毕业设计（论文）一个小型水电站的设计

1、目 录1、工程概况31.1 工程概述31.2 水文气象条件31.3 工程地质和水文地质条件51.4 建筑材料及交通运输61.5 灌溉渠道设计成果62、水闸等级划分和洪水标准72.1 工程等别划分72.2 建筑物级别划分72.3 洪水标准83、闸址选择94、水闸孔口尺寸的确定114.1 闸孔型式选择114.2 底板型式114.3 闸底板顶面高程的确定114.4 闸门高度的确定114.5 闸墩布置114.6 闸孔总净宽的计算124.6.1 总净宽的试算124.6.2 泄洪能力的校核145、总体布置155.1 枢纽布置155.2 闸室布置155.2.1 布置原则155.2.2 闸顶高程确定155.2

2、.3 底板布置235.2.4 工作桥布置255.2.5 交通桥布置255.3 防渗排水布置255.4 消能防冲布置265.5 两岸连接布置266、水力设计276.1 水闸的消能防冲276.1.1 消力池结构计算276.1.2 海漫的结构计算306.1.3 防冲槽316.2 闸门控制方式的拟定317、水闸的防渗设计337.1 设计任务337.2 闸基的防渗长度337.3 渗流计算347.4 滤层设计388、闸室稳定验算418.1 分析受力情况418.2 闸室的稳定性及安全指标438.3 稳定计算441、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10k

3、m。流沙河全长139km，流域面积385km2。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1.4亿m3,每年下泄水量4.94亿m3,其中除工业用水1.8亿m3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1/25001/3500，东西向为1/20001/4000。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

4、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710月。表1-1 流流沙河闸址不同频率洪峰流量洪水频率0.1%0.33%0.5%1%2%5%10%25%75%流量（m3/s）20501766166615001333110093366696(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)、经东林水库调蓄后，下泄水流含砂量很小，平均含砂量0.55kg/m3。(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3063631701101802863003

5、6015年380316220133280326388430(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。(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123456789101112平均天数334566988432最多天数57891011121412866最少天数0122235432101.3 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

6、，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指标 粗砂砾质粗砂中砂粉质壤土内摩擦角-渗透系数(cm/s)-空隙比e0.560.58-0.44地基承载力(mpa)0.30.30.25-变形模量e(mpa)3040-(3)、回填土可以采用砾质中砂、砾质粗砂、粗砂回填，其重度、，内摩擦角，粘聚

7、力。(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摩擦系数粘土中砂粗砂砾质粗砂混凝土0.280.450.480.49(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25.527.47kn/m3左右，石料场距离公路约1km。(2)、混凝土骨料 闸址下游2.54.0km的河滩砂砾石可作混凝土骨料。(3)、土料 闸址上游12km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

8、、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 渠道渠底高程32.0m，最大引水流量：两个灌区引水流量均为8m3/s,灌溉正常挡水位135.50m。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(m3/s)50005000-10001000-10

9、0100-2012）1.2-2.5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，门槽宽度为，其宽深比一般为。检修门槽深约为，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b0为10m，取中墩厚度为1.2m，高为6m，因为闸室底板为分离式，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

10、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来计算闸孔总净宽，计算公式如下所示： (4-1) （4-2） （4-3） （4-4） （4-5）式中 闸孔总净宽； 设计流量； 计入行进流速水头的堰顶水头； 重力加速度。 m 堰流流量系数，可采用0.385； 堰流侧收缩系数； 闸孔净宽（m）； 上游河道一半水深处的宽度； n 闸孔数； 边闸孔侧收缩系数； 中闸墩厚度； 中闸孔侧收缩系数； 边闸墩顺水流向边缘线至上游河道水边线之间的距离（m）； 堰流淹没系数； 由堰顶算起的下游水深（m）。在计算闸孔总净宽的时

11、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10m一个，分为17孔，这样可算得为33.2m。， 行水头流速为1m/s，这样可得 ，计算步骤：1、假设b0为10m，分为11孔，这样可以初拟出闸孔总净宽为110m。2、用公式（4-5）通过excel表格求得；3、用公式（4-4）通过excel表格求得；4、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。7、若和比较接近，则采用和的平

12、均值作为闸孔总净宽，若和相差较大，则跳转到第1步重新假设计算，直到和相差不大为止。 经多次假设计算，结合施工方便确定最后闸孔净宽为12m。闸孔总净宽b0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。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，

13、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

14、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） 水闸级别运用情况1234、5挡水时正常蓄水位0.70.50.40.3最高挡水位0.50.40.30.2泄水时设计洪水位1.51.00.70.

15、5校核洪水位1.00.70.50.4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: （5-1） （5-2） （5-3）对于的深水波，式子（5-3）还可简写成： （5-4） （5-5）以上式子中

16、所有字符代表意义如下：平均波高，m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；平均波周期，s；重力加速度，9.81m/s2。平均波长，m；累积频率p%的波高，m；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。根据水闸设计规范累计频率需根据水闸的级别加以确定，规范中根除确定的表格如5-2所示：表5-2 p值水闸级别12

17、345p（%）1251020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表5-3 累积频率为p%的波高与平均波高的比值p%12510200.02.422.231.951.711.430.12.262.091.871.651.410.22.091.961.761.591.370.31.931.821.661.521.340.41.781.681.561.441.300.51.631.561.461.371.25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sl265-200

18、1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，所以正常蓄水位时的计算风速为18m/s。风区长度为闸址河宽的5倍，（m），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：平均波长需要进行试算，所以这里过程免去结果如下：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

19、均波高的比值为2.13，所以累计频率下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：由表5-1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）根据莆田公式计算如下：平均波长需要进行试算，所以这里过程免去结果如下：由于

20、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：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速为12m/s。风区长度为闸址河宽的5倍，（m），水域平均水深等于正常蓄水位与河底

21、高程的差值及(m），根据莆田公式计算如下：平均波长需要进行试算，所以这里过程免去结果如下：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：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

22、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

23、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。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

24、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取2.0h，及7.6m。闸底板厚度按照规范取1.5m。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

25、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

26、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0.1

27、m，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

28、于引进水流。下游采用直线式，且每侧扩散角为，这样有利于分散过闸水流使水流速度减缓，保护下游岸坡。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） （6-2） （6-3） （6-4）式中 消力池深度（m）； 水跃淹没系数，可采用1.051； 跃后水深（m）； 收缩水深（m）； 水流动能校正系数，可采用； 闸门垂直收缩系数，可按表6-1查的； 闸门开启度（m）； 单宽流量（）； 重力加速度； 收缩水深断面宽度（m）； 跃后水深断面宽度（m）； 下游水深(m)； 跃后水深与下游水位的落差(m)

29、； 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0.100.150.200.250.300.350.400.6150.6180.6200.6220.6250.6280.6300.450.500.550.600.650.700.750.6380.6450.6500.6600.6750.6900.705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；

30、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：表6-2 消力池深计算表计算工况下泄流量q单宽流量q下游水深(m)收缩水深(m)跃后水深(m)水跃类型水位差(m)消力池深(m)开一孔开度0.5m31.12.590.30.311.95远离式1.651.75开度1m62.145.180.80.6232.67远离式1.872开度1.5m93.27。771.00.943.18远离式2.182.3开度2m124.2710.361.11.2943.52远离式2.422.6开度2.5m155.3412.951.4

31、1.6953.73远离式2.332.5开两孔开度2.5m310.6812.952.51.6953.73远离式1.231.4开三孔开度2.5m466.0212.952.81.6953.73远离式0.931.1开四孔开度2.5m621.3612.9531.6953.73远离式0.730.9开五孔开度2.5m776.712.953.51.6953.73远离式0.230.4开六孔开度2.5m932.0412.953.81.6953.73淹没式-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

32、长的计算，计算公式如下所示： （6-5） (6-6)式中 消力池长度，m； 消力池斜坡段水平投影长度，m； 水跃长度校正系数，可采用； 水跃长度，m。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。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

33、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)式中 海漫的长度（m）； 海漫长度计算系数，可由表6-2查得； 消力池末端单宽流量，； 消力池泄水时的上下游水位差，m。表6-2 值河床土质粗砂、细砂中砂、粗砂、粉质壤土粉质黏土坚硬黏土 资料中闸址的地方多为粗砂和细砂，所以初拟为14，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,所以海漫长度根据公式6-5计算如下：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

34、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

35、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。 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

36、）、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）式中 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； 上下游水位差，m。表7-1 允许渗径系数值c 地 基 类 型排水条件粉砂细砂中砂粗砂中砾和细砾粗砾和夹卵石轻粉质砂壤土轻砂壤土壤土黏土有滤层无滤层-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：7.3 渗流计算闸基渗流计

37、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算深度。当时，（7-2），当时，（7-3）。式中 地下轮廓线水平投影长度，m； 地下轮廓线垂直投影长度，m。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

38、式如下：1、进出口段 （7-4）2、内部垂直段 （7-5）3、内部水平段 （7-6）式中 进出口段的阻力系数； 板桩或齿墙的入土深度，m； 地基透水层深度，m； 内部垂直段的阻力系数； 内部水平段的阻力系数，当小于0时，取； 内部水平段长度，m； 水平两端板桩或齿墙的入土深度，m。（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：图7-1 渗流计算简图第一步：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

39、，可以简化为板桩。第二步：确定地基的有效深度。由地下轮廓线简化图7-1可知，。，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。 （ 2.76 （）（） （） （）（） （） （）13.7第四步：计算渗透压力。1、各段水头损失的计算。0.13； 0.77； 0.14； 0.86； 0.83； 0.16； 0.78； 0.132、进出口水头损失的修正。进出口损失的修正系数：0.661.0（）0.09进口： 0.040.81出口段修正系数：0.731.0（）0.090.823、计算拐点的渗压水头。3.712.9

40、2.76； 1.9； 1.07； 0.91； 0.13； 04、底板单宽渗透压力。14.85()5、计算渗透坡降。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，土工布上平铺直径的卵石、砾石或碎石，如图7-2所示：图7-2 反滤层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

41、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 水闸受力图式中 启闭机重量kn； 工作桥重量kn； 单元闸室重量kn； 交通桥重量kn； 闸门重量kn； 闸室底板重量kn； 上游水深m； 扬压力kn； 铺盖上部静水压力kn； 铺盖下部静水压力kn； 上游闸室内水对底板压力kn。f受力如图8-2所示：图8-2 扬压力分布图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