渠首进水闸设计说明书

1、取水枢纽进水闸设计计算说明书一 工程概况：某灌区总灌溉面积97.6万亩，灌区分布在河道两岸，两岸灌溉面积大致相等。根据河流的水沙情况及取水要求，经过综合比较，修建由拦河坝，冲沙闸，进水闸组成的冲沙槽式等取水枢纽。拦河闸横跨河道修建，于主河道正交，闸地质河宽270m，拦河闸底板高程与河床平均高程相同，为31.5m，两岸堤坝高程39.8m，闸上游限制最高洪水位38.8m，冲沙闸布置在拦河闸两侧，地板高程31.5m，进水闸为了满足两岸灌溉要求，采用两岸布置方案。枢纽平面布置如图1所示：二 工程资料：1.气象：多年平均气温7.5°C 。月平均最搞气温20.3°C ，月平均最低气温-

2、18°C，冻层深度1.01.5m，多年平均风速4.1m/s ，汛期最大风速8.4m/s 。2.水文：表1：拦河闸闸地址河流不同频率的洪峰流量表（单位：）频率0.10.330.5125102575流量61505300500045204020332028202000280表2：建闸前闸址处水位流量关系表（单位：）水位31.533.133.8534.736.036.837.437.738.038.8流量02005001000200030004000530061507000进水闸以5的洪水作为停水标准，灌溉临界期相应的河道流量Q=400，闸址处平均含沙量1.8kg/m3，实测最大含沙量4.7

3、4kg/m3。3.地质情况：渠道附近属于第四纪沉积岩，厚度较大，两岸滩地为粉质壤土及粉沙，其下为砾质中沙，次下为砾质粗沙：沿河一带地下水埋藏深度随地形变化，一般在2.5m左右，因土质透水性强，地下水位变化受河道水位影响大，丰水期河水补给地下水位较高，枯水季节，地下水补给河水。4.地基土设计指标：地基允许承载能力250KN/m2；地基应力分布允许不均匀系数23；砼与中砂摩擦系数 f0.4；砼容重24KN/ m3；回填土：尽量以透水性良好的砂质中砂或粗砂回填，回填土壤容重干16KN/ m3；湿10KN/ m3；饱20KN/ m3；C=0；填土与墙后摩擦角05.地震：本地区不考虑地震影响6.工程材料

4、：石料场距闸址不远，石料抗压指数2500KN/cm左右，容重：24KN/ m3；采石场用粗细骨料及砂料，距渠首2.53.0km。7.交通：进水闸有交通要求，要求桥面总宽5m 。三 设计资料：1.渠道设计资料：渠首底板高程32.10m；每年最大引水流量Q78m3/s；灌溉期正常挡水位35.00m；相应下游水位34.80m；渠道纵坡I1：3500；渠道边坡m1.75；渠道底宽B26m；渠道顶部高程37.5m；渠道顶部宽度6m；2. 确定设计流量与水位：以水闸最大引水流量78m3/s作为设计流量。因所设计进水闸为有坝式引水，根据有坝引水上游水位的确定办法，进水闸的上游水位是有拦河坝（闸）控制的。闸的

5、上游设计水位，即拦河坝（闸）应该壅高的水位。其他时期的水位决定于相应时期内拦河坝（闸）泄流时的坝顶（闸前）溢流水位。所以上游水位是正常挡水位35.00m，相应下游水位34.80m。3.泄流计算资料：特征洪水频率（）流量（m3/s）上游洪水位（m）设计洪水0.5500037.84停止引水5332037.15四 设计内容及步骤：<一>枢纽和建筑物等级确定:根据引水流量划分枢纽和建筑物等级，所设计的水闸最大引水流量78m3/s，根据灌溉与排水工程设计规范的要求，灌溉流量在50200 m3/s，故该枢纽为等枢纽，其主要建筑物为二级建筑物。<二>闸孔设计:1.堰型选择:因为宽顶堰

6、构造简单，施工方便，适用于广大灌区内建筑物众多，技术力量分散的情况。所以水闸底板（堰型）采用宽顶堰形式。由于闸上游水位变幅较大而在最高水位时要求挡水，所以采用胸墙孔口。2.堰顶高程:灌溉渠系中各种水闸的堰顶高程于渠底高程有密切关系，进水闸的堰顶高程常等于或略等于闸后渠底，且比闸前河床至少高一米，以防止推移质泥沙入渠。所设计的水闸闸前河底高程31.5m，闸后渠首渠底高程32.1m。水闸底板高程一般应高于渠首渠底高程。综合考虑以上因数，确定闸底板顶部高程为32.5m。3.闸孔净宽：1）计算行进流速V0：初步拟定闸前渠宽为B0=26m，2）计算行进水头：3）为了加大流量系数，堰顶头部设计为圆角形，圆

7、角形半径取为r0.5m，故。查相关资料得宽顶堰流量系数m0.374。4）求（淹没系数）：,查相关资料得0.8325）假设侧收缩系数则孔口总净宽4.单孔宽度与闸室总宽度及孔数：初步拟定为3孔，则单孔净宽，即单孔宽度，取闸室边墩厚0.65m，墩头为1/4圆形，中墩厚为1.30m，墩头为半圆形。边孔侧收缩系数：常数）中孔侧收缩系数：故：此时实际流量：由于实际流量略大于水闸最大流量，但小于5，所以可以闸孔数3，每孔宽度为5m。闸室总宽<三>消能防冲设计：1.设计工况确定：闸门孔口为3孔，在只开启2孔情况下，计算不同开度e下的泄流能量，确定最不利情况下对应流量作为确定消力池深度的设计流量。设

8、计条件为上游水位37.15m，下游水位为34.80m 。对于孔口出流 e3.02H 。堰上总水头H=37.15-32.5=4.65m ，e3.02×4.6514.04m 。堰上总水头: （由上游水位37.15m ，查表得Q3083m3/s） 。孔口出流流量,其中对于平板闸门： ，先设 ，则 。设当闸孔有两孔开启一孔关闭情况下，随e开度不同，单宽能量的变化现列表计算如下。e（m）Qqhc下htHE0.50.10750.61540.581228.042.8040.307733.701.602.133.4594.81.00.21500.62060.562254.245.4240.62063

9、4.302.202.812.85151.51.30.27960.62380.550869.096.9090.810934.602.503.082.65172.61.480.62610.62610.544077.687.7680.926134.802.703.212.35178.91）计算过程：当e0.5m时，,查表得平板闸门垂直收缩系数先按自由 。平板闸门 ， 。， 由Q28.04查灌溉渠道水位流量关系曲线图二知相应下游水位33.70m，此时。为自由出流， 。2）由上表可知，在只开两孔时，随e增大，单宽能量增大，即当流量达到最大引水流量Q78m3/s，E最大，即消力池设计流量亦取Q78m3/s

10、 。此时，将发生远驱式水跃，由于约1.0m，故采用降低护坦高程形式的消力池。2.消力池池深及池长的确定：如图所示,初步估算 。试算，取d00.6m（因d0<d）。则E01=E0+d0=P2+H0+d0=32.5-32.1+4.75+0.6=5.75m 。根据，迭代计算值：1.00.850.840.850.840.84所以取0.84，则：，, ，可取池深d0.60m 。池长由经验公式 ，3.消力池底板（护坦）厚度确定：由于护坦下设排水，故可忽略渗透压力，由水闸设计护坦厚度用下式估算：，取t0.6m 。（K0经验系数，q单宽流量，上下游水位差）。在护坦下面设置反滤层和排水孔，渗透压力很小。护

11、坦依靠自重可满足稳定性要求，故不需进行抗浮验算。4.海漫的布置构造：在前1/3利用浆砌石，并在内部设置排水孔，底部设反滤层，垫层，后2/3段利用干砌块石，用卵石和毛砂组成垫层，末端为31.5m，应满足粗糙，透水，柔性的要求：根据水闸设计底流消能后海漫长度可有：，厚度取0.4m 。K与河床土质有关的经验系数。q消力池出口处单宽流量。上下游水位差。5.防冲槽的布置构造：根据工程经验，防冲槽采用宽浅式，深度取2.0m，底宽取5.0m，上游坡率取m12，下游m23，采用粒径大于30cm的抛石，冲刷深度t取1.0m 。由经验公式， ，对砂质取0.8，ht34.8-32.12.7m 。，取2.0m 。根据

12、工程经验槽底宽取（2.53）t即取4m 。<四>闸室布置及构造:1.闸底板:采用整体式平底板，根据经验公式B=(1.52.5)H,初拟底板长度为6.7511.625m，考虑到闸墩，胸墙，闸门，交通桥整体布置的需要，取13m 。整体平底板的厚度约为单孔净跨的1/51/7，即2.6m1.85m 。考虑到闸址处地质情况不太好，处于软基之上，平底板厚度取为2.0m 。底板在上下游两端设置浅齿墙深1.0m 。2.闸墩:闸墩的长度，等于底板长度，即13m 。闸墩顶部高程的确定：把停止引水的水位37.15m作为设计洪水位。校核洪水位为38.80m 。多年平均风速v4.1m/s ， 设计情况下，二

13、级建筑物安全加高hc0.5，校核情况下hc0.4m 。吹程D=5B=5×260.13Km ，波高：， , ,37.15+0.71237.862m 。校核情况下：多年平均风速v4.1m/s，38.80+0.47539.28m 。二者取较大，故墩顶高程为39.28m，取39.40m 。3.胸墙:胸墙顶部高程与边墩高程相同取为39.4m 。在正常挡水位35.00m时，为了保证闸门全开后，过闸水流量是堰流而非孔流，胸墙得衬底高程应高出正常挡水位0.2m，即胸墙底部高程为35.2m，胸墙厚度为0.3m，这样闸门的高度35.00-32.5+0.32.8m，取为3m 。4.交通桥及工作桥:交通桥：

14、采用板式，宽5m，厚0.35m 。两侧护拦高1.2m，截面0.1×0.1，间隔1m，横杆0.1×0.1×12工作桥：采用板式结构，桥高2×闸门高度+hc2×3+1.57.5m 。桥底高程32.5+7.5+0.4+2.542.9m 。宽5m，厚0.35m，栏杆高1.2m，间隔取1m，断面0.1×0.15.闸门与启闭机:闸门宽为闸孔口净宽+2槽宽，闸门高度由最大孔口开度+超高确定，即H2.5+0.32.8m，取H3m 。根据闸门自重选用QP25T的启闭机，闸门选用平板式钢闸门。<五>防渗排水设计：1.防渗长度的初步拟定值按下列

15、公式计算。L=CH,式中L为初拟防渗长度。H为上下游水位差。C为渗透系数，对于本闸门的防渗计算，上游水位取防渗限制水位38.8m，此时闸门全关，先假定水闸下游无水，H38.8-32.66.2m，在中砂壤土中C取6.0，则L=CH6×6.237.2m 。防渗长度L为上图中各点顺次连接起来的总长度：L=1.5+0.5×+20+0.5+1.6+4.5+0.5+0.5×+0.5+10+0.5+9.0+2.054.826m>37.2m，所以满足防渗长度要求。2.渗透水头计算用改进阻力系数发求渗透水头，计算公式如下： ，各段水头损失H各段水头损失的总和；各段阻力系数；总

16、阻力系数，n渗透段段数.阻力系数法计算图如下：有效深度Te由： 确定，L0地下轮廓线的水平投影长度。S0地下轮廓铅直投影长度。L021+6+1340m，S0=32.6-25=7.6m，,Te0.5L0=0.5×4020m 。阻力系数：对段，由得出。 对段，由得出。 对段，由得出。T=20m，S=1，；S1=0,S2=1.0,T2=19.5,L=27 , S1=0.6,T3=19.5, S=0.6,T3=18.4, S1=1.0,S2=1.0,T4=18.4,L=13 , S=1.0,T6=18.4, T=20m，S=1，各段水头损失：水闸正常运用时，上游水位为37.15m，下游水位为

17、34.8m，总水头H=37.15-34.8=2.35m 。校核情况时上游水位为最高洪水位38.3m，下游水位为32.6m，总水头H38.8-32.66.2m 。a，设计情况进口段：，出口段：，（进口），（出口）b，校核情况进口段：，出口段：，（进口），（出口）渗透水头修正值如下表（单位：m）H1H2H3H4H5H6H7H8设计情况2.352.160.950.930.880.200.160校核情况6.35.812.622.572.460.660.510出口段渗流坡降J ;进口段渗流坡降,正常运用时，校核情况下：由水工建筑物P298表63出口段容许坡降值J(0.400.45),所以渗流满足要求。&

18、lt;六>闸室稳定校核及应力分析:1. 稳定校核（1） 正常情况水重：G1=(37.15-32.6)×16.8×5×9.813749.4kN G2=(34.8-32.6)×11.6×8×9.812900.6kN 水的水平推力：P1=1/2×49.5 ×(4.55+0.5) ×16.8=2101.5 kN P2=1/2(34.82+56.38)×2.1×16.8=1608.8 Kn P3=1/2×47.1×(34.8-30)×16.8=1898.6kN

19、扬压力：Pf1/2（56.38+52.74）×13×16.811916.0 kN浪压力：设计情况下，H=4.55m，hL0.17m，L1=0.59m，h00.02m 。波浪波长，波高均很小，可知浪压力很小，可忽略不计。闸室各部件的重量如下页列表：假定地基表层滑动，利用纯摩公式，求出稳定系数：部件名称重量（kN）力臂力矩备注砼24kN/m3，1.2m高栏杆每米长的容重24kN/m3，启闭机重量包括其下砼重机座，钢闸门6.34kN/m3底板9596闸墩6003胸墙565.62.11187.7公路桥1444.63.04333.9工作桥370.51.4500.2检修桥359.34.

20、01437钢闸门125.41.4169.2启闭机56.91.476.8合计18521.3962.6闸室满足抗滑稳定。（2）校核情况。水重：G1=(38.8-32.6)×16.8×5×9.815109.5kN G2=0kN 水的水平推力：P1=1/2×65.27 ×(38.8-32.6+0.5) ×16.8=3699.1 kN P2=1/2(27.95+49.5)×2.1×16.8=1366.9 Kn P3=1/2×25.5×2.6×16.8=557.1kN扬压力：Pf1/2（49.5+31.2）×13×16.88821.1 kN浪压力：设计情况下，H=6.2m，2hc0.11m，Lc=1.2m，h00.03m 。波浪波长，波高均很