水利設計畢業(yè)論文

1、黑龍江農(nóng)墾科技職業(yè)學院2011年5月20日 目 錄1、工程概況31.1 工程概述31.2 水文氣象條件31.3 工程地質和水文地質條件51.4 建筑材料及交通運輸61.5 灌溉渠道設計成果62、水閘等級劃分和洪水標準72.1 工程等別劃分72.2 建筑物級別劃分72.3 洪水標準83、閘址選擇94、水閘孔口尺寸的確定114.1 閘孔型式選擇114.2 底板型式114.3 閘底板頂面高程的確定114.4 閘門高度的確定114.5 閘墩布置124.6 閘孔總凈寬的計算124.6.1 總凈寬的試算124.6.2 泄洪能力的校核145、總體布置155.1 樞紐布置155.2 閘室布置155.2.1 布

2、置原則155.2.2 閘頂高程確定155.2.3 底板布置235.2.4 工作橋布置255.2.5 交通橋布置255.3 防滲排水布置255.4 消能防沖布置265.5 兩岸連接布置266、水力設計276.1 水閘的消能防沖276.1.1 消力池結構計算276.1.2 海漫的結構計算306.1.3 防沖槽316.2 閘門控制方式的擬定317、水閘的防滲設計337.1 設計任務337.2 閘基的防滲長度337.3 滲流計算347.4 濾層設計388、閘室穩(wěn)定驗算418.1 分析受力情況418.2 閘室的穩(wěn)定性及安全指標438.3 穩(wěn)定計算44491、工程概況1.1 工程概述流沙河樞紐是流沙河上擬

3、建的一座閘樞紐工程，位于沙縣南部，距離市區(qū)10km。流沙河全長139km，流域面積385km2。閘址上游25km處的流沙河上建有綜合利用的東林水利樞紐，其總庫容為1.4億m3,每年下泄水量4.94億m3,其中除工業(yè)用水1.8億m3外，其余全部可供灌溉，為滿足兩岸灌區(qū)取水的要求，擬建流沙河沙縣水閘以抬高河道水位。東林與沙陽閘址之間，河道寬度一般在150300m之間，閘址處的河道寬250m，除沿河因洪水泛濫，地形起伏不平以外，其余大多地勢平坦，南北向地面坡降為1/25001/3500，東西向為1/20001/4000。閘址上游原有堤防，為了適應建閘后上游水位的太高，要求根據(jù)建閘后的上游水位加高堤防

4、。1.2 水文氣象條件(1)、經(jīng)上游的東林水庫調節(jié)后，沙陽閘址的不同頻率洪峰流量見表1-1，洪水期一般為每年710月。表1-1 流流沙河閘址不同頻率洪峰流量洪水頻率0.1%0.33%0.5%1%2%5%10%25%75%流量（m3/s）20501766166615001333110093366696(2)、閘址的水位流量關系如下圖所示。圖1-1 流流沙河水閘閘址水位流量關系曲線(3)、經(jīng)東林水庫調蓄后，下泄水流含砂量很小，平均含砂量0.55kg/m3。(4)、非汛期重現(xiàn)期10年和15年的流量見表1-2。表1-2 11-6月重現(xiàn)期10年和15年的洪水流量流量11月12月1月2月3月4月5月6月1

5、0年30636317011018028630036015年380316220133280326388430(5)、根據(jù)沙陽站60多年的觀測資料，多年平均氣溫16.8；8月份氣溫最高，月平均30.2，1月份最低，月平均2.2；最高氣溫達41.5，最低氣溫-8。(6)、多年平均風速4.8m/s，汛期多年最大風速平均值為12m/s。(7)、根據(jù)沙陽氣象記錄，日降雨量大于5mm的降雨天數(shù)見表1-3。表1-3 各月日降雨量大于5mm的天數(shù)月份123456789101112平均天數(shù)334566988432最多天數(shù)57891011121412866最少天數(shù)0122235432101.3 工程地質和水文地質條

6、件(1)、閘址地質情況系屬第四紀沉積巖，厚度較大，河床兩岸灘地為粉質壤土，厚度15m，河床為礫粗砂，厚度17m，下部為粗砂層，厚度11m，基巖為花崗巖。 沿河一帶地下水埋藏深度隨地形變化，地下水面一般在地表下3m左右。因土質透水性較大，地下水位變化受河道水位影響，豐水期河水補給地下水，地下水位增高；枯水期地下水補給河水，地下水位比較低。(2)、地基土壤設計指標見表1-4。表1-4 地基土壤設計指標土類指標 粗砂礫質粗砂中砂粉質壤土內摩擦角-滲透系數(shù)(cm/s)-空隙比e0.560.58-0.44地基承載力(Mpa)0.30.30.25-變形模量E(Mpa)3040-(3)、回填土可以采用礫質中

7、砂、礫質粗砂、粗砂回填，其重度、，內摩擦角，粘聚力。(4)、混凝土與各種土壤的摩擦系數(shù)見表1-5。表1-5 混凝土與各種土壤的摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)粘土中砂粗砂礫質粗砂混凝土0.280.450.480.49(5)、本地區(qū)地震烈度為6度。1.4 建筑材料及交通運輸(1)、石料 閘址位于平原地區(qū)，山丘少，石料須從外地運來，離閘址20km的陳相山、高子崗兩石料場可供應石料，其抗壓強度為30Mpa左右，重度為25.527.47kN/m3左右，石料場距離公路約1km。(2)、混凝土骨料 閘址下游2.54.0km的河灘砂礫石可作混凝土骨料。(3)、土料 閘址上游12km有壤土，其物理力學性質參數(shù)與閘址的粉質壤土

8、大體相當，數(shù)量月80萬方。(4)、其他水泥、鋼材、木材須由外地購買。(5)、有公路和鐵路從閘址附近經(jīng)過，交通便利。(6)、閘上應修交通橋，以供農(nóng)用車輛通過。1.5 灌溉渠道設計成果 渠道渠底高程32.0m，最大引水流量：兩個灌區(qū)引水流量均為8m3/s,灌溉正常擋水位135.50m。2、水閘等級劃分和洪水標準2.1 工程等別劃分水閘的等級劃分是進行水閘設計的基本前提條件之一，大家可以根據(jù)自己條件查閱水閘設計規(guī)范或參考水工建筑物教材進行確定。流沙河水閘屬于平原區(qū)的水閘，也可按表2-1進行確定。表2-1平原區(qū)水閘樞紐工程分等指標工程等別規(guī)模大(1)型大(2)型中型小(1)型小(2)型最大過閘流量(m

9、3/s)50005000-10001000-100100-20<20防護對象的重要性特別重要重要中等一般-根據(jù)表1-1可以查的流流沙河閘址的最大過閘流量為2050m3/s，由此數(shù)據(jù)查表2-1可知流沙河水閘樞紐工程為等大(2)型水利樞紐。2.2 建筑物級別劃分水閘樞紐中的水工建筑物應根據(jù)其所屬樞紐工程的等別、作用和重要性劃分級別，其級別應按表2-2確定。表2-2 水閘樞紐建筑物級別劃分工程等別永久性建筑物級別臨時性建筑物級別主要建筑物次要建筑物13423434545555- 由工程等別來確定建筑物的級別，因為流沙河水閘屬于等水利樞紐，所以根據(jù)表2-2可知水閘樞紐中永久建筑物為2級建筑物，次

10、要建筑物為3級建筑物，臨時性建筑物為4級建筑物。2.3 洪水標準 對于平原區(qū)的水閘，可根據(jù)水利部批準發(fā)布的規(guī)范SL-2001進行確定：平原區(qū)水閘的洪水標準應根據(jù)所在河流流域防洪規(guī)定的防洪任務，以近期防洪目標為主，并考慮遠景發(fā)展要求，按表2-3所列標準綜合分析確定。表2-3平原區(qū)水閘洪水標準水閘級別12345洪水重現(xiàn)期(年)設計100-5050-3030-2020-1010校核300-200200-100100-5050-3030-20 平原地區(qū)水閘閘下消能防沖的洪水標準應與該水閘的洪水標準一致，并應考慮泄放小于消能防沖設計洪水標準的流量時可能出現(xiàn)的不利情況。 根據(jù)水閘級別為2級，所以對應的洪水

11、標準如下，設計情況下取50年一遇，校核情況下取100年一遇，根據(jù)表1-1和圖1-1資料可以求出設計及校核所對應的洪水頻率下相關的流量和上、下游水位，上游水位是在相對應下游水位基礎上加上20cm ，所得結果如表2-4所示。表2-4 流沙河水閘洪水標準及上、下游水位計算工況頻率流量(m3/s)下游水位(m)上游水位(m)設計洪水2%1333136.14136.24校核洪水1%1500136.40136.60正常蓄水-0135.503、閘址選擇（1）、閘址應根據(jù)水閘的功能、特點和運用要求，綜合考慮地形、地質、水流、潮汐、泥沙、凍土、冰清、施工、管理、周圍環(huán)境等因素，經(jīng)技術經(jīng)濟比較后選定。（2）、閘址

12、宜選在地形開闊、岸坡穩(wěn)定、巖土堅實和地下水水位較低的特點。閘址宜優(yōu)先選用地質條件良好的天然地基，避免采用人工處理地基。（3）、節(jié)制閘或泄洪閘閘址宜選擇在河道順直、河勢相對穩(wěn)定的河段，經(jīng)技術經(jīng)濟比較后也可選擇在彎曲河段裁彎取直的新開河道上。（4）、若在多支流匯合口下游河道上建閘，選定的閘址與匯合口之間宜有一定的距離。（5）、若在平原河網(wǎng)地區(qū)交叉河口附近建閘，選定的閘址宜在距離交叉河口較遠處。（6）、若在鐵路橋或、級公路橋附近建閘，選定的閘址與鐵路橋或、級公路橋的距離不宜太近。（7）、選擇的閘址應考慮材料來源、對外交通、施工導流、場地布置、基坑排水、施工水電供應等條件。（8）、選擇閘址應考慮水閘建

13、成后工程管理維修和防汛搶險等條件。（9）、選擇閘址還應考慮占用土地及拆遷房屋少；盡量利用周圍已有公路、航運、動力、通信等公用設施；有利于綠化、凈化、美化環(huán)境和生態(tài)環(huán)境保護；有利于開展綜合經(jīng)營。本設計中流沙河水閘樞紐就是依據(jù)以上的規(guī)定選在合適的位置上，這里不再贅述。4、水閘孔口尺寸的確定4.1 閘孔型式選擇水閘設計規(guī)范中閘孔型式有開敞式和封閉式，無胸墻的開敞式水閘超載能力比較強，本閘址地處平原地帶，正常情況下蓄水和泄洪能力要求較高，所以初擬閘孔型式為無胸墻的開敞式水閘。4.2 底板型式水閘設計規(guī)范中底板型式有寬頂堰和低實用堰兩種，寬頂堰是水閘中常見的一種底板型式，它有利于泄洪、沖沙、排冰、通航、

14、雙向過水等，結構簡單，施工方便，泄流能力比較穩(wěn)定等優(yōu)點；由于本設計中水閘采用無胸墻的開敞式閘孔，所以底板型式也應滿足泄洪能力的要求，所以流沙河水閘的地板型式初步擬定為寬頂堰式。4.3 閘底板頂面高程的確定底板頂面高程與閘承擔的任務、泄流或引水流量、上下游水位及河床地質條件等因素有關。在大、中型水閘中，由于閘室工程量占的比重較大，降低底板高程常常是有利的。因為流沙河水閘屬于2級水利建筑物，所以初步擬定水閘的底板高程與河道底部高程一致。4.4 閘門高度的確定水閘設計規(guī)范中說明閘門結構的選擇布置應根據(jù)其受力情況、控制運用要求、制作、運輸、安裝、維修條件等，結合閘室結構布置合理選定。當永久縫設置在閘室

15、底板上時，宜采用平面閘門，露頂式閘門頂部應在可能出現(xiàn)的最高擋水位以上有0.3-0.5m的超高。所以根據(jù)規(guī)范中的說明初步擬定閘門為平板露頂閘門，閘門的高度為正常情況下的最高擋水位加上安全超高，初擬高度為5.5m。4.5 閘墩布置水閘設計規(guī)范中規(guī)定閘墩結構型式應根據(jù)閘室結構抗滑穩(wěn)定性和閘墩縱向剛度要求確定，一般宜采用實體式。閘墩的外輪廓設計應滿足過閘水流平順、側向收縮小、過流能力大的要求。上游墩頭可采用半圓式，下游墩頭宜采用矩形。閘墩厚度應根據(jù)閘孔孔徑、受力條件、結構構造要求和施工方法等確定。平面閘門閘墩門槽處最小厚度不宜小于0.4m，邊墩比縫墩的一半要大點，閘墩厚度d可參考表5-4初步擬定。表5

16、-4 閘墩厚度d參考值閘孔凈寬b0（m）閘墩厚度d（m）中墩縫墩小跨度（3-6）0.5-1.0中跨度（6-12）0.8-1.4大跨度（>12）1.2-2.5平面閘門閘墩厚度決定于工作門槽頸部的厚度和門槽深度。門槽頸部厚度的最小值為0.4m。工作門槽尺寸根據(jù)閘門的尺寸決定，一般工作門槽深為，門槽寬度為，其寬深比一般為。檢修門槽深約為，寬約。檢修門槽至工作門槽的凈距離不宜小于1.5m，以便檢修操作。綜合上述規(guī)定，假設b0為10m，取中墩厚度為1.2m，高為6m，因為閘室底板為分離式，所以不設置縫墩，邊墩厚度為1.0m，高為6m。上游墩頭采用半圓式，下游墩頭采用流線形。工作門槽初擬深為0.3m

17、，門槽寬度初擬為0.5m，檢修門槽深初擬為0.2m，寬初擬為0.15m。4.6 閘孔總凈寬的計算4.6.1 總凈寬的試算根據(jù)規(guī)劃的設計流量及相應的上下游水位、初擬的底板高程和閘孔型式，計算閘孔總凈寬。結合本設計中水閘為無胸墻的開敞式，所以采用水閘設計規(guī)范中的堰流公式來計算閘孔總凈寬，計算公式如下所示： (4-1) （4-2） （4-3） （4-4） （4-5）式中 閘孔總凈寬； 設計流量； 計入行進流速水頭的堰頂水頭； 重力加速度。 m 堰流流量系數(shù)，可采用0.385； 堰流側收縮系數(shù)； 閘孔凈寬（m）； 上游河道一半水深處的寬度； N 閘孔數(shù)； 邊閘孔側收縮系數(shù)； 中閘墩厚度； 中閘孔側收縮

18、系數(shù)； 邊閘墩順水流向邊緣線至上游河道水邊線之間的距離（m）； 堰流淹沒系數(shù)； 由堰頂算起的下游水深（m）。在計算閘孔總凈寬的時候，首先要進行一系列的假設，例如開始時要對閘孔總凈寬進行一次假設，最后再由算出的流量進行核對，如果滿足設計流量要求，說明假設的總凈寬是正確的，否則要進行重新假設計算。首先假設閘孔凈寬為10m一個，分為17孔，這樣可算得為33.2m。， 行水頭流速為1m/s，這樣可得 ，計算步驟：1、假設b0為10m，分為11孔，這樣可以初擬出閘孔總凈寬為110m。2、用公式（4-5）通過excel表格求得；3、用公式（4-4）通過excel表格求得；4、用公式（4-3）通過excel

19、表格求得；5、用公式（4-2）通過excel表格求得；6、用公式（4-1）通過excel表格求得。7、若和比較接近，則采用和的平均值作為閘孔總凈寬，若和相差較大，則跳轉到第1步重新假設計算，直到和相差不大為止。 經(jīng)多次假設計算，結合施工方便確定最后閘孔凈寬為12m。閘孔總凈寬B0為204m。4.6.2 泄洪能力的校核由第4.6.1節(jié)計算，閘孔總凈寬204m，單寬12m，閘墩中墩厚度1.2m，邊墩厚度1m，在校核洪水情況下，上游水位136.60m，下游水位136.40m，經(jīng)計算，此時水閘泄洪所對應的閘門總凈寬120m，小于設計時候過閘的閘門總凈寬，所以初擬閘門的總凈寬為204m是合適的。5、總體

20、布置5.1 樞紐布置水閘的樞紐布置是閘室選定后一個十分重要的技術環(huán)節(jié)，關系到樞紐建成后能否安全運行和能否充分發(fā)揮預期的工程效益，本次畢業(yè)設計時引水渠等均已設計完成，故只需設計布置攔河節(jié)制閘，但該節(jié)制閘同時兼作泄洪閘。5.2 閘室布置5.2.1 布置原則水閘閘室布置應根據(jù)水閘擋水、泄水條件和運行要求，結合考慮地形、地質等因素，做到結構安全可靠、布置緊湊合理、施工方便、運用靈活、經(jīng)濟美觀。閘室結構可根據(jù)泄流特點和運行要求，選用開敞式、胸墻式、涵洞式或雙層式等結構型式。整個閘室結構的重心應盡可能與閘室底板中心相接近，且偏高水位一側。閘檻高程較高、擋水高度較小的水閘，可采用開敞式；泄洪閘或分洪閘宜采用

21、開敞式；有排水、過木或通航要求的水閘，應采用開敞式。閘檻高程較低、擋水高度較大的水閘，可采用胸墻式或涵洞式；擋水水位高于泄水運用水位，或閘上水位變幅較大，且有限制過閘單寬流量要求的水閘，也可采用胸墻式或涵洞式。要求面層溢流和底層泄流的水閘，可采用雙層式；軟弱地基上的水閘，也可采用雙層式。5.2.2 閘頂高程確定水閘閘頂高程應根據(jù)擋水和泄水兩種運用情況確定。擋水時，閘頂高程不應低于水閘正常蓄水位（或最高擋水位）加波浪計算高度與相應安全超高值之和；泄水時，閘頂高程不應低于設計泄洪水位（或校核洪水位）與相應安全超高值之和。水閘安全超高下限值見表5-1。表5-1 水閘安全超高下限值（m） 水閘級別運用

22、情況1234、5擋水時正常蓄水位0.70.50.40.3最高擋水位0.50.40.30.2泄水時設計洪水位1.51.00.70.5校核洪水位1.00.70.50.4位于防洪（擋潮）堤上的水閘，其閘頂高程不得低于防洪（擋潮）堤堤頂高程。閘頂高程的確定，還應考慮下列因素：軟弱地基上閘基沉降的影響；多泥沙河流上、下游河道變化引起水位升高或降低的影響；防洪（擋潮）堤上水閘兩側堤頂可能加高的影響等。所以根據(jù)以上信息，若要求的閘頂高程還需要求的水閘上游水面累積頻率為1%時的波浪高度以及波浪中心線高出水面的高度。由于流沙河水閘地處平原地帶，所以根據(jù)平原地區(qū)波浪的計算方法，所采用的公式為莆田試驗站公式計算。所

23、需要公式如下所示: （5-1） （5-2） （5-3）對于的深水波，式子（5-3）還可簡寫成： （5-4） （5-5）以上式子中所有字符代表意義如下：平均波高，m計算風速，m/s，在正常運用條件下，采用相應季節(jié)50年重現(xiàn)期的最大風速，在非常運用條件下，采用相應洪水期多年平均最大風速；風區(qū)長度（有效吹程），m；沿風向兩側水域較寬時，采用計算點至對岸的直線距離，當沿風向有局部縮窄處寬度B小于12倍計算波長時，可采用5B，同時不小于計算點至對岸的直線距離；水域平均水深，m；平均波周期，s；重力加速度，9.81m/s2。平均波長，m；累積頻率p%的波高，m；擋水建筑物迎水面前的水深，m；波浪中心線至計

24、算水位的高度，m。根據(jù)水閘設計規(guī)范累計頻率需根據(jù)水閘的級別加以確定，規(guī)范中根除確定的表格如5-2所示：表5-2 P值水閘級別12345P（%）1251020計算出的平均要進一步換算成實際的波高，這樣才有實際參考價值，水閘設計規(guī)范中給出了平均波高相對應的實際波高的表格，先摘錄如表格5-3表5-3 累積頻率為P%的波高與平均波高的比值P%12510200.02.422.231.951.711.430.12.262.091.871.651.410.22.091.961.761.591.370.31.931.821.661.521.340.41.781.681.561.441.300.51.631.5

25、61.461.371.25由于流沙河水閘是用來蓄水灌溉，所以在確定閘頂高程的時候只需要利用水閘規(guī)范水閘設計規(guī)范SL265-2001里面的莆田公式分別計算出正常蓄水位、設計洪水位、校核洪水位時所對應的閘頂高程，最后在三者中取大值作為閘頂?shù)挠行Ц叱?。下面就要開始對三者所對應的閘頂高程進行計算。（1）、正常蓄水位時：根據(jù)規(guī)范水閘的正常蓄水位時候的計算風速取汛期多年最大平均風速的1.5倍，也就是，資料中給定的最大平均風速為12m/s，所以正常蓄水位時的計算風速為18m/s。風區(qū)長度為閘址河寬的5倍，（m），水域平均水深等于正常蓄水位與河底高程的差值及(m）根據(jù)莆田公式計算如下：平均波長需要進行試算，所

26、以這里過程免去結果如下：由于流沙河水閘屬于2級建筑物，所以對應的累計頻率由表4-2查的為2。根據(jù)表5-3由內插法可以求得波高與平均波高的比值為2.13，所以累計頻率下的實際波高為波浪中心線至計算水位的高度需根據(jù)公式5-5進行計算求得，求得結果如下所示：由表5-1查的水閘正常蓄水位時的安全超高為0.5m，由以上所求的的和可以確定出閘頂高程為135.5+0.5+0.6+0.13=136.73m。（2）、設計洪水位時：根據(jù)規(guī)范水閘的設計洪水位時候的計算風速取汛期多年最大平均風速的1.5倍，也就是，資料中給定的最大平均風速為12m/s，所以設計洪水位時的計算風速為18m/s。風區(qū)長度為閘址河寬的5倍，

27、（m），平均水深等于設計洪水位與河底高程的差值及(m）根據(jù)莆田公式計算如下：平均波長需要進行試算，所以這里過程免去結果如下：由于流沙河水閘屬于2級建筑物，所以對應的累計頻率由表5-2查的為2。根據(jù)表5-3由內插法可以求得波高與平均波高的比值為2.15，所以累計頻率下的實際波高為波浪中心線至計算水位的高度需根據(jù)公式5-5進行計算求得，求得結果如下所示：由表5-1查的水閘設計洪水位時的安全超高為1.0m，由以上所求的的和可以確定出閘頂高程為136.24+1.0+0.62+0.14=138m。（3）、校核洪水位時：根據(jù)規(guī)范水閘的校核洪水位時候的計算風速取汛期多年最大平均風速，也就是，資料中給定的最大

28、平均風速為12m/s，所以校核洪水位時的計算風速為12m/s。風區(qū)長度為閘址河寬的5倍，（m），水域平均水深等于正常蓄水位與河底高程的差值及(m），根據(jù)莆田公式計算如下：平均波長需要進行試算，所以這里過程免去結果如下：由于流沙河水閘屬于2級建筑物，所以對應的累計頻率由表5-2查的為2。根據(jù)表5-3由內插法可以求得波高與平均波高的比值為2.18，所以累計頻率下的實際波高為波浪中心線至計算水位的高度需根據(jù)公式5-5進行計算求得，求得結果如下所示：由表5-1查的水閘校核洪水位時的安全超高為0.7m，由以上所求的的和可以確定出閘頂高程為136.60+0.7+0.39+0.09=137.78m。綜合以上

29、三種計算結果，取設計時候的閘頂高程為最終計算結果，所以初擬閘頂高程為138m。5.2.3 底板布置按閘墩和底板的連接方式，閘底板可分為整體式和分離式兩種。所謂整體式及當閘墩與底板澆筑成整體時，即為整體式底板。它的優(yōu)點是閘孔兩側閘墩之間不會產(chǎn)生過大的不均勻沉降，適合于地基承載力較差的土基。整體式底板具有將結構自重和水壓力等荷載傳給地基及防沖、防滲的作用，故底板較厚。所謂分離式底板，當閘墩與底板設縫分開時，即為分離式底板。閘室上部結構的自重和水壓力直接由閘墩傳給地基，底板僅有防沖、防滲和穩(wěn)定的要求，其厚度可根據(jù)自身穩(wěn)定的要求確定。分離式底板一般適用于地基條件較好的砂土或巖石地基。由于地板較薄，所以

30、工程量較整體式底板節(jié)省。涵洞式水閘不宜采用分離式底板。根據(jù)規(guī)范底板順水流方向的長度可以閘室整體抗滑穩(wěn)定和地基允許承載力為原則，同時滿足上部結構布置要求。水頭愈大，地基條件愈差，則底板愈長。初步擬定時，對于砂礫石地基可?。?.5-2.0）H（H為上、下游最大水頭差）；砂土和砂壤土地基，?。?.0-2.5）H；黏壤土地基，取（2.0-3.0）H；黏土地基，?。?.5-3.5）H。底板的厚度必須滿足強度和剛度的要求，大中型水閘可取閘孔凈寬的1/6-1/8，一般為1.0-2.0m，最薄不小于0.7m，實際工程中有0.3m厚小型水閘。底板內配置鋼筋，但最大配筋率不宜超過0.3%，否則就不經(jīng)濟。底板混凝土

31、還應滿足強度、抗?jié)B、抗沖等要求，一般選用C15或C20。根據(jù)以上規(guī)定結合本資料給定的工程地質情況，可以了解不經(jīng)到河床為粗礫砂，厚度為17m，下部為粗砂層，厚度11m，基巖為花崗巖。從這些信息可以得知閘址地基良好，所以初擬采用分離式底板，底板順水流方向的長度按照規(guī)范中取2.0H，及7.6m。閘底板厚度按照規(guī)范取1.5m。5.2.4 工作橋布置水閘設計規(guī)范中規(guī)定初步擬定橋高時候，平面閘門可取門高的兩倍再加上的超高值，并滿足閘門能從閘門槽中取出檢修的要求；因為閘門已經(jīng)初擬高度為5.5m，所以初擬工作橋的高度為12.2m，工作橋橋面寬為2.5m，厚度為0.2m。工作橋底部有4根梁，梁高為0.5m，梁寬

32、為0.3m，材料為鋼筋混凝土。5.2.5 交通橋布置建造水閘時，應考慮兩側的交通，以滿足汽車、拖拉機和行人通過的要求。交通橋一般布置在低水位側，橋面寬視兩岸交通及防汛搶險要求確定。初步擬定交通橋橋面寬度為3.5m，厚度為0.3m，橋面底部為3根受力梁，梁高為0.7m，梁寬為0.5m。材料為鋼筋混凝土。5.3 防滲排水布置水閘防滲排水布置應根據(jù)閘基地質條件和水閘上、下游水位差等因素，結合閘室、消能防沖和兩岸連接布置進行綜合分析確定。閘室上游設置鋼筋混凝土鋪蓋，鋪蓋長度為上游水頭的3倍，及10m,厚度為0.5m，在與閘底板連接處設置厚度為1m。規(guī)范中說明,當閘基為較薄的砂性土層或砂礫石層，其下臥層

33、為較厚的相對不透水層時，閘室底板上游端宜設置截水槽或防滲墻，閘室下游滲流出口處應設濾層。截水槽或防滲墻嵌入相對不透水層深度不應小于1.0m。當閘基砂礫石層較厚時，閘室上游可采用鋪蓋和懸掛式防滲墻相結合的布置形式，閘室下游滲流出口處應設濾層。當閘基為較大的砂礫石層或粗礫夾卵石層時，閘室底板上游端宜設置深齒墻或深防滲墻，閘室下游滲流出口處應設濾層。本設計資料中給出閘址地質情況系屬第四季沉積巖，厚度較大，河床兩岸灘地為粉質壤土，厚度15m，河床為礫粗砂，厚度為17m，下部為粗砂層，厚度11m，基巖為花崗巖。符合規(guī)范中說明的情況，所以依據(jù)規(guī)范流沙河水閘上游設置鋼筋混凝土板樁，厚度為0.15m，寬度為0

34、.5m,長度為4m。下游設置齒墻，深度為1m。關于排水設置，根據(jù)水閘設計規(guī)范，只在下游護坦上設置排水減壓井。排水井的孔徑為0.1m，間距為1m,初步設置為10排，呈梅花形布置。5.4 消能防沖布置水閘的消能防沖布置應根據(jù)閘基地質情況、水力條件以及閘門控制運用方式等因素，進行綜合分析確定。水閘的消能方式一般為底流式消能，平原地區(qū)的水閘，水頭低，下游河床抗沖能力差，所以不采用挑流式消能，大部分采用底流式消能。所以結合資料給定的信息，流沙河水閘也采用底流式消能，所需設施為消力池、海漫和防沖槽等。5.5 兩岸連接布置水閘的兩岸連接應能保證岸坡穩(wěn)定，改善水閘進、出水流條件，提高泄流能力和消能防沖效果，滿

35、足側向防滲需要，減輕閘室底板邊荷載影響，且有利于環(huán)境綠化等。兩岸連接主要考慮上、下游翼墻的確定，上游翼墻采用圓弧式結構，這樣有利于引進水流。下游采用直線式，且每側擴散角為，這樣有利于分散過閘水流使水流速度減緩，保護下游岸坡。6、水力設計6.1 水閘的消能防沖6.1.1 消力池結構計算（1）、池深的計算消力池的計算可按照水閘設計規(guī)范中的公式計算，現(xiàn)把計算公式羅列如下： （6-1） （6-2） （6-3） （6-4）式中 消力池深度（m）； 水躍淹沒系數(shù)，可采用1.051； 躍后水深（m）； 收縮水深（m）； 水流動能校正系數(shù)，可采用； 閘門垂直收縮系數(shù)，可按表6-1查的； 閘門開啟度（m）； 單

36、寬流量（）； 重力加速度； 收縮水深斷面寬度（m）； 躍后水深斷面寬度（m）； 下游水深(m)； 躍后水深與下游水位的落差(m)； 消力池出口的流速系數(shù)，一般取0.95。表6-1 平板閘門垂直收縮系數(shù)0.100.150.200.250.300.350.400.6150.6180.6200.6220.6250.6280.6300.450.500.550.600.650.700.750.6380.6450.6500.6600.6750.6900.705消力池深度計算時，首先應找出計算工況，本例中設計洪水和校核洪水都是淹沒出流，不需要設置消力池，只有在正常蓄水情況下，才會出現(xiàn)躍后水深大于下游水深的情

37、況，因此，正常蓄水情況為水閘消力池計算的最不利工況。計算步驟：1、假定一個閘門開啟數(shù)和閘門開度，然后查表6-1確定垂直收縮系數(shù)；2、根據(jù)式6-3計算收縮水深；3、根據(jù)式6-2計算躍后水深；4、根據(jù)式6-4計算水位差；5、根據(jù)式6-1計算消力池深。 計算結果如表6-2所示：表6-2 消力池深計算表計算工況下泄流量Q單寬流量q下游水深(m)收縮水深(m)躍后水深(m)水躍類型水位差(m)消力池深(m)開一孔開度0.5m31.12.590.30.311.95遠離式1.651.75開度1m62.145.180.80.6232.67遠離式1.872開度1.5m93.27。771.00.943.18遠離式

38、2.182.3開度2m124.2710.361.11.2943.52遠離式2.422.6開度2.5m155.3412.951.41.6953.73遠離式2.332.5開兩孔開度2.5m310.6812.952.51.6953.73遠離式1.231.4開三孔開度2.5m466.0212.952.81.6953.73遠離式0.931.1開四孔開度2.5m621.3612.9531.6953.73遠離式0.730.9開五孔開度2.5m776.712.953.51.6953.73遠離式0.230.4開六孔開度2.5m932.0412.953.81.6953.73淹沒式-為了滿足要求初擬消力池深度為2.

39、6m，經(jīng)校核等于1.08，滿足消力池設計深度的要求，護坦厚度初擬為1m。（2）、池長計算根據(jù)水閘設計規(guī)范中的設計要求進行消力池池長的計算，計算公式如下所示： （6-5） (6-6)式中 消力池長度，m； 消力池斜坡段水平投影長度，m； 水躍長度校正系數(shù)，可采用； 水躍長度，m。根據(jù)上面求得結果，結合躍后水深和收縮水深，結合池長計算公式，可以求得消力池長度，斜坡段的坡度初擬為1：3，取0.8。6.1.2 海漫的結構計算水流經(jīng)過消力池消能后，仍有較大的剩余動能，紊亂現(xiàn)象也很劇烈，特別是流速分布不均勻，底部流速較大，具有一定的沖刷能力，故在消力池后仍需采用消能防沖加固措施，如海漫和防沖槽。海漫的作用

40、是進一步消減水流余能，并調整流速分布，保護護坦和河床的安全，防止沖刷。（1）、海漫的長度海漫的長度取決于消力池出口的單寬流量、上下游水位差、地質條件、尾水深度及海漫本身的粗糙程度等因素。根據(jù)可能出現(xiàn)的最不利水位流量組合，可用規(guī)范中公式進行估算： (6-5)式中 海漫的長度（m）； 海漫長度計算系數(shù)，可由表6-2查得； 消力池末端單寬流量，； 消力池泄水時的上下游水位差，m。表6-2 值河床土質粗砂、細砂中砂、粗砂、粉質壤土粉質黏土堅硬黏土 資料中閘址的地方多為粗砂和細砂，所以初擬為14，計算海漫長度時候也要找出最不利工況下的情況，所以當中間閘門開度最大的時候為最不利工況，此時單寬流量為12.9

41、5，上下游水位差為2.4m,所以海漫長度根據(jù)公式6-5計算如下：海漫水平段初擬為10m，水平段后為1：50的斜坡，這樣斜坡長度為54m。這樣可以便于水流均勻擴散，加快流速分布，增加水深，減小流速，保護河床不受沖刷。海漫采用漿砌石材料建造。6.1.3 防沖槽水流經(jīng)過海漫后，能量得到進一步消除，但仍具有一定的沖刷能力，下游河床還可能被沖刷，為了保護海漫，常在海漫末端挖槽拋石加固，形成一道防沖槽，當河床沖刷都最大深度時，海漫仍不被破壞，初步擬定防沖槽的深度為1.5m。6.2 閘門控制方式的擬定閘門的控制運用應根據(jù)水閘的水力設計或水工模型試驗成果，規(guī)定閘門的啟閉順序和開度，避免產(chǎn)生集中水流或折沖水流等

42、不良流態(tài)。閘門的控制運用方式應滿足下列要求：1、閘孔泄水時，保證在任何情況下水躍均完整地發(fā)生在消力池內。2、閘門盡量同時均勻分級啟閉。如不能全部同時啟閉，可由中間孔向兩側分段、分區(qū)或隔孔對稱啟閉，關閉時與上述順序相反。3、嚴格控制始流條件下的閘門開度，避免閘門停留在振動較大的開度區(qū)泄水。4、關閉或減小閘門開度時，避免閘門下游河道水位降落過快。 7、水閘的防滲設計7.1 設計任務 水閘的防滲排水設計的任務是經(jīng)濟合理地擬定地下輪廓線的型式和尺寸，采取必要和可靠的防滲排水措施，以消除和減小滲流對水閘的不利影響，保證閘室的抗滑穩(wěn)定、閘基和兩岸的滲透穩(wěn)定。水閘防滲設計的一般步驟：（1）、根據(jù)水閘作用水頭

43、的大小、地基地質條件和下游排水情況，初步擬定地下輪廓線。（2）、進行滲流分析，計算閘底板滲透壓力，并驗算地基土的滲透穩(wěn)定性。（3）、若抗滑穩(wěn)定和滲透穩(wěn)定均滿足要求，即可采用初擬的地下輪廓線，否則，應重新修改地下輪廓線。7.2 閘基的防滲長度在工程規(guī)劃和可行性研究階段，初步擬定的閘基防滲長度應滿足下式要求： (7-1）式中 閘基的防滲長度，即閘基輪廓線防滲部分水平段和垂直段長度的總和，m； 允許滲徑系數(shù)值，見表7-1； 上下游水位差，m。表7-1 允許滲徑系數(shù)值C 地 基 類 型排水條件粉砂細砂中砂粗砂中礫和細礫粗礫和夾卵石輕粉質砂壤土輕砂壤土壤土黏土有濾層無濾層-根據(jù)資料中閘基地質為粗礫，所以

44、選取C為3，在正常擋水時候，下游沒水，此時閘基處于最不利工況，所以此時的初擬防滲長度經(jīng)公式7-1所得：7.3 滲流計算閘基滲流計算的目的是計算閘底板及護坦的滲透壓力和滲透坡降，并判定初擬地下輪廓線是否滿足抗滑穩(wěn)定和滲透穩(wěn)定的要求。否則，地下輪廓線要重新修改。常用的計算方法有流網(wǎng)法、直線法、改進阻力系數(shù)法、有限元法和電擬試驗法。這里采用改進阻力系數(shù)法進行滲流計算。計算步驟:(1)、確定地基計算深度。在相對不透水層較深時，須用有效深度作為計算深度。當時，（7-2），當時，（7-3）。式中 地下輪廓線水平投影長度，m； 地下輪廓線垂直投影長度，m。算出有效深度后，再與相對不透水層的實際深度相比較，應

45、取其中較小的值作為計算深度。（2）、按地下輪廓線形狀將滲流區(qū)分成若干個典型滲流區(qū)域，計算各段的水頭損失和各拐點的滲壓水頭。所用公式如下：1、進出口段 （7-4）2、內部垂直段 （7-5）3、內部水平段 （7-6）式中 進出口段的阻力系數(shù)； 板樁或齒墻的入土深度，m； 地基透水層深度，m； 內部垂直段的阻力系數(shù)； 內部水平段的阻力系數(shù)，當小于0時，??； 內部水平段長度，m； 水平兩端板樁或齒墻的入土深度，m。（3）、用直線連接相鄰拐點的滲壓水頭，即畫出了滲透壓強分布圖。（4）、對進出口段水頭損失進行局部修正。一般情況下，僅在未修正前進出口滲透坡降不滿足時才進行修正。流沙河水閘滲流計算圖7-1如下

46、：圖7-1 滲流計算簡圖第一步：簡化地下輪廓線。為了便于計算將復雜的地下輪廓線進行簡化，由于鋪蓋頭部及底板上下游兩端的齒墻均較淺，可以簡化為板樁。第二步：確定地基的有效深度。由地下輪廓線簡化圖7-1可知，。，所以。第三步：滲流區(qū)域的分段和阻力系數(shù)的計算。從各拐點引等勢線，將滲流區(qū)域分為8個典型段，、為進出口段，、為內部垂直段，、為內部水平段。 （ 2.76 （）（） （） （）（） （） （）13.7第四步：計算滲透壓力。1、各段水頭損失的計算。0.13； 0.77； 0.14； 0.86； 0.83； 0.16； 0.78； 0.132、進出口水頭損失的修正。進出口損失的修正系數(shù)：0.66<1.0（）0.09進口： 0.040.81出口段修正系數(shù)：0.73<1.0（）0.090.823、計算拐點的滲壓水頭。3.712.92.76； 1.9； 1.07； 0.91； 0.13； 0