颍河白沙水库溢洪道泄洪闸设计计算书.doc

颍河白沙水库溢洪道泄洪闸设计附：计算书1. 水力设计1.1溢洪闸堰面曲线的拟定 采用堰型：WES幂曲线型实用堰（下游），双圆弧曲线（堰顶上游）。 已知资料：堰顶高程222.0m，上游堰高P1=4m，下游堰高P2=7m，最高库水位235.56m 堰面曲线拟定： 最大堰上水头Hmax=235.56-222.0=13.56 m 定型设计水头：Hd=（0.65-0.85）13.56=8.8111.53 m 经验取值：Hd =10m P11.33 Hd，属于底堰。 顶上游曲线：X/Y=3:0 R1=0.5 Hd=5.0 m a=0.175Hd=1.75 R2=0.2 Hd =2.0 m b=0.282Hd=2.82 k=2 n=1.85 堰面下游曲线：查溢洪道设计规范SL253-2000P4445，WES幂曲线按下式计算：xn=k Hd n-1y 附（1） P1/ Hd =4.0/10=0.4h0 为陡坡 (2)桩号319.80+366.8处 有关参数： 渠底宽：B=70m 糙率n=0.014 底坡I=0.02127 边坡系数m=0.75 计算公式： Q=AC（Ri）1/2水力学P167（6-10） 式中： A过水断面面积，A=（mh0+b）h0 C谢才系数， C=1/nR1/6 R水力半径，R=A/X（m） X湿周（m）,X=b+2h0(1+m2)1/2 由以上公式电算程序试算得到： h0=1.54m时 Q=1500 m3/s 则hkh0 为陡坡 (3) 桩号0+319.80+302.8处与0+302.80+285.8处 有关参数： 跌差P=214.0-213.0=1.0m(桩号0+303.80+320.8跌差也为1m) 渠底宽：B=70m 糙率n=0.014 底坡I=0.0588 边坡系数m=0.75 计算公式： Q=AC（Ri）1/2水力学P167（6-10） 式中： A过水断面面积，A=（mh0+b）h0 C谢才系数， C=1/nR1/6 R水力半径，R=A/X（m） X湿周（m）,X=b+2h0(1+m2)1/2 由以上公式电算程序试算得到： h0=1.14m时 Q=1500 m3/s 则hkh0 为陡坡 (4) 桩号0+193.800+285.80处 坡度为0则为缓坡 所以在标桩0+285.80发生临界水深3.558m1.4.1.2 50年控泄流量500m3/s 迭代计算推求临界水深 有关参数： 边坡系数m=0.75 渠底宽B=70m 迭代计算公式： 经计算得hk1.722m 迭代计算则推求正常水深 （1）桩号0+366.80+383.8处 有关参数： 跌差P=212.0-211.0=1.0m 渠底宽：B=70m 糙率n=0.014 底坡I=0.0588 边坡系数m=0.75 计算公式： Q=AC（Ri）1/2水力学P167（6-10） 式中： A过水断面面积，A=（mh0+b）h0 C谢才系数， C=1/nR1/6 R水力半径，R=A/X（m） X湿周（m）,X=b+2h0(1+m2)1/2 由以上公式电算程序试算得到： h0=0.589时 Q=500m3 则hkh0 为陡坡 (2)桩号319.80+366.8处 有关参数： 渠底宽：B=70m 糙率n=0.014 底坡I=0.02127 边坡系数m=0.75计算公式： Q=AC（Ri）1/2水力学P167（6-10） 式中： A过水断面面积，A=（mh0+b）h0 C谢才系数， C=1/nR1/6 R水力半径，R=A/X（m） X湿周（m）,X=b+2h0(1+m2)1/2由以上公式电算程序试算得到： h0=0.794m时 Q=500m3 则hk h0 为陡坡 (3) 桩号0+319.80+302.8处与0+302.80+285.8处 有关参数： 跌差P=214.0-213.0=1.0m(桩号0+303.80+320.8跌差也为1m) 渠底宽：B=70m 糙率n=0.014 底坡I=0.0588 边坡系数m=0.75 计算公式： Q=AC（Ri）1/2水力学P167（6-10） 式中： A过水断面面积，A=（mh0+b）h0 C谢才系数， C=1/nR1/6 R水力半径，R=A/X（m） X湿周（m）,X=b+2h0(1+m2)1/2 由以上公式电算程序试算得到： h0=0.589m时 Q=500m3 则hkh0 为陡坡 (4) 桩号0+193.800+285.80处 坡度为0则为缓坡 所以在标桩0+285.80发生临界水深hk1.722m1.4.1.3 根据临界水深及其发生的位置求水面曲线及池末水深 水面线按水力学（中国农业出版社）用分段求和法计算各水面曲线，起 计算公式为：S/(i-J)式中：分段长度； S断面单位能量差； 平均水力比降；() V断面平均流速(m/s); R断面平均水力半径(m)；C=1/nR1/6糙率n=0.014水面线推算：S=ES/（I-J）=(ESD-ESU)/(I-J) 水力学P218（7-44）附（11）附表9 尾水渠段水面曲线结果桩号0+285.800+193.80+163.8Q=500 m3/s1.7222.1382.186Q=500 m3/s3.5584.0494.1631.4.2消力池池深及池长的确定 1.4.2.1Q=1500m3/s首先判别下游水流自然衔接的形式：已知=1.336计算收缩断面佛汝德数.收缩断面跃后水深.由计算得下游水深为，在自然衔接时发生远驱式水跃衔接，故需 修建降低护坦式消力池。求池深d迭代计算式 附（12）hT-池末水深ht-下游水深 -池末端出流流速系数，取为0.95 带入数据利用excle表格迭代计算得当流量为1500m/s则d=2.7hc=1.3 =7.97当流量为500m/s则d=.hc=0.589 =3.925求池长LLj=6.9(-hc)=6.9(7.97-1.3)=46.023Lj=6.9(-hc)=6.9(3.925-0.589)=23.0L=(0.7.)Lj=(0.7.)46.023=3236.8L=(0.7.)Lj=(0.7.)23.0=16.118.4Lj-完全水跃长度计算成果表见附表10综合以上计算情况确定消力池设计长度取33m，消力池深2.7m。消力池墙高按最大水深加安全超高确定。附表10 消力池消能计算成果表项目标准收缩水深（m）跃后水深(m)消力池长(m)消力池深(m)100年一遇泄量1500 m3/s2.77.973236.82.750年一遇泄量500 m3/s1.33.92516.118.41.492.结构计算2.1概述（1）现有溢洪道不能满足规范要求的消能防冲设计洪水标准,上游导水墙长度太短,高度不够,下游挡土墙出现倾斜.因此,此次设计考虑将原溢洪道拆除,重建溢洪道,经过水力计算,新建溢洪道为5孔12米,仍采用弧形闸门,采用卷扬式起闭机.（2）闸室稳定计算方法 新建闸室为跨中分缝,分别考虑边墩双向稳定和中墩顺水流方向的稳定计算.计算参数砼与岩石综合摩擦系数f=0.55，地基允许承载力2.0MPa，回填石渣干容重取1.90t/m3,湿容重2.0 t/m3，饱和容重2.1 t/m3，回填料可用强、弱风化石渣，采用综合摩擦角：水上f=35B，水下f=33B。根据水工建筑物抗震设计规范（SL20397），白沙库区地震基本烈度为6度，泄洪闸为2级非壅水建筑物，不再进行抗震计算。计算工况各断面均按基本荷载组合和特殊荷载组合进行计算。基本组合1：完建期：自重+土压力+土重基本组合2：50年关门挡水：自重+水重+水压力+土重+土压力+扬压力基本组合3：100年控泄工况：自重+水重+水压力+土重+土压力+扬压力特殊组合1：关门挡水、排水失效：自重+水重+水压力+土重+土压力+扬压力 计算公式抗剪断强度计算公式 附（13） 式中： K按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数； f堰体混凝土与基岩接触面的抗剪断摩擦系数，取0.55； c堰体混凝土与基岩接触面的抗剪断凝聚力，为0.2Mpa； W作用于堰体上的全部荷载对计算滑动面的法向分量(kN)； P作用于堰体上的全部荷载对计算滑动面的切向分量(kN)； A-堰体于基岩接触面的截面积。 闸室基底压力计算公式: 附（14） 式中：G作用在基底上的全部竖向荷载； 基底压力(kN/m2)； A基底面积(m2)； e偏心距(m)(x向，y向) B基底宽度(m)(x向，y向) 基底压力不均匀系数=maxmin 附（15） 式中：不均匀系数 max，min最大及最小压力值(kPa)2.2白沙水库溢洪道中墩的计算2.2.1 中墩完建期白沙水库溢洪道中墩的计算 附表11 中墩完建期名称编号计算公式力(KN)力臂(m)力矩(KNm)闸墩13.120.52.52.49.83736.7423.9589494.9232520.52.52.49.8602719.9119937.332.521.42.52.49.83145.816.1550804.674625.52.52.49.83145.816.1550804.6755.520.92.52.49.86759.0643257.9861.42.50.517.52.49.829401.763.432529.556堰13.914.53.02.49.83990.1681.857281.81续表11名称编号计算公式力(KN)力臂(m)力矩(KNm)25.55.5122.49.88537.765.0543115.68835.5100.5122.49.87761.613.310322.284102.50.5122.49.83528.16.16767621.176名称编号计算公式力(KN)力臂(m)力矩(KNm)532.5122.49.82116.82450803.2闸门0.80.0759.50.42120.339.559.8249.88.52123.32公路桥0.7514.59.8497.356.43183.04总计55335.73685232.73面积A=14.525.5=369.75竖向力G=55335.73力 矩M=685232.73平均应力=G/A=55335.73/369.75=149.66偏心矩e=B/2-M/G=25.5/2-685232.73/55335.73=0.3668 1= (1+6e/B)=162.522=(1-6e/B)=136.787 =1/2=1.1882.2.2中墩50年关门挡水50年关门挡水 排水不失效，考虑帷幔灌浆作用，折减系数取.，水压力从顶到底部按三角形计算附表12 扬压力名称编号计算公式力(KN)力 臂 (m)力矩(KNm)渗透压力10.29.815.94614.52718.13.08154.320.89.815.9460.514.55436.182.010872.3630.29.815.9419.50.514.54416.8912.555211.125合计12571.1774237.785附表13 浮托力计算名称编号计算公式力(KN)力臂(m)力矩(KNm)浮托力11020.514.59.81421.019.227283.223214.59.8852.62420462.4合计2273.647745.6附表14 水压力计算上游水位高203.95m，下游无水名称编号计算公式力(KN)力臂(m)力矩(KNm)上游水压力0.59.815.9415.9414.518052.635.31318052.63下游水压力0.59.82214.5-284.21.333-378.93附表15 水重的计算50年关门挡水此是上游水位为230.94m名称编号计算公式力(KN)力臂(m)力矩(KNm)水重12.512.4414.59.84419.311.255524.142212.4412.59.83047.83.510667.333.48.94129.83574.576.222162.33合计11401.6838353.77附表16 齿墙上的土重名称编号计算公式力(KN)力臂(m)力矩(KNm)土重110.514.529.81421.07.510657.5附表17 50年关门挡水列表如下名 称 垂 直 力(KN) 水 平 力(KN) 力 矩(KNm) (+) (-) (+) (-) (+) (-)自重55335.69685232.73渗透压力-12571.17-74237.79浮托力-2273.6-47745.6水重11041.6838353.77土重1421.010657.5上游水压力18052.6395919.7下游水压力-284.2-378.93合计67798.3714844.7718052.63-284.2830163.69122362.32 52953.60 17768.43 707801.38水平力p=17768.43 面积A=14.525.5=369.75竖向力G=17768.43力 矩M=70780.38抗 滑KC =(fG+cA)/p=(0.555295.36+200369.75)/17768.43=5.8 平均应力=G/A=52953.60/369.75=143.21偏心矩e=B/2-M/G=25.5/2-707801.38/52953.60=-0.616 1= (1+6e/B)=163.962=(1-6e/B)=122.45 =1/2=1.342.2.3 中墩100年敞泄100年敞泄 排水不失效，考虑帷幔灌浆作用，折减系数取.，水压力从顶到底部按三角形计算附表18 扬压力名称编号计算公式力(KN)力 臂 (m)力矩(KNm)渗透压力10.29.816.55614.52822.1038466.3020.89.816.5560.514.55644.21211288.4230.29.816.5519.50.514.54585.9212.54585.92附表19 浮托力计算名称编号计算公式力(KN)力臂(m)力矩(KNm)浮托力12.0422.514.59.8755.421.25906.77521.5421014.59.82191.187.516433.8735.584100.514.59.83967.4312.7538345.6944.042314.59.81723.119.1768101.42合计8607.14165142.15附表20 水重的计算100年敞泄此是上游水位为231.55m名称编号计算公式力(KN)力臂(m)力矩(KNm)水重12.514.513.059.84636.01.255795.02212.513.059.83197.253.511190.3833.49.55129.83818.476.223674.53合计116651.7240659.90附表21 齿墙上的土重名称编号计算公式力(KN)力臂(m)力矩(KNm)土重110.514.529.81421.07.510657.5附表22 100年敞泄列表如下名 称 垂 直 力(KN) 水 平 力(KN) 力 矩(KNm) (+) (-) (+) (-) (+) (-)自重55335.69685232.73渗透压力-13052.23-77078.72浮托力-8601.14-165142.15水重11651.724065.90土重1421.010657.50水压力P114098.652748.33水压力P2-1160.80-201.66合计68408.41-21659.3714098.061160.80869357.18242422.543 46749.0412937.26 626934.64水平力p=12937.26 面积A=369.75竖向力G=46749.04力 矩M=626934.64抗 滑KC =(fG+cA)= (0.5546749.04+200369.75)/12937.26=7.7平均应力=G/A=46749.04/369.75=126.43偏心矩e=B/2-M/G=25.5-626934.64/46749.04=-0.661 1=(1+6e/B)=146.03 2=(1-6e/B)= 106.77 =1/2=146.09/106.77=1.372.1.4. 50年关门挡水 排水失效，考虑帷幔灌浆作用折减，水压力从顶到底部按三角形计算附表23 扬压力名称编号计算公式力(KN)力 臂 (m)力矩(KNm)渗透压力1(