水闸设计过水流量和水闸设计规范毕业论文.doc

扬州大学本科生毕业设计 0 水闸设计过水流量和水闸设计规范毕业论文水闸设计过水流量和水闸设计规范毕业论文 1 工程概况 1 1 基本资料 新东港闸是一座拦河闸 防洪保护农田 45 万亩 设计灌溉面积 5 3 万亩 设计排 涝面积 40 万亩 起着引水灌溉和防洪排涝的重要作用 1 1 1 建筑物级别 根据水闸设计过水流量和水闸设计规范 SL 265 2001 的平原区水闸枢纽工程分 等指标知本工程规模属于中型 其建筑物级别为 3 级 1 1 2 孔口设计水位 孔口设计水位组合见表 1 1 表表 1 1 孔口设计水位组合表孔口设计水位组合表 计算情况闸上水位闸下水位过水流量 设计情况7 5m7 2m260m3 s 校核情况9 0m8 5m500m3 s 1 1 3 消能防冲设计 消能防冲设计水位组合见表 1 2 表表 1 2 消能防冲设计水位组合表消能防冲设计水位组合表 计算情况闸上水位闸下水位 初始流量河底高程 设计情况7 5m5 4m50 m3 s 校核情况9 0m5 9m80 m3 s 4 2m 1 1 4 闸室稳定计算 闸室稳定计算水位组合见表 1 3 表表 1 3 闸室稳定计算水位组合表闸室稳定计算水位组合表 计算情况闸上水位闸下水位 设计情况8 9m4 9m 校核情况10 3m4 8m 扬州大学本科生毕业设计 1 1 1 5 地质资料 本拦河闸持力层为局部含砂砾 含铁锰质结核及砂礓的棕黄夹灰色粘土 粉质粘土 可塑 硬 塑状态 中压缩性 直接快剪 c 55kPa 17 地基允许承载力 220kPa 1 1 6 回填土资料 回填土采用粉砂土 其内摩擦角 湿容重 饱和容重为17 0c 3 18mkN 浮容重 3 20mkN 3 10 mkN 1 1 7 地震设计烈度 地震设计烈度 7 1 1 8 其他 上下游河道断面相同均为梯形 河底宽分别为 40 0m 河底高程 4 2m 边坡 1 2 6 河道堤顶高程与最高水位相适应 两岸路面高程相同 8 2m 交通桥标准 公路 双车道 1 2 工程概况 东新港闸主要作用是引水灌溉和防洪排涝 该闸为开敞式钢筋混凝土结构 共 5 孔 每孔净宽 6 0m 闸墩为钢筋砼结构 边墩和中墩厚为 1 0m 缝墩厚 1 2m 闸室 总宽 36 40m 闸底板为砼结构整体式平底板 顺水流方向长 16 0m 底板厚 1 5m 顶 高程与河底同高为 4 20m 钢筋砼铺盖长 18 0m 厚 0 5m 顶高程 4 20m 下游消 力池为钢筋砼结构 厚 0 8m 池长 19 0m 顶高程 3 5m 海漫前 1 3 浆砌块石结构 后 2 3 干砌石结构 并设有混凝土格埂 长 21 0m 公路桥为 C25 钢筋砼斜空心板结构 公路桥标准 公路 双车道 桥面高程 9 64m 桥面宽 8 0m 两边人行道为 0 8m 工作桥为钢筋砼 梁式结构 且在上面建房子 工作桥桥总宽 3 9m 启闭机房 墙厚 0 24m 机房净宽 3 42m 纵梁高 0 6m 宽 0 4m 横梁高 0 4m 宽 0 25m 闸门为 露顶式平面钢闸门 门顶高程 8 7m 门底高程 4 2m 在闸门上游侧设有胸墙 胸墙顶 高程 11 0m 胸墙底高程 8 5 m 采用 2 16 t 双吊点卷扬式启闭机 5 台套 上 下 游翼墙均为反翼墙 上游翼墙分为 5 段 下游翼墙分为 4 段 上游翼墙后回填土高程 9 5m 下游翼墙回填土高程 7 5m 闸室左右岸通过扶壁式岸墙 引桥连接 岸墙墙厚 0 6m 扶壁厚 0 4m 底板厚 0 6m 闸室段共分两道墩缝 左边孔 右边孔各为一联 中孔各为三联 上游段岸墙上建楼梯间 其下部做成沉箱式基础 胸墙采用板粱式结 构 胸墙面板厚度为 25cm 上梁高度 60cm 下梁高度 75cm 排架采用实体式支墩结 扬州大学本科生毕业设计 2 构 上游段支墩顶高程 14 5m 底高程 11 0m 下游段支墩顶高程 14 5m 底高程 9 5m 水平截面尺寸 390cm 40cm 下游消力池的形式采用挖深式 下游防冲槽深度 为 1 5m 顺水流向底宽 1 5m 上游边坡 1 2 下游边坡 1 3 2 孔口宽度设计 2 1 闸孔形式的确定 由于该水闸的最高挡水位为 10 3m 地面高程为 8 2m 决定采用开敞式闸室结构 2 2 孔口设计水位组合 孔口设计水位见表 2 1 表表 2 1 孔口设计水位组合表孔口设计水位组合表 计算情况闸上水位闸下水位过水流量 设计情况7 5m7 2m260m3 s 校核情况9 0m8 5m500m3 s 2 3 堰型及堰顶高程的确定 2 3 1 堰型的确定 堰型也就是水闸的底板形式中 以宽顶堰应用较广 因为其具有自由岀流范围大 泄流能力较大而且比较稳定的优点 但是流量系数较小 低堰型底板是在底板上设置 曲线或或梯形的低堰 曲线型包括实用堰和驼峰堰 这种低堰的流量系数较大 但其 泄流能力受下游水位变化的影响比较显著 由于此水闸的主要作用是泄洪 挡潮 冲 淤 兼辅助通航 因此要求自由出流范围大且有较大的泄流能力 综合比较以上三种 堰型最后确定采用宽顶堰 2 3 2 堰顶高程的确定 堰顶高程定的与河底同高 高程为 4 2m 2 4 判断堰流与孔流 由于采用的是胸墙式孔口 故先判断是堰流还是孔流 设计情况和校核情况的闸孔开度 he 10 3 2 5 4 2 3 6m 设计情况上游水深 H1 7 5 4 2 3 3m 校核情况上游水深 H2 9 0 4 2 4 8m 具体判断见表 2 2 表表 2 2 孔口设计水位组合表孔口设计水位组合表 扬州大学本科生毕业设计 3 工况he H结论 设计情况1 09堰流 校核情况0 75堰流 注 he H 0 65 为堰流 2 5 闸孔宽度的确定 2 5 1 验证过水能力 由资料 已经拟建孔数 3 孔 拟建孔宽 b0 8 0m 先初步定中墩 dz 1 2m 边墩厚 为 1 0m 1 设计情况 闸底板高程为 4 2m 闸上水位为 7 5m 闸下水位 7 2m 过水流量 260 m3 s A设 b mh h 40 2 6 3 3 3 3 160 314m2 过水断面面积 v0 Q设 A设 260 160 314 1 622m s 行进流速 h0 1 0 1 6222 2 9 81 0 134m 行进水头 Error No bookmark g v 2 2 name given 3 3 0 134 3 434m 堰上总水头 0 H 堰顶算起的下游水深 7 2 4 2 3 0m 则 3 0 3 434 0 874260 m s 满足要求 3 23 30 0 885 0 962 0 3852 9 81 3 434277 17 ms 2 验证校核情况 A校 b mh h 40 2 6 4 8 4 8 251 904m2 V0 Q校 A校 500 251 904 1 985m s h0 1 0 1 9852 2 9 81 0 201m g v 2 2 4 8 0 201 5 001m 0 H 堰顶算起的下游水深 8 5 4 2 4 3m s h 4 3 5 001 0 860 0 9 0 H hs 用堰流计算公式计算过流能力 2 3 00 2 HgmBQ 4 66 1 0 171 1 0 976 6 1 06 1 0 z 4 66 1 0 171 1 0 911 60 5 14 2860 5 14 28 b 则 4 0 9760 911 0 963 5 由水闸设计规范 SL265 2001 表 A 0 1 2 查得0 9 m 取 0 385 则 扬州大学本科生毕业设计 5 m s 2 3 00 2 HgmBQ 3 2 30 0 90 0 963 0 385 2 9 81 5 001495 89 100 0 82 5 满足要求 QQ Q 校 校 495 89500 100 500 汇总见表 2 3 表表 2 3 孔口设计汇总表孔口设计汇总表 HsH0hs H0 流 态 B0 孔数 净宽 Q计Q判断 原设计33 4340 8740 960 885 24 3 8 221 28260不满足 设计 情况 33 4340 8740 960 885 30 5 6 277 17260满足 重新 拟定校核 情况 4 35 0010 86 淹没出流 0 9630 9 30 5 6 495 89500 5 注 hs h00 65 为堰流 计算流量采用堰流公式 H e 为垂直收缩系数 取值查 水力学 上册表 8 8 P329 2 为流量系数 u 0 600 176 e H 为收缩水深 c h ehc 2 为跃后水深 c h 1 8 1 2 2 c cc c gh vh h 为收缩断面流速 c vgH u vc2 2 为闸孔宽度b 为闸前水深H 具体计算结果如表 3 2 所示 扬州大学本科生毕业设计 7 表表 3 2 闸门初始开度闸门初始开度 e 出闸水流初始流量 出闸水流初始流量 Q 计算表计算表 参数eHe H 2hc vchc Q 0 33 30 0910 6150 1850 5847 6411 39342 29 0 43 30 1210 6160 2460 5797 5591 57555 87设计情况 0 53 30 1520 6180 3090 5737 4651 72569 20 0 44 80 0830 6150 2460 5859 2361 94968 16 0 54 80 1040 6150 3080 5829 1782 15084 67校核情况 0 64 80 1250 6170 3700 5789 0912 319100 96 由计算表 3 2 分析知 闸门的初始开启高度对跃后水深的影响最大 因此闸门 c h 初始开度和初始流量取 设计情况 e 0 4m 55 87 m3 s 设 Q 校核情况 e 0 6m 100 96 m3 s 较 Q 3 2 2 闸门开启制度与初始开度 设计情况 分 5 级打开 初始开度 e 0 4m 校核情况 分 5 级打开 e 0 6m 3 3 消力池设计 3 3 1 消力池形式的选定 消力池有三种类型 1 下挖式消力池 适用于闸下尾水深度小于跃后水深的情 况 2 突槛式消力池 适用于闸下尾水深度略小于跃后水深的情况 3 综合式消 力池 当闸下尾水深度远小于跃后水深 且计算出的消力池的深度又较深时 可采用 下挖式消力池和突槛式消力池相结合的综合式消力池 由计算表 3 2 综合比较可知 闸下尾水深度小于跃后水深 故采用下挖式消力池 3 3 2 消力池池深的计算 1 水位组合 消力池池深计算水位组合见表 3 3 扬州大学本科生毕业设计 8 表表 3 3 消力池池深计算水位组合表消力池池深计算水位组合表 计算情况闸上水位闸下水位 初始流量 设计情况7 5m5 4m55 87 m3 s 校核情况9 0m5 9m100 96 m3 s 2 消力池池深计算 消力池池深计算步骤如下 首先假设 0 5m 0 d 1 流速 m s A Q 2 闸前总水头 H0 H m g2 2 3 由消力池底板顶面算起的池深 T0 H0 d m 4 单宽流量 q Q B m3 s m 5 由公式迭代计算收缩断面水深 02 22 2 0 3 gqhTh cc c h m 流速系数取 0 98 高教版 水学力 下 1ci h 2 0ci hTg q 册表 9 1 查得 6 跃后水深 m 近似为 1 2 0 25 1 3 2 8 11 2 c c c hbq h ghb 1 2 b b 7 出池落差 m 22 2 2 2 22 sc qq Z ghgh 8 池深 m 若m 取m 若m 带入此时 0cs dhhZ 0 5d 0 5d 0 5d 的 d 值重新计算 计算结果列表如表 3 4 扬州大学本科生毕业设计 9 表表 3 4 消力池池深的计算表消力池池深的计算表 工况 Q m3 s A m2 v m s H0 m d0 m T0 m q m3 s hc m hc m z m 160 3140 3493 3060 5003 8061 6240 1971 5570 0421 119 设计 情况 55 87 160 3140 3493 3060 4403 7461 6240 1991 5490 0411 085 251 9040 4014 8080 5005 3082 9350 3022 2640 0731 004 校核 情况 100 96 251 9040 4014 8080 6735 4812 9350 2972 2880 0741 070 注 为出池河床水深 m 为水跃淹没系数 可采用 1 05 1 10 为消力池首段宽度 m s h 0 1 b 为消力池末段宽度 m 为水流动能矫正系数 可采用 1 0 1 05 2 b 综合设计情况和校核情况下的计算池深 由上表 2 可知池深 d 取 0 7m 3 3 3 消力池长度的计算 1 水跃计算 计算结果见表 3 5 表表 3 5 水跃计算水跃计算 工况 Q m3 s A m2 v m s H0 m d0 m T0 m q m3 s hc m hc m 设计情况260 00 160 314 1 622 3 434 0 700 4 134 7 558 0 978 2 997 校核情况500 00 251 904 1 985 5 001 0 75 701 14 535 1 657 4 338 2 按设计情况计算 1 水跃长度的计算 j L m6 9 13 93 jcc Lhh 2 消力池长度的计算 sj L 斜坡段采用 1 4 的坡度 消力池斜坡水平投影长度 4d 2 8m 其中水跃长度 s L 校正系数 0 8 则m 13 944 sjsj LLL 扬州大学本科生毕业设计 10 3 按校核情况计算 1 水跃长度的计算 j L m6 9 18 50 jcc Lhh 2 消力池长度的计算 sj L 斜坡段采用 1 4 的坡度 消力池斜坡水平投影长度 4d 2 8m 其中水跃长度 s L 校正系数 0 8 则m 17 60 sjsj LLL 综合设计与校核情况下计算池长 最后确定消力池池长为 18 0m sj L 4 消力池总长L 设平台为 1 0m 则总宽 1 0 19 0m L sj L 3 3 4 消力池底板厚度的计算 按抗冲要求计算 分设计与校核情况计算 计算结果如表 3 5 Hqkt 1 表表 3 5 消力池底板厚度计算表消力池底板厚度计算表 工况 Q m3 s A m2 q m3 s m k1 H m t m 设计情况55 87160 314 1 624 0 2 2 1 0 307 校核情况100 96251 904 2 935 0 2 3 1 0 455 注 t 为消力池底板始端厚度 m 为闸孔泄水时上下游水位差 m 为过闸单宽流量 H q m3 s m 为消力池底板计算系数 可采用 0 15 0 20 此处取 0 2 为消力池底板安全系数 1 k 2 k 可采用 1 1 1 3 综合设计与校核情况下计算出的消力池底板厚度 初定板厚 t 为 0 5m 3 3 5 消力池构造的确定 由于该拦河闸承受单向来水 故在消力池底板设冒水孔 孔径 10cm 间距 2m 呈梅花形布置 排水孔里填充碎石并设置滤层 由上至下分别为中石子 10cm 小石子 10cm 粗砂 10cm 消力池末端设有尾坎 高 0 5m 消力池的构造如图 3 1 图 3 2 所 示 消力池池首宽度 b1 34 4m 消力池末端的宽度 b2 40 0m 则下游翼墙的扩散角 8 4 在 7 12 之内 满足要求 扬州大学本科生毕业设计 11 图图 3 1 消力池的构造纵剖图消力池的构造纵剖图 单位 cm 图图 3 2 消力池的构造半平面图消力池的构造半平面图 单位 cm 3 4 海漫的设计 3 4 1 海漫长度的确定 当 1 9 且消能扩散良好时 海漫长度可按公式计算 Hqs HqKL ssp 式中 海漫长度 m 为消力池末端单宽流量 m3 s m 为闸孔泄水时上下 p L s q H 游水位差 m 为海漫长度计算系数 按下表 3 6 查得 s K 表表 3 6 Ks参数表参数表 河床土质粉砂 细沙 中砂 粗砂 粉质壤土 粉质粘土坚硬粘土 Ks14 1312 1110 98 7 分设计与校核两种情况计算取大值 计算结果如表 3 7 所示 表表 3 7 海漫长度计算表海漫长度计算表 扬州大学本科生毕业设计 12 工况Q m3 s b2 m qs m3 s m H m KsLp m s qH 设计情况55 87401 397 2 19 513 516 1 423 校核情况100 96402 524 3 19 520 027 2 108 综合设计与校核情况 最后确定海漫长度为 21m 3 4 2 海漫构造 1 海漫的结构 海漫的结构应该是粗糙的 以利于消除水流余能 应该是透水的 使渗透水流顺 利排出 以增加海漫的稳定性 应该有一定的柔性 以适应地基变形 综合考虑本工 程海漫前 1 3 段采用浆砌块石 后 2 3 采用干砌块石 厚度为 40cm 块石直径大于 30cm 砌石下层铺 10cm 卵石 10cm 毛砂垫层 每隔 6 10m 设置一道浆砌石埂 石埂 断面尺寸 40 80cm2 2 海漫末端的流速验算 设计情况 1 07m s 2 5m s 55 87 402 6 1 2 1 2vQ A v 校核情况 1 34 m s 2 5 m s 100 96 402 6 1 7 1 7vQ A v 其中 干砌块石不冲流速 2 5 4 0 m s 故可以海漫可以设置为水平 v v 3 5 冲刷坑深度的计算 防冲槽尺寸的确定 3 5 1 冲刷坑深度的计算 海漫末端的河床冲刷深度可按下面公式计算 m m m h v q d 0 1 1 式中 为海漫末端河床冲刷深度 m 为海漫末端单宽流量 m2 s 为河床土 m d m q 0 v 质允许不冲流速 m s 由高教版 水力学 上册表 5 3 P200 查得 为海漫末端河 m h 床水深 m 分设计与校核两种情况计算如表 3 8 表表 3 8 冲刷坑深度的计算表冲刷坑深度的计算表 工况Q m3 s b2qm m3 s m hm m 粉质粘土 v0 dm m 设计情况55 87401 3971 20 750 849 校核情况100 96402 5241 70 752 002 扬州大学本科生毕业设计 13 3 5 2 防冲槽尺寸的确定 由计算结果可知 冲刷深度dm 2 002m 一般dm 1 5 2 0m 即当 dm 1 5 2 0m 取dm 1 5 2 0m 若太大 开挖困难 故取dm 1 5m 底宽 L 1 0 2 0 dm 上游边坡 1 2 1 4 下游边坡根据施工开挖情况而定 防冲槽的断面面积 根据下 游河床冲至最深时 石块坍塌在冲刷坑上游坡面所需要的面积 A 确定 应满足 A 为堆石自然形成的护面厚度 取用 0 5m 取 0 6m n 为上有边 2 1ndm 坡系数 初定防冲槽深度为 1 5m 底宽 L 2 0m 上游边坡 1 n 1 3 下游边坡 1 m m d 1 3 A 0 6 3 799m2 2 1 m dn 2 2 0021 3 防冲槽的面积 A L m 2 3 1 5 1 5 9 75 m2 3 799 m2 m d m d 故防冲槽设计满足要求 防冲槽构造图如图 3 3 所示 图图 3 3 防冲槽构造图防冲槽构造图 单位 cm 扬州大学本科生毕业设计 14 4 闸基渗流计算 4 1 渗流计算水位组合 渗流计算水位组合见表 4 1 表表 4 1 渗流计算水位组合表渗流计算水位组合表 计算情况上游水位 m 下游水位 m 设计情况 8 9 4 9 校核情况 10 3 4 8 4 2 地下轮廓线布置 4 2 1 地下轮廓线布置 1 防渗长度的拟定 防渗长度初拟值按下式计算 L CH 式中 L 为闸基防渗长度 包括水平段 铅直段及倾斜段 为上 下游最大水位差 H m C 为允许渗径系数 按表 6 水闸设计规范 SL 265 2001 表 4 3 2 选用 表表 4 2 允许渗径系数允许渗径系数 地基类别 排水条件 粉砂细砂中砂粗砂 中砾 细砾 粗砾 夹卵石 轻粉质砂壤 土 轻砂 壤土 壤土粘土 有虑层13 99 77 55 44 33 2 511 79 55 33 2 无虑层7 44 3 设计与校核情况下的最大水位差发生在反向挡水时 且这两种情况下的最大水位 差相等 10 3 4 8 5 5mH 本水闸持力层为含少量砾的粉质粘土 由表 6 查得允许渗径系数 C 3 则 C 拟 L 3 5 5 16 5mH 2 铺盖 垂直防渗体与闸室底板的拟定 1 铺盖 垂直防渗体的拟定 本水闸持力层为棕黄夹灰色粘土 粉质粘土 局部含砂砾 含铁锰质结核及砂礓 扬州大学本科生毕业设计 15 根据 水闸设计规范 SL 265 2001 4 3 6 规定闸室上游可采用铺盖 根据 水闸设计 规范 SL 265 2001 4 3 10 规定 铺盖长度可根据闸基防渗需要确定 一般用上 下游 最大水位差的 3 5 倍 钢筋混凝土铺盖的厚度不易小于 0 4m 初步拟定 采用钢筋混凝土铺盖 并设齿墙 厚度取 0 5m 等厚 齿墙底宽取 0 5m 齿墙深度取 0 5m 铺盖长度 3 3 5 5 16 5m 取 18m 顺水流方向设沉 1 L max H 陷缝 2 闸室底板的拟定 根据 水闸设计规范 SL265 2001 实施指南 4 2 9 条规定 对于大 中型水闸 闸室平底板厚度可取闸孔净宽的 1 6 1 8 其值约为 1 0 2 0m 最小厚度不宜小于 0 7m 闸室底板顺水流方向的长度参照 水闸设计规范 SL265 2001P27 表 5 所列数 值初步拟定 可知粉质粘土上闸室底板的顺水流方向长度与上 下游最大水位差的比 值为 2 0 4 5 4 3 9 条规定齿墙深度采用 0 5 1 5m 底板长度初步拟定 满足闸室上部结构布置要求 L2 B 交通桥 B 工作桥 B 工作便桥 交通桥宽度取 9m 工作桥宽度取 3 5m 工作便桥宽度 1 0m 故 L 13 5m 闸室底板的顺水流方向长度与上 下游最大水位差的比值为 2 0 4 5 则 L2 11 24 75 m 故闸室长度 L2取 16m 底板厚度初步 厚度取 1 5m 齿墙深度取 0 5m 齿墙底宽取 0 5m 3 拦河闸闸基地下轮廓布置图 闸基地下轮廓布置图如图 4 1 所示 图图 4 1 闸基地下轮廓布置示意图闸基地下轮廓布置示意图 单位 高程 m 长度 cm 4 2 2 验算防渗长度 实际长度防渗长度 扬州大学本科生毕业设计 16 1 00 50 5 216 00 5 20 5 1 00 50 5 214 0 0 5 20 5 1 238 03 16 5 L mLm 实 初拟 4 3 闸基渗流计算 4 3 1 简化地下轮廓线 根据地下轮廓的特点 采用改进阻尼系数法计算 由图可得到地下轮廓简化和分 段 具体布置见图 4 2 所示 图图 4 2 地下轮廓简化 分段布置图地下轮廓简化 分段布置图 单位 高程 m 长度 cm 4 3 2 计算地基有效深度 L0 18 0 16 0 34 0m S0 2 0m L0 S0 34 0 2 0 17 0 5 Te 0 5 L0 0 5 34 0 17 0m 闸基相对不透水层为无限深 故闸基渗流的影响范围以有效深度 Te 控制 即计算 深度 Tc Te 17 0m 4 3 3 计算各典型段的阻尼系数 各典型段的几何特征及阻尼系数计算见表 4 3 扬州大学本科生毕业设计 17 表表 4 3 各典型段阻尼系数计算表各典型段阻尼系数计算表 段号段 别S m T m L m i 备 注 1 进口段1 0 17 0 0 462 2 内部垂直段0 5 16 5 0 030 3 水平段0 5 1 5 16 5 18 0 1 006 4 内部垂直段1 5 16 5 0 091 5 内部垂直段0 5 15 5 0 032 6 水平段0 5 0 5 15 5 16 0 0 987 7 内部垂直段0 5 15 5 0 032 8 出口段1 2 16 2 0 471 各典型段阻尼系数计算公式 进 出口段 441 0 5 1 2 3 0 T S 内部垂直段 1 4 ln 2 T S ctg y 内部水平段 T SSL x 7 0 21 4 3 4 各典型段渗压水头损失计算 各典型段渗压水头损失按公式计算 由于设计与校核情况的水位组合 i i i hH 相同 所以只需按照其中一种情况计算即可 各典型段渗压水头损失具体计算结果见 表 4 4 所示 表表 4 4 各典型段渗压水头损失计算表各典型段渗压水头损失计算表 m 计算情况分段 1 2 3 4 5 6 7 8 H m i0 462 0 030 1 006 0 091 0 032 0 987 0 032 0 471 设计情况 4 0 hi0 594 0 039 1 293 0 117 0 041 1 269 0 041 0 606 H m i0 462 0 030 1 006 0 091 0 032 0 987 0 032 0 471 校核情况 5 5 hi0 817 0 053 1 779 0 161 0 057 1 745 0 057 0 833 注 利用公式 i i i hH 扬州大学本科生毕业设计 18 4 3 5 进 出口段修正及各区段渗压水头损失调整 1 阻力修正系数 进 出口水头损失与修正后水头损失值的计算 按下式 00 hh 2 1 1 21 12 2 0 059 TS TT 其中 为进 出口水头损失 m 为修正后的进出后损失值 m 为阻力修正 0 h 0 h 系数 当1 时 取 1 0 为底板埋深与板桩入土深度之和 或为齿墙外侧埋 S 深 m 为板桩另一侧地基透水层深度 或为齿墙底部至计算深度线的垂直距离 T m 为地基透水层深度 m T 分正向与反向挡水计算 具体计算结果如表 4 5 表表 4 5 阻力修正系数 进 出口水头损失与修正后水头损失值计算表阻力修正系数 进 出口水头损失与修正后水头损失值计算表 计算情况h0 m T m T m S m h0 m H m 进口段0 5940 572 16 517 0 1 0 0 340 0 254 设计情况 出口段0 6060 631 15 516 2 1 2 0 383 0 223 进口段0 8170 572 16 517 0 1 0 0 467 0 350 校核情况 出口段0 8330 631 15 516 2 1 2 0 526 0 307 2 进出口修正及相应典型段渗压水头损失调整计算 进出口修正及相应典型段渗压水头损失调整计算见表 各典型段末的渗压水头计 算见表 4 6 表表 4 6 进出口修正及相应典型段渗压水头损失调整计算表进出口修正及相应典型段渗压水头损失调整计算表 渗压水头损失h1h2h3h4h5h6h7h8 修正前0 594 0 039 1 293 0 117 0 041 1 269 0 041 0 606 设计情况 修正后0 340 0 077 1 509 0 117 0 041 1 451 0 082 0 383 修正前0 817 0 053 1 779 0 161 0 057 1 745 0 057 0 833 校核情况 修正后0 467 0 106 2 075 0 161 0 057 1 995 0 113 0 526 3 各渗流角点处的渗压水头的计算 各渗流角点处的渗压水头的计算见表 4 7 扬州大学本科生毕业设计 19 表表 4 7 各渗流角点处的渗压水头的计算表各渗流角点处的渗压水头的计算表 渗压水头H1H2H3H4H5H6H7H8H9 设计情况4 03 660 3 583 2 074 1 957 1 916 0 464 0 382 0 校核情况5 55 033 4 927 2 851 2 691 2 634 0 639 0 526 0 4 闸底渗压水头分布图 根据各角点处的渗压水头 作闸底渗压水头力分布图如下图 4 3 4 4 所示 图图 4 3 设计情况闸底透压水头分布图设计情况闸底透压水头分布图 单位 长度 cm 水头 m 图图 4 4 校核情况闸底渗压水头力分布图校核情况闸底渗压水头力分布图 单位 长度 cm 水头 m 5 渗流坡降的计算 出口坡降按公式 计算 0 S h J 水平坡降按公式 计算 L H Jx 式中 为出口段渗流坡降值 为水平段渗流坡降值 为出口段修正后的水头损J x J 0 h 失值 m 为底板埋深于板桩入土深度之和 m 为水平段水头损失值 m SH 扬州大学本科生毕业设计 20 为水平段长度 m L 具体结果如表 4 8 所示 表表 4 8 出口坡降与水平段坡降的计算表出口坡降与水平段坡降的计算表 部位 工况 出口段 渗透坡降 J 铺盖水平段 渗透坡降 Jx 闸室底板水平段 渗透坡降 Jx 设计情况0 382 1 2 0 318 3 583 2 074 18 0 084 1 916 0 464 16 0 091 校核情况0 526 1 2 0 438 4 947 2 851 18 0 116 2 634 0 639 16 0 125 注 允许渗流坡降值由 水闸设计规范 SL265 2001 表 6 0 4 软粘土的水平段允许渗流坡降 J 值 Jx 0 3 0 4 出口段允许渗透坡降值 J 0 6 0 7 由出口坡降与水平段坡降的计算表可知 实际渗流坡降都小于允许渗流坡降 故 渗流出口稳定 产生渗透变形的可能性很小 6 底板所承受的渗透压力的计算 由各段末的渗压水头可计算底板所承受的渗透压力 以底板上游端最低点为矩心 具体计算见表 4 9 表表 4 9 渗透压力计算表渗透压力计算表 计算工况算式渗透压力 kN 力臂 m 力矩 kN m 设计情况9 81 0 464 1 916 16 1 2 36 46798 886 3743308 87 校核情况9 81 0 639 2 634 16 1 2 36 49349 896 3759558 8 扬州大学本科生毕业设计 21 5 闸室结构布置 5 1 闸室底板 根据 水闸设计规范 SL265 2001 实施指南 4 2 9 条规定 对于大 中型水闸 闸室平底板厚度可取闸孔净宽的 1 6 1 8 其值约为 1 0 2 0m 最小厚度不宜小于 0 7m 闸室底板顺水流方向的长度参照表 4 5 所列数值初步拟定 可知砂土地基土质 闸室底板的顺水流方向长度与上 下游最大水位差的比值为 2 0 3 5 4 3 9 条规定齿 墙深度采用 0 5 1 5m 初步拟定 如前拟定 闸室底板厚度取 1 5m 取顺水流方向的长度取 16m 齿墙深度取 2 L 0 5m 齿墙底宽取 0 5m 斜坡比取 1 1 5 2 闸墩 5 2 1 闸墩顺水流方向长度 闸墩高度 闸墩长度的选定应满足两个因素 闸墩长度应满足上部结构布置要求 要使闸室基底荷载强度顺水流方向的分 布在各种工作条件下都比较均匀 避免闸室上下端产生过大的不均匀沉降而倾斜 根 据工程经验 一般情况下该值等于底板长度 也可以大于底板长度 但伸出的闸墩悬 臂长度一般不宜超过闸墩底板厚度的 1 倍 初步拟定本拦河闸闸墩的顺水流方向的长度与闸底长度相同 为 16m 闸墩顶部高程 设计水位 浪高 波浪中心至静水面距离 安全超高 闸墩顶部高程 校核水位 浪高 波浪中心至静水面距离 安全超高 取两者中的大值 规范条文说明 4 2 4 平均波高和平均波周期按莆田试验站公式计算 7 0 13 0 0018 0 7 0 13 0 7 0 2 0 45 0 2 07 0 2 0 2 0 v gH th v gD th v gH th v gh m mm 扬州大学本科生毕业设计 22 5 0 2 0 0 9 13 v gh v gT mm 式中 为平均波高 为计算风速 m s 为风区长度 m 为风区内平均水 m h 0 vD m H 深 m 为平均波周期 s m T 然后由 水闸设计规范 SL265 2001 表 E 0 1 2 查得波高与平均波高的比值 p h 进而求的 根据水闸的级别为 3 级 可由表 E 0 1 1 查的波列累计频率为 5 m h p h 则 p h 5 h 具体计算如表 5 1 所示 表表 5 1 平均波高和平均波周期计算表平均波高和平均波周期计算表 计算情况HmDm m v0 m s hm m hm Hmhp hmh5 m Tm s 设计情况4 7322 200 25 200 0 235 0 050 1 910 0 448 2 150 校核情况6 1322 200 16 800 0 152 0 025 1 920 0 292 1 730 平均波长和波浪中心线超出计算水位的高度分别按下式计算 m m m L H th gT L 2 2 2 mm z L H cth L h h 2 2 5 式中 为平均波长 m 为闸前水深 m 为波浪中心线超出计算水位的高度 m LH z h m 其余意义同上 采用试算的方法得出 计算结果列表 5 2 所示 m L 表表 5 2 平均波长和波浪中心线超出计算水位的高度计算表平均波长和波浪中心线超出计算水位的高度计算表 计算情况H m Tm s h5 m Lm m hz m 设计情况4 72 150 0 448 7 216 0 088 校核情况6 11 730 0 292 4 674 0 057 安全超高由 水闸设计规范 SL265 2001 表 4 2 4 水闸安全超高下限值查的为设 计情况为 0 4m 校核情况为 0 3m 综上闸墩高程计算列如表 5 3 所示 扬州大学本科生毕业设计 23 表表 5 3 闸墩高程计算表闸墩高程计算表 位置计算情况水位浪高波浪中心至静水面距离安全超高闸墩顶高程 设计情况8 90 4480 0880 4009 836 上游闸墩 校核情况10 30 2920 0570 30010 949 设计情况7 2000 7007 900 下游闸墩 校核情况8 5000 5009 000 由闸墩高程计算表可初步拟定上游闸墩闸墩高程为 11 0m 下闸墩高程 9 0m 5 2 2 闸墩厚度 门槽位置和尺寸的拟定 1 根据 水闸设计规范 SL265 2001 实施指南 4 2 13 条规定 闸墩厚度应根据 闸孔孔径 受力条件 结构工程和施工方法确定 平面闸门闸墩门槽处最小厚度不宜 小于 0 4m 兼做岸墙的边墩还应考虑承受侧向土压力的作用 其厚度应根据结构抗滑 稳定性和结构强度的需要计算确定 混凝土和少筋混凝土闸墩的厚度约为 0 9 1 4m 4 2 12 条规定 闸墩的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 上游墩头可采用半圆形 下游墩头采用流线形 根据以上要求初步拟定 中墩厚度为 1 0 边墩厚度为 1 0m 缝墩厚度 1 2m 上 游墩头采用半圆形 为便于施工 下游墩头也做成半圆形 2 根据 水闸设计规范 SL265 2001 实施指南 4 2 14 条规定 工作闸门门槽应设 在闸墩水流较平顺部位 其宽深比取 1 6 1 8 根据管理维修需要设置的检修闸门门槽 其与工作闸门门槽之间的净距离不宜小于 1 5m 当设有两道检修闸门门槽时 闸墩和 底板必须满足检修期的结构强度要求 初步拟定上游检修门槽深度 0 2m 宽度 0 3m 位于闸墩上游段 1 8m 处 工作闸门的 门槽深度取 0 3m 宽度取 0 5m 经后面计算改为 0 51m 位于闸墩上游段 4 3m 处 为方便闸底板的检修 在闸墩下游段也布置检修闸门 尺寸与上游检修闸门相同 位 于闸墩下游段 0 5m 处 具体尺寸如图 5 1 所示中孔闸墩尺寸布置图 扬州大学本科生毕业设计 24 图图 5 1 中墩尺寸布置图中墩尺寸布置图 单位 cm 5 3 闸门与胸墙 5 3 1 闸门的布置 根据 水闸设计规范 SL265 2001 条文说明 4 2 16 条规定 当永久缝设置在闸室 底板上 由于底板的整体性能比较差 在地基不均匀沉降的情况下 较易造成闸底板 高低不清 闸墩侧向倾斜的情况 从而改变闸孔形状 使得对闸孔变形很敏感的弧形 闸门很难适应 宜采用平面闸门 根据以上规定初步拟定 闸门采用平面钢闸门 双节点滚轮支撑 泄水时 当 e H 0 65 为堰 流 经计算 H 9 4 2 4 8m e 3 12m 故闸门高度取 4 5m 则闸门门顶高程为 4 2 4 5 8 7m 宽度 为 6 0 2 6 2m 5 3 2 胸墙的布置 由于挡水高度较大 可设置胸墙代替一部分闸门高度 其底部高程以不影响闸孔 过水为准 胸墙底缘与闸门顶部需设置止水 故胸墙底缘应比闸门顶缘低 0 2 0 3m 则胸墙底缘高程 8 7 0 2 8 5m 胸墙顶部高程与闸墩顶部高程相同 为 11 0m 则胸墙 高度为 11 8 5 2 5m 胸墙厚度为 0 2m 胸墙用钢筋混凝土做成 底部做成圆弧形 以改善水的流态 因为闸孔净宽 6m 故 胸墙采用板梁式结构 上梁高度 顺水流反向 一般取闸孔宽度的 1 12 1 15 下梁 高度还要考虑胸墙与闸门共同作用的影响 因为下梁背水面与闸门顶部紧靠 要求下 梁有较大的刚度以免影响闸门顶部止水失效 所以下梁高度一般不小于闸孔宽的 1 6 1 9 取上梁高 顺水流方向 为 0 5m 下梁高 水平向 为 0 75m 因为在闸 室底板上设置了沉陷缝 故采用胸墙与闸墩简支的形式 连接处涂以沥青 并设油毛 毡 具体尺寸见图 5 2 所示 扬州大学本科生毕业设计 25 图图 5 2 闸门与胸墙的尺寸闸门与胸墙的尺寸 单位 cm 5 3 3 闸门重量与启闭机的估算 1 闸门自重估算 平面闸门自重约 3 4kN m2 此处取 3 5 kN m2 闸门自重 G A 3 5 6 2 4 5 3 5 97 65 kN 2 闸门启闭所需的启门力和闭门力的估算 闸门启闭所需的启门力和闭门力由近似公式 GPFQ2 1 12 0 10 0 GPFw9 0 12 0 10 0 式中 为启门力 kN 为闭门力 kN 为闸门上的总水压力 kN Q F w FP 为闸门自重 kN bhhP 2 1 2 1 22 下上 G 计算结果如表 5 4 所示 表表 5 4 闸门启闭所需的启门力和闭门力计算表闸门启闭所需的启门力和闭门力计算表 计算情况P1 kN P2 kN P kN G kN FQ KN Fw KN 消能防冲670 709785 0527585 65797 65181 6023 23 4627 稳定水位999 737117 658982 079197 65225 208720 1437 加重块后999 737117 658982 0791 97 65 23 120 65 252 8087 0 5563 注 闸上水位呈梯形分布 闸下水位呈三角形分布 1 1 4 3 2 Phhb 下上 2 2 1 2 Ph b 扬州大学本科生毕业设计 26 由计算结果可以看出稳定水位时闭门力 0 所以闸门在关闭时需要增加配重 w F 块 拟定配重块为 23kN 闭门力 0 w F 5 4 启闭机与工作桥 5 4 1 启闭设备的初步选定 由表 5 2 计算所得启门力 初步选用平面闸门双吊点卷扬式启闭机 根据 闸门 与启闭机 选定启闭机型号如下 闸门启闭机型号 QPQ 2 16 启门力 2 160kN 地脚螺栓的间距 Q1Q2 1208mm Q1Q3 1569mm 具体尺寸见图 5 3 所示 图图 5 3 启闭机基础布置图启闭机基础布置图 单位 mm 5 4 2 工作桥的形式和尺寸的拟定 1 初步拟定 按业主要求 需在工作桥上建房屋 故拟定建 型梁 中间两纵梁间距取决于启 闭机地脚螺栓距 一般取 1 2 2 0m QPQ 2 16 启闭机的 Q1Q3 1569mm 故此处纵梁 净距取 1 4mm 外沿两纵梁承受上部房屋墙壁传来的力 横梁主要为安装启闭机而设 置 其位置决定于启闭机的安装位置 启闭机最大宽度为 1769mm 两边需同时留出 0 6 1 2m 的富裕宽度以供工作人员操作 初步拟定桥面总宽度为 3 9m 其中 工作桥跨度 L 7000 20 6980mm 净距 Ln 6000mm 纵梁高度 h 1 8 1 12 Ln 0 5 0 75 m 初步拟定为 0 6m 纵梁宽度 b 1 2 1 3 h 0 2 0 3 m 初步拟定为 0 3m 扬州大学本科生毕业设计 27 横梁截面为矩形 高度为纵梁高度的 2 3 3 4 宽度为高度的 1 3 1 2 初步拟定 横梁的高度为 0 4m 宽度为 0 2m 机墩高 0 35m 与横梁同宽 房屋四周墙壁厚 0 24m 房屋净宽 4 3 0 24 2 3 82m 屋顶横梁高 0 25m 宽 0 2m 垂 直于水流方向每隔 3m 布置一个 具体尺寸如图 5 4 所示 图图 5 4 工作桥尺寸及布置图工作桥尺寸及布置图 单位 cm 2 工作桥上的活动铺板布置 为了减小纵梁吊装重量 可将两根纵梁之间的桥面板做成可拆卸的活动铺板 简 支在纵梁上 活动铺板顶面与纵梁顶面齐平 板宽变化幅度在 40 50cm 长度为两根 纵梁净距加上两边 8cm 的支撑宽度 铺板厚度取 8 10cm 该工作桥选用两种规格的活动铺板 分别为 146cm 54cm 146cm 75cm 厚 度均为 8cm 具体尺寸如图 5 5 所示 扬州大学本科生毕业设计 28 图图 5 5 工作桥布置图工作桥布置图 单位 cm 5 5 工作桥设置高程 工作桥支墩的高度 尺寸的拟定 工作桥高度视闸门的形式 闸孔水面线而定 对平面闸门采用固定式启闭机时工 作桥横梁底高程 下游闸墩顶高程 门高 1 0 1 5 富裕高度 工作桥横梁底高程 9 0 4 5 1 2 14 7m 工桥纵梁底高程 14 7 0 2 14 5m 上游工 作桥排架高为 14 5 11 0 3 5m 下游工作桥排架高 14 5 9 0 5 5 活动门槽采用角钢 宽度 0 2m 具体尺寸见如图 5 6 所示 扬州大学本科生毕业设计 29 a 顺水流方向工作桥支墩 顺水流方向工作桥支墩 b 垂直水流方向支墩 垂直水流方向支墩 图图 5 6 工作桥支墩布置图工作桥支墩布置图 单位 长度 cm 高度 m 5 6 交通桥形式和尺寸 交通桥采用斜空心板 由于交通桥的标准是公路 双车道 则公路桥面宽度定 为 6 5m 两边人行道各为 0 8m 栏杆的厚度取 0 15m 交通桥总宽度为 8 5m 交通桥的具体尺寸如图 5 7 所示 图图 5 7 交通桥布置图交通桥布置图 单位 长度 cm 高程 m 5 7 工作便桥尺寸 具体尺寸如图 5 8 扬州大学本科生毕业设计 30 图图 5 8 工作便桥布置图工作便桥布置图 单位 cm 5 8 闸室分缝布置与止水设置 闸室沿轴线每隔一定距离顺流向设缝分开 以免闸室因不均匀沉降及温度变化而 产生裂缝 缝宽 2 0cm 并设置水平紫铜片止水 具体分缝布置如图 5 9 图图 5 9 闸室分缝布置与止水设置图闸室分缝布置与止水设置图 单位 cm 5 9 闸室总体布置图 闸室具体布置见图 5 10 所示