设计说明书东风节制闸

1、精选优质文档-倾情为你奉上目 录专心-专注-专业东风节制闸设计原始数据一.设计概况东风水闸位于我国北方A河右岸河畔上的一座中型节制水闸，其功用为拦蓄部分洪水，以补充地下水及解决农业灌溉用水。二.工程简况1闸址位置：A河为一古老河道，弯弯曲曲，河道呈S弯状；选S弯的两个凸岸为闸址较为适当，优点是地域开阔，工程布置在自然土基上，施工导流与主体工程施工无干扰，闸址基本在河道中心线上。其缺陷为上、下游连接段较长，工程量较大。2 工程规模：该水利工程按5年一遇洪水设计，20年一遇洪水校核，引渠边坡m=2，纵坡i=1/4000,渠底高程46.8米，设计流量Q 设129.4立方米秒。校核流量Q校=237立方

2、米/秒，最高设计蓄水位51.6米，一次蓄水量50万立方米，灌溉农田面积3.5万亩。三.地形情况闸区西部位于丘陵地区，西高东低，地面坡度为140011000，东部为冲积平原，地势较平坦，地面坡度为1250014000。四.工程地质情况在闸址范围内钻孔5个，孔深20米，总进尺100.9米，取原状样5个，散状样24个，标准贯入试验56个，作以上土样的物理力学试验及击实实验各一组。试验表明：闸基处土层为河湖相沉积物，N63.5=11,地质自上而下划分为五个工程地质单元。第I 单元，表层为耕植壤土，厚1.0米，可塑。其下为壤土、黏土及砂壤土,总厚3.54.8米，底板标高在46.947.3米之间。第II单

3、元,自上而下为淤泥质壤土、砂壤土、裂隙粘土，总厚度3.44.0米,底板高程在43.0643.08米，分布连续稳定。第III 单元, 岩性主要为淤泥质壤土,总厚2.54.2米，底版高程在39.340.3米,土质均匀,可塑.有自然孔洞,中高压缩性,顶部有零星分布的砂壤土,底部局部分布有黏土。第IV单元,岩性主要为砂壤土,夹薄层壤土,还有零星分布的细砂层,总厚度3.84.8米,底板高程35.636.8米。第V单元, 岩性主要为裂隙黏土和裂隙壤土,顶高程35.636.8米,分布稳定,局部夹薄层粉砂。闸底板高程与河床齐平在46.8米处,相当于第II 工程地质单元顶部,持力层影响范围内的第II、III、I

4、V、V单元土的压缩性不均,一般土层为中偏低压缩性,建筑物主要持力层地基土为软塑的淤泥质壤土及连续分布的裂隙土。勘探范围内,地下水初见水位埋深3.54.3米，有微弱承压性,施工时注意预降地下水位,防止II,III单元土层破坏。五.水文气象由水文分析,东风闸以上流域面积877.7km2,其中山区471.3 km2,平原406.4 km2,年径流量95%年份有317万立方米,扣除60%沿途水量损失及0.7的不均匀系数,还有88.8万立方米,满足本闸一年一次蓄水量,保证灌溉效益。该区平均气温12度,年平均降雨量571毫米,最大降雨量1510毫米,最小降雨量129.5毫米,70%集中在7、8、9三个月,

5、多年平均蒸发量931毫米,该区风速一般在4m/s,最大风速13m/s,吹程150 m,无霜期平均220天。六交通情况闸本身无专门交通要求,考虑农田耕作及水闸自身施工运行要求设人行便桥。七设计数据地基土壤物理力学性质及力学指标 流限 WT=25.6% 渗透系数 KT=1.1×10-6 m/s 塑限 WP=17.2% 凝聚力(室内值) C=2T/m2 塑性系数 IP=8 内摩擦角(室内值) =16° 地基压缩模量E Kg/cm2 湿容重 r 湿=1.75T/m3 含水量 W=31.3% 饱和容重 r饱.90T/m3 孔隙比 e=0.73 干容重 r干=1.6T/m3地基承载力=

6、15T/m2 浮容重 r浮=1.0T/m3闸底板与地基土摩擦系数 f=0.35 夯实回填土内摩擦角=25° 上下游引渠糙率 n=0.025 引渠底宽(上,下游) b=28m引渠边坡系数(上,下游) m=2 混凝土容重 r=2.4T/m钢筋混凝土容重r=2.5T/m3设计总说明水闸是灌排工程的主要建筑物之一，它是一种利用闸门进行挡水或泄水的低水头水工建筑物，既可控制流量又可调节水位。关闭闸门时，它可拦洪蓄水，挡潮或抬高闸前水位；开启闸门时，又可泄洪排涝或对下游河道或渠道供水。这次我们主要设计修建在平原河道上的节制闸。节制闸一般跨越河道修建，用于枯水期蓄水，抬高水位以供进水闸取水，洪水期

7、开闸泄洪。在渠系中一般位于支、斗渠分水口稍下游，跨越干、支渠修建，用于抬高干、支渠水位，供支、斗渠取水。本次设计主要分为以下六部分：1、分析资料及水闸枢纽布置已提供的资料是设计的基本依据，为使设计成果安全、适用、经济，首先应熟悉并分析各种资料，如地形、地质情况，各有关高程，特征水位及相应流量等，然后根据闸址地形、地质、水流等条件以及该枢纽中各建筑物的功能、特点、运用要求，确定枢纽布置，做到紧凑合理，协调美观，组成整体效益最大的有机联合体。2、水力计算 主要包括闸孔设计、消能防冲设计、防渗排水设计。、闸孔设计首先根据上面拟定的水闸型式及设计流量，确定闸孔净宽及适宜孔数。然后再验算初拟闸孔尺寸的过

8、流量是否满足泄流要求。、消能防冲设计 为了消除水流过闸后的能量，设计了消力池、海漫和防冲槽。、消力池：计算在设计蓄水位下，闸门在各种运行工况和不同开启高度时的泄流量，确定是否设消力池。若需设置则根据消能条件，计算消力池深、长、底板厚度及所用建筑材料。、海漫：消力池能消除水流50的能量，其余能量由海漫消除，根据水闸不同泄量的水力计算，布置海漫，确定长度及建筑材料。、防冲槽：计算海漫末端河床冲刷深度，设计计算防冲槽断面形状、尺寸、确定抛石量及护坡砌置深度。、防渗排水设计首先拟定水闸地下轮廓线型式，初步计算所需长度，然后依次确定闸室底板、铺盖长度及材料，设计反滤层及排水孔位置，最后计算闸基渗透压力，

9、绘制渗透压力分布图。3、闸室的布置设计及闸室稳定性计算、闸室轮廓尺寸确定由水力条件及水闸功用，确定闸室总宽、闸顶高程、闸墩、闸门、底板的型式与尺寸，闸室上部结构的工作桥、交通桥、启闭设备的型式与尺寸。、闸室稳定计算选取计算单元，计算作用于闸室的荷载，并按计算条件进行组合。分别按完建期，正常蓄水期，正常蓄水加特殊荷载组合三种工况进行闸室抗滑稳定性和地基承载力验算，并对地基应力分布状态及沉降差进行计算分析，判断水闸地基是否满足承载力、抗滑稳定和变形要求。、闸基深层滑动及地基沉降量计算根据设计资料给出的土壤物理力学特性指标，验算在荷载作用下基础是否发生带动一部分地基土向下游深层滑动，并确定是否进行地

10、基沉降量计算。4、平面钢闸门设计、门叶结构、门叶结构布置：确定门叶结构所需的各种构件，数目及所在位置，梁格及联结系的型式、连接方式，行走支承及边梁的型式。、面板设计：在充分发挥面板强度的前提下，设计一经济合理的面板厚度。并在主梁截面确定之后校核面板的局部弯曲与整体弯曲的折算应力强度。、水平次梁、顶、底梁设计：均采用型钢。由各构件的内力，选择各梁的截面，并进行强度、刚度验算。、主梁设计：确定主梁数目、位置、截面型式，断面尺寸，截面改变，翼缘焊缝设计及主梁局部稳定验算。、竖直次梁及横纵向联结系设计：确定其型式及位置，由内力计算选择截面尺寸及强度验算。、边梁设计：由行走支承确定边梁结构型式，按构造要

11、求设计边梁，并对其危险截面进行强度校核。、行走支承设计：确定其结构型式、尺寸，并进行强度验算。、导向装置设计：确定侧行走支承型式，位置及连接方式。、止水、吊耳设计：确定止水型号及布置方式，由启门力设计，吊轴及吊耳板尺寸并对吊耳板强度进行验算。、门槽埋设构件、确定门槽各轨道型式，断面尺寸，对主轨进行强度校核。、确定止水座及门槽护角构件型式。、启闭机械选择、计算启门力，确定启闭机类型、型号。、计算闭门力，校核是否应采取工程措施降门。、吊具设计：由启门力设计吊索。5、闸室结构计算闸墩的应力分析力学分析，采用材料力学分析。计算情况，运用和检修两种情况。闸墩底水平截面的纵向应力及侧向应力的验算。计算中墩

12、及边墩的形常数。墩底水平截面垂直应力与剪应力。墩底水平截面侧应力。门槽应力配筋闸墩配筋。门槽配筋。关键词：水闸；闸室；平面闸门；防渗排水；主梁1 枢纽布置1.1 总体布置本设计为节制闸，一般跨越河道修建，故又称为拦河闸。用于枯水期蓄水，抬高水位以及供进水闸取水，洪水期开闸泄洪。在渠系中一般位于支、斗渠分水口稍下游，跨越干、支渠修建也称节制闸。用于抬高干、支渠水位，供支、斗渠取水。闸址一般应设置在河道直线段上。闸址处于上下游河道直线段长度均不短于510倍水面宽度，且不宜小于300m。坝址选择是水闸规范设计中的一项重要工作，闸址合适与否，不仅涉及到水闸建设的成败，并且关系到整个地区的经济发展，因此

13、对闸址选择的工作应十分重视。1.1.1 确定水闸位置时应考虑的几个因素地基条件 是影响水闸总体布置的主要因素之一应尽可能选择土质密实，均匀。压缩性较小和承载能力较大的良好地基。此外，由于闸基土质的抗冲能力直接影响单宽流量的选择和闸后消能防冲设备的设计，而地下水位的高低及承压水的有无对地基的稳定性和施工期的排水措施也有所影响，故在选择闸址时应考虑这些条件。水流条件 是另一主要因素闸的位置应使进闸和出闸水流平顺，防止上，下游产生有害的冲刷和淤积。施工、管理条件 也是闸址选择时要考虑的一个因素要求有足够宽广的施工场地，并且尽可能使土方工程量最小。当水闸是整个枢纽的一个组成部分时，应就枢纽工程总体布置

14、做方案比较，得出水闸最优位置，以达到技术上先进与经济上合理的要求。1.2 结构布置1.2.1闸室的结构布置水闸的主体是闸室，其结构型式是多种多样的，主要取决于泄放水流的方式以及闸门的构造和操作方式。按照闸室的泄流特点分类，可以分为以下几种型式：1.堰流式闸室当闸门全开时过闸水流具有自由水面的水闸成为溢流式闸室，也称开敞式闸室。一般堰槛高程较高，挡水高度较小的水闸都采用这种型式，依靠闸门挡水。当闸门全部打开时，水闸的过水面积和泄流量都随水位的抬高而增大，对于需要泄放洪水的拦河闸和分洪闸来说，这是一个很大的优点。2.孔流式闸室当闸门全开时，自由水面仍受阻挡，水流只能通过固定洞孔泄入下游，称为孔流式

15、闸室，也成为封闭式闸室。当闸槛高程较低，闸室高度较大，需要泄放或取用底层水流时，常采用这种型式。一般把闸室顶部封闭。例如设置胸墙挡水，底部设置孔口泄水，这样可以减少闸门尺寸。这种泄流方式最适合于冲沙闸的工作条件，有其突出的优点。3.混合泄流式闸室这是一种既具有面流溢流能力，又具有底孔泄流能力的闸室结构。构造上分为上下两层，分别装设闸门。开启上层闸门，利用面层溢流泄放洪水和漂流物。开启下层闸门，则利用底孔冲刷闸前淤泥的泥沙。这种类型的闸室多用于拦河节制闸或引水系统的进水闸上。有时在特别软弱的淤泥质地基上建闸，为了加强闸室的横向刚度，借以减小地基的不均匀沉降和闸室的结构变形，在闸室的过水断面中设一

16、层水平横隔板，型式上亦构成了上下两层泄水通道，但常常共用一个闸门，在运用要求上与混合泄流式闸室不尽相同。本水闸设计闸门全开时具有自由水面，挡水高度较小，且依靠闸门挡水，故可采用开敞式闸室。根据已知资料，初步采用开敞式闸室。 底板 是整个闸室结构的基础，承受水闸上部结构的重量及荷载并向地基传递的结构，同时兼有防渗及防冲作用，防止地基由于受渗透水流作用可能产生的渗透变形并保护地基免受水流冲刷。本设计初步采用平底板。 闸墩 是闸门和各种上部结构的支撑体，由闸门传来的水压力和上部结构的重量和荷载通过闸墩传布于底板。闸墩通常采用实体式，其外形轮廓设计应能满足过闸水流平顺，侧向收缩小，过流能力大的要求。本

17、设计初步采用上游墩头半圆形，下游墩头流线形的型式。 闸门 其结构的选型布置应根据其受力情况控制运用要求、制作、运输、安装维修条件等，结合闸室结构布置合理选定。本设计初步采用平面钢闸门。 启闭机 其型式可根据门型尺寸及其运用条件等因素选定。本设计初步采用卷扬式平面闸门启闭机。 闸室上部的工作桥、交通桥 根据闸孔孔径，闸门启闭机型式及容量设计荷载标准等分别选用板式、梁板式、板拱式，其与闸墩的连接型式应与底板分缝及胸墙支撑型式统一考虑。本设计初步选用梁板式。1.2.2两岸连接布置 水闸两岸连接应能保证岸坡稳定改善水闸进出水流条件提高泄流能力和消能防冲效果，满足侧向防渗需要，减轻闸室底板边荷载影响，且

18、有利于环境绿化等。上下游翼墙宜与闸室及两岸岸坡平顺连接。1.2.3防渗排水布置 当闸基为中壤土，轻壤土或重壤土时闸室上游宜设置钢筋混凝土或黏土铺盖或土工膜防渗铺盖，闸室下游护坦底部应设反滤层。本设计初步采用钢筋混凝土铺盖。1.2.4消能防冲布置 水闸消能防冲布置应根据闸基地质情况，水力条件以及闸门控制运用方式等因素进行综合分析确定。本设计初步采用底流消能方式。图1.1 水闸整体布置图（单位：）2 水闸的水力计算水力计算包括：设计水闸的闸孔，出流以满足进流、出流、控制水位要求。设计水闸的消能防冲设施，使水闸避免冲刷。设计水闸的防渗排水设施，使水闸避免渗透变形。2.1 闸孔设计闸孔型式：包括闸底板

19、的型式（堰型）、闸门、闸门顶部胸墙。闸孔尺寸：包括闸底板的顶面高程，闸孔净宽和孔数。2.1.1上下游水位的确定上游水位：在河道上建闸后，上下游将形成一定水头差，上游水位是由规划决定。由设计资料给出，该节制闸的最高设计蓄水位为51.6m。本设计上游应低于最高设计蓄水位，采用50.5 m。下游水位：因水闸上下游为人工开挖渠道，其表面糙率沿程不变，设渠道中无任何阻碍水流运动的建筑物，故下游可按明渠均匀流计算。作出渠道下游h下Q关系曲线 ，以备在不同流量下，直接由该曲线查得下游水位。闸孔净宽的控制情况通常是宣泄设计或校核流量时，此时闸门全部开启，多为淹没流态。由于闸孔宽度一般小于河道宽度，水流过闸时侧

20、向收缩，并使上游水面雍高而形成闸上下游水位差H。该水位差的大小关系到闸室工程量和上游淹没损失。水闸的过闸水位差应根据上游淹没影响，允许的过闸单宽流量和水闸工程造价等因素综合比较选定。根据水闸设计规范，一般情况下，平原水闸的过闸水位差可采用0.1m0.3m。在水闸设计中，如采用较大的过闸水位差，可缩减闸孔总净宽，降低水闸工程造价但抬高了水闸的上游水位，不仅要加高上游堤顶高程而且可能增加上游淹没损失，因此为了减轻上游堤防负担也不允许过分抬高水闸的上游水位，因此采用较小的过闸水位差选用 H=0.2m。下面先假设 ht根据水力学公式 式中： A明渠断面积求得流量Q，列表如下表2.1 水头-流量计算表H

21、 (m)A (m2)X (m)R (m)C (m0.5/s)Q (m3/s)1.03032.470.92439.47718.0001.546.534.711.34042.00035.7462.06436.941.73343.83958.4002.582.539.182.10645.28785.7213.010241.412.46346.484117.6543.5122.543.652.80647.505154.1314.014445.893.13848.399195.2074.5166.548.123.46049.193240.170根据上表，绘制htQ曲线。见图2-1图2.1 htQ曲线由h

22、tQ曲线查的Q设=129.4m3/s时, ht=3.2 m即下游水位为h t=3.2 m。由设计资料可知，渠底高程为46.8m，则下游水位高程为下= 3.2 m+46.8m=50.00m。上下游水位差为H=0.2m。上游水位上=下+H=50.00m+0.2m=50.2 m51.6m 满足要求。2.1.2 闸孔尺寸设计闸孔尺寸的设计条件：最大闸孔要满足泄洪要求，在校核流量237 m3/s，最高设计蓄水位516 m下保证能泄出，即Q孔Q泄。闸孔总净宽的计算：在Q设=129.4 m3/s，闸门全开，按堰流计算。由水闸设计规范SL2652001 (A.0.2-1)、(A.0.2-1)得 （21） 0=

23、0.877+（hs/H0-0.65）2 (22) 式中：淹没堰流的综合流量系数。由水闸设计规范表A.0.2查得 Q过闸流量。 取Q=129.4 m3/s 下游水深。 =3.2m H=+H=3.2+0.2=3.4m =(2.8+2×3.4) ×3.4=118.32m2 计入行进流速水头的堰上水深。 =129.4/118.32=1.09m/s =3.4+0.06=3.46m h下/ H0=0.925>0.90 查水闸设计规范知此水闸处于高淹没，闸孔总净宽可按(A.0.2-1)(A.0.2-2)计算(/-0.65) =0.951/ =129.4/（0.951×3.

24、2×） =21.2 m 式中：闸孔总净宽；（m） Q过闸流量；（/s） 计入行进流速水头的堰上水深;（m） 淹没堰流流量系数；初步设计闸孔净宽取=21.2m 闸孔孔数尺寸与闸室总宽度的确定：大中型水闸采用平面钢闸门时，每孔净宽b一般为69米，当水闸孔数较少，过去多采用弧形钢闸门，平底板的结构形式，而近年采用了钢筋混凝土闸门和反拱式底板，将闸孔净跨缩为6m，显然，如不缩减闸孔净跨，采用钢筋混凝土闸门是不利的，闸门过重，门上主梁受力过大，易断裂，即使采用预应力结构，根据实践经验，闸孔也不宜超过8m。如底板采用反拱的结构形式，同样闸孔净跨过大，则反拱的矢高过大，给反拱底板的施工带来不利影响

25、，故闸孔净宽以68m为宜。闸孔孔径应根据闸的地基条件，运用要求，闸门结构型式，启闭机容量以及闸门的制作，运输，安装等因素进行综合分析确定，综合本设计实际情况，初定b=8米，n= B0/b 3孔。稍后对之进行验算。2.1.3 堰型选择水闸一般采用宽顶堰或低槛实用堰，本设计初设时已选定不带胸墙，因此胸墙式不予以考虑。平原水闸多采用无槛宽顶堰。比较宽顶堰与实用堰的优缺点，附水工设计手册。本工程中采用宽顶堰形式，堰顶高程与河底相平，取高程46.8m。表2.2 宽顶堰与实用堰的优缺点比较表堰型比较宽顶堰实用堰优点1.构造简单，施工方便；2.自由泄流范围较大，泄流能力比较稳定；3.堰顶高程相同时，地基开挖

26、量小。4.有利于冲淤，排沙。1.自由泄流时，流量系数较大；2.选用适合的堰面曲线，可以消除波状水跃；3.堰高较大时，可采用较小断面，水流条件较好。4.可以缩短闸孔总宽和减小闸门高度并能阻止泥沙进入渠道。缺点1. 自由泄流时，流量系数较小；2. 下游产生波状水跃的可能性较大。1.结构较复杂，施工较困难；2.淹没度增加时，泄流能力降低很快。2.1.4 闸墩厚度由水工设计手册P9，表25-2-4，对于中等跨度闸孔，中墩取1.0m，边墩取0.8m，则闸室总宽：B=闸孔数×闸孔净宽+2×边墩+（n-1）×中墩=3×8.0+2×0.8+2×1.0

27、=27.6m2.1.5 水闸泄流能力校核采用闸门全开在最高设计蓄水位51.6m情况下：由资料知，最高蓄水位=51.6m，渠底高程=46.8m，所以：上游水位为H=51.6-46.8=4.8m；Q校=237m3/s，由htQ曲线得H下=4.45m,即=4.45 =/(/-0.65) =0.954= =267 m3/s >Q校=237m3/s 满足要求2.2 消能防冲设计2.2.1 节制闸泄流特点：节制闸一般跨越河道修建，壅高上游水位，用于枯水期蓄水，抬高水位以供水闸取水。利用闸门控制水位，上、下游有较大水位差。其泄流特点为：闸门控制泄流时，流量和水位差多变。流量是随着上游来水量逐渐变化的。

28、特征为流量越小，下游水位越低，落差越大，对下游冲刷越严重。当闸门全开时，上、下游落差则越小，落差越小，水的能量就越小。闸孔出流有多种流态，在闸门控制泄水时，呈孔口自由出流或淹没出流状态；在闸门全开时，则呈淹没堰流状态。对宽顶堰式的平底板水闸：e/H>0.65为堰流，可分为自由出流：当ht/H0 <0.8时,;淹没出流：当>0.8时，。e/H 0.65，为孔流，按下游水深ht对泄流有无影响，可分为自由出流：,;淹没出流：>,。 e闸门开度；H闸前水深。闸下水流的衔接型式，可在一定范围内用闸门进行调节和控制，有可能避免波状水跃或跃首撞击闸门等不利的衔接流态。由于各个闸孔的闸

29、门不一定同时开启，即使同时开启也难以完全消除回流，因此闸下单宽流量的分布经常是不均匀的。2.2.2 消能设计条件节制闸在宣泄设计洪水时，闸门全部提出水面，上、下游落差很小，过闸水流呈缓流状态，只要使水流均匀扩散，以安置回流的发展，毋需特别的消能设施。过闸水流因为上下游水位差大，呈急流状态。因此必须采取适当的消能措施，使闸下水流在尽可能短的距离内由急流状态变为缓流状态，减小水流的冲刷能力。水闸的上下游水位、过闸流量及泄流方式（孔、堰流）取决于水闸的运用要求，往往是复杂多变的，闸门的开启程序，开启孔数和开启高度可有多种组合，均影响闸下的消能设施。因此必须在各种可能出现的各种水力条件下，都能满足消能

30、的要求，合理的确定消能设计条件是非常必要的，也是保证消能工程既安全可靠又经济合理的前提。但若节制闸宣泄设计和校核洪水时，闸门全部提出水面，上下游落差则很小，过闸水流呈缓流，则就不必设消能设施。节制闸消能设计条件是：在保持闸上游最高蓄水位不变的情况下，若宣泄上游多余的来水量，则由闸门控制。此时上下游水位差最大，水的能量亦最大，因此必须设置消能设施。相应的下游水位可根据htQ曲线确定。求出闸门控制的下泄流量Q有曲线查得h下。上游多余来水越小，闸门控制泄量越小，对下游冲刷越严重，因此此时上下游水位差最大。蓄水时期上游的多余来水量是随时间变化的。因此，闸门控制的泄水的泄量也是经常变化的，这样就应对各种

31、泄量进行下游消能计算。既对闸门不同的开启孔数及开启高度所对应的下泄量及不同的上下游水位差均应进行下游消能计算。但其最大的泄量是有限度的，不会超过闸下水位接近闸上最高蓄水位时下游河道所通过的流量，因此时闸已全打开，下游水深大，过闸水流为缓流，则不是消能设计条件。对三孔闸门，应采取中孔单开，两边孔同时开启及三孔同时开启的组合方式。其目的为保持水流对称，不致过大冲刷下游河床。而开启高度一般采用0.5m之倍数。闸门的初始开启高度（0.5m），往往是消力池深度和长度的控制因素。此时泄流量最小，下游水位最低，上下游水位差最大，水的冲刷能力最强。消能设计的目的是：当闸门按规定程序和方式开启时，必须保证闸下水

32、流产生淹没式水跃。（条件）。确定消能设计条件，关键是在不同的泄量Q下，所对应的下游水深ht。显然， 最大时最不利。2.2.3 水闸的消能方式水闸的消能方式大致有下列三种类型：底流式消能、挑流式消能、面流式消能。底流消能 ：是在建筑物下游采取一定的工程措施，控制水跃发生的位置，通过水跃产生的表面漩滚和强烈的滚动，以达到消能的目的。从而使收缩断面的急流与下游的正常缓流衔接起来。这种衔接方式由于高速流的主流在底部，故称为底流式消能。面流式消能 ：当下游水深较大而且比较稳定时，可采取一定的工程措施，将下泄的高速水流导向下游水流的上层，主流与河床之间由巨大的底部漩滚隔开，可避免高速主流对河床的冲刷，余能

33、主要通过水舌扩散，流速分布调整及底部漩滚与主流的相互作用而消除，由于衔接段中，高速的主流位于表层，故称为面流式消能。 挑流式消能 ：利用下泻水流所夹带的巨大动能，因势利导将水流挑射至远离建筑物的下游，使下落水舌对河床的冲刷不会危及建筑物的安全。下泻水流的余能一部分在空中消散，大部分在水舌落入下游河道后被消除。我国北方为平原地区，平原地区水闸，由于水头较低且河床抗冲能力差，难以采用挑流消能。加上下游水位变幅往往较大，也无法采用面流消能。据刀叉资料统计，我国已建大、中型水闸工程基本均采用底流式水跃消能。底流消能可适应在较大范围内变动的过闸流量和下游水位，同时在平面上也易扩散， 故本设计采用底流式水

34、跃消能。2.2.4消力池设计消力池一般布置在闸室后面，池底与闸底板之间常用1:31:4的斜坡相连，斜坡顶端可紧靠闸底板的下游端。消力池的作用：使闸后水流产生淹没水跃，并保护水跃范围内的河床免受冲刷。消力池深度的确定：池深设计的任务是根据水闸泄流的最不利情况确定相应的池深，一是水流在池内形成稍淹没水跃。消力池池深由水闸设计规范附录B式（B.1.1-1）至(B.1.1-4)计算： （2.3） （2.4） （2.5） 式中： 消力池深度，（m）； 收缩水深，（m）； 跃后水深，（m）； 水流动能校正系数，可采用1.01.05。本设计=1.0； 水跃淹没系数，可采用1.051.10。本设计=1.05；

35、 过闸单宽流量，（）； 池池落差，（m）；、消力池首、末端宽度，（m）；中空全开时 ， 为自由出流。查水闸设计规范（A.0.1-1）、(A.0.1-3)、(A.0.1-5)得全开时为堰流公式为 : （2.6） （2.7） （2.8） 式中: 闸孔总净宽，（m）过闸流量，（）计入行进流速的堰上水深，（m），本设计取=4.8m。重力加速度，（）闸孔数，本设计堰流流量系数，本设计堰流侧收缩系数，中闸孔侧收缩系数，由表（A.0.1-1）查得边闸孔侧收缩系数，闸孔净宽， 边闸墩顺水向边远线至上有河道水边线之间的距离，（m）堰流淹没系数， 查表（A.0.1-2）得=8×1.0×0.98

36、×0.385×=140.6。=17.58计算表中各参数说明如下：孔流公式由水闸设计手册6表25-2-10得： (2.9) 式中:计入行进流速的堰上水深，（m），本设计取=4.8m；孔流自由出流的收缩系数，由查水工设计手册6式（25-2-11）得；孔流流量系数，由水闸设计规范表(A.0.3-1)查得；孔流流速系数，可采用0.951.0。本设计取=0.95闸门开度，为0.5m的倍数；闸孔总净宽，本设计取=25.5m；重力加速度，（）堰流淹没系数， 查表（A.0.1-2）得5收缩水深，（m）孔流时表2.3 中孔单开时计算表eee/HQq-Zd0.50.1040.61510.310

37、.611322.942.872.191.881.151.040.230.991.00.2080.61970.620.613144.405.552.892.271.701.190.361.061.50.3130.62610.940.614664.158.023.292.362.101.190.441.012.00.4170.63511.270.617482.1710.273.532.262.451.080.460.902.50.5210.64771.620.621598.1312.273.622.002.750.870.430.733.00.6250.66682.000.6263111.3513

38、.923.561.562.930.630.370.54全开12.82140.617.583.520.73.330.190.150.32表2.4 双孔对称开时计算表eee/HQq-Zd0.50.1040.61510.310.611345.882.872.191.881.730.460.050.591.00.2080.61970.620.613188.805.552.892.272.270.310.050.491.50.3130.62610.940.6146128.308.023.292.362.360.140.030.372.00.4170.63511.270.6174164.3410.273.

39、532.262.26-0.11表2.5 三孔全开时计算表eee/HQq-Zd0.50.1040.61510.310.611368.822.872.191.882.180.010.0020.181.00.2080.61970.620.6131133.205.552.892.273.24-0.35综述：由上面三个表格在三种不同工况下的计算结果得知，当开度e越大，所需要消力池深度越小。根据水跃与下游水面衔接规律，池身控制情况应发生在跃后水深与下游水深差值最大时，而在实际应用中-最大可能发生在水闸某种运用情况下的闸门开启过程中开度最小，即中孔单开e=1.0m的情况，此时池深d=1.06m。故消力池池深

40、取d=1.1m。消力池长度的确定 根据水闸设计规范（B.1.2-1）和（B.1.2-2）计算=+ （2.10） =6.9（-） （2.11） 式中 ：消力池长度（m）； 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，取0.70； 水跃长度(m)。闸底板与挖深后的消力池之间常用1:31:4的斜坡连接，本设计取1：4， 所以：=4×d=4×1.1=4.4m确定消力池长度的条件：hc”- hC最大时。由上表知发生在中孔单开e=1.5时， (-)max=2.36m 所以： =6.9×2.36=16.28m= + =1.1×4.0+0.7

41、0×16.28=15.80m偏安全的选消力池长度为16米。消力池底板厚度t的确定水闸泄水时池内水流强烈紊动，护坦承受水流冲击力，脉动压力和底部扬压力等作用，因此要求护坦应有足够的强度，整体性和稳定性。护坦厚度应按照抗冲和抗浮稳定要求确定，并取最大值。 抗冲 （2.12） 式中：k1消力池底板计算系数，可采用0.150.20，本设计取0.20； H 闸孔泄水时的上、下游水位差，m。 护坦上设有闸基渗水排出孔，可只按抗冲要求确定护坦厚度。表2.6 三孔全开时计算表 QqH=4.8-250.961.203.61.820.27501.921.203.63.640.38752.881.822.

42、984.790.451003.852.302.56.090.491254.812.752.056.890.521505.773.231.577.230.541756.733.451.357.820.562007.693.781.027.770.562258.654.060.747.440.552509.624.320.486.660.52由以上表格可得tmax=0.56m,偏安全取t=0.60m采用等厚布置。护坦材料及细部由于护坦表面受有高速水流的作用，因此护坦材料必须具有抗冲耐磨的性能，今采用钢筋混凝土结构。混凝土标号为C15,根据已建水闸实例，在护坦内配置构造钢筋。为降低护坦下面的渗透压力

43、，在护坦上设置垂直的排水孔，并在护坦下面铺筑反滤层，使地基中的渗水经反滤层流出排水孔的孔径一般为525cm,间距为1.03.0m,布置成梅花状。本设计排水孔的孔径取为20cm，间距为2.0m。但斜坡上或水流收缩断面处不宜设排水孔，以免排水孔下土料被急流形成的局部真空吸出。消力池与闸底板、海漫、两岸翼墙之间均应设置沉降缝，位于防渗范围内的缝应设止水。图2.2 消力池尺寸图（单位：）2.2.5海漫设计经过消力池后，水流能量一般可被消除40%70%，剩余能量还较大，同时出池水流的单宽流量和底部流速还较大，由于流速沿水深的分布规律，同下游河道不冲不淤正常状态的分布规律相比，还相差较大，因此出池水流还需

44、要进一步扩散，消能和行进流速的调整。为此，一般是紧接消力池设置海漫，海漫末端设防冲槽。海漫的作用是消除水流余能，调整流速分布，使水流均匀扩散，增大水深减小流速，并保护河床免受冲刷，而防冲槽是海漫末端的加固措施。海漫长度的确定 由水闸设计规范P58当=19，且消能扩散良好时海漫的长度可按 Lp=Ks （2.14） 式中：消力池末端的单宽流量；海漫长度计算系数，（可由水闸设计规范表B.2.1查得=1211，选取=11）。海漫长度的最不利情况是乘积最大时，计算时应在水闸泄流量范围内，计算多个水位差与单宽流量的组合情况来确定最大值，列表如下：表2.7不同流量计算表QqH=4.8-250.891.203

45、.61.6914.3501.791.203.63.4020.28752.681.822.984.6323.671003.572.302.55.6426.121254.462.752.056.3927.811505.363.231.576.7228.521756.253.461.357.2629.642007.143.781.027.2129.542258.044.060.746.9228.942508.934.320.486.1927.37经计算取海幔长度。海幔起始段一般布置510m或1/3海幔总长的水平段，本设计取海幔水平段为8m。其后布置为不陡于1：10的斜坡段，本设计取1：11。一是水流

46、竖向扩散，加大水深，减少流速。海漫的材料、构造与布置为充分发挥海漫的作用，对海漫的构造要求是：要有一定的粗糙性，以利于消除水流余能；要有一定的柔性，以适应介于护坦与天然河床之间的过渡性地基变形；要有一定的透水性，以利于渗水自由排出。干砌石海漫，一般用大于30cm的块石嵌砌而成，厚度为0.40.6m，其下铺设碎石。粗砂垫层厚0.10.15m，纵横方向每隔610m设一道浆砌石埂，断面约0.3m×0.6m，以增加其抗冲能力，干砌石海漫常设在海漫后段，抗冲流速为2.54.0m/s。海漫的起始段布置为8m的水平段，以稳定水流，为浆砌石。其后布置为1：11的斜坡段，以使水流竖向扩散，加大水深，减

47、小流速，为干砌石。本设计砌石厚度为0.6米。图2.3 海漫尺寸图（单位：）2.2.6防冲槽设计水流经海漫后余能得到进一步消除，流速与流速分布也逐渐接近下游河道水流的正常状态，但仍具有一定的冲刷能力。为确保水闸安全，使下游河床免受冲刷，常在海漫末端河床内开挖一梯形断面槽，内抛块石，槽顶与海漫末端齐平形成一道防冲槽。当水流冲刷海幔下游天然河床而形成冲刷坑时，石块将自动滚下覆盖在冲坑上有坡面上形成防护层，以防止冲坑向下游扩散。防冲槽横断面大小与冲坑深度有关，冲坑深度愈大需要的防冲槽断面也愈大。海漫末端可能的冲坑深度按水闸设计规范（B.3.1）计算： (2.15) 式中：海漫末端河床冲刷深度（m）；

48、海漫末端单宽流量（m3/（s.m），=6.25 m3/（s.m） 河床土质允许不冲流速（m/s），因第二单元土质为淤泥质壤土，根据水力学P212取1.1 m/s； 海漫末端河床水深（m），根据htQ曲线查得3.46 m; =2.79m，冲坑上游边坡一般取=23，本设计取=3，堆石覆盖厚度一般取为0.30.5m,本设计取d=0.4m。则1m长（垂直水流方向）冲坑需要的堆石量为W冲=17.65防冲槽一般采用宽浅式以便施工，上游坡率与冲刷坑上游坡率相同，下游坡率取为，两岸边坡与河岸相同。底宽b取为槽深的23倍，本设计取为5m。防冲槽断面积 图2.4 防冲槽尺寸图（单位：）2.3防渗排水设计 水闸挡水

49、时，由于水位差作用会在闸基及两岸土体内形成渗流。渗流不仅损失水量，更不利于降低闸室及两岸连接建筑物的稳定性，还可能会引起变性及渗透破坏，甚至导致水闸失事，为此水闸必须做好防渗排水设计。土基上的水闸建成挡水后，由于形成一定的水头差，促使水自闸上游经过闸基或绕过翼墙向下游流动。这种现象称为渗流。渗流分两类，经过闸基的称为闸基渗流，沿两岸翼墙的称侧向绕流。前者为有压渗流，后者为无压渗流。渗流对闸身的影响主要为：沿闸基的渗流对闸室产生向上的渗透压力，从而减轻闸室的有效重量，降低抗滑稳定性。侧向绕流对翼、岸墙产生水平推力。渗流在土内运动，由于渗透压力的作用，可能造成土壤的渗流变形，发生管涌或流土，引起水闸失事。（非粘性土可能发生管涌或流土，粘性土则只能发生流土，不会发生管涌）。严重的水量损失将造成水量损失而达不到蓄水要求。因此，保证地基土壤的抗渗稳定性，保证渗流出口段和沿闸基底板面水平段的渗透坡降不得超过土壤渗透稳定的允许值。2.3.1防渗设施布置防渗设施的型式有两种，一种是水平防渗设施；另一种是垂直防渗设施。地下轮廓线布置总是把这两种防渗设施结合在一起，只有以那种位置的区别。水平防渗设施比较简单，用各种相对不透