郾城县颍河拦河闸水闸设计计划书.doc

郾城县颍河拦河闸水闸设计计划书1.1 概述颍河拦河闸位于郾城县境内，闸址位于颍河京广铁路桥上游和吴工渠入颍河口下游之间，流域面积2234平方公里，流域内耕地面积288万亩。农作物以种植小麦、棉花等经济作物为主流域平均纵坡1/6200。本工程等别为等拦河闸按3级建筑物设计。 本工程投入适使用后，在正常蓄水位时，可蓄水2230万立方米。上游5个县25个乡已建成排灌站42处有效面积25万亩。闸上游开南、北两干渠，配支干23条，修建各类建筑物1230座，可自流灌溉下游三县21万亩农田，效益巨大，是解决颍河流域农田的灌溉动脉，同时，也是解决颍河地区浅层地下水贫水区的重要水源。1.2 基本资料1.2.1 地质资料 1、根据地质钻探资料，闸址附近地层为中粉质壤土，厚度约25m，其下为不透水层，其物理力学性质如下：湿重度r=20.0kN/m3土壤干重度r=16.0KN/m3 饱和重度r=22.0KN/m3 浮重度r=10.0KN/m3自然含水量时，内摩擦角=23饱和含水量时，内摩擦角=20土壤的凝聚力=0.1KN/m2地基允许承载力d=150KN/m2混凝土、砌石与土基摩擦系数f=0.36地基应力的不均匀系数【】=1.52.0渗透系数K=9.2910-3厘米/秒2、 本地区地震烈度为6度以下1.2.2 建筑材料 1、石料： 本工程位于平原地区、山丘少，石料需从外地供给，距京广线很近，交通条件好。 2、粘土：经调查本地区附近有丰富的粘土材料。 3、闸址处有足够多的砾料。1.2.3 水文气象 1、气温： 本地区年最高气温42度，最低气温为-18度。 2、风速： 最大风速V=20米/秒，吹程D=0.6公里。 3、降雨量; 非汛期（1-6月及10-12月）九个月最大流量为130m/秒。 年平均最大流量Q=36.1m/秒，最大年径流总量为9.25亿m。 年平均最小流量Q=15.63/米秒,最小年径流总量为0.423亿m。 4、冰冻：颍河流域冰冻时间短，冻土很薄，不影响施工。 5、上下游河道断面： 糙率：河床0.0225滩地0.03 6、批准的规划成果为： （一）灌溉用水季节，拦河闸的正常挡水位为58.72米，下游无水。（二）洪水标准。1、设计洪水位50年一遇，相应的洪峰流量1144.453/米秒，闸上游的洪水位为59.5米，相应的下游水位59.35米。2、校核洪水位200年一遇，相应的洪峰流量1642.353/米秒，闸上游的洪水位为61.00米，相应的下游水位60.82米。1.3 工程综合说明本工程为级拦河闸设计采用开敞式水闸。水闸由上游连接段、闸室段、下游连接段三部分组成。闸室段位于上、下游连接段之间是水闸工程的主体其作用是控制水位、调节流量。包括闸门、闸墩、边墩、底板、工作桥、检修便桥、交通桥、启闭机等。上游连接段的作用是将上游来水平顺地引进闸室。包括两岸的翼墙、护坡、铺盖、护底和防冲槽。下游连接段的作用是引导过闸水流均匀扩散通过消能防冲设施以保证闸后水流不发生有害的冲刷。包括消力池、海漫、防冲槽以及两岸的翼墙和护坡。具体尺寸设计、布置详见下面的章节介绍。 第2章 水力计算2.1 闸室的结构形式及孔口尺寸的确定2.1.1该水闸选择平底板宽顶堰闸孔形式，闸底板高程为51.92米。2.1.2闸孔净宽的计算2.1.2.1设计洪水位时：Q=1144.45m/s，H1=59.5m，H2=59.35m，g=9.81m/s2河道横截面积A为：流速：v=Q/A=1144.45/709.4=1.613m/s 上游水深：堰上水深：下游水深： 堰流处于高淹没度，则闸孔总净宽则2.1.2.2校核洪水位时：Q=1642.35m/s，H1=61m，H2=60.82m，g=9.81m/s2河道横截面积：流速：v=Q/A=1642.35/940.9=1.745m/s上游水深：堰上水深：下游水深： 堰流处于高淹没度，则闸孔总净宽则 因校核洪水时的闸孔净宽度大于设计洪水时的闸孔净宽度，故取B0为72.6m。设单孔净宽度b0为14m,则闸孔孔数 故取n=5。取闸墩厚度d为1.2m，则闸室总宽度2.1.2.3 水闸泄水能力验算计算的过水能力与设计流量的差值，不得超过5%， 符合要求2.2水闸的消能防冲设计2.2.1确定消能控制情况及消力池尺寸根据情况分析，在闸门局部开启时多为最不利的消能情况，应根据列表试算法确定消力池的各项尺寸。表格形式如下：开启孔数开启高度e过闸流量Qhs (m)单宽流量q hc (m) hc (m)Z（m）池深d（m)Lj (m)t(m)12185.293.661.0813.241.254.590.320.9823.340.7323524.144.6711.0818.361.9085.130.22 0.6521.030.7833771.214.7811.0818.361.9085.130.18 0.5820.690.7743.51190.385.2651.0821.262.2615.360.12 0.419.10.7753.51487.985.3051.0821.262.2615.360.10 0.38190.76541683.025.6991.0824.042.6285.510.03 0.22170.7554.21763.095.8541.0825.192.7855.570.002 0.16160.74故选定=23.34取24m，d=0.98m，t=0.78m2.2.2海漫设计2.2.2.1海漫的长度为取海漫的长度为53m。2.2.2.2防冲槽的设计经计算，d=（34）6.8=20.427.2m，满足要求。其地下轮廓布置图如下：3.2防渗和排水设计3.2.1确定地基有效深度地下轮廓的水平投影长度L0=20+16=36m 地下轮廓线垂直投影长度S0=51.92-45.92=6m L0/ S0 =36/6=65，故地基的有效深度Tc=0.5L0=18m 3.2.2简化地下轮廓将实际的地下轮廓进行简化，使之成为垂直和水平两个主要部分，出口处齿墙的入土深度应予保留，如下图，将地下轮廓分成七段： 3.2.3阻力系数的计算3.2.3.1进口段：将齿墙简化为短板桩，板桩入土深度为0.5m，铺盖厚度为1.0m，故S1=0.5+1=1.5m、T2=18m，而另一侧的S2=1.0m，T2=17m，计算进口段阻力系数为： =3.2.3.2铺盖水平段：S1=1.0m、S2=5m、L1=20.5m计算铺盖水平段阻力系数为3.2.3.3板桩垂直段：S1=5m，T1=17m，与S2=4.5m，T2=16.5m，齿墙垂直段阻力系数为3.2.3.4底板水平段： ， ，计算底板水平段的阻力系数 3.2.3.5齿墙垂直段：S=1m ,T=16.5m , 则齿墙垂直段的阻力系数为（6）齿墙水平段： ， ， ，计算齿墙水平段的阻力系数（7）出口段：S=1.07m , T=16.73m ,计算出口段阻力系数3.3计算渗透压力3.3.1各段水头损失的计算情况hi=，正常蓄水情况H=6.8，且0.54+0.91+0.59+0.65+0.06+0.06+0.47=3.28 则进口段 h1=1.12 铺盖水平段 h2=1.89 板桩垂直段 h3=1.23 底板水平段h4 =1.35 齿墙垂直段h5 =0.12 齿墙水平段h6=0.12 出口段h7 =0.97 3.3.2进出口水头损失值的修正3.3.2.1进口处修正系数=0.521 应予以修正。进口段水头损失值应修正为进口段水头损失减少值为故铺盖水平段水头损失值应为： 3.3.2.2出口处修正：出口处修正系数为： =0.59Hk=0.55m，且H=7.5Lm/2=3.17m故为深水波，因此浮托力和渗透压力分别为： 校核情况下荷载和力矩的计算表（对B点取距）荷载名称竖向力（KN)水平力（KN) 力臂（m）力臂（KN.m) 闸室结构重力16858.8136077.2上游水压力1738.28.12137.34.69831.61596.13.14947.91893.41.152177.4388.80.77299.4下游水压力5563.22.916133.315730.62975.3171.80.4170.4浮托力13955.78111645.6渗透压力1014.388114.473.55.33391.8水重力3483.93.6812820.86167.38.9855382.4合计2651011436.67753.77308221536.7137330.815073.4（）445.7（） 84205.9（）5.2地基应力验算5.2.1地基应力验算5.2.1.1完建无水及关门挡水情况 闸室基地压力计算 由完建期荷载计算表可知：=16858.8KN , =136077.2KN.m B=16m A=15.2=243.2地基承载力计算：基地压力满足要求。不均匀系数计算：故基地不均匀系数满足要求。5.2.2校核情况=15073.4KN =84205.9KN.m 则，地基承载力计算： 故地基承载力满足要求。不均匀系数计算：故基地不均匀系数不满足要求。5.3闸室稳定计算已知 ， ， （1）校核情况：闸室抗滑稳定分析：其中 , 由于本闸齿墙较浅，可取A=196,则故闸室抗滑稳定性满足要求。+=第6章 水闸上下游两岸的连接建筑物6.1上游连接建筑物 铺盖为粘土铺盖，顺水流方向长16米，厚1米。铺盖上游为块石护底，一直护至引水口。上游翼墙为浆砌石重力式反翼墙，迎水面直立，墙背为1:0.5的斜坡，收缩角为15度，圆弧半径为6.8米。墙顶高程为62.00米，其上设0.8米高的混凝土挡浪板。墙厚填土高程为59.20米。翼墙底板为0.6米厚的钢筋混凝土板。翼墙上游与铺盖头部齐平。翼墙上游为干砌块石护坡，每个14米设一道浆砌石格梗。块石底部设15厘米的砂垫层。6.2下游连接建筑物 闸室下游采用挖深式消力池。其长为24米，深为0.98米。消力池的底板为钢筋混凝土结构，其厚为0.78米。消力池与闸室连接处有1米宽的平台，后以1:4的斜坡连接。消力池地板下按反滤的要求铺设厚0.3米的砂，碎石垫层。海曼长53米，分水平段和缓坡段，水平段为浆砌块石，海曼末端设一构造防冲槽。深为1.5米，边坡为1:2。底宽为1米。槽内抛以块石。 下游翼墙为浆砌石重力式反翼墙。其迎水面直立，墙背坡度为1:0.5，扩散角为10，圆弧半