大型水闸设计毕业设计

1、 1 毕业设计任务书毕业设计任务书 一、毕业设计的目的与要求一、毕业设计的目的与要求 1.巩固所学的基础理论知识和专业知识，并能实际运用于设计中，培养独立分析 和解决问题的能力。 2.明确当前工程设计的任务，执行党和政府的有关政策，培养正确的设计思想， 掌握现代设计方法。 3.善于运用图表和文字表达设计意图，能运用有关参考书籍手册和规范。 4.了解国内最新的科学技术成就，并能适当地运用到设计中。 5.毕业设计应有 5000 汉字的外文资料翻译。 二、原始资料和已知条件：二、原始资料和已知条件： （一）设计资料（一）设计资料 本工程位于河南省某县城郊处，它是某河流梯级开发中最末一级工程。该河属稳

2、 定性河流，河面宽约 200 m，深约 710 m。由于河床下切较深又无适当控制工程，雨 季地表径流自由流走，而雨过天晴经常干旱，加之打井提水灌溉，使地下水位愈来愈 低，严重影响两岸的农业灌溉和人畜用水。为解决当地 40 万亩农田的灌溉问题，经上 级批准的规划确定，修建挡水枢纽工程。 拦河闸所担负的任务是：正常情况下拦河截水，抬高水位，以利灌溉，洪水时开 闸泄水，以保安全。 本工程建成后，可利用河道一次蓄水 800 万 m3，调蓄水至两岸沟塘，大量补给地 下水，有利于进灌和人畜用水，初步解决 40 万亩农田的灌溉问题并为工业生产提供足 够的水源，同时对渔业、航运业的发展，以及改善环境，美化城乡

3、都是极为有利的。 1地质条件 根据钻孔了解闸址地层属河流冲积相，河床部分地层属第四纪蟓更新世 q3与第四 纪全新世 q4的层交错出现，闸址两岸高程均在 41m 左右。 闸址处地层向下分布情况如下表 1 所示。 表 1 闸址处地层分布情况 土质名称重粉质壤土细砂中砂重粉质壤土中粉质壤土 分布范围 由上而下 河床表面以下 深约 3m 高程 28.8m 以下 厚度约 5m 高程 22m 以 下 厚度 5-8m 2 2地形 闸址处系平原型河段、两岸地势平坦，地面高程约为 40.00 m 左右，河床坡降平 缓，纵坡约为 1/10000，河床平均标高约 30.00 m，主河槽宽度约 80-100 m，河滩

4、宽平， 呈复式河床横断面，河流比较顺直。 3土的物理力学性质指标 土的物理力学性质指标主要包括物理性质、允许承载力、渗透系数等，具体数字 如表 2、3 所示。 表 2 土的物理性质指标表 湿重度饱和重度浮重度细砂比重细砂干重度 19kn/m321 kn/m311 kn/m327 kn/m315 kn/m3 表 3 土的力学性质指标表 内摩擦角土基允许承载力摩擦系数不均匀系数渗透系数 cm/s 自然含水 量时 28 粘土 0 . 25 . 1 中细砂层 3 105 k 饱和含水 量时 25 200 kn/m混凝土、砌 石与土基的 摩擦系数当 土基为密实 细砂层时值 为 36 . 0 f 砂土 4

5、 . 2 以下土层 5 105 k 4工程材料 （1）石料 本地区不产石料，需从外地运进，距公路很近，交通方便。 （2）粘土 经调查本地区附近有较丰富的粘土材料。 （3）闸址处有足够的中细砂。 5水文气象 （1）气温 本地区年最高气温 42.2 c，最低气温-20.7 c，平均气温 14.4 c。 （2）风速 3 最大风速 20v m/s，吹程 0.6 km。 （3）径流量 非汛期（16 月及 1012 月）9 个月份月平均最大流量 9.1 m3/s。 汛期（79）三个月，月平均最大流量为 149 m3/s，年平均最大流量 2 . 26q m3/s，最大年径流总量为 8.25 亿 m3。 （4

6、）冰冻 闸址处河水无冰冻现象。 6批准的规划成果 （1）根据水利电力部水利水电枢纽工程等级划分及设计标准 （sd112-78）的规定， 本枢纽工程为等工程，其中永久性主要建筑物为 3 级。 （2）灌溉用水季节，拦河闸正常挡水位为 38.50 m。 （3）洪水标准见表 4 所示。 表 4 洪水标准表 项目 重现年 洪水流量（m3/s） 闸前水位（m） 下游水位（m） 设计洪水 20 937 39.15 39 校核洪水 50 1220 40 .3540.2 7施工条件 （1）工期为两年 （2）材料供应情况 水泥由某水泥厂运输 260 km 至某市，再运输 80 km 至工地仓库；其它他材料由市汽车

7、 运至工地；电源由电网供电，工地距电源线 1.0 km；地下水位平均为 28.030.0 m。 （二）注意事项（二）注意事项 由于要使学生对本枢纽工程有比较完整的了解，故第二部分所给的原始资料较为 全面。从此次毕业设计的要求来看，原始资料并不是都用得上的，学生必须从中选择 使用。 1工程名称、工程地点及规模，本工程在发展国民经济中的作用，政府的有关决定和 指标，包括施工期限和建筑物及设备的投产日期。 2水文、地质、气象等资料 （1）坝址附近河道水位流量关系； （2）水库水位面积容积关系； 4 （3）年平均流量过程线，洪水、中水枯水的设计频率控制洪峰值数据表，不同频率的 洪峰流量过程线； （4）

8、历年气温、风向、风速的统计表； （5）河床及河岸的地质条件，主要建筑物地基的地质剖面图。设计文件对基础处理的 要求； （6）地下水位、流向及渗透系数等。 3水工设计资料： 水利枢纽总布置图，枢纽中主要建筑物的平面图、剖面图、细部结构图及枢纽设 计说明等。 4其它： （1）当地与外来材料的种类，产地和运输距离，料场的布置，地形图及地质剖面图； （2）工地附近主要交通运输方式，距离枢纽最近的铁路，公路运输情况； （3）房屋条件与水电动力供应情况； （4）劳动力与施工机具供应情况； （5）主要材料的预算价格和消耗额等。 三、设计内容提要三、设计内容提要 毕业设计是教学计划中最后一个教学环节。学生应在

9、教师指导下独立进行工作。 学生应充分发挥独立思考能力，解决设计中遇到的问题。指导教师可根据具体情况， 对下列设计内容提要作适当的补充和删减。 必须指出，拟定和选择施工方法，是毕业设计中很重要的部分，应该通过技术经 济比较来论证。设计中使用和列出的数据都应该是有根据(如根据参考文献、手册、计 算和绘图等)；文字说明应力求通顺、确切、扼要和清楚；图表要整洁，能表达设计意 图。 1 兰州交通大学毕业设计开题报告兰州交通大学毕业设计开题报告 课题名称大型水闸设计 课题来源工程实际课题类型ax导 师李明顺 学生姓名杨俊学 号200803155专 业水利水电工程 一、选题的依据一、选题的依据 本工程位于河

10、南省某县城郊处，它是某河流梯级开发中最末一级工程。该河属稳定 性河流，河面宽约 200m，深约 710m。由于河床下切较深又无适当控制工程，雨季地 表径流自由流走，而雨过天晴经常干旱，加之打井提水灌溉，使地下水位愈来愈低，严 重影响两岸的农业灌溉和人畜用水。为解决当地 40 万亩农田的灌溉问题，经上级批准的 规划确定，修建挡水枢纽工程。 拟定和选择施工方法，是毕业设计中很重要的部分，应该通过技术经济比较来论证。 二、课题的意义二、课题的意义 本工程主要任务是正常情况下拦河截水，以利灌溉，而当洪水来临时，开闸泄水， 以保防洪安全。 本工程建成后，可利用河道一次蓄水 800 万 m3，调蓄水至两岸

11、沟塘，大量补给地下 水，有利于进灌和人畜用水，初步解决 40 万亩农田的灌溉问题并为工业生产提供足够的 水源，同时对渔业、航运业的发展，以及改善环境，美化城乡都是极为有利的。 三、设计的目的与要求 1、巩固所学的基础理论知识和专业知识，并能实际运用于设计中，培养独立分析 和解决问题的能力。 2、明确当前工程设计的任务，执行党和政府的有关政策，培养正确的设计思想，掌 握现代设计方法。 3、善于运用图表和文字表达设计意图，能运用有关参考书籍手册和规范。 4、通过调查研究,查阅文献资料,培养学生严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作 风。 5、通过本次毕业设计,要求学生在教师的指导下,独立完成设计课题

12、所规定的全部内 容。全面提升学生综合能力，使之在我国以后的水利工程事业中发挥更大作用。 2 必须指出，设计中使用和列出的数据都应该是有根据(如根据参考文献、手册、计算 和绘图等)；文字说明应力求通顺、确切、扼要和清楚；图表要整洁，能表达设计意图。 四、施工组织毕业设计进度安排 时 间内 容 第 1 周熟悉基本资料，收集资料、参考书。完成开题。 第 2 周水闸等级划分及洪水标准 第 3-4 周闸址选择、总体布置、 第 5-6 周水力设计 第 7 周防渗排水设计 第 8 周结构设计 第 8 周10 周 专题设计部分（包括上机计算）分下述三个专题： 1、闸上工作桥设计 2、岸墙、翼墙设计 3、闸墩、

13、闸底板设计 第 1112 周整理说明书及绘图 第 13 周整理、修改设计成果，准备并参加答辩 五、主要参考文献五、主要参考文献 1、天津大学林继镛主编 . 水工建筑物 . 北京：中国水利电力出版社 ，2006 2、武汉大学袁光裕主编.水利工程施工.北京：中国水利电力出版社，2005 3、李家星，赵振兴主编. 水力学（上、下）. 南京：河海大学出版社. 2001.1 4、河海大学，大连理工大学，西安理工大学，清华大学合编.水工钢筋混凝土结构 学. 北京：中国水利水电出版社，2007 指导 教师 意见签名: 年 月 日 1 兰州交通大学毕业设计学生自查表兰州交通大学毕业设计学生自查表 学生姓名杨俊

14、专 业水利水电工程班级水利 081 指导教 师姓名 李明顺职 称 教 授 课题名称大型水闸设计 个人精力 实际投入 日平均工 作时间 4 小 时 周平均工作时 间 20 小 时 迄今缺 席天数 0 天 出勤率 100 指导教师 每周指导 次数 2 次 每周指导时间 （小时） 6 小时备注 已完成重要内容待完成重要内容 毕业设计 （论文） 工作进度 （完成） 内容及比 重 1. 熟悉基本资料，收集资料、 参考书，完成开题报告 2. 水闸等级划分及洪水标准 3. 闸址选择、总体布置 4. 水力计算 5. 防渗排水设计 6.闸室布置及其稳定计算 75 1闸底板结构设计及计算 2整理说明书及绘图 3整

15、理、修改设计成果25 存在问题 1. 对于专业理论知识掌握的不够系统全面，对设计方法、步骤掌握不足 2. 对本课题方面的资料搜集不足 指导教师签字： 年 月 日 1 摘要摘要 本毕业设计的题目是大型水闸设计，本工程位于河南省某县城郊处，该河属稳定 性河流，河面宽约 200 m，深约 710 m。拦河闸所担负的任务是：正常情况下拦河截 水，抬高水位，以利灌溉，洪水时开闸泄水，以保安全。 本工程建成后，可利用河道 一次蓄水 800 万 m3，调蓄水至两岸沟塘，大量补给地下水，有利于进灌和人畜用水， 初步解决 40 万亩农田的灌溉问题并为工业生产提供足够的水源，同时对渔业、航运业 的发展，以及改善环

16、境，美化城乡都是极为有利的。 本设计的内容包括水闸等级划分、闸址选择、总体布置、闸型确定、拟定闸孔尺 寸及闸墩厚度、防渗排水设计、闸墩、闸底板设计、闸室的稳定计算。其中通过设计 流量与校核流量确定闸孔总净宽，再根据选定单孔净宽。根据闸基地闸门设计规范 质条件决定出闸底板形式以及闸墩厚度。由于本闸位于平原地区，河床的抗冲刷能力 较低，所以采用底流式消能。闸门局部开启情况，作为消能防冲设计的控制情况。防 渗设计中采用改进阻力系数法进行渗流计算。闸室的稳定计算中考虑到了完建无水期 和正常挡水期两种情况下的荷载组合进行验算。 关键词关键词：闸门 、闸墩 、消力池 、 渗流 、地基承载力 、稳定计算 2

17、 abstract the school design on the topic of major flood gate design. this project is located in henan province a county and city outskirts. the river is stability river. river width of about 200m, about 7 to 10m. the river gate the tasks are: under normal circumstances the river damming water to rai

18、se water for irrigation, flood, open the gate sluicing to ensure safety. this project is completed, and you can use river a water 8 million m 3, to water and the two sides of tong, a large supply underground water, and conducive to irrigation and irrigation water, has initially solved 400,000 mu of

19、farmland irrigation and industrial production to provide sufficient water for fishing, shipping industry, and improve the environment and beautify urban and rural areas are extremely beneficial. the design of the sluice gates hierarchy, site selection, overall arrangements, gates, established in gat

20、e hole size and design gate tun thickness, impermeable drainage design, gates tun, gates plate design, lock the stable basis. the adoption of the design of the flow of traffic nuclear school gates hole the total net width, selected in accordance with single hole net wide. in accordance with the base

21、 gate conditions on board the gates and gate tun thickness. the gate is located in the plains, river plate of resistance against soil erosion is comparatively low, so the bottom streaming consumer. gates partially open, as a consumer can prevent chong design of the situation under control. impermeab

22、le design of the adoption of improved resistance coefficient of seepage. lock the stable basis, taking into account the end up without water and normal and water for two of the load combination residue. keywords ：gates, gates tun， stilling basin， transfusion， foundation capacity， stable basis 1 目目 录

23、录 第一章第一章 总论总论1 第一节第一节 闸位概述闸位概述1 第二节第二节 基本资料基本资料1 第三节第三节 工程综合说明工程综合说明4 第二章第二章 水力计算水力计算6 第一节第一节 闸址及形式选择闸址及形式选择6 第二节第二节 闸孔尺寸确定闸孔尺寸确定7 第三节第三节 消能防冲设计消能防冲设计12 第三章第三章 防渗与排水设计防渗与排水设计25 第一节第一节 闸底地下轮廓线的布置闸底地下轮廓线的布置25 第二节第二节 渗流计算渗流计算29 第四章第四章 闸室布置闸室布置37 第一节第一节 底板和闸墩底板和闸墩37 第二节第二节 闸门与启闭机闸门与启闭机40 第三节第三节 上部结构上部结构

24、43 第四节第四节 闸室的分缝与止水闸室的分缝与止水44 第五章第五章 闸室稳定计算及地基应力计算闸室稳定计算及地基应力计算46 第一节第一节 设计情况及相应荷载组合设计情况及相应荷载组合46 第二节第二节 完建无水期荷载计算及地基应力计算完建无水期荷载计算及地基应力计算46 第三节第三节 正常挡水期验算及地基应力计算正常挡水期验算及地基应力计算48 第六章第六章 闸底板结构计算闸底板结构计算51 第一节第一节 闸室计算方法和情况选择闸室计算方法和情况选择51 第二节第二节 设计水位的计算设计水位的计算52 2 第三节第三节 完建无水期的荷载计算完建无水期的荷载计算63 第四节第四节 底板配筋

25、计算底板配筋计算71 第七章第七章 下游连接建筑物下游连接建筑物74 第一节第一节 上、下游连接建筑物的作用上、下游连接建筑物的作用74 第二节第二节 上游连接建筑物上游连接建筑物74 第三节第三节 下游连接建筑物下游连接建筑物75 第四节第四节 闸室与岸坡连接建筑物闸室与岸坡连接建筑物76 总总 结结77 致谢信致谢信78 参考文献参考文献79 1 第一章第一章 总论总论 第一节第一节 闸位概述闸位概述 一、工程概况一、工程概况 本工程位于河南省某县城郊处，它是某河流梯级开发中最末一级工程。该河属稳 定性河流，河面宽约 200m，深约 710m。由于河床下切较深又无适当控制工程，雨季 地表径

26、流自由流走，而雨过天晴经常干旱，加之打井提水灌溉，使地下水位愈来愈低， 严重影响两岸的农业灌溉和人畜用水。为解决当地 40 万亩农田的灌溉问题，经上级批 准的规划确定，修建挡水枢纽工程。 二、拦河闸任务二、拦河闸任务 拦河闸所担负的任务是正常情况下拦河截水，抬高水位，以利灌溉。洪水时开闸 泄水，以保安全。 本工程建成后，可利用河道一次蓄水 800 万 m3，调蓄河水两岸沟塘，大量补给地 下水，有利于进灌和人蓄用水，初步解决 40 万亩农田的灌溉问题，并为工业生产提供 足够的水源，同时渔业、航运业的发展，以及改善环境，美化城乡都是极为有利的。 第二节第二节 基本资料基本资料 一、地形资料一、地形

27、资料 闸址处系平原型河段，两岸地势平坦，地面高程约为 40.00m 左右。河床坡降平缓， 纵坡约为 1/10000，河床平均标高约为 30.0m，主槽宽度约为 80100m，河滩宽平， 至复式河床横断面，河流比较顺直。 二、地质资料二、地质资料 （一）根据钻孔了解闸址地层属河流冲积相，河床部分地层属第四级蟓更新世 q3 与第四纪全新世 q4 的层交错现象，闸址两岸地面高程均在 41m 左右。 闸址处地层向下分布情况如下： 1、重粉质壤土：分布在河床表面以下，深约 3m。 2、细砂：分布在重粉质壤土以下（河床部分高程约在 28.8m 以下。 ） 3、中砂：分布在细砂层以下，在河床部分的厚度约为

28、5m 左右。 4、重粉质壤土：分布在中砂层以下（深约 22m 以下） 。 2 5、中粉质壤土：分布在重粉质壤土以下，厚度 58m。 三、土的物理力学性质指标三、土的物理力学性质指标 1.物理性质 湿容重 a=19kn/m3 饱和容重 饱=21kn/m3 浮容重 浮=11kn/m3 细砂比重 g= 27kn/m3 细砂干容重 干=15kn/m3 2内摩擦角 自然含水量时 =280 饱和含水量时 =250 3.土基许可承载力： 【】=200kn/m3 4.混凝土、砌石与土基摩擦系数 密实细砂层 f=0.36 5.地基应力不均匀系数 粘土（）=1.52.0 砂土（）=2.5 6.渗透系数 中细砂层

29、k=510-3 平均厚度约 5m 以下土层 k=510-5 作为相对不透水层 四、工程材料四、工程材料 1、石料：本地区不产石料，需从外地运进，距离公路很近，交通方便。 3 2、粘土：经调查本地区附近有交丰富的粘土材料。 3、闸址处有足够的中细砂。 五、地震烈度五、地震烈度 本地区地震烈度在 6 度以下。 六、水文气象六、水文气象 1、气温：本地区年最高气温 42.20c，最低气温-20.7c，平均气温 14.40c。 2、风速：最大风速 v=20m/s，吹程 0.6km。 3、径流量：非汛期（16 月及 1012 月）9 个月份涡河月平均最大流量 9.1m3/s 汛期（79）三个月，涡河月平

30、均最大流量为 149m3/s，年平均最大 流量 q=26.2m3/s，最大年径流总量为 8.25 亿 m3。 4、冰冻：闸址处河水无冰冻现象。 七、河槽整治断面及水位流量关系曲线七、河槽整治断面及水位流量关系曲线 经批准的规划决定：对原河槽将适当调整，并在两岸作矮堤，以扩大泄洪能力， 提高防洪安全的保证率。规划确定的上下游河道整治后断面如附图。下游河道水位流 量关系曲线见图 11。 图 11 上下游河道横断面图（单位：m） 八、施工条件八、施工条件 1、工期：两年 2、材料供应： 水泥由某水泥厂运输 260 km 至某市，再运输 80 km 至工地仓库；其它他材 料由市汽车运至工地。 3、电源

31、：有电网供电，工地距电源线 1.0 公里。 4、地下水位： 平均 28.030.0 m 九、批准的规划成果九、批准的规划成果 4 1、根据水利电力部水利水电枢纽工程等级划分及设计标准 （sdj 1278）的 规定，本枢纽工程为三等工程，其中永久性 2、主要建筑物为 3 级。 3、灌溉用水季节，拦河闸正常挡水位为 38.50m。 4、洪水标准。 项目 重现（年） 洪水流量 m3/s 闸前水位 （m） 下游水位 （m） 设计洪水2093739.1539 校核洪水50122040.5040.2 第三节第三节 工程综合说明工程综合说明 本工程为拦河闸，建造在河道上。枯水期用以拦截河道，抬高水位，以利上

32、游取 水或航运要求；洪水期则开闸泄洪，控制下游流量。 一、河闸的特点一、河闸的特点 拦河闸既用以挡水，又用于泄水，且多修建在软土地基上，因而在稳定、防渗、 消能防冲及沉降方面都有其自身的特点。 1稳定方面 关门拦水时，水闸上、下游较大的水头差造成较大的水平推力，使水闸有可能沿 基面产生向下游的滑动，为此，水闸必须具有足够的重力，以维持自身的稳定。 2防渗方面 由于上下游水位差的作用，水将通过地基和两岸的土壤会被掏空，危及水闸的安 全。渗流对闸室和两岸连接建筑物的稳定不利。因此，应妥善进行防渗设计。 3能防冲方面 水闸开闸泄水时，在上下游水位差作用下，过闸水流往往具有较大的动能，流态 也较复杂，

33、而土质河床的抗冲能力较低，可能引起冲刷。此外，水闸下游常出现波状 水夭和折冲水流，会进一步加剧对河床和两岸的淘刷。因此，设计水闸除应保证闸室 具有足够的过水能力外，还必须采用有效的消能防冲措施，以防止河道产生有害的冲 5 刷。 4沉降方面 土基上的建闸，由于土基的压缩性大，抗剪强度低，在闸室的重力合外部荷载作 用下，可能产生较大的沉降影响正常使用，尤其是不均匀沉降会导致水闸倾斜，甚至 断裂。在水闸设计时，必须合理选择闸型、构造，安排好施工程序，采取必要的地基 处理等措施，以减少过大的地基沉降和不均匀沉降。 二、拦河闸的组成二、拦河闸的组成 拦河闸通常由上游连接段，闸室段和下游连接段三部分组成。

34、 （一）上游连接段 上游连接段的主要作用是引导水流平稳地进入闸室，同时起防冲、防渗、挡土等 作用。一般包括上游翼墙、铺盖、护底、两岸护坡及上游防冲槽等。上游翼墙的作用 是引导水流平顺地进入闸孔并起侧向防渗作用。铺盖主要起防渗作用，其表面应满足 抗冲要求。护坡、护底和上游防冲槽（齿墙）是保护两岸土质、河床及铺盖头部不受 冲刷。 （二）闸室段 闸室是水闸的主体部分，通常包括底板、闸墩、闸门、胸墙、工作桥及交通桥等。 底板是闸室的基础，承受闸室的全部荷载，并比较均匀地传给地基，此外，还有防冲、 防渗等作用。闸墩的作用是分割闸孔，并支承闸门、工作桥等上部结构。闸门的作用 是拦水和控制下泻流量。工作桥供

35、安置起闭机和工作人员操作之用。交通桥的作用是 连接两岸交通。 （三）下游连接段 下游连接段具有消能和扩散水流的作用。一般包括护坦、海漫、下游防冲槽、下 游翼墙及护坡等。下游翼墙引导水流均匀扩散兼有防冲及侧向防渗作用。护坦具有削 能防冲作用。海漫的作用是进一步消除护坦出流的剩余动能、扩散水流、调整流速分 布、防止河床冲刷。下游防冲槽是海漫末端的防护设施，避免冲刷向上游扩展。 6 第二章第二章 水力计算水力计算 第一节第一节 闸址及形式选择闸址及形式选择 一、闸址选择一、闸址选择 闸址选择关系到工程建设的成功和经济效益的发挥，是水闸设计中的一项重要内 容。应根据水闸的功能、特点和运用要求，以及区域

36、经济条件，综合考地形、地质、 建筑材料、交通运输、水流、潮汐、冰情、泥砂、施工、管理、周围环境等因素，经 技术经济比较确定。 闸址应选择在地形开阔、岸坡稳定、岩土坚实和地下水位较低的地点。闸址应选 用地质条件良好的天然地基。壤土、中砂、粗砂、砂砾石适与作为水闸的地基。尽量 避免淤泥质土和粉砂、细砂地基，必要时，应采取妥善的处理措施。 拦河闸应选择在河道顺直、河势相对稳定和河床断面单一的河段，或选择在弯曲 的河段采弯取直的新开河道上。应考虑材料来源、对外交通、施工导流、场地布置、 基坑排水、施工水电供应等条件，同时还应考虑水闸建成后工程管理维修和防洪抢险 等条件。 水闸中心线的布置应考闸室与两岸

37、建筑物均匀，对称的要求。拦河闸的中心线一 般应与河道中泓线相吻合。该拦河闸选在鹿邑县城北约 1km 处，闸轴线如地形图所示。 二、闸室型式选择二、闸室型式选择 闸室按结构形式可分为：开敞式水闸和涵洞式水闸。 （一）开敞式水闸 闸室上面不填土封闭的水闸。一般有泄洪、排水、过木等要求时，多采用不带胸 墙的开敞式水闸，多用于拦河闸、排冰闸等。当上游水位变幅大，而下泄流量又有限 制时，为避免闸门过高，常采用带胸墙的开敞式水闸，如进水闸、排水闸、挡潮闸多 用这种形式。 （二）涵洞式水闸 闸身上面填土封闭的水闸，又称封闭式水闸。常用于穿堤水或排水的水闸。洞内 水流可以是有压的或无压的。 综合考虑该工程特点

38、，上、下游水位差较小，不须控制流量，泄洪时可能有漂浮 7 物等因素，可采用无胸墙的开敞式水闸。 （三）闸孔形式的选择 闸孔形式一般有宽顶堰型、实用堰低型和胸墙孔口型三种。 1宽顶堰型。这是水闸最常用的底板结构形式。主要优点是结构简单、施工方便、 泄流能力比较稳定，有利于泄洪、冲沙、排淤、通航等；其缺点是自由泄流时流量系 数小，容易产生波状水。 2实用堰低型。有梯形、曲线型和驼峰型。实用堰型自由泄流时，流量系数较大， 水流条件较好，选用适宜的堰面形式可以消除波状水。但泄流能力受尾水位变化的影 响较为明显，不稳定。 3胸墙孔口型。这种堰可以减小闸门高度和启门力，也可降低工作桥高和工程造 价。 根据

39、各种形式的适用条件，综合考虑该工程特点，河槽蓄水，闸前基本没有淤积， 闸底高程应尽可能底。因此，采用无底砍平底版宽顶堰，堰顶高程与河床同高，即闸 底板高程为 30.00m。 第二节第二节 闸孔尺寸确定闸孔尺寸确定 一、底板高程确定一、底板高程确定 底板高程与水闸承担的任务、泄流或引水流量、上下游水位及河床地质条件等因 素有关。 闸底板应置于较为坚实的土层上，并应尽量利用天然地基。在地基强度能够满足 要求的条件下，底板高程定得高些，闸室宽度大，两岸连接建筑物相对较低。对于小 型水闸，由于两岸建筑物在整个工程中所占比重较大，因而适当降低底板高程，常常 是有利的。当然，底板高程也不能定的太低，否则，

40、由于单宽流量加大，将会增加下 游消能防冲的工程量，闸门增高，启闭设备的容量也随之增大。另外，基坑开挖也较 困难。 选择底板高程前，首先要确定合适的最大过闸单宽流量。它取决于闸下游河渠的 允许最大单宽流量。允许最大过闸单宽流量可按下游河床允许最大单宽流量的 1.21.5 倍确定。根据工程实践经验，一般在细粉质及淤泥河床上，单宽流量取 510m3/（sm） ； 在砂壤土地基上取 1015m3/（sm） ；在壤土地基上取 1520m3/（sm） ；在黏土地基上取 2025m3/（sm） 。下游水深较深，上下游水位差较小和闸后出流扩散条件较好时，宜选 用较大值。 8 一般情况下，拦河闸的底板顶面与河床

41、齐平，即闸底板高程 30.0m。 二、拟定闸孔尺寸及闸墩厚度二、拟定闸孔尺寸及闸墩厚度 1由已知上、下游水位及闸底板高程，由公式（21） 、式（22）可求得上游 水头及下游水深 。 v0=q/a （21） h0=h+v02/2g （22） 其中 v0行进流速，m/s； q过流流量，m3/s； a过水断面面积，m2； h0含有行进流速水头在内的闸前水头，m。 推算的上游水头及下游水深见表 21。 表 21 上游水头计算 流量 q（m3/s ） 下游水深 hs（m） 上游水深 h（m） 过水断面积 （m2） 行进流速 v0（m/s ） v02/2g上游水头 h0（m） 设计流量 937 9.009

42、.15995.7680.9410.0459.195 校核流量 1220 10.2010.351166.7681.0460.05610.406 2判别出流流态 闸门全开泄洪时，一般属于淹没条件下的水流，所以采用平底板宽顶堰堰流公式， 根据设计，校核情况下的上、下游水位及流量进行计算。对于宽顶堰，其淹没条件为： : hs0.8h0 （23） 式中 hs下游水深，m； h0含有行进流速水头在内的闸前水头，m。 9 根据公式（23）判别是否为淹没出流，其判别计算见表 22。 表 22 淹没出流判别计算 计算情况下游水深 hs（m） 上游水头 h0（m） hs0.8h0流态 设计水位9.009.1959

43、.007.357淹没出流 校核水位10.2010.40610.208.325淹没出流 3确定闸门总净宽 对于平底板宽顶堰， 闸门设计规范 中推荐的堰流公式为： b= （24） 2 3 0 2 hgm q s 其中 b闸孔净宽， m； q流量， m3/s； 侧收缩系数，初拟可按0.950.96 估计； m流量系数，初拟可按0.385 计算； s淹没系数，可通过查表求得。 按闸门总净宽计算公式（24） ，根据设计洪水和校核洪水两种情况分别 计算，见表 23。其中堰流侧收缩系数 取 0.96；流量系数 m 取 0.385； 淹没系数 s 根据 hs/h0查水力学 教材。并取两者的较大值。 表 23

44、闸孔总净宽计算 流量 q （m3/s） 下游水深 hs（m） 上游水头 h0（m） hs/h0 淹没系数 s b0（m） 设计流量 937 9.009.1950.9790.04550.07 校核流量 1220 10.2010.4060.9800.05655.50 10 4.闸孔尺寸的选择 闸室单孔宽度应根据闸的地基条件、运用要求、闸门结构形式、启闭机容量以及 闸门等因素，进行综合比较确定。根据闸门设计规范中闸孔尺寸和水头系列标准， 选定单孔净宽 b=8m，同时为了保证闸门对称开启，防止不良水流形态，选用 7 孔。 5闸墩的厚度及墩头形状 选用整体式底板，缝设在闸墩上，中墩厚 1.2m，缝墩厚

45、1.6m，边墩厚 1m。墩头 采用圆弧形。闸孔布置如图 21 所示： 图 21 闸孔尺寸布置图 （单位：m） 闸孔总宽度为： l=（78）+（21.6+41.2） =64（m） 三三 、校核闸孔的泄洪能力、校核闸孔的泄洪能力 水闸设计规范 中堰流的计算公式为： q= （25） 2 3 0 2 hgmb s 式中 b=nb0（n 为闸孔数， b0为单孔净宽），分别按设计、校核两种情况确 定计算参数，求出相应的实际过闸流量q1，校核过流能力。一般其相对差值 11 不应超过 5%。 5% （26） 设 设设 q qq 5% （27） 校 校校 q qq 根据孔口与闸墩的尺寸可计算侧收缩系数，查水闸设

46、计规范 （2-2） ， 结果如下： 对于中孔： b0/bs=8/（8+1.2）=0.870 得 1=0.967； 靠缝墩孔： b0/bs=8/（8+1.6）=0.833 得 2=0.973； 对于边孔： b0/bs=b0/（b0+bb）=8/（8+11.98*3+2+（80-64）/2）=0.148 得 3=0.909 所以 e=（n1* 中 1+ n2*中 2+ n3*中 3）/（n1+n2+n3） =（1*0.976+4*0.973+2*0.909）/（1+4+2） =0.955 与假定接近，根据选定的孔口尺寸与上下游水位，进一步换算流量如下表 所示： 表 24 过流能力校核计算 计算情况

47、 （m3/s） 堰上水头 h0（m） hs/h0sq校核过流能力 12 设计流量 937 9.1950.9790.410.961048.0411.8% 校核流量 1220 10.4060.9800.400.961230.990.8% 设计情况超过了规定 5%的要求，说明孔口尺寸有些偏大，但根据校核情况满足要 求，所以不再进行孔口尺寸的调整。闸孔选 7 孔，单孔净宽为 8m。 第三节第三节 消能防冲设计消能防冲设计 水闸泄水时，部分势能转化为动能，流速增大，具有较强的冲刷能力，而土质河 床的抗冲能力又较低，因此，必须采取适当的消能防冲措施。那么首先应了解过闸水 流的特点。 一、过闸水流的特点一、

48、过闸水流的特点 1水流形式复杂 初始泄流时，闸下水深较浅，随着闸门开度的增大而会逐渐加深，闸下出流由孔 口到堰流，自由出流到淹没出流都会发生，水流形态比较复杂。因此，消能设施应在 任意工作情况下，均能满足消能的要求并与下游很好的衔接。 2闸下易形成波状水跃 由于水闸上下游水位差较小，出闸水流的拂汝得数较低（fs=11.7） ，容易放生波 状水跃，特别是在平底板的情况下更是如此。此时，无强烈的水跃旋滚，水面波动， 消能效果差，具有较大的冲刷能力。另外，水流处于急流状态，不易向两侧扩散，致 使两侧产生回流，缩小河槽有效过水宽度，局部单宽流量增大，严重地冲刷下游河道。 3闸下容易出现折冲水流 一般水

49、闸的宽度较上下游河道窄，水流过闸时先收缩而后扩散。如工程布置或操 作运行不当，出闸水流不能均匀扩散，将使主流集中，蜿蜒蛇行，左冲右撞，形成折 冲水流，冲毁消能防冲设施和下游河道。 二二 、消能防冲方式选择、消能防冲方式选择 泄水建筑物下游水流的消能防冲方式有以下几种形式。 1底流式衔接消能 13 能使下泄的高速水流在较短的距离内有效地通过水跃转变为缓流，消除余能，与 下游河道的正常流动衔接起来。平原地区的水闸，由于水头低，下游水位变幅大，适 用底流式消能。 2挑能式消能 在建筑物出流部位利用挑流鼻坎将水流抛射在较远的下游，不致影响建筑物安全。 适用山区灌溉渠道上的泄水闸和退水闸，下游为坚硬的岩

50、体，又具有较大的水头的情 况。 3面流式消能 对下游水深较大且稳的情况，可采用低与下游水位的跌坎，将下泄的高速水流送 入下游河道水流表层，在坎后形成底部旋滚，减轻对河床的冲刷，并消除余能。 由于本闸位于平原地区，河床的抗冲刷能力较低，采用底流式消能。 三三 、消能防冲设施的设计、消能防冲设施的设计 （一）消能控制条件分析 设计水位或校核水位时闸门全开，宣泄洪水，为淹没出流，无须消能，闸前为常高 水位 38.50m，部分闸门局部开启，只宣泄较小流量时，下游水位不高，闸下射流速度 较大，才会出现严重的冲刷河床现象，须设置相应的消能设施。为了保证无论何种开 启高度的情况下均能发生淹没式水跃消能，采用

51、闸前水深 h=8.5m，闸门局部开启情况， 作为消能防冲设计的控制情况。 为了降低工程造价，确保水闸安全运行，可以规定闸门的操作规程，本设计按 1、3、5、7 孔对称方式开启，分别对不同开启孔数和开启度进行组合计算，找出消力 池池深和池长的控制条件。 水闸设计规范中指出，消力池计算简图及主要计算公式如下： 14 图 23 消力池计算简图 孔口出流流量公式： q= （29） c hhgebn 0 2 消力池池深： d=hcz （210） 0 s h 挖池前收缩水深： hc= （211）e 挖池后收缩水深： =0 （212） 2 2 2 0 2 g q hth cc 跃后水深： hc= （213）

52、 1 8 1 2 3 2 c c gh qh 出池落差： z= （214）2 2 22 2 2 2 c s gh q hg q 式中 q下泄流量， m3/s； 宽顶堰上孔流流量系数，= e闸门开启高度， m； 收缩系数； 15 流速系数， =0.91.0，取 =0.985 b闸孔单宽， m； h0堰上水头， m； n开启孔数； d消力池深度， m； 0水跃淹没系数，可采用1.051.10，取 1.05； hc跃后水深， m； hc收缩水深， m； t0总势能， m； z出池落差， m； hs出池河床水深， m。 对于消力池池深的计算，应先计算出挖池前收缩水深，按水力学公式估算出池 深，然后求出

53、总势能，再试算出挖池后的收缩水深。其计算式如下： 消力池长度： lsj=ls+lj （215） 水跃长度： lj=6.9（h c-hc） （216） 式中 lsj消力池长度， m； ls消力池斜坡段水平投影长度，m； 水跃长度校正系数，可采用0.70.8； lj水跃长度， m。 16 通过跃后水深与下游水深的比较进行流态判别，经过计算，找出最大的池 深，池长作为相应的控制条件。同时考虑到经济及其他原因，对池深较大的开 启度采用限开措施。关于流态判别如下： h chs 为自由出流的远驱式水跃。 按式（ 29） 、式（ 210） 、式（ 211） 、式（ 212） 、式（ 213） 、 式（ 21

54、4） 、式（ 215） 、式（ 216）估算消力池深及池长，其结果如表 26 所示 。 表 26 消力池池深、池长估算 消力池尺寸备注开 启 孔 数 n 开 启 高 度 e 收缩 系数 泄 流 量 q 单 宽 流 量 q 收缩 水深 hc 跃 后 水 深 hc 下游 水深 hs 流 态 判 别 池 深 d 池 长 ls 水 跃 长 lsj 0.80.554445.440.493.272.401.0321.519.2 1.00.616607.550.624.032.651.624.523.5 1.20.617739.080.744.412.951.725.725.3 1.50.6199111.4

55、0.934.903.251.927.227.4池深控制 1 2.00.62112215.31.245.533.62 自 由 出 流 2.231.729.6限开 0.80.5541315.440.443.273.75 1.00.6161817.550.624.034.25 1.20.6172179.080.744.414.58 1.50.61927311.40.934.90 3 2.00.62136615.31.245.53 淹 没 出 流 17 注：计算式中系数如下： =1.05，=0.97，=0.75，消力池坡段边坡系数 0 m=4。 通过计算，为了节省工程造价，防止消力池过深，对开启 1

56、孔开启高度为 2.0m 限 开，开启高度为 1.5m 的消力池池深为控制条件。 （二） 消力池尺寸及构造 1消力池深度的计算 根据所选择的控制条件，估算池深为2.0m，用公式（ 212） 、 （2 13） 、式（ 214）计算挖池后的收缩水深hc1和相应的出池落差z 及跃后 水深 hc。计算如下： t0=h0+d=8.5+2=10.5（m） 即 10.5= 2 2 2 0 2 c c hg q ht 2 2 2 97 . 0 6 . 19 40.11 c c h h 用迭带法求得=0.855 c h hc=5.16（m） 1 8 1 2 3 2 c c gh qh 1 855 . 0 8 .

57、9 40.118 1 2 855 . 0 3 2 z= 2 2 22 2 2 2 c s hg q hg q 2 2 22 2 16 . 5 855 . 0 6 . 19 40.11 25 . 3 97 . 0 6 . 19 40.11 =0.33（m） 验算水跃淹没系数，由 水力学 教材公式求： 0 =（d+hs+z）/hc （217） 得 0=（2.0+3.25+0.33）/5.16=1.08 符合在 1.051.10 之间的要求。 2消力池池长 根据池深 2.0m，用式（ 215） 、式（ 216）求得相应的消力池长度为 18 32m。 3消力池护坦厚度 消力池底板（即护坦）承受水流的冲

58、击力、水流脉动压力和底部扬压力等作用，应 具有足够的重量、强度和抗冲耐磨的能力。护坦一般是等厚的，也可采用不同的厚度， 始端厚度大，向下游逐渐减小。 护坦厚度可根据抗冲和抗浮要求，分别计算，并取其最大值。 按抗冲要求计算消力池护坦厚度公式为： t=k1 （218） hq 按抗浮要求计算消力池护坦厚度公式为： t=k2 （219） b m pwu 式中 t消力池底板始端厚度，m； k1消力池底板计算系数，可采用0.1750.20； k2消力池底板安全系数，可采用1.11.3； u扬压力， kpa； h泄水时上、下游水位差，m； pm消力池底板上的脉冲压力，kn，其值可取跃前收缩断面流速 水头值的

59、 5%； w消力池底板顶面的水重，kn； 水的重度， kn/m3； b消力池底板的饱和重度，kn/m3。 该工程可根据抗冲要求，按式（218）计算消力池底板厚度。其中 k1取为 0.18，q 为确定池深时的过闸单宽流量，此处q=11.40m3/（sm） ， 19 h为相应于单宽流量的上、下游水位差（上游水深8.50m，下游水深 3.25m） ，则其底板厚度为： t=0.18=0.9（m）25 . 3 50 . 8 40.11 可取消力池底板厚度为t=1.0m。 4消力池的构造 底流式消力池设施有三种形式：挖深式、消力槛式和综合式。当闸下游尾水深度 小于跃后水深时，可采用挖深式消力池消能；闸下游

60、尾水深度略小于跃后水深时， 可采用消力槛式消力池消能；闸下游尾水深度远小于跃后水深，且计算深度应较深 时，可采用挖深式与消力槛式相结合的综合式消力池消能。 护坦与闸室、岸墙及翼墙之间，以及其本身沿水流方向均应用缝分开，以适应不均 匀沉陷和温度变形。护坦自身缝距可取 1020m，靠近翼墙的取小些，缝宽 2.02.5cm。护坦在垂直水流方向通常不设缝，以保证其稳定性。缝若在闸基防渗范围 内，缝中应设止水设置，其他一般铺设沥青油毛毡。为增强护坦的抗滑稳定性，常在 消力池末端设置齿墙，深一般为 0.81.5m，宽为 0.60.8m。 结合本工程的特点，选用挖深式消力池。为了便于施工，消力池的底板作成等