工程规模与主要设计毕业论文.doc

河北工程大学毕业设计 论文 0 工程规模与主要设计毕业论文工程规模与主要设计毕业论文 目录目录 1 基本资料基本资料 1 1 1 概述 1 1 2 工程规模与主要设计指标 1 1 3 工程地质 1 1 4 设计数据 1 1 5 拟建闸址上下游渠道基本资料 2 1 6 闸址交通条件及要求 2 2 枢纽布置枢纽布置 3 2 1 概论 3 2 1 1 确定水闸闸址时应考虑的几个因素 3 2 1 2 闸室结构的选型布置 3 2 1 3 两岸连接布置 4 2 1 4 防渗排水布置 4 2 1 5 消能防冲布置 4 2 2 水力计算 4 2 2 1 闸孔净宽计算的计算原则 4 2 2 2 确定闸孔净宽 5 2 2 3 分孔 5 2 2 4 分缝 5 2 2 5 闸敦厚度 5 2 2 6 闸墩的型式 5 2 2 7 闸孔总宽度的确定 6 2 2 8 校核非常过水能力 8 3 消能防冲设计消能防冲设计 9 3 1 消能防冲的论述 9 3 2 消力池深度的确定 10 3 2 1 消力池深度的确定 11 3 2 2 消力池长度的确定 15 3 3 3 消力池底板厚度 T 的确定 16 3 3 海漫设计 17 3 3 1 海漫长度的确定 17 3 3 2 海漫的材料 构造与布置 19 3 4 防冲槽设计 19 4 防渗排水设计防渗排水设计 21 河北工程大学毕业设计 论文 1 4 1 渗流对闸身的影响主要为 21 4 2 防渗排水的主要任务 21 4 3 防渗排水的设计要求与控制标准 21 4 4 防渗排水设施布置 22 4 4 1 防渗排水布置的尺寸 24 4 4 2 底板的尺寸 24 4 4 3 闸基防渗长度 24 4 4 4 排水设施 25 4 5 渗透计算 25 5 水闸闸室结构的布置水闸闸室结构的布置 27 5 1 底板形式及尺寸 27 5 2 闸墩 28 5 3 闸墩顶高程 29 5 4 工作桥 30 5 5 交通桥 31 5 6 交通桥的排架确定 31 5 7 分逢与止水 31 6 闸室的稳定分析 沉降处理闸室的稳定分析 沉降处理 33 6 1 作用于闸室上的荷载和组合 33 6 2 基地压力的计算 36 7 闸室的结构计算闸室的结构计算 42 7 1 概述 42 7 1 1 闸室结构布置的任务 42 7 1 2 闸室结构布置的目的 42 7 2 闸底板计算 42 7 2 1 闸底板的地基反力的计算 42 7 2 2 不平衡剪力的计算 45 7 2 3 边荷载的计算 47 7 2 4 弯矩的计算 50 7 3 闸墩的设计 54 7 3 1 闸墩底面的正应力计算 54 7 3 2 边墩墩底的主拉应力的计算 56 7 3 3 闸墩配筋 57 8 两岸连接建筑物设计两岸连接建筑物设计 60 8 1 闸室与两岸连接 60 8 2 闸室与上下游连接 60 8 2 1 连接长度 60 8 2 2 平面布置形式 61 8 3 岸墙的结构型式 61 谢谢 辞辞 63 河北工程大学毕业设计 论文 2 参考文献参考文献 64 河北工程大学毕业设计 论文 0 1 基本资料基本资料 1 1 概述概述 张菜园引黄防洪闸是人民胜利渠上的一座穿堤闸 原有老闸位于武陡县境内黄河 北大堤 86 500 号桩处 该闸修建于日伪时期 质量低劣 损坏严重 目前已经不能满 足防洪要求 根据南水北调引黄济卫规划 本闸建成后出闸水流将直接进入天然沉沙池 并可 抬高池水位 增加库容延长寿命 为此 要求新建闸的闸轴线设在老闸以东 大堤公 里桩号 86 660 处 两闸建筑物外缘间距 60m 经地质钻探结果 地基土质可以满足建 闸要求 1 2 工程规模与主要设计指标工程规模与主要设计指标 根据黄委关于黄河设计的要求 凡是在临黄河堤上的涵闸工程均属于一级建筑物 故本闸应按一级建筑物设计 1 设计与校核流量 根据引黄济卫规划 黄委会对重建张菜园闸的批复确定 设计流量 Q 100 校核流量 130 sm 3 sm 3 2 上下游正常水位 根据南水北调设计组提供的资料 按现有干渠渠道断面考 虑 通过 100流量时 闸前渠道水深为 2 65m 相应闸前水位为 90 87m 闸后渠sm 3 道水深为 2 2m 相应闸后水位为 90 42m 作闸孔水力计算时 按 90 52m 考虑以给下 游节制闸预留 0 1m 水头 本工程一律采用黄海标高 3 防洪水位 为能较好的适应黄河河床逐年淤高 水位逐年上升 大堤逐年必 须相应加高的特点 防洪水位按 1995 年黄河防洪水位设计并按此水位加高 1m 校核 经计算设计水位为 99 0m 校核水位为 100 0m 4 闸地板高程 根据南水北调规划 定为 88 22m 与上下游渠底齐平 5 地震烈度 根据武汉地震局提供的资料 闸址处基本烈度为 6 度 一级建筑 物提高一级按 7 度设防 1 3 工程地质工程地质 本工程闸址范围内先后钻孔 15 个 总进尺 337m 钻孔深度在闸底基础以下 15 20m 共取原状土 20 组 散状土 139 个 闸基座落在轻粉质沙壤土上 第二层厚 1 米 在闸底板以下约一米处有一层 1 6 2m 的粉质粘土夹层 第三层 1 4 设计数据设计数据 1 土壤与力学指标 根据本闸钻探实验采用土壤湿容重 19kN m3内摩擦角 C 0 25kg cm2 饱和 0 25 土容量 21 kN m3 地基许可承载力 15kN m3 大堤预压部分 20kN m3 饱和土内摩擦 河北工程大学毕业设计 论文 1 角 190 土壤浮容重 11 kN m3 土壤压缩模数 E 250 大堤预压部分 E 500 2 混凝土 砌石与地基摩擦系数 f 0 35 3 钢筋混凝土 混凝土容重 砌石容重查规范 4 稳定安全系数 基本荷载组合情况下 抗滑安全系数 Kn 1 2 抗倾安全系数 Kg 1 5 5 材料强度 查规范取用 6 结构强度安全系数 1 5 拟建闸址上下游渠道基本资料拟建闸址上下游渠道基本资料 根据古话闸底版高程已定为 88 22 米 闸体上下游渠道断面水力要素如下表 表表 1 1 闸体上下游渠道断面水力要素闸体上下游渠道断面水力要素 项目上游渠道下游渠道 渠道比降1 41501 1800 渠道底宽 米 2015 渠道边坡1 21 2 糙率0 0170 017 渠底高程 米 88 2288 22 通过 100m3 s 时水深 米 2 652 20 相应水位 Q 100m3 s 90 8790 42 通过 130m3 s 时水深 米 3 102 50 相应水位 Q 130 m3 s 91 3290 72 1 6 闸址交通条件及要求闸址交通条件及要求 闸址位于郑州与新乡之间的黄河北岸大堤 86 620 号桩处这里 外线交通虽依靠京 广铁路占店与老田奄火车站转运交通方便 但是本段大堤顶面仍承担着新郑公路的运输 任务 故拟建新闸应考虑到这一交通要求 由于闸址处通行的公路联结着重要的政治与经济中心 是一主要干线公路 公路实 属二级 因此拟建新闸上附设的桥面净宽根据有关规范定为净 9m 相应两侧人行道宽应 采用 1 5m 河北工程大学毕业设计 论文 2 2 枢纽布置枢纽布置 2 1 概论概论 水闸地址选择是水闸设计中的一项重要工作 闸址合适与否 不仅涉及到水闸建 设的成败 并且关系到整个地区的经济发展 因此对闸址选择的工作应十分重视 2 1 1 确定水闸闸址时应考虑的几个因素确定水闸闸址时应考虑的几个因素 1 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 2 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 3 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 根据水闸枢纽总体布置的依据和具体要求 水闸枢纽布置应根据闸址的地形地质 水流条件以及该枢纽中各建筑的功能特点 运用要求等确定 做到紧凑合理 协调美 观 组成整体效益最大的结合 其是闸址选择后一个十分重要的技术环节 关系到枢 纽工程建成后能否安全运行和充分发挥工程效益 2 1 2 闸室结构的选型布置闸室结构的选型布置 根据泄流特点和运行要求 可选用开敞式 胸墙式 涵洞式或双层式等结构形式 整个闸室结构的重心应尽可能与闸室地板中心相接近且偏高水位一侧 闸坎高程较高 挡水高度较小的水闸可采用开敞式 泄洪闸或分洪闸宜采用开敞式 胸墙式或涵洞式 适宜于高程较低 挡水高度较大的水闸或挡水高于泄水运用水位或闸上水位变幅较大 且有限制过闸单宽流量要求的水闸 根据技术经济和以上叙述的特点我们选用开敞式和涵洞式两种型式 本水闸设计 闸门全开时具有自由水面 挡水高度较小 且依靠闸门挡水 故可采用开敞式闸室 根据已知资料 初步采用开敞式闸室 1 底板是整个闸室结构的基础 承受水闸上部结构的重量及荷载并向地基传递的 结构 同时兼有防渗及防冲作用 防止地基由于受渗透水流作用可能产生的渗透变形 并保护地基免受水流冲刷 本设计初步采用平底板 2 闸墩是闸门和各种上部结构的支承体 由闸门传来的水压力和上部结构的重 河北工程大学毕业设计 论文 3 量和荷载通过闸墩传布于底板 闸墩通常采用实体式 其外形轮廓设计应能满足过闸 水流平顺 侧向收缩小 过流能力大的要求 本设计初步采用上游墩头半圆形 下游 墩头流线形的型式 3 闸门结构的选型布置应根据其受力情况控制运用要求 制作 运输 安装维 修条件等 结合闸室结构布置合理选定 本设计初步采用平面钢闸门 4 启闭机的型式可根据闸门型式 尺寸及其运用条件等因素选定 本设计初步 采用卷扬式启闭机 5 闸室上部的工作桥 交通桥是根据闸孔孔径 闸门启闭机型式及容量设计荷 载标准等分别选用板式 梁板式 板拱式 其与闸墩的连接型式应与底板分缝及胸墙 支承型式统一考虑 本设计初步选用梁板式 2 1 3 两岸连接布置两岸连接布置 水闸两岸连接应能保证岸坡稳定 改善水闸进出水流条件提高泄流能力和消能防 冲效果 满足侧向防渗需要 减轻闸室底板边荷载影响 且有利于环境绿化等 上下 游翼墙宜与闸室及两岸岸坡平顺连接 2 1 4 防渗排水布置防渗排水布置 当闸基为中壤土 轻壤土或重壤土时闸室上游宜设置钢筋混凝土或黏土铺盖或土 工膜防渗铺盖 闸室下游护坦底部应设反滤层 本设计初步采用砼铺盖 2 1 5 消能防冲布置消能防冲布置 水闸消能防冲布置应根据闸基地质情况 水力条件以及闸门控制运用方式 等因素进行综合分析确定 本设计采用底流消能方式 图图 2 1 总体布置图总体布置图 2 2 水力计算水力计算 计算的内容 闸孔总净宽计算 消能防冲设施的设计计算 闸门控制运行方式的 拟定 2 2 1 闸孔净宽计算的计算原则闸孔净宽计算的计算原则 闸孔总净宽应根据泄流特点下游河床地质条件和安全泄流的要求结合闸孔孔径和 孔数选用 经经济技术比较后确定 一般来说采用的闸孔净宽度略大于计算值以流有 余地 以超过计算值的 3 5 河北工程大学毕业设计 论文 4 2 2 2 确定闸孔净宽确定闸孔净宽 方法 按正常水位情况设计 按非常情况校核 设 根据Qnb求 公式 2 1 3 2 10 2 s QmnbgH 式中 侧收缩系数 初拟 0 85 0 95 取 0 85 1 1 1 淹没系数 m 流量系数 取 m 0 385 s g 重力加速度 取 g 9 81 2 s m n 闸孔数 闸前总水头一个闸孔的净宽 b 0 H 设计流量 取 100QQ Q设 3 ms 下游水深 mhs2 222 8842 90 由 查 水闸设计规范 SL265 2001 83 0 65 2 2 2 H hs 得 94 0 s m Hgm Q nb S 9 15 65 2 81 9 2385 0 94 0 92 0 100 2 2 3 2 3 01 取 18 m 理由是 根据当挡水闸闸孔数较少一般当 n6 或 8 时 孔数宜 nb 采用奇数以便水闸对称开启避免下游出现折冲水流 2 2 3 分孔分孔 孔数 n 3 属于中小型水闸采用平面钢闸门 mb6 取单孔净宽m18 nb 2 2 4 分缝分缝 a 分缝的种类及特点 墩内分缝 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 孔内分缝 既减少闸室工程量 又可以减小底板上弯距 b 考虑到水闸过水能力与消能防冲两方面要求 故采用墩内分缝 2 2 5 闸敦厚度闸敦厚度 根据经验数据中墩厚 边墩厚 mdz2 1 mdb8 0 2 2 6 闸墩的型式闸墩的型式 中墩上游采用半圆型 下游采用流线型闸墩 边墩 头部采用方形 河北工程大学毕业设计 论文 5 图图 2 2 中墩尾部形式中墩尾部形式 图图 2 3 中墩头部形式中墩头部形式 2 2 7 闸孔总宽度的确定闸孔总宽度的确定 根据公式 2 2 ndmmdnbB bf 0 式中 n 闸孔孔数 m 缝墩个数 单孔净宽 0 b边墩厚度 b d 缝墩厚度 f d边墩个数 m mB 4 202 1263 mB228 02 4 20 底 河北工程大学毕业设计 论文 6 图图 2 4 闸孔型式闸孔型式 验算过水能力 2 3 1 Zb N N 2 4 4 0 0 0 0 1 171 0 1 zz z db b db b 2 5 00 4 00 1 0 171 1 22 b ZZ bb bb dd bbbb 式中 堰流侧收缩系数 中闸孔侧收缩系数 由表 A 0 1 1 查得 Z 0 98 Z 边闸孔侧收缩系数 闸孔净宽 本设计取 b 0 b6 0 b m 边闸墩顺水向边远线至上有河道水边线之间的距离 m b b 1 2 4 20 4 22 2 BB bb 底 中墩厚度 N 闸孔数目 z d 河北工程大学毕业设计 论文 7 972 0 6 16 6 6 16 6 1 171 0 1 4 z 966 0 18 06 6 18 06 6 1 171 0 1 4 b 97 0 3 966 0 13 972 0 由式 得 2 3 0 1 2 HgmnbQ s 81 9 265 218385 094 097 0 2 3 smQsm 100 05 117 33 设 满足设计洪水过流能力 2 2 8 校核非常过水能力校核非常过水能力 此种情况下按闸门全开通过非常洪水 其上游水 下游水深mH1 3 上 深 mhs5 2 由 查 水闸设计规范 SL265 2001 得 806 0 1 3 5 2 上 H hs 964 0 s 0 92 0 964 0 385 18 2 3 0 1 2 HgmnbQ s s m32 3 75 1491 38 92 满足非常洪水过水能力 河北工程大学毕业设计 论文 8 3 消能防冲设计消能防冲设计 3 1 消能防冲的论述消能防冲的论述 因水流经过水闸下游时具有较大的上下游水位差且闸孔宽度通常小于上下游河 渠 宽 从而过闸流量集中单宽流量加大具有较大的动能 故必须采取适当的消能 防冲措施避免冲刷下游河道和威胁水闸的安全 据水闸的运用要求 其上下游水位 过闸流量以及泄流方式常复杂多变 因而水 闸闸下消能防冲设施必须在各种可能出现的水力情况下都要满足消散动能与均匀扩散 水流的要求且应与下游河道连接良好 在设计水闸的消能防冲设施前先了解过闸水流的特点及其对消能防冲设计的要求 因为不同的类型水闸其泄流特点各不相同的设计设计的水利条件也不尽相同 1 出闸水流流速较大 紊动强烈 必须考虑下游消能问题 一般采用底流消能而 不用挑流和面流式消能 2 闸上下游水位多变 闸门开启程序也有变化 需修建消力池和其他型式的消能 方式 3 当闸上下游水位差较小时水流会在下游形成波状水跃效能效果不佳 挟有余能 的水流会冲刷下游河道影响渠道的稳定性 4 多孔水闸常因闸门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 渠道不顺直来水不均匀 或下游翼墙布置不当 扩散角太大 也都容易形成折冲水流 因此必须做好总体布置同时应制定合理的闸门调度方案 5 闸门的控制运用是保证工程安全运行的主要因素 制定合理的闸门控制运用方 式 规定的启闭顺序和开度 提工给管理单位作为闸门控制调度的参考和依据 闸门控制运用方式满足的要求 a 泄水时保证在任何情况下水跃均完整地发生在消力池内 b 闸门应尽量同时均匀对称开启 c 闸门开启时应分级开启 严禁一次开闸到顶 d 对分层布置的双层闸孔或双扉闸门应先开启底层闸孔或下层闸门再开上层闸孔 或上扉闸门 关闭时与上述顺序相反 e 严格控制始流条件下的闸门开度避免闸门停留在振动较大的开度区泄水 f 关闭或减小闸门开度时应避免水闸下游河道水位降落较快 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 河北工程大学毕业设计 论文 9 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 消能设计的主要步骤为 确定原则 适用于各类地基上中低水头的各类泄水建筑物 消能设施 消力池 消力池作用 促成水跃并保护地基免受冲刷 基本类型 挖深式消力池 尾槛式消力池 综合式消力池 设计内容 确定消力池的深度 长度 消力池底版厚 3 2 消力池深度的确定消力池深度的确定 由于闸门控制的泄水的泄量是经常变化的 这样就应对各种泄量进行下游消能计 算 即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 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 河北工程大学毕业设计 论文 10 然 最大时最不利 消力池一般布置在闸室后面 池底与闸底板之间常用 1 3 1 4 的斜坡相连 斜坡 顶端可紧靠闸底板的下游端 3 2 1 消力池深度的确定 消力池深度的确定 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 消力池池深由 水闸设计规范 附录 B 式 B 1 1 1 至 B 1 1 4 计算 3 1 zhhd t c 3 2 2 0 25 1 3 2 8 11 2 c c c hbq h ghb 3 3 2 2 2 2 2 2 c t hg q hg q Z 3 4 ehc 式中 消力池深度 m 收缩水深 m 跃后水深 m d c h c h 水流动能校正系数 可采用 1 0 1 05 本设计 1 0 水跃淹没系数 可采用 1 05 1 10 本设计 1 08 过闸单宽流量 出池落差 m q 2 m sZ 消力池首 末端宽度 m 1 b 2 b 中孔全开时 为自由出流 2 30 t hm 0 2 30 0 480 8 4 8 t h H 查 水闸设计规范 A 0 1 1 A 0 1 3 A 0 1 5 得全开时为堰流公式为 3 5 032 0 2 Q B mgH 3 6 1 Zb N N 河北工程大学毕业设计 论文 11 3 7 00 4 00 1 0 171 1 22 b ZZ bb bb dd bbbb 式中 闸孔总净宽 m 0 B 过闸流量 Q 3 m s 计入行进流速的堰上水深 m 本设计取 2 65m 0 H 0 H 重力加速度 g 2 m s 闸孔数 本设计 N3N 堰流流量系数 本设计 m0 385m 堰流侧收缩系数 中闸孔侧收缩系数 由表 A 0 1 1 查得 0 973 Z z 边闸孔侧收缩系数 b 闸孔净宽 0 b6 0 b m 边闸墩顺水向边远线至上有河道水边线之间的距离 m b b 1 2 4 20 4 22 2 BB bb 底 堰流淹没系数 查表 A 0 1 2 0 1 得 972 0 6 16 6 6 16 6 1 171 0 1 4 2 3 001 2HgmBQ s 2 3 001 2 HgmBQ s 得 2 3 001 2 HgmBQ s 根据公式 smQ 3 2 3 4 1188 9265 2 18385 0 972 0 92 0 河北工程大学毕业设计 论文 12 计算表中各参数说明如下 孔流公式由 水闸设计手册 6 表 25 2 10 得 3 8 0 2 c QBeg Hh 式中 计入行进流速的堰上水深 m 本设计取 2 65m 0 H 0 H 孔流自由出流的收缩系数 由查 水工设计手册 6 式 25 2 11 得 e H 孔流流量系数 由 水闸设计规范 表 A 0 3 1 查得 孔流流速系数 可采用 0 95 1 0 本设计取 0 95 闸门开度 为 0 5m 的倍数 e 闸孔总净宽 本设计取 18m B B 重力加速度 收缩水深 m 孔流时 g 3 sm c h 堰流淹没系数 查表 A 0 1 2 0 1 得 在计算之前先确定下游水深和流量的关系 下游水深的计算公式用明渠均匀流公 式 根据以下RiACQ mhbA 2 12mhbX XAR 61 1 RnC 数据绘制关系曲线Qht Q m3 s ht m 图图 3 1 流量关系曲线流量关系曲线 表表 3 13 1 下游水深和流量的关系下游水深和流量的关系 ht m A b mh h 2 21Xbhm R A xC 1 n R1 6 QAC Ri 河北工程大学毕业设计 论文 13 0 5817 240 4651 766 65 11719 470 8757 5121 53 1 52721 711 246143 3 23823 941 5763 5371 68 2 55026 181 91 65 52106 71 2 6553 826 85266 05118 53 表表 3 23 2 中孔单开时计算表中孔单开时计算表 ee H c h Qq c h c h c h t h c h t h Zd 0 5 0 189 0 619 0 309 0 612 12 439 2 073 1 683 1 3730 6950 988 0 433 0 639 1 0 0 378 0 631 0 631 0 615 23 211 3 872 199 1 5681 0391 161 0 6410 63 1 5 0 566 0 655 0 982 0 624 32 102 5 352 437 1 4551 243 1 195 0 824 0 493 2 0 0 642 0 6711 140 626 34 746 5 791 2 449 1 3091 3041 145 0 856 0 412 全开10 911 814 0 385 40 148 6 691 2 244 0 4301 450 934 0 750 0 156 表表 3 33 3 中孔单开全开时中孔单开全开时 h hc c试算表试算表 hc 23 2 1 81 ccc hhqgh ht 根据 ht Q 查得 ZdT0 d H 1 02 1671 310 7430 2232 873 1 51 5171 310 362 0 0792 570 1 71 3321 310 141 0 0522 598 1 81 2501 310 010 0 0072 642 1 811 2421 31 0 003 0 0022 652 表表 3 43 4 双孔对称开时计算表双孔对称开时计算表 ee H c h Qq c h c h c h t h c h t h Zd 0 5 0 189 0 619 0 309 0 612 24 878 2 0731 6831 373 1 077 0 606 0 1390 551 1 0 0 378 0 631 0 631 0 615 46 442 3 872 21 568 1 556 0 644 0 2060 547 1 5 0 566 0 655 0 982 0 624 64 204 5 352 4371 455 1 868 0 5690 240 451 1 7 0 642 0 6711 140 626 64 491 5 792 4491 309 1 961 0 488 0 2330 376 表表 3 53 5 三孔全开时计算表三孔全开时计算表 ee H c h Qq c h c h c h t h c h t h Zd 0 5 0 189 0 619 0 309 0 612 37 316 2 073 1 683 1 373 1 363 0 320 0160 344 1 0 0 378 0 631 0 631 0 615 69 6643 87 2 199 1 568 1 964 0 2350 0760 269 河北工程大学毕业设计 论文 14 1 5 0 566 0 655 0 982 0 624 96 3075 35 2 437 1 455 2 3510 860 070 138 1 7 0 642 0 6711 14 0 626 104 237 5 791 2 449 1 309 2 465 0 0160 0530 054 综上所述 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 根据水跃与下游水面衔接规律 赤身控制情况应发生在跃后 水深与下游水深差值最大时 而在实际应用中 最大可能发生在水闸某种运用 c h t h c h t h 情况下的闸门开启过程中开度最小 即中孔单开 e 0 5m 的情况 此时池深 d 0 64m 故消力池池深取 d 0 7m 3 2 2 消力池长度消力池长度的确定的确定 sj L 根据 水闸设计规范 B 1 2 1 和 B 1 2 2 计算 3 8 jSsj LLL 3 9 9 6 ccj hhL 式中 消力池长度 m 消力池斜坡段水平投影长度 m sj L s L 水跃长度校正系数 可采用 0 7 0 8 取 0 70 水跃长度 m j L 闸底板与挖深后的消力池之间常用 1 3 1 4 的斜坡连接 本设计取 1 4 所以 mdLs8 27 044 确定消力池长度的条件 最大时 由上表知发生在中孔单开 e 1m 时 cc hh 所以 mhh cc 57 1 max mLj83 1057 1 9 6 mLLL jssj 4 1083 107 08 2 偏安全的选消力池长度为 11 米 sj L 3 3 3 消力池底板厚度消力池底板厚度 t 的确定的确定 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 河北工程大学毕业设计 论文 15 稳定要求确定 并取最大值 满足抗冲要求时 3 10 Hqkt 1 式中 k1 消力池底板计算系数 可采用 0 15 0 20 本设计取 0 20 闸孔泄水时的上 下游水位差 mH 满足抗浮稳定要求 3 11 1 2 d hP Kt 护坦上设有闸基渗水排出孔 可只按抗冲要求确定护坦厚度 表表 3 63 6 三孔全开时计算表三孔全开时计算表 Qq t h H 4 8 t hHq Hqkt 1 301 671 191 462 010 28 502 781 621 032 820 34 703 891 970 683 210 36 9052 260 393 120 35 1106 12 640 010 640 16 由以上表格可得 偏安全取 t 0 50m 采用等厚布置 mt36 0 max 护坦材料及细部 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 C20 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 5 25cm 间距为 1 0 3 0m 布置成梅花状 孔内填碎石以利排水防淤 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 消力池末端底部一般设齿墙 以增强其抗滑稳定性齿墙深一般为 0 8 1 5m 宽 0 6 0 8m 本设计取用 0 8 0 6 h b 反滤层的构造 分三层 1 细层粒径 d 0 25 1mm 取 15cm 2 中层 d 1 5mm 取 15cm 3 粗层 d 5 20mm 取 20cm 消力池与闸底板 海漫 两岸翼墙应设置沉降缝 位于防渗范围内的缝应设止水 河北工程大学毕业设计 论文 16 图图 3 2 消力池尺寸图消力池尺寸图 单位 d m 3 3 海漫设计海漫设计 经过消力池后 水流能量一般可被消除 40 70 剩余能量还较大 同时出池 水流的单宽流量和底部流速还较大 由于流速沿水深的分布规律 同下游河道不冲不 淤正常状态的分布规律相比 还相差较大 因此出池水流还需要进一步扩散 消能和 行进流速的调整 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 而防冲槽是海漫末端的加固措施 3 3 1 海漫长度的确定海漫长度的确定 由 水闸设计规范 P58 当 且消能扩散良好时海漫的长度可按9 1 Hqs 3 12 s qkt 式中 消力池末端的单宽流量 s q 长度计算系数 可由水闸设计规范表 B 2 1 查得 选取 s k11 12 s k 11 s k 海漫长度的最不利情况是乘积最大时 计算时应在水闸泄流量范围内 s qH 计算多个水位差与单宽流量的组合情况来确定最大值 列表如下 s qH 河北工程大学毕业设计 论文 17 表表 3 73 7 中孔单开时计算表中孔单开时计算表 e Qs Q q B t h4 8 t Hh s q H Lp s k s qH 0 512 442 070 691 961 718 7 1 023 223 871 041 612 2224 42 1 532 15 351 241 412 5227 72 1 734 755 791 31 352 5928 49 表表 3 83 8 双孔边开时计算表双孔边开时计算表 eQ s Q q B t h4 8 t Hh s q H Lp s k s qH 0 524 882 071 081 571 1612 8 1 046 443 871 561 091 2814 08 1 564 25 351 870 782 1723 87 1 764 495 791 960 692 1924 09 表表 3 93 9 三孔全开时计算表三孔全开时计算表 eQ s Q q B t h4 8 t Hh s q H Lp s k s qH 0 537 322 071 361 291 5316 83 169 673 871 960 691 6317 98 1 596 35 352 350 31 7118 81 说明 当双孔全开时下游水深大于 1 5m 流量此情况不可能 校 QsmQ 24 104 3 发生 故不用计算后面的水深 海幔长度的最不利情况是乘积最大时 在水闸泄流量范围内 计算多个 s q H 水位差与单宽流量的组合情况来确定的最大值 由以上三个表格可知最不利 s q H 情况为单孔开启开度 e 1 7m 时 经计算取海幔长度 海幔起始段一般布置 mLP30 5 10m 或 1 3 海幔总长的水平段 本设计取海幔水平段为 10m 其后布置为不陡于 1 10 的斜坡段 本设计取 1 15 河北工程大学毕业设计 论文 18 3 3 2 海漫的材料 构造与布置海漫的材料 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 4 0 6m 其下铺设碎 石 粗砂垫层厚 0 1 0 15m 纵横方向每隔 6 10m 设一道浆砌石埂 断面约 0 3m 0 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 5 4 0m s 海漫的起始段布置为 10m 的水平段 以稳定水流 为浆砌石 其后布置为 1 15 的斜坡段 以使水流竖向扩散 加大水深 减小流速 为干砌石 本设计砌石厚度为 0 5 米 图图 3 3 海漫尺寸图海漫尺寸图 单位 m 3 4 防冲槽设计防冲槽设计 水流经海漫后余能得到进一步消除 流速与流速分布也逐渐接近下游河道水流的 正常状态 但仍具有一定的冲刷能力 为确保水闸安全 使下游河床免受冲刷 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按 水闸设计规范 B 3 1 计算 3 13 0 1 1 m mm q dh v 式中 海漫末端河床冲刷深度 m m d 河北工程大学毕业设计 论文 19 海漫末端单宽流量 m3 s m 按海幔设计取双孔边开时 e 1 7m 为最 m q 不利情况时 5 79 m3 s m m q 河床土质允许不冲流速 m s 因第二单元土质为淤泥质壤土 根据 水 0 v 力学 P212 取 0 8 m s 海漫末端河床水深 m 根据 ht Q 曲线查得 4 69 m m h 由于过大 按此值做防冲槽槽身过深 既不经济施工 mdm67 6 3 1 8 0 79 5 m d 也很困难 根据经验防冲槽深度为 1 5 2 0m 取 2 0m 槽顶高与海漫末端齐平 底宽约为 1 2 倍槽深 取 2m 上游坡度系数 m 2 4 取 3 下游坡度系数 m 2 防冲槽一般采用宽浅式以便施工 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 2 3 倍 本设计取为 2m 3m 图图 3 43 4 防冲槽尺寸图防冲槽尺寸图 单位 d m 4 防渗排水设计防渗排水设计 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 河北工程大学毕业设计 论文 20 量 更不利于降低闸室及两岸连接建筑物的稳定性 还可能会引起土壤渗透变形及渗 透破坏 甚至导致水闸失事 所以必须做好防渗排水设计 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 两岸翼墙的称侧向绕流 4 1 渗流对闸身的影响主要为 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 4 2 防渗排水的主要任务 防渗排水的主要任务 1 拟定合理的地下轮廓线形式和尺寸 2 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 以及对轮廓线的形式与尺寸进行修改 3 防渗排水设施的的构造设计 4 3 防渗排水的设计要求与控制标准防渗排水的设计要求与控制标准 为保证闸基渗透稳定性 初拟时闸基渗透长应满足 L 4 1 CHL min 式中 最小闸基防渗校长度 min L m H 水闸上下最大水位差 m C 渗径系数 与地基土质情况有关 本设计中地基中为沙壤土 c 5 7 取 c 6 闸基渗流应满足 河北工程大学毕业设计 论文 21 水平渗流区 4 2 Xx JJ 渗流溢出区 4 3 出出 JJ 其中沙壤土的水平段允许坡降 5 0 4 0 25 0 15 0 出 J JX mCH68 7078 116 防渗排水的计算方法 1 直线法 2 流网法 3 改进的阻力系数法 本设计采用直线法 4 4 防渗排水设施布置防渗排水设施布置 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 与闸室地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 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 为防止地基的渗流破坏 就必须限制水流的平均渗透坡降 在工程中则是用地下 轮廓线长度作为控制设计的标准 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 河北工程大学毕业设计 论文 22 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 地下轮廓线布置型式主要有四种 1 重粘性土地基包括重壤土和粘土 地下轮廓线布置最简单 一般只要利用闸室 底板的长度 就可以满足防渗要求 不足时适当加深地板上下游端的齿墙 如果为了 降低闸室底板渗透压力 可以在上游增设铺盖 在闸室底板下设置排水 2 中等粘性土地基包括中壤土 轻壤土和重砂壤土 地下轮廓布置基本上与重粘 性土地基相同 采用铺盖和闸室底板组成水平防渗的地下轮廓线 在地板下游端设置 有反滤层组成的水平排水体 3 粉土和粉细沙地基也包括轻粉治沙壤土 就水闸防渗角度来说是最危险的地基 地下轮廓的布置首先要保证闸室地基的抗渗稳定性 最好用板桩包围起来 上游端和 侧面的板桩 可以减少渗透压力 要求深一些 下游侧板桩主要目的是降低渗水出逸 坡降 防止闸基渗透变形 可以浅一点 水流出逸处要设置级配良好的反滤层 闸室 上游设置铺盖 4 砂砾石和中粗沙地基虽有强烈的透水性 但是抵抗渗透变形的稳定性比粉细沙 强的多 可以采取悬挂式板桩防渗 板桩设置在闸室上游端比较好 由于这类地基比 较坚实 各类垂直防渗体的施工多比较困难 在上下游水头不大的情况下 也可以采 用铺盖的办法防渗 根据节约工程投资和适用的原则铺盖采用砼铺盖 不采用黏土铺盖的原因是 采 用黏土的渗透系数 k 应为地基土 k 的 1 100 以下 但根据本设计资料数据可以认为铺 盖是铺在不透水层上的故不采用黏土铺盖 本设计采用混凝土铺盖 图图 4 1 防渗轮廓图防渗轮廓图 4 4 1 防渗排水布置的尺寸防渗排水布置的尺寸 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 2 4 H H 为上下游 最大水位差 本设计取 4H 得 47 12m 取 50m 混凝土铺盖多采用 0 4 0 6 m 一般为等厚 设计取 0 4m 铺盖下设碎石垫层厚 0 1m 铺盖上下游均设齿墙增加闸室的 河北工程大学毕业设计 论文 23 抗滑稳定性并延长渗径 齿墙深一般为 0 5 1 5m 本设计采用 0 6m 4 4 2 底板的尺寸底板的尺寸 按闸墩与底板连接方式不同分为整体式底板和分离式底板 因为三孔所以本设计 采用整体式底板 底板顺水流向长度应按满足上部结构布置 闸室抗滑稳定 地基承 载力和水闸防渗要求确定 初拟时黏壤土地基取 2 3 H 黏土地基取 2 5 3 5 H 本设计处拟 21m 底板厚度与地基土质 水闸荷载 单孔净宽等因素有关 初拟时取 闸孔净宽的 0 2 0 125 倍 取为 1m 齿墙高取 1 5m 齿墙厚取为 0 5m 注 砼的强度等级 为改善铺盖受力和便于施工 铺盖和闸室底设置碎石垫层 20 c 10cm 4 4 3 闸基防渗长度闸基防渗长度 在工程规划初级阶段 闸基防渗长度即地下轮廓线 L 的长度 为保证闸基渗透稳 定性 初拟时防渗长度 L 应满足下式 4 4 HCLL min 式中 最小闸基防渗长度 m min L 水闸上下游最大水位差 m H 取下游无水 上游最高水位时的水位差 为 H 11 78m C 渗径系数 与地基土质情况有关 根据已知资料本设计取 6 所以 68 7078 116 min L mL712150 根据防渗尺寸图计算防渗长度 满足要求 min 71LL 4 4 4 排水设施排水设施 为降低闸底渗透压力 在闸下游应设置排水设施 即渗流的出口 而排水体的位 置直