闸坝毕业设计计算说明书终结版

1、目录第一章 设计依据11.1工程等级及建筑物级别及设计标准11.1.1 工程等级11.1.2 建筑物等级11.1.3 洪水标准21.2设计基本资料2水文资料2洪峰流量2气象3泥沙特征41.2.2.地质资料4建筑材料5第二章 设计洪水位和校核洪水位计算62.1堰型的选择62.2闸底板高程62.3水闸过闸流态的判别62.4闸孔总净宽计算62.5泄流能力验算10第三章 闸室的布置113.1闸门高度设计计算113.2闸顶高程的确定11挡水时的闸顶高程12泄水时的闸顶高程12设计洪水位时坝顶高程12校核洪水位时坝顶高程123.3闸墩尺寸的确定13闸墩厚度13闸墩高度14闸墩的长度143.4 底板尺寸的确

2、定143.5闸室的分缝与止水15第四章 泄洪闸及冲砂闸设计计算164.1 冲砂闸闸孔孔径计算164.2冲沙闸闸墩设计174.3泄洪闸闸孔孔径设计计算17第五章 非溢流坝设计计算205.1坝顶高程的确定20设计洪水位时坝顶高程的确定20校核蓄水位坝顶高程的确定205.2 剖面设计215.3荷载计算21当位于正常蓄水位时21当位于设计洪水位时22当位于校核洪水位时23当为检修状况时245.4非溢流坝段的稳定计算25当位于正常蓄水位时25当位于设计洪水位时26当为校核洪水位时26当为检修状况时26第六章 消能防冲设计计算276.1消力池布置276.2海漫计算296.3防冲槽设计29第七章 闸室稳定计

3、算317.1设计情况及相应荷载组合317.2各情况下的荷载计算31完建无水期31自重31地基承载力验算33正常蓄水期的验算34自重34水重34扬压力34静水压力39浪压力39泥沙压力40地基承载力的验算40抗滑稳定分析42抗浮稳定分析42设计洪水位的验算43自重43水重43扬压力43静水压力48浪压力48泥沙压力49地基承载力的验算49抗滑稳定分析51抗浮稳定分析51校核洪水位的验算51自重51水重52扬压力52静水压力57浪压力58泥沙压力58地基承载力的验算59抗滑稳定分析60抗浮稳定分析61第一章 设计依据1.1工程等级及建筑物级别及设计标准1.1.1 工程等级*水电站位于*省*市严道镇

4、庙岗乡境内。给定正常高水位750.00米，发电引用流量52m³s。电站装机容量6400kw。根据工程基本资料和水利水电工程等级划分及洪水标准SL2522000（表11），确定：*水电站工程等级属于V，小（2）型规模。表 1-1 水利水电工程分等指标工程等别工程规模水库总库容防洪治涝灌溉供水发电(108m3)保护城镇及工矿企业的重要性保护农田治涝面积灌溉面积供水对象重要性装机容量(104亩）(104亩）(104亩）（104kw）大（1）型10特别重要500200150特别重要120大（2）型101.0重要5001002006015050重要12030中 型1.00.10中等100306

5、015505中等305小（1）型0.100.01一般30515350.5一般51小（2）型0.010.001<5<3<0.5<1注: 水库总库容指水库最高水位以下的静库容； 治涝面积和灌溉面积均指设计面积。 建筑物等级根据工程基本资料和水利水电工程等级划分及洪水标准SL2522000（表12），确定：工程等级为V查表1-2及1-3可知： 永久性水工建筑物中主要建筑物等级为5，次要建筑物等级为5。临时水工建筑物等级为5。表 1-2 水工建筑物级别工程等别永久性建筑物级别主要建筑物次要建筑物1323344555表 1-3 临时水工建筑物的级别级别保护对象失事后果使用年限（年

6、）临时性水工建筑物规模高度（m）库容（亿m³）3有特殊要求的一级永久性水工建筑物淹没重要城镇，工矿企业，交通干线或推迟总工期及第一台（批）机组发电，造成重大灾害和损失3501.041级，2级永久性水工建筑物淹没一般城镇，工矿企业或影响总工期及第一台（批）机组发电，造成较大经济损失31.550151.00.153级，4级永久性水工建筑物淹没基坑，但对总工期及第一台（批）机组发电影响不大，经济损失小1.5150.11.1.3 洪水标准根据资料可知库区洪水标准：二十年一遇设计洪水流量为1700m³s，相应的下游水位746.9米。一百年一遇校核洪水流量为2080m³s，相

7、应的下游水位747.566米。防洪限制水位751.00米。故洪水标准为：拦河坝设计洪水标准为20年一遇，校核洪水为100年一遇。1.2设计基本资料水文资料.1洪峰流量*河流域内曾设有经河、荥河、*河水文站。本次设计使用*水文站观测资料进行设计。表 1-4 *电站设计年径流成果表 单位：m3/s时段Q0P（%）105090年38.245.437.931.9114月20.423.420.317.5表 1-5 *电站设计年径流年内分配表 单位：m3/s代表年六七八九十十一十二一二三四五六丰水年10497.381.040.827.617.914.114.323.340.535.145.445.4中水年

8、64.110869.034.329.916.413.614.720.322.322.637.937.9枯水年46.445.463.035.822.716.313.413.420.028.026.531.931.9表 1-6 设计洪水成果表 单位：m3/s均值各种频率设计值P=1%P=2%P=3.3%P=5%P=10%P=20%1090208019201880170015201330根据表1-6可知建筑物洪水标准与流量（见表1-7）表 1-7 永久性主要建筑物洪水标准与洪峰流量 频率建筑物 P5P1流量（m3/s）流量（m3/s）拦河坝17002080.2气象1.多年平均降水量 1253.0mm

9、2.设计风速 26.5m/s，3.校核风速 18.0m/s，4.吹程 2.2km，5.风向 北风（沿吹程方向）.3泥沙特征1.输出率 1.56kg/s2.淤沙浮容重 0.75t/m33.淤沙内摩擦 14°4.悬移质含沙量 1.2kg/m3.地质资料闸址处河谷为U型河谷，河床宽70120m，河床高程为741.5743.5m。左坝肩段：地面高程742747m，为级阶地及前缘，阶地表层为粉土,厚0.51.2m，下部为(漂)卵砾砂，结构稍密中密为主，厚1213m，下伏基岩为沙溪庙组之粉砂质泥岩夹砂岩，岩体强弱风化厚度分别为23、34m，基岩顶高程733734m。坝基段：经河河床较平缓，中部发

10、育一高漫滩，地面高程为741744m。河床中漂卵砾石夹砂层厚37m，结构松散稍密。下伏岩体为J2s层粉砂质泥岩夹泥质粉砂岩、砂岩及F2断层破碎带，其处露顶板高程为735739m。J2s层泥质粉砂岩、粉砂质泥岩夹砂岩岩体强弱风化带厚度分别为23m、45m。右坝肩段：下坝线区域存在笔夹石滑坡，滑坡发生在坝线上游老婆弯山坡上，位于坝轴线上游右岸，主要为浅层堆积层滑坡，地形总体呈斜坡，微圈椅状。滑坡体长5560m、宽6065m、厚28m，高程750753m，斜坡下为一陡坎，基岩裸露；后缘高程为777780m，发育有阶坎状小平台，宽36m，坎高13m，后缘壁为基岩，由沙溪庙组（J2s）之砂泥岩互层组成；

11、滑坡左侧发育一小冲沟，夏季有流水；滑坡右侧为一侧微凹地形。据调查，近几十年来，滑坡体未见有明显变形及滑动现象，天然状态下稳定性较好。表 1-8 坝址基岩物理力学性质指标名称 指标容重T/m3弹性模量Kg/cm3软化系数摩擦系数承载力Kg/cm3抗压强度Kg/cm3柏松比砂岩2.55(干)2.57(湿)6 ×1040.510.602.5(压)1(拉)5000.25页岩2.54(干)2.60(湿)90000.358(压)1600.31砂砾石1.1(浮重)20000.310.35注：岩石与混凝土接触面的抗剪断强度指标f=0.9；C=0.7Mpa（7kg/cm2）建筑材料表 1-9 砼与石料

12、物理力学指标名称浆砌体干砌毛条石干砌块石混凝土容重T/m32.31.91.652.45弹性模量Kg/cm24×1042.8×104摩擦系数0.65砌体与砂体0.60砌体与砂岩0.35毛条石与页岩0.35与页岩0.7抗压强度20抗拉强度1孔隙率%2535弹性抗力系数T/m2顶为0.00坝基为25.00柏松比0.250.167粘结力Kg/cm20.70.65第二章 设计洪水位和校核洪水位计算2.1堰型的选择水闸常用的堰型有宽顶堰和实用堰两类。宽顶堰自由泄流范围较大，泄流能力比较稳定。故此次设计采用结构简单，施工方便的宽顶堰。*水电站的任务是某县城的防洪，发电。故为方便排沙，采用

13、平底板宽顶堰。2.2闸底板高程*水利枢纽工程闸址处河谷为U型河谷，河床宽70120m，河床高程为741.5743.5m。此次设计，我设计的是下坝。根据水闸设计规范SL265-2001，将闸底板高程修筑与原河底齐平，即闸底板高程为741.5m。由于堰型采用平底板宽顶堰。故闸底采用宽顶堰，工作闸门和检修闸门也采用平板闸门2.3水闸过闸流态的判别 水闸过闸流态出闸孔出流和堰流两种形态。主要是根据过闸水面是否受闸门或胸墙的影响来区分，此工程水闸需完全开启闸门泄水，所以按堰流形态对闸口尺寸进行设计。2.4闸孔总净宽计算 对于平底板，当为堰流时，闸孔中净宽可按下列公式计算： 其中：B0闸孔总净宽（m）；

14、Q过闸流量（m3/s）； g重力加速度（可采用9.81m/s2 ）； m堰流流量系数，可采用0.385； 堰流侧收缩系数，可由表2-1查得；其中b0为闸孔净宽（m），bs为上游河道一半水深时的宽度（m）； 堰流淹没系数，可由表2-2查得；其中H0为计入行进流速水头的堰上水深（m）；hs为由堰顶算起的下游水深（m）；堰流侧收缩系数： 表 2-1 值的选取b0/bs0.20.30.40.50.60.70.80.91.00.9090.9110.9180.9280.9400.9530.9680.9831.000堰流淹没系数：表 2-2 值的选取hs/H00.720.750.780.800.820.84

15、0.860.880.900.911.000.990.980.970.950.930.900.870.830.80hs/H00.920.930.940.950.960.970.980.990.9950.9980.770.740.700.660.610.550.470.360.280.19在拟定的四种方案中，b0/bs均小于0.2，故为0.909。根据工程资料 ，库区洪水标准为：20年一遇设计洪水流量为1700m3/s，相应下游水位746.90米，100一遇校核洪水流量为2080m3/s，相应下游水位为747.566米，防洪限制水位751.00米。设计洪水位计算式时取1700m3/s,校核洪水位取

16、2080m3/s。故过闸流量Q和hs 的取值见表2-3表 2-3 上游水头计算计算情况流量（m3）原河道底高程（m）下游水位（m）下游水深hs（m）设计洪水1700741.5746.85.3校核洪水2080741.5747.66.1 *水电站为宽顶堰，又此工程的目的是为了防洪，故为自由溢流。hs/H0，0.80。取时，假定为1，通过总净宽公式求得H0，再求得hs/H0的之，查表中相应的是否满足为1。.由上述条件可求得计入行近流速水头的堰上水深H0。再根据公式：H0=H+v2/2gV=Q/BH0求得各个闸孔尺寸方案下的设计洪水位和校核洪水位。经行比较分析，选出最优方案。在检查所设方案是否满足过流

17、能力。初步拟定四组方案：方案一：6孔，每孔7米；方案二：6孔，每孔7.5米；方案三：6孔，每孔8米；方案四：6孔，每孔8.5米。各方案所得结果见表1-4，表1-5，表1-6和表1-7.方案一：闸孔总净宽为42m，6孔，单孔净宽7m设计洪水校核洪水洪水标准P（%）51洪水流量（m3/s）17002080堰流侧收缩系数0.9090.909下游水深hs（m）5.46.066堰上水深H0（m）8.8010.07堰流淹没系数1.001.00堰流流量系数m0.3850.385水位水头（m）7.728.84设计(校核)洪水位（m）749.22750.34方案二：闸孔总净宽为45米，6孔，单孔净宽7.5米设计

18、洪水校核洪水洪水标准P（%）51洪水流量（m3/s）17002080堰流侧收缩系数0.9090.909下游水深hs（m）5.46.066堰上水深H0（m）8.409.62堰流淹没系数1.001.00堰流流量系数m0.3850.385水位水头（m）7.378.44设计(校核)洪水位（m）748.87749.94设计洪水校核洪水洪水标准P（%）51洪水流量（m3/s）17002080堰流侧收缩系数0.9090.909下游水深hs（m）5.46.066堰上水深H0（m）8.059.21堰流淹没系数1.001.00堰流流量系数m0.3850.385水位水头（m）7088.08设计(校核)洪水位（m）7

19、48.52749.58方案三：闸孔总净宽为48米，6孔，单孔净宽8米方案四：闸孔总净宽为45米，6孔，单孔净宽8.5米设计洪水校核洪水洪水标准P（%）51洪水流量（m3/s）17002080堰流侧收缩系数0.9090.909下游水深hs（m）5.46.066堰上水深H0（m）7.738.84堰流淹没系数1.001.00堰流流量系数m0.3850.385水位水头（m）6.787.76设计(校核)洪水位（m）748.28749.26方案比较：*电站正常发电水位为750.00m，防洪限制水位为751.00m，综合比较上述四种方案，为能够使洪水宣泄，便于冲砂，方案一中，经验算得出设计洪水位为749.2

20、2m，校核洪水位为750.34m。设计洪水接近正常发电水位，校核洪水位高于正常水位。满足要求。方案二，方案三和方案四中设计和校核洪水位低于正常发电水位。不能满足条件。综合以上，方案一是最优化的，所以水库的设计洪水位是749.22m，校核洪水位是750.34m。2.5泄流能力验算由上可知，设计的拦河闸有6孔。为了方便于防洪，且在闸孔低于8孔的时候最好取单数的条件，故设5孔泄洪、1孔冲砂。此设计为平底板宽顶堰，泄流能力公式为 3/2式中： Q下泄流量（m3/s） 堰流淹没系数 m流量系数 侧收缩系数 BO闸孔净宽（m） H0计入行近流速水头的堰上水头（m）根据计算结果，当闸孔全开渲泄洪水时，设计洪

21、水流量1700m3/s（P=5%）时，闸前水位749.22m；渲泄校核洪水流量2080m3/s（P=1%）时，闸前水位750.34m。均满足要求。第三章 闸室的布置*水利枢纽工程泄洪闸选择开敞式闸室。3.1闸门高度设计计算表3-1 水闸安全超高下限值水闸级别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1.51.00.70.5校核洪水位1.00.70.50.4由水闸设计规范SL265-2001知：闸门高度=闸前水位+超高-闸槛高程正常蓄水位时： h=750.00+0.3-741.5=8.8m设计洪水位时： h=749.22+0.2-741

22、.5=7.92m校核洪水位时： h=750.34+0.2-741.5=8.94m由此将闸门高度定为9m，闸门尺寸为7×9m。3.2闸顶高程的确定由于水闸是兼有挡水和泄水双重作用的水工建筑。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洪水位（或校核洪水位）与相应安全超高值之和。闸顶高程的确定还应考虑下列因素：1.软弱地基上闸基沉降的影响；2.多泥沙河流上、下游河道变化引起水位升高或降低的影响；3.防洪（挡潮）堤上水闸两侧堤顶可能加高的影响等。故闸门高度的确定如下：h

23、=2h1+h0+hc式中：h防浪墙顶至正常蓄水位或校核洪水位的高差（m）；h1波浪高度（m）；h0波浪中心线高出静水位高度（m）；hc安全超高，按混凝土重力坝设计规范规定。可查表3-1知。挡水时的闸顶高程由于水闸的安全级别为5级，查表31得,正常蓄水位时 0.3m。因为*电站为山区峡谷电站，风速为18m/s，D取为2.2km。采用官厅水库公式 = 0.8m又 = =8.7m 0.23m故正常蓄水位时 H=750m+0.23m+0.8m+0.3m=751.33m。3.2.2泄水时的闸顶高程.1设计洪水位时坝顶高程水闸的级别为5级，查表31得, 0.5m。由于*电站为山区峡谷电站，风速D=2.2

24、Km< 20 Km，按官厅水库公式计算，如下式所示：= =1.3m又 = 12.83m 0.41mH=749.22+1.3+0.41+0.5 =751.43m.2校核洪水位时坝顶高程查表31得, 0.4m。同上，由于D=2.2 Km< 20 Km，按官厅水库公式计算，如下式所示： = 0.8m又 = =8.7m 0.23m H=750.34+0.8+0.23+0.4=751.77m。综上计算可得：取闸顶高程取752.0m3.3闸墩尺寸的确定根据水闸设计规范，闸墩形式应根据闸室结构抗滑稳定性和闸墩纵向刚度要求，一般宜采用实体式。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

25、能力大的要求。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。根据工程特点，结合水闸设计规范要求，闸墩尺寸确定如下：闸墩厚度闸墩的厚度应满足强度和稳定性的要求，视闸墩高度、上下游水位差、闸孔宽度、闸门型式、闸门型式和闸墩材料等条件确定，一般取闸孔净宽的1/61/10，采用平面钢闸门时需要设置门槽。工作闸门门槽深0.52.0m，门槽处的闸墩厚度不得小于11.5m，以保证足够的强度。在大多数情况下闸墩厚度并不由强度和稳定要求控制，而是取决于构造要求。闸墩分为边墩和中墩两类（边墩与长方坝段相接，一方面起闸墩作用，同时也起分隔溢流坝段和非溢流坝段的作用，一边与河岸坡相接）。根据本工程闸

26、门尺寸和强度要求，选取闸墩厚度为4m，其中需要在闸墩上设置门槽，槽深选择1m。闸墩是闸门和各种上部结构的支承体，由闸门传来的水压力和上部结构的重量和荷载通过闸墩传布于底板。闸墩通常采用实体式，使其纵向刚度很大，以保证在纵向不会产生显著的变形。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。由于闸墩的外形轮廓对过流能力和流态的影响较大，规范规定：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。又由于闸墩半圆形墩头可减少水流进口损失，流线形墩头有利于水流的扩散，因此规范规定：上游墩头可采用半圆形，且R=2m，下游墩头宜采用流线形。尺寸采用：闸墩宽

27、：4.0m 闸墩长：采用与闸室等长20m 工作闸门槽：深0.8m，宽1.0m 检修闸门槽：深0.8m，宽1.0m 两闸门之间中心距5.5m 上游墩头：R=2.0m闸墩高度闸墩高程与闸门高程相等，取750.50m闸门每孔设平板露顶工作闸门和平板检修门各一道（检修门共用）。平板工作闸门采用固定卷扬机启闭，启闭机平台高程763.00米。平板检修闸门采用移动式门机启闭（泄洪闸、冲砂闸、进水口检修门共用门机）。检修门槽中心线距坝轴线下游3.0米，工作门槽中心线距检修门槽中心线5.5米。闸墩的长度闸墩长度取决于上部结构的尺寸和布置，应略大于架设于闸顶的各种桥梁（包括交通桥、主闸门和检修闸门的工作桥）宽度的

28、总和。本工程中，只考虑到主闸门和检修闸门的操作平台宽度，不考虑交通桥的宽度，闸墩上部长度选择为13.8m，闸墩底部长度选择为20.0m。3.4 底板尺寸的确定底板是闸室的基础，是既承受水闸上部结构的重量及荷载，又向地基传递的结构，同时兼有防渗、防冲、防止地基受到渗透水流作用可能产生的渗透变形，并保护地基免受水流的冲刷。因此闸门底板必须具有足够的整体性、坚固性、抗渗性和耐久性。通常采用钢筋混凝土结构。本工程选用平底板的闸底板形式。其结构简单、施工方便、并且闸址的地基有很好的适应性。根据闸底板的形式（用经验公式L=AH）计算，并根据闸上结构布置及地基承载能力两方面要求来综合考虑，拟定闸底板顺水流方

29、向的长度。L底=AH式中： A系数，对于砂砾石地基可取1.52.0，对于砂土、砂壤土地基可取2.02.5，对于黏壤土地基可取2.03.0，对于黏土地基可取2.53.5；H上、下游最大水头差。（1） 闸底板顺水流方向长度，根据闸基土质为砂壤土地基，A取2.02.5，故 L底=AH=（2.02.5）×8.5=1621.25m综合考虑上部结构布置及地基承载力等要求，确定闸底板长度为20m。（2） 闸底板可能出现的最大弯矩：其中：l闸墩的中心线距离（m）； q底板的均匀荷载强度（T/m）。底板的厚度不仅取决于最大弯矩，而且也与底板的配筋率有关。底板的配筋率取0.5%比较合适，则底板厚度用下式

30、计算：其中：d底板的估计厚度（m）； Mmax底板可能出现的最大弯矩; K安全因数取1.8； s钢筋的屈服强度。 通过计算得到：d=1.962m，在设计中选用2m厚度以保证闸底板强度、稳定等方面要求。（3）.闸室底板的上、下游端均宜设置齿墙，齿墙深度可采用23.5m。在闸室底板上、下游端设置齿墙，既能增加渗径长度，降低闸基底部渗透压力，减小渗透水流的出逸坡降，又能增加闸室的抗滑稳定性。（4） 铺盖。主要用来延长渗径，应具有相对的不透水性；为适应地基变形，也要有一定的柔性。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。铺盖的渗透系数应该比地基的渗透系数小100倍。最好

31、达1000倍。铺盖的长度倍。铺盖的厚度应由闸基防渗需要确定，一般采用上、下游最大水位差的35倍。铺盖的厚度应根据铺盖土料的允许水力坡降值计算确定。即=H/J，其中，H为铺盖顶、底面的水头差，J为材料的容许坡降，黏土为48，壤土为35。铺盖上游端的最小厚度由施工条件确定，一般为0.60.8m，逐渐向闸室方向加厚至1.01.5m。铺盖与地板连接处为一薄弱部位，通常将底板前端做成斜面，使黏土能够借助自重及其上的荷载与底板紧贴，在连接处铺设油毛毡等止水材料，一端用螺栓固定在斜面上，另外一端埋入黏土铺盖中。为了防止铺盖在施工期遭受破坏和运行期间被水流冲刷，应在其表面上先铺设砂垫层，然后再铺设单层或双层块

32、石护面。因此，铺盖长度确定为20米。3.5闸室的分缝与止水 根据本工程闸址出地基特点，选取闸室在中墩分缝，使每孔泄洪闸为一单独闸段，中墩总厚度4米；缝距一般15到30m，缝宽为2到2.5cm。本水闸共6孔闸，分6个闸段，在中间5孔闸墩中心设永久缝，设缝宽2cm。冲砂闸与泄洪闸及进水闸也采用永久缝分开。使得闸墩与底板连接在一起形成整体式底板，整体式底板闸孔两侧闸墩之间不会出现过大的不均匀沉降，对闸门启闭有利。水闸沿轴线每隔一定距离必须设置沉陷缝，兼作温度缝，以免因闸室不均匀沉陷及温度变化产生裂缝。第四章 泄洪闸及冲砂闸设计计算4.1 冲砂闸闸孔孔径计算冲沙流速，即开启冲砂闸后，能够达到冲洗沉沙槽

33、内全部淤沙以及随冲砂水流带入槽内的群体泥沙的流速，可由下式可得： 式中，：与冲沙量相应的河道运动底沙的平均粒径，为150.4mm； h ：槽内水深，冲沙槽进口底板高程为741.5米；正常水位时的水位高程为750.0米；既可得正常水位时沉沙槽内的水深为8.5米。则以此即可得出： =3.495 m/s沉砂槽中沉降的泥沙，在冲砂时需要达到大于冲沙流速的水流速度才能将其中的砂冲走，拟采用堰流。即可取V=5 m/sVC冲沙闸采用平底板堰流，则相对开度a/H0.65,a0.65H=0.65×8.5=5.525m。所以，冲沙闸冲沙时将闸门打开的高度可取为6.5m。根据SL265-2001水闸设计规

34、范，对于平底闸为堰流时，闸孔总净宽可按下列公式计算：单孔闸 式中 ：闸孔总净宽，m； Q ：过闸流量，m3/s ：计入行近流速水头上的堰上水深，m，= h+； g ：重力加速度，课采用9.81m/s2； m ：堰流流量系数，可采用m=0.385。 ：堰流侧收缩系数； ：闸孔净宽，m； ：上游河道一般水深处的宽度，由于70120m，故=120m； ：堰流淹没系数，由于闸下游采用斜坡式护坦，急流水跃消能，下游水位低，/0.72,则=1； ：有堰顶算起的下游水深，为5.4m。又有联立上式，试算求设= 7 m，即=7m,则： = 1-0.171(113/120)0.4914 = 0.9209假设Q=

35、227.5m3/s则 V= = 227.5/（7×6.5）=5 m/s = h1+v2/2g =6.5+1.274=7.774m = 6.68 7.0(m)冲沙闸设1孔，每孔7m 流速为5 m/s。4.2冲沙闸闸墩设计由闸墩厚度（宽度）应满足强度和稳定性要求，故取之为2米。闸顶高程取其与泄洪闸闸顶高程相等即为752m，长度（宽度）取其与闸顶高程相等,为10.5米。4.3泄洪闸闸孔孔径设计计算泄洪闸与冲沙闸类似，故采用平底堰流泄流，但为保证泄洪闸具有足够的超泄能力，使其即使在很高的水位时仍能保持为堰流，闸孔高度应较高。泄洪闸采用平底板堰流，则相对开度 a/H 0.65 a 0.65H=

36、 0.65×8.0=5.2m。故取泄洪闸泄洪时将闸门打开的高度定为6.5m。根据设计洪水水位和校核洪水水位的计算，闸门数目为6孔，所以泄洪闸闸孔数目为5孔。根据SL265-2001水闸设计规范 ，按一下公式计算 ：当水闸为多空闸，闸墩墩头为圆弧形时式中， N ：闸孔数目； ：中闸孔侧收缩系数； ： 中闸墩厚度； ： 边闸墩侧收缩系数； ： 边闸墩顺水流向边缘线至上游河道水边线之间的距离。 设计洪水时，洪水流量为1700 m3/s ，后出冲沙闸泄流的227.5 m3/s ，还剩余1472.5 m3/s 。闸孔数目为5孔，中闸墩厚度为4米，上游河道一半水深宽约为120米。边闸墩顺水流向边

37、缘线至上游河道水边线之间的距离约为36米，则每孔泄洪闸的宽度 b0也为未知量，且方程组为高次方程组，难以通过解方程组求解，拟采用试算法求解。设 = 7 m ,则： = 0.952= 0.909 = = 0.943V = = 6.47 m/s = 6.5+41.86/19.62 = 8.63 m/s =36.11m 35m =5b故泄洪闸闸门宽度确定定为7米，共设5孔。第五章 非溢流坝设计计算5.1坝顶高程的确定根据水闸设计规范非溢流坝坝顶应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶的高程应高于波浪顶高程，其与正常蓄水位或校核洪水位的高差，可根据混凝土重力坝设计规范，由下式计算，应选择两者中高程的高者作为

38、选定高程。h =2h1+h0+hc式中：h防浪墙顶至正常蓄水位或校核洪水位的高差（m）；h1波浪高度（m）；h0波浪中心线高出静水位高度（m）； hc安全超高，按混凝土重力坝设计规范规定，按下表51采用。表51 安安全超高hc相应水位坝的安全级别设计洪水位0.70.50.4校核洪水位0.50.40.3设计洪水位时坝顶高程的确定坝的安全级别为级，查表51得, hc= 0.4m。由于*电站为山区峡谷电站，吹速D=2.2 Km< 20 Km，V0=26.5m/s按官厅水库公式计算，如下式所示：= =1.3m又 = 12.83m 0.41mh=2h1+h0+hc =1.3+0.41+0.4 =2

39、.11m 故设计洪水位时坝顶高程H设计 = 749.22+2.11=751.33m校核蓄水位坝顶高程的确定查表hc得 0.3m。同上，由于D=2.2 Km< 20 Km，V0=18.0m/s按官厅水库公式计算，如下式所示： = 0.8m又 = =8.7m 0.23m h=2h1+h0+hc =0.8+0.23+0.3 =1.33m Z校核 = 750.34+1.33=751.67m取两者中的较大者即751.67m，作为坝顶高程。综合整个工程，考虑到水闸闸顶和非溢流坝坝顶设置交通桥，故将闸顶修到和非溢流坝段同一高度将坝高取至752m。5.2 剖面设计5.3荷载计算当位于正常蓄水位时上游水深

40、8.5米。计算采用单宽。1.自重=2.4×103kg/m3(10.5×7+×4.8×6+2×13.8)×1m3×10N/kg =2.4×1155×103N=2772KN2.静水压力计算 下游水重3.扬压力计算 则u=10××1.0625×13.8=73.3125kN (4)应力计算上下游边缘应力计算=+=200.87+49.07=249.94 KPa =151.8 Kpa最大应力值与最小值之比为2当位于设计洪水位时设计洪水位时上游水深7.72米。计算采用单宽。1.自重=2.4

41、×103kg/m3(10.5×7+×4.8×6+2×13.8)×1m3×10N/kg =2.4×1155×103N=2772KN2.静水压力计算10×(7.72+2)2=9462.672 KN3.扬压力计算u=10××0.9975×13.8=68.8275 KN4.应力计算上下游边缘应力计算=200.87+36.45=237.32KPa =164.42KPa故最大应力值与最小值之比为1.295<2当位于校核洪水位时当水位为校核水位时上游水深8.62米。计算采用

42、单宽。1.自重=2.4×103kg/m3(10.5×7+×4.8×6+2×13.8)×1m3×10N/kg =2.4×1155×103N=2772KN2.静水压力计算10×10.842 =587.528 KN3.扬压力计算u=10××1.1413×13.8=78.74974.应力计算上下游边缘应力计算最大应力值与最小值之比为当为检修状况时采用正常蓄水位。上游水深8.5米，计算采用单宽。1.自重=2.4×103kg/m3(10.5×7+×

43、4.8×6+2×13.8)×1m3×10N/kg =2.4×1155×103N=2772KN2.静水压力计算 下游水重3.扬压力计算 则u=10××1.0625×13.8=73.3125kN (4)应力计算上下游边缘应力计算=+=200.87+49.07=249.94 KPa =151.8 Kpa最大应力值与最小值之比为25.4非溢流坝段的稳定计算根据水工建筑物中，重力坝的抗滑稳定分析，计算非溢流坝段的稳定。抗剪强度公式：；抗剪断公式其中 为接触面以上的总铅直力； 为接触面以上的总水平力； U为作用在接触

44、面上的扬压力；f 为接触面间的摩擦系数；为抗剪参数。分别在正常水位，设计洪水位，校核洪水位和检修状况时，检查抗剪强度和抗剪断是否满足条件。当位于正常蓄水位时上游水深8.5米。计算采用单宽。抗剪强度计算=0.4×（2772-73.31）/551.25=1.961.05抗剪断计算=3根据上面的抗剪强度计算和抗剪断计算结果可得：是稳定的。当位于设计洪水位时设计洪水位时水深7.72米。计算采用单宽。抗剪强度计算=0.4×（2772-68.83）/462.672=2.341.05抗剪断计算=3根据上面的抗剪强度计算和抗剪断计算结果可得：是稳定的。当为校核洪水位时校核洪水位时水深8.8

45、4米。计算采用单宽。抗剪强度计算=0.4×（2772-78.74975）/587.528=1.831.05抗剪断计算=3根据上面的抗剪强度计算和抗剪断计算结果可得：是稳定的。当为检修状况时在检修状况时，采用正常蓄水位。计算采用单宽。抗剪强度计算=0.4×（2772-73.31）/551.25=1.961.05抗剪断计算=3根据上面的抗剪强度计算和抗剪断计算结果可得：是稳定的。综上所述，由于在正常蓄水位，设计洪水位，校核洪水位和检修状况时，抗剪强度计算和抗剪断计算均满足条件，故重力坝是稳定的第六章 消能防冲设计计算6.1消力池布置由水闸设计规范SL265-2001知：消力池的

46、深度可按以下公式计算 （公式6.1） （公式6.2） （公式6.3） （公式6.4）式中 d 消力池深度（m）;水跃淹没系数，可采用1.051.10。故在下列计算中，取值都为1.10；跃后水深（m）；收缩水深（m）；水流动能校正系数，可取1.01.05，故在以下计算中，都取1.0；q 过闸单宽流量（m2/s）;b1,b2消力池首端，末端宽度。在此，取他们值相等；由消力池底板面算起的总势能（m）； 出池落差，m； 出池河床水深，m。根据以上公式，再由已知数据，计算出的消力池池深和池长结果如下表 6-1 消力池池深、池长粗算结果开启孔数n泄流量Q(m3/s)单宽流量q(m3/(s.m)收缩水深hc

47、(m)跃后水深hc(m)下游水深hs (m)出池落差Z(m)流态判别消力池尺寸池深d(m)池长Lsj(m)水跃长Lj(m)6170040.483.787.705.41.76自由出流1.3128.927.0208049.524.1859.056.0662.241.6533.5233.6设计洪水位工况下：泄流量Q=1700 m3/s，单宽流量q=40.48 m3/(s.m)，收缩水深hc=3.78m，跃后水深hc=7.7m，下游水深hs=5.4m，出池落差Z=1.76m，池深d=1.31m，水跃长Lj=6.9(h-hc)=27m，池长Lsj=Ls+Lj=28.9m；校核洪水位工况下：泄流量Q=20

48、80 m3/s，单宽流量q=49.52 m3/(s.m)，收缩水深hc=4.185m，跃后水深hc=9.05m，下游水深hs=6.066m，出池落差Z=2.24m，池深d=1.561m，水跃长Lj=6.9(h-hc)=33.6m，池长Lsj=Ls+Lj=33.52m；由此估算池深为1.7m，验算得出虽然和取值=1.1有差入，但是差值不大，故可以认为是合理的。根据池深为2.5m，设计斜坡段坡度为1:4，由公式得出相应的消力池长度Lsj=33.52m34m.故取消力池池长为34m。厚度根据抗冲要求求得：抗冲 式中：为消力池底板始端厚度，m；为闸孔泄流时的上、下游水位差，m；为消力池底板计算系数，可采用0.150.20，在此处取；为消力池进口处的单宽流量，。设计洪水位工况下：=1.57m校核洪水位工况下：=0.2=1.79m综合以上考虑，消力池底板厚度取为1.8m。6.2海漫计算由水闸设计规范当，且消能扩散良好时海漫长度可按：；图 Ks值根据上面消力池布置结果可知，适合该公式，因此选取海漫长度为Lp=10m。海漫要求有一定的粗糙度，以便进一步消