水闸课程设计.doc

水闸课程设计报告系别： 水利工程系 专业： 水利水电建筑工程 题目： 水闸课程设计 班级： 10级水工( 3 )班 姓名: 施 ss ssssssss 学号: 1002010335 指导教师： 胡 天 舒 成绩： 湖北水利水电职业技术学院水利系水工专业 2012年3月26日至3月30日目录第一章水闸设计基础知识1. 水闸概念及水闸分类12. 水闸等级划分及洪水标准23. 水闸水利计算的内容34. 水闸防渗排水设计内容35. 水闸结构设计内容36. 水闸荷载组合37. 水闸地基计算内容48. 全截面直线分布法49. 水闸设计规范用词和用语说明5第二章水闸设计1. 水闸形式及孔口尺寸拟定62. 消能防冲设计113. 渗流分析134. 稳定分析13第三章 设计总结1 设计过程总结192 心得体会20 - 22 - / 24第一章水闸设计基础知识1.1水闸概念及水闸分类水闸：水闸是一种控制水位和调节流量的低水头水工建筑物，具有挡水和泄水的双重作用。水闸的类型:一、按水闸说承担的任务分类:（1）进水闸（取水闸）: 在河、湖、水库的岸边兴建，常位于引水渠道首部，引取水流。（2）节制闸: 拦河兴建，调节水位，控制流量。（3）冲沙闸: 静水通航，动水冲沙，减少含沙量，防止淤积。（4）分洪闸: 在河道的一侧兴建，分泄洪水、削减洪峰洪、滞洪。（5）排水闸: 在江河沿岸兴建，作用是排水、防止洪水倒灌。（6）挡水闸: 建于河流入海河口上游地段，防止海潮倒灌。二、按结构的型式分类:（1）开敞式：闸室露天，又分为有胸墙；无胸墙两种形式（2）涵洞式：闸室后部有洞身段，洞顶有填土覆盖。（有压、无压）1.2水闸等级划分及洪水标准 （1）平原区水闸枢纽工程，其工程等别按水闸最大过流量及其防护对象的重要性划分成五等，如表1-1.枢纽中的水工建筑物级别和洪水标准现行根据sl252-200规定。 山区、丘陵区水利水电枢纽工程，其工程等别、水闸级别及洪水标准的确定依据水利水电枢纽工程等级划分及设计标准。表1-1 平原区水闸枢纽工程分等指标工程等别规模大（1）型大（2）型中型小（1）型小（2）型最大过闸流量（m3/s)5005000-10001000-100100-2020防护对象重要性特别重要重要中等一般一般（2）灌排渠系上的水闸，其级别可按现行的gb50288-99确定，见表1-2，其洪水标准见表1-3.表1-2 灌排渠系建筑物级别划分建筑物级别12345过闸流量（m3/s)300300-100100-202055表13 灌排渠系水闸的设计洪水标准水闸级别12345设计洪水重现期（a)100-5050-3030-20201010（3）为于防洪（档潮）堤上的水闸，其级别和防洪标准不的低于防洪（档潮）堤的级别和防洪标准。（4）平原区水闸闸下消能防冲的洪水标准与该水闸洪水洪水标准一致，山区、丘陵区水闸闸下消能防冲的洪水标准见表1-4.表1-4 山区、丘陵区水闸闸下消能防冲的洪水标准水闸级别12345闸下消能防冲的洪水重现期（a)100503020101.3水闸水利计算的内容(1)闸孔总净宽计算；(2)消能防冲设施的设计计算；(3)闸门控制运用方式的拟定。1.4水闸防渗排水设计内容（1）渗透压力计算；（2）抗渗稳定性计算；（3）渗层计算；（4）防渗帷幕及排水孔设计；（5）永久缝止水设计。1.5水闸结构设计内容（1）荷载及其组合；（2）闸室和岸墙、翼墙的稳定计算；（3）结构应力分。1.6水闸荷载组合 （1）基本荷载主要有下列各项；1) 水闸结构及其上部填料额永久设备的自重；2) 相应于正常蓄水位或设计洪水位情况下闸底板上的水重；3) 相应于正常蓄水位或设计水位情况下的静水压力；4) 相应于正常蓄水位或设计洪水位情况下的扬压力（即浮托力与渗透压力之和）；5) 土压力；6) 淤沙压力；7) 风压力；8) 相应于正常蓄水位或设计洪水位情况下的浪压力；9) 冰压力；10) 土的冻涨力；11) 其他出现机会较多的荷载等。（2）特殊荷载主要有以下各项；1) 相应于校核洪水位的情况下水闸底板的水重；2) 相应于校核洪水位的情况下的静水压力；3) 相应于校核洪水位的情况下的扬压力；4) 相应于校核洪水位的情况下的浪压力；5) 地震荷载；6) 其他出现机会较少的荷载等。1.7水闸地基计算内容 （1）地基渗流稳定性的计算；（2）地基整体稳定计算；（3）地基沉降计算。1.8全截面直线分布法假设渗流沿地下轮廓线的坡降是均一的，即水头损失按直线变化。1.9水闸设计规范用词和用语说明为便于执行本规范，对要求严格程度不同的用词说明如下：表示很严格，非这样做不可得：正面词采用“必须”，反面词采用“严禁”。表示严格，在正常情况下均应该这样的：正面词采用“应”，反面词采用“不应”“不得”。表示允许稍有选择，在条件许可时首先应这样做：正面词采用“宜”，反面词采用“不宜”；表示有选择，在一定条件下可以这样做的，采用“可”用语说明如下：条文的“条”、“款”之间承上启下的链接用语常采用“符合下列规定”，“遵守下列规定”或“符合下列要求”等。条文中应用本规范中的其他条文是，采用“符合本规范*条的规定”或“按本规范*条的规定采用”等典型用语。条文中引用本规范中的其他表、公式时，分别采用“按本规范表*的规定取值”或“按本规范公式（*）计算”等典型用语。相关标准采用“，除应符合本规范外，尚应符合国家现行的有关标准的规定”典型用语。第二章水闸设计2.1 水闸形式及孔口尺寸拟定2.1.1 水闸形式选择1. 水闸类型常用的堰型有：宽顶堰和低实用堰。宽顶堰是水闸中最常用的一种堰型它有利于泄洪、冲沙。排污、排冰，且泄流能力比较稳定，结构简单，施工方便，但自由泄流时流量系数较小，容易产生波状水跃。低实用堰有梯形的、曲线形的和驼峰等型式。2. 选择本水闸主要任务是发电（装机容量5000kw，为等水闸）。开敞式及涵洞式两种基本闸孔型式均可以采用，但若考虑运用和检修方便，则采用开敞式较好，由于该水闸建在岩基上,采用整体式平底板.并采用平板闸门。2.1.2 孔口尺寸拟定1计算公式泄水闸泄流能力按水闸设计规范sl265-2001附录a中公式（a.0.1-1a.0.1-6）计算，对于平底闸和翻板闸，当为堰流时，流量计算公式为：式中q过闸流量（m3/s）； b闸孔总净宽（m）；m堰流流量系数； 堰流侧收缩系数； 淹没系数，由hs/h值查表得 h0计入行进流速的堰上水头 g重力加速度（m/s2）2计算条件校核洪水流量(p=5%)=720(m3/s).平底板（即p1=0）则m=0.385由河道断面图可知：河底板宽大约40m,河道坡度大约50度。3计算过程由河宽为40m,拟定为5孔，每孔净宽7m，拟定中闸墩为半圆墩宽1m，边墩5m。求流量系数m。平底板（即p1=0）则m=0.385求侧收缩系数。按水闸设计规范sl265-2001附录a中公式（a.0.1-3a.0.1-5）计算，多孔闸，闸墩墩头为圆弧形时： 由于河道正常蓄水位为3m,则校核洪水位估计大约有5m,则校核水位对应的bb估计大约有3m,即假定bb=3m。代入数据，得： 确定眼淹没系数。在不知上游水头的情况下无法确定，暂假定为=0.9。校核水位时：将各系数带入式计算： 则,查表(水闸设计规范sl265-2001附录a中表a.0.1-2)得 =1.00，与假定的0.9不符合。再假定为=1.00。校核水位时：将各系数带入式计算： =5.356m则,查表得 =1.00，与假定的符合。且此水位所对应的bb与假定的3m接近，即ho=5.36m为所求。由河道截面图可知坡角约为50度，则有：a=h*(39+h)考虑行进水头， ho =h+v2/2g现用试算法试算，见下表：havv2/2gh+v2/2g4.70 205.393.5055260.6263365.3263364.71205.873.4972830.6233945.3333944.72 206.363.4890750.6204715.3404714.73206.843.4809030.6175685.3475684.74 207.333.4727650.6146845.3546844.75207.813.4646620.6118195.3618194.76 208.33.4565930.6089725.3689724.77208.783.4485580.6061445.3761444.78 209.273.4405580.6033355.383335由表可知h=4.74mh校核=227.14+4.74=231.88m同样设计水位时可求得ho=4.70m,试算过程见下表：havv2/2gh+v2/2g4.11 177.18213.3355510.5670694.6770694.12 177.65443.3266840.5640584.6840584.13 178.12693.3178590.561074.691074.14 178.59963.3090780.5581044.6981044.15 179.07253.3003390.555164.705164.16 179.54563.2916430.5522384.712238由表可知h=4.14m ,则 h设计 =231.24m 4计算结果h校核=231.88m h设计 =231.24m 5.方案选定 选用5孔闸，净宽：7m,圆形中闸墩1m,边闸墩5米。铺盖8米,闸底板8米，厚1.7米。 2.1.3 闸顶高程确定1设计依据莆田试验站公式，同土石坝2闸顶高程计算由于正常水位为3.00m,校核水位为5.36m,而风雍高度不可能大于2m,则闸高只需在正常蓄水位加0.3m（查水闸设计规范sl265-2001表4.2.4得）,即正常挡水为时闸高3.3m。3闸顶高程确定该水闸库容很小，因此没有很大的防洪能力。且主要任务是发电， 没有防洪任务。故闸顶高程为：3+0.3=3.3m 2.2 消能防冲设计1计算方法及公式按水闸设计规范sl265-2001附录b中公式（b.1.1-3b.1.1-4）计算，2计算条件上游水头eo=5.36m,q校核=720m3/s,(q=20.571m3/s),下游水深ht=3.06m ,取3计算过程求hc 代如数据得,一元三次方程：现进行试算，并列表如下： 321.243.0121.291243.0221.341743.0321.39153.0421.440513.0521.488783.0621.536283.0721.583023.0821.62899由表可得hc=3.07m,求临界水深hk4计算结果由于收缩断面为急流，下游为急流，不会产生水跃。不必建消力池。5方案选定可不设消力池，但选定方案：建个小消力池，且上下游建护坦，见图纸。2.3渗流分析1方法选择选用：直线法2渗流计算由于该水闸无防洪任务，即洪水来是为自由泄流，几乎无上下游水位差，故自需计算正常水位时渗流分析。又由于该地基为岩基不需计算渗流量（同重力坝）。 =2295.5kn3渗压分布图2.4稳定分析2.4.1抗滑稳定分析1计算依据及公式按水闸设计规范sl265-2001中7.3.8公式计算：2荷载组合及荷载计算荷载组合：基本荷载组合，正常蓄水位 取闸底板的形心为基准点,现进行荷载计算如下：1) 自重w w=8*1.7*39*25+（3.14*0.52+7*1*3.3）*4*25=15648.5kn力臂=0力矩=15648.5*0=02) 平板闸重w1w1=kz*kc*kg*h1.43*b0.08*n （摘至水闸） =1*1*0.156*3.31.43*(7+0.5)0.08*5 =5.22(10kn)=52.2kn力臂=0力矩=03) 板上水重wwww=4*3*(7*5)*9.81 =4120.2kn力臂=2m力矩=+4120.2*2=+8240.4(knm)(逆+，顺-，下同)4) 水平向水推力p为方便计算，现将水平推力当4.7m的水深进行计算，同时使计算的偏小，使结构偏安全。=1/2*9.81*4.72*39=4225.7kn 力臂=0.717m 力矩=-4225.7*0.717=-3029.83knm5) 扬压力u =2295.5k 力臂=1.33m 力矩=-2295.5*1.33=-3053.02knm闸室稳定计算表符号方向大小力劈力矩自重w15648.50平板闸重量w152.20底板上水重ww4120.228240.4水平向水推力p14225.70.7173029.83水平向水推力p20扬压力u2295.51.33 3053.02泥沙压力po0合计8240.46082.842157.563稳定安全系数计算为安全和计算简便考虑不计ca(闸基底面与岩基之间的抗剪断粘结力kpa)。则带入数据可得， 查水闸设计规范sl265-2001中表7.3.14岩基上沿闸室基底面抗滑稳定安全系数的允许值得：【k】=1.054成果分析k=4.15【k】=1.05，则抗滑稳定安全由于该地基为岩基，只需考虑抗滑稳定即可，即此水闸经过稳定分析，为稳定的结构。2.4.2基底压力计算1计算依据及公式对于结构布置及受力情况对称的闸孔,按下式计算:式中 pmax、 pmin - 闸室基底应力的最大值和最小值，kpa；g-作用在闸室上的所有竖向荷载，kn；a-闸室基底面的面积，m2；m-作用在闸室上的所有竖向和水平向荷载对基础底面垂直水流方向的形心轴的力矩和，knm;w-闸室基底面对该基底面垂直水流方向的形心轴的面积矩，m3。2基底压力计算 pmax=61.72kn,pmin=50.98kn3成果分析由资料表可知坝址岩基饱和抗压强度60100mpa,查查水闸设计规范sl265-2001中表7.3.5得:pmax60 mpa,且pmin=50.98kn0,则闸室基底应力经计算满足要求。第三章 设计总结1设计过程总结本次水闸课程设计过程大致如下：1) 水闸的基础知识回顾；回顾了有关水闸的概念、水闸的分类、等级划分、水力计算的内容、荷载组合及地基计算内容。2) 水闸的等级划分；本水闸按其最大过闸流量（720m3/s）应分为等（中型），但此水闸无防洪任务，主要任务是发电 ，装机容量为5000kw,为等水闸。3) 确定水闸形式和孔口尺寸拟定，校核泄流能力； 水闸形式和孔口尺寸拟定为本次设计之重点，水闸形式的选定要中和考虑，孔口尺寸拟定需确定很多系数，而每一个系数都需要经过反复的试算，反复的验证才可以确定，计算量很大。4) 水闸消能防冲设计；虽然本次水闸设计经过计算判别为不需设消力池，因此没有消力池长度的计算，但其计算与判别的过程很重要。5)