP,,,,,minKPa下游端,,、地基承载力验算已知P=KpaP,,KPa,P,KPa故地基承载力不满足要求需要地基处理。、不均匀系数计算查《水工建筑物》表得松软地基上闸室基本荷载组合的容许值η=,,,,,,,,故基底压力不均匀系数满足要求。、闸室抗滑稳定分析查《水工建筑物》表得二级水闸特殊I组合的,,K,c《水工建筑物》中闸室沿基础底面的抗滑稳定计算公式为fG,K,cH,KK,,式中抗滑稳定安全系数要求Kccc基底与地基之间的摩擦系数。查《水工建筑物》表得fG作用在闸室的全部竖向荷载(KN),H作用在闸室的全部水平荷载(KN),由表计算可得,,K,,,K,cc故闸室抗滑稳定性不满足要求。第六节基础处理一、桩基设计水闸桩基础通常应采用摩擦型桩即桩顶荷载全部或主要由桩侧摩阻力承受。桩的根数和尺寸按照承担底板底面以上的全部荷载(包括竖向荷载和水平向荷载)确定不考虑桩间土的承载能力。在同一块底板下不应采用直径、长度相差过大的摩擦型桩也不应同时采用摩擦桩和端承型桩。(一)桩的水平承载力和根数的确定假设水闸传来的总水平荷载H由各桩平均承担每根桩承担的水平荷载应小于单桩的允许水平承载力T据此确定桩的数目N:H,,nT式中Σ作用于桩基上的总水平荷载KNHT每根桩承担的水平荷载KN。T值可根据桩的直径、单桩和群桩关系、地基条件等因素以控制允许的水平位移值为主要指标通过计算并参照已建类似工程资料确定。查《水闸》表选用m的桩径允许水平承载力取KN。则:取根n,,(二)桩的布置桩的平面布置应尽量使桩群的重心与底板以上各种荷载的合力作用点相接近以使每根桩上受力接近相等。桩在顺水流方向一般设一排等距布置在平面上呈梅花形。布置如图要求:预制桩的中心距不应小于倍桩径。即不小于m。群桩的边缘至底板的边缘的净距不得小于倍的桩径。即不小于m布置如下图满足布置要求。(三)桩长的确定可根据单桩承受的铅直荷载P和单桩允许铅直承载力Pa确定桩长。可先i假定桩长P由偏心受压公式确定而Pa可根据桩尖支承面的容许承载力及桩i周的容许摩擦力确定。根据《水闸》单桩的竖向荷载可按下式计算GMy,,xiP,,iNy,zi式中第i根桩承受的竖向荷载(KN)PiG作用在闸室的全部竖向荷载(KN),桩数Nz底板底面以上的全部荷载对桩群重心轴x的力矩(KNm)M,x第i根桩至群桩重心轴x的距离(m)。yi对于各种不同应用时期各桩所承受的荷载也各不一样现分别计算如下、完建期GH总垂直力:=KN总水平力:=KN,,对桩重心的力矩M=*=KNm,xMyG,xi,MyP(m)my()y基桩编号,xiiiiyN,iz合计、设计洪水位GH总垂直力:=KN总水平力:=KN,,M对桩重心的力矩=*=KNm,xMyG,xi,My(m)(KN)m()Pyy基桩编号,xiiiiyN,iz合计综合以上两种情况的计算成果列出各桩可能承受的最大垂直荷载见表基桩编号(KN)Pi根据单桩的容许竖向承载力计算桩长根据《水闸》中单桩的容许竖向承载力可按下式计算,,,,,,P,RAf,S,ajuii式中单桩容许竖向承载力(KN),,Pam,,R桩尖平面处土的容许承载力(KN)jmA桩的横断面面积()m第i根桩周土的容许摩擦力(KN),,fuim第i根桩周表面积()。Sid,A,,m桩的横截面面积:,,R,KNm(当桩入土深度>米时)j,,f号编土类土层厚度(m)m容许摩擦阻力(KN)ui淤泥质土淤泥细粉沙合计桩壁土的平均容许摩擦阻力,,f,,KNmui则,,P,(l)a,l根据上式使各桩可能承受的最大垂直荷载等于单桩的垂直容许承载力就可以求得各桩在可能最大垂直荷载作用下所需要的桩长l,Pi则,l各桩长度列表计算于下表基桩编号PiL桩的长度取米。l,第七节上下翼墙设计水闸与河岸或堤、坝等连接时必须设置联接建筑物。水闸多建在软土地基上由于基础压缩性大承载力低故沉陷量较大轻则影响使用重则危及水闸安全且由于水闸水头变幅大过闸水流往往消能不充分加上土基抗冲能力低所以下游冲刷较普遍此外闸基和两岸渗流对水闸的稳定不利容易引起渗透变形。本工程地基条件比较差为减小不均匀沉降总体采用护坡岸墙的结构形式其顶部高程与两岸土提齐平。护坡连接型式一、上游连接物上游连接建筑物采用圆弧式翼墙布置从边墩开始向上游用圆弧形的铅直翼墙与河岸连接圆弧半径为m其优点是水流条件好。闸墩段采用空箱式挡土墙尺寸如下图。上游段采用扶壁式挡土墙扶壁间距为m扶壁厚度为m底板用钢筋混凝土建造厚m直墙顶端厚度为m悬背段长度b为B。如图一)边墙的土压力计算(对于扶壁式或空箱式结构当墙后填土为沙性土且填土表面水平时主动土压力可按《水闸设计规范》公式:F,HK,tta式中作用在水闸挡土墙结构上的主动土压力(KNm)其作用点Fa(,,)距离墙底为墙高的处作用方向与水平成夹角m挡土墙结构墙后填土重度(KN)地下水位以下取浮重度,t挡土结构高度()Hmt,,t主动土压力系数KK,tan(,)aa挡土结构墙后填土的内摩擦角()=,,tt挡土结构墙背填土与铅直面的夹角()=,,,挡土结构墙后填土对墙背的外摩擦角()查表得墙背光滑排水不良时=()取=。,,,t,,则K,tan(,),aF,,KN,,扶壁式挡土墙的自重:G,,KN,,,,,,对挡土墙前趾取距竖向力(KN)水平力(KN)力矩(knm)荷载名称力臂(m)P主动土V压力PH扶壁式G挡土墙G自重G合计(二)边墙的稳定计算挡土墙在任何情况下须满足以下要求。、抗倾覆稳定性计算M稳定力矩之和r,,K,,,K倾覆力矩之和M一般要求至少为。边墙的抗倾覆安全系数K由上表得:K,,,,,K,满足抗倾覆稳定要求不发生倾覆。、抗滑稳定性计算fGAC抗滑力之和,K,,,,,K,cc滑动力之和H,查《水工建筑物》表得二级水闸基本组合的,,K,c基底与地基之间的摩擦系数查《水工建筑物》表得f由上表得:K,,,,,K,cc不满足抗滑稳定要求需要增加抗滑阻力如设计齿墙。、地基承载力验算Ge,,,maxP,,,,minAB,,MB,e,,G,由表计算可得e,,,KPa,,maxP,,,,,minKPa,,因:P,KPa,,,P,KPamax故地基承载力不满足要求需要地基处理如开挖回填人工质土等。二、下游连接物下游段采用铅直的扶壁式八字翼墙其扩散角采用直到消力池末端。当进入海漫后采用重力式挡土墙扭曲面与下游两岸连接尺寸如下图:附录:参考文献张世儒夏维城《水闸》水利电力出版社蔡正坤翟尔仁《闸门与启机》水力水电出版社徐永祺朱积庆《水利工程水力计算》水力电力出版社刘纯义熊宜福《水力学》中国水利出版社杨邦柱焦爱萍《水工建筑物》中国水利水电出版社华东水利学院《水闸设计》上海科学技术出版社华东水利学院《水力学》科学出版社谈松曦《水闸设计》水利水电出版社焦爱萍《水利水电工程专业毕业设计指南》黄河水利出版社水利部水利水电规划设计总院江苏省水利勘测设计研究院《水闸设计规范》SL实施指南中国水利水电出版社

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