毕业设计龙坝河水利水电水闸设计

1、第一章  综合说明第一节  概述 本工程闸址位元于龙坝乡驻地龙坝河与其左岸支沟交汇口之上游约150m处，拦河闸所担负的任务是正常情况下拦河截水，抬高水位，以利引水。洪水时开闸泄水，以保安全。主要用于电站引水发电。 根据水利水电工程等级划分及洪水标准(sl2522000)，本引水式电站首部枢纽工程等别为等，主要建筑物级别为五级；设计洪水标准确定为20年一遇，校核洪水标准确定为50年一遇。第二节 基本数据1、基本概况 电站位置：龙坝乡 水 系：岷江水系 开发方式：引水式 引用流量：2.5m3/s2、流域概况 1）、河流概况 坝（闸）址位于龙坝乡驻地龙坝河与其左岸支沟交汇口之上游

2、约150m处。河道顺直，纵坡降约55，河床横宽1520m。左岸漫滩宽约15m，其后为河间三角形洪积阶地，阶面高出河水面1015m，边坡稳定。右岸坡麓有崩坡积块碎石，基岩大面积出露，边坡稳定；坝线处为崩坡积层边坡，坡角3040°，边坡稳定。坝线下游向约30 m处出露基岩，顺河长约60m，岩层为三迭系上统侏倭组（t3zh）浅灰色薄中厚层状变质钙质石英砂岩、千枚岩。 沉砂池位于右岸一级阶地上，地形地质条件宜于布置建筑物。阶地表层为砂壤土夹砾碎石，厚度11.5 m，其下为冲洪积砂漂块卵石层，粒度大小悬殊，局部有架空结构，均匀性差。池基持力层为冲洪积砂漂块卵石层，能满足沉砂池对承载、抗滑等稳定

3、性要求。 2）、气象气象特征值统计表多年平均降雨量mm835.3多年平均气温9.0多年平均相对湿度%64多年平均风速m/s1.9多年平均蒸发量mm1459.4 3）、水文、泥沙 （1）径流 多年平均流量42.3m3/s，多年平均年径流深777.6mm，折合年径流量13.37亿m3。径流的年内分配与降雨的年内分配基本一致。年内分配大致为：丰水期510月，主要为降雨补给；枯水期11月次年4月，主要由地下水和融雪水补给。每年4月以后径流随着降雨的增大而逐渐增大，6、7两月水量最丰，8月份相对较小，9月份次丰，11月起由于降雨量的减少，径流开始以地下水补给为主，稳定退水至翌年3月。径流在年内的分配不均

4、匀，丰水期（510月）多年平均流量为69.2m3/s，占年径流量的82.2%，其中主汛期（69月）水量占了年水量的61.5%，枯水期（114月）多年平均流量为15.2m3/s，占年径流量的17.8%，最枯的13月多年平均流量为11.1m3/s，占年径流的6.5%，其中最枯的2月只占1.9%。径流的年际变化不大，最大年平均流量为52.8m3/s（1961年5月1962年4月），最小年平均流量为30.4m3/s（1971年5月1972年4月），相差仅1.7倍。年最小流量一般出现在1、2月份，多数出现于2月，最小月平均流量8.48m3/s。 （2）洪水 年最大流量的年际变化较小，实测年最大洪峰流量的

5、最大值为465m3/s（1967年7月12日），最小值163m3/s（1966年7月14日），两者之比为2.85倍。洪水过程主要为复峰过程。 （3）泥沙多年平均悬移质输沙量万t7.2169月占全年输沙量百分数%90.769月输沙量万t6.5469月含沙量kg/ m31.036多年平均悬移质含沙量kg/ m30.669多年平均推移质年输沙量万t1.44多年平均年输沙总量万t8.65 4）、地质 龙坝河位于黑水河中游之北部，地形上属于川西北高原向四川盆地过渡的斜坡地带。地势总的趋势是西北高东南低，由海拔50004000m降至约2000m，沿河两岸山势巍峨，层峦迭嶂，高差悬殊，属典型的高山峡谷、构造

6、剥蚀与侵蚀地貌。 本河流全长约26km，河流总体方向由ne流向sw折而由nw流向se，河流坡降陡，平均坡降约为70，河谷阶地不发育，间有漫滩断续分布。两岸支沟不对称，左岸比较发育。按河谷地貌形态的表现特征，从上自下大致可分为三段：王母寨沟以上河段，河谷相对开阔，两岸谷坡坡度大致在4050º左右，谷宽约4060m；龙坝乡以上至王母寨沟河段，河谷狭窄，河床深切，左岸陡峭，坡度大致在5070º左右，右岸稍缓, 坡度大致在4050º左右，谷宽只有2050m；龙坝乡及以下河段，谷底相对开阔，宽约70m，两岸谷坡坡度大致为4075º。 工程区在大地构造上位处秦岭东西

7、向构造带、龙门山北东向构造带与金汤弧形构造带间的三角地块内，构造形迹比较复杂。工程区位元于较场和知木林两个山字型构造之间，属较场山字型构造与西尔北西向构造带的复合地带。区内断裂不发育，以弧形线状褶皱构造为主。 坝址位于龙坝河与其左岸支沟交汇口之上游约150m处。河道顺直，纵坡降约55，河床横宽1520m。左岸漫滩宽约15m，其后为河间三角形洪积阶地，阶面高出河水面1015m，边坡稳定。右岸坡麓有崩坡积块碎石，基岩大面积出露，边坡稳定；坝线处为崩坡积层边坡，坡角3040°，边坡稳定。坝线下游向约30 m处出露基岩，顺河长约60m，岩层为三迭系上统侏倭组（t3zh）浅灰色薄中厚层状变质钙

8、质石英砂岩、千枚岩。 距坝线下游约100160m ，有倾斜状一级阶地，顺河长约60m，横向宽约30m，适宜布置沉砂池；坝线上游两岸有较宽阔的河。 坝基为第四系全新统冲洪积砂漂块卵石层，石质以变质砂岩、板岩为主，少量岩浆岩，粒径一般630cm，次园次棱角状，砂砾石含量约占20%，漂石、块石含量约占50%，卵碎石约30%，结构稍中密，局部具架空现象，均匀性差，透水性强，地下水丰富。该层作为低坝坝基持力层是适宜的，能满足其对承载、抗滑稳定等要求。 左岸为洪积阶地前沿泥砂漂块卵碎石层，结构松散，抗冲刷能力极弱，透水性较强，不宜直接作为坝肩。建议：坝肩嵌入岸坡内23m， 上游必须护岸，并与枢纽防渗工程连

9、成一体。右岸为坡麓崩坡积块碎石，结构松散，透水性较强，亦不宜直接作为坝肩。建议：坝肩嵌入岸坡内12m，坝线上游须护岸，并与防渗工程连成一体。 此外，在基坑开挖中，地下水量大，应采取降排水措施；区内有冰冻现象，对建筑物有不良影响，需采取相应工程措施。 沉砂池位于右岸一级阶地上，地形地质条件宜于布置建筑物。阶地表层为砂壤土夹砾碎石，厚度11.5m，其下为冲洪积砂漂块卵石层，粒度大小悬殊，局部有架空结构，均匀性差。池基持力层为冲洪积砂漂块卵石层，能满足沉砂池对承载、抗滑等稳定性要求。主要工程地质问题是：地基不均匀变形，需采取相应工程结构措施；河岸易受洪水冲刷袭击，需沿岸构筑防冲保坎。 沉砂池至坝线，

10、前段为崩坡积层边坡坡麓，适宜设置箱型暗渠，并与防洪堤工程结合；后段为基岩边坡，其地形地质条件可以设置暗渠。首部枢纽地基土石主要地质参数建议值岩 性重力密度r（kn/m3）允许承载力c（mpa）变形模量e。gpa）摩擦系数f粘聚力cmpa渗透系数k（cm/s）允许渗透比降j砂漂块卵石层210.300.400.030.040.500(45)10-20.15泥砂漂块卵碎石层200.200.250.020.0250.330.05(12)10-20.15泥砂块碎石16180.170.180.010.0150.260.1(0.51)10-20.203、水位及流量 电站设计引用流量：2.5m3/s 坝（闸）

11、正常挡水位：2063.00m 隧洞进口水位：2061.00m洪水资料：p0.5 q=147.0m3/s； p1.0 q=137.0m3/s； p2.0 q=126.0m3/s； p3.3 q=117.0m3/s； p5.0 q=110.0m3/s；第三节  工程综合说明书 本工程闸孔形式采用无胸腔的开敞式水闸，闸底板形式采用宽顶堰。建造在河道上，枯水期用以拦截河道，抬高水位，以利上游取水要求；洪水期则开闸泄洪，控制下游流量。 一、河闸的特点 拦河闸既用以挡水，又用于泄水，且多修建在软土地基上，因而在稳定、防渗、消能防冲及沉降方面都有其自身的特点。 1稳定方面 关门拦水时，水闸上、下游

12、较大的水头差造成较大的水平推力，使水闸有可能沿基面产生向下游的滑动，为此，水闸必须具有足够的重力，以维持自身的稳定。 2防渗方面 由于上下游水位差的作用，水将通过地基和两岸的土壤会被掏空，危及水闸的安全。渗流对闸室和两岸连接建筑物的稳定不利。因此，应妥善进行防渗设计。 3消能防冲方面 水闸开闸泄水时，在上下游水位差作用下，过闸水流往往具有较大的动能，流态也较复杂，而土质河床的抗冲能力较低，可能引起冲刷。此外，水闸下游常出现波状水夭和折冲水流，会进一步加剧对河床和两岸的淘刷。因此，设计水闸除应保证闸室具有足够的过水能力外，还必须采用有效的消能防冲措施，以防止河道产生有害的冲刷。 4沉降方面 土基

13、上的建闸，由于土基的压缩性大，抗剪强度低，在闸室的重力合外部荷载作用下，可能产生较大的沉降影响正常使用，尤其是不均匀沉降会导致水闸倾斜，甚至断裂。在水闸设计时，必须合理选择闸型、构造，安排好施工程序，采取必要的地基处理等措施，以减少过大的地基沉降和不均匀沉降。 二、拦河闸的组成 拦河闸通常由上游连接段，闸室段和下游连接段三部分组成。 (一)上游连接段 上游连接段的主要作用是引导水流平稳地进入闸室，同时起防冲、防渗、挡土等作用。一般包括上游翼墙、铺盖、护底、两岸护坡及上游防冲槽等。上游翼墙的作用是引导水流平顺地进入闸孔并起侧向防渗作用。铺盖主要起防渗作用，其表面应满足抗冲要求。护坡、护底和上游防

14、冲槽（齿墙）是保护两岸土质、河床及铺盖头部不受冲刷。 (二)闸室段 闸室是水闸的主体部分，通常包括底板、闸墩、闸门、工作桥及交通桥等。底板是闸室的基础，承受闸室的全部荷载，并比较均匀地传给地基，此外，还有防冲、防渗等作用。闸墩的作用是分割闸孔，并支承闸门、工作桥等上部结构。闸门的作用是拦水和控制下泻流量。工作桥供安置起闭机和工作人员操作之用。交通桥的作用是连接两岸交通。 (三)下游连接段下游连接段具有消能和扩散水流的作用。一般包括护坦、海漫、下游防冲槽、下游翼墙及护坡等。下游翼墙引导水流均匀扩散兼有防冲及侧向防渗作用。护坦具有消能防冲 0.作用。海漫的作用是进一步消除护坦出流的剩余动能、扩散水

15、流、调整流速分布、防止河床冲刷。下游防冲槽是海漫末端的防护设施，避免冲刷向上游扩展。第二章  水力计算第一节结构型式及孔口寸、断面尺寸的确定 一、闸室结构型式及底板高程本工程孔口采用无胸腔的开敞式水闸，闸底板型式采用宽顶堰。一般情况下，拦河闸的底板顶面与河床齐平，即闸底板高程2061m。 二、拦河闸下游水位 已知设计洪水标准确定为20年一遇，即：q设=1103/s，校核洪水标准确定为50年一遇，即：q校=126m3/s。根据水闸所在的河道断面图,假设水位高度(h)求各水位断面流量，并绘制下游水位流量关系曲线。 用明渠均匀流公式进行计算：q=ac，c=，r=a/x （水力学教材）式中

16、a过流断面面积，m2；c谢才系数，m1/2/s；r水力半径，m；n河槽的糙率，查水力学教材63，取n=0.04；x过水断面的湿周，m；i渠道底坡，本设计i=0.055。假设下游水深hs，求得相应的流量q，可列表计算。计算结果如下表：下游水深hs（m）过水断面面积 a ()湿 周x (m)水力半径r (m)糙 率 n谢才系数c底 坡i流 量q（m³/s）15.7511.690.4920.0422.210.05521.0122017.571.1380.0425.540.055127.792.529.37521.241.3830.0426.3880.055213.78根据下游水深与流量表绘

17、制下游水深与流量关系曲线图hq图，见附图水位流量曲线图. 下游断面hq关系曲线图 根据水位流量关系曲线查出河道下游水位:hs设=1.91m； hs校=1.99m。 三、拦河闸上游水位 要求枢纽通过：q设=110m3/s(设计洪水流量)；q校=126m3/s(校核洪水流量)。 闸门总净宽：本工程河床横宽15-20m，小型水闸的单孔宽度一般为3-5m，现拟定b=5m；闸孔数取n=3。故闸孔总净宽bo=nb=15m。 墩形：中墩采用半圆形，边墩采用流线形。设计洪水位情况： 假设上下游水位差h=0.83m，ho= hs设+h=1.91+0.83=2.74mhs设/ ho=0.697<0.8,属于

18、自由出流，淹没系数取s=1。堰流流量系数：m=0.385 水闸设计规范中堰流的计算公式为：q=bosm2gho³ 根据水力学教材查图8-6得流线形边墩的形状系数k=0.4，查表8-6得半圆形闸墩形状系数0=0.45。 侧收缩系数：=1-0.2(n-1) 0+kh0/nb（水力学公式8-16） =1-0.2×(3-1)×0.45+0.4×2.74/15 =0.9525 实际过流能力： q=bosm2gho³ =15×1×0.9525×0.3852×9.8×2.743 =110.45m3/sq设=1

19、10m3/s 5%（故假设成立）设上=底+ho=2061+2.74=2063.74m校核洪水位情况： 假设上下游水位差h=1.02m，ho= hs设+h=1.99+1.02=3.01mhs设/ ho=0.661<0.8,属于自由出流，淹没系数取s=1。堰流流量系数：m=0.385 水闸设计规范中堰流的计算公式为：q=bosm2gho³ 根据水力学教材查图8-6得流线形边墩的形状系数k=0.4，查表8-6得半圆形闸墩形状系数0=0.45。 侧收缩系数：=1-0.2(n-1) 0+kh0/nb（水力学公式8-16） =1-0.2×(3-1)×0.45+0.4&#

20、215;3.01/15 =0.9478 实际过流能力： q=bosm2gho³ =15×1×0.9478×0.3852×9.8×3.013 =126.54m3/sq校=126m3/s 5% （故假设成立）校上=底+ho=2061+3.01=2064.01m两种情况下过流能力都小于5%，说明孔口尺寸的选择较为合理，所以不再进行调整。闸孔选3孔，单孔净宽为5m。四、验算过闸单宽流量 根据地质资料，本工程地基属于砂壤土地基，允许单宽流量 10-15 m3/s.m, 取q=10m3/s.m。通过设计流量时：q=q设/b孔=110/15=7.3

21、3m3/s.m10m3/s.m通过校核流量时：q= q校/b孔=126/15=8.4m3/s.m10m3/s.m满足要求第二节消能防冲设计 水闸泄水时，部分势能转化为动能，流速增大，具有较强的冲刷能力，而土质河床的抗冲能力又较低，因此，必须采取适当的消能防冲措施。一、过闸水流的特点1水流形式复杂初始泄流时，闸下水深较浅，随着闸门开度的增大而会逐渐加深，闸下出流由孔口到堰流，自由出流到淹没出流都会发生，水流形态比较复杂。因此，消能设施应在任意工作情况下，均能满足消能的要求并与下游很好的衔接。2、 闸下易形成波状水跃由于水闸上下游水位差较小，出闸水流的拂汝得数较低（1.0<fr<1.7

22、），容易产生波状水跃，消能效果差。另外，水流处于急流状态，不易向两侧扩散，致使两侧产生回流，缩小河槽有效过水宽度，局部单宽流量增大，严重地冲刷下游河道。3、 闸下容易出现折冲水流一般水闸的宽度较上下游河道窄，水流过闸时先收缩而后扩散。如工程布置或操作运行不当，出闸水流不能均匀扩散，将使主流集中，蜿蜒蛇行，左冲右撞，形成折冲水流，冲毁消能防冲设施和下游河道。二 、消能防冲方式选择底流式衔接消能主要用于中、低水头的闸、坝，可适应较差的地质条件，消能效果较好。能使下泄的高速水流在较短的距离内有效地通过水跃转变为缓流，消除余能，与下游河道的正常流动衔接起来。由于本工程水头低，下游水位变幅大，河床的抗冲

23、刷能力较低，采用底流式消能。三 、消能防冲设施的设计（一）消能控制条件分析水闸在泄流过程中，随着闸门开启度不同，闸下水深、流态和过闸流量也随之变化，设计条件较难确定。一般以上游最高水位、下游始流水位为可能出现的最低水位，闸门部分开启、单宽流量大作为控制条件。设计时应以闸门的开启程序，开启孔数和开启高度进行多种组合计算，通过分析比较确定。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，应先拟定闸门开启孔数，然后由水利计算的跃后水深与下游实际水深hs比较，选取最大值的情况，判别水跃形式，作为闸门最不利的情况，消能防冲设计的控制情况。（下游水深根据下游水位流量关系曲线查得）为了确保水闸安全运

24、行，可以规定闸门的操作规程，本设计对闸孔按对称方式开启，分别对不同开启孔数和开启度进行组合计算，找出消力池池深和池长的控制条件。孔口出流流量公式：（e/h0.65；计算取h0h） q=enb2g（h0-hc）=enb2g（h0-）式中：u宽顶堰上孔流流量系数，=收缩系数；查水力学教材表8-1 流速系数，=0.91.0，取=0.95e开度.hc 挖池前收缩水深；hc= nb净宽.h0堰顶全水头.hshc(自由出流) =1；hshc(淹没出流)跃后水深：hc= 通过跃后水深与下游水深的比较进行流态判别，经过计算，找出最大的池深，池长作为相应的控制条件。同时考虑到经济及其他原因，对池深较大的开启度采

25、用限开措施。关于流态判别如下：h c<hs 为淹没出流；h c=hs 为临界状态；h c>hs 为自由出流的远驱式水跃。计算列表如下：正常水位情况：（h正=2.0m）表1 消力池池深池长估算表开启孔数n出流形式开启高度 收缩系数 挖池前收缩水深hc跃后水深 hc泄流量q 单宽流量q下游水深hs流态判别1闸孔出流0.40.6200.2481.1356.91.380.610.525自由出流0.80.6300.5041.41712.962.590.810.6071.30.6750.8781.49719.553.910.970.5272闸孔出流0.40.6200.2481.13513.81

26、1.380.840.294自由出流0.80.6300.5041.41725.932.591.080.3371.30.6750.8781.49739.13.911.250.2473闸孔出流0.40.6200.2481.13520.711.380.990.145自由出流0.80.6300.5041.41738.892.591.250.1671.30.6750.8781.49758.653.911.490.007根据以上计算结果表，算出在正常水位情况下，开启1孔闸门，开启度为0.8m时，hc”-ht=0.607m，为最不利情况。设计水位情况：（h0设=2.74m）表2 消力池池深池长估算表开启孔数n

27、出流形式开启高度 收缩系数 收缩水深hc跃后水深 hc泄流量q 单宽流量q下游水深hs流态判别1闸孔出流0.40.61770.2471.3738.21.6410.650.723自由出流0.80.62450.51.77615.733.1450.880.8961.30.64140.8342.01424.214.8421.050.9641.70.6661.1322.05930.196.0381.130.9292闸孔出流0.40.61770.2471.37316.411.6410.90.473自由出流0.80.62450.51.77631.453.1451.150.6261.30.64140.8342

28、.01448.424.8421.370.6441.70.6661.1322.05960.386.0381.510.5493闸孔出流0.40.61770.2471.37324.611.6411.050.323自由出流0.80.62450.51.776待添加的隐藏文字内容147.183.1451.350.4261.30.64140.8342.01472.634.8421.620.3941.70.6661.1322.05990.576.0381.780.279根据以上计算结果表，算出在设计水位情况下，开启1孔闸门，开启度为1.3m时，hc”-ht=0.964m，为最不利情况。校核水位情况：（h0校=

29、3.01m）表3 消力池池深池长估算表开启孔数n出流形式开启高度 收缩系数 收缩水深hc跃后水深 hc泄流量q 单宽流量q下游水深hs流态判别1闸孔出流0.40.6170.2471.458.631.7250.680.77自由出流0.80.6230.4981.89116.613.3220.90.9911.20.630.7562.13123.874.7741.051.0811.60.6481.0372.24830.636.1251.141.1081.90.6691.2712.2635.257.051.21.062闸孔出流0.40.6170.2471.4517.251.7250.930.52自由出流

30、0.80.6230.4981.89133.223.3221.170.7211.20.630.7562.13147.744.7741.360.7711.60.6481.0372.24861.266.1251.520.7281.90.6691.2712.2670.57.051.610.653闸孔出流0.40.6170.2471.4525.881.7251.080.37自由出流0.80.6230.4981.89149.833.3221.390.5011.20.630.7562.13171.64.7741.620.5111.60.6481.0372.24891.886.1251.790.4581.90

31、.6691.2712.26105.757.051.880.38根据以上计算结果表，算出在校核水位情况下，开启1孔闸门，开启度为1.6m时，hc”-ht=1.108m，为最不利情况。（二） 消力池尺寸及构造1消力池深度的计算根据三种情况所选择的控制条件，分别估算正常水位池深为0.4m、设计水位池深为0.3m、校核水位池深为0.1m，用水力学教材公式9-5，计算挖池后的收缩水深hc1和相应的出池落差z及跃后水深hc。计算如下： 正常水位： e0=h0+d=2+0.4=2.4（m） hc =用迭带法求得=0.4398hc=1.558（m）出池落差：z= =0.437（m）验算水跃淹没系数，由水力学教

32、材公式： d=hcz 0 =（d+hs+z）/hc 得 0=（0.4+0.81+0.437）/1.558=1.057符合在1.051.10之间的要求。设计水位：e0=h0+d=2.74+0.3=3.04（m） hc =用迭带法求得=0.762hc=2.15（m）出池落差：z= =0.943（m）验算水跃淹没系数，由水力学教材公式： d=hcz 0=（d+hs+z）/hc 得 0=（0.3+1.05+0.943）/2.15=1.066符合在1.051.10之间的要求。校核水位：e0=h0+d=3.01+0.1=3.11（m） hc =用迭带法求得=1.003hc=2.306（m）出池落差：z=

33、=1.27（m）验算水跃淹没系数，由水力学教材公式： d=hcz 0=（d+hs+z）/hc 得 0=（0.1+1.14+1.27）/2.306=1.088符合在1.051.10之间的要求。根据以上计算结果，取池深d=0.5m。2消力池池长消力池长度公式：消力池长度：lsj=ls+lj 式中 lsj消力池长度，m；ls消力池斜坡段水平投影长度，斜坡段坡率取m=8；水跃长度校正系数，可采用0.70.8；lj水跃长度，m。水跃长度：lj=6.9（h c-hc）=6.9(1.558-0.4398)=7.72m ls=4m；=0.8lsj=4+0.8*7.72=8.67610.2m故消力池长10.2m

34、3消力池护坦厚度消力池底板（即护坦）承受水流的冲击力、水流脉动压力和底部扬压力等作用，应具有足够的重量、强度和抗冲耐磨的能力。护坦一般是等厚的，也可采用不同的厚度，始端厚度大，向下游逐渐减小。护坦厚度可根据抗冲和抗浮要求，分别计算，并取其最大值。按抗冲要求计算消力池护坦厚度公式为：t=k1 按抗浮要求计算消力池护坦厚度公式为：t=k2 式中 t消力池底板始端厚度，m；k1消力池底板计算系数，可采用0.150.20；k2消力池底板安全系数，可采用1.11.3；h泄水时上、下游水位差，m；u作用在消力池底板底面的扬压力（kpa）；w作用在消力池底板底面的水重（kpa）；pm作用在消力池底板上的脉动

35、压力（kpa），其值可取跃前收缩断面流速水头值的5%，通常计算消力池底板前半部的脉动压力时取“+”号，计算消力池底板后半部的脉动压力时取“-”号；1消力池底板的饱和重度，kn/m3。该工程可根据抗冲要求计算消力池底板厚度。其中k1取为0.18，q为确定池深时的过闸单宽流量，此处q=2.59m3/（sm），h为相应于单宽流量的上、下游水位差（上游水深2m，下游水深0.81m），则其底板厚度为：t=0.2=0.34（m）可取消力池底板厚度为t=0.4m。4消力池的构造底流式消力池设施有三种形式：挖深式、消力槛式和综合式。当闸下游尾水深度小于跃后水深时，可采用挖深式消力池消能；闸下游尾水深度略小于跃

36、后水深时，可采用消力槛式消力池消能；闸下游尾水深度远小于跃后水深，且计算深度应较深时，可采用挖深式与消力槛式相结合的综合式消力池消能。护坦与闸室、岸墙及翼墙之间，以及其本身沿水流方向均应用缝分开，以适应不均匀沉陷和温度变形。护坦自身缝距可取1020m，靠近翼墙的取小些，缝宽2.02.5cm。护坦在垂直水流方向通常不设缝，以保证其稳定性。缝若在闸基防渗范围内，缝中应设止水设置，其他一般铺设沥青油毛毡。为增强护坦的抗滑稳定性，常在消力池末端设置齿墙，深一般为0.81.5m，宽为0.60.8m。结合本工程的特点，选用挖深式消力池。为了便于施工，消力池的底板作成等厚，为了降低底板下部的渗透压力，在水平

37、底板的后半部设置排水孔，孔下铺设反滤层，排水孔孔径为5cm，间距为1m，呈梅花形布置。消力池末端设置齿墙，深为0.8m，宽为0.6m。消力池构造尺寸如下图24。图24消力池构造尺寸图 （单位：高程m、尺寸cm）四、防冲加固措施（一）海漫设计1海漫的作用水流经过消力池，虽已消除了大部分多余能量，但仍留有一定的剩余动能，特别是流速分布不均，脉动仍较剧烈，具有一定的冲刷能力。因此，护坦后仍需设置海漫等防冲加固设施，以使水流均匀扩散，并将流速分布逐步调整到接近天然河道的水流形态。2海漫的布置和构造海漫一般采用将起始端做成5m水平段，顶面高程在消力池尾坎顶以下0.5m，水平段后作成不陡于1：10的斜坡以

38、使水流均匀扩散，同时沿水流方向在平面上向两侧逐渐扩散，以便使水流均匀扩散，调整流速分布，保护河床不受冲刷。对海漫的要求有：表面有一定的粗糙度，以利进一步消除余能；具有一定的透水性，以便使渗水自由排除，降低扬压力；具有一定的柔性，以适应下游河床可能的冲刷变形。本工程采用干砌石海漫。干砌石海漫，一般由颗粒粒径大于30cm的块石砌成，厚度为0.40.6m，下面铺设碎石、粗砂垫层，层厚1015cm，如下图（a）。干砌石海漫的抗冲流速为2.54.0m/s。为了加大其抗冲能力，可每隔810m设一浆砌石埂。干砌石常用在海漫后段。3海漫长度计算海曼的长度取决于消力池末端的单宽流量、上下游水位差、下游水深、河床

39、土质抗冲能力、闸孔与河道宽度的比值以及海漫结构形式等。当=19，且消能扩散条件良好时，海漫长度可按水工建筑物教材公式4-19算。lp=ks =9 26.2m 式中 lp海漫长度，m；qs 消力池末端单宽流量，m3/（sm）；h泄水时上、下游水位差，m；ks 海漫长度计算系数，查水工建筑物，取ks=9。故确定海漫长度为26.2m。4、海漫的构造因为对海漫要求有一定的粗糙度，以便进一步消除余能，有一定的透水性，有一定的柔性，所以选择在海漫的起始段为5m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21.2m作成坡度为1：10的干砌石段，以便使水流均匀扩散，调整流速分布，保护河

40、床不受冲刷。海漫厚度为0.4m，下面铺设15cm的砂垫层。（二）防冲槽设计1作用 防止冲刷坑向上游扩展，保护海漫末端的安全。2工作原理 水流经过海漫后，尽管多余能量得到了进一步的消除，流速分布接近河床水流的正常状态，但在海漫末端仍有冲刷现象。为了保证安全和节省工程量，常在海漫末端设置防冲槽或采取其他加固措施。在海漫末端挖槽抛石预留足够的石块，当水流冲刷河床形成冲坑时，预留在槽内的石块沿斜坡继续滚下，铺在冲坑的上游斜坡上，防止冲刷坑向上游扩展，保证海漫的安全。3尺寸 根据水闸的构造要求采用宽浅式梯形断面防冲槽，槽深取1.5，底宽为槽深的（23）倍，此处取为取3.5m，上游坡率为2，下游坡率为3，

41、如图26所示。图27 海漫防冲槽构造图（单位：m）（三）上、下游岸坡防护为了保护上、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，厚度为0.3m，下设0.1m的砂垫层。保护范围：上游自铺盖向上延伸23倍的水头，下游自防冲槽向下延伸46倍的水头。第三章  水闸防渗及排水设计第一节闸底轮廓布置一、防渗设计的目的防止闸基渗透变形；减小闸基的渗透压力；减少水量损失；合理选用地下轮廓的尺寸，以延长渗径，防止闸基和两岸产生渗透破坏。二、防渗排水的布置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、减小渗透坡降和闸底板

42、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，使低下渗水尽快排出，以减小渗透压力，并防止在渗流出口附近发生渗透变形。三、防渗设施根据闸址附近的地质情况来确定相应的措施，防渗措施常采用水平铺盖，而不用板桩，以免破坏黏土的天然结构，在板桩与地基间造成渗流通道。砂性土易产生管涌，要求防止渗透变形是其考虑的主要因素，可采用铺盖与板桩相结合的形式。1铺盖 为水平防渗措施，适用于粘性和砂性土基。2板桩 为垂直防渗措施，适用于砂性土基，一般设在闸底板上游或铺盖前端，用于降低渗透压力。3齿墙 一般设在底板上、下游端，利于抗滑稳定，延长渗径。四、地下轮廓线布置1闸底板长度拟定

43、本工程采用整体式底板，底板顺水方向的长度根据闸室地基条件、上部结构布置、满足闸室整体稳定和地基允许承载力等要求来确定。初拟时可参考已建工程的经验数据选定，当地基为碎石土和砾（卵）石时，底板长度取（2-4）h（h为水闸上下游最大水位差）；砂土和砂壤土取（2-3.5）h；粉质壤土和壤土取（2-4）h；黏土取（2.5-4.5）h。本工程取底板长度l底=3h=3*2=6m 综合考虑，上部结构布置及地基承载力要求，确定闸底板长度为8m。2闸底板厚度的拟定对于小型水闸，底板厚度不小于0.3可取t=1.0m。两端设齿墙。3、齿墙尺寸的确定一般深度为0.51.5m，厚度为闸孔净宽的1/51/8。该设计深度取0

44、.7m，厚度取1.0m。如图31所示。 图31 底板尺寸图（单位：cm）4铺盖主要用来延长渗径，具有相对不透水性和一定的柔性。铺盖常用黏土、黏壤土或沥青混凝土等材料，有时也可用钢筋混凝土作为铺盖材料。铺盖的长度采用上、下游最大水头差的35倍。根据上述原则，本工程铺盖采用混凝土铺盖，其混凝土强度等级一般不低于c20，其长度确定取l=6m；铺盖的厚度，取0.4m，两端设齿墙深度取0.6m，宽度取0.5m，以便和闸底板连接。5闸基防渗长度的确定 初步拟定闸基防渗长度应根据水闸设计规范公式 lc×h 式中 l闸基防渗长度，即闸基轮廓线防渗部分水平段和垂直段长度的总和，m； c允许渗径系数值，

45、见水工建筑物教材表4-6，查表取c=5； h上、下游最大水头差，m。 l=c×h=5*2=10（m）6校核地下轮廓线的长度根据以上设计数据，实际的地下轮廓线布置长度应大于理论的地下轮廓线长度。铺盖长度+闸底板长度=6+8=14m l=10（m） 通过校核，地下轮廓线的长度满足要求。第二节 防渗和排水设计及渗透压力计算一、渗流计算的目的计算闸底板各点的渗透压力；验算地基土在初步拟定的地下轮廓线下的渗透稳定性。二 、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。进阻力系数法是一种以流体力学为基础的近似解法。对于比较复杂的地下轮廓，先将实际的地下轮廓进行适当简化，使之成为垂直和水平

46、两个主要部分。再从简化的地下轮廓线上各角点和板桩尖端引出等势线，将整个渗流区域划分为几个简单的典型流段。由于改进阻力系数法计算结果精确，本设计采用此种方法进行渗流计算。三、改进阻力系数法计算渗透压力（一） 计算公式（出自水闸设计规范）1确定地基的有效计算深度te当地基不透水层埋藏较深时，须有一个有效计算深度te来代替实际深度t，te可根据水闸设计规范公式确定：当l0/s05时， te=0.5l0当l0/s05时， te=5l0/（1.6l0/s0+2） 式中 te土基上水闸的地基有效计算深度，m；l0地下轮廓的水平投影长度，m；s0地下轮廓的垂直投影长度，m。2典型段的划分先将实际的低下轮廓线

47、进行简化，使之成为垂直和水平两个主要部分。再从简化的低下轮廓线上各角点和板桩尖端引出等势线，将整个渗流区域划分为几个典型流段：进、出口段，内部垂直段和水平段。3计算各典型段的阻力系数（如图34）图34 典型流段计算图 进、出口段：0=1.5（s/t）3/2+0.441 式中 0进、出口段的阻力系数；s 板桩或齿墙的入土深度，m；t 地基透水层深度，m。 内部垂直段：y=2/ln ctg（/4（1s/t） 式中 y内部垂直段的阻力系数。 水平段： x=（l-0.7（s1+s2）/t 式中 x 水平段的阻力系数；l 水平段长度，m；s1、s2进、出口段板桩或齿墙的入土深度，m。4计算各典型段的水头

48、损失hi=ih/i 5进出口段水头损失局部修正进、出口水力坡降呈急变曲线形式，算得的进、出口水头损失与实际情况相差较大，需进行必要的修正。修正后的水头损失h0为： h0=h0 （38）式中 h0进、出口段修正后的水头损失值，m；h0 按式0=1.5（s/t）3/2+0.441计算出的水头损失值，m。 阻力修正系数，按式（39）计算： 式中 s 底板埋深与板桩入土深度之和，m； t 板桩另一侧地基透水层深度，m。修正后的进、出口段修正后的水头损失将减少h。h=（1）h0 有关进、出口段水头损失值的详细计算如下，先用进出口段的前一段水头损失的减少值相比较：若hxh，则按hx=hx+h修正；若hxh

49、，则按进出口段的前两段水头损失的和相比较：若hx+hyh，则按hx=2hx，hy=hy+h-hx修正若hx+hyh，则按hx=2hx，hy=2hy，hcd=hcd+h+（hx+hy）修正。hcd为与进出口相邻的第三个典型流段的水头损失。6计算角点的渗压水头对于简化后的地下轮廓各角点的渗压水头可用下式计算，中间没有计算到的点均用此段的上下游段渗透水头差内插计算。各段渗压水头=上段渗压水头此段渗压水头损失值7验算渗流逸出坡降为保证闸基的抗渗稳定性，要求出口段逸出坡降必须小于规定的容许值。出口处的逸出坡降j为：j=h0/s0 （二） 计算渗透压力1、简化地下轮廓。简化后地下轮廓如图，划分10个基本段。图35 渗流区域划分图（单位：m）2、确定地基的有效深度。 由于l0=0.5+5.5+7+1=14m；s0=1.7ml0/s0=14/1.7=8.235地基的有效深度te为te=0.5l0=0.5×14=7（m）根据地质资料，河道纵坡降约55%0，坝线下游向约30m处出露岩基，其地基透水层深度约1.65m，由于闸底板齿墙坐落在岩基上，基本上属于不透水层，但实际情况还是有一定的渗透，故假设其实际的地基透水层深度为5m。计算te大于实际的地基透水层深度tp=5m，所以取te =5m,进行渗流计算。 3、计算各典型