节制闸课程设计书

1、一，设计基本资料1.1，概述本工程位于流过山东省淄博市境内的淄河中游，距齐鲁石化进水闸的下游约2公里处设置的节制闸。目的是拦截淄河水流，抬高水位，以确保国家重点企业齐鲁石化和近数十万亩农田灌溉的供水。淄河由沂蒙山脉为源头，从南至北，经临朐、青州、淄博、广饶汇入小清河，再流入渤海。淄河是一条季节性河流，汛期时来水流量较大，通常约600m3/s；枯水期时河流干涸，河床能行人。每当汛期山洪暴发，水流夹带大量泥砂，河床沉积着较厚的砂砾，而两岸的地表土为亚粘土。1.2，规划数据流域面积：1670平方公里。设计流量（5年一遇）：Q=560m3/s，相应的闸上水位：34.55m，闸下水位：33.75m。校核

2、流量（20年一遇）：Q=1300m3/s，相应的闸上水位：36.35m，闸下水位：35.62m。蓄水期水位：1.正常蓄水位：闸上34.55m，闸下29.98m（闸下无水）。2.最高蓄水位（校核水位）闸上35.90m，闸下31.98m。3.恶劣放水水位：闸上35.90m，闸下30.98m。闸下水位与流量关系：流量Q（m3/s）0501002003004005006007008009001000110012001300水位H（m）29.9830.2630.7831.5032.0032.7133.1233.7534.1834.7134.9935.2435.4435.5635.621.3，地质资料根据

3、钻探孔（见地形图）的地质资料看出，因受河流冲积影响，土层变化情况较复杂。具体如下：1# 钻孔：位于淄河左岸上，自地面高程约36.00m向下至28.50m为亚粘土，土质坚实；高程28.50m至26.00m为粉质粘土，较坚实；高程26.00m至21.00m为粉土；高程21.00mm至15.00m为粉质粘土。2#、3#、4#、5# 钻孔：同1# 钻孔地质资料。6# 钻孔：位于淄河主河槽中，自河底高程29.98m至27.40m为冲积的砂砾；高程27.40m 至26.20m为粉质粘土；高程26.20m至21.50m为粉土；高程21.50m至15.20m 为粉质粘土。7#、8#、9#、10#钻孔：基本同6

4、#钻孔地质资料。地基土物理力学指标如下表：土质容量(g/cm3)饱和容量(g/cm3)渗透参数k(cm/s)允许渗透坡降J压缩模量E(KN/cm3)）孔隙比e抗剪指标磨擦角(度)凝聚力C(N/cm2)亚粘土1.812.04×10-51.16000.8181.6粉质粘土1.681.913×10-41.08000.85161.1粉土1.561.841×10-40.812000.9140.9参照附近水利工程抗冲流速的资料：亚粘土的抗冲流量V0=1.9m/s，粉质粘土的抗冲流速V0=1.7m/s，粉土的抗冲流速V0=1.0m/s。1.4，交通要求及其他 ，公路桥面高程为3

5、7.18m，双车道。桥面净宽为9m，按汽车-20级荷载标准设计。 ，淄河无通航要求，不设船闸，也不设鱼道。二,闸址选择闸址的选择关系到工程的成败和工程效益的发挥，是水闸设计的一项重要内容，应根据水闸的功能、运用要求和特点，综合考虑地形、地质、泥沙、施工、管理和周围环境等因素，通过技术经济比较，选定最佳方案。闸址宜选在地形开阔、岸坡稳定、岩土坚实和地下水位较低的地点，应优先选用地质条件良好的天然地基，壤土、中砂、粗砂和细砂都适于作为水闸的地基，尽量避开淤泥土和粉、细砂地基。过闸水流的流态是是闸址选择的重要因素，要求做到：过闸水流平顺、流量分布均匀、不出现偏流和危害性冲刷或淤积，拦河节制闸宜选在河

6、道顺直、河势相对稳定的河段，闸的轴线宜于河道中心线正交，其上、下游河道直线长度不宜小于5倍的水闸进口段水面宽度。综合考虑以上闸址选择的最佳条件，临淄节制闸闸址选在淄博市临淄区以南，距齐鲁石化进水闸约2km处淄河的左岸河湾里，距离公路约100米（图1），这样既可拦截淄河水流，抬高水位，保证国家重点企业齐鲁石化的供水，又可确保附近数十万亩农田的灌溉，达到了设计目的。而且该处地势开阔，地质条件较好,截弯取直，施工期间可以利用原河道导流，解决了施工导流问题。新开挖渠道长约1km,济青公路处另外建设桥。缩短原河道可以增加了可利用土地面积，地质条件也叫原河道好得多，在新开渠道和原河道之间的湿地是又是良好的

7、游乐开发地。图1 闸址布置图三,闸孔设计3.1,堰型选择考虑到淄河每当山洪暴发时，水流夹带大量泥沙，为满足泄洪、排沙的要求选用宽顶堰，此种堰型泄流能力比较稳定，结构简单，施工方便。3.2,底板高程选定闸底板置于土质较坚实的粉质粘土上，利用天然地基。底板高程与新开渠道闸址处的河底齐平。在1:5000的地形图上量得点1=29.40m和点2=30.12m的距离为194mm，闸址处与点1=29.40m距离102mm，故闸址处高程：址=29.40+（31.12-29.40）×102/194=29.78m闸底板高程：底板=址=29.78m3.3,闸孔宽度计算闸孔总净宽初拟定新开渠道底宽b=61m

8、，边坡m=2.5，断面形式如图流量：Q=1300m3/s闸上水深：H=36.35-29.78=6.57m闸下水深：hs=35.62-29.78=5.84m行近流速：V0=Q/A闸上游连接段大约25m，由于5H=5×6.57=32.85m>25m，行近流速计算断面为梯形断面，断面面积：A=（b+mH）H=（60+6.57×2.5）×6.57=502.11m2V0=1300/502.11=2.59m2/sH=H+V/2g 取=1.0 =6.57+2.592/2×9.81=6.91mhs/ H=5.84/6.91=0.845>0.8,属于淹没出流。

9、利用下面公式计算闸孔总净宽根据闸门形式、启闭设备条件、闸孔的运用要求和工程造价，并结合实例，先假定每孔净宽b。=11m，闸孔数N=5，闸墩墩头采用圆弧形，侧收缩系数按SL265-2001规范式A.0.1-3计算。b0/bs=b0/(b0+dz)=11/(11+1.5)=0.88,查SL265-2001规范表A.0.1-1知z=0.98。bb=6.57×2.5=16.43mb0/bs=b0/(b0+dz/2+bb)=11/(11+1.5/2+16.43)=0.39, 查SL265-2001规范表A.0.1-1知b=0.918侧收缩系数=(0.98×4+0.918)/5=0.9

10、68hs/ H=0.845，查SL265-2001规范表A.0.1-2得=0.925取用m=0.385闸孔总净宽:L0=1300/(0.925×0.968×0.385××6.571.5)=45.0m<Nb0=5×11=55m假定的闸孔净宽满足泄流量要求。故闸孔总净宽为55m，5孔，每孔宽11m，由于闸基土质条件较好，不仅承载能力较大，而且坚硬、紧密。为了减少闸孔总宽度，节省工作量，闸底板采用分离式平底板。中墩厚1.5m，边敦厚1.2m。底板厚1.5m，墩头上游采用半圆形，半径0.75m，下游与上游相同。闸墩与底板剖面图如 图2：图2 闸墩

11、与底板剖面图（单位：m）四，闸室段布置及尺寸拟定常用的闸室底板有水平底板和低实用堰底板两种形式。同3.3，临淄节制闸选用水平底板。对于多孔水闸，为适应地基不均匀沉降和减小底板内的温度应力，需要沿水闸轴线方向用横缝（温度沉降缝）将闸室分成若干段，每个闸孔可为单孔、两孔或三孔。由于临淄节制闸闸基为粉质粘土，较坚实，故采用分离式底板，即在单孔底板上设双缝，将底板与闸墩分开，这样闸室上部结构的重量直接由闸墩或连同部分底板传给地基。具体分缝见图3。闸底板材料选用钢筋混凝土。闸底板高程29.78m，顺水流方向长度取决于地基条件和上部结构布置并满足抗滑稳定和地基允许承载力的要求，根据粘土地基经验，取（2.5

12、4.0）H，最大水头差H=4.9m，为安全起见，取H=5.0m（下同），（2.54.0）H=12.520m，初拟闸底板顺水流方向长17m，底板厚度必须满足强度和刚度要求，大、中型水闸可取（1/61/8）b0（b0为闸孔净宽），一般为1.02.0m，初拟闸底板厚度为1.6m。齿墙深度可采用0.11.5m，取1.0m。闸上自上游依次为工作桥、检修闸门槽、启闭台、工作闸门槽、交通桥。工作桥依据规范拟定为1.2m，检修闸门槽深约0.150.20m，宽约0.150.30m，初拟定深0.20m，宽0.30m。工作闸门槽应设在闸墩水流较平顺的部位，深度决定于闸门的支撑形式，一般为0.3m，门槽宽深比宜取1.

13、61.8，拟定宽0.5m。检修门槽与工作门槽之间净距不宜小于1.5m，以便检修，拟定2.0m。启闭台对称置于工作闸门槽上，尺寸拟定宽4.0m。交通桥依据规划要求桥面净宽9m，双车道、桥面高程37.18m。所以如图3，闸室段顺水流方向总长：L总=1.2+0.3+0.3+1.7+2.2+0.3+1.5+9.0+1.5=17.0m上游与铺盖衔接的底板齿墙处增长1m。闸顶高程依据SL265-2001规范取以下几个高程中最大者：挡水时：闸顶=蓄+浪+安 =34.55+0.80+0.50=35.85m 闸顶=挡水+浪+安 =35.90+0.80+0.50=37.10m泄水时：闸顶=设计+安 =34.55+

14、1.00=35.55m 闸顶=校核+安 =36.35+0.70=37.05m比较闸顶高程取闸顶=37.10m闸门高的确定：闸门顶高程应在可能出现的最高档水位以上有0.30.5m的安全超高，故： 闸门顶=最高+安 =36.35+0.40=36.75m闸门高：H门=36.75-29.78=6.97m 取H门=7.0m 闸门顶=29.78+7.00=36.78m启闭台底部高程：台底=闸门顶+ H门=+H安=36.78+7.00+0.50=44.28m以上设计尺寸如图3。图3 闸室尺寸拟定五，上有连接段及防渗设计5.1 上游连接段布置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

15、定的柔性。铺盖常用黏土、黏壤土或沥青混凝土制成，有时也可选用钢筋混凝土作为铺盖的材料。根据该处的地质条件和经济考虑，临淄节制闸选用黏土铺盖。铺盖长度应由地下轮廓线设计方案比较确定，一般为闸上、下游最大水头的35倍，（35）H=（1520）m，初拟定20m长。铺盖上游端最小厚度由施工条件确定，一般不宜小于0.6m，拟定1.0m，并向闸室段加厚至1.6m。铺盖上依次有0.1m厚垫层和0.3m厚浆砌块石保护层。铺盖与底板衔接处为一薄弱部位，通常是：在该处将铺盖加厚；底板前端做成斜面，使黏土能借自重及其上的荷载与底板紧贴；在该处铺设油毛毡等止水材料。临淄节制闸在铺盖与闸底板衔接处加厚铺盖并设置止水。综

16、合布置如图4。图4 上有连接段布置5.2地下轮廓线设计上有连接段、闸底板拟定尺寸如上，由于临淄节制闸闸基为粘土，不适于打桩防渗。地下轮廓线布置如图4。图4 地下轮廓线布置图必须防渗长度LCHmax允许渗径系数C以地基土的性质而定，本工程地基土为黏土，考虑无反滤情况，取C=4，必须防渗长度：L=4×5.0=20.0m实际闸基防渗长度L0=20.0+1.0+1.0×4+17.0=42m>L 满足防渗要求5.3渗流计算采用改进阻力系数法进行渗流计算计算简化地下轮廓线简化如图5，粘土铺盖取平均深度，闸底板的齿墙简化为板桩。图5 计算简图由计算简图知：水平投影长度：L0=20+

17、17=37m竖直投影长度：s0=1.6+1.0=2.6mL0/S0=37/2.6=14.2>5 有效计算深度Te=0.5L0=0.5×37=18.5m又由于地质资料所知深度T=29.78-15=14.78m<Te取有效计算深度Te=14.78m5.3.2 渗流压力确定通过地下轮廓线的角点、尖点将渗流区域分成7个典型段（如图5），、段分别为进口段和出口段，、段为内部垂直段，、为内部水平段。各典型段阻力系数的计算如表1：表1 各流段阻力系数为流段阻力系数为段号ST进口段和出口段=1.5（）+0.4411.3013.480.4861.6013.780.500内部垂直段=lnct

18、g(1-) 1.3013.480.0971.0013.180.0761.0013.180.076内部水平段=S1=0.00S1=1.30T=13.48L=20.01.224S1=1.00S2=1.00T=13.18L=17.001.458恶劣放水时水闸的上下游水位差最大：H=35.90-30.98=4.92m，近似取H=5.00m。各段的水头损失按下式计算：计算得各段水头损失值为：h1 =0.620m h2 =1.562m h3 =0.124m h4 =0.097m h5 =1.861m h6 =0.097m h7 =0.639m 进、出口段水力坡降呈急变形式，由上式算得的水头损失值与实际情况

19、相比，误差较大，需要进行必要的修正。修正后的水头损失值为为阻力修正系数，按下式计算其中S为底板埋深与底面以下的板桩入土深度之和，m；T为板桩上游侧底板下的地基透水层深度，m。当>1.0时，取=1.0。修正后的进、出口段水头损失减小h进、出口段的修正计算如表2表2段号T'TS'h0'h0h进口段13.4813.481.30.750 0.466 0.620 0.154 出口段13.1813.782.60.899 0.574 0.639 0.065 修正的减小水头损失分配给相邻各段，所以修正后各段水头损失值为：h1 =0.466m h2 =1.562+0.154=1.7

20、16m h3 =0.124m h4 =0.097m h5 =1.861+0.060=1.921m h6 =0.097+0.005=0.102m h7 =0.574m 假设各分段的水头损失值按直线变化，依次叠加，叠加后各段水头值为：H=5.000mH1=5.000mH2=4.534mH3=2.818mH4=2.694mH5=2.597mH6=0.676mH7=0.574m绘出闸基渗流压力分布图如图6：5.4 逸出坡降计算为防止渗流变形的保证闸基的抗渗稳定性，要求出口的逸出坡降必须小于规定的容许值。出口处的逸出坡降J为根据地基土的物理力学指标，防止流土破坏的出口段容许坡降J=0.8J<J所以

21、出口段的逸出坡降满足容许值。六,消能、防冲设计 水闸泄水时，部分是能转化为动能，流速增大，而土质河床的抗冲能力低，所以，闸下冲刷是一个普遍的现象。不危害建筑物安全的冲刷，一般说来是允许的，但对于有害的冲刷，则必须采取妥善的防范措施。闸下消能、防冲是水闸设计的一项重要内容。6.1,消力池设计由于该闸闸底为粉质粘土，抗冲刷能力较低，故采用底流式消能。消力池的首段和尾端均采用闸孔总宽，即：b1=b2=61m。当恶劣放水时，水流对下游的冲刷最为厉害，此时闸上水位35.90m，闸下水位30.98m。取此时的工况为下游消能计算工况。闸门开度e按每级开启0.2m。水流流态判定流量：Q=1300m3/s闸上水

22、深：H=35.90-29.78=6.12m闸下水深：hs=30.98-29.78=1.20m过水断面：A=（b+mH）H=（60+2.5×6.12）×6.12=467m2行近流速：闸孔全水头：H°=H+v°2g=6.12+1.0×2.7822×9.81=6.51m 宽顶堰闸孔出流流量：流量系数可按南京水利科学研究所的经验公式计算：=0.60-0.176eH收缩断面水深：hc=e垂直收缩系数由相对开度eH查表得到。由水闸设计规范知跃后水深：hc“=hc21+8q2ghc3-1b1b20.25对于5孔全开状态下各级开度的水流状态计算如表3

23、对于对称开启3孔和1孔的各级开度计算同5孔全开状态。由表可以看出水流状态所开各级均为远趋水跃。该种水流状态对河床的冲刷比较大，需要修建消力池，并按规范要求修建相应的护坦。6.1.2消力池的尺寸根据水闸设计规范附录B，消力池的深度按下式计算：d=°hc“-hs'-Z取水跃淹没系数°=1.05出池落差Z按下式计算：Z=q22g2hs'2-q22ghc"2水流动能校正系数=1.05各级开启度所需的消力池的深度计算结果如表3。从计算结果中可以看出所需最大深度为1.20m，所以消力池深度取为1.20m。消力池的长度按下式计算：Lsj=Ls+Lj取水跃前后水深差最大时计算消力池长度。水跃长度：Lj=6.9h"-hc=6.9×3.17=21.87m斜坡段坡度取1:4，斜坡段水平投影长度Ls=1.2×4=4.8m水跃长度校正系数取0.7消力池长度：Lsj=4.8+0.7×21.87=20m取消力池长度为21m（包括尾坎）。消力池底板厚度按抗冲要求确定：t=k1qH取消力池底板计算系数k1=0.175t