水工建筑物水闸设计模板

1、Word文档资料 水闸课程设计报告 系别： 水利工程系 专业： 水利水电建筑工程 题目 水闸课程设计 班级： 10 级水工（）（）班 姓名：- 学号：- 指导教师: 成绩： 水利水电职业技术学院水利系水工专业 2012 年3月26日至3月30日 目录 第一章水闸设计基础知识 1. 水闸概念及水闸分类 . 1 Word文档资料 2. 水闸等级划分及洪水标准 . 2 3闸水利计算的容 . 3 4. 水闸防渗排水设计容 . 3 5. 水闸结构设计容 . 3 6. 水闸荷载组合 . 3 7. 水闸地基计算容 . 4 8. 全截面直线分布法 . 4 9. 水闸设计规用词和用语说明 . 5 第二章水闸设计

2、 1. 水闸形式及孔口尺寸拟定 . 6 2. 消能防冲设计 . 11 3. 渗流分析 . 1 3 4. 稳定分析 . 1 3 第三章设计总结 1. 设计过程总结 . 19 2. 心得体会 . 20 第一章水闸设计基础知识 1.1水闸概念及水闸分类 水闸：水闸是一种控制水位和调节流量的低水头水工建筑物，具 有挡水和泄水的双重作用。 Word文档资料 水闸的类型： 一、按水闸说承担的任务分类： （1） 进水闸（取水闸）：在河、湖、水库的岸边兴建，常位于引 水渠道首部，引取水流。 （2） 节制闸：拦河兴建，调节水位，控制流量。 （3） 冲沙闸：静水通航，动水冲沙，减少含沙量，防止淤积。 （4） 分洪

3、闸：在河道的一侧兴建，分泄洪水、削减洪峰洪、滞洪 （5） 排水闸：在江河沿岸兴建，作用是排水、防止洪水倒灌。 （6） 挡水闸：建于河流入海河口上游地段，防止海潮倒灌。 二、按结构的型式分类 （1） 开敞式：闸室露天，又分为有胸墙；无胸墙两种形式 （2） 涵洞式：闸室后部有洞身段，洞顶有填土覆盖。 （有压、无 压） 1.2水闸等级划分及洪水标准 （1）平原区水闸枢纽工程，其工程等别按水闸最大过流量及其防 护对象的重要性划分成五等，如表 1-1.枢纽中的水工建筑物级别和 洪水标准现行根据SL252-200规定。 山区、丘陵区水利水电枢纽工程，其工程等别、水闸级别及洪 水标准的确定依据水利水电枢纽工

4、程等级划分及设计标准 。 Word文档资料 表 1-1 平原区水闸枢纽工程分等指标 工程等别 I n IV V 规模 大（1）型 大（2）型 中型 小（1） 型 小（2） 型 最大过闸流量 （mVs） 500 5000-1000 1000-100 100-20 V 20 防护对象重要性 特别重要 重要 中等 一般 一般 （2）灌排渠系上的水闸，其级别可按现行的 GB50288-99确定, 见表1-2，其洪水标准见表1-3. 表 1-2 灌排渠系建筑物级别划分 建筑物级别 1 2 3 4 5 过闸流量（m3/s） 300 300-100 100-20 20 5 5 表 1 3 灌排渠系水闸的设计

5、洪水标准 水闸级别 1 2 3 4 5 设计洪水重现期（a） 100-50 50-30 30-20 2010 10 （3）为于防洪（档潮）堤上的水闸，其级别和防洪标准不的低于 防洪（档潮）堤的级别和防洪标准。 （4）平原区水闸闸下消能防冲的洪水标准与该水闸洪水洪水标准 一致，山区、丘陵区水闸闸下消能防冲的洪水标准见表 1-4. 表 1-4 山区、丘陵区水闸闸下消能防冲的洪水标准 水闸级别 1 2 3 4 5 闸下消能防冲的洪水重现期（a） 100 50 30 20 10 Word文档资料 1.3水闸水利计算的容 （1） 闸孔总净宽计算； （2） 消能防冲设施的设计计算； （3） 闸门控制运用方

6、式的拟定 1.4水闸防渗排水设计容 （1） 渗透压力计算 （2） 抗渗稳定性计算 （3） 渗层计算 （4） 防渗帷幕及排水孔设计 （5） 永久缝止水设计 1.5水闸结构设计容 （1） 荷载及其组合 （2） 闸室和岸墙、翼墙的稳定计算 （3） 结构应力分析 1.6水闸荷载组合 （1）基本荷载主要有下列各项; 1） 水闸结构及其上部填料额永久设备的自重 2） 相应于正常蓄水位或设计洪水位情况下闸底板上的水重； 3） 相应于正常蓄水位或设计水位情况下的静水压力； 4） 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）； Word文档资料 5） 土压力； 6） 淤沙压力； 7）

7、风压力； 8） 相应于正常蓄水位或设计洪水位情况下的浪压力； 9） 冰压力； 10） 土的冻涨力 11） 其他出现机会较多的荷载等； （2）特殊荷载主要有以下各项； 1） 相应于校核洪水位的情况下水闸底板的水重； 2） 相应于校核洪水位的情况下的静水压力； 3） 相应于校核洪水位的情况下的扬压力； 4） 相应于校核洪水位的情况下的浪压力； 5） 地震荷载； 6） 其他出现机会较少的荷载等。 1.7水闸地基计算容 (1) 地基渗流稳定性的计算； (2) 地基整体稳定计算； (3) 地基沉降计算； 1.8全截面直线分布法 Word文档资料 假设渗流沿地下轮廓线的坡降是均一的，即水头损失按直线变 化

8、。 1.9水闸设计规用词和用语说明 为便于执行本规，对要求严格程度不同的用词说明如下： 表示很严格，非这样做不可得： 正面词采用“必须”，反面词采用“严禁”。 表示严格，在正常情况下均应该这样的： 正面词采用“应”，反面词采用“不应” “不得”。 表示允许稍有选择，在条件许可时首先应这样做： 正面词采用“宜”，反面词采用“不宜”；表示有选择，在一定条 件下可以这样做的，采用“可” 用语说明如下：条文的“条”、“款”之间承上启下的用语常采用 “符合下列规定”，“遵守下列规定”或“符合下列要求”等。 条文中应用本规中的其他条文是，采用“符合本规*条的规定” 或“按本规*条的规定采用”等典型用语。

9、条文中引用本规中的其他表、公式时，分别采用“按本规表 * 的规定取值”或“按本规公式(* )计算”等典型用语。 相关标准采用“除应符合本规外，尚应符合现行的有关标准的 规定”典型用语。 Word文档资料 第二章水闸设计 2.1水闸形式及孔口尺寸拟定 2.1.1水闸形式选择 1. 水闸类型 常用的堰型有：宽顶堰和低实用堰。 宽顶堰是水闸中最常用的一种堰型它有利于泄洪、 冲沙。排 污、排冰，且泄流能力比较稳定，结构简单，施工方便，但自由泄流 时流量系数较小，容易产生波状水跃。 低实用堰有梯形的、曲线形的和驼峰等型式。 2. 选择 本水闸主要任务是发电（装机容量 5000KW5000KW为V等水闸）

10、。开 敞式及涵洞式两种基本闸孔型式均可以采用，但若考虑运用和检修方 便，则米用开敞式较好，由于该水闸建在岩基上，米用整体式平底板. 并采用平板闸门. 2.1.2孔口尺寸拟定 1.计算公式 泄水闸泄流能力按水闸设计规 SL265-2001附录A中公式 （A.0.1-1A.0.1-6 ）计算，对于平底闸和翻板闸，当为堰流时，流 _ 3 量计算公式为：Q B m. 2gHo 2 式中Q过闸流量（m/s）； B 闸孔总净宽（m）; m堰流流量系数； Word文档资料 堰流侧收缩系数； 淹没系数，由hs/H值查表得 H o计入行进流速的堰上水头 g 重力加速度（m/s2） 2. 计算条件 校核洪水流量（

11、p=5%）=720（m3/s）.平底板（即p仁0）则m=0.385 由河道断面图可知：河底板宽大约 40m河道坡度大约50度。 3. 计算过程 由河宽为40m,拟定为5孔，每孔净宽7m,拟定中闸墩为半圆墩宽 1m,边墩5m 求流量系数m平底板（即p仁0）则m=0.385 求侧收缩系数。 按水闸设计规SL265-2001附录 A中公式 （A.0.1-3A.0.1-5 ）计算，多孔闸，闸墩墩头为圆弧形时：Word文档资料 ( (A.04-4) (A.O.15A) 式中 %闸孔总净宽(m) Q Q - 过闸流 H：n/s) % - 计入行近流連水头的堰上水深(忍” a a 重力加速度宇可采用g.sK

12、in/s2)? 堰流流量系数，可采用0.385； 堰流侧收缩系数对丁单孔闸可按公式(A.O.1-2) 计算求得或由表A,O.1-1查得对于多孔闸可按 公式(A.0.1-3)计算求得. 拆闸孔後宽 玄上游河道一半水深处的宽度Cm) j N N - 闸孔数； 益中闸孔侧收缩系数即可按公式(A.0.1-4)计算求得 或rh表A.Q.1I查得但表中鸟为士於注 赊 - 中闸墩厚度(E) 路边闸孔侧收缩系数可按公式(A.0-1-5)计算求得 或巾表A.0.1-1杳得鼻但表中厲为冷碍+砧 %边闸墩顺水流向边缘线至上游河道水边线Z间的 距离啊 a a堰流淹没条数可按公式(A.0J-6)计算求得或按 表A.O.

13、1-2查得, 毎由堰顶算起的卜游水深59。eXy-D+e* F= - 畀 (A.OJ-3) 坷厂矿 覘+打J如+百 気=10.171 Word文档资料 由于河道正常蓄水位为3m,则校核洪水位估计大约有5m,则校核 代入数据，得: b 1 0.171 1 0.9731 确定眼淹没系数 在不知上游水头的情况下无法确定，暂假定为 s =0.9 校核水位时： 将各系数带入式计算： ( Q 、2/3 H 0 ( ?m ? s?n?dj2g ( 720 、2/3 0.9731 ?0.385?0.9?5?7?、2?9.81 5.75m 则hs/H。3.06/5.36 0.57 0.72,查表（水闸设计规SL

14、265-2001附录 A中表A.0.1-2）得s =1.00，与假定的0.9不符合。再假定为s = 1.00。 校核水位时：将各系数带入式计算： 720 )2/3 0.9731?0.385?1?5?7?、2?9.81 =5.356m 则 hs/H。 3.06/5.36 0.57 0.72,查表得 s =1.00，与假定的符 合。且此水位所对应的bb与假定的3m接近，即Ho=5.36m为所求。 由河道截水位对应的bb估计大约有 3m,即假定bb=3m 0.9485 H。 (?m? s?n?d,2g 2/3 1 0.1711 0.9793 Word文档资料 面图可知坡角约为50度. A=H*(39

15、+H) H O 二H+V/2g 现用试算法试算，见下表： H A V V/2g H+V/2g 4.70 205.39 3.505526 0.626336 5.326336 4.71 205.87 3.497283 0.623394 5.333394 4.72 206.36 3.489075 0.620471 5.340471 4.73 206.84 3.480903 0.617568 5.347568 4.74 207.33 3.472765 0.614684 5.354684 4.75 207.81 3.464662 0.611819 5.361819 4.76 208.3 3.456593

16、 0.608972 5.368972 4.77 208.78 3.448558 0.606144 5.376144 4.78 209.27 3.440558 0.603335 5.383335 由表可知H=4.74m H 校核=227.14+4.74=231.88m 同样设计水位时可求得H=4.70m,试算过程见下表: H A V 2 V/2g 2 H+V/2g 4.11 177.1821 3.335551 0.567069 4.677069 4.12 177.6544 3.326684 0.564058 4.684058 4.13 178.1269 3.317859 0.56107 4.69

17、107 4.14 178.5996 3.309078 0.558104 4.698104 4.15 179.0725 3.300339 0.55516 4.70516 4.16 179.5456 3.291643 0.552238 4.712238 由表可知H=4.14m ,则H设计=231.24m 4 .计算结果 H 校核=231.88m H 设计=231.24m 5. 方案选定 选用5孔闸，净宽：7m,圆形中闸墩1m,边闸墩5米Word 铺盖8米，闸底板8米，厚1.7米 2.1.3 闸顶高程确定 1. 设计依据 试验站公式，同土石坝 2. 闸顶咼程计算 由于正常水位为3.00m,校核水位为

18、5.36m,而风雍高度不可 能大于2m,则闸高只需在正常蓄水位加 0.3m (查水闸设计规 SL265-2001表424得)，即正常挡水为时闸高 3.3m。 3. 闸顶高程确定 该水闸没有库容(很小)，因此没有很大的防洪能力。且主要任 务是发电， 没有防洪任务。故闸顶高程为：3+0.3=3.3m 2.2 消能防冲设计 1. 计算方法及公式 按水闸设计规SL265-2001附录B中公式(B.1.1-3B.1.1-4 ) 计算， 2. 计算条件 上游水头EO=5.36m, Word 9 一过闸单宽流迪(用7对； 式中7 一消力池首端宽度(m)$ 垃一 消力池末端宽度 文档资料坊一 由消力池底板顶面

19、算起的总势能(m) 必一 一出池落差 hL 出池河床水滋 校核 =720m 3/s,( Word文档资料 q=20.571m3/s), 下游水深ht=3.06m ,取 1 3. 计算过程 求hc 代如数据得，一元三次方程： 2 5.36 hc hc 21.5690 现进行试算，并列表如下： 3 21.24 3.01 21.29124 3.02 21.34174 3.03 21.3915 3.04 21.44051 3.05 21.48878 3.06 21.53628 3.07 21.58302 3.08 21.62899 由表可得hc=3.07m, 求临界水深hk 3.51m 4. 计算结果

20、 由于ht九九收缩断面为激流，下游为激流，不会产生水跃 不必建消力池。 5. 方案选定 可不设消力池，但选定方案：建个小消力池，且上下游建护 EO 2 hk ；1?20.5712 9.81 Word文档资料 坦，见图纸 2.3渗流分析 1方法选择 选用：直线法 2. 渗流计算 由于该水闸无防洪任务，即洪水来是为自由泄流，几乎无上 下游水位差，故自需计算正常水位时渗流分析。 又由于该地基为岩基不需计算渗流量（同重力坝）。 u H h s LB 2 s 19.81 - 0 8?39 2 2 =2295.5KN 3. 渗压分布图 2.4稳疋分析 2.4.1抗滑稳定分析 1计算依据及公式 按水闸设计规

21、SL265-2001中738公式计算： 7.3.岩皋上沿闸电呈底面的抗滑稳定安全系数，应按公式 (7.3.6-1)或公式(7.3.8)11-算 凡=笔护 (7.3.8) 式中r r闸宣基底面与岩石地基z间的抗剪断摩擦系数可 按本规范7.3.12的规定采用$ C Cf f闸室基底而巧岩花血產之间的抗剪断粘结力(田), 可按木规范7.3-12条的规定采用 2. 荷载组合及荷载计算 荷载组合：基本荷载组合，正常蓄水位 1) 自重w 1000 , 1 1 1 II o養r ” Q q -一一 . 丄 39000 1 W=8*1.7*39*25+( 3.14*0.52+7*1*3.3 )*4*25 =

22、15648.5KN 力劈=0 力矩= 15648.5*0=0 2) 平- ： 7(板| 1700011 t 7000Zl 17000 7l I 7000 闸 Word文档资料 重w W=kz*kc*kg*H1.43*B0.08*N = 1*1*0.156*3.3 1.43*(7+0.5) 0.08 *5 =5.22(10KN)=52.2KN 力劈=0 力矩=0 为方便计算，现将水平推力当4.7m的水深进行计算，同时使计算 的偏小，使结构偏安全。 w=4*3*(7*5)*9.81 =4120.2KN 力劈=2m 力矩=+4120.2*2=+8240.4(KN . m)(逆+,顺-,下同) 4)水

23、平向水推力p 3)板上水重ww Word文档资料 p - H2B 2 2 = 1/2*9.81*4.7 *39 =4225.7KN 力劈=0.717m 力矩=-4225.7*0.717=-3029.83kN m 5）扬压力u -1 1 / - R 一 . 丄 1 u H h s LB 2 s 1 3 9.81 0 8?39 2 2 =2295.5K 力劈= 1.33m 力矩=-2295.5*1.33=-3053.02KN m 闸室稳定计算表 符 号 方向 大小 力劈 力矩 自重 W 15648.5 0 平板闸重量 W 52.2 0 底板上水重 W 4120.2 2 8240.4 水平向水推力

24、P1 4225.7 0.717 3029.83 水平向水推力 P2 0 扬压力 U 2295.5 1.33 3053.02 Word文档资料 泥沙压力 PO 0 合计 8240.4 6082.84 2157.56 3.稳定安全系数计算 为安全和计算简便考虑不计 C A（闸基底面与岩基之间的抗剪断 粘结力kPa）。则带入数据可得， f G 0.815648.5 52.2 4120.2 2295.5 H 4225.7 查水闸设计规SL265-2001中表7.3.14岩基上沿闸室基底面 抗滑稳定安全系数的允许值得：【k =1.05 4. 成果分析 K=4.15 【k =1.05，则抗滑稳定安全 由于

25、该地基为岩基，只需考虑抗滑稳定即可，即此水闸经过稳定 分析，为稳定的结构。 2.4.2基底压力计算 1. 计算依据及公式 对于结构布置及受力情况对称的闸孔，按下式计算： 刀M-作用在闸室上的所有竖向和水平向荷载对基础 底面垂直水流方向的形心轴的力矩和， KNM; 工式 P max p min - 刀G- 闸室基底应力的最大值和最小值，kPa; -作用在闸室上的所有竖向荷载，kN; A- 闸室基底面的面积，m; max Pmin G _M A W 4.15 Word文档资料 W-闸室基底面对该基底面垂直水流方向的形心轴 的面积矩，m。 2. 基底压力计算 max Pmin 17525.4 2157.56 27 39* 8 39* 82 /6 56.17 5.19KN 261.72心丹=50.98心 3. 成果分析 由表可知坝址岩基饱和抗压强度 60100MPa Fmax60 MPa,且 Pmin=50.98KN 0。 则闸室基底应力经计算满足要求。 第三章设计总结 1. 设计过程总结 本次水闸课程设计过程大致如下： 1） 水闸的基础知识回顾； 回顾了有关水闸的概念、水闸的分类、等级划分、水力计算的容、 荷载组合及地基计算容。 2） 水闸的等级划分； 本水闸按其最大过闸流量（720mVs ）应分为皿等（