大型水闸设计 水利水电毕业设计

1、兰州交通大学毕业设计 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

2、属稳定性河流，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，美化城乡都是极为有利

3、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兰州交通大学毕业设计 22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，河滩宽平，呈复式河床横断面，河流

4、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 3105k饱和含水量时 25 200kn/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. 0f砂土 4 . 2以下土层 5105k 4工程材料 （1）石料本地区不产石料，需从外地运

5、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）风速兰州交通大学毕业设计 3 最大风速 20vm/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 .26qm3/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。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

6、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（

7、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；兰州交通大学毕业设计 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）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；

8、（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。

9、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。兰州交通大学毕业设计 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 学生姓名 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

10、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

11、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。兰州交通大学毕业设计 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、

12、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、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

13、版社 ，20062、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，20053、李家星，赵振兴主编. 水力学（上、下）. 南京：河海大学出版社. 2001.14、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 兰州交通大学毕业设计 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

14、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751闸底板结构设计及计算2整理说明书及绘图3整理、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 日兰州交通大学毕业设计 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

15、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

16、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 、稳定计算兰州交通大学毕业设计 2abstractthe school design on the topic of major flood gate design. this project is located in henan province a county and city outskirts. t

17、he 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 raise 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

18、 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 farmland irrigation and industrial production to provide sufficient water for fishing, shipping industry, and improve the environment and bea

19、utify urban and rural areas are extremely beneficial.the design of the sluice gates hierarchy, site selection, overall arrangements, gates, established in gate hole size and design gate tun thickness, impermeable drainage design, gates tun, gates plate design, lock the stable basis. the adoption of

20、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 gate conditions on board the gates and gate tun thickness. the gate is located in the plains, river plate of resistance against soil erosion

21、is comparatively low, so the bottom streaming consumer. gates partially open, as a consumer can prevent chong design of the situation under control. impermeable design of the adoption of improved resistance coefficient of seepage. lock the stable basis, taking into account the end up without water a

22、nd normal and water for two of the load combination residue.keywords ：gates, gates tun， stilling basin， transfusion， foundation capacity， stable basis兰州交通大学毕业设计 1目目 录录第一章第一章 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

23、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

24、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兰州交通大学毕业设计 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

25、谢信致谢信78参考文献参考文献79兰州交通大学毕业设计 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

26、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

27、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 5m 左右。4、重粉质壤土：分布在中砂层以下（深约 22m 以下） 。兰州交通大学毕业设计 25、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

28、2内摩擦角自然含水量时 =280饱和含水量时 =2503.土基许可承载力： 【】=200kn/m34.混凝土、砌石与土基摩擦系数 密实细砂层 f=0.365.地基应力不均匀系数粘土（）=1.52.0砂土（）=2.56.渗透系数中细砂层 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。兰州交通大学毕业设计 32、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

29、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 1

30、1。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：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、批准的规划成果兰州交通大学毕业设计 41、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（

31、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

32、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，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兰州交通大学毕业设计 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

33、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。（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

34、，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。兰州交通大学毕业设计 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

35、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、

36、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

37、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，上、下游水位差较小，不须控制流量，泄洪时可能有漂浮兰州交通大学毕业设计 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

38、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

39、，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，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

40、时，宜选用较大值。兰州交通大学毕业设计 8一般情况下，拦河闸的底板顶面与河床齐平，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）

41、设计流量9379.009.15995.7680.9410.0459.195校核流量122010.2010.351166.7681.0460.05610.4062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。兰州交通大学毕业设计 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9.00

42、9.1959.007.357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）2302 hgmqs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 闸孔总净宽计算

43、流量 q（m3/s）下游水深 hs（m）上游水头 h0（m）hs/h0淹没系数sb0（m）设计流量9379.009.1950.9790.04550.07校核流量122010.2010.4060.9800.05655.50兰州交通大学毕业设计 104.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 1.6m，边墩厚 1m。墩头采用圆

44、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）2302 hgmbs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。一般其相对差值兰州交通大学毕业设计 11不应超过 5%。5% （26）设设设qqq5% （27）校校校qqq根据孔口与闸墩的尺寸可计算侧收缩系数，查水闸设计规范 （2-2） ，结果如下：对于中孔： b0/bs=8/（8+

45、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（m3/s）堰上水头h0（m）hs/h0sq校核过流能力兰州交通大学毕业设计 12设计流

46、量9379.1950.9790.410.961048.0411.8%校核流量122010.4060.9800.400.961230.990.8% 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、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

47、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

48、，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底流式衔接消能兰州交通大学毕业设计 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

49、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、

50、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：兰州交通大学毕业设计 14 图 23 消力池计算简图孔口出流流量公式：q= （29）chhgebn02 消力池池深：d=hcz （210）0sh 挖池前收缩水深：hc= （211）e 挖池后收缩水深： =0 （212）222 02gqhthcc 跃后水深：hc= （213）181232ccghqh出池落差：z= （214）2222222csghqhgq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； 兰州

51、交通大学毕业设计 15流速系数， =0.91.0，取 =0.985b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

52、采用0.70.8；lj水跃长度， m。兰州交通大学毕业设计 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（ 214） 、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

53、d池长ls水跃长lsj0.80.554445.440.493.272.401.0321.519.2 1.00.616607.550.624.032.651.624.523.5 1.20.617739.080.744.412.951.725.725.3 1.50.6199111.40.934.903.251.927.227.4池深控制12.00.62112215.31.245.533.62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

54、.61927311.40.934.90 32.00.62136615.31.245.53 淹没出流 兰州交通大学毕业设计 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0m=4。通过计算，为了节省工程造价，防止消力池过深，对开启 1 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） 、 （213） 、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）

55、 即 10.5= 22202cchgqht2 2297. 06 .1940.11cchh用迭带法求得=0.855chhc=5.16（m）181232ccghqh1855. 08 . 940.11812855. 032z=2222222cshgqhgq2222216. 5855. 06 .1940.1125. 397. 06 .1940.11 =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（ 2

56、16）求得相应的消力池长度为兰州交通大学毕业设计 1832m。3消力池护坦厚度消力池底板（即护坦）承受水流的冲击力、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）bmpwu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

57、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 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） ，兰州交通大学毕业设计 19h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. 350. 840.11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。

58、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

59、挖深式消力池。为了便于施工，消力池的底板作成等厚，为了降低底板下部的渗透压力，在水平底板的后半部设置排水孔，孔下铺设反滤层，排水孔孔径为 10cm，间距为 2m，呈梅花形布置。消力池构造尺寸如下图 24。 兰州交通大学毕业设计 20图 24 消力池构造尺寸图 （单位：高程 m、尺寸 cm）四、防冲加固措施四、防冲加固措施（一）海漫设计1海漫的作用水流经过消力池，虽已消除了大部分多余能量，但仍留有一定的剩余动能，特别是流速分布不均，脉动仍较剧烈，具有一定的冲刷能力。因此，护坦后仍需设置海漫等防冲加固设施，以使水流均匀扩散，并将流速分布逐步调整到接近天然河道的水流形态。2漫的布置和构造一般海漫起始

60、端做成 510m 水平段，顶面高程可与护坦齐平或在消力池尾坎顶以下 0.5m 左右，水平段后作成不陡于 1：10 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，以利进一步消除余能；具有一定的透水性，以便使渗水自由排除，降低扬压力；具有一定的柔性，以适应下游河床可能的冲刷变形。常用的有以下几种形式。 （如图 25）（1）干砌石海漫。一般由颗粒粒径大于 30cm 的块石砌成，厚度为 0.40.6m，下面铺设碎石、粗砂垫层，层厚 1015cm，如下图（a） 。干砌石海漫的抗冲流速为2.54.0m/s。为了加大其抗冲能力，可每隔 810m 设一浆砌石埂。干