拦河闸课程设计

1、1、项目基本资料1.1工程概况中原拦河闸位于河南省某县境内，闸址位于淮河某支流上。流域面积2234km2，流域内耕地面积288万亩。农作物以种植小麦、棉花。经济作物为主，河流平均纵坡1/6200。该地区为浅层地下水贫水区，要解决流域内农田的灌溉问题，需要拦蓄地面径流。故在河流适当位置修建拦河闸。本工程投入使用后，在正常高水位时可蓄水2230万m3，灌溉45万亩农田：即上游5个县25个乡已建成提灌站42处，有效灌溉面积25万亩；在拦河闸上游分出南干渠、北干渠，配支干23条，修建各类渠系建筑物1230座，可自流灌溉下游三县20万亩农田，说明拦蓄水源充沛可靠，效益较大。1.2地质资料（1）根据地质钻

2、探资料，闸址附近地层为中粉质壤土，厚度约25m，其下为不透水层。此壤土的物理力学性质如下：土壤湿重度=20.2 kN/m3；土壤干重度=16.0 kN/m3；土壤饱和重度=22.2 kN/m3；土壤浮重度=12.2 kN/m3；自然含水量状态下土壤内摩擦角=23；饱和含水量状态下土壤内摩擦角=20；土壤凝聚力=0.1kN/m2；地基允许承载力=150kPa；混凝土、砌石与土基摩擦系数按=0.36计；地基应力的不均匀系数取 =1.52.0；渗透系数取=9.2910-3cm/s。（2）本区域地震设防烈度为6度。1.3水文气象（1）气温。本地区年最高气温42，最低气温为-18；（2）风速。最大风速=

3、20m/s,吹程D=0.6km；（3）降雨量。非汛期(16月及1012月)九个月河流平均最大流量Q= 10 m3/s；汛期（79月）三个月最大流量Q为130 m3/s。年平均最大流量 Q=36.1m3/s,最大年径流总量为9.25亿m3。 年平均最小流量Q=15.6m3/s,最小年径流总量为0.42亿m3。（4）冰冻。流域内冰冻时间短,冻土很薄,不影响施工。1.4建筑材料本工程位于平原地区、山丘少，石料需从外地供给、距京广线很近，交通条件较好；经调查本地区附近有较丰富的粘土材料；闸址处有足够多的砂料。1.5批准的规划成果（1）灌溉用水季节,拦河闸的正常挡水位为58.72m,下游无水。（2）洪水

4、标准。1）设计洪水位50年一遇，相应的洪峰流量1144.45m3/s，闸上游的洪水位为59.50m，相应的下游水位59.35m；2）校核洪水位为200年一遇，相应的洪峰流量Q=1642.35m3/s，闸上游洪水位61.00m，闸下游水位60.82m。闸后交通桥净宽取4.50 m或7.00 m，两边各设宽0.25 m 或0.50 m的人行道。3）施工导流采用20年一遇洪水，相应的洪峰为169m3/s。（3）河道断面。河道横断面为梯形，边坡为1：2，马道宽取6.00 m。横断面形状如下图所示。1.6施工条件（1）工期：要求在两年内完成。（2）电源：由电网供电、工地距电网10km。（3）材料供应：三

5、材统一安排，本地区无石料及水泥，主要从外地用铁路运至本工程所属城市，共350km，再用汽车转运到工地，运距40km。2、闸址选择及水闸等级确定2.1闸址的选择闸址、闸轴线的选择关系到工程的安全可靠、施工难易、操作运用、工程量及投资大小等方面的问题。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,冰情,施工,管理,周围环境等因素,经技术经济比较后选定。闸址宜选择在地形开阔、岸颇稳定、岩土坚实和地下水位较底的地点，优先选用地址条件良好的天然地基，避免采用人工处理地基。若在交叉河口附近建闸，选定的闸址宜在距离交叉河口较远处。拦河闸应选择在河道顺直，河势相对稳定和河床

6、断面单一的河段,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。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。选择闸址还应考虑下列要求：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。本设计闸址、闸轴线选在地形高程61.5m处，规划中已给出。2.2水闸等级确定（1）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2.1.1确定。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。注：当按表列最大过闸流量及防护对

7、象重要性分别确定的等别不同时,工程等别应经综合分析确定。表2.1.1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)50005000100010001001002020防护对象的重要性特别重要重要中等一般-（2）水闸枢纽中的水工建筑物应根据其所属枢纽工程等别,作用和重要性划分级别,其级别应按表2.1.2确定。注：永久性建筑物指枢纽工程运行期间使用的建筑物.主要建筑物指失事后将造成下游灾害或严重影响工程效益的建筑物.次要建筑物指失事后不致造成下游灾害或对工程效益影响不大并易于修复的建筑物.临时性建筑物指枢纽工程施工期间使用的建筑物。表2

8、.1.2水闸枢纽建筑物级别划分工程等别永久性建筑物级别临时性建筑物级别主要建筑物次要建筑物13423434545555-（3）山区,丘陵区水利水电枢纽中的水闸,其级别可根据所属枢纽工程的等别及水闸自身的重要性按表2.1.2确定.山区,丘陵区水利水电枢纽工程等别应按国家现行的水利水电工程等级划分及洪水标准(SL 252-2000)的规定确定。（4）灌排渠系上的水闸,其级别可按现行的GB50288-99灌溉与排水工程设计规范的规定确定。（5）位于防洪(挡潮)堤上的水闸,其级别不得低于防洪(挡潮)堤的级别。（6）对失事后造成巨大损失或严重影响,或采用实践经验较少的新型结构的25级主要建筑物,经论证并

9、报主管部门批准后可提高一级设计；对失事后造成损失不大或影响较小的14级主要建筑物,经论证并报主管部门批准后可降低一级设计。由于本工程位于平原地区，所以水闸等级可根据表2.1.1来确定。本工程最大过闸流量在10005000 m3 /s区间，所以此水闸规模为大（2）型，工程等别为II级。2.3洪水标准确定平原区水闸的洪水标准应根据所在河流流域防洪规划规定的防洪任务,以近期防洪目标为主,并考虑远景发展要求,按表2.2.1所列标准综合分析确定.表2.2.1平原区水闸洪水标准水闸级别12345洪水重现期(a)设计1005050303020201010校核3002002001001005050303020

10、由于水闸等级为2级，则可确定设计洪水重现期在3050年，校核洪水重现期在100200年。根据批准的规划成果可知，本水闸的设计洪水位50年一遇，相应的洪峰流量1144.45m3/s，闸上游的洪水位为59.50m，相应的下游水位59.35m；校核洪水位为200年一遇，相应的洪峰流量Q=1642.35m3/s，闸上游洪水位61.00m，闸下游水位60.82m。平原区水闸闸下消能防冲的洪水标准应与该水闸洪水标准一致,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。3、闸孔形式选择及闸底板高程确定3.1闸孔形式选择闸孔形式一般有宽顶堰型、低实用堰型和胸墙孔口型三种。由于本工程是拦河闸，若

11、采用低实用堰易淤沙。若采用胸墙孔口型易对泄洪有影响。故采用了有结构简单、施工方便、泄流能力比较稳定，有利于泄洪、冲沙、排淤等优点的宽顶堰型。3.2闸底板高程确定闸底板高程的确定，不仅对闸孔的型式、尺寸和闸室的稳定有着决定性的影响。而且直接关系到整个水闸工程的工程量和造价。闸底板高程应根据河(渠)底高程,水流,泥沙,闸址地形,地质,闸的施工,运行等条件,结合选用的堰型,门型及闸孔总净宽等,经技术经济比较确定.由于河槽蓄水，闸前淤积对洪水位影响较大，为排于排除淤沙。闸底板高程应尽可能低。因此，采用无底坎平底板宽顶堰，堰顶高程与河床同高，即闸底板高程为51.92m。4、闸室布置4.1闸底板4.1.1

12、作用 闸底板是闸室的基础，承受闸室及上部结构的全部荷载，并较均匀地传给地基，还有防冲、防渗等作用。4.1.2形式闸室底板型式应根据地基,泄流等条件选用平底板,低堰底板或折线底板。（1）一般情况下,闸室底板宜采用平底板；在松软地基上且荷载较大时,也可采用箱式平底板.（2）当需要限制单宽流量而闸底建基高程不能抬高,或因地基表层松软需要降低闸底建基高程,或在多泥沙河流上有拦沙要求时,可采用低堰底板。（3）在坚实或中等坚实地基上,当闸室高度不大,但上,下游河(渠)底高差较大时,可采用折线底板,其后部可作为消力池的一部分。本工程闸底板型式选用平底板，沉陷缝设在闸墩中间。4.1.3底板顺水流方向长度闸室底

13、板顺水流向长度应根据闸室地基条件和结构布置要求,以满足闸室整体稳定和地基允许承载力为原则,进行综合分析确定。闸底板顺水流方向长度，据闸基土质为重粉质壤土，A取2.0，按式：L底=AH=26.8=13.6(m)综合考虑上部结构布置及地基承载力等要求，确定闸基长度为18m。4.1.4底板分段闸室结构垂直水流向分段长度(即顺水流向永久缝的缝距)应根据闸室地基条件和结构构造特点,结合考虑采用的施工方法和措施确定.对坚实地基上或采用桩基的水闸,可在闸室底板上或闸墩中间设缝分段；对软弱地基上或地震区的水闸,宜在闸墩中间设缝分段.岩基上的分段长度不宜超过20m,土基上的分段长度不宜超过35m.当分段长度超过

14、本条规定数值时,宜作技术论证.永久缝的构造型式可采用铅直贯通缝,斜搭接缝或齿形搭接缝,缝宽可采用23cm.本工程在闸墩中间设缝，缝宽为2cm。4.1.5底板厚度 闸室底板厚度应根据闸室地基条件,作用荷载及闸孔净宽等因素,经计算并结合构造要求确定.闸底板厚度为：t=1/59=1.8(m),实际取1.5m.闸底板尺寸图 （单位：cm）4.2 闸墩4.2.1作用分隔闸孔并支承闸门、工作桥等上部结构，使水流顺利地通过闸室。4.2.2长度其长度采用与底板同长，为18m。4.2.3厚度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等确定.平面闸门闸墩门槽处最小厚度不宜小于0.4m.中墩1.2m，

15、缝墩1.6m，边墩1.0m。平面闸门的门槽尺寸应根据闸门的尺寸确定，检修门槽深0.20m，宽0.20m，主门槽深0.3m，宽0.8m。检修门槽与工作门槽之间留3.0m的净宽，以便于工作人员检修。4.2.4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,一般宜采用实体式。4.2.5闸墩外形轮廓闸墩的外形轮廓设计应能满足过闸水流平顺、侧向收缩小、过流能力大的要求。上游墩头采用半圆形，下游墩头采用流线形。4.2.6闸墩高度采用以下三种方法计算，取较大值。根据计算墩高最大值为9.58m，另根据水闸设计规范中规定，有防洪任务的拦河闸闸墩高程不低于两岸堤顶高程，两岸堤顶高程为61.

16、50m，经比较后取闸墩高程10m。H墩=校核洪水位时水深安全超高=9.08+0.4=9.48（m）H墩=设计洪水位时水深安全超高=7.58+0.5=8.08（m）H墩=正常挡水位时水深h=6.8+0.98=7.78（m）式中，h为波浪高度，缝墩尺寸见下图：4.3闸门与启闭机闸门按工作性质可分为工作闸门、事故闸门和检修闸门；按材料分为钢闸门、混凝土闸门和钢丝网水泥闸门；按结构分为平面闸门、弧形闸门等。启闭机可分为固定式和移动式两种，常用固定式启闭机有卷扬式、螺杆式和油压式。卷扬式启闭机启闭能力较大，操作灵便，启闭速度快，但造价高。螺杆式启闭机简便、廉价，适用于小型工程、水压力较大、门重不足的情况

17、等。油压式启闭机是利用油泵产生的液压传动，可用较小的动力获的很大启闭力，但造价较高。在有防洪要求的水闸中，一般要求启闭机迅速可靠，能够多孔同步开启，这里采用卷扬式启闭机，一门一机。4.3.1工作闸门闸门结构的选型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。（1）挡水高度和闸孔孔径均较大,需由闸门控制泄水的水闸宜采用弧形闸门。（2）当永久缝设置在闸室底板上时,宜采用平面闸门；如采用弧形闸门时,必须考虑闸墩间可能产生的不均匀沉降对闸门强度,止水和启闭的影响。（3）受涌浪或风浪冲击力较大的挡潮闸,宜采用平面闸门,且闸门面板宜布置在迎潮侧。（4）有排冰或

18、过木要求的水闸,宜采用平面闸门或下卧式弧形闸门；多泥沙河流上的水闸,不宜采用下卧式弧形闸门。（5）有通航或抗震要求的水闸,宜采用升卧式平面闸门或双扉式平面闸门。本工程工作闸门基本尺寸为闸门高9m，宽9m，采用平面钢闸门，双吊点，滚轮支承。4.3.2检修闸门检修闸门多采用平面闸门或叠梁式闸门。本工程检修闸门采用叠梁式，闸门槽深为20cm，宽为20cm。检修闸门型式如下图所示：4.3.3启闭机启闭机型式可根据门型,尺寸及其运用条件等因素选定.选用启闭机的启闭力应等于或大于计算启闭力,同时应符合国家现行的SL 41-93水利水电工程启闭机设计规范所规定的启闭机系列标准。当多孔闸门启闭频繁或要求短时间

19、内全部均匀开启时,每孔应设一台固定式启闭机。根据水工设计手册，平面直升纲闸门结构活动部分重量公式，经过计算得16.9t，考虑其他因素取闸门自重170kN。G=0.012k支k材H1.65 B1.85G闸门结构活动部分重量，t；k支闸门的支承结构特征系数，对于滑动式支承取0.8，对于滚轮式支承取1.0，对于台式支承取1.3；k材闸门材料系数，普通碳素结构刚制成的闸门为1.0，低合金结构支承的闸门取0.8；H孔口高度，取9m；B孔口宽度，取8m。初估闸门启闭机的启闭力。根据水工设计手册中的近似公式：FQ=（0.100.12）P1.2G=0.1018501.2170=389（KN）FW=（0.100

20、.12）P1.2G=0.1018501.2170=-19（KN）式中 P平面闸门的总水压力，KN。 P=1/2rh2b；FQ启门力,KNFW闭门力,KN由于闸门关闭挡水时，水压力P值最大。此时闸门前水位为6.8m，本工程为中型水闸，系数采用0.10，经计算启门力FQ为389kN，闭门力FW为-19kN。查水工设计手册，选用电动卷扬式起闭机型号QPQ225。4.4上部结构闸室上部工作桥、检修便桥、交通桥可根据闸孔孔径,闸门启闭机型式及容量,设计荷载标准等分别选用板式,梁板式或板拱式,其与闸墩的连接型式应与底板分缝位置及胸墙支承型式统一考虑。有条件时,可采用预制构件,现场吊装。工作桥的支承结构可根

21、据其高度及纵向刚度选用实体式或刚架式。工作桥,检修便桥和交通桥的梁(板)底高程均应高出最高洪水位0.5m以上；若有流冰,应高出流冰面以上0.2m。4.4.1工作桥工作桥是为了安装启闭机和便于工作人员操作而设的桥。若工作桥较高，可在闸墩上部设排架支承。工作桥设置高程与闸门尺寸及形式有关。由于是平面钢闸门，采用固定式卷扬启闭机，闸门提升后不能影响泄放最大流量，并留有一定的富裕度。根据工作需要和设计规范，工作桥设在工作闸门的正上方，用排架支承工作桥，桥上设置启闭机房。由启闭机的型号决定基座宽度为2m，启闭机旁的过道设为1m，启闭机房采用24砖砌墙，墙外设0.66m的阳台。因此，工作桥的总宽度为6m。

22、由于工作桥在排架上，确定排架的高度即可得到工作桥高程。排架高度=闸门高+安全超高+吊耳高度=9+0.4+0.5=9.9(m)工作桥高程=闸墩高程+排架高+T形梁高=61.92+9.9+1=72.82(m)工作桥细部构造见下图：4.4.2检修桥检修桥的作用为放置检修闸门，观测上游水流情况，设置在闸墩的上游端。采用预制T形梁和活盖板形式。尺寸如下图所示。4.4.3交通桥交通桥的作用是连接两岸交通，供车辆和人通行。交通桥的形式可采用板梁式。交通桥的位置应根据闸室稳定及两岸连接等条件确定，布置在下游。仅供人畜通行用的交通桥，其宽度不小于3m，行驶汽车等的交通桥，应按交通部门制定的规范进行设计，一般公路

23、单车道静宽为4.5m，双车道为7-9m。本次设计采用双车道宽8m宽，并设有人行道安全带为0.75m，具体尺寸如图4-3所示。 4.5 两岸连接建筑物布置水闸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。两岸连接布置应与闸室布置相适应。水闸两岸连接宜采用直墙式结构；当水闸上,下游水位差不大时,也可采用斜坡式结构,但应考虑防渗,防冲和防冻等问题。在坚实或中等坚实的地基上,岸墙和翼墙可采用重力式或扶壁式结构；在松软地基上,宜采用空箱式结构。岸墙与边闸墩的结合或分离,应根据闸室结构和地基条件等因素确定。当闸室

24、两侧需设置岸墙时,若闸室在闸墩中间设缝分段,岸墙宜与边闸墩分开；若闸室在闸底板上设缝分段,岸墙可兼作边闸墩,并可做成空箱式.对于闸孔孔数较少,不设永久缝的非开敞式闸室结构,也可以边闸墩代替岸墙。上,下游翼墙宜与闸室及两岸岸坡平顺连接。上游翼墙的平面布置宜采用圆弧式或椭圆弧式,下游翼墙的平面布置宜采用圆弧(或椭圆弧)与直线组合式或折线式。在坚硬的粘性土和岩石地基上,上,下游翼墙可采用扭曲面与岸坡连接的型式。上游翼墙顺水流向的投影长度应大于或等于铺盖长度。下游翼墙的平均扩散角每侧宜采用712,其顺水流向的投影长度应大于或等于消力池长度。在有侧向防渗要求的条件下,上,下游翼墙的墙顶高程应分别高于上,

25、下游最不利的运用水位。翼墙分段长度应根据结构和地基条件确定.建筑在坚实或中等坚实地基上的翼墙分段长度可采用1520m；建筑在松软地基或回填土上的翼墙分段长度可适当减短。4.5.1上、下游连接建筑物的作用挡住两侧填土，维持土坝及两岸稳定；当水闸泄水或引水时，上游翼墙主要用于引导水流平顺进闸，下游翼墙使出闸水流均匀扩散，减少冲刷；保持两岸或土坝边坡不受过闸水流的冲刷；控制通过闸身两侧的渗流，防止与其相连的岸坡或土坝产生渗透变形；在柔软地基上设有独立岸墙时，可以减少地基沉降对闸身应力的影响。4.5.2 上游连接建筑物本次设计的上游连接建筑物采用圆弧式翼墙，这种布置是从边墩开始，上游用圆弧行的铅直翼墙

26、与河岸连接，上游圆弧半径为20m。其优点是水流条件好，但模板用量大，施工复杂。上游段采用的挡土墙形式有扶墙式和重力式两种。从闸室向上游岸坡连接时，先采用扶墙式，挡翼墙插入岸体一定深度时，再采用重力式挡土墙。具体构造如下图所示：4.5.3 下游连接建筑物本次设计的下游连接建筑物采用铅直的八字形翼墙，其扩散角采用7，直到消力池末端，当进入海漫后采用扭曲面与下游两岸连接。下游连接建筑物采用悬臂式挡土墙来挡土。具体构造如下图所示：4.5.4 闸室与岸坡连接建筑物闸室边墩后采用空箱式挡土墙，上边建有桥头堡，桥头堡的墙尽量坐在空箱式挡土墙的竖墙上，用来承载一定的重量，空箱式挡土墙的具体构造如上图所示。5、

27、闸孔尺寸确定5.1闸室、闸孔形式5.1.1闸室结构形式本工程主要任务是正常情况下拦截河水，以利灌溉，而当洪水来临时，开闸泄水，以保防洪安全。由于是建在平原地区河道上的拦河闸，应具有较大超泄能力，并利于排除漂浮物。因此采用不设胸墙的开敞式水闸。而不采用穿堤取水或者排水的涵洞式水闸。也不采用双层式水闸。5.1.2闸孔形式闸孔形式一般有宽顶堰型、低实用堰型和胸墙孔口型三种。由于本工程是拦河闸，若采用低实用堰易淤沙。若采用胸墙孔口型易对泄洪有影响。故采用了有结构简单、施工方便、泄流能力比较稳定，有利于泄洪、冲沙、排淤等优点的宽顶堰型。5.2闸孔尺寸5.2.1判别堰的出流流态由于已知上、下游水位，可推算

28、上游水头及下游水深如表5.1所示表5.1 上游水头计算流量Q下游水深上游水深过水断面面积行近流速上游水头H0（m3/s）hs (m)H(m)(m2)v0 (m/s)(m)(m)设计流量1144.457.437.58656.351.740.157.73校核流量1142.898.99.08847.331.940.199.27注：考虑雍高15-20cm（取值在0.1-0.3m之间, H0=hs+）闸门全开泄洪时，为平底板宽顶堰，根据公式h0.72H判别是否为淹没出流,其判别计算见表5.2表5.2 淹没出流判别计算计算情况下游水深hs(m)上游水头H0(m)hs0.72H0流态设计水位7.437.73

29、7.435.57淹没出流校核水位8.99.278.906.67淹没出流5.2.2确定闸孔总净宽闸孔总净宽应根据泄流特点,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。按照闸门总净宽计算公式根据设计洪水和校核洪水两种情况分别计算,见表5.3其中 侧收缩系数,取0.96，m为堰流流量系数,取0.385。表5.3 闸孔总净宽计算流量Q下游水深hs上游水头H0淹没系数B0(m3/s)(m)(m)(m)设计流量1144.457.437.730.960.5954.03校核流量1642.898.99.270.960.5959.045.2.3闸孔尺寸的选择闸孔孔径应根据闸的

30、地基条件,运用要求,闸门结构型式,启闭机容量,以及闸门的制作,运输,安装等因素,进行综合分析确定。选用的闸孔孔径应符合国家现行的(SL 74-95)水利水电工程钢闸门设计规范所规定的闸门孔口尺寸系列标准。闸孔孔数少于8孔时,宜采用单数孔。根据闸门设计规范中闸孔尺寸和水头系列标准，选定单孔净宽b=9m，同时为了保证闸门对称开启，防止不良水流形态，选用7孔。由于闸基为软基河床，选用整体五宽度为：L=（79）+（21.6+41.2）=71（m）图5-1 闸孔尺寸布置图 （单位：m）5.2.4校核闸孔的过流能力根据孔口与闸墩的尺寸可计算侧收缩系数，查水闸设计规范（规范表2-2），结果如下：对于中孔：得

31、靠缝墩孔：得对于边孔：得所以与假定接近，根据选定的孔口尺寸与上下游水位，进一步换算流量如表2.4所示。表2.4 过流能力校核计算计算情况堰上水头H0hs/H0sQ校核过流能力()()设计流量1144.457.730.960.590.961294.3413.1%校核流量1642.899.270.960.590.961647.820.3% 设计情况和校核情况都没有超过了规定5%的要求，符合要求，孔口尺寸选择的比较合理。5.3辅助曲线的绘制根据水闸所在的河流纵横面图，绘制下游水位与流量关系曲线。用明渠均匀流公式进行计算：表2.5 下游水位与相应流量关系表下游水位H过水面积W(m2)湿周X(m)水力半

32、径R1(m)谢才系数C流量Q(m3)下游水深h52.4234.570.240.4939.4612.10.552.927072.470.9744.2238.721.053.9214476.941.8749.33123.372.054.9222281.422.7352.53244.563.055.9230485.893.5454.87398.564.056.9239090.364.3256.71583.555.057.9248094.835.0658.23798.546.058.92584.9125.304.6757.46922.17.058.92708.92129.786.4860.681318

33、.388.059.92836.89134.256.2360.291600.039.0图5-2 下游水位与流量关系曲线6、水闸的消能防冲设计水闸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。由于本闸位于平原地区，河床的抗冲刷能力较低，所以采用底流消能。设计水位或校核水位时闸门全开宣泄洪水，为淹没出流，无须消能。闸前为正常高水位58.72m，部分闸门局部开启，只宣泄较小流量时，下游水位不高，闸下射流速度较大，才会出现严重的冲刷河床现象，需设置相应的消能设施。为了保证无论何种开启高度的情况下均能发生淹没式水跃消能，采用闸前水深H=6.8m，闸门局部开启情况，作

34、为消能防冲的控制情况。为了降低工程造价，确保水闸安全运行，可以规定闸门的操作规程，本次设计按1、3、5、7孔对称方式开启，分别对不同开启孔数和开启高度进行组合计算，找出消力池池深和池长的控制条件。表6.1 消力池池深、池长估算开启孔数开启高度收缩系数泄流量Q单宽流量Q收缩水深跃后水深下游水深流态判别消力池尺寸备注池深池长水跃长ne(m3/s)(m3/s)hc(m)hc(m)HS(m)d(m)Lsj(m)Lj(m)11.00.61858.196.470.623.421.230.9819.3819.311.20.61969.807.760.743.721.37自由出流0.9520.2525.611

35、.50.62185.729.520.934.021.560.8420.4121.3池深控制12.00.624112.2012.471.254.451.870.6920.4222.1限开31.0061887.33.230.621.571.5831.20.619104.73.880.741.71.78自由出流31.50.621128.154.750.931.812.0432.00.625167.256.191.251.952.36按式、式、式、式计算，结果列入表6.1通过计算，为了节省工程造价，防止消力池过深，对开启1孔开启高度为2.0m限开为1.5m的消力池池深为控制条件。6.1消力池6.1.1

36、消力池的深度根据所选择的控制条件，估算池深为1.0米，用式、式、式、计算挖池后的收缩水深和相应的出池落差及跃后水深，验算水深淹没系数符号在1.051.10之后的要求。6.1.2消力池池长及底板根据池深为1.0m，计算出相应的消力池为22m采用挖深式消力池。为了便于施工，消力池的底板做成等厚，为了降低板下部的渗透压力，在水平底板的后半部设置排水孔，孔下铺设反滤层，排水孔孔径为10cm，间距为2m，呈梅花形布置。根据抗冲要求，按式计算计算消力池底板厚度。其中为消力池底板计算系数，取0.18；为确定池身时的过闸单宽流量；为相应于单宽流量的上下游水位差。,取消力池底板的厚度=1.0消力池构造尺寸图6-

37、1（单位：高程m,尺寸cm）6.2海漫设计6.2.1海漫作用海漫的作用就是要消除水流的余能，调整流速分布，均匀的扩散出池水流，使之与天然河道的水流状态接近，以保河床免受冲刷。6.2.2构造和要求海漫应具有一定的柔性,透水性,表面粗糙性,其构造和抗冲能力应与水流流速相适应。海漫宜做成等于或缓于1：10的斜坡,末端应设防冲槽(或防冲墙)。海漫下面应设垫层。因为对海漫要求有一定的粗糙度，以便进一步消除余能，有一定的柔性，所以选择在海漫的起始段为10m长的浆砌石水平段，因为浆砌石的抗冲性能较好，其顶面高程与护坦齐平。后30m做成坡度为1：15的干砌石段，以使水流均匀扩散，调整流速分布，保护河床不受冲刷

38、。海漫厚度为0.6m，下面铺设15cm的砂垫层。6.2.3常用的结构海漫常用的结构类型有干砌石海漫、浆砌石海漫、混凝土板海漫和钢丝石笼海漫6.2.4海漫长度用式计算海漫长度，结果列如表中，其中，为海漫长度计算系数，根据闸基土质为中粉质壤土12。最计算表中的最大值40m。表6.2 海漫长度计算流量Q上游水深H下游水深hsqsLp()(m)(m)(m)(m)2006.82.636.82 4.1728.803006.83.364.233.4433.614006.84.015.632.7936.80 5006.84.557.042.2539.006006.85.088.45 1.7239.957006

39、.85.549.861.2639.926.3防冲槽设计6.3.1工作原理防冲槽是设在海漫末端、呈槽形并抛填石块的护底工程。万一下游河床遭受冲刷，可借以支持和保护海漫免遭淘刷坍毁；床面下降时，抛石还可摊开，形成护底，从而制止冲坑扩展。6.3.2冲坑深度海漫末段河床冲刷坑深按式计算，其中河床土质的不冲流速可按式计算。按不同情况计算如2.8所示。v0=v0R1/41/5式中v0河床土质的不冲流速，m/sv0查水利学可知此处取0.8m/sR水利半径,R=A/x Hs海漫末端河床水深，m.表6.3 海漫冲刷坑深度计算计算情况q”相应过水湿周v0hs”d面积A()(m)(m/s)(m)(m)设计情况11.

40、90637.72127.231.381.1047.434.43校核情况16.42823.91133.811.4381.1508.96.816.3.3防冲槽深度根据计算确定防冲槽的深度为2.5m。采用宽浅式，底宽取7.5m，上游坡率为2,下游坡率为3，出槽后做成坡率为5的斜坡与下游河床相连。如图6-2所示图6-2 海漫防冲槽构造图（单位：m）6.4上、下游河岸的防护为了保护上下游翼墙以外的河道两岸岸坡不受水流的冲刷，需要进行护坡采用浆砌石护坡，厚0.3m，下设0.1m的砂垫层。保护范围上游自铺盖向上延伸2-3倍的水头，下游自防冲槽向下延伸4-6倍。7、水闸的防渗排水设计水闸的防渗排水设计应根据闸

41、基地质情况,闸基和两侧轮廓线布置及上,下游水位条件等进行,其内容应包括：渗透压力计算、抗渗稳定性验算、滤层设计、防渗帷幕及排水孔设计、永久缝止水设计。7.1闸室地下轮廓线布置7.1.1防渗设计的目的防止闸基渗透变形；减少闸基渗透压力；减少水量损失；合理选用地下轮廓尺寸。7.1.2防渗设计的原则防渗设计一般采用防渗和排水相结合的原则，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，减少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，排水孔排水或减压井与下游连通，使地下渗水尽快排出，以减少渗透压力，并防止在渗流出口附近发生渗透变形。7.1.3防渗设施由于闸基土质以黏土为

42、主，防渗设备采用黏土铺盖，闸底板上下游侧设齿墙，为了避免破坏天然的黏土结构，不宜设置板桩。7.1.4地下轮廓布置根据以上设计数据，实际的地下轮廓线布置长度应大于理论的地下轮廓长度，通过校核，满足要求。铺盖长度+闸底板长度+齿墙长度=34+15+6.8=55.8(m)L理=47.6m7.2渗流计算7.2.1计算目的计算闸底板各点渗透压力；验算地基图在初步拟定的地下轮廓线下的渗透性。7.2.2渗流计算方法计算方法有直线比例法、流网法和改进阻力系数法，由于改进阻力系数法结果精确，采用此种方法进行渗流计算。7.2.3计算渗透压力7.2.3.1地基有效深度的计算根据公式判断L0/S0=23.25地基有效

43、深度为：Te=0.5L0=0.552=26 (m)计算Te大于实际的地基透水层深度25m，所以取最小值Te=25m.7.2.3.2分段阻力系数得计算通过地下轮廓的各角点和尖端将渗流区分成9个典型段，其中1、9段为进出口段，用相应的公式计算相应的阻力系数；3、5、7段为内部垂直段，用相应的公式计算相应的阻力系数；2、4、6、8段为水平段，用相应的公式计算相应的阻力系数。各典型段的水头损失公式计算。结果列入表中。对于进出口段的阻力系数修正，按相应公式计算，结果如表7.1和7.2所示。渗流区域分段图如图7-1。图7-1 渗流区域分段图 （单位：m）表7.1 各段渗透压力水头损失分段编号分段名称SS1

44、S2TLihihi进口0.6250.450.9840.310水平01.924.434.01.342.9303.6垂直1.924.40.080.1750.175水平0022.51.00.040.0870.087垂直1.023.50.040.0870.087水平1.01.023.516.00.621.3561.458垂直1.023.50.040.0870.174水平0022.51.00.040.0870.174出口1.524.00.461.0060.73合计3.11H=6.8H=6.8表7.2 进出口段的阻力系数修正表断别STh0hh进口段0.624.40.310.310.6743.6出口段2.5

45、240.720.730.450.1747.2.3.3 计算各角点的渗透压力值用表7.1计算的各段的水头损失进行计算，总的水头差为正常挡水期的上、下游水头差6.8m。各段后角点渗压水头=该段前角点渗压水头此段的水头损失失值，结果列入表7.3。表7.3 闸基各角点渗透压力值H1H2H3H4H5H6H7H8H9H106.86.492.892.722.632.541.080.910.7307.2.3.4 验算渗流逸出坡降出口段的逸出坡降为：J=hi/S=0.73/1.5=0.48，小于壤土出口段允许渗流坡降值J=0.500.60，满足要求，不会发生渗透变形。闸底板的渗透压力分布如图7-2所示。 图7-

46、2 闸底板下渗透压力分布图（单位：m）7.3排水设计7.3.1排水设施的布置采用排水设备，可降低渗透水压力，排除渗水，避免渗透变形，增加下游的稳定性。排水的位置直接影响渗透压力的大小和分布，应根据闸基土质情况和水闸的工作条件，作到既减少渗压又避免渗透变形。7.3.1.1水平排水的布置 水平排水为加厚反滤层中的大颗粒层，形成平铺式。排水反滤层一般是由23层不同粒径的砂和沙砾石组成的.层次排列应尽量与渗流的方向垂直,各层次的粒径则按渗流方向逐层增大。反滤层的材料应该是能抗风化的砂石料，并保护土壤的颗粒不得穿过反滤层；各层的颗粒不得发生移动；相邻两层间，较小一层的颗粒不得穿过较粗一层得空隙；反滤层不

47、能被阻塞，应具有足够的透水性，以保证排水通畅；同时还应保证耐久、稳定，其工作性能和效果应不随时间的推移和环境的改变而变差。本次设计中的反滤层由碎石、中砂和细纱组成，其中上部为20cm厚的碎石，中间为10cm厚的中砂，下部为10cm厚的细砂。（见反滤层构造图7-3）图7-3 反滤层构造图 （单位：cm）7.3.1.2铅直排水的布置 本工程在护坦的中后部设排水孔，孔距为2m，孔径为10cm，呈梅花形布置，孔下设反滤层。7.3.1.3侧向排水的布置侧向防渗排水布置（包括齿墙、板桩、排水井等）应根据上、下游水位、墙体材料和墙后土质以及地下水位变化等情况综合考虑，并应与闸基的防渗排水布置相适应，在空间上

48、形成防渗整体。在消力池两岸翼墙设23层排水孔，呈梅花行布置，孔后设反滤层，排出墙后的侧向绕渗水流。7.3.2细部构造凡具有防渗要求的缝，都应设止水设备。止水分铅直止水和水平止水两种。前者设在闸墩中间、边墩与翼墙间以及上游翼墙铅直缝中；后者设在黏土铺盖保护层上的温度沉陷缝、消力池与底板温度沉陷缝、翼墙和消力池本身的温度沉降缝内。在黏土铺盖与闸底板沉陷缝中设置沥 青麻袋止水。其构造详见图7-4。图7-4止水详图（单位：cm）8、闸室稳定分析作用在水闸上的荷载可分为基本荷载和特殊荷载两类。基本荷载主要有下列各项：水闸结构及其上部填料和永久设备的自重；相应于正常蓄水位或设计洪水位情况下水闸底板上的水重

49、；相应于正常蓄水位或设计洪水位情况下的静水压力；相应于正常蓄水位或设计洪水位情况下的扬压力(即浮托力与渗透压力之和)；土压力；淤沙压力；风压力；相应于正常蓄水位或设计洪水位情况下的浪压力；冰压力；土的冻胀力；其它出现机会较多的荷载等。特殊荷载主要有下列各项：相应于校核洪水位情况下水闸底板上的水重；相应于校核洪水位情况下的静水压力；相应于校核洪水位情况下的扬压力；相应于校核洪水位情况下的浪压力；地震荷载。8.1荷载计算及荷载组合8.1.1设计情况水闸在使用过程中，可能出现各种不利情况。完建无水期是水闸建好尚未投入使用之前，竖向荷载最大，容易发生沉陷或不均匀沉陷，这是验算地基承载力的设计情况。正常

50、挡水期是下游无水，上游为正常挡水位，上下游水头差最大，闸室承受较大的水平推力，是验算闸室抗滑稳定性设计情况泄洪期工作闸门全开，水位差较小，对水闸无大的危害，故不考虑此种情况。本次设计地震烈度为6度，不考虑地震情况。8.1.2荷载计算8.1.2.1计算水闸结构自重水闸结构及其上部填料的自重应按其几何尺寸及材料重度计算确定。闸门,启闭机及其他永久设备应尽量采用实际重量。8.1.2.2计算水重作用在水闸底板上的水重应按其实际体积及水的重度计算确定。多泥沙河流上的水闸,还应考虑含沙量对水的重度的影响。8.1.2.3计算水平静水压力作用在水闸上的静水压力应根据水闸不同运用情况时的上,下游水位组合条件计算

51、确定。多泥沙河流上的水闸,还应考虑含沙量对水的重度的影响。8.1.2.4计算基底扬压力作用在水闸基础底面的扬压力应根据地基类别,防渗排水布置及水闸上,下游水位组合条件计算确定。8.1.2.5计算淤沙压力作用在水闸上的淤沙压力应根据水闸上,下游可能淤积的厚度及泥沙重度等计算确定。8.1.2.6计算浪压力作用在水闸上的浪压力应根据水闸闸前风向,风速,风区长度(吹程),风区内的平均水深以及闸前实际波态的判别等计算确定。8.1.2.7计算土压力、地震荷载作用在水闸上的冰压力,土的冻胀力,地震荷载以及其他荷载,可按国家现行的有关标准的规定计算确定。施工过程中各个阶段的临时荷载应根据工程实际情况确定。8.

52、2荷载组合设计水闸时,应将可能同时作用的各种荷载进行组合。荷载组合可分为基本组合和特殊组合两类。基本组合由基本荷载组成；特殊组合由基本荷载和一种或几种特殊荷载组成,但地震荷载只应与正常蓄水位情况下的相应荷载组合。完建无水期和正常挡水期均为基本荷载组合。取中间三孔一联为单元进行计算，需计算的荷载见表8.1表8.1 荷载组合荷载组合计算情况自重静水压力扬压力泥沙压力地震力浪压力基本组合完建无水期正常挡水期8.3闸室地基承载力验算和抗滑稳定验算8.3.1计算单元闸室稳定计算宜取两相邻顺水流向永久缝之间的闸段作为计算单元。8.3.2验算要求（1）土基上的闸室稳定计算应满足下列要求：在各种计算情况下,闸室平均基底应力不大于地基允许承载力,最大基底应力不