水利水电论文浑蒲灌区渠首改建工程设计内符完整图纸

1、目 录中文摘要1Abstract2第一章 概况3一自然状况与社会经济状况3二工程在过去运用过程中的情况及改建的必要性3三与工程设计有关的地质、水文、气候等情况4（一）工程地质资料4（二）气象资料4（三）地质资料4（四）水文资料4（五）其它5第二章 枢纽布置6一工程布置依据6二工程布置原则6三枢纽布置及建筑物概况和主要特征参数7第三章 工 程 设 计8一工程规模及级别确定8二主要设计依据8第一节 挡水溢流坝设计9一坝体轮廓确定9（一）溢流坝顶高程确定9（二）溢流坝剖面设计9（三）溢流坝长度的确定10二消能防冲设计13（一）消力池设计13（二）铺盖设计16（三）海漫设计16（四）防冲槽设计17（五

2、）上下游河床及下游岸坡保护设计18第二节 挡水土坝设计19一论述土坝优缺点及不同类型土坝的适用条件19（一）土坝优缺点19（二）土坝的类型及适用条件19二土坝剖面设计20（一）坝顶高程确定20（二）坝顶宽度及坡度确定22三土坝的结构设计22四土坝渗流计算23第三节 冲砂闸设计25一冲砂闸的总体布置25（一）冲砂闸的位置及部分的相对位置的确定25（二）防冲、防渗、消能、排水设施的选取25（三）闸门型式及闸室结构形式的选取27二冲砂闸的水力计算27（一）闸孔数及闸净宽确定27（二）水闸泄流能力计算29三闸下游消能与防冲设计34（一）消能形式选择34（二）消能防冲设计流量的确定34（三）静水池水位设

3、计34（四）静水池结构设计36四渗流计算37（一）地下轮廓线拟定37（二）启闭机型选择42五闸室布置（结构布置）43（一）闸室结构布置43（二）确定荷载组合44参考文献致谢 中 文 摘 要渠首拦河坝工程始建于1952年，全长约250m，为草袋沉排结构，属于临时工程。1962年在此基础上又建成半永久性的石沉排坝体，全长510米，自运用以来历年都需维修。由于改建时坝基处理不当，标准过低，加之石笼铅丝锈蚀，该坝曾于1963年、1973年、1983年这三年四次决口，堵复决口费用达73万元，其中1983年7月15日一次决口就达32万元。从上述情况可知，现有拦河坝存在渗流稳定的结构稳定问题，部分坝段已破坏

4、，为保证进行彻底改建，主要工程任务为彻底改建拦河闸，新建冲砂闸。采用土坝、溢流坝、冲砂闸结合枢纽布置方案。工程级别为三级。关键词：水闸 作用水头 灌溉 设计AbstractCanal first renovated project is on original definite dam axis edesign the gear dam that accords with actual requirement and rush sand floodgate, satisfy gear water and irrigation and prevent flood to ask , basis s

5、cheme is compared , have selected earth dam and overflow dam with rush sand floodgate appearance the design scheme of coordination. One,determine project scale and rank: Basis fills the irrigation area that district bears , search " water work building ", definite project scale is medium-s

6、ized, project grade is 3th class, overflow dam , rush the major buildings such as sand floodgate is 3 levels.Two,gear water overflow dam designs: According to project actual definite dam top Gao Cheng 40.2 m, with the practical weir of WES model and weir, top is wide of 364 m. Eliminate force pool t

7、o adopt underflow type eliminate can.Three,the gear dam of water and soil designs: After calculating dam top Gao Cheng of earth dam, is determined as dam top Gao Cheng 3 m of 44.5 m, the dam slope of upper reaches takes 1:2.5, the dam slope of lower reaches takes 1:2, protecting slope to adopt trunk

8、 build stone to protect slope , thickness is of 0.3 m, set up the thick pad layer of 0.2 m of crushed stone , and paste slope with pile stone spats to drain. Four,rush sand floodgate design: When left bank sets up to rush sand floodgate, with plain plate type gate, after calculating , with 3 hole ga

9、tes, make the defence of lower reaches to rush to design , starting to close equipment choose pair to hang some QPQ-2 × 12.5 type rolls raise type headstock gear. Through calculation, finally, reach design accomplishment , compile completion to design manual and design calculated description an

10、d Fig.1 opens hub arrangement, rush sand floodgate plane , Zong a piece of profile, dam has a piece of profile and plane, rush sand floodgate detail structure Fig.1 piece, finally, reach a set of complete project design file.Keyword： Water conservancy；canal head；recreation ；design第一章 概况一自然状况与社会经济状况浑

11、蒲灌区属沈阳市苏家屯区位于沈阳市南部，担负东陵苏家屯区十个乡镇、一个国营农场的17.5万亩水田灌溉任务。浑蒲灌区的渠首工程位于东陵区长白乡夹河大队浑河公路下游一公里左右，属于有坝引水枢纽。枢纽位于浑河下游沈丹公路浑河桥下一公里左右的泥结公路，与沈丹公路及沈阳市区连接。主要建材均由沈阳或苏家屯至工地，平均运距为8至于15公里，混凝土骨料由下游两处料场开采，距工程地点500m左右，储量足以满足工程需要。浑河由于有大伙房水库控制，泥沙下泄量不大，冲砂闸在灌溉正常水位时的流量应满足下游沈阳市各灌区的用水。谟家堡拦河闸浑沙灌区：78m3/s浑蒲灌区：78m3/s张士灌区：7.0m3/s并考虑到10%的输

12、水损失，灌溉期正常水位为40.2m。拦河坝、冲砂闸按永久建筑物设计，并有部分土坝挡水。拦河溢流坝型为实用堰，堰面曲线为WES标准剖面，下游设消力池及海漫。拦河坝左岸设进水闸一座为5孔，每孔净宽1.8m，边坡1：2，渠底高程37.6m的引水渠。二工程在过去运用过程中的情况及改建的必要性渠首拦河坝工程始建于1952年，全长约250m，为草袋沉排结构，属于临时工程。1962年在此基础上又建成半永久性的石沉排坝体，全长510米，自运用以来历年都需维修。由于改建时坝基处理不当，标准过低，加之石笼铅丝锈蚀，该坝曾于1963年、1973年、1983年这三年四次决口，堵复决口费用达73万元，其中1983年7月

13、15日一次决口就达32万元。从上述情况可知，现有拦河坝存在渗流稳定的结构稳定问题，部分坝段已破坏，为保证进行彻底改建，主要工程任务为彻底改建拦河闸，新建冲砂闸。三与工程设计有关的地质、水文、气候等情况（一）工程地质资料坝闸处的地层主要有淤泥，砾砂夹卵石，圆砾夹卵石，下面分别描述如下：1淤泥：灰黑色，有臭味，含水量大，分布在5-8孔表面，层面厚2m左右。2圆砾夹卵石（细砂）；此层乃持力层，圆砾及卵石为圆形及亚圆形，选性好，颗粒级配良好，不均匀系数大于14。坝左及冲砂闸部位孔，在孔深10m左右的圆砾夹卵石均有5-10cm粘性土薄层分布。各层具体分布见工程地质剖面图。根据勘察确定持力层承载力为P=3

14、50KN/m2。（二）气象资料1历年各种气温出现数量表： 月份 温度1234567891011125°42431303131302555°0°11055820°5°35111194-5°10°6105810-10°以下2212115降雨资料：本建筑工程地点为辽宁中部地区，雨季为6-8月份。（三）地质资料勘探区地下水在第四系土层中为孔隙水，孔隙水埋深河床部位为20-30cm左右，圆粒夹卵石的渗透系数在64-85m/昼夜之间。附：圆砾夹卵石综合指标取土深度指标分类天然含水量天然容重天然干容重r(g/cm3)比重rd(g

15、/cm3)孔隙比休止角水下干时6-12最大值5.72.52.082.670.3833.334.5最小时3.22.062.952.650.2832.934.2平均值5.22.082.982.670.3433.134.3组数5555333（四）水文资料1不同频率下洪水位流量： 水位流量 洪水频率 堰上水位（m）堰下水位（m）相应流量（m/s）P=10%42.6142.162824P= 5%43.0042.633391P= 2%43.5943.124000P= 1%43.6443.204780P=0.5%43.8543.405100P=0.2%44.0343.5756002施工期水文计算成果表：时段

16、施工水文期堰下水位（m）(自然情况)频率P%相应流量（m3/s）4-6月1046739.12557039.369-11月1021538.49528838.7（五）其它河床砂粒实用粒径d90=1.5mm,坝闸闸摩擦系数：f=0.40混凝土容重r=24Kn/m3；标号C20（R：200）渗透系数Ke=4.00×10-3m/昼夜，K坝壳=1.73m/昼夜，K坝体1.5m/昼夜。第二章 枢纽布置一工程布置依据水利枢纽是综合利用水资源，发展防洪、灌溉、发电、航运、工业及民用供水、养鱼等水利事业的工程措施。它由一些一般性的和专门性的水工建筑物组成。浑蒲灌区渠首工程的修建目的：第一，可以在排水期蓄

17、水；第二，满足上、下游引水灌溉要求；第三，冲刷泥砂。所以，修建溢流坝抬高水位；修建冲砂闸，既满足下游引水需要，又可以防止坝前泥沙淤积，影响灌溉；另外，在满足抬高水位情况下可修建一段土段，以降低造价。冲砂闸、溢流坝和土坝的相互位置，根据水文地质及枢纽布置任务而确定。二工程布置原则1枢纽布置应满足各个建筑物在布置上的要求，各建筑物之间应能协调地无干扰地进行工作，保证在任何工作条件下都能最好地完成任务。浑蒲灌区的冲砂闸与引水闸都布置在左岸，并有一定的角度，来满足彼此间更协调无干扰地工作。2缩短工期，提前受益进行枢纽布置时，应与导流方式和主要建筑物的施工方法相结合，使工期尽量缩短，促使工程早日投入运转

18、，或部分建筑物提前投产。3总造价小，年运转费低枢纽中的建筑物，在满足稳定、强度和运用管理要求的条件下，还要使枢纽的总造价小，年运行费用低，具有优越的经济指标。采用当地材料，节约钢筋、木材、水泥等，因地制宜地采用新技术、新设备，提高劳动生产率，缩短工期，从而降低工程造价。4注意建筑艺术在不增加工程造价的条件下，合理地选择建筑物的结构型式，合理地布局，实现建筑物外观美，使其与周围环境相协调。三枢纽布置及建筑物概况和主要特征参数1方案比较根据枢纽布置依据和原则及坝址条件，我拟定四种方案进行比较。第一方案：完全由水闸控制修建水闸既能满足下游灌区用水，汛期又能渲泄洪水，冲洗淤积在闸前的泥砂，当上游引水渠

19、道需要引水时，可关闭闸门，抬高水位，保证取得所需水量，而且可避免有害泥砂进入渠道。但是全部修建水闸造价非常高，造成不必要的浪费。第二方案：橡胶坝与水闸结合橡胶坝可以溢流，也可根据需要调节坝高，不挡水时，将坝袋内水或气排空，坝袋衬铺平于沙床基础，恢复河床原断面，使河水下泄无阻。橡胶坝具体结构简单，施工期短，造价低，节约三材，运用和操作方便，阻水影响小，止水效果好，对地基要求低及目标隐蔽等优点。缺点是若河道常年有水检修不便，坝底泥砂易损坏橡胶坝；橡胶坝不能很好地适应温度变化，坝袋加工、老化及两岸连接问题不易解决。第三方案：溢流坝与冲砂闸结合溢流重力坝既是挡水建筑物，又是泄水建筑物，其材料采用混凝土

20、，这使工程造价增高，施工期长，造成不必要浪费。第四方案：土坝、溢流坝、冲砂闸结合土坝结构简单，造价低，可就地采材，对地形地质要求低。由于浑蒲灌区的正常灌溉水位为 40.2 m，通过溢流坝溢流来满足灌溉要求即可，只修建部分溢流坝可满足下游用水要求，降低了工程造价。修建部分土坝挡水，结合溢流坝溢流不需另设溢洪道，冲砂闸承担泄水任务可减轻和避免下游冲刷。这样布置既满足上游灌溉用水需求，又可防止有害泥砂引入引水渠，同时减轻水流对下游河道及两岸的冲刷，并且，溢流坝溢流满足下游用水要求。根据上述方案比较，我们认为第四种方案在经济上可行，财务上合理，技术上先进，管理维修方便，且适合工程处的地形，地质，水文等

21、情况故采用冲砂闸、溢流坝、土坝相结合的枢纽布置形式。平面布置上，冲砂闸与引水渠相邻，保证引水渠内水质清澈，无有害泥砂，中间为溢流坝另一侧为土坝与岸相连接。第三章 工 程 设 计一工程规模及级别确定为使工程的安全和造价的经济合理性统一起来，将工程所属建筑物按工程规模，效益大小及其国民经济中的重要性划分不同等级，不同等级规定不同的设计标准。按我国水利水电枢纽工程等级划分及设计标准规定，浑蒲灌区灌溉面积17.5万亩，查水工建筑物（中专教材）P6，查0-1可知，此工程级别为三级，永久性建筑物级别为3级，由建筑物等级确定洪水重现期。查水工建筑物天津大学P71表2-14可知，正常运用期为50年，即设计洪水

22、频率为P2；非常运用期为500年，即校核洪水频率为P0.2。二主要设计依据坝底板高程为36.3m，坝、闸摩擦系数f=0.4，砼容重r=24t/m3，标号为200#，土壤内摩擦角=30º，土壤浮容重为1.1t/m3，地基允许承载力R=35t/m3，回填土内摩擦角为30º，水下为28º，闸稳定安全系数根据建筑物级别查水闸设计规范表6-2-4得kc=1.25，k=1.10，吹程D=6km，风速v=16m/s，地震裂度为7º。第一节 挡水溢流坝设计一坝体轮廓确定（一）溢流坝顶高程确定该工程为引水工程，为了拦截河道中水流，保证灌区内用水需要，同时，在洪水期泄洪，保

23、证坝上游两岸不受洪水威胁，渲泄洪水，其坝前水位与渠道中正常水位齐平即可满足要求。灌溉期渠道中正常水位为40.2m，因此溢流坝顶高程为40.2m。（二）溢流坝剖面设计溢流坝既能挡水，又能通过坝顶泄水，所以，不仅要满足稳定和强度要求，还要有适宜的剖面形状以满足泄水要求。1溢流坝的上游段做成铅直段n=0。2溢流面曲线由顶部曲线段中间直线段和下部反弧段三部分组成。常用的溢流面曲线有克-奥曲线和WES曲线两种。克-奥曲线绘制的溢流坝剖面，往往超高稳定和强度要求的坝体剖面，且曲线坐标的确定系查表计算，坐标内插频繁，不易准确，施工放样不便。而WES曲线则给出曲线方程，流量系数大，剖面小，便于施工放样等优点，

24、所以本溢流坝采用WES曲线。（1）WES标准剖面的曲线方程由水力计算手册P31公式（3-2-1）得WES标准剖面的曲线方程为 Xn= K Hdn-1 Y 式中：X、Y分别为以堰顶为原点的坐标； Hd不包括行近流速在内的设计水头；为堰顶最大水头的0.750.95，题中取0.85。 K，n与上游迎水面坡度有关的参数，由表（3-2-1）查得，上游面为垂直段，即上游面坡度Y/X=3：0，得K=2.000 n=1.850.堰顶最大水头：Hmax=堰校上-堰顶=44.03-40.02=3.83m则：Hd=0.85Hmax=0.85×3.83=3.26m原点上游曲线按二圆弧法绘制：则： R1=0.

25、5Hd=0.5×3.26=1.63m b1=0.175Hd=0.175×3.26=0.57m R2=0.2Hd=0.2×3.26=0.65m b2=0.282Hd=0.282×3.26=0.92m原点下游段按曲线X1.85=2×3.260.85Y=5.461Y绘制，列表如下：XO0.511.522.533.544.555.56Y00.050.180.390.661.001.401.862.382.963.64.295.04（2）反弧半径的计算：堰顶剖面曲线的下游与一倾斜直线段相切，直线段的坡度，由结构的稳定和强度要求决定取1：0.8。在直线段的

26、下部与反弧段相切，对于底流式衔接，本溢流坝高P=堰顶-渠底=40.2-36.3=3.9m。设计水头Hd=3.26m，属于低坝、低水头，查专科版水力学书P267，参考公式坝高在10m以下r=0.5P=0.5×3.9=1.95m。绘制溢流坝剖面，见附图。（三）溢流坝长度的确定根据已定方案，修建部分溢流坝满足在正常使用期供水要求即可。1利用设计洪水位相应流量求溢流坝长度（Q设4000m3/s）采用实用堰流量公式计算：Q=sm BH03/2式中： Q -溢流坝泄流量m3/s s-淹没系数 m -流量系数 -侧向收缩系数 B-溢流坝总净宽。H0-包括造行近流速在内的总水头。H0=H+V02/2

27、g设B1=350m，则：H设=43.59-40.2=3.39mV0=Q/A=4000/350×(3.9+3.39)=1.57m/s则： H0=H设+ V02/2g=3.39+1.572/2×9.8=3.516m（1）淹没系数s的确定：由水力计算手册P135，确定Z/H0=(43.59-43.12)/3.516=0.13Z+ht/H0=(0.47+6.82)/3.516=2.07式中 Z-上下游水头差Z=43.59-43.12=0.47m ht-下游水深，ht=43.12-36.3=6.82m由 Z/H0=0.13和Z+ht/H0=2.07 查P136=图3-2-5得s=0.

28、84。（2）侧收缩系数的确定：由水力计算手册P136图（3-2-4）公式计算如下：=1-KN H0/d式中：K-墩型收缩系数，墩型采用圆头型墩头，由P/Hd=1.196和H0/Hd=1.08，查图3-2-7得K=0.010N-侧收缩边数取N=2，b-每孔净宽 b=350=1-0.010×2× 3.516/350=0.988（3）流量系数m的确定：根据P/Hd=1.196和H0/Hd=1.08查水力计算手册P134图3-2-3得m/md=1.02 md=0.502 m=1.02×0.502=0.51（4）溢流坝长度计算：B´1=Q/smH03/2=4000

29、/0.84×0.988×0.51××3.5163/2= 254.79m因为(B´1B1)/ B1>5%，所以溢流坝长度需要重新假定，见下表：假定坝宽B(m)ms计算坝宽B´(m)3500.9880.510.84254.793700.9880.510.84330.033300.9880.510.84326.21假定坝长B=330,计算得出B´=326.21m，(B´B)/ B<5%，满足要求。2.利用校核洪水位相应流量求溢流坝长度（Q设5600m3/s）同理，计算出流量系数m0.157，侧收缩系数1.0，

30、淹没系数s0.82，假定溢流坝长度B350m，则计算出H0=4.049mB´=Q/smH03/2=5600/0.84×1.0×0.517××4.0493/2=357.44m。(B´B)/ B<5%，满足要求。利用校核洪水位相应流量（Q设5600m3/s）计算溢流坝长B校核大于设计洪水位相应流量（Q设4000m3/s）求溢流坝长度B设计，溢流坝长度采用B校核350m。二消能防冲设计（一）消力池设计1消能型式选择消能型式有四种：底流式消能、挑流式消能、面流式消能和消力戽。列表比较各种消能型式优缺点及适用条件。形式挑流式底流式面流式消

31、力戽式优点工程量小，投资省，施工、检修方便安全可靠，尾水平稳下游冲刷较轻从水流表面排水，不损伤坝面；水舌下的水流是流向坝址的，流速较低，河床无需加固工程量比底流式小，冲刷坑比挑流式浅，不存在雾化问题缺点冲刷坑深坑后丘高，影响两岸坝基础的稳定工程量大，不宜过木、排冰表面高速水流产生很大波动，绵延数公里难以平稳，对电站运行和航运不利，易冲刷两岸缺点与面流相同，且底部旋滚可能将砂石带入戽内造成磨损，若做成差动式，可避免上述缺点，但结构复杂，齿坎空蚀适用情况水头高，岩基好的情况岩石地基较差，尾水位较稳定，及枢纽内设有船闸、阀道等对流态有严格要求的情况适合中低坝，而下游水深较大，水位变幅小，河床和两岸有

32、较高抗冲能力或有排冰过木的河道上适用于尾水较深，通常大于跃后水深，变幅较小，无航运要求，且下游河床和两岸有一定抗冲能力的情况浑蒲灌区处于平原地区，河床内有足够水源，且河床地质结构好，为圆砾夹卵石，水头较低，所以采用底流式消能。2消力池尺寸确定（1）判别下游水流衔接形式，确定是否修建消力池；设计情况下：行近流速V0=Q设/A=4000/(3.39+3.9)×350=1.57m3/sH0=H设+ V02/2g=3.39+1.572/2×9.8=3.52mq设=Q设/B=4000/350=11.43m3/s·m下游水深ht=43.12-36.3=6.82m流速系数查水力

33、计算手册P202表4-2-1得=0.95以下游河床为基准面的溢流坝的上游总水头E0E0=H0+P=3.52+3.9=7.42m临界水深hk=2.37mE0/hk=7.42/2.37=3.13由E0/hk=3.13 =0.95查水力计算手册P203图4-2-3得hc/hk=0.45hc=0.45 hk=0.45×2.37=1.07m由水力计算手册公式（4-1-1）得，跃后水深hc =跃后水深mhc收缩断面水深m-收缩断面弗汝德数=3.30q-收缩断面处单宽流量则=4.403m跌后水深=4.403<下游水深ht=6.82m。发生淹没式水跃，故不需要专门做挖深式消力池。校核情况下：行

34、近流速V0=Q校/A=5600/(3.83+3.9)×350=2.07m3/sH=H+ V02/2g=(44.03-40.2)+=4.05mq校´= Q校/B=5600/350=16 m3/s·m下游水深ht´=堰下-渠底=43.57-36.3=7.27m上游总水头E。´=H。´+P=4.4+3.9=7.94m流速系数´=0.95临界水深hk´=2.97mE0´/hk´=7.94/2.97=2.67，由´=0.95，E0´/hk´=2.67查水力计算手册P203图4

35、-2-3得hc´/hk´=0.50 因此hc´=0.5 hk´=0.5×2.97=1.49m。跃后水深=Frc=q校/hc´=15.61/=2.74=4.97m跃后水深=4.97m<下游水深ht´=7.27m。发生淹没式水跃。故不需需要挖深，但为工程安全起见，在下游修一护坦。（2）消力池长度Lk的确定：消力池长度决定于跃长，由水力计算手册P207式（4-2-7）得池长Lk=（0.70.8）Lj 取系数为0.8Lj:自由水跃的跃长，由水工建筑物P245式6-4得Lj=6.9×(-hc)设计情况下：Lj=6.9&

36、#215;(4.403-1.07)=23.14mLk=0.8Lj=0.8×23.14=18.51m,取Lk=19m校核情况下：Lj=6.9×(4.97-1.07)=26.91m Lk=0.8Lj=0.8×26.91=21.53m,取Lk=22m（3）消力池底板厚度计算：消力池底板承受高速水流冲刷，水流脉动压力和底扬压力的作用，应有足够的重量，强度和抗冲刷耐磨性。消力池首段：根据防冲要求，可按水闸设计规范P43公式（附2.9） t=式中： t-消力池底板厚度 m, H´-泄水时上、下游水位差 m, K1-消力池底板计算系数。可用0.1750.2,取K1=0

37、.2设计情况下：H设´=43.59-43.12=0.47m, q设= 11.43m3/s·mt=0.56校核情况下：H校´=堰上-堰下=44.03-43.57=0.46m, q校= 15.61m3/s·mt=0.65消力池末端厚度采用=0.35m,但为安全起见，为满足厚度不小于0.5m的要求，取等厚，均为0.65m。3消力池结构、细部设计消力池底板、护坦均为C20砼浇筑，上、下游基础设0.5m深齿墙，底宽0.5m，坡比1：1，底板内力较小，通常布置纵置10的构造钢筋，间距为30cm，为防止扬压力对护坦的破坏，将护坦做成透水护坦，设排水孔。排水孔布置形式有

38、三种：三角形布置，梅花型布置，矩形布置，孔径为5cm，间距1m，呈梅花形布置在消力池的中后部，下设反滤层，材料采用粗砂。为适应地基不均匀沉陷和温度变形，底板顺水流方向设缝，间距为20m，缝宽20cm，缝内铺设沥青毛毡。（二）铺盖设计由于坝址地基为圆砾夹卵石，所以，不必打板桩，采用平面形式铺盖，铺盖顺水流方向的长度为（3-5）倍堰上水深，即L=4.6×（44.03-40.2）=18m。采用砼铺盖标号为C20，厚为0.5m，上、下游河床和底板连接处均设置0.5m齿墙，铺盖按构造配筋10，间距30cm，溢流坝与铺盖连接处设止水。（三）海漫设计1型式选择海漫的作用为进一步消减水流的剩余能量，

39、使水流均匀扩散，调整流速分布，保护护坦和减小时其下游床的冲刷。海漫的结构有干砌石，浆砌石，砼和钢筋混凝土海漫。干砌石海漫：结构简单，抗冲性能差。最大优点是适应河床变形的性能好，耐冲能力大于堆石，一般用于海漫的后段。浆砌石海漫：由水泥砂浆砌筑块石而成，强度和耐冲性不如混凝土，适应河床变形的能力差，破裂后比较容易修补，多用于海漫前端。砼及钢筋砼海漫：抗冲能力强，但造价较高，在铺设时，顺水流方向不能有通缝。海漫布置一般分两段：一段水平段，一段缓坡段。根据实际情况并借鉴以往经验，为工程安全起见，选用水平段为浆砌石，缓坡段为干砌石。2海漫长度计算由水闸规范P44查得Lp=ks式中：LP-海漫长度m q&

40、#180;-消力池末端单宽流量m3/s.m，一般取q=q ks-海漫长度计算系数。本地基属砂砾土地基，介于细砂中砂，由P45附表面2.7，查ks=12。设计情况下：q=11.12 m3/s.m，H´=设上-设下=43.59-43.12=0.47m Lp=ks=33.13m校核核情况下：q校=15.61 m3/s.m，H´=校上-校下=44.03-43.57=0.46m Lp=ks=39.05m校核和设计情况比较，取大值，海漫长度Lp=40m3厚度计算海漫布置一般分两段。一段是水平段，一段是缓坡段。水平段长度一般为（1/4Lp1/3 Lp）。取水平段长度为1/4Lp=10m，

41、其顶面与消力池齐平，剩余为缓坡段，按1：10坡度布置。由于水流砌石，缓坡段采用干砌石。水平段砌石海漫采用M10水泥砂浆，浆砌石厚度为50cm，抗冲流速可达36m/s。浆砌石海漫需设排水孔，孔径为5cm，间距为1m，呈梅花形布置在海漫中后部。下设反滤层，厚度一般为20cm。反滤层采用在碎石下铺设一层粗砂，防止水流的脉动将细粒吸出。（四）防冲槽设计1防冲槽的作用水流经过海漫后，能量得到进一步消除，流速分布接近于正常，但海漫末端处流速仍往往大于下游河床抗冲流速，故河床仍避免不了发生冲刷现象。在工程实践中，常在海漫末端处，挖槽抛石，以加强防护，称之为防冲槽。当海漫后的河床发生冲刷时，槽内块石量稍多于冲

42、刷坑形成的上游坡护面所需的块石。2防冲槽尺寸防冲槽深度一般取t´´=4m，底宽度可取（23）t´´，因此底部宽度取3t´´=12m。（五）上下游河床及下游岸坡保护设计水流自上游河道流过来，流量逐渐加大，对河岸和岸坡可能造成冲刷。同样下游岸坡因受较大流速和水面波动影响，应予护砌保护。上下游护坡一般至铺盖开始处，再向上游取23倍水头，即取2.6(44.03-40.2)=10m。下游自防冲槽末端向下游延伸46倍水位，即5×(44.03-40.2)=19.15m，取19m。干砌石护坡厚度设计为0.5m。第二节 挡水土坝设计一论述土坝

43、优缺点及不同类型土坝的适用条件（一）土坝优缺点1土坝优点（1）可就地取材，节约三材，对地形、地质条件要求较低，施工技术简单，工序少，便于组织机械化快速施工。（2）结构简单，便于维修和加高扩建。（3）有较丰富的修建经验，运用安全，管理方便。（4）由于土石坝体积庞大，一般不会产生不滑动。2土坝缺点（1）坝身一般不能溢流，须另设溢洪道。（2）施工导流不如砼坝方便。（3）粘性土料填筑受气候条件影响大。（二）土坝的类型及适用条件土坝按照施工方法不同，可分为碾压式土坝，水中填土坝及水力冲填坝。水中填土坝或冲填土坝的施工方法简单，受雨季的影响小，不需专门压实机具，但是对土料要求严格，施工速度较慢。而碾压式土

44、坝虽然需用较多的碾压机具，但适用的土料范围广，且含水量可以控制使抗剪强度较高，工程量可相对较小，是广为使用的施工方法。根据碾压式土坝的土料组合和防渗设施的位置不同，可分为以下几种类型：1均质坝：基本由一种透水性较弱的土料（如壤土、砂壤土）填筑而成，坝体即为防渗体。2心墙坝：坝的中央用透水性较弱的土料或其它材料（砼或沥青砼等）做成防渗心墙。两侧用透水性较大的土料（如砂土、砂砼等）做成坝壳。3斜墙坝：上游侧用透水性较弱的土料或其它材料（钢筋砼、沥青砼等）做成防渗斜墙，坝体用透水性较大的土料。4多种土质坝：由几种透水性大小不同的土料筑成，几种土料排列的方式有两种：其土料透水性自上游向下游逐渐增大，土

45、料透水性自中央向两侧逐渐加大。土坝适用于土石料丰富地区。坝址处位于浑河下游沈丹公路浑河桥下一公里左右的泥结公路，与沈丹公路及沈阳市区连接，距离短，交通运输方便，其地质条件为砾、砾夹卵石、圆砾夹卵石等，储量丰富足以满足工程需要。现有拦河坝存在渗流稳定问题。在有冲砂闸和溢坝泄洪情况，修建土石坝就是为了挡水所以采用均质坝。二土坝剖面设计（一）坝顶高程确定坝顶高程由水库静水位加波浪爬高及安全加高定出。即坝顶=静+d。坝顶在静水位以上的超高按下式计算。d=hB+e+a式中：hB-风浪在坝坡上的爬高 m e-风壅水面超出原库水位的高度 m a-安全加高值 =·式中：-平均波高 m，= -平均波长

46、 m，=25· D-吹程 m D=6km=6000m Vf-风速 m/s Vf=16m/s H-坝前水深 m k-与坝坡糙率、渗透性有关的系数，查表3-1得砌石护面K=0.80 kw-经验系数，按无维量值，查表3-2得设计情况下：=2.27 查得kw设=1.123校核情况下：=2.18 查得kw设=1.109m-坝坡坡率，取m=2.51.设计情况下坝顶高程设计情况下坝前水深H=43.59-38.51=5.08。（1）波浪爬高hB计算-平均波高m，=0.0018()0.45 =0.0018×()0.45×=0.543m。平均波长=25×=25×0

47、.543=13.58m。=m。土坝坝高<30m，查水工白皮书P6表0-3得土坝级别为五级，查P102得V级坝取P=5%的爬高hB5%作为设计爬高hB=1.75。hB5%=1.75=1.75×0.906=1.586m。（2）风壅高度的计算由水工白皮书P103公式（3-5）得e=式中k-综合摩阻系数，取k=3.6×10-6-风向与坝线的法线夹角角度，为安全起见，取cos=1。D-吹程m。e=（3）安全加高a的计算坝的级别为V级，查白皮水建P103得正常情况下a=0.5。（4）坝顶超高d的计算d设=hB+e+a=1.586+0.056+0.5=2.14m。（5）设计情况下坝

48、顶高程2校核情况下坝顶高程计算校核情况下坝前水深H=44.03-38.15=5.52m(1)波浪爬高hB的计算=0.543m =25=13.58m。=m。由=0.543/5.52=0.098<0.1 P=5%查得hB5%/=1.84。hB5%=1.84×0.895=1.647m（2）e的计算e=（3）安全加高a查白皮水工P103，得校核情况下的a=0.3m（4）坝顶起高d的计算d校=hB+e+a=1.647+0.051+0.3=1.998m（5）校核情况下坝顶高程计算校坝顶=校+d校=44.03+1.998=46.03m设坝顶=45.73<校坝顶=46.03m，所以取坝顶

49、高程为46.03m（二）坝顶宽度及坡度确定1坝顶宽度确定坝顶宽度取决于施工运行、构造、交通、抗震等要求。土坝为低坝，不设置公路、铁路要求。取宽度为6m。2坝坡确定土坝坝坡的陡缓，取决于坝型、坝高、级别、坝体和坝基的土料性质等。上下游坝坡为相同材料，水下的抗剪强度比水上的低，上游坝坡应比下游坝坡平缓。坝高为46.03-38.51=7.52m<10m。不必变坡，采用同一坡度，坝体上下游土料均为砂性土。沿坝轴向地质情况相差不大。查白皮水工P104表3-6，取土坝上游坝坡为1：2.5，下游坝坡为1：2。三土坝的结构设计1.坝体设计本工程土坝设计为均质坝，均质坝坝体断面不分防渗体和坝壳，坝体基本是

50、由均一的粘性土料构成，整个坝体用以防渗并保持自身的稳定，坝体即为防渗体。2.护坡设计土坝上下游坝面均设置护坡。上游护坡是为防止风浪淘刷、冰层或漂浮物的损害、泄水建筑物进口附近水流的冲刷；下游护坡是为防止雨水冲刷、动物打洞、冻融破坏或干裂、根系发达的植物生长等，采用40cm碎石砌筑。3.坝顶护面设计坝顶护面采用单层砌石护面，护面向下游两侧倾斜3%的坡度，以排除坝顶雨水4.下游排水设施土坝本身能够有效的减少渗流，但不能完全截断渗流，土坝还要设置排水设施，以进一步降低浸润线位置，提高下游坝坡的稳定性以及减小渗流溢出比降，减小渗出区渗透破坏的可能性。贴坡式排水构造简单，石料用量小，易检修，并且能够比较

51、有效的防止坝坡冻胀、风浪淘刷等，所以本工程选用贴坡排水方式。四土坝渗流计算画计算草图，并标出尺寸及坐标。图中，坝顶高程46.06m，坝底高程3.51m，坝高P=46.03-38.51=7.52m。上游边坡m12.5，下游边坡m22.0，坝顶宽6.0m。由工程概况资料中得知：考虑10%的输水损失的下游流量Q=181.1m3/s，查下游流量与水位曲线图，得下游水位为38.47m，在坝底高程38.51m之下，所以，坝下游无水。计算情况为下游无水时心墙土坝的渗透计算。由白皮水工书P123公式（3-12）得由白皮水工书P123公式（3-18）求出。由白皮水工书P123公式（3-19）求出。坝体浸润线由白

52、皮水工书P123公式（3-13）求出x、y绘制。得出，绘制浸润线见图：坝体的渗流量浸润线以正常水位计算的，其流量q，从地形图上查得高程为40.2m处的坝长为90m，所以坝体的渗流量Q渗Q渗90×1.39×10-91.25×10-7m3/s第三节 冲砂闸设计一冲砂闸的总体布置（一）冲砂闸的位置及部分的相对位置的确定冲砂闸是渠首建筑物中必不可少的组成部分，布置在坝的一端，与进水闸相邻，用以冲洗沉砂槽内的淤泥，减少引水流的含砂量，防止渠道和节制闸前河道的淤积。考虑冲砂及引水要求等，冲砂闸的位置确定为：冲砂闸的轴线与拦河坝轴线垂直，布置在溢流坝左，由于进水闸已建成，可确定

53、冲砂闸的轴线与进水闸的轴线60°角。溢流坝上游铺盖与冲砂闸上游铺盖在同一直线上，铺盖上游设导流墙。（二）防冲、防渗、消能、排水设施的选取水闸上、下游形成水位差，使过闸水流具有较大的动能。如果不采取有效的消能防冲措施，将对下游河岸及岸坡造成严重冲刷。水闸的消能方式有底流式消能、挑流式消能、面流式消能及消力戽，其消能特点及适用条件在挡水溢流坝中已经说明，这里不再叙述。当下游河道有足够的水深，且变化较小，河岸及岸坡抗冲刷能力较大时，采用面流式消能，当下游是坚硬岩体河床时，而水闸具有较大的水头时，采用挑流式消能。本设计冲砂闸位于平原地区，上游水头低，下游水深变化较大，位于抗冲能力较低的土质河

54、床上（地质多为砂砾夹卵石），所以采用底流式消能。底流式消能措施，主要是设置消力池和布置辅助消能工。过闸水流经消力池消能后，仍有部分余能，对河床及两岸会造成冲刷。因此，在消力池后设置海漫、防冲槽，并对上游河床和下游岸坡进行保护。（1）消力池消力池的型式有下降式消力池，消力槛式消力池和综合式消力池。下降式消力池是降低护坦形成的；消力槛式是在护坦末端设置消力槛而形成消力池；综合式消力池则是综合采用下降式和消力槛式，既降低护坦高程也设置消力槛。下降式消力池施工困难造价高，因此选用消力槛式消力池。（2）海漫海漫型式有干砌石海漫、浆砌石海漫、抛石海漫、砼海漫、钢筋砼海漫。其中以干砌石海漫最常用。海漫首部流

55、速和紊动均较大，要求海漫有较大的抗冲能力，宜选用浆砌石海漫。而干砌石海漫抗冲能力稍弱，通常布置在海漫的中部。本设计采用：水平段为浆砌石，缓坡段为干砌石。（3）防冲槽防冲槽设在海漫末端，槽内抛填块石。当海漫后的河床发生冲刷时，槽内块石会自动塌下，保护冲刷坑上游斜坡向上扩展。（4）上下游河床和下游岸坡的保护水流自上游河道，临近闸室时流速加大，会对河床与岸坡造成冲刷，要在闸室上游一定范围内砌石防冲。保护长度为4倍上游水深，即4×(40.2-36.6)=15m，砌石厚度0.4m，其下设垫层。下游岸坡因水流速较大及水面波动大，应采用砌石护坡保护。2防渗与排水设施水闸挡水后，在上下游水位差作用下，在闸基和闸两侧的岸坡内都产生渗流，对水闸的抗滑稳定不利，甚