山东省淄博市节制闸课程计划书.docx

山东省淄博市节制闸课程计划书一，设计基本资料1.1，概述本工程位于流过山东省淄博市境内的淄河中游，距齐鲁石化进水闸的下游约2公里处设置的节制闸。目的是拦截淄河水流，抬高水位，以确保国家重点企业齐鲁石化和近数十万亩农田灌溉的供水。淄河由沂蒙山脉为源头，从南至北，经临朐、青州、淄博、广饶汇入小清河，再流入渤海。淄河是一条季节性河流，汛期时来水流量较大，通常约600m3/s；枯水期时河流干涸，河床能行人。每当汛期山洪暴发，水流夹带大量泥砂，河床沉积着较厚的砂砾，而两岸的地表土为亚粘土。1.2，规划数据流域面积：1670平方公里。设计流量（5年一遇）：Q=560m3/s，相应的闸上水位：34.55m，闸下水位：33.75m。校核流量（20年一遇）：Q=1300m3/s，相应的闸上水位：36.35m，闸下水位：35.62m。蓄水期水位：1.正常蓄水位：闸上34.55m，闸下29.98m（闸下无水）。2.最高蓄水位（校核水位）闸上35.90m，闸下31.98m。3.恶劣放水水位：闸上35.90m，闸下30.98m。闸下水位与流量关系：流量Q（m3/s）0501002003004005006007008009001000110012001300水位H（m）29.9830.2630.7831.5032.0032.7133.1233.7534.1834.7134.9935.2435.4435.5635.621.3，地质资料根据钻探孔（见地形图）的地质资料看出，因受河流冲积影响，土层变化情况较复杂。具体如下：1# 钻孔：位于淄河左岸上，自地面高程约36.00m向下至28.50m为亚粘土，土质坚实；高程28.50m至26.00m为粉质粘土，较坚实；高程26.00m至21.00m为粉土；高程21.00mm至15.00m为粉质粘土。2#、3#、4#、5# 钻孔：同1# 钻孔地质资料。6# 钻孔：位于淄河主河槽中，自河底高程29.98m至27.40m为冲积的砂砾；高程27.40m 至26.20m为粉质粘土；高程26.20m至21.50m为粉土；高程21.50m至15.20m 为粉质粘土。7#、8#、9#、10#钻孔：基本同6#钻孔地质资料。地基土物理力学指标如下表：土质容量(g/cm3)饱和容量(g/cm3)渗透参数k(cm/s)允许渗透坡降J压缩模量E(KN/cm3)）孔隙比e抗剪指标磨擦角(度)凝聚力C(N/cm2)亚粘土1.812.0410-51.16000.8181.6粉质粘土1.681.91310-41.08000.85161.1粉土1.561.84110-40.812000.9140.9参照附近水利工程抗冲流速的资料：亚粘土的抗冲流量V0=1.9m/s，粉质粘土的抗冲流速V0=1.7m/s，粉土的抗冲流速V0=1.0m/s。1.4，交通要求及其他 ，公路桥面高程为37.18m，双车道。桥面净宽为9m，按汽车-20级荷载标准设计。 ，淄河无通航要求，不设船闸，也不设鱼道。二,闸址选择闸址的选择关系到工程的成败和工程效益的发挥，是水闸设计的一项重要内容，应根据水闸的功能、运用要求和特点，综合考虑地形、地质、泥沙、施工、管理和周围环境等因素，通过技术经济比较，选定最佳方案。闸址宜选在地形开阔、岸坡稳定、岩土坚实和地下水位较低的地点，应优先选用地质条件良好的天然地基，壤土、中砂、粗砂和细砂都适于作为水闸的地基，尽量避开淤泥土和粉、细砂地基。过闸水流的流态是是闸址选择的重要因素，要求做到：过闸水流平顺、流量分布均匀、不出现偏流和危害性冲刷或淤积，拦河节制闸宜选在河道顺直、河势相对稳定的河段，闸的轴线宜于河道中心线正交，其上、下游河道直线长度不宜小于5倍的水闸进口段水面宽度。综合考虑以上闸址选择的最佳条件，临淄节制闸闸址选在淄博市临淄区以南，距齐鲁石化进水闸约2km处淄河的左岸河湾里，距离公路约100米（图1），这样既可拦截淄河水流，抬高水位，保证国家重点企业齐鲁石化的供水，又可确保附近数十万亩农田的灌溉，达到了设计目的。而且该处地势开阔，地质条件较好,截弯取直，施工期间可以利用原河道导流，解决了施工导流问题。新开挖渠道长约1km,济青公路处另外建设桥。缩短原河道可以增加了可利用土地面积，地质条件也叫原河道好得多，在新开渠道和原河道之间的湿地是又是良好的游乐开发地。图1 闸址布置图三,闸孔设计3.1,堰型选择考虑到淄河每当山洪暴发时，水流夹带大量泥沙，为满足泄洪、排沙的要求选用宽顶堰，此种堰型泄流能力比较稳定，结构简单，施工方便。3.2,底板高程选定闸底板置于土质较坚实的粉质粘土上，利用天然地基。底板高程与新开渠道闸址处的河底齐平。在1:5000的地形图上量得点1=29.40m和点2=30.12m的距离为194mm，闸址处与点1=29.40m距离102mm，故闸址处高程：址=29.40+（31.12-29.40）102/194=29.78m闸底板高程：底板=址=29.78m3.3,闸孔宽度计算闸孔总净宽初拟定新开渠道底宽b=61m，边坡m=2.5，断面形式如图流量：Q=1300m3/s闸上水深：H=36.35-29.78=6.57m闸下水深：hs=35.62-29.78=5.84m行近流速：V0=Q/A闸上游连接段大约25m，由于5H=56.57=32.85m25m，行近流速计算断面为梯形断面，断面面积：A=（b+mH）H=（60+6.572.5）6.57=502.11m2V0=1300/502.11=2.59m2/sH=H+V/2g 取=1.0 =6.57+2.592/29.81=6.91mhs/ H=5.84/6.91=0.8450.8,属于淹没出流。利用下面公式计算闸孔总净宽根据闸门形式、启闭设备条件、闸孔的运用要求和工程造价，并结合实例，先假定每孔净宽b。=11m，闸孔数N=5，闸墩墩头采用圆弧形，侧收缩系数按SL265-2001规范式A.0.1-3计算。b0/bs=b0/(b0+dz)=11/(11+1.5)=0.88,查SL265-2001规范表A.0.1-1知z=0.98。bb=6.572.5=16.43mb0/bs=b0/(b0+dz/2+bb)=11/(11+1.5/2+16.43)=0.39, 查SL265-2001规范表A.0.1-1知b=0.918侧收缩系数=(0.984+0.918)/5=0.968hs/ H=0.845，查SL265-2001规范表A.0.1-2得=0.925取用m=0.385闸孔总净宽:L0=1300/(0.9250.9680.3856.571.5)=45.0mL 满足防渗要求5.3渗流计算采用改进阻力系数法进行渗流计算5.3.1计算简化地下轮廓线简化如图5，粘土铺盖取平均深度，闸底板的齿墙简化为板桩。图5 计算简图由计算简图知：水平投影长度：L0=20+17=37m竖直投影长度：s0=1.6+1.0=2.6mL0/S0=37/2.6=14.25 有效计算深度Te=0.5L0=0.537=18.5m又由于地质资料所知深度T=29.78-15=14.78m1.0时，取=1.0。修正后的进、出口段水头损失减小h进、出口段的修正计算如表2表2段号TTSh0h0h进口段13.4813.481.30.750 0.466 0.620 0.154 出口段13.1813.782.60.899 0.574 0.639 0.065 修正的减小水头损失分配给相邻各段，所以修正后各段水头损失值为：h1 =0.466m h2 =1.562+0.154=1.716m h3 =0.124m h4 =0.097m h5 =1.861+0.060=1.921m h6 =0.097+0.005=0.102m h7 =0.574m 假设各分段的水头损失值按直线变化，依次叠加，叠加后各段水头值为：H=5.000mH1=5.000mH2=4.534mH3=2.818mH4=2.694mH5=2.597mH6=0.676mH7=0.574m绘出闸基渗流压力分布图如图6：5.4 逸出坡降计算为防止渗流变形的保证闸基的抗渗稳定性，要求出口的逸出坡降必须小于规定的容许值。出口处的逸出坡降J为根据地基土的物理力学指标，防止流土破坏的出口段容许坡降J=0.8所以出口段的逸出坡降满足容许值。六,消能、防冲设计 水闸泄水时，部分是能转化为动能，流速增大，而土质河床的抗冲能力低，所以，闸下冲刷是一个普遍的现象。不危害建筑物安全的冲刷，一般说来是允许的，但对于有害的冲刷，则必须采取妥善的防范措施。闸下消能、防冲是水闸设计的一项重要内容。6.1,消力池设计由于该闸闸底为粉质粘土，抗冲刷能力较低，故采用底流式消能。消力池的首段和尾端均采用闸孔总宽，即：b1=b2=61m。当恶劣放水时，水流对下游的冲刷最为厉害，此时闸上水位35.90m，闸下水位30.98m。取此时的工况为下游消能计算工况。闸门开度e按每级开启0.2m。6.1.1水流流态判定流量：Q=1300m3/s闸上水深：H=35.90-29.78=6.12m闸下水深：hs=30.98-29.78=1.20m过水断面：A=（b+mH）H=（60+2.56.12）6.12=467m2行近流速：闸孔全水头： 宽顶堰闸孔出流流量：流量系数可按南京水利科学研究所的经验公式计算：收缩断面水深：垂直收缩系数由相对开度查表得到。由水闸设计规范知跃后水深：对于5孔全开状态下各级开度的水流状态计算如表3对于对称开启3孔和1孔的各级开度计算同5孔全开状态。由表可以看出水流状态所开各级均为远趋水跃。该种水流状态对河床的冲刷比较大，需要修建消力池，并按规范要求修建相应的护坦。6.1.2消力池的尺寸根据水闸设计规范附录B，消力池的深度按下式计算：取水跃淹没系数出池落差Z按下式计算：水流动能校正系数各级开启度所需的消力池的深度计算结果如表3。从计算结果中可以看出所需最大深度为1.20m，所以消力池深度取为1.20m。消力池的长度按下式计算：取水跃前后水深差最大时计算消力池长度。水跃长度：斜坡段坡度取1:4，斜坡段水平投影长度水跃长度校正系数取0.7消力池长度：取消力池长度为21m（包括尾坎）。消力池底板厚度按抗冲要求确定：取消力池底板计算系数取底板厚1.0m。消力池的构造如图6图6 消力池剖面图6.2海漫设计 水流经过消力池，虽然已经消除了大部分的多余能量，但仍有一部分剩余动能，特别是流速分布不均，脉动较为剧烈，具有一定的冲刷能力。因此护坦后仍需设置海漫等防虫加固设施，以使水流均匀扩散，并将流速分布逐渐调整到接近天然河道的水流形态。6.2.1海漫的布置和构造一般在海漫的起始端做510m长的水平段，该工程的海漫设置8m长水平段，段后做成1:12的斜坡，以使水流均匀扩散，调整流速分布，保护河床不受冲刷。对海漫的要求有：表面有一定的粗糙度，以利于进一步消除余能；具有一定的透水性，以便使渗流水自由排出，降低扬压力；具有一定的柔性，以适应下游河床的冲刷变形。结合上述要求，水平段采用浆砌块石，斜坡段用干砌块石。海漫末端设置防冲槽抛块石，以加固末端。结构形式如图7图7 海漫剖视图6.2.2海漫长度计算海漫的长度应根据可能出现的最不利水位和流量的情况设计，它与消力池出口的单款流量及水流扩散情况、上下游水位差、地质条件、尾水深度以及海漫本身的粗糙度等因素有关，根据水闸设计规范，当时，海漫长度L