水闸课程设计(南工)

水利与生态工程学院水工建筑物课程设计

——水闸设计

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目录1基本资料

1.1工程概况

1.2地质资料

1.3水文气象

1.4建筑材料

1.5批准的规划成果

2闸孔设计

2.1闸址的选择

2.2闸型的确定

2.3拟定闸孔尺寸及闸墩厚度

2.4校核泄洪能力

3消能设计

3.1消能防冲设计的控制情况

3.2消力池尺寸及构造

3.3海漫设计

3.4防冲槽设计

3.5上下游岸坡防护

4防渗排水设计

4.1闸底地下轮廓线的布置

4.2排水设备的细部构造

4.3防渗计算

5闸室布置

5.1 底板和闸墩

5.2 闸门与启闭机

5.3 上部结构

5.4 闸室的分缝与止水

6闸室稳定计算

6.1 设计情况及荷载组合

6.2 完建无水期地基承载力验算6.3 正常挡水期闸室抗滑稳定验算7上下游连接建筑物

7.1 上游连接建筑物

7.2 下游连接建筑物

水闸设计

1 基本资料

1.1工程概况及拦河闸的任务

某拦河闸闸址以上流域面积2234平方公里，流域内耕地面积288万亩，河流平均纵坡1/6200。本工程属三级建筑物。

本工程投入使用后，在正常高水位时，可蓄水2230万立米。上游5个县25个乡已建成提灌站42处，有效灌溉面积25万亩。闸上游开南、北两干渠，配支干23条，修建各种建筑物1230座，可自流灌溉下游三县21万农田，效益巨大，是解决某河流域农田的灌溉动脉，同时，也是解决地区浅层地下贫水区的重要水源。

1.2地质资料

（一）根据地质钻探资料，闸址附近地层中粉质壤土，厚度约25m，其下为不透水层，其物理力学性质如下：

1、湿重度r湿=20.2KN/m3

土壤干重度r干=16.0KN／m3

饱和重度r饱=22.2KN／m3

浮重度r浮=12.2KN／m3

2.自然含水量时，内摩擦角φ=230

饱和含水量时，内摩擦角φ=200

土壤的凝聚力C=0.1KN／m2

3.地基允许承载力[P地基]=150KPa

4.混凝土、砌石与土基摩擦系数f=0.36

5.地基应力的不均匀系数[η]=1.5～2.0

6.渗透系数K=9.29×10-3cm／s

(二)本地区地震烈度为60以下

1.3文水气象

(一)气温：本地区年最高气温42度，最低气温为-18度。

(二)风速：最大风速V=20m／s，吹程D=0.6Km。

(三)降雨量：非汛期(1～6月及10～12月)9个月河流平均最大流量为10m3/s；汛期(7～9月)3个月河流平均最大流量为130m3/s。年平均最大流量36.1 m3/s，最大年径流总量为

9.25亿m3。年平均最小流量15.6 m3/s，最小年径流总量为0.42亿m3。

(四)冰冻：颖河流域冰冻时间短，冻土很薄，不影响施工。

(五)上下游河道断面

1.4建筑材料

本工程位于平原地区、山丘少，石料需从外地供给，距京广线很近，交通条件较好。经调查本地区附近有较丰富的粘土材料。闸址处有足够多的砂料。

1.5批准的规划成果

(一)灌溉用水季节，拦河闸的正常挡水位为58.63m，下游无水。

(二)洪水标准。

1.设计洪水位50年一遇，相应的洪峰流量1113m3／s，闸上游的洪水位为59.5m，相应的下游水位59.35m。

2.校核洪水位200年一遇，相应洪峰流量1642.35 m3／s，闸上游的洪水位6l.00m，闸下游水位60.82m。

2闸孔设计

2.1 闸址的选择

闸址、闸轴线的选择关系到工程的安全可靠、施工难易、操作运用、工程量及投资大小等方面的问题。在选择过程中首先应根据地形、地质、水流、施工管理应用及拆迁情况等方面进行分析研究，权衡利弊，经全面分析比较，合理确定。

本次设计中闸轴线的位置已由规划给出。

2.2 闸型确定

本工程主要任务是正常情况下拦河截水，以利灌溉，而当洪水来临时，开闸泄水，以保防洪安全。由于是建于平原河道上的拦河闸，应具有较大的超泄能力，并利于排除漂浮物，因此采用不设胸墙的开敞式水闸。

同时，由于河槽蓄水，闸前淤积对洪水位影响较大，为便于排出淤沙，闸底板高程应尽可能低。因此，采用无底坎平顶板宽顶堰，堰顶高程与河床同高，即闸底板高程为51.92m。

2.3 拟定闸孔尺寸及闸墩厚度

由于已知上、下游水位，可推算上游水头及下游水深，如表1所示：

闸门全开泄洪时，为平底板宽顶堰堰流，根据公式1判别是否为淹没出流。

按照闸门总净宽计算公式(2)，根据设计洪水和校核洪水两种情况分别计算如下表。其

中 ε为堰流侧收缩系数，取0.96；

m 为堰流流量系数，取0.385。

表3 闸孔总净宽计算表

流量Q （m 3

/s ）

下游水深hs （m ） 上游水头 H 0（m ）

0H h s

淹没系数 σ

0B （m ）

设计流量1113 7.43 7.69 0.966 0.574 55.57 校核流量1642.35

8.9

9.23

0.964

0.586

61.08

根据《闸门设计规范》中闸孔尺寸和水头系列标准，选定单孔净宽 b=9m ，同时为了保证闸门对称开启，防止不良水流形态，选用7孔，闸孔总宽度为：

L ＝nb 0+(n －1)d =（7×9）+（2×1.6+4×1.2）=71m

由于闸基为软基河床，选用整体式底板，缝设在闸墩上，中墩厚1.2m ，缝墩厚1.6m ，边墩厚0.5m 。如图1所示。

图1 闸孔尺寸布置图 (单位：m)

2.4 校核泄洪能力

根据孔口与闸墩的尺寸可计算侧收缩系数，查《水闸设计规范》（规范表2-2），结果如下：

对于中孔

；

靠缝墩孔

；

对于边孔

；

所以

956

.0241909

.02973.04976.013

213

32211=++⨯+⨯+⨯=

++++=

n n n n n n 中中中εεεε

870，得

. 0 2 . 1 9 9 0 = + = s

b b 980

. 0

1 =

中 ε 975

. 0 2 =

中 ε 849， 得 . 0 6 . 1 9 9 0 = + = s

b b 239， 得 . 0 66 . 28 9 9

0 = + = s b b 910 . 0 3 = 中 ε