栖儒水闸设计

1、第一章工程设计资料1.1工程概况栖儒港属大冶湖水系，起点堰铺桥，终点下袁，栖儒港流域面积105.8km2,干流长21km纵坡3.0%o。该流域涉及到大冶市的金湖街办、14个行政村，总人口2.8万人。栖儒港流域地处鄂东南长江中游南岸，属低山丘陵区，处在长江中游平原与幕阜山脉的过渡地带，总地势南高北低，中部平坦，一般海拔120383m最低为大冶湖14m栖儒水闸位于栖儒港下游，水闸以上干流河长18.59km，控制流域面积103knt栖儒水闸始建于1976年，是栖儒村区域内目前较大的集排水、灌溉、防洪于一体的中型水闸，灌溉2000余亩农田。水闸总宽度约40米，由6孔自动翻板门和1孔平板钢闸门泄水闸组成

2、，每孔自动翻板门宽6.0m，门净高2.0m,泄水闸高3.1m，宽3.3m，与下游简易交通桥连为一体。由于栖儒水闸工程已运行30多年，工程的严重老化病害、众多安全隐患严重影响水闸的安全运行，鉴于栖儒水闸的重要作用，为保证本地区经济的持续发展，决定报废重建。1.2工程地质及水文地质地质概况地理位置及地形地貌闸址及库区位于低山丘陵地貌和长江冲积平原过渡带，属丘陵平原两种地貌单兀类型。境内诸峰分布在南部和西南部，系幕阜山之余脉。最咼点太婆尖海拔高程840米，最低点保安湖海拔高程仅11米，平均海拔高程26米，地形分布大体上是南山、北丘、东西湖，南高、北低、东西平，中部多为岗岭相间的平畈坝地。东有大冶湖，

3、西北有保安湖、三山湖、港叉纵横、塘堰水库星布，地表径流分别经大冶湖、保安湖、梁子湖、富水四条水系注入长江，山水资源丰富。栖儒港属大冶湖水系。地层岩性工程区位于淮阳山字型前弧西翼与鄂东南新华夏系构造复合部位，是地处扬子准地台下扬子台坪大冶台褶带的大冶复式向斜核部。区内地层岩土层较为复杂，岩土层地质时代跨度较大，火成岩、沉积岩、沉积变质岩多种岩石类型均有不同程度出露，简述如下：下古生界志留系（S）黄绿色砂页岩、上古生界泥盆系（D）、石炭系（C）、二叠系（P）砂页岩及石灰岩。大冶复式向斜核部，以中生界地层为主，主要是三叠系（Tl-2）的大冶灰岩、白云质灰岩、泥灰岩、砂页岩；三叠系中晚期，本区有大面积

4、的花岗岩侵入，与海相沉积岩产生接触变质作用，造成局部矿产的富积，如铜录山的铜矿，铁山的铁矿等。侏罗系（J2）的砂页岩；白垩系（K）灵乡组的砾岩、砂岩、页岩等，上覆火成杏仁状安山岩，流纹岩、玄武岩；新生代老第三系（E）泥质粉砂岩和粘土岩等。第四系发育较齐全，岩性复杂，厚度变化也大，闸址区以河流冲积物及湖积物为主，也发育一定厚度的残坡积粘性土及人工填土。（3）地质构造工程区位于淮阳山字型弧顶西翼与鄂东南华夏系构造复合部位，地处扬子准地台下扬子台坪大冶台褶带的大冶复式向斜核部。区内地壳受燕山运动南北向挤压应力的作用，地层发生了强烈的褶皱，形成了一系列近东西向的紧密线性褶皱以及与之相匹配的压性、扭性和

5、张性断裂。其中NW向的襄樊一一广济深大断裂在黄石以北通过，距工程区约25公里，活动性较强的NNE向的麻城一一团风断裂在工程区西南通过，距工程区约30公里。上述两条活动性在断裂均距工程区较远，对场地的稳定性不造成不利影响，场地处于相对稳定的地段。（4）水文地质条件工程区地下水类型主要有：第四系孔隙水和基岩裂隙水。1）第四系松散岩（土）层孔隙水赋存于第四系松散堆积物中，主要有孔隙潜水，地下水的补给来源于在大气降水，向河流及低洼处排泄。受地层厚度及其岩性透水性影响。2）基岩裂隙水主要赋存于下伏白垩系（K的砾岩中，其裂隙不发育，水量很少。（5）区域稳定与地震据全国历史地震编辑委员会提供的地震资料，区域

6、内自公元319年以来共发生M4.75级地震达26次，对本区影响均不足切度。本区最大地震为1917元月24日安徽省霍山M=6.25级地震，对本区造成影响烈度约切度。区域构造上襄樊广济深大断裂和麻城一一团风断裂均距工程区较远，无诱发地震的因素，故区域稳定性是稳定的。根据国家标准1/400万中国地震动参数区划图（GB18306-2001,工程区地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期0.35s，相应地震基本烈度为切度。地形地貌栖儒水闸位于大冶市金湖街办汪拳村栖儒港，闸址附近的栖儒港宽约40m流向北东。闸址附近原河道较弯曲，修水闸时经裁弯取直，微地貌为岗地。地层岩性根据钻探及区域地质资料，闸

7、址区主要出露和分布以下地层：（1）第四系素填土（Qm）,地层代号：黄褐色壤土，土性呈可塑状，土质不均匀。主要分布在水闸两侧的河堤上，厚2.52.9m。土的比重2.73，含水率26.9%，干密度1.58g/cm3，孔隙比0.73，塑限17.9%，塑性指数16.7，液性指数0.54，压缩系数0.29MPQ1，压缩模量6MPa抗剪强度指标C为24.5kPa，3为11.8。，渗透系数1.6x10-cm/s。（2）第四系全新统残坡积层（Q4el+dl）,地层代号：黄褐色粘土，含有灰白色高岭土团块，可塑硬塑状态，厚3.1m。分布于闸右肩，为闸右肩基础。土的比重2.74，含水率28.1%，干密度1.55g/

8、cm3，孔隙比0.77，塑限17.5%，塑性指数20.4，液性指数0.42，压缩系数0.29Mpa-1，压缩模量8MPa抗剪强度指标c为22.6kPa，为15.6。，渗透系数2.5x10-5cm/s。白垩系强风化砾岩(K,地层代号-1：灰色，钙质胶结，强风化，砾石成分以灰岩为主，夹石英砂岩、红砂岩，厚010m主要分布在闸基的右侧。从闸中部向右岸逐步增厚。白垩系砾岩(K),地层代号-2:灰色，钙质胶结，块状，弱风化，砾石成分以灰岩为主，夹石英砂岩、红砂岩。发育“X”型裂隙,产状125/77325/77。闸左肩至闸中部均有出露，为该段闸基。物理力学指标建议值1)室内物理力学试验统计根据对现场采取的

9、各层的原状土样进行统计，得出闸址区主要地层的物理力学指标建议值结果见表2.1:表2.1闸址区主要地层的物理力学指标建议值层号岩土名称时代成因状态含水量%天然密度g/cm3孔隙比压缩模量MPa承载力特征值kPa快剪渗透系数cm/s允许J凝聚力kPa内摩擦角0素填土Q4ml可塑，松散11131.6x103粘土Qel+dl可塑281.90.86.014018142.5x5084-1砾岩K强风化2.3400-2砾岩K弱风化2.41200(4)水文地质的条件1)地下水埋藏条件工程区地下水主要有上层滞水、基岩裂隙水。上层滞水主要赋存于第层填土中，主要受大气降水补给，并向沟渠排泄。较深的地层在旱季接受河水的

10、补给。无统一的地下水位，地下水位埋深随季节变化。勘察期间地下水埋深1.52.3m。基岩裂隙水主要赋存于下伏的第层砾岩裂隙中。现场调查表明，砾岩中裂隙不发育，且以剪性裂隙为主，基岩裂隙水不发育。岩土的渗透性勘探期间，对层闸肩填土进行2段注水试验，渗透系数分别为1.7X10-3-3-3cm/s和1.5X10cm/s，渗透系数建议值1.6X10cm/s。对右闸基下的层残坡积粘土进行1段注水试验，渗透系数为2.5X10-5cm/s，渗透系数建议值2.5X10-5cm/s。地下水的腐蚀性为了评价地下水对混凝土的腐蚀性，我们在闸址区的河段采取了水样，根据试验结果，按岩土工程勘察规范(5002-2001)第

11、12.2条的规定，评价结果为，闸址区的河水及地下水对混凝土结构无腐蚀性；对钢筋混凝土中的钢筋无腐蚀性；对钢结构有弱腐蚀性。闸室持力层为第层粘土和-2白垩系弱风化砾岩，其中靠左端3/5部份设置在-2弱风化砾岩上，靠右端2/5部份设置在层粘土上。持力层层粘土为残坡积成因，呈可塑硬塑状态，湿，土性较粘，强度一般，标准贯入击数511击，具中等压缩性。层厚03.1m，承载力特征值为140kPa,快剪凝聚力为18kPa。内摩擦角为14。其下卧层为-1白垩系强风化砾岩，承载力特征值400kPa，强度较高。持力层-2层白垩系弱风化砾岩，天然密度2.4g/cm3，承载力特征值1200kPa。勘察表明，闸基下有第

12、层粘土、第-1层强风化砾岩和第-2层弱风化砾岩，其中层粘土渗透系数为2.5X10-5cm/s，其渗透性满足要求，允许水力坡降建议采用0.48。闸室抗滑稳定的验算主要考虑第层粘土、第-2层砾岩。根据水闸设计规范，闸基底面与粘土之间的摩擦系数建议采用0.3，闸基底面与砾岩之间的摩擦系数建议采用0.5。1.3水文气象气象资料本流域具大陆性东亚气候特征：历年平均气温16.9C,极端高温40.3C,极端低温-1C。多年平均降雨量1385.8mm年最大降雨2683.5mm全年7080%勺雨量集中在49月份，多年平均蒸发量为1466.7mm大陆性季风气候较强，春天以东、东南风为主，秋、冬盛行西南风与西北风，

13、风力一般34级。水文资料栖儒港水闸对洪水无调蓄作用，属拦河节制闸，主要作用为抬高水位以满足灌溉需求。经单位线汇流计算，得各频率洪水过程线，洪峰成果见表3.1o表3.1各频率洪峰流量成果表PQm(m3/s)P=2%628.28P=3.33%569.45P=5%522.21P=10%440.22第二章栖儒水闸布置2.1闸址选择闸址的基本要求闸址应根据水闸的功能、特点和运用要求，综合考虑地形、地质、水流、潮汐、泥沙、冻土、冰情、施工、管理、周围环境等因索，经技术经济比较后选定。闸址宜选择在地形开阔、岸坡稳定、岩土坚实和地下水水位较低的地点。闸址宜优先选用地质条件良好的天然地基，避免采用人工处理地基。

14、节制闸或泄洪闸闸址宜选择在河道顺直、河势相对稳定的河段，经技术经济比较后也可选择在弯曲河段裁弯取直的新开河道上。进水闸、分水闸或分洪闸闸址宜选择在河岸基本稳定的顺直河段或弯道凹岸顶点稍偏下游处，但分洪闸闸址不宜选择在险工堤段和被保护重要城镇的下游堤段。排水闸（排涝闸）或泄水闸（退水闸）闸址宜选择在地势低洼、出水通畅处，排水闸（排涝闸）闸址宜选择在靠近主要涝区和容泄区的老堤堤上。闸址应选择在水流流态平顺，河床、岸坡稳定的河段。泄洪闸宜选在河段顺直或截弯取直的地点；分洪闸应选在被保护城市上游，河岸基本稳定的弯道凹岸顶点稍偏下游处或直段，闸孔轴线与河道水流方向的引水角不宜太大；挡潮闸宜选在海岸稳定地

15、区，以接近海口为宜，并应减少强风强潮影响，上游宜有的冲淤水源。水流流态复杂的大型防洪闸闸址选择，应有水工模型试验验证。若在铁路桥或I、丨级公路桥附近建闸，选定的闸址与铁路桥或I、I级公路桥的距离不宜太近。选择闸址应考虑材料来源、对外交通、施工导流、场地布置、基坑排水、施工水电供应等条件。选择闸址应考虑水闸建成后工程管理维修和防汛抢险等条件。选择闸址还应考虑下列要求：占用土地及拆迁房屋少；尽量利用周围已有公路、航运、动力、通信等公用设施；有利于绿化、净化、美化环境和生态环境保护；有利于开展综合经营。栖儒闸闸址及库区位于低山丘陵地貌和长江冲积平原过渡带，属丘陵平原两种地貌单兀类型。境内诸峰分布在南

16、部和西南部，系幕阜山之余脉。最咼点太婆尖海拔高程840米，最低点保安湖海拔高程仅11米，平均海拔高程26米，地形分布大体上是南山、北丘、东西湖，南高、北低、东西平，中部多为岗岭相间的平畈坝地。东有大冶湖，西北有保安湖、三山湖、港叉纵横、塘堰水库星布，地表径流分别经大冶湖、保安湖、梁子湖、富水四条水系注入长江，山水资源丰富。栖儒港属大冶湖水系。根据工程规模和枢纽地形、地质条件，从水能利用、满足改善乡村水环境的要求以及下游灌区用水要求等方面综合考虑，可拟定多个闸址方案进行闸址比选。根据分析对比拟定闸址方案的地形、地质条件、枢纽布置、施工、工程量及投资、上游淹没面积等方面，对闸址进行技术经济比选，选

17、择最优方案。2.2枢纽总体布置枢纽布置方案的确定水闸枢纽布置应根据闸址地形、地质、水流等条件以及该枢纽中各建筑物的功能、特点、运行要求等确定，做到紧凑合理、协调美观，组成整体效益最大的有机联合体。节制闸的轴线宜与河道中心线正交，其上、下游河道直线段长度不宜小于5倍水闸进口处水面宽度。栖儒水闸位于大冶市金湖街办汪拳村栖儒港，闸址附近的栖儒港宽约40m流向北东。闸址附近原河道较弯曲，修水闸时经裁弯取直，微地貌为岗地。根据栖儒水闸地形图可取水闸正常蓄水位为22.5m，根据水闸设计规范（SL265-2001）取设计洪水（P=3.33%相应洪峰流量Qm=569.45m3/s，校核洪水（P=2%）相应洪峰

18、流量Q=628.28m/s。选定枢纽布置方案为：栖儒闸设计为平底板开敞式，呈“一”字形布置，闸轴线总长40.0m，其上设置交通桥，主要用于人畜通行。工程建筑物及等级划分平原区水闸枢纽工程应根据水闸最大过闸流量及其防护对象的重要性划分等别，其等别应按表2.1确定。表2.1平原地区水闸枢纽工程分等指标注：当按表列最大过闸流量及防护对象重要性分别确定的等别不同时，工程等别应经综工程等别In出IVV规模大（1）型大（2）型中型小（1）型小（2）型最大过闸流量（m/s）仝50005001000100010010020检修桥桥面高程=5.2+20.7=26.4mo一般公路桥单车道净宽4.5m，双车道净宽7.0m。此处取单车道，即交通桥净宽为4.5m。第三章水闸的消能防冲水闸消能设计的基本原则是：促使水跃发生在闸下一定范围内，最大限度地