涵江水闸工程毕业设计报告[详细]

1、函江水闸毕业设计第一章 基本资料第一节 工程兴建缘由 函江位于我国华东地区,流向自东向西北,全长375千米,流域面积176千米,鄱阳湖水系的 重要支流,也是长江水系水路运输网的 组成部分,该流域气候温和、水量充沛、水面平缓、含沙量小 、对充分开发这一地区的 水路运输具有天然的 优越条件.流域内有耕地700多万亩,土地肥沃,矿产资源十分丰富,工矿企业发达,原料及销售地大 部分在长江流域,利用水运的 条件十分优越. 流域梯级开发后,将建成一条长340 千米通航千吨级驳船的 航道和另一条长50 千米通航300吨级驳船的 航道,并与长江、淮河水系相互贯通形成一个江河直达的 内河水路运输网.同时也为沿江

2、县市扩大 自流灌溉创造条件,对促进沿河地区的 工农业发展具有重要的 作用,该工程是以航运为主体,兼有泄洪、发电、灌溉、供水和适应需要的 综合开发工程,它在经济上将会具有非常显著的 效益.第二节 工程等级及设计标准一 工程等级 本枢纽定为三等工程;主要建筑物按3级建筑物设计;次要建筑物按4级建筑物设计.二 洪水标准设计洪水按50年一遇标准;校核洪水按300年一遇标准;最大 通航洪水按5年一遇标准.第三节 基本资料一枢纽地形、地质及当地的 材料1. 闸址地形闸址左岸与一座山头相接,山体顺流向长700米,垂直向长2000米,山顶主峰标高110n,靠岸边山顶标高65米;山体周围是河漫滩冲积平原,滩面标

3、高(18.520.0)米;沿河两岸筑有防洪大 堤,堤顶宽4米,堤顶标高24.5米;闸址处河宽700米,主河槽宽500米,深泓区偏右,河床底标高(13.014.0)米,右岸滩地标高18.5米.2. 闸址地质(见闸轴线地质剖面团) 闸址河床土质,主要由砾卵石层组成,表层多为中细砂层,层厚(25)米,左厚右薄并逐步消失;河床中层主要是砂砾卵石层,卵石含量3050,粒径213厘米,层厚(1020)米,属于强透水层渗透系数k=1.841015102(厘米/s)允许坡降J=0.150.25;河床底层为基岩,埋深标高从左标高10米向右增深至标高15米以下,其岸性为上古生界二迭长兴阶灰岩及硅质岸. 河床土质有

4、关资料如下: 中砂:Dr0.6,E0310千克/厘米2,N63.520砂砾石:Dr=0.66,E0=360千克/厘米23当地建筑材料 块石料:在闸址左岸的 山头上,有符合质理要求的 块石料场,其储量50万方,平均运距1.0千米. 砂砾料:闸址上、下游均有宽阔的 冲积台地,在上、下游(35)千米的 沙滩台地上,均有大 量的 砂、砾料,可满足混凝土的 粗、细骨料之用,且水运方便.土料:闸址上游约2千米有刘家、八坪土料场、储量丰富,符合均质土坝质量要求.还有可作为土凡防渗体的 粘性土,其质地良好.二工程基本资料 (一)地形:1:5000地形图一张 (二)地质:闸轴线地质剖面图一张. (三)气象洪水期

5、多年平均最大 风速:20.7米/s风向:按垂直坝轴线考虑吹程:3千米 (四)水文 1设计洪水 各设计频率涉水流量及相应坝下水位表设计频率()0.33220洪水流且Q(米3/s)1235095405730坝下水位H下(米)23.823.4022.25 2水位流量关系曲线水位(米)1415161718192021222324流量(米3s)50300650120018002480326041405340770013800(五)地震 本地区地震基本烈度 为6度 .(六)回填土回填土力学性质干容重干(T米3)湿容重(T米3)饱和容重(T米3)内摩擦角粘聚力c千克厘米2含水量砂性土1.551.852.05

6、27O粘性土1.501.9218O.228三、建筑物的 设计参数 (一)船闸(五级航道标准) 1水位:最高通航水位22.32米,最低通航水位19.0米;正常蓄水位19.0米;下游最低水位14.25米. 2船型、船队:船型300吨驳船,单驳尺度 35 9.21.3米(长宽吃水深);船队300马力+2 300吨.船队尺度 919.21.3米(长宽吃水深). 3船闸、引航道尺寸及高程:闸室有效尺寸闸室顶高程24.0米,室底高程10.5米;长宽槛上水深=13512 2.5米.上闸首平面尺寸长宽1824米;墩顶高程 25.0米(注:该高程控制公路桥面高程),门槛高程16.5米,基底高程 8.5米.下闸首

7、平面尺寸长宽1724米;墩顶高程24.5米、门底高程10.5米、基底高程70米.上、下游导墙段长度 50米.上、下游引航道直线段长度 应满足L5倍设计船队长度 ,引航道底宽35米;边坡1:2.5;引航道底高程;上游15.0米,下游11.0米;引航道转弯半径R5倍设计船队长度 ;进出口轴线与主河流基本流向的 交角20 4闸上公路桥设在上闸首的 上游端. (二)电站 1机型 水轮机型号:GE(F302)WP380机型; 发电机型号:SFG200703960; 总装机:32200KW.2水头 设计水头3.5米;最高水头7.0米,最小 水头2.0米;最大 引用流量225米3/s. 3主厂房平面尺寸及高

8、程主厂房底板长度 48米;总宽36.2米;机组进水室宽2.8米;中墩厚3.4米;进口高程 7.5米,出口高程 7.8米;基底最低高程 2.0米;基底平均开挖高程 5.0米;进水口前混凝土铺盖长10米,并在1:5反坡向上游与原河床高程衔接,并在上游端应设拦沙槛.尾水出口后设混凝土护坦、护坦水平段15米并用1:5的 倒倒坡段与尾水渠相连. 上部厂房宽15米(顺流向),长36.2米,厂房地面高程24.5米,水轮机安装同程 10.5米厂房屋顶高程 37.0米,厂房边墙距底板上游端15.0米. 4站上的 公路桥设在三房的 上游端. (三)泄水闸 1水位: 正常蓄水位19.0米,灌溉水位19.50米; 设

9、计洪水Q2=9540米3s,相应闸下水位H下23.40米 校核洪水Q0.33%=12350米3s,相应闸下水位H下23.80米 2计算水位组合 闸孔净宽计算水位 设计流量Q2=9540米3s,相应H下23.40米 设计水位差H:甲组H0.25米(H上23.65米) 校核流量Q0.33%=12350米3s,相应闸下水位H下23.80米 计算闸上壅高水位H上(供墩顶高程用) 消能计算水位 闸上水位H上=19.50米 闸下水位H下=甲组H下14.50米 下泄流量:以闸开启启度 e_米、_米、以及全开时的 泄量. 闸室稳定计算水位(关门) 闸上设计水位 H上19.5米,甲:H下=14.50米 闸上校核

10、水位 H上20.0米(与门顶齐平) 甲:H下=14.5米 3其它参数 单孔净宽:(812)米 门型结构:平面钢闸门 闸门类型: 升卧门 底板与中砂的 摩擦系数f0.4 闸孔的 允许单宽流量q=30米3s米 (四)公路桥 公路功重按汽20设计,挂100校核,双车道桥面净宽7.0米,两侧人行道22.0米,总宽9米,采用T型结构.梁高1.0米,梁腹宽0.2米,梁翼宽1.6米,用5根组粱组成,两侧人行道为悬臂式.每米延长重量按8米计.第二章 枢纽布置第一节 枢纽总体布置枢纽布置的 任务就是合理的 安排枢纽各个建筑物的 位置,要考虑各种建筑物的 各自特点,合理的 安排他们的 具体布置方式,枢纽包含建筑物

11、主体工程:泄水闸,船闸,土坝,水电站. 坝轴线的 选择从地形上看,把主线应选择在河床宽度 最窄处,以节省工程量,降低造价.水电站厂房布置要求地质条件好,开挖深度 不大 ,故由坝主线地质剖面图可知,水电站应布置在左岸,因闸质左岸砂砾石埋深较浅,下层为坚硬石灰岩,开挖深度 较小 .3号桩到9号桩处河段位于河槽中部,适宜修建水闸.9号桩到10号桩之间为一滩地,地势平坦,适宜布置船闸,故船闸布置在右岸.此外,船闸不能紧靠泄水闸,因为当泄洪时,下游水位比较高,如船闸和泄水闸紧靠在一起船闸水位被迫抬高,不利于通航,故在船闸核泄水闸之间布置隔流体,以使水面线平缓变化.隔流体采用土坝形式,土坝按四级建筑物设计

12、.主体工程布置方面,1号桩至3号桩之间布置水电站,3号桩至8号桩布置水闸,9号桩到10号桩间布置船闸,在船闸和泄水闸之间布置土坝.具体枢纽布置示意图见附图.各建筑物平面布置示意图见附图第三章 水闸水力计算设计基本资料:1 水位正常蓄水位19.0米,灌溉水位19.5米 设计洪水Q2%=9540 米3/s,相应闸下水位H下=23.40米 校核洪水Q0.33%=12350 米3/s,相应闸下水位H下=23.80米2 计算组合闸孔净宽计算水位 设计流量Q2=9540米3s,相应H下23.40米 设计水位差H:甲组H0.25米(H上23.65米) 校核流量Q0.33%=12350米3s,相应闸下水位H下

13、23.80米 计算闸上壅高水位H上(供墩顶高程用) 消能计算水位 闸上水位H上=19.50米 闸下水位H下=甲组H下14.50米 下泄流量:以闸开启启度 e_米、_米、以及全开时的 泄量. 闸室稳定计算水位(关门) 闸上设计水位 H上19.5米,甲:H下=14.50米 闸上校核水位 H上20.0米(与门顶齐平) 甲:H下=14.5米第一节 闸孔及堰型设计一堰型选择宽顶堰在溢流方面的 优点是流量系数变化小 ,不易受下游水位抬高的 影响而呈现淹没出流的 状态,且宽顶堰的 过流能力较强,适合在平原地区使用,所以本次设计采用宽顶堰的 形式. 闸门的 控制形式有带胸墙和不带胸墙之分,带胸墙适合于上下游水

14、位变化很大 时,考虑此次设计的 水头差不是很大 ,故采用不设胸墙的 闸门控制.二堰顶高程设计选择堰顶高程是闸孔设计的 关键,直接影响水闸的 运用和造价,在选择堰顶高程时,应尽可能使底板建在较坚实的 土层上,以避免复杂的 地基处理工作.同时选择堰顶高程还要考虑使过闸单宽流量在合理的 范围内.堰顶高程的 高低直接影响水闸的 造价,取的 过高和过低都会产生悲剧合理的 情况,考虑河床的 高程在13米到14米之间,综合各种考虑,初拟闸底板的 高程为13米.三.闸孔净宽试算在设计流量Q=9540 米3/s,相应闸上水位H上=23.65,闸下水位H下=23.40米时,水位大 部在主河槽以上,故取闸址处河宽7

15、00米,即:b=700米H=23.65-13.0=10.65米v=1.28米/s计入行进流速水头的 堰上水深则Ho=H+=10.65+=10.734米,其中,hs由堰顶算起的 下游水深则hs= H下-堰=23.4-13.0=10.4米=0.96890.8,故为淹没出流根据规范表A.0.1-2 宽顶堰值,得=0.5566.因为采用平底板宽顶堰,无闸坎,查流量系数米值表可得:米=0.385.侧收缩系数与闸孔总净宽有关,现未知,设=1.0,以此计算的 近似值如下:粗估计 n=29孔,单孔净宽 以上为的 第一次近似值,据此计算的 第二次近似值,计算=0.9689.闸墩和边墩形状(拟定闸墩头部为半圆形,

16、边墩头部为圆弧形),查表(见水力学341页表9.1得:闸墩系数,边墩系数,按下式计算侧收缩系数:的 第二次近似值: 取的 第二次近似值为:n=35; 将的 第二次近似值代入式: 闸孔总净宽:根据计算,选取水闸孔数为:n=35;单孔净宽:则总净宽:三、泄流能力校核计算1、设计流量下:2、校核流量下: 根据水闸设计规范5.0.5,一般情况下,平原区水闸的 过闸水位差可采用0.1米0.3米之间,由于在此水闸校核流量校核计算过程中,三百年一遇洪水,拟定上下游水头差为0.4米.即上游水位为:23.8+0.4=24.2米,过堰水深H=24.20-13.00=11.20米,则上游过水断面面积:.行进流速:取

17、 则堰上总水头:下游水位过堰高度 :=23.80-13.00=10.80米, 故为淹没出流.根据规范表A.0.1-2 宽顶堰值经插值得:=0.645计算侧收缩系数:则此时可过闸流量: =12405=12350,故满足要求综上所述,最后确定:孔数为:n=35;单孔净宽:,总净宽:.第二节 消能防冲计算泄水建筑物下游水流的 消能方式经堰、闸等泄水建筑物下泄的 水流,流速高,动能大 ,必须采取工程措施消耗水流多余的 能量,防止其对下游河床的 严重冲刷和淤积,避免破坏水工建筑物的 正常运行.常用的 消能方式有3种:底流消能、挑流消能、面流消能.本工程为底流消能,底流消能也称为水跃消能,它是通过修建消力

18、池来控制水跃发生的 位置,消耗大 量多余的 能量.闸上水位H上=19.50米,闸下水位H下=14.50米,则H=19.5-14.5=5.0米,为计算闸门进口行进流速水头,取闸门前(510)H处的 流速为行进流速,因为此时的 流速近似为闸门进口行进流速,取8H处的 流速v,两侧开角为100进行计算.(如图31)B1=3510+1.534+21=403米B2= B1+28Htan10=403+286.5tan10422米一、消力池的 计算1、消力池深的 计算1)当闸孔开度 e=0.6米时= 所以为孔流,=0.6146按照孔流计算流量,根据水力学P354得:流量Q=1457.5 米3/s.在2-2断

19、面闸前行近流速:闸前总水头查水闸设计规范表 经插值得: 初拟: 计算出闸流量: 公式中:孔流淹没系数,取1.00.5634闸孔净宽,350米e孔口开度 ,0.6米则=1459.1 米3/s取流量Q为1459.1 米3/s=404-21=402单宽流量q=3.63 米2/s下面进行消力池深的 计算:式: (21) (22) (23) (24)公式中 d消力池深度 (米)水跃淹没系数,可采用1.051.10,取1.05跃后水深(米)收缩水深(米)水流动能效正系数,可用1.01.05,取1.0q过闸单宽流量(米3/s)消力池首端宽度 (米)消力池末端宽度 (米)由消力池底板顶面算起的 总势能(米)出

20、池落差(米)出池河床水深(米)如图(32)所示:下游河床的 高度 为13.0米,=14.5-13.0=1.5初设池深为d=1.0米米 得试算设=0.3 得0.2274 =0.32 得-0.065=0.35 得0.0386 =0.31 得-0.02=0.3053 得0.00009 取=0.3053 因为消力池的 长度 ,扩散角在7o12o之间,取10o,所以1米=米=1.052.8176-1.5-0.214=1.244米,验算见表(37)表(37)消力池深度 试算dTohchc”Zdd=1.007.514 0.30532.81760.2141.244d=1.2447.7580.3 2.8460.

21、21561.273d=1.2737.7870.32.8460.21561.273最后取:d=1.273米根据规范表A03-2值得0得=1.0 所以满足要求 2)当闸孔开度 e=1.2米时=0.1851.1所以淹没系数过大 ,不满足条件,闸门需提前开启.假设下游水深为16.0米,=16.0-13.0=3米,=16.0-13.0=3米=7.831米,=0.611米,=3.91米 ,米1.05,假设下游水深为15.7米,=15.7-13.0=2.7米,=15.7-13.0=2.7米=7.831米,=0.611米,=3.91米 ,1.1,满足根据规范表A03-2值得=-0.470得=1.0 所以满足要

22、求 3) 当闸孔全开时当e=1.2米时,流量Q=2933.1 米3/s, 查图H下=19.40米=19.4-13.0=6.4米 =19.413.0=6.4米根据规范表A01-2宽顶堰值得=0.415 闸孔净宽,350米=3469 米3/sQvhs/Q34691.266.5810.9730.5264478.84478.81.6336.6350.95660.5804999.54999.51.826.670.95660.6275471.95471.91.9956.70.95480.6365562.9由于行近流速改变,需要进行流量试算流量试算=1.6%1.1所以淹没系数过大 ,不满足条件,闸门需提前开

23、启假设下游水深为16.5米,=16.5-13.0=3.5米 =7.973米,=0.895米,=4.6米 ,1.081.05所以满足条件.综上所述,对闸门进行开启限制,故编制闸门开启制度 如下:(1)闸门开启度 为0.6米时,当闸门继续开启时到1.2米,下游水位为17.35米,为了 满足消力池的 抗冲要求,使泄流在消力池内发生临界水跃,此时所需下游的 水深为15.7米时就满足发生临界水跃的 要求,淹没系数在1.051.1之间的 规范要求,所以闸门需提前开启.(2)闸门开启度 为1.2米时,下游水位为19.4米,当闸门继续开启到全开时,同样为了 满足消力池的 抗冲要求,使泄流在消力池内发生临界水跃

24、,此时所需下游的 水深为16.5米时就满足发生临界水跃的 要求,淹没系数在1.051.1之间的 规范要求,所以闸门需提前开启.2、消力池长度 的 确定根据规范公式: (25) (26) =(45)Z公式中:消力池长度 (米) 消力池水平段倾斜投影长度 (米)水跃长度 效正系数,可采用0.70.8.取0.8 水跃长度 (米)Z消力池底板顶面至闸底板顶面的 垂直距离则: =5Z=51.356.4米验算见下表(39)eLsLjLsj0.66.417.5720.4561.26.422.7624.608全开6.425.5626.850实际取消力池的 池长为27.0米.3、消力池底板厚度 的 确定防冲要求

25、下,根据公式: (39)公式中:t消力池底板始端厚度 闸孔泄水时上下游水位差闸底板计算系数,可采用0.150.20,取0.2验算见表(310)表(310)消力池底板厚度 试算ek1QHt0.60.23.635.00.571.27.2783.80.75全开13.83.00.98取消力池的 底板厚度 为1.0米.二、海漫长度 的 计算根据规范: (27)公式中:海漫长度 (米)消力池末端单宽流量没米2/s海漫长度 计算系数,本地区为砂石地基,取11.验算见表(311)表(311)海漫长度 试算eKsqsHLp0.6113.635.031.351.27.2783.840.61全开13.83.053.

26、78所以实际取海漫长度 为56米.海漫前端16米为水平段,后40米为倾斜段,坡比为1:40. 三、防冲槽的 设计当河床受到冲刷后,槽内石块自动坍塌在冲刷坑上游的 坡面上,以防止冲刷坑向上游延伸以破坏海漫,由于过水断面增大 ,流速减小 ,可防止水流对下游河床进一步破坏.防冲槽内的 块石数量必须满足河床冲成坑后对冲坑上游起保护作用.查水闸设计规范海漫末端的 河床冲刷深度 公式(B.3.1) 海漫末端河床冲刷深度 (米) 海漫末端单宽流量() 河床土质允许不冲流速(米/s) 海漫末端河床水深(米)查水工建筑物P251,防冲槽深为1米-2米,取为2米.由于太大 ,开挖不经济且施工困难,按经验可取防冲槽

27、深度 d=2.0米,防冲槽底宽b=2d=4.0米,上游坡度 为1:2,下游坡度 为1:2.5,则防冲槽的 长度 为13米.第四章 防渗排水设计闸上水位H上=19.50米,闸下水位H下=14.50米,H =19.5-14.5=5.0米一、 铺盖设计 本工程设计采用混凝土铺盖,根据规范铺盖土料的 允许水力坡降值计算确定,铺盖长度 L=(35)H=(1525)米,实际取为20.0米.二、水闸底板尺寸的 确定1.板桩.本处为砂地基,为固定基土和防止地基受震动产生液化,设板桩.上游板桩的 入土深度 为(0.61.0)H,35米,取5.0米.上游板桩设计为3米.2.齿墙.设齿墙深为0.5米3.闸底板长度

28、.初拟为L=(23.5) =(23.5) 5.0=(1017.5)米,实际取为18.0米4.底板厚度 .对于大 中型水闸,可取为 1/61/8的 闸孔净宽,即10 (1/61/8)=(1.251.67),实际取为1.5米.二、水闸有效地基深度 的 确定地下轮廓线的 水平投影长度 为=20+18=38米,地下轮廓线的 垂直投影长度 为=5+2=7米.=5.435根据规范要求:,本地区修建水闸位置的 地基深度 的 平均值为桩号B7点位置31.69米所以取其中的 小 值为计算深度 ,即计算深度 19米进行计算.三 渗流计算1) 计算时地基深取为,将实际的 地下轮廓线进行如下简化:三渗流计算 1) 计

29、算时地基深取为19米,将实际的 地下轮廓线进行如下简化:此部分计算的 所有公式均查于水闸设计规范附录C(1)进口段I, (2)水平段II (3)内部垂直段(4)水平段 (5)内部垂直段(6)内部垂直段(7)水平段(8)内部垂直段(9)水平段分段编号i0.4620.0320.030.5710.4130.3430.8010.0320.0980.50hi(米)0.7040.0470.0460.8700.6290.5231.2210.0490.1490.762(10)有板桩的 出口段 2)进出口段水头损失值的 修正当进出口段的 板桩埋深及板桩的 长度 较小 时,需要进行修正,才能得到与实际急变曲线接近

30、的 水力坡降线.进口段的 修正 出口段的 修正 进口段的 水头损失失值为,出口段的 水头损失值为各角点的 渗透水头修正值见上表(52)各角隅点渗透水头修正值H21H22H23H24H25H26H27H28H29H30H315.04.6254.5314.4393.3332.7042.1810.9350.8370.53905、是地下轮廓简化后的 计算图,先运用两点间渗透水头直线分布的 假定,即可计算实际图(A)地下轮廓各角隅点的 渗透水头如下表(53):表(53) 实际地下轮廓各角隅点的 渗透水头12345678910115.04.6254.5314.4233.4323.3783.3393.237

31、3.1322.6082.1121213141516172.0742.0210.9350.8370.5390三、计算闸底板的 渗透坡降 水平段的 渗透坡降 45段 1314段 根据规范表6.0.4中砂地基的 水平段允许坡降为0.100.13,故能满足要求.出口段的 渗透坡降 根据规范表6.0.4中砂地基的 出口段允许坡降为0.350.40,故能满足要求.四排水设施: 主要采用平铺式排水,铅垂排水,滤层设置由3层不同粒径石料(砂,砾石,碎石)组成,每层30厘米.四、反滤层的 构造布置反滤层布置图(310)反滤层用砂、砾石、碎石等按反滤原则从下到上逐层铺设,顶部用混凝土盖板铺盖,冒水孔设在消力池水平

32、段,下端有阻砂设施,防止冒水孔堵塞.冒水孔的 作用是设在急流区、脉动压力较大 的 地区,防止掀翻水平排水体上的 盖板,在海漫下部也设反滤层.(如图310)第四章 闸室布置第一节 闸室的 结构的 组成1、底板底板分为整体式与分离式两种,本工程采用整体式底板即平地板与闸墩连成整体,为三孔一连,两侧设伸缩缝,如图(41). 闸室剖面图(41)它是闸室的 基础部分,能把上部结构的 重力及荷载传给地基,并有防冲和防渗的 作用、支撑作用.底板的 厚度 必须满足结构和强度 的 要求,可取为1/51/7的 闸孔净宽,一般为1.22.0米,最薄也不宜小 于0.7米,本工程取1.5米,以增加闸室的 稳定性和延长防

33、渗长度 .底板混凝土应满足强度 、防渗和抗冲等要求,其强度 等级采用C25整体式平底板抗震性能好,2、闸墩闸墩的 主要作用是分隔闸门,同时也支撑闸门、工作桥、交通桥等上部结构.闸墩的 长度 应满足结构布置要求,该值一般等于底板的 长度 ,为18.0米闸墩分为中墩、边墩及缝墩.中墩上游部分(以闸门为界)的 顶部高程一般要高出设计(校核)水位,以使闸上交通桥既不防碍过水,也不受波浪影响.边墩是闸室与两岸挡水墙相连接的 部分,边墩顶部高程在泄洪时应高出设计或校核洪水位加上安全超高值;关门时应高出设计或校核洪水位加上波浪计算高度 及安全超高值.该两项安全保证应该同时得到满足,以便使上游来水不漫过边墩顶

34、部,确保闸室安全.一、墩顶高程确定超高值等于波浪中心线超过静水位的 高度 、波浪高度 及安全超高的 总和. (41) 公式中:超高波浪中心线超过静水位的 高度 相应于波列累积频率(p=5%)的 波高安全超高.(1)在泄洪时应高出设计水位为23.65米,校核洪水位24.2米.墩=设+0.7=23.65+0.7=24.35米墩=校+0.3=24.2+0.5=24.5米(2)在关门时利用公式(42) (43) (44)公式中:平均波高(米)计算风速(米/s),在设计时风速为计算风速的 1.5倍风区长度 (米),为3000米风区内平均水深(米)平均波周期(s)设计洪水时,H上=19.5米,堰=13.0

35、米,=19.5-13.0=6.5米 米/s=0.011 s由表E.0.12由表E.0.13 ,墩=设+d=19.5+0.2+0.91+0.4=21米校核时 由表E.0.12由表E.0.13 ,墩=设+d=20.0+0.2+0.92+0.3=21.42米所以,综合以上几种工况条件,选取闸墩顶高程为墩=24.5米3、闸门闸孔净宽为10.0米,闸门的 高度 为7.0米.启闭方式:根据工程特点,结构尺寸,与及运用条件,采用升卧式平板钢闸门.定型:选择露天式钢质平面闸门.构造:根据闸门与启闭机选择滚动行走支承,定轮式.主轮直径选择800米米,轮缘宽度 为140米米.悬臂轴,轴直径为180米米.侧轮安放在

36、门体侧向四角,当闸门在启闭过程中偏斜是,可沿着闸墩或门槽边侧滚动以导向,直径为200米米,轮缘60米米.4、闸门止水止水是为了 堵塞闸门门体活动部分和它的 接触面之间以及闸门门体分段之间的 空隙,以防止漏水而装设的 .止水可根据其装设的 位置不同而分为顶止水、侧止水、底止水和中间止水等.止水是用其上游的 水压力作用来保证.本工程侧止水采用P型止水,底止水采用条形橡皮. 5、闸墩的 平面设计闸墩的 外部形状主要考虑水流平顺的 基本要求,以减小 侧收缩的 影响,提高闸孔过水能力,闸墩的 头部及尾部多采用圆头形和尖圆形,闸墩的 上游端部一般做成半圆形,以减小 水流进口损失,下游端部宜做成流线型,以利

37、于水流扩散.闸墩的 厚度 必须满足稳定和强度 的 要求,混凝土闸墩厚一般为0.91.4米,中墩取1.5米;闸墩在门槽处的 厚度 一般不宜小 于0.4米,取1米,此多孔闸门为平面闸门,门槽深一般为0.20.3米,取0.25米,门槽宽约0.51.0米,取0.6米;检修门槽深度 取为0.25米,宽度 约为0.150.3米,取0.3米;检修门槽与主门槽的 间距为1.52.0米,为方便检修,取2米.6、升卧平面钢闸门(1)升卧式平面钢闸门 它是在直升式闸门的 基础上发展起来的 .闸门在关闭状态直立挡水,启门3首先直立上升,然后边上升边转动,全开时闸门平卧在闸墩顶部.这种闸门最大 的 特点是工作桥高度 小

38、 ,从而可以降低造价,提高抗震能力.起吊设备为卷扬式启闭机,吊点一般设置在上游一侧.平面闸门的 制造、安装和管理、维护,一般比较简单,但平面闸门的 启闭力,受门重、水压力的 影响较大 ,同时,平面闸门也需要较高的 启闭台和较厚的 闸墩等.本工程为钢闸门,它有材料的 强度 高、性能和质量有保证,结构受荷明确,施工和养护较容易掌握的 优点,同时,钢闸门在孔口尺寸和水头较大 的 情况以及运行条件较差有遭受震动、空蚀等危害时,也有更为适应的 优点.采用钢闸门,由于门体活动部位较轻,其启闭费用也较为节省.(2)闸门设计平面钢闸门的 门体主要由面板、梁格及支撑等部分组成.面板承受水压力,并将其传给梁格,在

39、由梁格通过支撑行走部分传给闸墩或闸墙的 门槽等处.面板为闸门的 挡水部分,一般采用平面钢板.它被支持于梁格,并与之焊为整体.梁格由横梁、纵梁和支撑等部分组成.为了 获得合理的 面板厚度 ,以及照顾门体的 刚度 ,梁格布置为多横梁式闸门,(如图46).图中1主横梁 2顶横梁3底横梁4边纵梁 5中纵梁梁格的 连接方式采用齐平连接,又叫等高连接,梁格的 全部与面板连成整体,面板成为四边支承板,门体的 刚度 最高,因采用主次梁布置,不涉及到小 横梁断开的 情况.如图(47), 图中1主横梁 2纵梁 3面板闸门底缘按布置要求设计,如图(48). 图(46) 图(47) 图(48)7、桥梁设计1)工作桥为

40、了 安置闸门的 启闭设备和工作人员操作的 需要,通常设置工作桥,并在闸墩上修建支撑或排架等,用来支撑工作桥. (1)底梁高程 底梁高程=墩顶+起吊富裕高度 =24.5+3.5=28.0米(2)工作桥宽度 工作桥除应满足启闭设备所需的 宽度 外,还应在桥的 两侧各留0.61.2米以上的 富裕宽度 ,以供工作人员操作及设置栏杆用,桥面总宽约35米.实际取为4.0米 2)交通桥(公路桥)供汽车、拖拉机运行等通行使用,交通桥的 位置根据闸室稳定及两岸交通条件确定.本工程不置在闸室的 靠高水位一侧,可以使闸门上游的 水重加大 以使闸室稳定.公路桥重按汽20t设计,挂100t校核,双车道,桥面净宽7.0米

41、,两侧人行道21.0米,总宽9.0米,采用T型结构,梁高1.0米,梁腹宽0.2米,梁翼宽1.6米,用5根组梁组成,两侧人行道为悬臂式,每米延长重量按8t/米计.3)检修便桥由于交通桥紧挨着检修闸门,为了 节约投资,可以不设检修便桥8、分缝和止水闸室在垂直水流方向,每隔一段距离需要用缝分开,以免闸室因为地基不均匀沉降及温度 变化而产生裂缝,为了 使闸室在温度 变化下能自由伸缩而建造的 缝叫做温度 缝,缝距一般为1520米,缝宽14米米;为了 使闸室在地基不均匀沉降下能自由伸缩而建造的 缝叫做沉降缝,缝距一般为1525米,但不超过35米,实际取33.5米;缝宽视地基土质情况及水闸荷载变化情况而定,

42、缝的 宽度 应保证相临部分沉降时互不影响.一般为2.02.5厘米,取2.5厘米. 本工程为整体式底板,沉降缝设闸墩中间,主要保证在闸室在发生不均匀沉降时不防碍闸门的 正常运行,分缝不宜过多,因为分缝的 闸墩加厚,工程量必将加大 ,设计为三孔一联,即每隔三孔设一道沉降缝,并且以沉降缝代替温度 缝.水闸分缝后,凡是有缝的 地方都必须有止水设备,对于止水设备,除应满足防渗要求外,还应该能适应混凝土的 收缩和地基的 不均匀沉降,同时,也要构造简单,易于施工.在此采用条形止水.9、闭力的 估算1)闸门重量计算本工程闸门采用平板钢闸门,根据公式: (45)公式中:闸门的 支承构造系数,滚动支承,取1.0闸

43、门的 材料系数,普通碳素钢,取1.0 闸门高度 ,为7米闸门的 高度 系数,采用0.13 孔口宽度 2)支承摩阻力 (1)滑动摩擦系数:滚轮的 材料,一般采用碳素钢或合金钢,为了 减小 轮子尺寸,选用合金铸钢.门槽轨道采用Q235碳素钢,因此,滑动摩擦系数查水闸设计下,钢对钢最大 :0.50.6;最小 :0.15. 在此取用:0.55 (2)滑动轴承摩擦系数:由于胶木轴套经常会出现诸如抱轴,轴套脱落等毛病,故在此不采用,而采用钢对青铜(有润滑)时的 系数最大 :0.25;最小 :0.12 (3)止水摩擦系数:在门槽边缘铺设不锈钢,侧止水采用P形橡皮.则橡皮对不锈钢最大 : 0.5;最小 :0.

44、23)启闭力计算公式对于平面闸门的 启闭力计算,查水闸设计下应用公式:(1)滚动支承摩擦阻力用公式 (46)公式中:闸门上的 总水压力 滚轮半径(厘米) 轴与轴套的 滑动摩擦系数,取0.25 轴的 半径(厘米)滑动支承的 摩擦系数取0.1厘米(2)止水摩擦阻力用公式 (47) 公式中:止水与止水座的 滑动摩擦系数,取0.50作用在止水上的 水压力,可以从侧止水和顶止水的 总长度 乘以止水橡皮的 宽度 ,再乘以平均水压力得出.(3)上托力用公式公式中: 水的 重度 ,9.81 H上游水头 D底止水厚度 B底止水长度 (3)在动水中的 启门力为: (48) 闭门力为:(49)当利用水柱压力关闭闸门

45、时需要的 持住力 (410)上式中:摩擦阻力的 安全系数,取1.2计算启门力和持住力用的 门重修正系数,取1.1计算闭门力用的 门重修正系数,取0.9闸门活动部分的 自重 作用在闸门上的 水住压力支承摩擦阻力 止水摩擦阻力上托力4)启闭力计算(1)启门力计算在校核水位情况下启动,上下游水位差最备,闸门受到水压力最大 , H上=20.0米,H下=14.5米,计算闸门所受的 力.选用滚伦直径为D=800米米,轮缘宽度 为b=140米米,轮轴直径d=180米米,将上述参数带入公式(46)得:滚动支承摩擦阻力用公式:止水摩擦阻力用公式: 则启门力: (2)闭门力计算由于闭门时上下游水位差很小 ,故水平

46、水压力可以忽略不计,即P=0, ,则 上托力: 闭门力:t算出的 闭门力为负值,表示闸门可以靠自重关闭,不需施加水柱压力,因此也不需要验算持住力.综上所述启门力=25.35t;闭门力= t5)启闭机选型根据上述所算启闭力,查阅有关资料,结合实际情况,在此选用QPQ225双吊点的 卷扬式启闭机符合条件.QPQ225双吊点的 卷扬式启闭机的 尺寸如下:DdChl侧轮(米米)150451090100主轮(米米)3001030190170tgBBf侧轮(米米)102505060230主轮(米米)3030080100250尺寸表(43)启闭机的 情况表(44)吊点型号闭力(t)启门高度 (米)速度 (米

47、/米in)钢丝绳规格YB27064双吊点QPQ2255081.65619+1-23.510、吊点的 确定闸门选用双吊点的 启闭方式,净宽10.0米,取吊点距为6.0米.第五章 抗滑稳定计算图51:闸室受力图闸室在运用、检修、施工期都应该是稳定的 ,在运用期闸室受到水平推力等荷载,有可能产生地基面的 滑动.闸门竣工时,可能产生较大 的 沉降和不均匀沉降,这不但使闸门高程降低,而且会使闸室倾斜甚至断裂,地基也可能失去稳定性.因此,必须对闸室的 稳定进行验算,以保证闸室在各种情况下能安全可靠的 运用.闸室稳定计算包括:闸室的 抗滑安全系数小 于允许的 安全系数闸室的 基底应力不大 于地基的 允许承载力闸室基底压力的 最大 值与最小 值之比不小 于允许的 比值.一、荷载组合1、自重自重含有:底板重、闸墩、工作桥以及桥墩重、交通桥重、闸门重、启闭设备重1)闸门重 (见第四章启闭力的 计算)2)启闭机重 3)交通桥重 长3