渭河紧水滩水电站工程挡水建筑物初步设计.doc

渭河紧水滩水电站挡水建筑物初步设计目录摘要：4第一章基本资料51.1工程背景51.2水文资料51.2.1径流量51.2.2 洪水61.2.3 泥沙61.3工程地质61.4工程任务和规模61.4.1工程任务61.4.2工程规模61.4.3主要建筑物71.5 建筑材料7第二章工程的总体布置82.1设计依据82.2工程总体布置82.2.1坝轴线选择82.2.2挡水方案选择92.2.3坝型92.3工程总体布置92.3.1闸坝布置92.3.2主要建筑物特征值和设计参数9第三章冲沙闸设计133.1冲沙闸的位置133.2冲沙闸的型式选择133.3冲沙闸的组成143.4闸孔尺寸的设计153.4.1底板高程确定153.4.2设计流量153.4.3闸孔尺寸的确定153.5冲沙闸防渗及排水163.5.1底板163.5.2厚度163.5.3铺盖163.5.4排水、止水163.5.5防渗长度验算173.5.6闸底轮廓布置图173.6闸室布置173.6.1闸底板173.6.2闸墩173.6.3胸墙183.6.4闸门和启闭机183.6.5工作桥、检修便桥193.6.6闸室的分缝和止水203.6.7上下游连接建筑203.7水力计算203.7.1渗流计算203.7.2消能防冲设计213.8闸室稳定计算243.8.1设计情况及相应荷载组合243.8.2荷载计算及地基应力计算25第四章溢流坝设计314.1泄水方式的选择314.2 溢流坝剖面拟定314.3消能防冲设计334.3.1 确定消能形式334.3.2消力池的设计344.4溢流坝的荷载组成和稳定计算374.4.1荷载计算374.4.2坝体抗滑稳定计算384.5溢流坝应力分析38第一章 基本资料1.1工程背景渭河是黄河最大的一级支流，源于甘肃省渭源县的乌鼠山，途经甘肃的陇西、甘谷、天水、自风阁岭进入陕西境内，流经甘肃、宁夏、陕西三省26个县（市），全长818km，总流域面积6.24万km2。于陕西潼关港口东汇入黄河，是黄河的最大一级支流，也是陕西关中的母亲河。陕西境内渭河干流长502km，流域面积3.32万km2，分别占渭河全长和总流域面积的61.4%和53.2%。它是关中地区最主要的地表水资源河流。 渭河流经甘肃、宁夏、陕西三省（区），甘肃省境内流域面积占林家村以上总面积的87.59%，宁夏占11.07%，陕西境内占1.3%。宝鸡峡林家村引水枢纽以上陕西境内渭河干流长70km，平均比降3.5，地处深山峡谷，河道蜿蜒曲折，蕴藏着丰富的水能资源，紧水滩是该段渭河干流上的梯级开发中的水电站之一，电站坝址以上控制流域面积是29874.80km2。电站工程南靠310国道，北邻陇海铁路对外交通便利、快捷。110kv输电线路和10kv供电线路均通过或到达电站区域，电站并网和施工用电方便。河道中工程建设所需的石子、砂子储量丰富，可以就近采用，而邻近的山体均为花岗岩，亦可就地开采使用。因此，地材价格低，可降低工程造价。有线电话已到达工程所在地附近，通讯工程造价低。由于陇海复线和310国道施工时建有大量临设，稍加修整即可使用，也可降低临设费用。总之，该水电站的开发建设，经营管理所需的基本条件已经具备。随着改革开放的深入发展，经过20多年的建设，当地经济也得到了长足的发展，但与东部、南部省市相比，与全国平均水平相比仍有较大的差距。在中央西部大开发战略决策感召下，宝鸡市各县（区）、乡各级政府，决心开发当地资源，把资源优势转化为经济优势，确定新的经济增长点，带领群众实现奔小康目标。而紧水滩水电站工程就是陈仓区、宝鸡市政府确定的招商引资项目，为该项目的建设提供了多项优惠政策和方便条件。1.2水文资料紧水滩枢纽布置在坪头镇上游3.2km的渭河主干流上，在小水河汇入口下游1.8km处。电站坝址以上控制流域面积29874.80km2，其下游28km处有林家村水文站，控制流域面积30661km2，该区间流域面积786.2km2 ，占林家村水文站以上流域面积的2.56%。林家村水文站建于1934年，至今已有68年的径流、洪水、泥沙系列资料（19342001年）。我们可以林家村水文站作为参证站，对紧水滩水电站进行水文分析。1.2.1径流量采用水利年（109月）对林家村水文站进行径流分析，经径流还原后，用皮-曲线适线。再将林家村水文站径流分析成果按面积比拟法折算到紧水滩水电站坝址处，紧水滩水电站径流成果详见表1-1。表1-1 年径流成果表站名统计参数各种频率年径流量（亿m3）wcvcs20%30%50%70%80%90%林家村23.70.40.831.127.622.41815.612.6紧水滩23.090.40.830.3026.8921.8317.5415.2012.281.2.2 洪水根据林家村（19442001）58年系列洪水资料，加1933年历史调查洪水q=6890 m3/s，进行频率分析采用皮-型频率曲线目估适线，得出林家村水文站不同频率的洪峰流量，再用面积比拟法换算到紧水滩水电站坝址处，其洪水成果详见表1-2。表1-2 洪峰流量成果表站名各种频率年径流量（m3）0.1%0.33%0.5%1%2%3.3%10%林家村9782799573786356534646263072紧水滩96147858725162475254454730191.2.3 泥沙林家村水文站每年平均悬移质输沙量为1.5771亿t，推移质输沙量为0.0287亿t。1.3工程地质电站工程区域无大的地质构造。坝址处河道为砂卵石覆盖层，基岩埋深1726.7m，其岩性为花岗岩；两坝肩为花岗岩山体，坝基磨擦系数为0.450.5。该段河谷部宽150300m，常水河靠右岸发育，宽3845m，河床高程679683m，河漫滩表面高程682.31686.59m，河床漫滩堆积的卵石层厚度13.022.1m。左坝肩山坡岩石体裸露，坡面倾角4050度。右坝山坡高呈687.0m以下岩体裸露，岸坡陡立，以上为黄土斜坡，坡面角度20度左右，无不良物理地质现象。工程区抗震设防烈度为7度，基本地震加速度为0.2g。建筑场地类别为类。1.4工程任务和规模1.4.1工程任务 充分开发利用水能资源,带动当地经济发展；电站所发电量输入国家电网，在增加当地电力电量的同时，电站也取得一定的经济效益。1.4.2工程规模 紧水滩是座低坝引水式电站，有日调蓄能力。电站拦水坝顶高程689.0m，尾水位675.74m，设计水头13.4m。按长系列分析确定的典型年逐日计算出力和发电量，最终确定装机容量9600kw，多年平均发电量4083万kwh，年利用小时数为4192h。根据sl2522000水利水电工程等级划分及防洪标准和gb5020194防洪标准规定，紧水滩水电站装机容量为9600kw，为五等工程，即小（二）型水电工程，其主要建筑物为5级建筑物。1.4.3主要建筑物拦水溢流坝：重力式溢流坝，坝顶高程689.0m，坝底高程679.0m，溢流坝面长度155m。泄水建筑物：冲沙闸进口底板高程679.0m，闸孔5.04.5m。1.5 建筑材料砼骨料：石子和砂。石子：坝区及尾水附近河道中储有丰富的石子，只要加以筛选即可取得。工程所需少量的破口石，将河床中的漂石粉碎而成。河中卵石其岩性为石英岩及花岗岩，质地坚硬，理想的砼骨料。砂子：采于工程区河道中，只要加以筛选就可得到。砂子储量丰富，就近采用。块石：工程区附近山体均为花岗岩，储量丰富，开采方便，运距小。第二章 工程的总体布置2.1设计依据根据防洪标准（gb5020194）及水利水电工程等级划分及洪水标准（sl2522000）规定，紧水滩水电站装机9600kw，为小（2）型水电工程，工程为类工程，该工程中溢流坝、冲沙闸、引水洞、电站工程等主要建筑物为5级、次要建筑物及临时建筑物亦为5级。溢流坝挡水高度低于15m，且上、下游水头差小于10m，其洪水标准按“平原区水利水电工程永久性水工建筑物洪水标准”选定为：紧水滩水电站枢纽设计洪水标准为10年一遇，相应洪峰流量q=3019m3/s，校核洪水标准为2050年一遇，相应洪峰流量为40195254m3/s。本次设计时校核洪水标准取30年一遇，相应洪峰流量q=4547m3/s。2.2工程总体布置2.2.1坝轴线选择根据已确定的坝线比选河段的地形地质条件，经过实际考察，在现场选定了三条坝轴线。如图2-1。图2-1 坝轴线拟定现分析如下： 22坝轴线，该坝轴线右岸较深，左岸平缓，宽度约188米，河床为沙卵石基础。 33坝轴线，该坝轴线右岸较深，左岸平缓，宽度约175米，河床为沙卵石基础。 44坝轴线，该坝轴线在22、33坝轴线上游，宽度约154米，位于河道转弯处，左岸较深，右岸平缓，水流湍急，水面横向坡度较大。 经综合分析认为：33坝轴线作为优选方案，该处河面宽度较小，水流平缓，对于修建低坝，地基不需要过大的开挖，左岸便于冲沙闸、引水闸的布设。拟定的33坝址，控制点坐标为：左岸x左6156.5187m，y左4622.4119m；右岸x右5981.5187m，y右4625.2503m。2.2.2挡水方案选择经水文资料分析及技术经济比较，确定电站挡水建筑物的正常挡水位为689.00m,采用溢流坝挡水。具体布置为:坝闸轴线总长度175m,左岸为冲沙闸和进水闸，冲沙闸段长20.0m,闸台顶高程694.6m；河槽溢流坝段长155.00m，溢流坝顶高程689.00m。2.2.3坝型紧水滩水电站坝址处于河段的转弯段，河道宽畅，基岩覆盖深厚，山体雄厚，洪水流量大，因而不具备修建堆石坝面板或土石坝的条件。建造目前流行的溢流坝具有明显优势，考虑到渭河泥沙量大以及洪水特性，溢流坝在类似河流上没有修建的先例。鉴于上述原因，本阶段选择混凝土重力坝作为本阶段的推荐坝型。2.3闸坝布置2.3.1闸坝布置紧水滩水电站位于宝鸡市陈仓区坪头镇周川村的，电站厂区位于渭河左岸，距上游枢纽约1.5km，工程区河段形成了一个“”形弯道，因此左岸和厂区其实为一单薄山梁所隔，在大坝上游沿左岸山梁底部开凿引水隧洞即可将上游来水引至厂房。由大坝将河床水位抬高6.9m,采用引水隧洞可取得3.5m毛水头，这样，既充分开发了渭河的水力资源，又充分利用了河流在这里形成弯道这一有利条件进行“裁弯取直”，这种开发方式合理，工程投资节省。根据工程区的地形地质条件和选定的主要建筑物形式，确定的工程总体布置为:大坝为混凝土重力坝，左岸为冲沙闸；左坝肩上游布置无压式进水口，由隧洞经进水闸和压力管道引水至厂房。 2.3.2主要建筑物特征值和设计参数（1）河道上游水位流量关系曲线本工程为紧水滩水电站提供站前雍高水位，以达到水电站发电所需要的水头，除了满足水电站发电用的水头要求，还要满足工程过水泄洪的要求。整个蓄水工程分为溢流坝和冲沙闸两个主要部分，必须满足冲沙闸泄洪冲砂的作用。根据工程经验，冲沙闸为河道断面的，现在拟定冲沙闸的总长度为20m，溢流坝坝长为155m。冲沙闸为宽顶堰上的闸孔出流，应用闸孔出流公式（21）（21）式中：q为冲沙闸的总流量m3/s；为闸孔的流量系数；为闸门垂向收缩系数；为闸孔的流速系数； e为闸孔的开度；b为闸孔宽度，b=15m；g为重力加速度，m/s2；为堰上总水头，m；溢流坝为实用堰的自由出流，应用公式（22）（22）式中：q为溢流坝的总流量m3/s；m为溢流坝的流量系数m=0.48；为侧收缩系数，；为淹没系数，对不淹没流，=1.0；b为溢流坝宽度，b=155m；g为重力加速度，m/s2；为堰上总水头，m；闸坝过流能力计算表如表2-1。 表2-1 坝闸泄流能力计算成果表高程（m）水头（m）q坝(m/s)h0（m）e/h0u1q闸(m/s)q总(m/s)6901296.60 110.409 0.6330.518 513.33 809.93 6912838.90 120.375 0.630.523 541.73 1380.63 69231541.16 130.346 0.6270.527 568.18 2109.34 69342372.77 140.321 0.6260.532 594.61 2967.37 693.14.12462.30 14.10.319 0.6250.531 596.42 3058.72 693.24.22552.93 14.20.317 0.6250.532 599.06 3151.99 69453316.04 150.300 0.6250.535 619.75 3935.79 694.45.43721.82 15.40.292 0.6240.536 628.94 4350.76 694.55.53825.68 15.50.290 0.6240.536 631.43 4457.11 694.65.63930.49 15.60.288 0.6240.537 633.91 4564.41 69564359.05 160.281 0.6230.538 642.83 5001.88 69675493.03 170.265 0.6220.540 665.77 6158.80 69786711.20 180.250 0.6220.543 688.82 7400.01 69898008.09 190.237 0.620.544 709.02 8717.11 由计算表得出上游设计水位为693.00m，此时的实际过流流量为2967m，设计洪水（10年一遇）流量为3019m。校核水位为694.60m，此时的实际过流流量为4564m，校核洪水（30年一遇）流量4547m，误差都小于5%。正常挡水位为689.00m。（2）河道下游水位流量关系曲线天然情况下各断面水位流量关系曲线采用均匀流计算公式（23）： （23）式中：a为断面过水面积，c为谢才系数，c=r1/6/n，n为糙率，r为水力半径，j0为河道断面处纵向比降。根据坝址和尾水河段处纵向比=3.5和糙率n=0.027，可分别得下游河道不同水位对应的下泄流量关系表2-1和下游河道水位流量关系曲线如图2-2。表2-2 下游河道不同水位对应的下泄流量关系表水位（m）过水面积a（）周长（m）水面长度（m）湿周（m）水力半径r（m）燥率n坡底i流量模数k流量q（m）67800000.00 0.0270.00350.00 0.00 67953.5125.762.7630.85 0.0270.00351776.91 105.12 680125.7166.382.683.71.50 0.0270.00356105.36 361.20 681260.52761371391.87 0.0270.003514665.81 867.64 682399.1283.5140143.52.78 0.0270.003529232.85 1729.44 683515.8290.5143147.53.50 0.0270.003544012.61 2603.82 683.1556.6291143.3147.73.77 0.0270.003549921.53 2953.40 683.2557.8292143.8148.23.76 0.0270.003549988.29 2957.35 683.3583.7292.7144148.73.93 0.0270.003553795.39 3182.58 6846872981461524.52 0.0270.003569556.08 4114.99 684.1700.3299146.8152.24.60 0.0270.003571751.89 4244.90 684.27153001471534.67 0.0270.003574020.50 4379.11 684.3730300.8147.6153.24.77 0.0270.003576559.98 4529.35 6858233081511575.24 0.0270.003591982.00 5441.73 686965326159.6166.45.80 0.0270.0035115366.45 6825.17 图2-2 紧水滩水电站坝址天然水位流量关系曲线（下坝址）由计算表得出下游设计水位为683.30m，此时的实际过流流量为3182.58m，设计洪水（10年一遇）流量为3019m。校核水位为684.30m，此时的实际过流流量为4529.35m，校核洪水（30年一遇）流量4547m。综上所述，设计洪水（10年一遇）流量q=3019m3/s时，相应上游设计洪水位693.00m，下游设计洪水位683.30m。校核洪水（30年一遇）流量q=4547m3/s时，相应上游校核洪水位694.60m，下游校核洪水位684.30m。地震设防烈度为7，地震动峰值加速度0.2g。砂卵石地基磨擦系数0.450.5，承载能力280350kpa。第三章 冲沙闸设计3.1冲沙闸的位置闸址选择关系到工程建设的成功和经济效益的发挥，是设计中的一项重要内容。应根据冲沙闸的功能、特点和运用要求，以及区域经济条件，综合考地形、地质、建筑材料、交通运输、水流、潮汐、冰情、泥砂、施工、管理、周围环境等因素，经技术经济比较确定。闸址应选择在地形开阔、岸坡稳定、岩土坚实和地下水位较低的地点。闸址应选用地质条件良好的天然地基。壤土、中砂、粗砂、砂砾石适与作为水闸的地基。尽量避免淤泥质土和粉砂、细砂地基，必要时，应采取妥善的处理措施。冲沙闸应选择在河道顺直、河势相对稳定和河床断面单一的河段，或选择在弯曲的河段采弯取直的新开河道上。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，同时还应考虑水闸建成后工程管理维修和防洪抢险等条件。水闸中心线的布置应考闸室与两岸建筑物均匀，对称的要求。拦河闸的中心线一般应与河道中泓线相吻合。通过33坝址左岸观察，左岸河床比较平坦，地基坚实所以将冲沙闸设置在左岸。33坝址截面图如图31所示。图3-1 33坝址河道剖面图3.2冲沙闸的型式选择闸室按结构形式可分为：开敞式水闸和涵洞式水闸。（一）开敞式水闸闸室上面不填土封闭的水闸。一般有泄洪、排水、过木等要求时，多采用不带胸墙的开敞式水闸，多用于拦河闸、排冰闸等。当上游水位变幅大，而下泄流量又有限制时，为避免闸门过高，常采用带胸墙的开敞式水闸，如进水闸、排水闸、挡潮闸多用这种形式。（二）涵洞式水闸闸身上面填土封闭的水闸，又称封闭式水闸。常用于穿堤水或排水的水闸。洞内水流可以是有压的或无压的。综合考虑该工程特点，下泄流量有限制，为避免闸门过高，采用有胸墙的开敞式水闸。（三）闸孔形式的选择闸孔形式一般有宽顶堰型、实用堰低型和胸墙孔口型三种。1宽顶堰型。这是水闸最常用的底板结构形式。主要优点是结构简单、施工方便、泄流能力比较稳定，有利于泄洪、冲沙、排淤、通航等；其缺点是自由泄流时流量系数小，容易产生波状水。2实用堰低型。有梯形、曲线型和驼峰型。实用堰型自由泄流时，流量系数较大，水流条件较好，选用适宜的堰面形式可以消除波状水。但泄流能力受尾水位变化的影响较为明显，不稳定。3胸墙孔口型。这种堰可以减小闸门高度和启门力，也可降低工作桥高和工程造价。根据各种形式的适用条件，综合考虑该工程特点，河道冲砂，闸前的泥沙要靠开闸放水排到下游河床，考虑到挡水高度较大，对于闸上水位变幅较大高水位时需要关闸挡水，挡水位高于泄水运用水位，防止闸下冲刷，既不影响过水能力，又可减小闸门高度和启闭力。因此，工程采用胸墙孔口式水闸。3.3冲沙闸的组成冲沙闸由上游连接段，闸室段和下游连接段三部分组成。（一）上游连接段上游连接段的主要作用是引导水流平稳地进入闸室，同时起防冲、防渗、挡土等作用。一般包括上游翼墙、铺盖、护底、两岸护坡及上游防冲槽等。上游翼墙的作用是引导水流平顺地进入闸孔并起侧向防渗作用。铺盖主要起防渗作用，其表面应满足抗冲要求。护坡、护底和上游防冲槽（齿墙）是保护两岸土质、河床及铺盖头部不受冲刷。（二）闸室段闸室是水闸的主体部分，通常包括底板、闸墩、闸门、胸墙、工作桥及交通桥等。底板是闸室的基础，承受闸室的全部荷载，并比较均匀地传给地基，此外，还有防冲、防渗等作用。闸墩的作用是分割闸孔，并支承闸门、工作桥等上部结构。闸门的作用是拦水和控制下泻流量。工作桥供安置起闭机和工作人员操作之用。交通桥的作用是连接两岸交通。（三）下游连接段下游连接段具有消能和扩散水流的作用。一般包括护坦、海漫、下游防冲槽、下游翼墙及护坡等。下游翼墙引导水流均匀扩散兼有防冲及侧向防渗作用。护坦具有削能防忡作用。海漫的作用是进一步消除护坦出流的剩余动能、扩散水流、调整流速分布、防止河床冲刷。下游防冲槽是海漫末端的防护设施，避免冲刷向上游扩展。3.4闸孔尺寸的设计3.4.1底板高程确定底板高程与水闸承担的任务、泄流或引水流量、上下游水位及河床地质条件等因素有关。闸底板应置于较为坚实的土层上，并应尽量利用天然地基。在地基强度能够满足要求的条件下，底板高程定得高些，闸室宽度大，两岸连接建筑物相对较低。对于小型水闸，由于两岸建筑物在整个工程中所占比重较大，因而适当降低底板高程，常常是有利的。当然，底板高程也不能定的太低，否则，由于单宽流量加大，将会增加下游消能防冲的工程量，闸门增高，启闭设备的容量也随之增大。另外，基坑开挖也较困难。选择底板高程前，首先要确定合适的最大过闸单宽流量。它取决于闸下游河渠的允许最大单宽流量。河床质全为砂卵石，一般情况下，拦河闸的底板顶面与河床齐平，即闸底板高程679.0m。3.4.2设计流量采用经验频率3%的日平均流量300m3/s，作为常水河槽得造床流量（接近经验频率90%的洪峰流量308m3/s）。结合施工导流需要，将造床流量增加20%裕度，以380 m3/s作为冲沙闸的设计流量。当冲沙闸底板高程为679.0m，闸前水位平坝顶高程689.0m时，冲沙闸全开泄量380 m3/s。3.4.3闸孔尺寸的确定冲沙闸采用的是宽顶堰,拟定为3孔，闸门尺寸为54.5，e=4.5m,=10m，开度为，故为孔流,闸门总净宽为53=15m。冲沙闸采用宽顶堰上面的闸孔出流公式（31） （31）式中：q为冲沙闸的总流量m3/s；为闸孔的流量系数；为闸门垂向收缩系数；为闸孔的流速系数； e为闸孔的开度；b为闸孔宽度，b=15m；g为重力加速度，m/s2；为堰上总水头，m；查表=0.639；=0.95；=0.512，g=9.81；则q=484m3/s冲沙闸下泄流量大于冲沙闸设计流量，故拟定的闸孔尺寸满足设计要求。3.5冲沙闸防渗及排水3.5.1底板冲沙闸选用整体式底板，为了保证闸底底板的整体性、坚固性、抗渗性、耐久性，闸室采用钢筋混凝土结构。底板顺水流方向长度l. 底板既是闸室的基础，又兼有防渗、防冲刷的作用。它既要满足上部结构布置的要求，又要满足稳定及本身的结构强度等要求。根据闸上结构布置及地基承载力两方面的要求综合考虑，闸底板长度可按水利水电工程专业毕业设计指南中的经验公式（32）计算：（32）式中 a系数，对于砂砾石和砾卵石地基可取1.52.5，对于砂土、砂壤土地基可取2.03.5，对于粘壤土地基可取2.04.0，对于黏土地基可取2.54.0，本工程地基为砾卵石，取a=2 h上、下游最大水头差 （m）由计算得到挡水建筑物上下游水头情况如表3-1 。表3-1 挡水建筑物水头差项目上游水头（m）下游水头（m）水头差（m）正常挡水位689.0010设计洪水位693.0683.39.7校核洪水位694.6684.310.3 l=2h=20m，所以顺水流方向长度l=20m。底板混凝土强度等级应满足强度，抗渗及防冲要求，选用c20。3.5.2厚度根据经验底板厚度为（）单孔静跨。所以取d=0.8m。底板构造，底板采用钢筋混凝土结构，上下游两端各设0.5m深的齿墙插入地基，齿墙长度0.5m，齿墙与闸底板连接采用1：1斜坡，底板分缝中设以v型铜片止水。3.5.3铺盖铺盖采用钢筋混凝土结构，其长度一般为24倍闸上水头，取15m。铺盖厚度为0.5m,铺盖上游设0.5m深齿墙嵌入地基，其头部不再设防冲槽，为了防止上游河床的冲刷，铺盖上游设块石护底，厚0.3 ，其下设0.2 厚的砂石垫层。3.5.4排水、止水为了减小作用于闸底板上的渗透压力，在整个消力池底板下布设砂砾石排水，其首部紧抵闸底板下游齿墙。闸底板与铺盖、铺盖与上游翼墙、上游翼墙与边墙之间的永久性缝中，均设以铜片止水。闸底板与消力池、消力池与下游翼墙、下游翼墙与边墙之间的永久性分缝，虽然没有防渗的要求，但为了防止闸基土与墙后填土被水流带出，缝中铺贴沥青油毛毡。3.5.5防渗长度验算初步拟定闸基防渗长度应根据水闸设计规范公式（33）： （33） 式中：l闸基防渗长度，即闸基轮廓线防渗部分水平段和垂直段长度的总和（m）； c 允许渗径系数，当反滤有效时，c=3； 上下游最大水头差（m），查表3-1；因此，l=310.3=31 m。实际闸基防渗长度l，即闸基轮廓线防渗部分水平段和垂直段长度的总和。l=19.4+22.6=42m，ll，防渗满足要求。3.5.6闸底轮廓布置图图3-2闸底轮廓布置图3.6闸室布置3.6.1闸底板闸底板：底板长度为20m，宽度为20m，厚度为0.8m。整体式底板，上下游各设0.5m深齿墙。 3.6.2闸墩闸墩为分离闸孔并支撑闸门，工作桥等上部结构，使水流顺利地通过闸室。应能满足过闸水流平顺，侧向收缩小，过流能力大的要求。本工程中闸墩有中墩、边墩两种，长度与闸底坂同长，长度为20m，上下游高程相同高为校核洪水位水位高度15.6m，其中中墩厚度为1.5m，边墩厚度为1.0m。中墩上下游做成10:1的竖坡，坡底于闸底板齐平。闸墩上设门槽（检修门槽、工作门槽），检修门槽设于上游，距离闸墩顶部2.5m处，槽深0.2m，宽0.3m。工作闸门门槽应设在闸墩水流较平顺的部位，以避免长生水流流态不好对闸门运行的不利影响。工作门选在距离闸墩顶部5m处的位置，工作门槽深0.3m，宽0.5m。闸墩上下游头部均为半圆形，墩r=0.75m。3.6.3胸墙胸墙采用梁板式。为保证吊闸门的钢丝不浸与水中，胸墙设在工作闸门的上游侧，胸墙顶高程与闸顶高程取15.6m，胸墙底部高程为不影响引水为准，取4.3m，故胸墙高度为11.3m。胸墙高度为11.3m大于5m，增设中梁。板厚0.15m。顶梁高0.4m，宽0.4m，中梁高0.5m，宽0.5m，底梁高0.6m，宽0.6m。竖梁6根，梁高0.5m，梁宽0.5m。由于闸底采用的是整体式闸底板，胸墙采用钢筋混凝土板梁式结构固接于闸墩上。3.6.4闸门和启闭机闸门按其工作性质的不同，可分为工作闸门，事故闸门和检修闸门等。工作闸门又称主闸门，是水工建筑物正常运行情况下使用的闸门。事故闸门是在水工建筑物或机械设备出现事故时，在动水中快速关闭孔口的闸门，又称快速闸门。事故排除后充水平压，在静水中开启。检修闸门用以临时挡水，一般在静水中启闭。一般水闸多采用工作闸门和检修闸门。（一） 工作闸门工作闸门又称主闸门，时水工建筑物正常运行情况下使用的闸门。用以抬高水位，泄洪时开启，控制流量。1）按构造形式分类，可分为平面闸门、弧形闸门等。弧形闸门与平面闸门比较，其主要优点是启闭力小，可以封闭大面积的孔口；无影响水流态的门槽，闸墩厚度较薄，机架桥的高度较低，埋件少。它的缺点是需要的闸墩较长；不能提出孔口以外进行检修维护，也不能在孔口之间互换；总水压力集中于支铰处，闸墩受力复杂。2）按制作材料分，可分为钢闸门，混凝土闸门或钢丝网水泥闸门，木闸门及铸铁闸门等。钢闸门门体轻，一般用于大、中型水闸，混凝土或钢丝网水泥闸门可以节省钢材，不需要除锈。铸铁闸门抗锈蚀、耐磨性较好，止水效果也好，但由于材料抗弯强度低，性能又脆，仅在低水头小孔径水闸中使用。木闸门耐久性差，已日趋不用。根据设计要求，本设计采用平面钢闸门，尺寸为5.0m4.5m。（二）检修闸门作用用以临时挡水，检修工作闸门时用。多采用叠梁式。平时不用时放置一旁。闸门槽深为20cm，宽为30cm。（三）启闭机的选择1）启闭机的类型启闭机可分为固定式和移动式两种，常用固定式启闭机有卷扬式，螺杆式和油压式。卷扬式启闭机启闭能力较大，操作灵活，启闭速度快，但造价高。螺杆式启闭机简便、廉价，适用于小型工程、水压力较大、门重不足情况等。油压式启闭机是利用油泵产生的液压传动，可用较小的动力获得较大的启闭力，但造价高。在有防洪要求的水闸重，一般要求启闭了迅速可靠，能够多孔同步开启，这里采用卷扬式启闭机，一门一机。2）启门力的计算 根据水工设计手册中的近似公式（34）、式（35）计算： （34） （35）式中 p平面闸门的总水压力，kn，得3）闭门力的计算根据水工设计手册中的近似公式（36）计算： （36）可求得0,表明水闸自己靠自重就可以自然关闭。由于闸门关闭挡水时，水压力p值最大。此时闸门前水位为10m，本设计的水闸为中型水闸，系数采用0.10。经计算fq=206.54kn，fw=-8.5kn。查水工设计手册，选用电动卷扬机型号qpq225。工作参数如下表3-2。表3-2 qpq平面闸门启闭机的主要参数启闭机型号启闭力（t）启闭高度（m）吊距（m）重量（kg）qpq22522592.5853003.6.5工作桥、检修便桥（1）工作桥：工作桥是供设置启闭机和管理人员操作时使用。其高度应保证闸门开启后不影响泄放最大流量，并考虑闸门的安装及检修吊出需要。工作桥应尽量靠近上游侧，为了安装、启闭和检修方便，应设置在工作闸门的正上方。其机座尺寸可根据启闭机型号来确定。取工作桥净宽为4m,工作桥为板梁式结构，预制装配。高程为15.6m。（2）检修便桥：为方便检修，观测在检修门槽处设置检修便桥，桥宽2.0m,桥身结构仅为两根嵌置于闸墩内的钢筋混凝土简支梁。3.6.6闸室的分缝和止水分缝： 为避免相邻结构由于荷重相差悬殊产生不均匀沉降，要设缝分开，如铺盖与底板、消力池与底板、以及铺盖、消力池与翼墙等连接处都要分别设缝。此外，混凝土铺盖及消力池本身也需设缝分段、分块。止水：边墩与翼墙间及上游翼墙本身设置铅直止水；铺盖、消力池与底版和翼墙、底板与闸墩间以及混凝土铺盖及消力池本身设置水平止水。3.6.7上下游连接建筑1）上游段连接建筑物上游连接段包括：在两岸设置的翼墙和护坡，在河床设置的防冲槽、护底及铺盖，用以引导水流平顺地进入闸室，保护两岸及河床免遭水流冲刷，并与闸室共同组成足够长度的渗径，确保渗透水流沿两岸和闸基的抗渗稳定性。上游段连接建筑物采用斜降翼墙，从铺盖处开始,至末端与河底齐平。铺盖外侧填土至高程3.0米处。由于基墙高度为4米，所以采用的挡土墙形式为重力式。2）下游段连接建筑物下游段连接建筑物采用铅直斜降翼墙和圆弧式斜降翼墙。由闸墩开始,至防冲槽为止，采用铅直斜降翼墙，翼墙外侧填土，与两岸齐平。从防冲槽开始采用圆弧式斜降翼墙，末端插入两岸，形成喇叭形出水口。因为基墙高度不高，所以采用的挡土墙形式为重力式。3.7水力计算3.7.1渗流计算计算闸底板各点的渗透压力；验算地基土在初步拟定的地下轮廓线下的渗透稳定性。计算方法有直线比例法、流网法和改进阻力系数法。对于地下轮廓线比较简单，地基又不复杂的中、小型工程，采用直线比例法；直线比例法是假定渗流沿地下轮廓流动时，水头损失沿程按直线变化，求地下轮廓各点的渗透压力。直线比例法有勃莱法和莱因法两种。（1）勃莱法将地下轮廓予以展开，按比例绘一直线，在渗流开始点作一长度为hx的垂线，并由垂线顶点用直线和渗流溢出点相连，即得地下轮廓展开成直线后的渗透压力分布图。任一点的渗透压力hx，可按比例求得：hx=hx/l（2）莱因法 根据工程实现，莱因法认为水流在水平方向和垂直方向流动，削能的效果是不一样的，后者为前者的三倍。在防渗长度展开为一直线时，应将水平渗径除以3，再与垂直渗径相加，即得折算后的防渗长度，然后按直线比例法求得各点渗透压力。3.7.2消能防冲设计水流经过水闸流向下游时，因具有较大的上下游水位差，同时闸孔宽度一般都小于上下游河宽，使过闸水流比较集中，单宽流量加大。因此过闸水流具有较大的动能，若不采取适当的消能防冲措施，势必冲刷下游河道，甚至威胁水闸安全。根据水闸的运行要求，其上下游水位、过闸流量以及泄流方式等常常是复杂多变的，因此，水闸闸下消能防冲设施必须在各种可能出现的水力条件下，都能满足消散动能、扩散水流的要求，且应与下游河道有良好的衔接。过闸水流特点：（1）出闸水流流速较大，紊动强烈。（2）闸上、下游水位多变，出流形式多变，闸门开启程序也有变化。因此，底流式消能要求修筑的消力池或其他形式的消能方式，应在可能发生的工作情况下，都能满足水跃共轭水深的要求。（3）当水闸上、下游水位差小时，过闸水流会在下游形成波状水跃，消能效果不佳，挟有余能的水流会冲刷下游渠道，影响渠道稳定性。（4）多孔水闸常因闸门的开启不当，形成折冲水流，冲毁消能防冲设施和下游渠道，若上游渠道不顺直，来水流势不匀称，或下游翼墙布置不当，扩散角太大，也极易形成折冲水流。故在设计水闸的消能防冲设施的同时，必须做好总体布置，同时应制定合理的闸门控制调度方案。底流式消能可用于各类地基上中、低水头的各类泄水建筑物，在水闸工程中应用非常普遍。底流式消能方式通常为消力池，消力池的作用是促成水跃，并保护地基免受冲刷。其主要方式有三种：深挖式消力池，即降低护坦高程所形成的消力池。尾坎式消力池，即护坦高程不降低，在其末端修筑消能坎形成的平底消力池。综合式消力池，是一种常用的、既有深挖又筑有低坎的消力池型式。本次冲沙闸采用深挖式消力池。（一） 消力池的设计消力池计算简图图3-3如下： 图3-3 消力池计算简图1）冲沙闸的单宽过水流量：应用迭代公式（37）求得收缩断面水深。 （37）式中 hc 收缩水深，(m) ； 上游总水头 (m)；q单宽流量 (m/s) ；闸孔流速系数，取0.95。将已知带入迭代公式（34）中得：迭代计算求得 =2.75m，计算收缩断面的佛汝德数 ；收缩断面对应的跃后水深： 下游水深是=4.3m。因为，在自然衔接时将发生远驱式水跃衔接，故需要修建降低护坦式消力池。由公式（38）、（39）， （38） （39）式中 d消力池深度（m）； 水跃淹没系数，=1.05；跃后水深；q过闸单宽流量（m2/s）； 出池落差（m）;ht 出池河床水深； 池末水深； 闸流流速系数。 为便于计算将（39）带入（38）整理后的上式左端为池身d的函数，可令。右端为某个常熟，可令。假设池身d值对函数进行试算，当某个代入的d值使=c时，此d值即为所求池深。本工程中 对试算的数据如下表3-3。表3-3 池身试算表d（m）q（m）v0（m/s）e0（m）hc1（m）frhc1（m）ht（m）f(d)1.539.62.555 14.333 2.7632.753 9.464 9.937 9.246 1.639.62.538 14.328 2.7642.751 9.461 9.934 9.144 1.739.62.522 14.324 2.7652.750 9.459 9.932 9.042 1.839.62.506 14.320 2.7652.750 9.459 9.932 8.942 可取池深d=1.7m。2）求池长：由式（310）、（311）、（312） （310） （311）（312）式中 消力池长度，m；消力池斜坡段水平投影长度，m；收缩断面算起的消力池长度，m；水跃长度，m。总长度故确定的池深为1.7m，总池长为39.6。3）消力池底板厚度计算消力池有抗冲要求时，消力池底板厚度可根据抗冲和抗浮要求分别按水闸设计规范公式计算，并取其大值。由于本水闸闸底板是整体式，因而不用计算抗浮。抗冲满足要求经计算，取消力池底板厚为1.0m，前后等厚。在消力池底板的后半部设排水孔，孔径为5cm，间距为1m，孔下铺设反滤层，排水孔呈梅花形布置，孔内填以砂、碎石。（二）海漫设计水闸设计规范中海漫长度计算公式为：（313）式中 海漫长度（m）；消力池末端单宽流量；海漫长度计算系数，本工程河床土质为粉质黏土，因而。经计算，取海漫的长度为106.8m.取海漫长度为107m,使用厚度为40cm的块石材料，前10m采用浆砌石，剩余采用干砌石，浆砌石海漫上设排水孔，干砌石海漫上设浆砌块石埂，断面尺寸为40cm60cm，底部铺设15cm厚的砂砾垫层。3.8闸室稳定计算