水闸综合水力计算实例

1、水闸水力计算一、基本资料某平底水闸担负汛期某河部分排洪的任务。在汛期，当邻闸泄流量达5000m3/s时，本 闸开始泄洪。根据工程规划，进行水力计算的有关资料如下：水闸宽度设计标准.设计洪水流量为1680m 3 / s,相应的上游水位7.18m,下游水位为6.98m；校核洪水流量为l 828m 3/s,相应的上游水位为7.58m,下游水位为7.28m.消能设计标准因水闸通过设计洪水流量时，上下游水位差很小，过闸水流呈淹没出流状态，故不以设计洪水流量作为消能设计标准。现考虑汛期邻闸泄洪流量为 5000m3 / s时，本闸开始泄洪，此时上下游水位差最大，可作为消能设计标准.其相应的上 游水位为5.5

2、0m，下游水位为2.50m，并规定闸门第一次开启高度e = 12m。闸身稳定计算标准(考虑闸门关闭，上下游水位差最大的情况)设计情况：上游水位为6.50m，下游水位为-1.20 m：校核情况：上游水位为7.00m，下游水位为-120m。水闸底板采用倒拱形式，底板前段闸坎用浆砌块石填平。为了与河底超高相适应，闸坎 高程定为-1.00m，倒拱底板高程为-1.50m.闸门、闸墩及翼墙型式:闸门为平面闸门，分上下两扇。闸墩墩头为尖圆形，墩厚d 0 = 1 m.翼 墙为圆弧形，圆弧半径r = 12 m.6闸址处河道断面近似为矩形，河宽B0 = 160m.闸基土壤为中等密实枯土.水闸纵剖面团及各部分尺寸见

3、图15.1。二、水力计算任务：确定水闸溢流宽度及闸孔数;闸下消能计算；闸基渗流计算.三、水力计算：1、确定水闸溢流宽度及闸孔数平底水闸属无坎宽顶堰。先判别堰的出流情况。已知设计洪水流量Q =1680m3/s，相应的上游水位为7.18m，闸坎高程为-1.00m，则宽顶 堰堰上水头H = 7.18 - (-1.00) = 8.18 m 又知河宽B0 =160 m，则1680v = 1.28m / s0B0H160 x 8.18& = L0 x L282 = ms2 g 2 x 9.8H = H += 8.18 + 0.084 = 8.264m02 g下游水位为6.98m，则下游水面超过堰顶的高度h

4、s = 6.98 - (-1.00) = 7.98m匕=-2191 = 0.9650.86H 08.264由表10.9知，为宽顶堰淹没出流.据堰流基本公式(10.4)； Q =突mB、2gH 32可得水闸溢流宽度 0B =ns m.2 gH 320对无坎宽顶堰。取侧收缩系数 =1。因流量系数m和淹没系数以均与堰宽B有关，必须一 一B 75r 12用试算法求B。现设B = 75m。根据 = K = .469及；=弟=0.16，由表11.8查得B0160B 75m = 0.354。再根据 A = 0.965及项-= 0.457，由表 10.9 查得。=0.604。于HA B H 160 x 8.1

5、8是得1680B = 74.71m = 75m0.604 x 1 x 0.352X9 x 8.26432假设与计算B值近似相等，故B = 75m即为所求.每孔闸宽往往决定于闸门形式、闸门启闭机的能力及其他具体条件。取每孔间宽b =6m，一、， B 75则闸孔数n = - = 12.5。现取n =13，则水闸实际溢流宽度b 6B = nb = 13 x 6 = 78 mB78一 r12求通过水闸的实际流量。根据k = 0.488及；=疝=0.145,由表10.8查得m=0.355。再根据Wr = 0.965及;HA78 x 7.98八*=0.476,.B0H160 x 8.18Bh s由表10.

6、9查得B160B 78b = 0.602。则实际流量Q =b mBfigH032 = 0.602 x 1 x 0.355 x 7/2 x 9.8 x 8.26432 = 1753.1 m3 /s 实际流量大于设计流量，所取B值满足要求.再核算所取B值能否满足通过校核流量l 828米/秒的要求.已知相应于校核流量的 上游水位为7.58m,则堰上水头7.58 - (-1.0) = 8.5mQ 1828=1.33m / sB H 160 x 8.58av 20-2 g1.0 x 1.332=0.09m2 x 9.8H 0 = H += 8.58 + 0.09 = 8.67mh = 7.28 - (-

7、1.00) = 8.28mL = 828 = 0.954 0.86H 08.67为宽顶堰淹没出流。按 农=0.954及牛HAb= 0.676，则通过水闸的流量BhsB0 H78 x 8.28丽布= 0.47，由表B查得Q = as mB 2g H 23 =0.767 x 1 x 0.355 x 78 榷 x 9.8 x 8.67 32=2115 m3/s所取B值满足要求。决定采用水闸溢流宽度B = 78m，闸孔数 =13,每孔宽度人=6m。2、闸下消能计算根据本间设计要求，闹下消能按上游水位为5.50米，下游水位为2.50米，闸门开启高 度e = 1.2m的情况计算.判别属于堰流或闸孔出流闸上

8、水头 H = 5.50 - (-1.00) = 6.50 me 1.2=0.185 t,为自由孔流，与原假设的出流情况相符，所求流是正确的.因为是自由出流，闸下发生远离水跃，需要做消能工，采用消力池。.（三）求消力池深度d水闸单宽流量q = QB = 6。勺78 = 7.74m3/ s - m临界水深:正=3； 77% = i.828m:g 39.8T = H = 6.517 mT 6.517 _ o = 3.565h 1.828 k t 3.5=1.915 1.828由表10.12查得平底闸平面闸门的流速系数中=0.95。按?,二及中值，由附录图W查得 h h=0.18，则 hkd = h

9、= 0.18 X1.828 = 0.33mhk k因闸底为倒拱，可利用闸坎后一段长11m的倒拱底板作为消力池的一部分，故以倒拱底 板高程-1.5m作为消力池池底高程，即采用池深d = 1.0 - (-1.5) = 0.5m（四）求消力池长度l消力池长度按公l = （0.7-0.8）1取l = 0.8/，而水越长度l可按式（9.16）计算: k j k j jl = 6.9(h-h) = 6.9(h -h )H = 6.517 + 0.5 = 3.84 h1.828按T0d，中由附录图解w杳得么= 0.405,匕=2.03，则 hh*hkh = hh = 0.405 x 1.828 = 0.74

10、mc h k khh =广七=2.03 X1.828 = 3.71mk所以水越长度l = 6.9（3.71 - 0.74） = 20.49m则池长l = 0 + 0.8 x 20.49 = 16.39m采用池长为17m（包括倒拱底板后段11m及底板外另加的6m，见图15.1）。（五）求海漫长度1p海漫长度（即跃后保护段长度）按南京水利科学研究院的公式计算：1 = Kq4XH式中上下游水位差AH =5.5-2.5 = 3.0m：消力池末端单宽流量q可按消力池宽度B求得:B = B + (n-1)=78 + (13 -1) x1.0 = 90m q = Q = = 6.71m3 / s - mB9

11、0对粘性土壤，可取系数K = 8.5.于是1 = 8.5（6.71声=28.98mP采用海漫长度为30m。3、闸基渗流计算闸基渗流主要是计算渗径长度和闸底渗流压强。至于渗流量，因闸基为粘性土壤，渗透 性小，且本工程对控制渗流量要求不高，故不必计算。（）求渗径长度渗径长度应能满足水闸上下游水位差最大时的防渗要求，故按上下游水位差最大的情况来 确定。上下游水位差最大的情况为闸身稳定计算中的校核情况，相应的上游水位为7.0m， 下游水位为-1.2m，最大水位差H = 7.0 - (-1.2) = 8.2米按水闸结构布置要求，初步拟定闸底轮廓线，再核算渗径长度是否满足要求.因本闸水 位差较大，由结构布

12、置要求确定的闸底长度较短，仅17m，故于底板上游增设一长25m的钢 筋混凝土防渗铺盖，以增加渗径长度。初步拟定的闸底轮廓线如图15.1所示.为了便于计 算，将闸底不透水部分轮廓线的转折点按顺序编号，共12点.按防渗要求，闸底不透水部分轮廓线（包括钢筋混凝土铺盖及钢筋混凝土倒供底板）长度 应满足L C 0 H TOC o 1-5 h z 1， 工，一，式中折算渗径长度L = L铅直+ 3 L水平，其中闸底铅直轮廓线（当轮廓线与水平线夹角大于或 等于45时，按铅直轮廓计算）长度 HYPERLINK l bookmark73 o Current Document L = 1 +1 +1 +1 +1+

13、1铅直 1-23-45-67-89-1011-12=0.8 + （0.42 + 0.42 + 0.7 + Q 0.32 + 0.32 + 寸0.32+ 0.32 + 0.9 = 3.81m水平轮廓线长度L = l +1 +1 +1 +1= 0.4 + 24.2 + 0.5 +15.4 + 0.5 = 41.0 m水平2-3 4-56-78-9 10-11则L = 3.81 + - x 41.0 = 17.48m 3上下游水位差H =8.2m，由表查得中等密实粘土(无反滤层)的渗径系数C0 = 2.0则C 0 H = 2 x 8.2 = 16.4m因LCH。闸底轮廓线长度满足防渗要求。(二)求闸

14、底渗流压强闸底任一点n的渗流压强*按式(14.62)计算：p - p + p ” = yH + yz式中n点的水头Hn。可按n点的折算渗径长度ln求得：H = H (1 - nLn点的位置高度zn (以下游水面为基准面向下为正)为z =下游水位-n点高程现以点8为例计算该点在校核情况时的渗流压强.点8的折算渗径长度为1 = 1 +1 +1 +1 + 如 +1 +1 )1-81-23-45-67-83 2-34-56-7L -:-二_- 1=0.8 + 10.42 + 0.42 + 0.7 +、0.32 + 0.32 + - (0.4 + 24.2 + 0.5) = 10.86m则p =y H

15、(1 - L) = 9.8 x 8.2(1 - 086)8L17.48=30.4 KN / m 2p; = y (下游水位-点8高程)=9.8 x -1.2 - (-2.1) = 8.82KN / m2按上法求得闸底各点在校核情况时的渗流压强，列于表15.1.对于设计情况，水位差H=6. 5-(-1. 2)=7. 7m.按同样方法求得闸底各点在设计情 况时的渗流压强，列于表15.2.以上所求闸底渗流压强是进行水闸整体稳定计算和底板强度计算的主要荷载之一。123456p、KN / m 2)80.476.776.073.536.333.1) p KN / m 2)-1.965.885.881.964.9011.75()pKN / m 2)78.4482.5881.8875.4641.2044.85123456p KN / m 2)32.330.56.867.904.210.00) p KN / m 2)11.758.828.8211.7511.752.94()pKN / m 2)44.0539.3215.6816.651