舟山展茅河流域水闸设计计划书

1 舟山展茅河流域水闸设计计划书 第一章 项目基本资料 第一节 工程概况 本工程位于舟山展茅河流域。 展茅流域地处舟山本岛东北侧的展茅街道境内，位于东经 122 14 02 122 18 42、北纬 30 00 29 30 0336之间，流域控制面积 茅流域的水系主要由大展河、茅洋河、螺门河、上潘孙河及一些支流（溪沟）组成。 1990年后，因筑海塘，茅洋闸出水受阻，茅洋河水南下汇入大展河最后经长峙山闸和螺门闸入海。主河道大展河长约 源于田公岙南风尖山，至张家村为上游段，长约 河道断面成 坡约 2河道宽度 6 10m；仅雨季有水，属山溪河流。 排水闸所担负的任务是：排水闸一般修在江河沿岸排水沟或河道末端，用以排除江、河两岸低洼地区的渍水以及防止江、河洪水倒灌，有时还要发挥蓄水和引水的作用。 本工程建成后，对渔业、航运业的发展，以及改善环境，美化城乡都是极为有利的。 第二节 地质、地形资料 地形地貌 ：本区地貌单元属浙东丘陵滨海岛屿区，是天台山余脉在东北延伸入海的出露部分，岛中央为山脊或分水岭，一般高程 200 300m，最高山峰为黄杨尖海拔 504m，平原呈小块分布 于山间及滨海部位。流域大部分位于滨海平原区，平原区地面高程 流源短流急、流量较小，单独入海，河谷开阔，堆积厚度大。 地层地质构造： 本流域出露地层基岩多为侏罗系上统西山头组 (灰色英安质熔结凝灰岩，块状构造，新鲜岩石致密坚硬。 根据区域地质构造特征、新构造运动、地震等分析，本区虽老断裂纵横交错，且温州 镇海弱活动性断裂从本区西部海域通过，但地震活动水平相当低， 2 为少震、震级小的地区，且地应力无集中表现。据“中国地震烈度区划图”（ 1990年版），本地区的地震基本烈度为度区。 第三节 水文气象 本流域内无气象观测台（站），与其邻近相距 18 8有定海和沈家门两个气象站。定海气象站始建于 1951 年，沈家门气象站始建于 1957 年，均有 30年以上的气压、气温、湿度、降水、蒸发、风速、日照等项目的观测资料。 根据沈家门气象站 1961 1992年观测统计资料，主要气象要素特征值如下： 多年平均气温 多年平均日照时数 2046h 多年平均蒸发量 1287型蒸发皿） 多年平均相对湿度 80% 多年平均风速 s 最大风速 s 相应风 向 域内无水文观测站。舟山岛上邻近流域的有定海和沈家门降水量观测站，具有较完整的降水量观测资料。另有长春岭水文站，观测项目有流量、降水量、蒸发量，其控制面积为 设长春岭、寺岭后、长春岭顶等三个降水量观测站。 第四节 建筑材料 石料：本地区不产石料，需从外地运进，距公路很近，交通方便。 黏土：经调查本地区附近有较丰富的黏土材料。 砂料：闸址处有足够的中细砂。 第五节 批准的规划成果 根据水利电力部水利水电枢纽工程等级划分及设计标准（ 规定，本枢纽工程为 等工程，其中永久性主要建筑物为 3 级。 展茅流域内无实测潮位资料，而定海潮位站有长系列的实测资料。考虑本流域距定海潮位站较近，规划中直接采用（套用）定海潮位站资料，以潮型与 3 洪水不利组合为原则，影响排涝的控制要素主要是高潮位及其持续时间。由于当地较大暴雨多发生在台汛期。因此，规划中以多年平均最高潮位相近的实测潮型作为设计潮型。 第六节 施工条件 工期为 2 年。 材料供应情况。水泥由水泥厂运输至施工地点，其他材料由汽车直接运至工地电源由电网供电。 4 第二章 水闸布置 第 一节 闸址的选择及水闸等级确定 址的选择 闸址的选择关系到工程建设的成败和经济效益的发挥，是水闸设计中的一项重要内容。 应根据水闸功能、特点和运用要求，综合考虑地形、地质等因素经过技术经济比较后选定。 闸址宜选在地形开阔、岸坡稳定、岩土坚实和地下水位较低的地点。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。 排水闸闸址宜选择在地势较低，出水通畅处，排水闸闸址宜选择在靠近主要涝区和容泄区的老堤坝线上。 根据基本资料可知展茅流域属典型的海岛丘陵地形地貌，流域内河道上游丘陵起伏， 间有谷地，绵亘分水岭、山脚和 由滩涂围垦而成的滨海平地。丘陵面积17.2 平地面积 11.3 38.%。分水岭高程在 100 500地高程在 1 3m 左右；流域大部分位于滨海平原区，平原区地面高程 流源短流急、流量较小，单独入海，河谷开阔，堆积厚度大。 因此将排水闸设置于展茅流域。 闸等级的确定 平原区水闸枢纽工程应根据水闸最大过闸流量及其防护对象的重要性划分等别，其等别应按表 2定。规模巨大或在国民经济中占有特殊重要地位的水闸枢纽工 程，其等别应经论证后报主管部门批准确定。 表 2原水闸分等指标 工程等别 规模 大型 大型 中型 小型 小型 5 最大过闸流量（ m3/s） 5000 500000000流能力将急剧降低，不如宽顶堰泄流时稳。上游水深较大时，采用这种孔口形式，可以减小闸门高度。 胸墙孔口型 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。 通过上述比较得本项目闸孔形式选择为宽顶堰型 。 底板高程确定 底板高程与水闸承担的任务、泄流或引水流量、上下游水位及河床地质条件的因素有关。 闸底板应置于较为坚实的土层上，并应尽量利用天然地基。在大中型水闸中，由于水闸工程量所占比重较大，因而适当降低底板高程，常常是有利的。当然，底板高程也不能定的太低，否则，由于单宽流量加大，将会增加下游消能防冲的工程量 ，闸门增高，启闭设备的容量也随之增大。 一般情况下，排水闸应尽量定的比河床低些，以保证将渍水迅速降至计划高程。 7 由于本项目河底高程为 右，所以闸底板高程确定为 三节 闸室布置 底板 作用：闸底板是整个闸室的基础， 承担着上部结构的重量及水压力等荷载，将其均匀地传给地基，是整个闸室段的关键组成部分。 形式：常用的底板有平底板和钻孔灌注桩底板，也可采用低堰底板、箱式底板、斜底板、反拱底板等。平底板按底板与闸墩的连接方式有整体式和分离式两种。 本项目采用整体式平底板。 底板顺水流方向长度：底板顺水流方向长度要综合考虑到上部结构的布置、整个闸室段的抗滑稳定要求、地基承载力要求等。 底板厚度：考虑强度、刚度的要求，底板厚度一般为 另外设置齿墙。取值为 墩 作用：闸墩的作用是分隔闸孔，支承闸门和闸室的上部结构。 长度：闸墩的长度应尽量满足上部设施的布置要求，一般与底板顺水流方向同长。 厚度：闸墩的厚度应根据闸孔孔径、受力条件、结构构造要求和施工方法等确定。根据经验，边墩为 墩为 闸墩结构型式：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，一般采用实体式。 闸墩外形轮廓：闸墩的外形轮廓应能满足过闸水流平顺、侧向收缩小，过流能力大的要求。闸墩端部形状采用流线型。 闸墩高度：闸墩 H设计水位 + 闸门与启闭机 8 闸门的选型与布置主要是确定闸门与启闭机的设置位置、孔口尺寸、门型机型、数量、运行方式，以及运行和检修有关的布置要求等。 一般水闸多采用工作闸门和检修闸门。 工作闸门 闸门类型：闸门按门体的材料可分为钢闸门、钢筋混凝土闸门 木闸门及 铸铁闸门等。钢筋混凝土闸门制造、维护较简单，造价低廉；按结构特征分为平面闸门和弧形闸门等。平面闸门是水利工程中最常见的闸门，它的结构较简单，操作运行方便可靠，对建筑物的布置也较易配合。 因此，本项目的工作闸门选为钢筋混凝土的平面闸门。 闸门高度：根据闸门的类型及工作性质不同，闸门高度的确定有所区别，闸门高度 =正常挡水位 +安全超高，正常挡水位可由表 2 表 2同频率设计潮位表 （ 单位： m ） 设计频率 定海潮位站 浙江省海塘工程技术规定 1% % % 0% 0% 常挡水位为 全超高为 此，闸门高度为 检修闸门 检修闸门是代替工作闸门临时挡水、检修工作闸门时用的。 检修门槽与工作门槽之间应留 净距，以便于工作人员检修。 启闭机 启闭机是一种专门用来启闭水工建筑物中的闸门用的起重机械，是一种循环间隔调运机械。特点为：荷载变化大；启闭速度低；工作级别一般要求较低，但要求绝对可靠；双吊 点要求同步；要适应闸门运行的特殊要求。 启闭机的类型有多种。按机构特征分为固定卷扬式启闭机、油压式启闭机等；按传动形式分为机械传动的、液压传动的；机械传动的启闭机按布置形式分为固 9 定式和移动式两类。 通过比较各种启闭机的优缺点，本项目采用小型的螺杆式启闭机，小型的螺杆式启闭机一般多用于手摇，电动两用。 部结构 工作桥：工作桥是供设置启闭机和管理人员操作时使用的桥。工作桥的总宽度取决于启闭机的类型、容量和操作需要。 因此本项目的工作桥总宽度为 5m。 交通桥：交通桥的作用是连接两岸交通 ，保证车辆和行人安全通过。 闸后交通桥净宽为 12m。 墙 水闸闸室与两岸（或堤、坝等）的连接型式主要与地基及闸身高度有关。当地基较好，闸身高度不大时，可用边墩直接与河岸连接。当闸身较高、地基软弱的条件下，如仍采用边墩直接挡土，由于边墩与闸身地基的荷载相差悬殊，可能产生不均与沉降，影响闸门启闭，并在底板内产生较大的内力。此时，可在边墩外侧设置轻型岸墙，边墩只起支承闸门及上部结构的作用，而土压力全由岸墙承担。因此，本项目岸墙采用扶壁式岸墙。 第四节 两岸及上下游连接建筑物布置 岸连接建筑物的结构形式 两岸连接建筑物的结构形式采用扶壁式挡土墙。扶壁式挡土墙由直墙、底板及扶壁三部分组成。利用扶壁和直墙共同挡土，并可利用底板上的填土维持稳定，当改变底板长度时，可以调整合力作用点位置，使地基反力趋于均匀。 下游翼墙布置 上下游翼墙均采用扶壁式挡土墙，上游采用圆弧段直立翼墙连接，下游采用 10 扩散角为 8扭曲面）翼墙连接，墙顶为斜坡，由闸墩高程渐变至地面（ 右）高程。 构的耐久性 水闸结构物除了应满足强度、刚度、稳定性 之外，还应根据结构部位所处的工作条件、地区气候以及环境等情况，分别满足抗渗、抗冻、抗侵蚀、抗冲刷等耐久性要求。永久性建筑物结构的耐久性包括混凝土强度等级、抗渗性、抗冻性能、抗侵蚀性等，因此不同的环境条件，对结构有不同的要求。 11 第三章 水闸水力设计 第一节 闸孔尺寸确定 孔形式 根据各种形式的适用条件，闸孔形式选为宽顶堰型 。 孔尺寸 根据资料可知，闸址处河道的断面为梯形，河底高程在 右，河底宽度约为 坡系数为 1:3，河口高 程位 上游总水头 H0=02/2g 其中 ， A=（ b+*h,80m3/s,b=16.5,m=3,0=Q/(b+mh)h=180/(*s H0=h0+判断堰的出流流态 Hs/ 确定为淹没出流 确定闸孔总净宽 设为 12 闸低总净宽 0 32002g H式中 Q 过闸流量， m3/s 计入行进流速水头的堰上水深， m g 重力加速度，可采用 m/ 堰流淹没系数，可按 0 . 40002 . 3 1 (1 )求得为 m 堰流流量系数为 侧收缩系数 求得 取 5 孔。 b=B0/n= 取 孔净宽 =18m 式中0b 单孔（中孔或边孔）闸孔净宽，为 闸孔数，为 5 孔 z 中闸孔侧收缩系数，解得为 中闸墩厚度，为 b 边闸墩顺水流向边缘线至上游河道水边线之间的距离，根据公式 13 0- ( 1 )2 B n 河 求得为 25.4 b 边闸孔测收缩系数，解得为 据上述公式求得 实= 32002g H 实实可得 K=明闸室是稳定的。 26 第五章 水闸整体式闸底板结构计算 第一节 计算闸底板纵向地基反力 择计算方法 弹性地基梁法认为底板和地基都是弹性体，考虑了底板变形和地基沉降相协调，又计入边荷载的影响，与实际情况相符，该水闸地基为相对密度 砂土地基，因此采用弹性地基梁法进行计算较合适。 弹性地基梁法的基本假定是： 地基反力在顺水流方向呈直线分布。 对土层较薄的地基，单位面积上所受的压力和沉陷成比例。 地基为半无限的连续弹性体。 择计算工况 完建无水期时的水闸不受上、下游水压力和扬压力的 影响，只受自身重力和地基反力的影响，但自重较大，是计算情况之一；正常挡水期时的水闸即受上下游水压力和扬压力的影响，又受自身重力和地基反力的影响，且上、下游水位差最大，也是计算情况之一。 弹性地基梁法计算 闸底板的地基反力分为完建无水期和正常挡水期两种情况，其数值与地基承载力大小相等，方向相反，因此直接采用前边的计算结果可知完建无水期 第二节 列表计算 不平衡剪力计算表 单位： 27 荷 载 名 称 完建无水期 正常挡水期 上游段 下游段 上游段 下游段 结构重力 闸墩 中墩 3216 3624 边墩 1340 1510 交通桥 启闭机 闸门 工作桥 底板 合计 水重 渗透压力 浮托力 3453 地基反力 不平衡力 不平衡剪力 第三节 确定不平衡剪力在闸墩和底板上的分配 算确定中性轴位置 已知：中墩为 墩 1m， L=H 墩 =4m，底板厚为 墩 =4 , 0， 28 ， ， 以中轴位置 66S y S 墩 墩 板 板墩 板=3m 闸墩和底板上分配不平衡剪 力 33221 1 2 21 1 2 21 2 1 2b h b hJ a A a A =平衡剪力 Q 应由闸墩及底板共同承担，由于截面较简单，采用积分法进行分配。闸墩合并和计算，计算公式如下： 3 2 321= 2 3 3e e f 板 = Q 墩 板 式中 Q板 不平衡剪力在闸底板上的分配值， 墩 不平衡剪力在闸墩上的分配值， 闸墩和闸底板上总的不平衡剪力， 中间 5 孔垂直水流方向的长度，取为 e 闸墩和底板截面总的形心到底板地面的距离，为 3m J 闸墩和底板截面的惯性矩， m4 f 截面总的形心到底板的距离， 为 建无水期： 3 2 321= 2 3 3e e f 板 = Q 墩 板 = 中 墩 = = 边 墩 =( 常挡水期： 29 3 2 321= 2 3 3e e f 板 = Q 墩 板 = 中 墩 = = 边 墩 =( 墩和闸底板上不平衡剪力分配表 单位： 载 Q板 Q墩 一个中墩 Q 中 墩 一个边墩 Q 边 墩 完建无水期 常挡水期 四节 计算基础梁上的荷载 算集中力 完建无水期： 均布荷载 q：上游段1+板 板=游段2板 板=中荷载 游段1 1 1 1= + +5W W b b中 墩 墩 上 中 墩=游段1 2 2 2= + b b中 墩 墩 上 中 墩=中荷载 游段2 1 1 1= + +10W W b b边 墩 墩 上 边 墩=游段2 2 2 2= + b b边 墩 墩 上 边 墩=30 正常挡水期： 均布荷载 q：上游段11+ +2 W b L 浮 水板 板 渗=游 段2+W Q W 浮板 板 渗=中荷载 10 游段1 11 1 1=+ 5W W b b中 墩 墩 上 中 墩水=游段1 2 2 2= + +5W W b b中 墩 墩 上 中 墩=中荷载 1 10=游段2 21 1 1=+ 10W W b b边 墩 墩 上 边 墩水=游段2 2 2 2= + +10W W b b边 墩 墩 上 边 墩=宽板条上荷载计算表 计 算 情 况 段 别 均布荷载 q (KN/m) 集中荷载 墩 ) （ 集中荷载 墩） （ 完建无水期 上游段 游段 常挡水期 上游段 游段 31 第五节 计算地基反力及梁的内力及配筋计算 算梁的柔度系数 3010hE 式中 l 为半梁长， h 为梁高， E 为基土的变形模量，取 5000 为混凝土的弹性模量，取 107kN/得 t= 1 算相对位置系数 a a l 式中 为距离梁中心位置的距离 l 为半梁长， 得 0.2 0.6 查表确定均布荷载 ,集中梁荷载的弯矩系数 M ， 根据表中系数确定梁各荷载向弯矩值 查表结果如下表 所示 32 闸底板上、下游段弯矩计算表 段别 弯矩系数 M 板条上荷载产生的弯矩 M（ kN/m） 板条荷载 完建无水期 正常挡水期 均布荷载 q（ kN/m） 集中荷载 （ ）