毕业设计（论文）-濂水河水闸设计说明书.docx

山东科技大学毕业设计摘 要水闸是灌排工程的主要建筑物之一，它是一种利用闸门进行挡水或泄水的低水头水工建筑物，既可控制流量又可调节水位。关闭闸门时，它可拦洪蓄水，挡潮或抬高闸前水位；开启闸门时，又可泄洪排涝或对下游河道或渠道供水。本设计主要设计一座节制闸。包括水闸的总体布置、水力计算、闸室布置、闸室稳定验算、结构计算、配筋等。关键词：水闸、闸室、平面闸门、防渗排水、稳定分析、应力分析AbstractFloodgate is one of the main building of irrigation and drainage engineering, and it is a kind of using gate to block water or drainage, low head hydraulic structure can control the flow and water level can be adjusted. When closing the floodgate, it can hold water, block the tide or raise the water level before the lock. When opening the sluice gate, it can also flood discharging, drainage or water the downstream channel or channel. This design mainly designs a moderation brake. Including the overall layout of the floodgate, hydraulic calculation, gate arrangement, chamber stability checking, structural calculation, reinforcement etc. Keywords: floodgate, gate chamber, sluice gate ,anti seepage and drainage, stability analysis , stress analysis目 录第一章 基本资料与总体布置11.1濂水河水闸设计原始数据11.1.1设计概况11.1.2地形情况11.1.3工程地质情况11.1.4水文气象21.1.5交通情况31.1.6设计数据31.2 总体布置41.2.1 水闸类型41.2.2 布置要点4第二章 水闸水力计算52.1 闸孔设计52.1.1上下游水位确定52.1.2 闸孔尺寸设计72.2.消能防冲设计102.2.1 节制闸工作特点：102.2.2消能设计条件112.2.3 水闸的消能方式122.2.4消力池设计132.2.5海漫设计172.2.6 防冲槽设计20第三章 防渗排水计算223.1防渗排水设计渗流计算223.1.1 闸基防渗设施布置233.1.2 闸基防渗长度校核263.1.3 排水设施设计31第四章 闸室及地基的抗滑稳定计算324.1闸室尺寸确定324.1.1闸室底板324.1.2 闸顶高程以及闸门高度324.1.3 启闭设备344.1.4 闸墩尺寸确定374.1.5 工作桥与交通桥374.1.6排架394.1.7分缝与止水394.2 闸室及地基的稳定计算404.2.1闸室各部分自重计算404.2.2闸室其他部分力计算414.2.3闸室其他部分力计算414.2.4 计算条件及荷载组合424.2.5完建期地基承载力验算434.2.6挡水期地基承载力及抗滑稳定性验算45第五章 结构应力分析495.1底板结构应力计算495.1.1计算方法选择495.1.2计算情况选择505.1.3不平衡剪力的计算505.1.4不平衡剪力的分配515.1.4单宽条板上的荷载计算525.1.5边荷载计算555.1.6底板内力计算575.1.7底板配筋计算625.2闸墩结构计算63第六章 两岸连接布置及上下游连接666.1连接的作用666.2连接的布置66参考文献68致 谢69附 录70附录1 外文文献70附录2 中文翻译75附录3 专题79VII第一章 基本资料与总体布置1.1濂水河水闸设计原始数据1.1.1设计概况濂水河水闸位于我国北方汉中盆地汉江右岸河畔上的一座中型水闸，其功用为拦蓄部分洪水，以补充地下水及解决农业灌溉用水。闸址位置：汉江为一古老河道，弯弯曲曲，选濂水河汇入汉中口为闸址较为适当，优点是地域开阔，工程布置在自然土基上，施工导流与主体工程施工无干扰，闸址基本在河道中心线上。其缺陷为上、下游连接段较长，工程量较大。工程规模：该水利工程按5年一遇洪水设计，20年一遇洪水校核，引渠边坡m=2，纵坡i=1/4000,渠底高程46.8米，设计流量Q 设129.4立方米秒。校核流量Q校=237立方米/秒，最高设计蓄水位51.6米，一次蓄水量50万立方米，灌溉农田面积3.5万亩。1.1.2地形情况闸区位于盆地地区，西高东低，地面坡度为140011000，东部为冲积平原，地势较平坦，地面坡度为1250014000。1.1.3工程地质情况在闸址范围内钻孔5个，孔深20米，总进尺100.9米，取原状样5个，散状样24个，标准贯入试验56个，作以上土样的物理力学试验及击实实验各一组。试验表明：闸基处土层为河湖相沉积物，N63. 5=11,地质自上而下划分为五个工程地质单元。第I 单元，表层为耕植壤土，厚1.0米，可塑。其下为壤土、黏土及砂壤土,总厚3.54.8米，底板标高在46.947.3米之间。第II单元,自上而下为淤泥质壤土、砂壤土、裂隙粘土，总厚度3.44.0米,底板高程在43.0643.08米，分布连续稳定。第III 单元, 岩性主要为淤泥质壤土,总厚2.54.2米，底版高程在39.340.3米,土质均匀,可塑.有自然孔洞,中高压缩性,顶部有零星分布的砂壤土,底部局部分布有黏土。第IV单元,岩性主要为砂壤土,夹薄层壤土,还有零星分布的细砂层,总厚度3.84.8米,底板高程35.636.8米。第V单元, 岩性主要为裂隙黏土和裂隙壤土,顶高程35.636.8米,分布稳定,局部夹薄层粉砂。闸底板高程与河床齐平在46.8米处,相当于第II 工程地质单元顶部,持力层影响范围内的第II、III、IV、V单元土的压缩性不均,一般土层为中偏低压缩性,建筑物主要持力层地基土为软塑的淤泥质壤土及连续分布的裂隙土。勘探范围内,地下水初见水位埋深3.54.3米，有微弱承压性,施工时注意预降地下水位,防止II,III单元土层破坏。1.1.4水文气象由水文分析,水闸以上流域面积877.7km2,其中山区471.3 km2,平原406.4 km2,年径流量95%年份有317万立方米,扣除60%沿途水量损失及0.7的不均匀系数,还有88.8万立方米,满足本闸一年一次蓄水量,保证灌溉效益。该区平均气温12度,年平均降雨量571毫米,最大降雨量1510毫米,最小降雨量129.5毫米,70%集中在7、8、9三个月,多年平均蒸发量931毫米,该区风速一般在4m/s,最大风速13m/s,吹程150 m,无霜期平均220天。1.1.5交通情况闸本身无专门交通要求,考虑农田耕作及水闸自身施工运行要求设人行便桥。1.1.6设计数据地基土壤物理力学性质及力学指标流限 WT=25.6% 渗透系数 KT=1.1x10-6 m/s塑限 WP=17.2% 凝聚力(室内值) C=2T/m2塑性系数 IP=8 内摩擦角(室内值) =16地基压缩模量E 90Kg/cm2 湿容重 r 湿=1.75T/m3含水量 W=31.3% 饱和容重 r饱.90T/m3孔隙比 e=0.73 干容重 r干=1.6T/m3地基承载力=15T/m2 浮容重 r浮=1.0T/m3闸底板与地基土摩擦系数 f=0.35 夯实回填土内摩擦角=25上下游引渠糙率 n=0.025 引渠底宽(上,下游) b=28m引渠边坡系数(上,下游) m=2 混凝土容重 r=2.4T/m3钢筋混凝土容重r=2.5T/m31.2 总体布置1.2.1 水闸类型濂水河水闸为中型节制水闸，关闭闸门时，它可拦洪蓄水，挡潮或抬高闸前水位；开启闸门时，又可泄洪，排涝或对下游河道或渠道供水。1.2.2 布置要点 水闸位置时应考虑的几个因素地基条件 是影响水闸总体布置的主要因素之一应尽可能选择土质密实，均匀。压缩性较小和承载能力较大的良好地基。此外，由于闸基土质的抗冲能力直接影响单宽 流量的选择和闸后消能防冲设备的设计，而地下水位的高低及承压水的有无对地基的稳定性和施工期的排水措施也有所影响，故在选择闸址时应考虑这些条件。水流条件 是另一主要因素闸的位置应使进闸和出闸水流平顺，防止上下游产生有害的冲刷和淤积。施工、管理条件 也是闸址选择时要考虑的一个因素要求有足够宽广的施工场地，并且尽可能使土方工程量最小。当水闸是整个枢纽的一个组成部分时，应就枢纽工程总体布置做方案比较，得出水闸最优位置，以达到技术上先进与经济上合理的要求。 第二章 水闸水力计算2.1 闸孔设计2.1.1上下游水位确定由Q校=237m3/s，工程枢纽为等工程，永久建筑物为3级。上游水位：在河道上建闸后，上下游将形成一定水头差，上游水位是由规划决定。由设计资料给出，该节制闸的最高设计蓄水位为51.6m。下游水位：因水闸上下游为人工开挖渠道，其表面糙率沿程不变，设渠道中无任何阻碍水流运动的建筑物，故下游可按明渠均匀流计算。作出渠道下游h下Q关系曲线， 用于在不同流量下，直接由该曲线查得下游水位。根据水力学公式（式2-1）式中： A明渠断面积i渠底线与水平线夹角正弦值 i=1/4000C谢才系数取下游蓄水位分别为1.0m，1.5m，2.0m，2.5m.直至达到校核流量为止。求得流量Q，列表如下其中：湿周X=b+2h（1+m2 )1/2 水利半径R=A/XC=(1/N)R1/6 N为粗糙系数，土槽无植物，故选N=0.025渠底宽度b=28m表2-1流量水位计算表H (m)A (m2)X (m)R (m)C (m0.5/s)Q (m3/s)1.030.032.50.939.518.01.546.534.71.342.035.72.064.036.91.743.858.42.582.539.182.145.385.73.0102.041.42.546.5117.73.5122.543.72.847.5154.14.0144.045.93.148.4195.24.5166.548.13.549.2240.2根据上表，绘制htQ曲线。如下图：图2-1 流量水位曲线图由htQ曲线查得当流量Q设=129.4m3/s时，下游水深为3.2m。由设计资料知:渠底高程为46.8m，故下游水位高程为46.8+3.2=50.0m。为减轻上游堤防负担，不允许过分抬高上游水位，故也选用较小的过闸水位差，一般采用0.1-0.3m本水闸初步选取上下游水位差为H=0.2m，故上游水位为上=下+H=50.00m+0.2m=50.2 m。2.1.2 闸孔尺寸设计2.1.2.1 闸孔型式选择水闸闸孔形式包括孔口型式（开敞式，胸墙式）和底板型式，底板型式有宽顶堰和低实用堰两种。宽顶堰结构简单施工方便，泄流能力稳定，有利于泄洪，冲沙，排於，排冰，通航，但自由泄流时，流量系数较小，下游易产生波状水跃。低实用堰有梯形堰，驼峰堰,WES冥曲线堰等几种堰形，其主要优点是自由泄流时流量系数较大，水流条件较好，合适的堰面曲线可消除波状水跃，使用于河床纵坡较大界限制下泄单宽流量，或有拦沙要求以及地基松软需降低底板底部高程将其置于坚硬土层上时。胸墙式适用于闸前或闸后水位变幅较大，高水位时不泄水而需关闭挡水，低水位泄流时的过闸流量控制闸孔净宽即挡水位高于设计与校核水位的情况，它既不影响水闸的泄洪要求，又可利用胸墙减小闸门高度和启闭力，降低工作桥高度，常用于沿江或沿海的排涝闸或挡潮闸。当河床抗冲能力差，水闸高水位泄流时需降低闸宽流量时也可采用。无上述特殊要求时大多采用开敞式水闸，有利于河流排沙，排水，过木，通航及迅速泄洪，尤其适用于拦河闸或分洪闸。本水闸位于平原地区，且上下游水位变幅较小，因此闸孔类型选择开敞式，堰型选择宽顶堰。2.1.2.2 闸孔尺寸设计条件按Q设=129.4m3/s设计，Q校=237m3/s校核，最高蓄水位51.6m下保证能泄出，即Q孔Q校。2.1.2.3闸孔总净宽B0计算水闸设计规范SL265-2001 5.0.3条规定：水闸闸孔总净宽应根据下游闸槛型式和布置，上，下游水位衔接要求，泄流状态等因素计算确定。这是水闸闸孔总净宽的 计算依据，水闸过闸水流流态主要有两种；一种是泄流是自由水面不受任何阻挡，呈堰流状态；另一种是泄流时水面受到闸门（局部高程）或胸墙的阻挡，呈孔流状态。在Q设=129.4 m3/s，闸门全开，按堰流计算。由水闸设计规范SL2652001 (A.0.2-1)、(A.0.2-1)得 （式2-2）0=0.877+（hs/H0-0.65）2 （式2-3）式中：淹没堰流的综合流量系数。Q过闸流量。下游水深。计入行进流速水头的堰上水深。=(2.8+23.4) 3.4=118.32m2m边坡系数，为斜坡与地面夹角的余弦值 过闸流量按Q设计算 时：下游水深hs=3.2m 上游水深H=hs+h=3.4m上游对应A=(b+mh)h=118.32m2 =129.4/118.32=1.09m/s =3.4+0.06=3.46mhs/ H0=0.9250.90查水闸设计规范知此水闸处于高淹没，闸孔总净宽可按(A.0.2-1)(A.0.2-2)计算(/-0.65)=0.953/ =129.4/（0.9533.2）=18.80 m式中：闸孔总净宽；（m） Q过闸流量；（/s）计入行进流速水头的堰上水深;（m）2.1.2.4闸孔数n，单宽bB0求出后，可根据水闸运用要求，闸门形式，启闭设备及闸门系列尺寸，确定水闸孔数n单孔净宽b。我国大型水闸多采用弧形钢闸门，孔宽b通常取812m，一般不宜小于8m，大中型水闸当采用平面钢闸门时，每孔净宽b一般为69m,小型水闸常采用钢筋混凝土或铁闸门，b一般为23m，当水闸孔数较少时，一般n6或8时，孔数n宜采用奇数，以便水闸对称开启，避免下游出现折冲水流，否则n取奇数或偶数均可。濂水河节制闸为中型水闸，平面钢闸门选闸孔宽度8m，n=B0/b3孔。设计流量计算时，上游水面宽度B=b+2mh=41.6m38/41.6=0.58 据实际经验0.50.85接近，满足宽度占比要求2.1.2.5校核下泄流量可根据闸门全开在最高蓄水位51.6m情况进行校核。此时上游水位H0=51.6-46.8=4.8m Q校=237m3/s，由htQ曲线得：hs=4.45m。(/-0.65)=0.954Q孔=B0=240.9534.45(29.81(4.8-4.45)1/2=267m3/sQ设=237m3/s 满足要求2.1.2.6闸室总宽B（不包括边墩）由水工设计手册P9表25-2-4，对于中等跨度闸孔，中墩取1.0m，边墩取0.8m,闸室总宽为：B=8.0321.0=26.0m图2-2 闸孔示意图 （单位m）2.2.消能防冲设计2.2.1 节制闸工作特点：闸孔出流有多种流态，在闸门控制泄水时，呈孔口自由出流或淹没出流状态；在闸门全开时，则呈淹没堰流状态。对宽顶堰式的平底板水闸：e/H0.65为堰流，可分为自由出流：当ht/H0 0.8时，。e/H 0.65，为孔流，按下游水深ht对泄流有无影响，可分为：自由出流： ,;淹没出流：,。e闸门开度；H闸前水深。按最高蓄水位计算，H=51.6-46.8=4.8m宽顶堰淹没系数查水力学p318表格收缩系数查水力学p329表格宽顶堰型闸孔出流基本流量系数0=2宽顶堰型闸孔自由流的流量系数=2（1-2e/H0)1/2流速系数=1/(c+)1/2 可取=0.95-1.0 2.2.2消能设计条件节制闸消能设计条件是：在保持闸上游最高蓄水位不变的情况下，若宣泄上游多余的来水量，则由闸门控制。此时上下游水位差最大，水的能量亦最大，因此必须设置消能设施。相应的下游水位可根据htQ曲线确定。求出闸门控制的下泄流量Q有曲线查得h下。蓄水时期上游的多余来水量是随时间变化的。因此，闸门控制的泄水的泄量也是经常变化的，这样就应对各种泄量进行下游消能计算。既对闸门不同的开启孔数及开启高度所对应的下泄量及不同的上下游水位差均应进行下游消能计算。但其最大的泄量是有限度的，不会超过闸下水位接近闸上最高蓄水位时下游河道所通过的流量，因此时闸已全打开，下游水深大，过闸水流为缓流，则不是消能设计条件。对三孔闸门，应采取中孔单开，两边孔同时开启及三孔同时开启的组合方式。其目的为保持水流对称，不致过大冲刷下游河床。而开启高度一般采用0.5m之倍数。闸门的初始开启高度（0.5m），往往是消力池深度和长度的控制因素。此时泄流量最小，下游水位最低，上下游水位差最大，水的冲刷能力最强。消能设计的目的是：当闸门按规定程序和方式开启时，必须保证闸下水流产生淹没式水跃。（条件）。确定消能设计条件，关键是在不同的泄量Q下，所对应的下游水深ht。显然， 最大时最不利。2.2.3 水闸的消能方式水闸的消能方式大致有下列三种类型：底流式消能、挑流式消能、面流式消能。（1）底流消能 ：是在建筑物下游采取一定的工程措施，控制水跃发生的位置，通过水跃产生的表面漩滚和强烈的滚动，以达到消能的目的。从而使收缩断面的急流与下游的正常缓流衔接起来。这种衔接方式由于高速流的主流在底部，故称为底流式消能。（2）面流式消能 ：当下游水深较大而且比较稳定时，可采取一定的工程措施，将下泄的高速水流导向下游水流的上层，主流与河床之间由巨大的底部漩滚隔开，可避免高速主流对河床的冲刷，余能主要通过水舌扩散，流速分布调整及底部漩滚与主流的相互作用而消除，由于衔接段中，高速的主流位于表层，故称为面流式消能。 （3）挑流式消能 ：利用下泻水流所夹带的巨大动能，因势利导将水流挑射至远离建筑物的下游，使下落水舌对河床的冲刷不会危及建筑物的安全。下泻水流的余能一部分在空中消散，大部分在水舌落入下游河道后被消除。我国北方为平原地区，平原地区水闸，由于水头较低且河床抗冲能力差，难以采用挑流消能。加上下游水位变幅往往较大，也无法采用面流消能。据刀叉资料统计，我国已建大、中型水闸工程基本均采用底流式水跃消能。底流消能可适应在较大范围内变动的过闸流量和下游水位，同时在平面上也易扩散， 故本设计采用底流式水跃消能。2.2.4消力池设计消力池的作用：是闸后水流产生稍淹没水跃，并保护水跃范围内的河床免受冲刷。2.2.4.1 消力池深度计算池深设计的任务是根据水闸泄流的最不利情况确定相应的池深，一是水流在池内形成稍淹没水跃。消力池深由设计规范附录B计算： （式2-4） （式2-5） （式2-6） （式2-7）式中： d消力池深度hc跃后水深ht下游水深Z出池水面落差q出闸单宽流量流速系数，一般采用0.95-1.0此处取0.95淹没系数池中跃前水深表2-2中孔单开时计算表ee/HQqhtZd0.500.100.620.310.6122.942.872.181.871.151.030.270.871.000.210.620.620.6144.405.552.892.271.701.190.430.901.500.310.630.940.6164.158.023.292.362.101.190.550.812.000.420.641.270.6282.1710.273.532.262.451.080.600.662.500.520.651.620.6298.1312.273.622.002.750.870.590.463.000.630.672.000.63111.3513.923.561.562.930.630.570.24表2-3双孔对称开时计算表ee/HQqhtZd0.500.100.620.310.6145.922.872.181.871.750.430.070.471.000.210.620.620.6188.845.552.892.272.570.320.090.371.500.310.630.940.61128.368.023.292.353.180.110.090.192.000.420.641.270.62164.4210.273.532.263.65-0.12表2-4三孔全开时计算表ee/HQqhtZd0.500.100.620.310.6168.822.872.181.872.24-0.06 由上面三个表格在三种不同工况下的计算结果得知，当开度e越大，所需要消力池深度越小。池身控制情况应发生在跃后水深与下游水深差值最大时，即中孔单开e=1.0m的情况，此时池深d=0.903m。故消力池池深取d=1.0m2.2.4.2消力池长度Lsj闸底板与挖深后的消力池之间常用1:31:4的斜坡连接（一般不陡于1:3，以免水流脱壁引起空蚀），一般认为水跃跃前断面位于斜坡最低点，由于消力池尾坎对水流的反击作用，一般认为池中水跃长度为自由水跃长度的0.70.8倍，因此消力池的总长度为：Lsj=LS+(0.70.8)Lj （式2-8）所以 Lsj=（34）d+(0.70.8)LjLS消力池斜坡段水平投影长度d消力池深Lj自由水跃长度 由水闸设计规范自由水跃长度公式为：Lj=6.9() （式2-9）水跃跃前水深水跃跃后水深本设计取斜坡1:4，水跃长度为自由水跃长度的0.7倍，又由上表知在中孔单开e=1.5时，（-）max=2.36 .故L=41.00.76.92.36=15.4m .偏安全选消力池长度Lsj=16m .图2-3 消力池长度图 （单位m）2.2.4.3消力池底板厚度水闸泄水时池内水流强烈紊动，护坦承受水流冲击力，脉动压力和底部扬压力等作用，因此要求护坦应有足够的强度，整体性和稳定性。护坦厚度应按照抗冲和抗浮稳定要求确定，并取最大值。 满足抗冲要求时护坦始端厚度t可按下式计算： （式2-10）式中：护坦上的单宽流量泄水时水闸上下游水位差经验系数可采用0.150.2，本设计取0.20表2-5 三孔全开计算表QqhtH=4.8-htt50.001.921.182.993.320.3675.002.882.342.464.520.43100.003.852.752.055.510.47125.004.813.101.706.270.50150.005.773.451.356.700.52175.006.733.830.976.630.51200.007.694.100.706.430.51225.008.654.390.415.540.47250.009.624.550.254.810.44 由以上表格可得tmax=0.52m,偏安全取t=0.60m采用等厚布置。满足抗浮时可按公式： （式2-11）式中：U-作用在底板上的扬压力W-作用在消力池底板的水重-消力池底板饱和重度K2-消力池底板安全系数。可采用1.1-1.3，此处采用1.2.Pm-脉动压力，取跃前收缩断面流速水头5%，按+计算扬压力 H-下游水深h-底板厚度按抗重计算值0.6m计算。按校核流量计算此时 Q校=237m3/s，下游水深H=4.45m。 A=2816=448m2 U=9.8(4.45+0.6)448=22170KN W=160169.8-40.5289.8=24530KN Pm=4.455%=0.2225KN 计算为负值，满足抗浮要求，故最终选用t=0.60m等厚布置。2.2.4.4消力池材料由于护坦表面受有高速水流的作用，因此护坦材料必须具有抗冲耐磨的性能，今采用钢筋混凝土结构。混凝土标号为C15,根据已建水闸实例，在护坦内配置构造钢筋。为降低护坦下面的渗透压力，在护坦上设置垂直的排水孔，并在护坦下面铺筑反滤层，使地基中的渗水经反滤层流出排水孔的孔径一般为525cm,间距为1.03.0m,布置成梅花状。本设计排水孔的孔径取为20cm，间距为2.0m。但斜坡上或水流收缩断面处不宜设排水孔，以免排水孔下土料被急流形成的局部真空吸出。2.2.5海漫设计经过消力池后，水流能量一般可被消除掉40%70%，剩余能量还很大，同时出池水流的单宽流量和底部流速还较大，因此出池水流还需进一步扩散，消能和进行流速调整，为此一般是紧接消力池设置海漫，海漫末端设防冲槽，海漫的作用是消除水流余能，调整流速分布，使水流均匀扩散，增大水深，减小流速，并保护河床免受冲刷。2.2.5.1海漫的长度与布置海漫长度与出池水流的单宽流量，上下游水位差，河床地基条件，下游水深，自身粗糙程度及水流扩散情况等因素有关，一般按以下经验公式确定： （式2-12）式中： 消力池末端单宽流量与对应的水闸上下游水位差与河床土质情况有关的计算系数，由于本设计河床为砂壤土， 取=11 海漫长度计算表见表2-6，取海幔长度Lp=28m。海幔起始段一般布置510m或1/3海幔总长的水平段，本设计取海幔水平段为9m。其后布置为不陡于1：10的斜坡段，本设计取1：15。海漫水平段顶高程可与消力池尾坎齐平或低于0.5m，后者有利于调整出池水流流速。故选低于消力池尾坎0.5m。表2-6 海漫长度计算表Qq25.00.91.23.601.714.350.01.81.82.993.119.475.02.72.32.464.222.6100.03.62.82.15.124.9125.04.53.11.75.826.5150.05.43.51.46.227.5175.06.33.81.06.227.3200.07.14.10.76.026.9225.08.04.40.45.225.0250.08.94.60.34.523.22.2.5.2海漫的材料、构造与布置为充分发挥海漫的作用，对海漫的构造要求是：要有一定的粗糙性，以利于消除水流余能；要有一定的柔性，以适应介于护坦与天然河床之间的过渡性地基变形；要有一定的透水性，以利于渗水自由排出。干砌石海漫：一般用大于30cm的块石嵌砌而成，厚度为0.40.6m，其下铺设碎石。粗砂垫层厚0.10.15m，纵横方向每隔610m设一道浆砌石埂，断面约0.3m0.6m，以增加其抗冲能力，干砌石海漫常设在海漫后段，抗冲流速为2.54.0m/s。浆砌石海漫：常用M5或M8的水泥砂浆砌筑块石而成，块石粒径应大于30m砌层厚度一般为0.40.6m，其抗冲流速可达36m，一般用于海漫前部510m或1/3海幔长度范围内，但其柔性和透水性较差，下设反滤层或碎石，粗砂，垫层，厚度为0.10.2m。海漫起始布置为9m水平段，以稳定水流，为浆砌石，其后布置为1:15的斜坡段，为干砌石。砌石厚度均为0.6m。图2-4 海漫示意图 （单位m）2.2.6 防冲槽设计水流经过海漫后，余能得到进一步消除，流速与流速分布也逐渐接近于下游河道水流的正常状态，但仍具有一定的冲刷能力，加之水闸运用中还可能会遇到某些非设计情况的不利泄流状态，使下游河床难免遭受冲刷。为了确保水闸安全，常在海漫末端河床内开挖一梯形断面槽，内抛块石，槽顶与海漫末端顶面齐平，形成一道防冲槽。当水流冲刷海幔下游天然河床而形成冲刷坑时，石块将自动滚下覆盖在冲坑上有坡面上形成防护层，以防止冲坑向下游扩散。防冲槽横断面大小与冲坑深度有关，冲坑深度愈大需要的防冲槽断面也愈大。海漫末端可能的冲坑深度dm可按下式计算： （式2-13） 式中： 海漫末端单宽流量河床土质的不冲流速，取1.1m/s海漫末端河床水深冲坑上游边坡一般取=23，本设计取=3，砌石覆盖厚度一般取为0.30.5m,本设计取d=0.4m。砌石下铺设0.1m的卵石及粗砂组成的垫层。防冲槽如果按照计算来设计，计算值往往是较大的，不仅不太经济，而且施工也很困难。参照已建水闸工程的实践经验，槽深一般为1.52.0m，此处取1.5m，上游坡率与冲刷坑上游坡率相同，下游坡率取为，两岸边坡与河岸相同。底宽b取为槽深的23倍，本设计取为5m。两岸边坡与河岸相同。对于上游防冲槽，根据水闸设计手册，上游冲坑深度要小于下游，上游防冲槽可根据下游防冲槽尺寸拟定，尺寸略小于下游，为下游尺寸的0.8倍。图2-5防冲槽示意图 （单位m）第三章 防渗排水计算 3.1防渗排水设计渗流计算水闸挡水时，由于水位差作用会在闸基及两岸土体内形成渗流。渗流不仅损失水量，更不利于降低闸室及两岸连接建筑物的稳定性，还可能会引起变性及渗透破坏，甚至导致水闸失事，为此水闸必须做好防渗排水设计。水闸防渗排水设计的任务是：拟定合理的地下轮廓线形式与尺寸。进行渗流计算，以确定闸底板下的渗透压力，验算闸基及两岸土体的抗渗稳定性，以及对地下轮廓线的形式与尺寸进行修改。进行防渗排水设施的构造设计等。土基上的水闸建成挡水后，由于形成一定的水头差，促使水自闸上游经过闸基或绕过翼墙向下游流动。这种现象称为渗流。渗流分两类，经过闸基的称为闸基渗流，沿两岸翼墙的称侧向绕流。前者为有压渗流，后者为无压渗流。渗流对闸身的影响主要为：（1）沿闸基的渗流对闸室产生向上的渗透压力，从而减轻闸室的有效重量，降低抗滑稳定性。侧向绕流对翼、岸墙产生水平推力。（2）渗流在土内运动，由于渗透压力的作用，可能造成土壤的渗流变形，发生管涌或流土，引起水闸失事。（非粘性土可能发生管涌或流土，粘性土则只能发生流土，不会发生管涌）。（3）严重的水量损失将造成水量损失而达不到蓄水要求。因此，保证地基土壤的抗渗稳定性，保证渗流出口段和沿闸基底板面水平段的渗透坡降不得超过土壤渗透稳定的允许值。3.1.1 闸基防渗设施布置防渗设施的型式有两种，一种是水平防渗设施；另一种是垂直防渗设施。地下轮廓线布置总是把这两种防渗设施结合在一起。水平防渗设施比较简单，用各种相对不透水材料（与地基的透水性 相比而言）在地基表面作一层铺盖，一般布置在闸室上游，与闸室底板联合成不透水的地下轮廓线，在铺盖上游端和闸室上游端布置一定深度的齿墙。上游齿墙可以有效地消耗渗透水头，降低铺盖和闸室底部的扬压力。下游齿墙则可以减少渗透水流的出逸坡降，减小渗透变形的可能性。垂直防渗通常采用灌浆、泥浆槽、混凝土墙、板桩等措施，在闸室的强烈透水层中形成一道或几道隔水墙，可以有效地减少闸基的渗透量和渗透水头，防渗效果一般比水平铺盖好。但是垂直防渗的施工比水平防渗困难的多，在水闸工程中采用并不普遍。只有在结合某些特殊要求或施工条件比较有利的情况下采用，而且深度都比较浅，一般都不超过10米。地下轮廓线指建筑物与地基接触面的不透水边界线，即铺盖、齿墙等防渗结构及闸室底板与地基的接触线长度L。地下轮廓线长度L为从铺盖最前端开始至铺盖末端齿墙至闸室底板末端齿墙，中间段末端齿墙至排水处（渗流出口处）。闸基防渗设施布置，即地下轮廓线的布置，应根据闸基地质条件和水闸上下游水位差等因素结合闸室消能防冲和两岸连接布置进行综合分析确定，围绕如何减少闸底板扬压力，提高闸室抗滑稳定性，防止闸基土壤发生渗透变形而展开的。一般采用阻渗和导渗相结合的方法。通常在闸的上游布置防渗设备。根据地基土壤的特点，防渗设备有水平铺盖，板桩（垂直）和齿墙，其目的是用来延长渗流途径，以保证渗流坡降不超过土壤的允许值。地下轮廓线的布置形式：粘性土地基布置砂性土地基布置（1）粘性土地基：粘性土壤具有凝聚力，不易产生管涌，但地基与底板之间的摩擦系数小，闸室抗滑稳定性不及砂性土地基，布置地下轮廓线时，主要考虑降低闸底板下的渗透压力，以提高闸室的抗滑稳定性，粘性土壤尤其天然结构，不宜破坏，否则对防渗反而不利，因此防渗设施 一般均采用铺盖而不用板桩，因为板桩可能会破坏土体的天然结构，在桩与地基之间造成集中渗流通道，为了更大程度地降低闸底板渗透压力，有时也可利用粘性土抗渗性能较好的特点，将铺板在消力池下渗透压力作用范围，但减小了渗径，增大了渗流坡降，对抗滑稳定不利，因此，向上游延伸长度应以闸基土壤不产生渗透变形为准。（2）砂性土地基：砂性土地基与闸底板之间的摩擦系数较大，闸室抗滑稳定性易于满足，但因土粒之间无凝聚力，易产生管涌，因此，布置地下轮廓线时应以防止渗透变形，减小渗漏为主，一般认为，垂直渗径对削减渗流能量作用更好，且砂性土无稳定的天然结构，故防渗设施一般采用铺盖与板桩相结合的形式，一般在闸底板上游端齿墙内再设一道板桩，当砂土层或砂砾石层很厚时，板桩多采用悬挂式，板桩长度一般取为水闸上下游最大水位差的0.71.2倍，当透水层较薄时，其下有可靠不透水层时，最好用板桩将透水层切断，将板桩底端深入到不透水层内不小于1m。对于细粉砂地基，为防止地基土液化，多采用封闭式板桩，将闸基四周用板桩包围起来。对于偷税与不透水层交互分布的多层地基，透水层可能会有承压力，承压水向上的作用将抵消闸室的有效重量，为削减承压水对水闸稳定的不利影响，可在护坦下面设置深入该透水层的垂直排水减压井，井周围包以反滤层，将承压水安全排出。本设计为粘性土壤地基，均采用平底式地下轮廓。其防渗设备为水平铺盖，浅齿墙。其材料有黏土，混凝土，钢筋混凝土铺盖。本设计采用混凝土铺盖。图3-1 防渗铺盖轮廓铺盖的尺寸：铺盖紧接闸底板设于上游河床上，其主要作用是延长闸基渗径降低渗流水力坡降和渗透压力，同时可防止河床免受水流冲刷。铺盖长度一般为（35）H，（H为上下游最大水位差）本设计取4.0倍H，得19.2m。混凝土铺盖多采用（0.40.6）m厚，一般为等厚。本设计取0.5m厚，铺盖下设50#碎石垫层厚0.1m，起到一定的排水作用。铺盖上下游均设齿墙增加闸室的抗滑稳定性并延长渗径，齿墙深一般为（0.51.5）m，本设计采用1m。闸底板尺寸：按闸墩与底板连接方式不同，闸底板可分为整体式底板和分离式底板。整体式底板是将闸墩与底板浇铸成整体，闸室分缝常设在闸墩内。其特点是结构整体性好，对地基不均匀沉降的适应性强，并有较好的抗震性，故应用较多，但闸孔孔径不宜过大，否则底板应力大，钢筋用量多。分离式底板是在闸孔内设置二道沉降缝，将底板与闸墩分开，闸墩基础将上部结构荷载传给地基，底板只起抗冲，防渗的作用，并应满足康复稳定要求，可做得较薄。分离式底板适宜在土质较好的砂土或砂壤土地基上。此闸为三孔闸，地基为粘性土地基，故采用整体式底板，底板长度为的23倍，本设计取3倍，底板厚度为单个闸孔净宽的0.1250.2倍，本设计取0.2倍，齿墙深同上取1.0m。轮廓线最小长度： （式3-1）式中：渗径系数，本设计取5水闸上下游最大水位差 故 实际闸基防渗长度=1.51.01.019.21.11.01.014.41.0=41.2mm 满足要求 3.1.2 闸基防渗长度校核图3-2 闸基防渗长度示意图 单位：mm此处采用改进阻力系数法=19.2+14.4=33.6 m， =2.6 m， / =12.95，查水闸设计规范第240页（c.2.1-1），当 /5时,按下式计算有效深度:=0.5 （式3-2）式中: 土基上水闸的地基有效深度（m）；地下轮廓的水平投影长度（m）；地下轮廓线的垂直投影长度（m）。所以:=0.533.6=16.8m因为不透水层为无限深，所以有效深度为闸基透水层的计算深度。计算各段阻力系数：首先把闸基渗流区域按可能的等水头线划分为几个典型流段：图3-3 闸基渗流流段划分示意图根据规范p240-241页介绍，按改进阻力系数法进行分段阻力系数计算如下：1.进,出口段： （式3-3）式中: 进出口段的阻力系数S板桩或齿墙的入土深度 T地基透水层深度（有效深度减去铺盖或底板厚度，包含齿墙深度）所以1区进口: =1.5(1.0/16.8+0.441=0.463 8区出口: =1.5(1.0/16.8+0.441=0.4632. 内部垂直段: （式3-4）式中： 内部垂直段的阻力系数所以2区: =4区: =5区: =7区: =3.水平段 （式3-5） 式中：水平段的阻力系数水平段长度,进出口段齿墙的入土深度 所以3区:= 6区: =计算各区段水头损失：按照规范p241页公式： （式3-6）式中: 各分段水头损失值各分段的阻力系数上下游水位差，本工程中H =4.8m=0.463+2.771+1.045+2.277+2.774+0.855+2.774+0.463=13.422 表3-1 渗流计算表位置1223344556677889阻力系数0.462.771.052.282.770.862.770.4613.42水头损失0.170.990.370.810.990.310.990.174.80渗透压力4.804.634.633.643.643.273.272.462.461.471.471.161.160.170.170求出各区段水头损失之后，再由出口处向上游依次叠加，得出各分界点水头，两点之间渗透压强可以近似认为线性分布。以直线连接各分段计算点的水头值，即得渗透压力的分布图。当进出口段无板桩或者板桩较短时，计算的水头值与实际的水头值存在较大误差，需要进行局部修正，才能得到与实际急变曲线接近的水利坡降线。图3-