H江水闸说明书

1、毕业设计说明书 H江水利枢纽工程水闸设计 年级专业： 2012级水利水电工程 学 号： 姓 名： 指导老师： 2014年3月摘 要函江位于我国华东地区，流向自东向西北，全长375km，流域面积176万km2，是鄱阳湖水系的重要支流，也是长江水系水路运输网的组成部分。本工程以航运为主体，兼任泄洪、发电、灌溉、供水和适应战备需要的综合开发工程，工程等级为三等，主要建筑物按3级建筑物设计，次要建筑物按4级建筑物设计。本设计共包含泄水闸、船闸及水电站厂房，根据现场勘查及方案比较，设计将泄水闸布置在河床中间，泄水闸每孔净宽10m，共36孔，高12m，直升式平板钢闸门控制，闭闸时拦截江流，稳定上游水位，开

2、闸时泄水，排沙防淤。设计流量9540m3/s，校核流量12350m3/s。船闸1处，船闸布置在左岸，闸室有效长度为135m，净宽12m，槛上水深2.5m，闸室顶高程24.0m，底高程10.5m。闸上公路桥设在上闸首的上游端。水电站布置在右岸，水电站厂房宽15m(顺流向)，长36.2m。厂房地面高程24.5m，水轮机安装高程10.5m。水电站设计水头3.5m，最高水头7.0m，最大引用流量225m3/s，总装机3×2200KW。站上公路桥设在厂房的上游端。 日 期：2014年03月目 录一、综合说明11.1 基本概况11.2 工程任务与规模11.2.1 船闸11.2.2 水电站11.2

3、.3 泄水闸2二、设计基本资料62.1 工程等级及设计标准62.1.1 流域概况62.1.2工程等级62.1.3 洪水标准62.2 地形、地质及当地材料62.2.1 闸址地形62.2.2 闸址地质72.2.3 当地建筑材料72.3 基本资料82.4 建筑物设计参数92.4.1 船闸92.4.2 电站92.4.3 泄水闸102.4.4 公路桥11三、泄水闸水力设计123.1 泄水闸设计参数123.1.1 水位123.1.2 计算水位组合123.1.3 其它参数123.2 闸孔设计133.2.1 设计依据133.2.2 堰型选择及堰顶高程确定133.2.3 闸孔尺寸的确定133.3 消能防冲设计1

4、43.3.1 消能方式143.3.2 消能设计143.3.3 海漫设计163.3.4 防冲槽设计173.4 防渗排水设计173.4.1 地下轮廓设计173.4.2 闸基防渗强度的验算183.4.3 渗流计算183.4.4 抗渗稳定性计算233.4.5 滤层及防渗排水设计243.5 闸室布置和稳定分析253.5.1 闸室结构布置253.5.2 荷载及其组合283.5.3 闸室稳定计算293.6 水闸结构计算323.6.1 计算情况333.6.2 闸基的地基反力计算333.6.3 弯矩计算333.6.4 配筋计算34四、连接建筑物工程设计364.1 上游翼墙364.2 下游翼墙364.3 岸墙36

5、五、地基处理和细部构造的设计375.1 地基处理375.2 细部构造375.2.1 缝和止水结构375.2.2 排水反滤结构37小 结39设计依据及参考文献40河海大学继续教育学院涵江水利枢纽工程毕业设计说明书1、综合说明1.1 基本概况函江位于我国华东地区。流向自东向西北，全长375km，流域面积176 万km2，是鄱阳湖水系的重要支流，也是长江水系水路运输网的组成部分。该流域气候温和，水量充沛，水面平缓，含砂量小，对充分开发这一地区的航运具有天然的优越条件。流域内有耕地700多万亩，矿藏资源十分丰富，工矿企业较发达，有国家最大的有色金属冶炼工程铜基地及腹地内的建材轻工。原材料及销售地大部分

6、在长江流域各省、市地区，利用水运的条件十分优越。流域梯级开发后，将建成一条长340km通航千吨级驳船的航道和另一条长50km通航300吨级驳船的航道，并与长江、淮河水系相互贯通形成一个江河直达的上游水路运输网。同时也为沿江各县市扩大直流灌溉创造有利条件。对促进沿河地区的工农业发展具有重要的作用，社会和经济效益十分显著。1.2 工程任务与规模本工程以航运为主体，兼任泄洪、发电、灌溉等综合效益。根据水闸设计规范SL265-2001第4.1.6条规定：水闸枢纽中的船闸、泵站或水电站宜靠岸布置，但船闸不宜与泵站或水电站布置在同一岸侧，船闸、泵站或水电站与水闸的相对位置，应能保证满足水闸通畅泄水及各建筑

7、物安全运行的要求。因此，本设计在枢纽布置时，将泄水闸布置在河床中间，船闸布置在左岸，水电站布置在右岸。1.2.1 船闸船闸1座，闸室有效长度为135m，净宽12m，槛上水深2.5m，闸室顶高程24.0m，底高程10.5m。闸上公路桥设在上闸首的上游端。1.2.2 水电站水电站厂房宽15m(顺流向)，长36.2m。厂房地面高程24.5m，水轮机安装高程10.5m。水电站设计水头3.5m，最高水头7.0m，最大引用流量225m3/s，总装机3×2200KW。站上公路桥设在厂房的上游端。具体布置见附图一：总平面布置图。1.2.3 泄水闸泄水闸每孔净宽10m，共36孔，高12m，露顶式平板钢

8、闸门控制，闭闸时拦截江流，稳定上游水位，开闸时泄水，排沙防淤。设计流量9540m3/s，校核流量12350m3/s。（1）水闸水力设计1）堰型、堰顶高程闸孔采用结构简单、施工方便的无坎平底宽顶堰（平底水闸属无坎宽顶堰）。拟定闸底板顶高程为13.0m。2）水闸总宽度闸室总宽度为1.0×2+1.2×18+1.6×17+360=410.8m（2）水闸消能防冲设计1）消力池消力池采用钢筋砼结构，深1.0m，消力池长L=15m，厚度0.5m。2）海漫 海漫长度L=40m，海漫水平段长10m，采用50cm浆砌块石砌筑，斜坡段长30m，1:15放坡。3）防冲槽 防冲槽采用梯形断

9、面，槽深2.0m，槽长15m，冲刷坑采用抛石处理。（3）闸室布置1）闸室结构闸室采用开敞式布置，钢筋砼U型结构，闸门选择直升式平板钢闸门，液压启闭，闸上布置净7m交通桥，两侧人行道2×1.0m，总宽9.0m、宽4m工作桥和启闭房，启闭房宽11.0m，底板长度取20m。底板采用整体式，二孔一分缝，最中间一孔，底板长度为20m，顶高程为13.0m，闸底板厚1.5m 。闸墩长度采用与底板同长20m，。检修门槽深25cm，宽30m；工作门槽深40cm，宽60cm。闸墩上下游端部均采用半圆形墩头。 闸墩顶高程为25.0m。闸墩厚度受控于闸门槽处最小厚度为50cm，中墩厚度取1.6m，缝墩厚度为

10、2×0.8m，边墩厚度为1.6m。公路桥布置在闸门上游侧，公路桥载重按汽-20设计，挂100校核，双车道桥面净宽7.0m，两侧人行道1×1.0m，总宽9.0m。公路桥采用T型结构，梁底高程为25.0m，梁高1.0m，梁腹宽 0.2m，梁翼宽1.6m，用5根组梁组成，两侧人行道为悬壁式。2）上下游翼墙上游连接采用扶壁式翼墙，圆弧连接，半径为20m，下游翼墙采用扶壁式八字型翼墙加圆弧型翼墙连接，扩散角为8°，圆弧半径为20m。上游翼墙顶标高为25.0m，下游翼墙顶标高为25.0m。（4）闸基防渗排水设计由于本工程闸址地基主要由砂砾卵石层组成，为强透水土质，故在采用水平

11、防渗措施的同时还必须采取垂直防渗措施。铺盖采用C25钢筋砼结构，长20m。铺盖与闸底板之间设水平止水。在消力池水平段前端与闸底板连接处设置水平止水；消力池末端依次铺设碎石垫层和无纺土工布反滤，排水孔孔径75cm，间距2.0m，呈梅花形布置，顺水流方向长度为10m。（5）闸门及启闭机设计1）闸门根据门顶高程及闸底标高，确定平面钢闸门高为7m，闸门净宽10m，毛宽10.6m。2）启闭机启闭机型号：QPQ2×25（6）闸室稳定计算1）闸室整体稳定水闸整体稳定分别对完建期、正常运用期及非常运用期三种工况进行闸室的偏心距、基底应力、基底应力的不均匀系数及沿闸室底面的抗滑稳定系数计算，均满足规范

12、要求。2）闸室沉降计算经分析，本次不必计算闸室的沉降量。（7）闸底板配筋经计算，面、底层钢筋均按25200配置。（8）两岸连接建筑物设计采用扶壁式挡土墙，上游翼墙顶高程25.00m，底高程12.00m。下游翼墙顶高程25.00m，底高程10.5512.00m。上游挡墙高13.0m，挡墙壁厚1.0m，墙身垂直，墙身高12m，墙底板厚1.0m。下游挡墙高1314.45m，挡墙壁厚1.0m，墙身高度1213.45m，底板厚度1.0 m。翼墙两侧设置1.0×1.0m腋角，两侧悬挑4m，底板总宽11m。上游翼墙长30m，下游翼墙长36.8m。翼墙采用C25钢筋砼浇筑。上游护坡，顶高程为25.0

13、m，底高程13.0m，采用坡比为1:3，40cm厚浆砌块石护坡。下游护坡，顶高程为25.0m，底高程13.0m，采用坡比为1:3，40cm厚浆砌块石护坡。综上所述，水闸工程特性表见表1-2-1。H江水利枢纽水闸工程特性表 表1-2-1序 号项 目单 位指 标备 注（一）水 位1正常蓄水位m19.00 2灌溉引水位m19.50 3设计水位闸 上m23.65 闸 下m23.40 4校核水位闸 上m24.13 闸 下m23.80 流 量设计流量m3/s9540.00 校核流量m3/s12350.00 （二）闸室布置1闸室型式开敞式2孔数孔36 3单孔净宽m10.00 4闸室总宽m410.80 5底板

14、高程m13.00 6闸顶高程m25.00 7闸室长度m20.00 （三）消能防冲设施1消力池长度m15.00 深度m1.00厚度m0.50 2海 漫长度m40.00 3防冲槽长度m15.00 （四）工作闸门1闸门型式露顶式平板钢闸门2闸门扇数扇36 3门顶高程m20.50 4闸门尺寸m10.4*7.5宽高（五）启闭机1启闭机型式QPQ-2×252套 数套36 3安装高程m29.50 （六）翼墙、岸墙型式上、下游翼墙扶壁式岸 墙空箱式2、设计基本资料2.1 工程等级及设计标准2.1.1 流域概况函江位于我国华东地区。流向自东向西北。全长375km，流域面积176万km2，是鄱阳湖水系的

15、重要支流，也是长江水系水路运输网的组成部分。该流域气候温和、水量充沛、水面平缓。含沙量小，对充分开发这一地区的水路运输具有天然的优越条件。2.1.2工程等级水闸枢纽中的水工建筑物根据其所属枢纽等别、作用和重要性划分级别。本枢纽工程等别定为等，相应的主要建筑物级别为3级，次要建筑物级别为4级，临时性建筑物级别为5级。2.1.3 洪水标准根据毕业设计任务书，设计洪水按50年一遇标准；校核洪水按300年一遇标准；最大通航洪水按5年一遇标准。2.2 地形、地质及当地材料2.2.1 闸址地形闸址左岸与一座山头相接，山体顺流向长700m，垂直长2000m，山顶主峰标高110m。靠岸边山顶标高65m；山体周

16、围是河漫滩冲积平原，滩面标高（18.520.0）m；沿河两岸筑有防洪大堤，堤顶宽4m，堤顶标高24.5m；闸址处河宽700m，主河槽宽500m，深泓区偏右，河床底标高（13.014.0）m，右岸滩地标高18.5m。2.2.2 闸址地质闸址河床土质，主要由砂砾卵石组成，表层为中细砂层，层厚（25）m，左厚右薄并逐步消失；河床中层主要是砂卵石层，卵石含量3050%，粒径213cm，层厚（1020）m，属于强透水层渗透系数K=1.84×10-15×10-2（cm/s），允许坡降J=0.150.25；河床底层为基层，埋深标高从左标高10m向右增深至标高±15m以下。其岩性

17、为上古生界二迭长兴阶灰岩及硅质岩。河床土质有关资料如下：中砂：Dr=0.6 ，E0310kg/cm2，N3.520砂砾石：Dr=0.66 ，E0360kg/cm22.2.3 当地建筑材料（1）块石料：在闸址左岸的山头上，有符合质量要求的块石料场，其储量50万m3，平均运距1.0km。 砂砾料：闸址上、下游均有宽阔的冲积台地，在上、下游（35）km的沙滩台地上。均有大量的砂、砾料，可满足混凝土的粗、细骨料之用。且水运方便。（2）土料：闸址上游约2km有刘冢、八圩土料场。储量丰富，符合均质土坝质量要求。还有可作为土坝防渗体的粘性土。其质地良好。（3）附常用材料重度及闸门常规空口尺寸表：常用材料重度

18、1）钢筋混凝土 24.5-25.0kN/m32）混凝土或石混凝土 23.5-24.0kN/m33）浆砌块石或浆砌料石 24.0kN/m34）浆砌片石 21.0-23.0kN/m35）干砌块石或片石 18.0-21.0kN/m36）砖砌体 18.0kN/m37）桥面沥青混凝土 23.0kN/m38）填土 17.0-18.0kN/m39）石灰三合土 17.5kN/m2.3 基本资料1）地形：1:5000地形图一张2）地质：闸轴线地质剖面图一张。3）气象洪水期多年平均最大风速：20.7m/s风向：按垂直坝轴线考虑吹程：3km4）水文（1）设计洪水根据基本资料，各设计频率洪水流量及相应坝下水位见表2-

19、3-1。 各设计频率洪水流量及相应坝下水位表 表2-3-1设计频率（）0.33220洪水流量Q（m3/s）1235095405730坝下水位H下（m）23.8023.4022.25（2）水位流量关系曲线见表2-3-2。 水位流量关系曲线表 表2-3-2水位（m）1415161718192021222324流量Q（m3/s）503006501200180024803200414053407700138005）回填土回填土的力学性质见表2-3-3。 回填土力学性质 表2-3-3干容重（T/m3）湿容重（T/m3）饱和容重（T/m3）内摩擦角粘聚力kg/cm2含水量砂性土1.551.852.0527

20、°028粘性土1.501.9218°0.2286）地震根据中国地震烈度区划图，本地区地震基本烈度为度，不考虑地震设防。2.4 建筑物设计参数2.4.1 船闸（1）水位：最高通航水位22.32m，最低通航水位19.0m；正常蓄水位19.0m；下游最低水位14.25m。（2）船型。船队：船型300吨驳船。单驳尺度35×9.2×1.3m（长×宽×水深）；船队300马力+2×300吨。船队尺度91×9.2×1.3m（长×宽×水深）。（3）船闸。引航道尺寸及高程：1）闸室有效尺寸闸室顶高程240

21、m，室底高程10.5m；长×宽×槛上水深135×12×2.5m。2）上闸首平面尺寸长×宽=1.8×24m；墩顶高程25.0m（注：该高程控制公路桥面高程），门槛高程16.5m，基底高程8.5m。3）下闸首平面尺寸长×宽=17×24m；墩顶高程24.5m，门底高程10.5m，基底高程7.0m。4）上、下游导航墙长度50m。5）上、下游引航道直线段长度应满足L5倍设计船队长度，引航道底宽35m；边坡1：2.5；引航道底高程：上游15.0m，下游11.0m；引航道转弯半径R5倍设计船队长度；进出口轴线与主河流基本流向的交

22、角20°。（4）闸上公路桥设在上闸首的上游端。2.4.2 电站（1）机型水轮机型号：GE（F02）WP380机型；发电机型号：SFG20070/3960；总装机：3×2200kW。（2）水头设计水头3.5m；最高水头7.0m；最小水头2.0m；最大引用流量225m3/s。（3）主厂房平面尺寸及高程主厂房底板长度48m；总宽36.2m；机组进水室宽7.6m；中墩厚3.4m；边墩厚2.8m；进口高程7.50m；出口高程7.8m；基底最低高程2.0m；基底平均开挖高程5.0m；进水口前砼铺盖长20m，并以1:4反坡向上游与原河床高程衔接，并在上游端应设拦沙槛。尾水出口后设砼护坦，

23、护坦水平段10m，并用1：4的倒坡段与尾水渠相连。上部厂房宽15m（顺流向），长36.2m，厂房地面高程24.5m,水轮机安装高程10.5m，厂房屋顶高程37.0m，厂房边墙距底板上游端15.0m。（4）站上的公路桥设在厂房的上游端。2.4.3 泄水闸（1）水位：正常蓄水位19.0m，灌溉水位19.50m设计洪水Q2%9540m3/s，相应闸下水位H下23.40m校核洪水Q0.33%12350m3/s，相应闸下水位H下23.80m（2）计算水位组合闸孔净宽计算水位设计流量Q2%9540m3/s，相应闸下水位H下23.40m设计水位差H：甲组H0.25m（H上23.65m） 校核流量Q0.33%

24、12350m3/s，相应闸下水位H下23.80m 计算闸上壅高水位H上（供墩顶高程用）消能计算水位闸上水位H上=19.50m闸下水位H下：甲组H下14.50m 下泄流量：以闸门开启度e=0.5m，1.0m，以及全开时的泄量。闸室稳定计算水位（关门）闸上设计水位 H上19.5m 甲：H下14.50m闸上校核水位 H上20.0m（与门顶齐平） 甲：H下14.50m（3）其它参数单孔净宽：（812）m门型结构：平面钢闸门闸门类型：甲组直升门底板与中砂的摩擦系数f0.4闸孔的允许单宽流量q30m3/s/m2.4.4 公路桥公路桥载重按汽20设计，挂100校核，双车道桥面净宽7.0m，两侧人行道2

25、15;1.0m，总宽9m，采用T型结构。梁高1.0m，梁腹宽0.2m，梁翼宽1.6m，用5根组梁组成，两侧人行道为悬臂式，每米延长重量按8T/m计。403、泄水闸水力设计3.1 泄水闸设计参数3.1.1 水位正常蓄水位19.0m，灌溉水位19.50m设计洪水Q2%9540m3/s，相应闸下水位H下23.40m校核洪水Q0.33%12350m3/s，相应闸下水位H下23.80m3.1.2 计算水位组合闸孔净宽计算水位设计流量Q2%9540m3/s，相应闸下水位H下23.40m设计水位差H：甲组H0.25m（H上23.65m） 校核流量Q0.33%12350m3/s，相应闸下水位H下23.80m

26、计算闸上壅高水位H上（供墩顶高程用）消能计算水位闸上水位H上=19.50m闸下水位H下：甲组H下14.50m 下泄流量：以闸门开启度e=0.5m，1.0m，以及全开时的泄量。闸室稳定计算水位（关门）闸上设计水位 H上19.5m 甲：H下14.50m闸上校核水位 H上20.0m（与门顶齐平） 甲：H下14.50m3.1.3 其它参数单孔净宽：（812）m门型结构：平面钢闸门闸门类型：甲组直升门底板与中砂的摩擦系数f0.4闸孔的允许单宽流量q30m3/s/m3.2 闸孔设计3.2.1 设计依据该闸兼泄洪、发电、灌溉、供水等作用。设计洪水按50年一遇标准，即Q2%=9540m3/s，相应闸下水位H下

27、=23.40m；校核洪水按300年一遇标准，即Q0.33%=12350m3/s，相应闸下水位H下=23.80m。考虑闸的最大过水能力，采用Q2%=9540m3/s的排涝流量为设计流量。3.2.2 堰型选择及堰顶高程确定水闸堰型有宽顶堰和实用堰两种。二者比较如下： 水闸堰型比选表 表3-2-1堰型优点缺点宽顶堰结构简单，施工方便，泄流能力比较稳定，有利于泄流、排水、冲砂自由泄流时流量系数较小，易产生波状水跃实用堰自由泄流时流量系数较大，水流条件好泄流能力受尾水位影响明显，施工较复杂本闸闸下地基较好，根据运用和水力条件，比较优选宽顶堰。又根据地形、地质，本次闸孔采用结构简单、施工方便、泄流能力比较

28、稳定、自由泄水范围较大的无坎平底宽顶堰，孔口型式采用无胸墙开敞式。根据闸址处河床标高为13.014.0m，为协调降低堰顶高程和减少开挖量的关系，选定堰顶高程为13.0m。3.2.3 闸孔尺寸的确定水闸闸孔总净宽根据闸槛形式和布置、上下游水位衔接要求、泄流状态等因素计算确定。由于0.966，淹没度较高。在这种情况下，采用以流速水头为主要因素的计算方法。根据水闸设计规范(SL2652001)，公式A.0.21和A.0.22闸孔总净宽 B0其中 将有关数据带入计算，综合流量系数00.977 闸孔总净宽B0353.46 m拟定孔径及孔数：每孔净宽b010m，孔数36孔，总净宽360m。拟定底板及中墩、

29、边墩形状：闸底板采用整体式平底板，中墩形状采用河道上常用半圆形，每两孔为一整体，边墩厚1.0m，不分缝中墩厚1.2m，分缝中墩厚1.6m，中间缝宽2cm。闸室总宽度为1.0×2+1.2×18+1.6×17+360=410.8m3.3 消能防冲设计消能防冲设计包括消力池，海漫及防冲槽等三部分。3.3.1 消能方式水闸的基本消能方式是底流式消能，只有当水力条件和地形、地质条件都具备，也采用面流式消能和挑流式消能方式。本次设计，采用水利上应用较广的底流式消能。3.3.2 消能设计底流式消能设施，通常为消力池。消力池的作用是促成水跃，并保护地基免受冲刷。消力池的设计主要是

30、计算确定消力池的深度、长度和消力池底板的厚度经计算，只有开启度在e0.5m时需设消力池，所以在此开启度下确定消力池尺寸。相关参数：下游水深t5.2m，收缩水深hc=1.47m，跃后水深hc"=3.52m，过闸流量Q2011.8m3/s（一）消力池池深：据经验公式 池深 d=o hc" hs Z （水闸规范P63 B.1.1-1） hc"= hc/2 （1+8q ²/g hc ³ -1）(b1/b2)0.25 （ B.1.1-2） hc ³-T0 ³hc ²+q ²/2g²=0 ( B.1.1-3

31、） Z=q ²/2g²hs² -q ²/2g hc" ² （ B.1.1-4）式中d消力池深度（m）o水跃淹没系数hc"跃后水深（m）hc收缩水深（m）水流动能校正系数q过闸单宽流量b1消力池首端宽度（m）b2消力池末端宽度（m）T0由消力池底板顶面算起的总势能（m）Z出池落差（m）hs出池河床水深（m）（二）消力池长度：据经验公式 池长LsjLs+Lj （B.1.2-1） Lj6.9(hc"- hc)式中 Lsj消力池长度（m）Ls消力池斜坡段水平投影长度（m）水跃长度校正系数Lj水跃长度（m）消力池底板厚度可根

32、据抗冲设计和抗浮要求，分别按公式（B.1.3-1）和（B.1.3-2）计算，并取最大值。抗冲 t=K1抗浮 t=K2(U-W±Pm)/ b式中 t消力池底板始端厚度（m）闸孔洪水是的上下游水位差（m）K1消力池底板计算系数K2消力池底板安全系数U作用在消力池底面的扬压力（KPa）W作用在消力池底板顶的水重（KPa）Pm作用在消力池地板上的脉动压力（KPa）消力池末端的厚度，可采用t/2，但不宜小于0.5m。综上，消力池深d=0.94m，取池深d=1.00m；消力池长L=15m；护坦厚依经验拟t00.5m（等厚），消力池底板设排水孔，孔径75mm，间距2m，下设反滤层。消力池在平面上呈

33、扩散状，扩散角取为10°，护坦在顺水流方向设置沉降缝，由于地基较好，故取缝的间距为20m，其位置与闸墩对齐。具体尺寸及布置见H江水利枢纽泄水闸工程消力池、海漫、防冲槽布置图。3.3.3 海漫设计（一）海漫长度计算：Lp=Ks 水工建筑物公式6-7式中 Ks海漫长度计算系数，因闸址河床表层为中细砂层，故取Ks=12q海漫始端单宽流量，q=Q/B计算海漫长度时应考虑最不利的运用情况，通过不同开度计算，取全开时的最大值Lp39m计算的海漫长度，取海漫长度为40m。（二）海漫的布置与构造 为使水流更好的扩散，海漫在顺水流方向在前部水平段后紧接倾斜段，促使水流在铅直方向，以达到减缓流速、调整流

34、速分布和提高防冲效果的目的。其中水平段长度10m，倾斜长度30m。考虑闸址河床土质允许坡降J=0.150.25，取倾斜段坡度为1:15。前部水平段采用浆砌块石，为减小渗透压力内设排水孔，底部为100mm碎石垫层反滤层。后部倾斜段采用干砌块石，下层碎石垫层，厚度为100mm。干、浆砌块石厚度均为500mm。3.3.4 防冲槽设计防冲槽一般为堆石结构，槽顶与海漫顶面齐平，槽底高程决定于冲刷深度、开挖施工和堆石数量等条件，本次设计，防冲槽采用常用的宽浅式梯形断面，深2m，底宽3米，防冲槽上、下游边坡取1:21:4。3.4 防渗排水设计水闸的防渗排水设计主要是根据闸基地质情况及上、下游水位条件等进行设

35、计计算，内容包括：（1）进行水闸的地下轮廓布置，设计防渗、排水设施的型式、布置、构造和尺寸；（2）渗流压力计算；（3）验算地基抗渗稳定性；（4）滤层设计；（5）防渗帷幕及排水孔设计；（6）永久缝止水设计。3.4.1 地下轮廓设计地下轮廓主要包括底板、砼铺盖、板桩和排水设施。闸底板是闸室的基础，承受闸室及上部结构的全部荷载，并均匀的传给地基，又兼有防渗、防冲刷的作用。它既要满足上部结构布置的要求，又要满足稳定及本身的结构强度等要求。1）底板顺水流方向的长度LL可按经验公式估算L=(H+2h+)(1+0.1H)K 其中：h=0.5m =0.5m k=1.0 设计水位：H=19.513.0=6.5m

36、 H=19.514.5=5.0m 则L=（6.5+2×0.5+0.5)×(1+0.1×5.0)×1.0=12.0m校核水位时：H=2013=7m；H=20.014.5=5.5m 则L=（7.0+2×0.5+0.5)×(1+0.1×5.5)×1.0=13.2m进一步考虑上部结构稳定及底板防渗要求，初拟底板长度L为20m。2）底板厚度d。根据经验，底板厚度为（1/51/7）单孔净跨。即厚度在1.4m2.0m。故初拟d=1.8m。3.4.2 闸基防渗强度的验算按经验公式计算所必须的防渗长度为 L=CH 水工（6-11）式

37、中：L为防渗长度，包括水平段、铅直段及倾斜段 H为上下游水位差（m）； C为渗径系数，取7。1）设计水位：上游水位19.5m，下游水位14.5m，则LCH7×(19.514.5)35m2）校核水位：上游水位20.0m，下游水位14.5m，则LCH7×(20.014.5)38.5m根据上述所确定的尺寸，实际闸基防渗长度L=0.6+0.5+0.7+19+2.2+1.5+4.4×2+1.4+15.5+1.4+1.0+6.2=58.8m大于设计和校核水位下的计算值L，满足防渗长度要求。3.4.3 渗流计算渗流计算的目的是计算水闸闸基地下轮廓线各点的渗压水头、渗流坡降、渗透

38、流速等。渗流计算的理论计算主要有直线比例法、加权直线法、改进阻力系数法等。本设计中渗流计算采用改进阻力系数法进行渗流计算。（1）地下轮廓线的简化为了便于计算，将复杂的地下轮廓进行简化。由于铺盖头部及底板上下游两端的齿墙均较浅，可以将它们简化成短板桩。 （2）确定地基的有效深度根据地质资料，闸址位置不透水层距底板约有16m。由地下轮廓线简化图知：地下轮廓的水平投影长度L020+2040m，地下轮廓的垂直投影长度S013.05.87.2m。L0/S040/7.25.565，故地基的有效深度 Te0.5L00.5×4020m 水工 （6-19）大于实际透水层深度，因此渗流计算深度取实际的透

39、水层深度T16m。（3）渗流区域的分段和阻力系数的计算过地下轮廓的角点、尖点，将渗流区域分成八个典型段（见图3-4-1），、段为进出口段，、段为内部垂直段，、则为内部水平段，查水工建筑物表6-3及分别计算阻力系数列表如下： 表3-4-1 阻力系数计算表 区段名称渗流段阻力系数计算公式结果进出口段、01.5(S/T)1.5+0.4410.464、0.514内部铅直段、y（2/）lnctg/4(1-S/T)0.029、0.409、0.355、0.063内部水平段、yL-0.7(S1+S2)/T0.874、0.970由上表及公式=0.464+0.514+0.029+0.409+0.355+0.063

40、+0.874+0.9703.678（4）计算渗透压力各段水头损失的计算hiHi/ 水工建筑物（6-18）1）设计水位条件下：H19.514.55.0m由上面公式计算设计水位下的各段水头损失，列表如下： 表3-4-2 水头损失计算表 分段编号i0.4640.0290.8740.4090.3550.9700.0630.514Hi0.6310.0391.1880.5560.4831.3190.0860.699进出口水头损失的修正：进口处修正系数'为1'=1.21 水工（6-21中的'计算公式）T12.4+4.817.2m T13.0+4.817.8m S'13.011

41、.91.1m则 1=1.210.5831.0，应予以修正进口段的水头损失修正为h0'='h0 hI0'0.583×0.6310.368m进口段水头损失的修正量为h(1-1')hI0(10.583)×0.6310.263m修正量应转移给相邻各段，则hII'0.039+0.0390.078mh'=1.188+(0.2630.039)1.412m同样对出口段修正：T'=16.0m T=17.3m S=2.3m 出口段修正系数2'为21.21 1.210.7851.0，应予以修正出口段的水头损失修正为h' =2

42、'h0.785×0.6990.549m出口段水头损失的修正量为h(12')h0(10.785)×0.6990.15m亦应将修正量转移给邻各段，则h ' 0.086+0.0860.172mh'1.319+(0.150.086)1.383m计算各角隅点的渗压水头：由上游进口段开始，逐次向下游从作用水头值H中相继减去各分段的水头损失值即可求得各角隅点的渗压水头值。H15.0mH2H1h'5.00.3684.632mH3H2h'4.630.0784.554mH4H3h'4.5541.4123.142mH5H4h'3.1

43、420.5562.586mH6H5h'2.5860.4832.103mH7H6h'2.1031.3830.720mH8H7h'0.7200.1720.548mH9H2h'0.5480.5490.00m作出渗透压力分布图根据以上算得的渗压水头值，并认为沿水平段水头损失差线性变化，则作出渗透压力分布图，如图3-4-2所示：单位宽底板所受渗透压力P11/2（H6+H7）×L1×1.01/2×(2.103+0.720)×20×1.028.23t276.65kN2）校核水位条件下H20.014.55.5m各段水头损失的计算

44、hi=i/H 水工建筑物（6-18）则 水头损失计算表 表3-4-3分段编号i0.4640.0290.8740.4090.3550.9700.0630.514Hi0.6940.0431.3070.6120.5311.4510.0940.769进出口水头损失的修正进口处的水头损失修正为hI0'2h0.583×0.6940.405m进口段水头损失的修正量为h(11')hI0(10.583)×0.6940.289m修正量转移给相邻各段，则hII'0.043+0.0430.086mh'1.037+(0.2890.043)1.553m同样对出口段修正：

45、出口段的水头损失修正为h' =2h'0.785×0.7690.604m出口段水头损失的修正量为h=(12')h0(10.785)×0.6990.15m亦应将修正量转移给邻各段，则h' 0.094+0.0940.188mh'1.451+(0.1650.094)1.522m 计算各角隅点的渗压水头（方法同上）H15.0mH2H1h'5.50.4055.095mH3H2h'5.0950.0865.009mH4H3h'5.0091.5533.456mH5H4h'3.4560.6122.844mH6H5h'

46、;2.8440.5312.313mH7H6h'2.3131.5220.791mH8H7h'0.7910.1880.603mH9H2h'0.6030.6040.00m作出渗透压力分布图如图3-4-3所示单位宽底板所受渗透压力P11/2（H6+H7）×L1×1.0=1/2×(2.313+0.791)×20×1.031.048t304.19kN3.4.4 抗渗稳定性计算查SL265-2001表6.0.4，可得水平段允许均渗透坡降Jx0.100.13；出口处的允许平均出逸坡降J00.350.40。分别验算不同水位条件下的抗渗稳定

47、性。设计水位条件下闸底板水平段的平均渗透坡降为Jxh'/Lx1.383/200.069Jx0.10渗流出口处的平均出逸坡降为J0h'/S'0.549/2.30.239J00.35故在设计水位条件下闸基防渗满足抗渗稳定要求。校核水位条件下闸底板水平段的平均渗透坡降为Jxh'/Lx1.522/200.076Jx0.10渗流出口处的平均出逸坡降为J0h'/S'0.604/2.30.263J00.35故在校核水位条件下闸基防渗亦满足抗渗稳定要求。 3.4.5 滤层及防渗排水设计1）滤层滤层的作用是防止渗流出口处土体由于渗透变形或流失而引起破坏。本次设计在

48、消力池的水平段和海漫的前部水平段，为减小渗透压力内设排水孔，消力池底部设置500mm反滤层（粗砂150mm、瓜子片150mm、碎石200mm）。2）铺盖采用混凝土结构，长度据经验一般取24倍闸上水头或35倍上下游水位差，拟取20m，铺盖厚为0.6m。铺盖上游端设0.5m深的小齿墙，其头部不再设防冲槽。考虑沉降问题，铺盖在顺水流方向上分缝，缝距22.8m，与闸墩对齐，靠近两岸翼墙处缝距为16.2m。铺盖与翼墙及底板间亦设沉降缝。3）垂直防渗体板桩是水闸工程中使用最为广泛的一种垂直防渗体结构。砂土地基常采用钢筋砼材料。由于闸址位置不透水层距底板约有16m之多，限于施工条件所限，采用“悬挂式板桩”。

49、其长度一般采用0.81.2倍上下游最大水位差，校核水位时Hmax=20.014.55.5m，故(0.81.2)Hmax(0.81.2)×5.5=(4.46.6)m，拟取板桩入土深度为4.4m，厚20cm。4）齿墙底板的上、下游端一般都设有齿墙，它既能起防渗作用，又对抗滑有帮助。底板采用钢筋砼结构，砼强度等级为C25，上下游两端各设1.0m深齿墙嵌入地基。上游齿墙底宽1.5m，下游齿墙底宽1.0m，底板分缝中设以“V”型铜片止水。5）排水设施设置排水是为了继续降压，并将渗流安全的导向下游。平铺式排水是水闸工程中常用的一种形式，一般布置在设有排水孔的护坦下面和海漫首端。本次设计，在消力池

50、水平段和海漫的前端水平段设置排水孔，孔径75mm，孔距2m，下设反滤层。6）止水设备为了适应地基不均匀沉降和伸缩变形，水下各构件间和构件本身均留有接缝，凡是不允许透水的缝中均设置止水设备。止水分为垂直止水和水平止水。闸底板与铺盖，铺盖与上游翼墙，上游翼墙与边墙之间的永久性缝中均设以铜片止水，厚度为1.2mm，宽为50mm。闸底板与消力池，消力池与下游翼墙，下游翼墙与边墙之间的永久性分缝虽然没有防渗的要求，但为了防止水流冲走缝后填土或墙后渗流出逸时将填土带出，缝中铺贴沥青油毛毡。3.5 闸室布置和稳定分析3.5.1 闸室结构布置闸室结构布置包括底板、闸墩、闸门、胸墙、工作桥和交通桥等分布结构等分布结构的型式和尺寸的初步拟定。（一）底板按底板和闸墩的连接方式，闸底板可分为整体式和分离式两种。本设计采用整体式闸底板。尺寸设计：1）闸底板顺水流方向的长度根据闸室稳定，地基应力及上部结构布置的要求确定。本设计取顺水流方向的长度为20m。2）底板厚度必须满足强度和刚度的要求，一般取t=(1/51/8)B, B=10m，t(1.252)m，取t1.8m。3）分孔分联 多孔水闸采用整体平底板时，为了适应伸缩变形，应该用缝将底板分成若干段。分段缝的间距在岩基上不宜大于20m，土基上不宜大于30m，并尽量考虑闸孔对称，且分缝类型不超过两种。本设计采用36孔，采用两孔一联。4）底板分缝为了防止和减少