渠首安全鑒定結構計算書

1、4.工程復核計算分析報告4.1工程概況大天生圈渠首位于沁城鄉(xiāng)，地理位置東徑94°34,北緯42°53。渠首距沁城鄉(xiāng)14.0km，有鄉(xiāng)村公路相通，沁城鄉(xiāng)哈密市有縣鄉(xiāng)公路相通，渠首距哈密市東北部約85km，交通比較便利。該渠首建于1970年，1998年泄洪沖砂閘損壞，后由哈密市水管總站自籌資金修復。2007年泄洪沖砂閘、溢流堰沖毀，翼墻損壞，哈密市水管總站對渠首進行了改造，損毀的翼墻進行了修復。大天生圈渠首是一座以灌溉為主的引水建筑物，該渠首由進水閘、兩排底欄柵廊道組成，控制灌溉面積5.16萬畝，設計引水流量為5.0m3/s。設計洪水標準30年一遇，校核洪水標準100年一遇，相

2、應的設計洪峰流量58.0m3/s，校核洪峰流量181.0m3/s，工程規(guī)模為中型、工程等別為等，主要建筑物3級，次要建筑物4級，臨時建筑物5級。4.2過流能力復核計算4.2.1基本參數（1）引水閘引水閘布置在左岸，1孔，為底欄柵引水方式，兩排廊道，單排廊道凈寬1.0m，長30m，設計引水流量5.0m3/s。閘底板高程為2302.09m，閘頂高程為2304.19m，閘室長3.0m。引水閘閘室為鋼筋混凝土結構，有閘控制，設有胸墻。啟閉機梁為鋼結構，工作平臺及胸墻為鋼筋砼結構。設有1.6×1.0m平板鋼閘門，采用手動螺桿式啟閉機，啟閉力為3t，無啟閉室。（2）底欄柵廊道兩排底欄柵廊道，單排

3、廊道凈寬1.0m，長30m，廊道縱坡i=0.35，廊道中墩及邊墻為C25F200W4鋼筋混凝土結構，中墩厚0.715m，邊墩厚0.5m，底板采用0.3m厚C25F200W4混凝土，底板以下基礎深度1.57m，為漿砌石結構。廊道總寬度4.5m。底欄柵采用圓形鋼直徑40mm，長為1.28m。（3）上游鋪蓋及翼墻上游翼墻左岸為長58m的漿砌石擋土墻型式，墻頂高程為2262-2264m，頂部寬0.8m。上游翼墻右岸為長42.7m的漿砌石擋土墻型式，墻頂高程為2262-2264m，頂部寬0.8m，為漿砌石結構，漿砌石砂漿標號為M7.5。鋪蓋長度8m，厚0.5m，為漿砌石結構。齒墻為重力式，上部寬0.8m

4、，底部寬2.8m，深5m，為漿砌石結構，漿砌石砂漿標號為M7.5。（4）下游護坦及翼墻下游翼墻左岸為長62m的漿砌石擋土墻型式，墻頂高程為2256.6-2262m，頂部寬0.8m。下游翼墻右岸為長34.6m的漿砌石擋土墻型式，墻頂高程為2258-2262m，頂部寬0.8m，底寬1.4m-2.44m，為漿砌石結構，漿砌石砂漿標號為M7.5。護坦長度20m，厚0.5m，為漿砌石結構。齒墻為重力式，上部寬0.8m，底部寬2.3m，深3m，為漿砌石結構，漿砌石砂漿標號為M7.5。齒墻后設置4.5m長，深3.0m拋石區(qū)。4.2.2引水閘過流能力計算（1）計算依據1、按堰流公式復核底欄柵引水閘的引水過流能

5、力及渠首的泄洪能力。原底欄柵式引水廊道引水流量為5.0m3/s，廊道長30m，凈寬1.0m，雙排，廊道縱坡i=0.35。柵條由于洪水泥沙的沖刷彎曲變形嚴重，已起不到防砂效果，需進行更換。柵條采用圓鋼，圓鋼直徑40mm，柵條間隙25mm，間隙系數為0.385。 假設來水5.0m3/s全部進入廊道內,如圖所示設計時假設來水5.0m3/s全部進入廊道內,如圖所示Q設= Q1廊+ Q2廊由工程經驗知:第一排進水廊道Q1設=Q×60%=3m3/s第二排進水廊道Q2設=Q×40%=2m3/s先從第二排廊道算起（類似單排廊道計算） h2=0 由q2.66(pb) 3/2求q2，hkp,h

6、2上式中: -欄柵孔口流量系數,設計中采用0.600.65；p-間隙系數, p=, 一般取0.300.50；b-欄柵廊道寬度(順水流方向)其中: =0.60 p= =0.385q2=2.66×(0.60×0.385×1.0)3/2=0.295m3/s按下式計算第二排廊道的長度：考慮運行期間隙被小石子、雜草、冰屑等堵塞的可能，取堵塞系數0.5，即增加50%的欄柵面積。故實際采用的第二排廊道長度為10m。2、復核底欄柵廊道引水能力由第二排廊道長度驗算第一排廊道的設計引水流量第一排廊道前緣的單寬流量q1為：q1=5/30=0.17m3/(s·m)第二排廊道前緣

7、的單寬流量q2為：q2=5*0.4/30=0.07m3/(s·m)對應于q1和q2的前緣上的臨界水深為：所以：h=0.8*(0.143+0.08)/2=0.089(m)h=0.8*(0.08+0)/2=0.032(m)故第一排的取水流量為：Q1=9.16 m3/s第二排的取水流量為：Q2=5.49 m3/s則，底欄柵雙排廊道總取水流量為Q總=Q1+Q2=14.65 m3/s上式中: -欄柵孔口流量系數,采用0.60； p-間隙系數, p=；b-欄柵廊道寬度(順水流方向)l-欄柵廊道長度；hcp-欄柵前沿坎上水深。計算結果：大天生圈渠首底欄柵廊道設計引水流量為Q=5.0m3/s， 經過

8、復核計算該渠首底欄柵廊道實際引水流量為Q=14.65m3/s，因此滿足設計要求。3、 引水閘過流能力復核引水閘設有胸墻，閘底板高程為2302.09m，閘頂高程為2304.19m，胸墻底高程為2302.89m，閘前最大引水位為1.5m。按以下公式復核引水閘引水流量：Q引 式中：Q-流量，m3/s；-孔流淹沒系數，-孔流流量系數；he-孔口高度；B-閘孔總凈寬；H-閘前水頭，包括行近流速水頭；-孔流流速系數，可采用0.951.0；-孔流垂直收縮系數，可按上面公式求得；r-胸墻底圓弧半徑（m）；-計算系數，可由上面公式計算，該公式適用0<r/he<0.25；已知B=1.4m， r=0.1

9、0m，he=0.8m H=1.5m =0.95（查表）經過計算得 Q=3.59m3/s， 計算結果：大天生圈渠首引水閘設計引水流量為Q=5.0m3/s， 經過復核計算該渠首引水閘實際最大引水流量為Q=3.59m3/s，因此不滿足設計要求。4.2.3 渠首泄洪能力復核渠首30年一遇洪水流量為58m3/s,100年一遇洪水流量為181m3/s。洪峰來臨由溢流堰泄洪。溢流堰形式為無坎寬頂堰，堰寬30m，堰頂高程為2303.998 m，閘前實際運行最高水位為2306.598 m，堰前最大水頭為2.6m。按以下公式復核渠首泄洪能力：Q（無坎寬頂堰流計算公式）Q-流量，m3/s；c側收縮系數，c=1；m流

10、量系數，m=0.385；b堰寬，b=30m；H堰前水頭，包括行近流速水頭，H=2.6m。通過上式計算得：Q214.51m3/s大天生圈渠首設計最大泄洪流量181 m3/s。通過計算，渠首實際最大泄洪能力為214.51m3/s，因此滿足設計要求。4.2.4渠首水力計算復核評價渠首水力復核計算分析評價：引水閘現狀尺寸不能滿足下游引水需求，渠首綜合泄洪能力滿足泄洪要求，擋土墻墻頂高程滿足安全要求。4.3消能防沖復核大天生圈渠首工程規(guī)模為中型、工程等別為等，主要建筑物3級，次要建筑物4級，臨時建筑物5級。根據水利水電工程等級劃分及洪水標準(SL252-2000)表3.2.4中消能防沖標準為30年一遇，

11、相應的設計洪峰流量58m3/s。4.3.1 渠首泄洪消能防沖復核4.3.1.1 海漫設計經過復核計算，渠首30年一遇洪水流量為58m3/s,100年一遇洪水流量為181m3/s，由于底欄柵廊道泄洪單寬流量較大，流速分布不均勻，脈動較劇烈，為此，底欄柵廊道后還要設置海漫和防沖槽，以逐步調整流量和流速分布，使之達到接近天然河道的水流狀態(tài)。（1）確定海漫長度采用公式：式中：海漫起端的單寬流量；泄流時的上下游水位差（m）；河床土質系數，是一個經驗系數，可以查下表；表4-1 河床土質系數取值表河床土質系數粉砂、細砂中砂、粗砂、粉質壤土粉質粘土堅硬粘土Ks1413121110987為了保證足夠大的沖砂流速

12、，底欄柵廊道下游海漫寬度和廊道同寬，b=30m則： =58/30=1.93所以 （2）防沖槽設計渠首泄洪防沖設計：設計流量58m3/s，防沖槽寬30m，單寬流量q=Q/B=58/30=1.93采用公式： 式中：海漫末端的可能沖刷深度（m）海漫末端的單寬流量(m3/s-m)；河床土質的不沖速，查表得0.80m/s海漫末端的水深（m）則計算如下：dm=1.1×qm/v0-hm=1.1×1.93/0.8-0.35=2.31m經過復核計算：表4-2 消能防沖復核結果表項目海漫段長度（m）沖沙坑深度（m）結論現狀20.03.0經過復核計算渠首泄洪消能防沖滿足要求復核計算后9.352.

13、314.4防滲及閘基滲流驗算4.4.1底欄柵廊道滲流穩(wěn)定復核計算設計參數：兩排底欄柵廊道，單排廊道凈寬1.0m，長30m，廊道縱坡i=0.35，廊道中墩及邊墻為C25F200W4鋼筋混凝土結構，中墩厚0.715m，邊墩厚0.5m，底板采用0.3m厚C25F200W4混凝土，。據地質資料底欄柵廊道地基土質為卵礫石。底板順水流方向長度為3.715 m。底板上下游均設齒墻，上游齒墻深為1.253m，下游齒墻深為0.85m。采用改進阻力系數法進行滲透壓力計算。1）有效深度計算L0=3.715m， S0=1.253m， m5mT0= =2.75m有效深度取2.75m，即相對不透水層深度為2.75m2）繪

14、制地下輪廓圖4-1 底欄柵廊道地下輪廓簡化圖 3）計算阻力系數 （1）進口段 S=1.253m，T=2.75m=0.901（2）底板水平段 S1=0m， S2=0m ，L=3.715 m ，T=1.501m=2.474 （3）出口段 S=0.85m，T=2.75m =0.6984）滲透壓力計算（1）求各分段滲透壓力水頭損失值 =0.5m h1=0.111m， h2=0.304m，h3=0.086m（2）計算各角點滲壓水頭 H1=0.50 m，H2=0.389m，H3=0.086 m，H4=0.00 m5） 繪制滲壓水頭分布圖圖4-2 滲壓水頭分布圖6）閘底板水平段滲透坡降和滲流出口處坡降的計算

15、滲流出口處平均坡降 閘底板水平段滲透坡降 7）計算結果根據底欄柵廊道地基土的地基資料，水閘設計規(guī)范SL265-2001表6.0.4 查的出口段允許滲透坡降Jo允許=0.500.55,水平段的允許滲透坡降J1允許=0.220.28。滲流出口處平均坡降J0=0.10< J允=0.5,因此出口處不會產生管涌破壞。底板水平段滲透坡降Jx=0.08< J允=0.22，說明地基土與底板的接觸面上不會產生接觸沖刷。4.4.2引水閘滲流穩(wěn)定復核計算引水閘底板與底欄柵廊道底板連接，底板采用0.3m厚C25F200W4混凝土。因此，引水閘地基無滲流，沒有抗?jié)B要求。4.5結構復核計算4.5.1基本參數（

16、1）引水閘閘室底部總寬度2.6m，閘墩寬度0.6m，閘室有1孔，凈寬為1.4m，閘墩高2.1m；閘室總長3.0m，底板厚0.3m。4.5.2引水閘閘室穩(wěn)定復核計算（1）閘室基底應力計算閘室穩(wěn)定計算依據水閘設計規(guī)范SL265-2001的規(guī)定，水閘布置及受力情況對稱時按下式計算：式中：P閘室基底應力最大或最小值；土基上閘室基地應力最大值與最小值之比的允許值荷載組合為基本組合時2.0，荷載組合為特殊組合時2.5。G作用在閘室上的全部豎向荷載；M作用在閘室上的全部豎向荷載和水平荷載對于基礎底面垂直水流方向的形心軸的力矩；A閘室基底面的面積；W閘室基底面對于該底面垂直水流方向的形心軸的截面距。荷載計算時

17、，漿砌石容重22KN/m3，混凝土容重25KN/m3，土容重為22KN/m3。（2）計算結果1）完建期地基反力計算對底面垂直水流方向的形心軸取矩，計算得完建期作用荷載及力矩的計算見表4-3。表4-3 完建期作用荷載及力矩的計算表部位垂直力（KN）力臂（m）力矩(KN·m)順力矩(KN·m)逆底板30.240.000.000.00閘墩142.960.0710.01胸墻6.500.684.39砼板37.880.4517.04擋土墻0.000.700.00平板閘門10.000.757.50啟閉設備30.000.7522.50小計257.5717.0444.39合計27.35求地基

18、反力： （KN/m2） 計算結果：由計算可知引水水閘在完建期地基反力最大值為40.03KN/m2，建議地基允許承載力400Kp，地基承載力滿足要求。壓力分布不均勻系數=1.54<=2，滿足規(guī)范要求。2）校核洪水位情況地基反力計算校核洪水位情況下，閘門關閉，下游沒水，閘室受上游水壓力作用；引水閘地基沒有滲流，浮托力和滲透壓力均為0，對底板垂直水流方向的形心軸取矩，計算得校核洪水位情況下作用荷載及力矩的計算見表4-4。 表4-4 校核洪水位情況下作用荷載及力矩的計算表部位垂直力（KN）水平力（KN)力臂（m）力矩(KN·m)順力矩(KN·m)逆上游水壓力15.750.50

19、7.88下游水壓力0.000.000.00上游水重64.810.4529.17下游水重0.000.000.00滲透壓力0.000.000.00浮托力0.000.000.00底板30.240.000.00閘墩142.960.0710.01胸墻6.500.684.39砼板37.880.4517.04擋土墻0.000.700.00平板閘門10.000.757.50啟閉設備30.000.7522.50小計322.3846.2152.3合計6.06求地基反力： （KN/m2） 計算結果：由計算可知引水閘在 校核洪水位情況下地基反力最大值為42.89KN/m2，建議地基允許承載力400Kp，地基承載力滿足要求。壓力分布不均勻系數=1.08<=2，滿足滿足規(guī)范要求。（3）閘室抗滑穩(wěn)定計算土基上沿閘室基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數按下