毕业设计（论文）-一个小型水电站的设计

毕业 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 （ 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 ）-一个小型水电站的设计 长沙理工大学继续教育学院 目 录 1、工程概况 ----------------------------------------------------------------------------------- 3 1.1 工程概述 ----------------------------------------------------------------------------- 3 1.2 水文气象条件------------------------------------------------------------------------ 3 1.3 工程地质和水文地质条件 --------------------------------------------------------- 5 1.4 建筑材料及交通运输 --------------------------------------------------------------- 6 1.5 灌溉渠道设计成果 ------------------------------------------------------------------ 6 2、水闸等级划分和洪水标准 --------------------------------------------------------------- 7 2.1 工程等别划分------------------------------------------------------------------------ 7 2.2 建筑物级别划分 --------------------------------------------------------------------- 7 2.3 洪水标准 ----------------------------------------------------------------------------- 8 3、闸址选择 ----------------------------------------------------------------------------------- 9 4、水闸孔口尺寸的确定 ------------------------------------------------------------------- 11 4.1 闸孔型式选择---------------------------------------------------------------------- 11 4.2 底板型式 --------------------------------------------------------------------------- 11 4.3 闸底板顶面高程的确定 ---------------------------------------------------------- 11 4.4 闸门高度的确定 ------------------------------------------------------------------- 11 4.5 闸墩布置 --------------------------------------------------------------------------- 12 4.6 闸孔总净宽的计算 ---------------------------------------------------------------- 12 4.6.1 总净宽的试算 -------------------------------------------------------------- 12 4.6.2 泄洪能力的校核 ----------------------------------------------------------- 14 5、总体布置 --------------------------------------------------------------------------------- 15 5.1 枢纽布置 --------------------------------------------------------------------------- 15 5.2 闸室布置 --------------------------------------------------------------------------- 15 5.2.1 布置原则 -------------------------------------------------------------------- 15 5.2.2 闸顶高程确定 -------------------------------------------------------------- 15 5.2.3 底板布置 -------------------------------------------------------------------- 23 - 1 - 长沙理工大学继续教育学院 5.2.4 工作桥布置 ----------------------------------------------------------------- 25 5.2.5 交通桥布置 ----------------------------------------------------------------- 25 5.3 防渗排水布置 ---------------------------------------------------------------- 25 5.4 消能防冲布置---------------------------------------------------------------------- 26 5.5 两岸连接布置---------------------------------------------------------------------- 26 6、水力设计 --------------------------------------------------------------------------------- 27 6.1 水闸的消能防冲 ------------------------------------------------------------------- 27 6.1.1 消力池结构计算 ----------------------------------------------------------- 27 6.1.2 海漫的结构计算 ----------------------------------------------------------- 30 6.1.3 防冲槽 ----------------------------------------------------------------------- 31 6.2 闸门控制方式的拟定 ------------------------------------------------------------- 31 7、水闸的防渗设计 ------------------------------------------------------------------------ 33 7.1 设计任务 --------------------------------------------------------------------------- 33 7.2 闸基的防渗长度 ------------------------------------------------------------------- 33 7.3 渗流计算 --------------------------------------------------------------------------- 34 7.4 滤层设计 --------------------------------------------------------------------------- 38 8、闸室稳定验算 --------------------------------------------------------------------------- 41 8.1 分析受力情况---------------------------------------------------------------------- 41 8.2 闸室的稳定性及安全指标 ------------------------------------------------------- 43 8.3 稳定计算 --------------------------------------------------------------------------- 44 - 2 - 长沙理工大学继续教育学院 1、工程概况 1.1 工程概述 流沙河枢纽是流沙河上拟建的一座闸枢纽工程，位于沙县南部，距离市区 210km。流沙河全长139km，流域面积385km。 闸址上游25km处的流沙河上建有综合利用的东林水利枢纽，其总库容为1.4 333亿m,每年下泄水量4.94亿m,其中除工业用水1.8亿m外，其余全部可供灌溉，为满足两岸灌区取水的要求，拟建流沙河沙县水闸以抬高河道水位。东林与沙阳闸址之间，河道宽度一般在150300m之间，闸址处的河道宽250m，除沿河因洪水泛滥，地形起伏不平以外，其余大多地势平坦，南北向地面坡降为1/2500—1/3500，东西向为1/2000—1/4000。 闸址上游原有堤防，为了适应建闸后上游水位的太高，要求根据建闸后的上游水位加高堤防。 1.2 水文气象条件 (1)、经上游的东林水库调节后，沙阳闸址的不同频率洪峰流量见表1-1，洪水期一般为每年7—10月。 3 长沙理工大学继续教育学院 表1-1 流流沙河闸址不同频率洪峰流量 洪水 0.1% 0.33% 0.5% 1% 2% 5% 10% 25% 75% 频率 流量 2050 1766 1666 1500 1333 1100 933 666 96 3/s) (m (2)、闸址的水位流量关系如下图所示。 图1-1 流流沙河水闸闸址水位流量关系曲线 3(3)、经东林水库调蓄后，下泄水流含砂量很小，平均含砂量0.55kg/m。 (4)、非汛期重现期10年和15年的流量见表1-2。 表1-2 11-6月重现期10年和15年的洪水流量 流量 11月 12月 1月 2月 3月 4月 5月 6月 10年 306 363 170 110 180 286 300 360 15年 380 316 220 133 280 326 388 430 (5)、根据沙阳站60多年的观测资料，多年平均气温16.8?;8月份气温最高，月平均30.2?，1月份最低，月平均2.2?;最高气温达41.5?，最低气温-8?。 (6)、多年平均风速4.8m/s，汛期多年最大风速平均值为12m/s。 4 长沙理工大学继续教育学院 (7)、根据沙阳气象记录，日降雨量大于5mm的降雨天数见表1-3。 表1-3 各月日降雨量大于5mm的天数 月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 平均天数 3 3 4 5 6 6 9 8 8 4 3 2 最多天数 5 7 8 9 10 11 12 14 12 8 6 6 最少天数 0 1 2 2 2 3 5 4 3 2 1 0 1.3 工程地质和水文地质条件 (1)、闸址地质情况系属第四纪沉积岩，厚度较大，河床两岸滩地为粉质壤土，厚度15m，河床为砾粗砂，厚度17m，下部为粗砂层，厚度11m，基岩为花岗岩。 沿河一带地下水埋藏深度随地形变化，地下水面一般在地表下3m左右。 因土质透水性较大，地下水位变化受河道水位影响，丰水期河水补给地下水，地下水位增高;枯水期地下水补给河水，地下水位比较低。 (2)、地基土壤设计指标见表1-4。 表1-4 地基土壤设计指标 土类 粗砂 砾质粗砂 中砂 粉质壤土 指标 000,-- 内摩擦角 262818 ,3,3,5K-- 渗透系数(cm/s) 4.510，310，310， 空隙比e 0.56 0.58 -- 0.44 地基承载力 0.3 0.3 0.25 -- [σ](Mpa) 变形模量E(Mpa) 30 40 -- -- (3)、回填土可以采用砾质中砂、砾质粗砂、粗砂回填，其重度 3330r,15.7kN/mr,17.66kN/mr,19.62kN/m,,26m,1.75干湿饱、、，内摩擦角， c,0粘聚力。 5 长沙理工大学继续教育学院 (4)、混凝土与各种土壤的摩擦系数见表1-5。 表1-5 混凝土与各种土壤的摩擦系数 f粘土 中砂 粗砂 砾质粗砂 摩擦系数 混凝土 0.28 0.45 0.48 0.49 (5)、本地区地震烈度为6度。 1.4 建筑材料及交通运输 (1)、石料 闸址位于平原地区，山丘少，石料须从外地运来，离闸址20km的陈相山、高子岗两石料场可供应石料，其抗压强度为30Mpa左右，重度为25.5~27.47kN/m3左右，石料场距离公路约1km。 (2)、混凝土骨料 闸址下游2.5~4.0km的河滩砂砾石可作混凝土骨料。 (3)、土料 闸址上游1~2km有壤土，其物理力学性质参数与闸址的粉质壤土大体相当，数量月80万方。 (4)、其他水泥、钢材、木材须由外地购买。 (5)、有公路和铁路从闸址附近经过，交通便利。 (6)、闸上应修交通桥，以供农用车辆通过。 1.5 灌溉渠道设计成果 3 渠道渠底高程32.0m，最大引水流量:两个灌区引水流量均为8m/s,灌溉正常挡水位135.50m。 6 长沙理工大学继续教育学院 2、水闸等级划分和洪水标准 2.1 工程等别划分 水闸的等级划分是进行水闸设计的基本前提条件之一，大家可以根据自己条件查阅水闸设计规范或参考水工建筑物 教材 民兵爆破地雷教材pdf初中剪纸校本课程教材衍纸校本课程教材排球校本教材中国舞蹈家协会第四版四级教材 进行确定。流沙河水闸属于平原区的水闸，也可按表2-1进行确定。 表2-1平原区水闸枢纽工程分等指标 ? ? ? ? ? 工程等别 规模 大(1)型 大(2)型 中型 小(1)型 小(2)型 最大过闸流量 ?5000 5000-1000 1000-100 100-20 <20 (m3/s) 防护对象的重要性 特别重要 重要 中等 一般 -- 根据表1-1可以查的流流沙河闸址的最大过闸流量为2050m3/s，由此数据查表2-1可知流沙河水闸枢纽工程为?等大(2)型水利枢纽。 2.2 建筑物级别划分 水闸枢纽中的水工建筑物应根据其所属枢纽工程的等别、作用和重要性划分级别，其级别应按表2-2确定。 表2-2 水闸枢纽建筑物级别划分 永久性建筑物级别 工程等别 临时性建筑物级别 主要建筑物 次要建筑物 ? 1 3 4 ? 2 3 4 ? 3 4 5 ? 4 5 5 ? 5 5 - 由工程等别来确定建筑物的级别，因为流沙河水闸属于?等水利枢纽，所以根据表2-2可知水闸枢纽中永久建筑物为2级建筑物，次要建筑物为3级建筑 长沙理工大学继续教育学院 物，临时性建筑物为4级建筑物。 2.3 洪水标准 对于平原区的水闸，可根据水利部批准发布的规范SL-2001进行确定:平原区水闸的洪水标准应根据所在河流流域防洪规定的防洪任务，以近期防洪目标为主，并考虑远景发展要求，按表2-3所列标准综合分析确定。 表2-3平原区水闸洪水标准 水闸级别 1 2 3 4 5 设计 100-50 50-30 30-20 20-10 10 洪水重现期 (年) 校核 300-200 200-100 100-50 50-30 30-20 平原地区水闸闸下消能防冲的洪水标准应与该水闸的洪水标准一致，并应考虑泄放小于消能防冲设计洪水标准的流量时可能出现的不利情况。 根据水闸级别为2级，所以对应的洪水标准如下，设计情况下取50年一遇，校核情况下取100年一遇，根据表1-1和图1-1资料可以求出设计及校核所对应的洪水频率下相关的流量和上、下游水位，上游水位是在相对应下游水位基础上加上20cm ，所得结果如表2-4所示。 表2-4 流沙河水闸洪水标准及上、下游水位 计算工况 频率 流量(m3/s) 下游水位(m) 上游水位(m) 设计洪水 2% 1333 136.14 136.24 校核洪水 1% 1500 136.40 136.60 正常蓄水 --- --- 0 135.50 8 长沙理工大学继续教育学院 3、闸址选择 (1)、闸址应根据水闸的功能、特点和运用要求，综合考虑地形、地质、水流、潮汐、泥沙、冻土、冰清、施工、管理、周围环境等因素，经技术经济比较后选定。 (2)、闸址宜选在地形开阔、岸坡稳定、岩土坚实和地下水水位较低的特点。闸址宜优先选用地质条件良好的天然地基，避免采用人工处理地基。 (3)、节制闸或泄洪闸闸址宜选择在河道顺直、河势相对稳定的河段，经技术经济比较后也可选择在弯曲河段裁弯取直的新开河道上。 (4)、若在多支流汇合口下游河道上建闸，选定的闸址与汇合口之间宜有一定的距离。 (5)、若在平原河网地区交叉河口附近建闸，选定的闸址宜在距离交叉河口较远处。 (6)、若在铁路桥或?、?级公路桥附近建闸，选定的闸址与铁路桥或?、?级公路桥的距离不宜太近。 (7)、选择的闸址应考虑材料来源、对外交通、施工导流、场地布置、基坑排水、施工水电供应等条件。 (8)、选择闸址应考虑水闸建成后工程管理维修和防汛抢险等条件。 (9)、选择闸址还应考虑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。 本设计中流沙河水闸枢纽就是依据以上的规定选在合适的位置上，这里不再赘述。 长沙理工大学继续教育学院 4、水闸孔口尺寸的确定 4.1 闸孔型式选择 水闸设计规范中闸孔型式有开敞式和封闭式，无胸墙的开敞式水闸超载能力比较强，本闸址地处平原地带，正常情况下蓄水和泄洪能力要求较高，所以初拟闸孔型式为无胸墙的开敞式水闸。 4.2 底板型式 水闸设计规范中底板型式有宽顶堰和低实用堰两种，宽顶堰是水闸中常见的一种底板型式，它有利于泄洪、冲沙、排冰、通航、双向过水等，结构简单，施工方便，泄流能力比较稳定等优点;由于本设计中水闸采用无胸墙的开敞式闸孔，所以底板型式也应满足泄洪能力的要求，所以流沙河水闸的地板型式初步拟定为宽顶堰式。 4.3 闸底板顶面高程的确定 底板顶面高程与闸承担的任务、泄流或引水流量、上下游水位及河床地质条件等因素有关。在大、中型水闸中，由于闸室工程量占的比重较大，降低底板高程常常是有利的。因为流沙河水闸属于2级水利建筑物，所以初步拟定水闸的底板高程与河道底部高程一致。 4.4 闸门高度的确定 水闸设计规范中说明闸门结构的选择布置应根据其受力情况、控制运用要求、制作、运输、安装、维修条件等，结合闸室结构布置合理选定。 当永久缝设置在闸室底板上时，宜采用平面闸门，露顶式闸门顶部应在可能出现的最高挡水位以上有0.3-0.5m的超高。 所以根据规范中的说明初步拟定闸门为平板露顶闸门，闸门的高度为正常情况下的最高挡水位加上安全超高，初拟高度为5.5m。 长沙理工大学继续教育学院 4.5 闸墩布置 水闸设计规范中规定闸墩结构型式应根据闸室结构抗滑稳定性和闸墩纵向刚度要求确定，一般宜采用实体式。闸墩的外轮廓设计应满足过闸水流平顺、侧向收缩小、过流能力大的要求。上游墩头可采用半圆式，下游墩头宜采用矩形。闸墩厚度应根据闸孔孔径、受力条件、结构构造要求和施工 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 等确定。平面闸门闸墩门槽处最小厚度不宜小于0.4m，边墩比缝墩的一半要大点，闸墩厚度d可参考表5-4初步拟定。 表5-4 闸墩厚度d参考值 闸墩厚度d(m) 闸孔净宽b(m) 0 中墩 缝墩 小跨度(3-6) 0.5-1.0 2，0.4~2，0.6 中跨度(6-12) 0.8-1.4 2，0.6~2，0.8 大跨度(>12) 1.2-2.5 2，0.8~2，1.5 平面闸门闸墩厚度决定于工作门槽颈部的厚度和门槽深度。门槽颈部厚度的最小值为0.4m。工作门槽尺寸根据闸门的尺寸决定，一般工作门槽深为0.2~0.3m0.5~1.0m1.6~1.8，门槽宽度为，其宽深比一般为。检修门槽深约为0.15~0.20m0.15~0.30m，宽约。检修门槽至工作门槽的净距离不宜小于1.5m，以便检修操作。 综合上述规定，假设b为10m，取中墩厚度为1.2m，高为6m，因为闸室底0 板为分离式，所以不设置缝墩，边墩厚度为1.0m，高为6m。上游墩头采用半圆式，下游墩头采用流线形。工作门槽初拟深为0.3m，门槽宽度初拟为0.5m，检修门槽深初拟为0.2m，宽初拟为0.15m。 4.6 闸孔总净宽的计算 4.6.1 总净宽的试算 根据规划的设计流量及相应的上下游水位、初拟的底板高程和闸孔型式，计算闸孔总净宽。 结合本设计中水闸为无胸墙的开敞式，所以采用水闸设计规范中的堰流 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 12 长沙理工大学继续教育学院 来计算闸孔总净宽，计算公式如下所示: Q (4-1) B,032,,m2gH0 N，，,,1，,zb (4-2) ,,N 4,,bb00,, (4-3) ,,,,10.1711z,,b，db，d0z0z,, ,,4,,bb00,,10.1711 (4-4) ,,,,bdd,,zzbbbb，，，，,,000b22,, hh0.4ss (4-5) ,,2.31(1,)HH00式中 ——闸孔总净宽; B0 ——设计流量; Q ——计入行进流速水头的堰顶水头; H0 ——重力加速度。 g m ——堰流流量系数，可采用0.385; ——堰流侧收缩系数; , ——闸孔净宽(m); b0 ——上游河道一半水深处的宽度; bs N ——闸孔数; ——边闸孔侧收缩系数; ,b ——中闸墩厚度; dz ——中闸孔侧收缩系数; ,z ——边闸墩顺水流向边缘线至上游河道水边线之间的距离(m); bb 13 长沙理工大学继续教育学院 ——堰流淹没系数; , ——由堰顶算起的下游水深(m)。 hs 在计算闸孔总净宽的时候，首先要进行一系列的假设，例如开始时要对闸孔总净宽进行一次假设，最后再由算出的流量进行核对，如果满足设计流量要求，说明假设的总净宽是正确的，否则要进行重新假设计算。首先假设闸孔净宽为 bh,136.14,131.7,4.44(m)sb可算得为33.2m。， 行10m一个，分为17孔，这样 水头流速为1m/s，这样可得 22V10 ， H,，136.24,131.7,，136.24,131.7,4.5(m)02g2，9.81 计算步骤: 1、假设b为10m，分为11孔，这样可以初拟出闸孔总净宽为110m。 0 ,2、用公式(4-5)通过excel表格求得; ,b3、用公式(4-4)通过excel表格求得; ,z4、用公式(4-3)通过excel表格求得; ,5、用公式(4-2)通过excel表格求得; `6、用公式(4-1)通过excel表格求得。 B0 ```7、若和 B比较接近，则采用和 B的平均值作为闸孔总净宽，若BBB00000 `和B相差较大，则跳转到第1步重新假设计算，直到和B相差不大为止。 B000 。闸孔总净宽B经多次假设计算，结合施工方便确定最后闸孔净宽为12m0为204m。 4.6.2 泄洪能力的校核 由第4.6.1节计算，闸孔总净宽204m，单宽12m，闸墩中墩厚度1.2m，边墩厚度1m，在校核洪水情况下，上游水位136.60m，下游水位136.40m，经计算，此时水闸泄洪所对应的闸门总净宽120m，小于设计时候过闸的闸门总净宽，所以初拟闸门的总净宽为204m是合适的。 14 长沙理工大学继续教育学院 5、总体布置 5.1 枢纽布置 水闸的枢纽布置是闸室选定后一个十分重要的技术环节，关系到枢纽建成后能否安全运行和能否充分发挥预期的工程效益，本次毕业设计时引水渠等均已设计完成，故只需设计布置拦河节制闸，但该节制闸同时兼作泄洪闸。 5.2 闸室布置 5.2.1 布置原则 水闸闸室布置应根据水闸挡水、泄水条件和运行要求，结合考虑地形、地质等因素，做到结构安全可靠、布置紧凑合理、施工方便、运用灵活、经济美观。 闸室结构可根据泄流特点和运行要求，选用开敞式、胸墙式、涵洞式或双层式等结构型式。整个闸室结构的重心应尽可能与闸室底板中心相接近，且偏高水位一侧。 闸槛高程较高、挡水高度较小的水闸，可采用开敞式;泄洪闸或分洪闸宜采用开敞式;有排水、过木或通航要求的水闸，应采用开敞式。 闸槛高程较低、挡水高度较大的水闸，可采用胸墙式或涵洞式;挡水水位高于泄水运用水位，或闸上水位变幅较大，且有限制过闸单宽流量要求的水闸，也可采用胸墙式或涵洞式。 要求面层溢流和底层泄流的水闸，可采用双层式;软弱地基上的水闸，也可采用双层式。 5.2.2 闸顶高程确定 水闸闸顶高程应根据挡水和泄水两种运用情况确定。挡水时，闸顶高程不应低于水闸正常蓄水位(或最高挡水位)加波浪计算高度与相应安全超高值之和;泄水时，闸顶高程不应低于设计泄洪水位(或校核洪水位)与相应安全超高值之和。水闸安全超高下限值见表5-1。 表5-1 水闸安全超高下限值(m) 长沙理工大学继续教育学院 水闸级别 1 2 3 4、5 运用情况 正常蓄水位 0.7 0.5 0.4 0.3 挡水时 最高挡水位 0.5 0.4 0.3 0.2 设计洪水位 1.5 1.0 0.7 0.5 泄水时 校核洪水位 1.0 0.7 0.5 0.4 位于防洪(挡潮)堤上的水闸，其闸顶高程不得低于防洪(挡潮)堤堤顶高程。 闸顶高程的确定，还应考虑下列因素: ——软弱地基上闸基沉降的影响; ——多泥沙河流上、下游河道变化引起水位升高或降低的影响; ——防洪(挡潮)堤上水闸两侧堤顶可能加高的影响等。 所以根据以上信息，若要求的闸顶高程还需要求的水闸上游水面累积频率为1%时的波浪高度以及波浪中心线高出水面的高度。由于流沙河水闸地处平原地带，所以根据平原地区波浪的计算方法，所采用的公式为莆田试验站公式计算。所需要公式如下所示: ,,0.45,,gD,,,,0.00180.72,,，，,,v,,ghgH,,,,0mm,,,,,0.13th0.7th (5-1) ,,22,,0.7vv，，,,00,,,,,,gH，，m,,,,0.13th0.7,,2,,v,,0,,,,，，,, 0.5,,gTghmm,, (5-2) ,13.92,,vv0,0, 2gTH2,mm (5-3) Lth,mL2,m 对于H,0.5L的深水波，式子(5-3)还可简写成: mm 2gTm (5-4) L,m2, 16 长沙理工大学继续教育学院 2h,H2,p% (5-5) hcth,zLLmm 以上式子中所有字符代表意义如下: ——平均波高，m hm ——计算风速，m/s，在正常运用条件下，采用相应季节50年重现期的最v0 大风速，在非常运用条件下，采用相应洪水期多年平均最大风速; ——风区长度(有效吹程)，m;沿风向两侧水域较宽时，采用计算点至对D 岸的直线距离，当沿风向有局部缩窄处宽度B小于12倍计算波长时， 可采用5B，同时不小于计算点至对岸的直线距离; ——水域平均水深，m; Hm ——平均波周期，s; Tm 2——重力加速度，9.81m/s。 g ——平均波长，m; Lm ——累积频率p%的波高，m; hp% H——挡水建筑物迎水面前的水深，m; ——波浪中心线至计算水位的高度，m。 hz 根据水闸设计规范累计频率需根据水闸的级别加以确定，规范中根除确p% 定的表格如5-2所示: 表5-2 P值 水闸级别 1 2 3 4 5 P(%) 1 2 5 10 20 计算出的平均要进一步换算成实际的波高，这样才有实际参考价值，水闸设 计规范中给出了平均波高相对应的实际波高的表格，先摘录如表格5-3 17 长沙理工大学继续教育学院 表5-3 累积频率为P%的波高与平均波高的比值 P% hm Hm1 2 5 10 20 0.0 2.42 2.23 1.95 1.71 1.43 0.1 2.26 2.09 1.87 1.65 1.41 0.2 2.09 1.96 1.76 1.59 1.37 0.3 1.93 1.82 1.66 1.52 1.34 0.4 1.78 1.68 1.56 1.44 1.30 0.5 1.63 1.56 1.46 1.37 1.25 由于流沙河水闸是用来蓄水灌溉，所以在确定闸顶高程的时候只需要利用水闸规范《水闸设计规范SL265-2001》里面的莆田公式分别计算出正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位时所对应的闸顶高程，最后在三者中取大值作为闸顶的有效高程。下面就要开始对三者所对应的闸顶高程进行计算。 (1)、正常蓄水位时: 根据规范水闸的正常蓄水位时候的计算风速取汛期多年最大平均风速的1.5 v,1.5v0max倍，也就是，资料中给定的最大平均风速为12m/s，所以正常蓄水位 D,5，250,1250时的计算风速为18m/s。风区长度为闸址河宽的5倍，(m)， H,135.50,131.7,3.8m水域平均水深等于正常蓄水位与河底高程的差值及(m)根据莆田公式计算如下: ,,0.45,,gD,,,,0.00180.72,,，，,,v,,ghgH,,,,0mm,,,,,0.13th0.7th ,,22,,0.7vv，，,,00,,,,,,gH，，m,,,,0.13th0.7,,2,,v,,0,,,,，，,, 18 长沙理工大学继续教育学院 0.45,,9.81，1250,,,,0.0018,,0.72，，,,9.81h9.81，3.818,,,,m ,0.13th0.7th,,,,,,220.71818，，,,,,9.81，3.8,,,,，，0.13th0.7,,,,2,,18,,,,，，,, 0.47,0.479.81h2.72,2.72m,0.13，0.15， 0.47,0.473242.72，2.72 h,0.28mm 0.5,,gTghmm,, ,13.92,,vv00,, 0.59.81T9.81，0.28,,m ,13.9，,13.9，0.092,1.28,,21818,, T,2.35sm 平均波长需要进行试算，所以这里过程免去结果如下: L,8.56mm 由于流沙河水闸属于2级建筑物，所以对应的累计频率由表4-2查的为2。 根据表5-3由内插法可以求得波高与平均波高的比值为2.13，所以累计频率下 h,2.13，h,2.13，0.28,0.6m2%m的实际波高为 波浪中心线至计算水位的高度需根据公式5-5进行计算求得，求得结果如下 所示: 19 长沙理工大学继续教育学院 2,h,2Hp%h,cthzLLmm 23.14，0.62，3.14，3.8,，cth 8.568.56 ,0.13，cth2.79 2.79,2.792.72，2.72,0.13，,0.13m2.79,2.792.72,2.72 h2%-1查的水闸正常蓄水位时的安全超高为0.5m，由以上所求的的和由表5 hz可以确定出闸顶高程为135.5+0.5+0.6+0.13=136.73m。 (2)、设计洪水位时: 根据规范水闸的设计洪水位时候的计算风速取汛期多年最大平均风速的1.5 v,1.5v0max倍，也就是，资料中给定的最大平均风速为12m/s，所以设计洪水位 D,5，250,1250时的计算风速为18m/s。风区长度为闸址河宽的5倍，(m)，平均水深等于设计洪水位与河底高程的差值及(m)根H,136.24,131.7,4.54m 据莆田公式计算如下: ,,0.45,,gD,,,,0.00180.72,,，，,,v,,ghgH,,,,0mm,,,,,0.13th0.7th ,,22,,0.7vv，，,,00,,,,,,gH，，m,,,,0.13th0.7,,2,,v,,0,,,,，，,, 0.45,,9.81，1250,,,,0.0018,,0.72，，,,9.81h9.81，4.5418,,,,m,0.13th0.7th ,,,,,,220.71818，，,,,,9.81，4.54,,,,，，0.13th0.7,,,,2,,18,,,,，，,, 0.39,0.399.81h2.72,2.72m,0.13，0.18， 0.39,0.393242.72，2.72 h,0.29mm 20 长沙理工大学继续教育学院 0.5,,gTghmm,, ,13.92,,vv00,, 0.59.81T9.81，0.29,,m ,13.9，,1.3,,21818,, T,2.39sm 平均波长需要进行试算，所以这里过程免去结果如下: L,8.9mm 由于流沙河水闸属于2级建筑物，所以对应的累计频率由表5-2查的为2。根据表5-3由内插法可以求得波高与平均波高的比值为2.15，所以累计频率下 h,2.15，h,2.15，0.29,0.62m2%m的实际波高为 波浪中心线至计算水位的高度需根据公式5-5进行计算求得，求得结果如下所示: 2,h,2Hp%h,cthzLLmm 23.14，0.622，3.14，4.64,，cth 8.98.9 ,0.14，cth3.3 3.3,3.32.72，2.72,0.14，,0.14m3.3,3.32.72,2.72 h2%由表5-1查的水闸设计洪水位时的安全超高为1.0m，由以上所求的的和hz可以确定出闸顶高程为136.24+1.0+0.62+0.14=138m。 (3)、校核洪水位时: 根据规范水闸的校核洪水位时候的计算风速取汛期多年最大平均风速，也就v,v0max是，资料中给定的最大平均风速为12m/s，所以校核洪水位时的计算风 D,5，250,1250速为12m/s。风区长度为闸址河宽的5倍，(m)，水域平均水 21 长沙理工大学继续教育学院 H,136.60,131.7,4.9m深等于正常蓄水位与河底高程的差值及(m)，根据莆田 公式计算如下: ,,0.45,,gD,,,,0.00180.72,,，，,,v,,ghgH,,,,0mm,,,,,0.13th0.7th ,,22,,0.7vv，，,,00,,,,,,gH，，m,,,,0.13th0.7,,2,,v,,0,,,,，，,, ,0.45,9.811250，,,,,0.0018,,0.72，，,,9.81h9.814.9，12,,,,m0.13th0.7th, ,,,,,,220.71212，，,,,,9.81，4.9,,,,，，0.13th0.7,,,,2,,12,,,,，，,, 0.32,0.329.81h2.72,2.72m,0.13，0.31， 0.32,0.321442.72，2.72 h,0.18mm 0.5,,gTghmm,, ,13.92,,vv0,0, 0.59.81T9.81，0.18,,m ,13.9，,1.54,,21212,, T,1.88sm 平均波长需要进行试算，所以这里过程免去结果如下: L,5.52mm 由于流沙河水闸属于2级建筑物，所以对应的累计频率由表5-2查的为2。 根据表5-3由内插法可以求得波高与平均波高的比值为2.18，所以累计频率下 h,2.18，h,2.18，0.18,0.39m2%m的实际波高为 22 长沙理工大学继续教育学院 波浪中心线至计算水位的高度需根据公式5-5进行计算求得，求得结果如下所示: 2,h,2Hp%h,cthzLLmm 23.14，0.392，3.14，4.9,，cth 5.525.52 ,0.09，cth5.57 5.57,5.572.72，2.72,0.09，,0.09m5.57,5.572.72,2.72 h2%由表5-1查的水闸校核洪水位时的安全超高为0.7m，由以上所求的的和hz可以确定出闸顶高程为136.60+0.7+0.39+0.09=137.78m。 综合以上三种计算结果，取设计时候的闸顶高程为最终计算结果，所以初拟闸顶高程为138m。 5.2.3 底板布置 按闸墩和底板的连接方式，闸底板可分为整体式和分离式两种。 所谓整体式及当闸墩与底板浇筑成整体时，即为整体式底板。它的优点是闸孔两侧闸墩之间不会产生过大的不均匀沉降，适合于地基承载力较差的土基。整体式底板具有将结构自重和水压力等荷载传给地基及防冲、防渗的作用，故底板较厚。 所谓分离式底板，当闸墩与底板设缝分开时，即为分离式底板。闸室上部结构的自重和水压力直接由闸墩传给地基，底板仅有防冲、防渗和稳定的要求，其厚度可根据自身稳定的要求确定。分离式底板一般适用于地基条件较好的砂土或岩石地基。由于地板较薄，所以工程量较整体式底板节省。涵洞式水闸不宜采用分离式底板。 根据规范底板顺水流方向的长度可以闸室整体抗滑稳定和地基允许承载力为原则，同时满足上部结构布置要求。水头愈大，地基条件愈差，则底板愈长。初步拟定时，对于砂砾石地基可取(1.5-2.0)H(H为上、下游最大水头差);砂土和砂壤土地基，取(2.0-2.5)H;黏壤土地基，取(2.0-3.0)H;黏土地基，取(2.5-3.5)H。 23 长沙理工大学继续教育学院 底板的厚度必须满足强度和刚度的要求，大中型水闸可取闸孔净宽的1/6-1/8，一般为1.0-2.0m，最薄不小于0.7m，实际工程中有0.3m厚小型水闸。底板内配置钢筋，但最大配筋率不宜超过0.3%，否则就不经济。底板混凝土还应满足强度、抗渗、抗冲等要求，一般选用C15或C20。 根据以上规定结合本资料给定的工程地质情况，可以了解不经到河床为粗砾砂，厚度为17m，下部为粗砂层，厚度11m，基岩为花岗岩。从这些信息可以得知闸址地基良好，所以初拟采用分离式底板，底板顺水流方向的长度按照规范中 ，及7.6m。闸底板厚度按照规范取1.5m。 取2.0H 24 长沙理工大学继续教育学院 5.2.4 工作桥布置 水闸设计规范中规定初步拟定桥高时候，平面闸门可取门高的两倍再加上1.0~1.5m的超高值，并满足闸门能从闸门槽中取出检修的要求;因为闸门已经初拟高度为5.5m，所以初拟工作桥的高度为12.2m，工作桥桥面宽为2.5m，厚度为0.2m。工作桥底部有4根梁，梁高为0.5m，梁宽为0.3m，材料为钢筋混凝土。 5.2.5 交通桥布置 建造水闸时，应考虑两侧的交通，以满足汽车、拖拉机和行人通过的要求。交通桥一般布置在低水位侧，桥面宽视两岸交通及防汛抢险要求确定。初步拟定交通桥桥面宽度为3.5m，厚度为0.3m，桥面底部为3根受力梁，梁高为0.7m，梁宽为0.5m。材料为钢筋混凝土。 5.3 防渗排水布置 水闸防渗排水布置应根据闸基地质条件和水闸上、下游水位差等因素，结合闸室、消能防冲和两岸连接布置进行综合分析确定。 闸室上游设置钢筋混凝土铺盖，铺盖长度为上游水头的3倍，及10m,厚度为0.5m，在与闸底板连接处设置厚度为1m。 规范中说明,当闸基为较薄的砂性土层或砂砾石层，其下卧层为较厚的相对不透水层时，闸室底板上游端宜设置截水槽或防渗墙，闸室下游渗流出口处应设滤层。截水槽或防渗墙嵌入相对不透水层深度不应小于1.0m。当闸基砂砾石层较厚时，闸室上游可采用铺盖和悬挂式防渗墙相结合的布置形式，闸室下游渗流出口处应设滤层。当闸基为较大的砂砾石层或粗砾夹卵石层时，闸室底板上游端宜设置深齿墙或深防渗墙，闸室下游渗流出口处应设滤层。 本设计资料中给出闸址地质情况系属第四季沉积岩，厚度较大，河床两岸滩地为粉质壤土，厚度15m，河床为砾粗砂，厚度为17m，下部为粗砂层，厚度11m，基岩为花岗岩。符合规范中说明的情况，所以依据规范流沙河水闸上游设置钢筋混凝土板桩，厚度为0.15m，宽度为0.5m,长度为4m。下游设置齿墙，深度为1m。 关于排水设置，根据水闸设计规范，只在下游护坦上设置排水减压井。排水 井的孔径为0.1m，间距为1m,初步设置为10排，呈梅花形布置。 5.4 消能防冲布置 水闸的消能防冲布置应根据闸基地质情况、水力条件以及闸门控制运用方式等因素，进行综合分析确定。 水闸的消能方式一般为底流式消能，平原地区的水闸，水头低，下游河床抗冲能力差，所以不采用挑流式消能，大部分采用底流式消能。 所以结合资料给定的信息，流沙河水闸也采用底流式消能，所需设施为消力池、海漫和防冲槽等。 5.5 两岸连接布置 水闸的两岸连接应能保证岸坡稳定，改善水闸进、出水流条件，提高泄流能力和消能防冲效果，满足侧向防渗需要，减轻闸室底板边荷载影响，且有利于环境绿化等。两岸连接主要考虑上、下游翼墙的确定，上游翼墙采用圆弧式结构， :这样有利于引进水流。下游采用直线式，且每侧扩散角为，这样有利于分散过5 闸水流使水流速度减缓，保护下游岸坡。 26 长沙理工大学继续教育学院 6、水力设计 6.1 水闸的消能防冲 6.1.1 消力池结构计算 (1)、池深的计算 消力池的计算可按照水闸设计规范中的公式计算，现把计算公式罗列如下: "' (6-1) d,,h,h,,Zcs0 0.252,,,,hb8aqc"1,,,, (6-2) h,1，,1c3,,,,2bghc,,2,, ' (6-3) h,,ec 2，，q11,,，, (6-4) ,,z22'"g2,，，，，,,h,h'sc，，式中 —— 消力池深度(m); d —— 水跃淹没系数，可采用1.051; ,0 " —— 跃后水深(m); hc —— 收缩水深(m); hc —— 水流动能校正系数，可采用; a1.0~1.05 ' —— 闸门垂直收缩系数，可按表6-1查的; , —— 闸门开启度(m); e 2 —— 单宽流量(); qm/s —— 重力加速度; g —— 收缩水深断面宽度(m); b1 —— 跃后水深断面宽度(m); b2 ' —— 下游水深(m); hs —— 跃后水深与下游水位的落差(m); ,Z —— 消力池出口的流速系数，一般取0.95。 ,' 表6-1 平板闸门垂直收缩系数 e0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 H '0.615 0.618 0.620 0.622 0.625 0.628 0.630 , e0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 H '0.638 0.645 0.650 0.660 0.675 0.690 0.705 , 消力池深度计算时，首先应找出计算工况，本例中设计洪水和校核洪水都是淹没出流，不需要设置消力池，只有在正常蓄水情况下，才会出现跃后水深大于下游水深的情况，因此，正常蓄水情况为水闸消力池计算的最不利工况。 计算步骤: 1、假定一个闸门开启数和闸门开度，然后查表6-1确定垂直收缩系数; 2、根据式6-3计算收缩水深; 3、根据式6-2计算跃后水深; 4、根据式6-4计算水位差; 5、根据式6-1计算消力池深。 计算结果如表6-2所示: 28 表6-2 消力池深计算表 收缩跃后下泄流量单宽流量下游水位差消力水深水深水跃计算工况 水深池深32(m/s)(m/s),z类型 "(m) q Qhh(m) (m) cc(m) (m) 开度远离31.1 2.59 0.3 0.31 1.95 1.65 1.75 0.5m 式 开度远离62.14 5.18 0.8 0.623 2.67 1.87 2 1m 式 开 开度远离一 93.2 7。77 1.0 0.94 3.18 2.18 2.3 1.5m 式 孔 开度远离124.27 10.36 1.1 1.294 3.52 2.42 2.6 2m 式 开度远离155.34 12.95 1.4 1.695 3.73 2.33 2.5 2.5m 式 开 开度远离两 310.68 12.95 2.5 1.695 3.73 1.23 1.4 2.5m 式 孔 开 开度远离三 466.02 12.95 2.8 1.695 3.73 0.93 1.1 2.5m 式 孔 开 开度远离四 621.36 12.95 3 1.695 3.73 0.73 0.9 2.5m 式 孔 开 开度远离五 776.7 12.95 3.5 1.695 3.73 0.23 0.4 2.5m 式 孔 开 开度淹没六 932.04 12.95 3.8 1.695 3.73 -- -- 2.5m 式 孔 ,为了满足要求初拟消力池深度为2.6m，经校核等于1.08，满足消力池设 计深度的要求，护坦厚度初拟为1m。 (2)、池长计算 根据水闸设计规范中的设计要求进行消力池池长的计算，计算公式如下所 示: (6-5) L,L，,Lsjsj "L,6.9(h,h) (6-6) jcc 式中 —— 消力池长度，m; Lsj 29 —— 消力池斜坡段水平投影长度，m; Ls —— 水跃长度校正系数，可采用; ,0.7~0.8 —— 水跃长度，m。 Lj 根据上面求得结果，结合跃后水深和收缩水深，结合池长计算公式，可以求得消力池长度，斜坡段的坡度初拟为1:3，取0.8。 , L,6.9，(3.73,1.695),14(m)j L,2.6，3,7.8(m)s L,7.8，0.8，14,19(m)sj 6.1.2 海漫的结构计算 水流经过消力池消能后，仍有较大的剩余动能，紊乱现象也很剧烈，特别是流速分布不均匀，底部流速较大，具有一定的冲刷能力，故在消力池后仍需采用消能防冲加固措施，如海漫和防冲槽。 海漫的作用是进一步消减水流余能，并调整流速分布，保护护坦和河床的安全，防止冲刷。 (1)、海漫的长度 海漫的长度取决于消力池出口的单宽流量、上下游水位差、地质条件、尾水深度及海漫本身的粗糙程度等因素。根据可能出现的最不利水位流量组合，可用规范中公式进行估算: (6-5) L,Kq,Hpss 式中 —— 海漫的长度(m); Lp —— 海漫长度计算系数，可由表6-2查得; Ks 2 —— 消力池末端单宽流量，; qm/ss ,H ——消力池泄水时的上下游水位差，m。 30 表6-2 值 Ks 河床土质 粗砂、细砂 中砂、粗砂、粉粉质黏土 坚硬黏土 质壤土 13~149~107~811~12 K s 资料中闸址的地方多为粗砂和细砂，所以初拟为14， Ks 计算海漫长度时候也要找出最不利工况下的情况，所以当中间闸门开度最大 2的时候为最不利工况，此时单宽流量为12.95，上下游水位差为2.4m,所以m/s 海漫长度根据公式6-5计算如下: L,14，12.95，2.4,63(m)p 海漫水平段初拟为10m，水平段后为1:50的斜坡，这样斜坡长度为54m。这样可以便于水流均匀扩散，加快流速分布，增加水深，减小流速，保护河床不受冲刷。海漫采用浆砌石材料建造。 6.1.3 防冲槽 水流经过海漫后，能量得到进一步消除，但仍具有一定的冲刷能力，下游河床还可能被冲刷，为了保护海漫，常在海漫末端挖槽抛石加固，形成一道防冲槽，当河床冲刷都最大深度时，海漫仍不被破坏，初步拟定防冲槽的深度为1.5m。 6.2 闸门控制方式的拟定 闸门的控制运用应根据水闸的水力设计或水工模型试验成果，规定闸门的启闭顺序和开度，避免产生集中水流或折冲水流等不良流态。闸门的控制运用方式应满足下列要求: 1、闸孔泄水时，保证在任何情况下水跃均完整地发生在消力池内。 2、闸门尽量同时均匀分级启闭。如不能全部同时启闭，可由中间孔向两侧分段、分区或隔孔对称启闭，关闭时与上述顺序相反。 3、严格控制始流条件下的闸门开度，避免闸门停留在振动较大的开度区泄水。 4、关闭或减小闸门开度时，避免闸门下游河道水位降落过快。 31 长沙理工大学继续教育学院 7、水闸的防渗设计 7.1 设计任务 水闸的防渗排水设计的任务是经济合理地拟定地下轮廓线的型式和尺寸，采取必要和可靠的防渗排水措施，以消除和减小渗流对水闸的不利影响，保证闸室的抗滑稳定、闸基和两岸的渗透稳定。 水闸防渗设计的一般步骤: (1)、根据水闸作用水头的大小、地基地质条件和下游排水情况，初步拟定地下轮廓线。 (2)、进行渗流分析，计算闸底板渗透压力，并验算地基土的渗透稳定性。 (3)、若抗滑稳定和渗透稳定均满足要求，即可采用初拟的地下轮廓线，否则，应重新修改地下轮廓线。 7.2 闸基的防渗长度 在工程规划和可行性研究阶段，初步拟定的闸基防渗长度应满足下式要求: (7-1) L,C，,H 式中 L—— 闸基的防渗长度，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，见表7-1; C ,H—— 上下游水位差，m。 表7-1 允许渗径系数值C 地 粉 细 中 粗 中 粗 轻 轻 壤 黏 基 砂 砂 砂 砂 砾 砾 粉 砂 土 土 类 和 和 质 壤 型 细 夹 砂 土 排 砾 卵 壤 水 石 土 条 件 有滤9~137~95~74~53~42.5~37~115~93~52~3 层 无滤-- -- -- -- -- -- -- -- 4~73~4层 根据资料中闸基地质为粗砾，所以选取C为3，在正常挡水时候，下游没水，此时闸基处于最不利工况，所以此时的初拟防渗长度经公式7-1所得: L,3，3.8,11.4(m) 7.3 渗流计算 闸基渗流计算的目的是计算闸底板及护坦的渗透压力和渗透坡降，并判定初拟地下轮廓线是否满足抗滑稳定和渗透稳定的要求。否则，地下轮廓线要重新修改。常用的计算方法有流网法、直线法、改进阻力系数法、有限元法和电拟试验法。这里采用改进阻力系数法进行渗流计算。 计算步骤: (1)、确定地基计算深度。在相对不透水层较深时，须用有效深度作为计Te算深度。 Tc 5LLL000T,当时，(7-2)，当时，(7-3)。 T,0.5L,5,5ee0LSS0001.6，2S0 式中 L—— 地下轮廓线水平投影长度，m; 0 34 —— 地下轮廓线垂直投影长度，m。 S0 算出有效深度后，再与相对不透水层的实际深度相比较，应取其中较小的Te 值作为计算深度。 (2)、按地下轮廓线形状将渗流区分成若干个典型渗流区域，计算各段的水 头损失和各拐点的渗压水头。所用公式如下: 1、进出口段 32S,, (7-4) ,,1.5，0.441,,0T,, 2、内部垂直段 ，，S2,,, (7-5) ,,lncot1,,,y,,T4,,,，， 3、内部水平段 LSS，，,0.7，12 (7-6) ,,xT 式中 —— 进出口段的阻力系数; ,0 —— 板桩或齿墙的入土深度，m; S —— 地基透水层深度，m; T —— 内部垂直段的阻力系数; ,y —— 内部水平段的阻力系数，当小于0时，取; ,,,,0yxx L—— 内部水平段长度，m; —— 水平两端板桩或齿墙的入土深度，m。 S、S12 (3)、用直线连接相邻拐点的渗压水头，即画出了渗透压强分布图。 (4)、对进出口段水头损失进行局部修正。一般情况下，仅在未修正前 进出口渗透坡降不满足时才进行修正。 流沙河水闸渗流计算图7-1如下: 35 图7-1 渗流计算简图 135.5m 107.6 131.7m131.2m23 1658130.7m 7 129.2m 4126.2m 第一步:简化地下轮廓线。 为了便于计算将复杂的地下轮廓线进行简化，由于铺盖头部及底板上下游两 端的齿墙均较浅，可以简化为板桩。 第二步:确定地基的有效深度。 L,10，7.6,17.6(m)S,5.5(m)00由地下轮廓线简化图7-1可知，，。 5，17.6T,,12.36(m)eLS,3.2,5001.6，3.2，2，所以。 第三步:渗流区域的分段和阻力系数的计算。 从各拐点引等势线，将渗流区域分为8个典型段，?、?为进出口段，?、 ?、?、?为内部垂直段，?、?为内部水平段。 32S,, ( ,,1.5，0.441,0.476S,1m,T,12.36m),,1T,, ，，2S,,, 2.76 () S,0.5m,T,11.86,lncot1,,,,,2,,4T,,,，， L,0.7(S，S)12() ,,,0.52S,0.5m,S,5m,L,10m,T,11.86m123T 36 ，，2S,,, () S,5m,T,11.86m,lncot1,,3.1,,,4,,4T,,,，， ，，2S,,, () S,4m,T,10.86m,lncot1,,3,,,5,,4T,,,，， L,0.7(S，S)12() S,1m,S,1m,L,7.6m,T,10.86m,,,0.57126T ，，2S,,, () S,1m,T,10.86m,lncot1,,2.8,,,7,,4T,,,，， 32S,, () ,,1.5，0.441,0.48S,1m,T,10.86m,,8T,, 8 13.7 ,,,,,ii,1 第四步:计算渗透压力。 1、各段水头损失的计算。 ,H,h, ii8 ,,ii,1 0.13; 0.77; 0.14; 0.86; 0.83; h,h,h,h,h,135240.16; 0.78; 0.13 h,h,h,678 2、进出口水头损失的修正。 进出口损失的修正系数: 10.66<1.0 ,,1.21,,12''，，,,,,TS,,,,,,12，2，0.059,,,,TT,,,,,,，， ''() S,1m,T,11.86m,T,12.36m '0.09 h,,h,111 进口: 0.04 ,h, '0.81 h,h，,h,22 出口段修正系数: 37 10.73<1.0 ,,1.21,,22''，，,,,,TS,,,,,,12，2，0.059,,,,TT,,,,,,，， ''() S,1m,T,10.86m,T,10.86m '0.09 h,,h,828 '0.82 h,h，,h,77 3、计算拐点的渗压水头。 ''3.71 H,,H,h,11 '''2.9 H,H,h,212 ''''''2.76; 1.9; 1.07; 0.91; 0.13; 0 H,H,H,H,H,H,356784 4、底板单宽渗透压力。 1''14.85() ，，U,H，H，15，1,t/m1562 5、计算渗透坡降。 h0.166 J,,,0.02xL7.6x 'h0.098 J,,,0.09出口S1 7.4 滤层设计 目的是将闸基的渗水有计划地排到下游，减小闸底板的渗透压力，增加闸室 的抗滑稳定性，并能防止出口发生渗透破坏。滤层设置在有排水孔的消力池和浆 3砌石海漫的底部平铺反滤层，即在开挖好的地基上平铺1层300的土工布，g/m土工布上平铺直径的卵石、砾石或碎石，如图7-2所示: 1~2cm、厚15~30cm 38 图7-2 反滤层 0.2m0.3m0.25m 0.15m 卵石d=1~2cm 砂砾石 粗砂 中细砂 39 长沙理工大学继续教育学院 8、闸室稳定验算 8.1 分析受力情况 水闸受力情况比较复杂，这里只能考虑影响比较大的力的情况下闸室的稳定 情况，为了计算方便，取一个闸室做为分析的对象，因为初拟设计扥时候，闸室 底板是分离式底板，所以一个中墩的中间部分到另外一个中墩的中间 部分的闸室做为研究对象。闸室所受力的分析图如图8-1所示。 图8-1 水闸受力图 G1 G2 G3G4 w1G5H P1 P2 G F 式中 —— 启闭机重量KN; G1 —— 工作桥重量KN; G2 G—— 单元闸室重量KN; 3 —— 交通桥重量KN; G4 —— 闸门重量KN; G5 —— 闸室底板重量KN; G —— 上游水深m; H —— 扬压力KN; F —— 铺盖上部静水压力KN; P1 —— 铺盖下部静水压力KN; P2 —— 上游闸室内水对底板压力KN。 W1 F受力如图8-2所示: 图8-2 扬压力分布图 53427 1680 37.24KN 在计算闸室稳定的时候，最主要是找最不利工况下的情况，所以当闸室在正常蓄水的时候，下游没水，上游有水，这时候上游水压力全部作用在闸室上，这时候闸室所受的水平推力最大，也是闸室最危险的时候，如果这个时候验证闸室处于稳定状况下，那就说明水闸的初步设计是合乎要求的。经过初步计算得出闸室所受到的力的大小如表8-1所示: 42 表8-1 闸室受力表 力的名称 力的大小KN 力的方向 距底板形心点距离m 245 垂直向下 0.95 G1 启闭机重 363 垂直向下 0.95 G2工作桥重 1581 垂直向下 0.95 G3闸室自重 693 垂直向下 2.05 G4交通桥重 294 垂直向下 0.95 G5闸门重 50 垂直向下 3.3 W1上游闸室水重 71 水平向右 1.3 P1静水压力 37 水平向右 0.3 P2静水压力 1188 1.3 F垂直向上 扬压力 8.2 闸室的稳定性及安全指标 1、在各种计算情况下，闸室平均基底压力不大于地基的容许承受力，最大 基底压力不大于地基允许承载力的1.2倍。 2、闸室基底面的最大值与最小值之比不大于表8-2规定的允许值。 3、沿闸室基底面的抗滑稳定系数不小于表8-3规定的允许值。 表8-2 的容许值 , 地基土质 荷载组合 基本 特殊 松软 1.5 2.0 中等坚硬、紧密 2.0 2.5 坚硬、紧密 2.5 3.0 43 的允许值 表8-3 Kc 水 闸 级 别 荷载组合 ? ? ? ?、? 基本组合 1.35 1.30 1.25 1.20 1 1.20 1.15 1.10 1.05 特殊组合 2 1.10 1.05 1.05 1.00 8.3 稳定计算 1、验算闸室基底压力 对于结构布置及受力情况对称的闸孔，如多孔水闸的中间孔或左右对称的单孔闸，按式8-1计算基底最大和最小压应力。 ,W6,Mmax,, (8-1) ,minAAB 式中 —— 铅直荷载的总和，KN; ,W 2 A—— 闸室基底面的面积，; m —— 作用在闸室的全部荷载对基底面垂直水流流向形心轴的,M 力矩，KN?m; B—— 闸室底板顺水流方向的长度，m。 ,max 经验算求得，因为闸室属于中等坚硬、紧密的地质，表8-2,1.5,min 中规定的容许值为2.0，所以基地压力满足设计要求。 2 、验算闸室的抗滑稳定 水闸沿地基面的抗滑稳定应按公式8-2进行计算。 f,WK, (8-2) c,P 式中 W —— 作用在闸室上全部竖向荷载的总和，KN; P —— 作用在闸室上全部水平向荷载的总和，KN; —— 底板与地基土间的摩擦系数，可参考表8-4查的; f 44 表8-4 底板与地基土间的摩擦系数 f f地 基 类 型 软弱 0.20~0.25 黏土 中等坚硬 0.25~0.35 坚硬 0.35~0.45 壤土、粉质壤土 0.25~0.40 砂壤土、粉砂土 0.35~0.40 细砂、极细砂 0.40~0.45 中砂、粗砂 0.45~0.50 砂砾石 0.40~0.50 砾石、卵石 0.50~0.55 碎石土 0.40~0.50 极软 0.40~0.45软质岩石 软 0.45~0.55 较软 0.55~0.60 较坚硬 0.60~0.65 硬质岩石 坚硬 0.65~0.70 闸基的土质属于砾石，由表8-4可知。由公式8-2可以求得，f,0.45Kc 计算结果让如下。 K,8.5c 流沙河水闸属于2级建筑物，根据表8-3可以知道，初步设计的允许值Kc 大于规范所给定的值，所以可知初步设计是稳定的。 45 46 47 48