退水闸工程设计

1、. .分类号 编 号华北水利水电学院继续教育学院North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power课 程 设 计题目： 退 水闸 设 计 专业 水利水电工程层 次 专 升 本 姓 名 马 莹学 号 080620747指导教师 X 保 同 2021年08月 25日- 优选. .退水闸设计一、退水闸工程根本资料1、退水闸工程布置退水闸位于水库东南部，布置在水库堤防上，向东距护城大堤约180m，向南距公路约160m。退水闸工程总长120m，分上游引渠段、闸室控制段、闸后消力池段和尾水渠段共四局部。1上游引渠段进口引渠段

2、长度8m。引渠横向呈矩形断面，平面上呈八字形喇叭口，引渠渠底兼起混凝土防渗铺盖作用。引渠渠底净宽度由首端5m渐变到末端的2.5m。两侧翼墙及底板为整体式构造，均采用C20混凝土。渠底设计高程72.40m，厚0.50m，下设0.10m厚C10混凝土垫层。翼墙底宽0.80m，顶宽0.50m，首端墙顶高程75.0m，末端高程76.70m，与闸墩顶持平。2闸室控制段闸室控制段顺水流向长度8.0m。闸室为开敞式宽顶堰构造，工作闸门采用平面钢闸门，启闭机采用固定卷扬式启闭机。工作闸门上游设一检修钢闸门，用于工作闸门及埋件的检修。工作闸门平时处于垂直挡水状态；在灌溉季节，门体全部开启，到达敞泄的要求。闸室共

3、1孔，总长8m。闸孔净宽2.5m，为矩形槽整体构造。闸墩为梯形断面，顶宽0.60m，底部厚度0.9m，闸室总宽度4.30m。闸墩迎水面根据闸门构造要求向内凹进30cm作为门槽。闸墩顶高程为76.7m，与水库周边堤防顶持平。闸底板高程72.4m，底板厚度为0.81.1m，闸底板前趾及后趾均设0.3m深混凝土齿槽，既可以延长渗流渗径，又结合了闸室整体稳定。灌溉季节门体全部开启，水库库水退入改线后的马家*支。闸墩顶靠上游侧设一3.0m宽C25砼人行桥，将闸室左右两端的水库堤防相连接。闸墩顶设启闭操纵室，启闭平台高程81.70m。操纵室支撑构造采用排架构造，排架与闸墩直接现浇在一起。3消力池段消力池底

4、宽2.5m，采用下挖式构造，经消能计算，消力池深0.6m，池长8 m。消力池采用矩形槽构造，混凝土强度等级C25。消力池底高程71.80m，底板厚度0.60m，底板设竖向排水孔，梅花型布置。消力池底板末端设0.50m宽混凝土齿坎，顶高程72.40m。消力池底部由下至上依次设一层土工布规格350g/m2、150mm厚中粗砂层和200mm厚粒径d=40mm80mm碎石反滤层。消力池采用斜坡面与闸底板相连接，坡度1：4。斜坡面段总长4.0m，其中含1.6m长的水平段，斜坡水平投影长2.4m；顶高程由72.40m渐降至71.80m。4尾水渠段消力池后为出口扭曲渐变段，长8.0m，底高程72.40m，底

5、宽由首端2.5m渐扩至末端的4.0m。扭曲渐变段底部采用30cm厚C20混凝土护底，并由下至上依次设一层土工布规格350g/m2、150mm厚中粗砂层和及150mm厚碎石反滤层。渐变段两侧为M7.5浆砌石直线扭曲面，重力式挡墙型式，顶部高程74.50m。尾水渠长约70m，梯形断面，渠底宽度4.0m，两岸边坡1：2，采用30cm厚M7.5浆砌块石护坡。尾水渠渠底纵坡1：1000，渠底采用30cm厚浆砌块石护底。二、闸孔净宽度计算根据工程总体布置，正常蓄水位75.00m，作为退水闸闸前水位。根据工程规划，本退水闸退水流量10 m3/s，因此，过闸流量按10 m3/s计算闸孔净宽度。根据"

6、水闸设计标准"，该闸下游水深与堰上水深之比hS/H=0.476<0.9，因此按平底闸，堰流公式计算闸孔宽度计算。计算公式如下：式中： Q过闸流量(m3/s)；B0闸孔总净宽度(m)；对单孔闸B0=b0。H0计入行近流速水头的堰上水深(m)；2.6m。g重力加速度(m/s2 )；m堰流流量系数，采用0.385；堰流侧收缩系数，单孔闸可按下式计算：式中： 闸孔净宽m;上游河道一半水深处的宽度m;经计算，2.50m，拟取2.5m。三、消能计算本退水闸的运用工作情况：一是灌溉季节，闸门开启，退水入河。二是在非灌溉季节，闸门关闭，水库蓄水。前者闸上游为水库正常蓄水位，闸下水位低，此时闸门

7、开启泄流，出现消能最不利情况。退水闸下游首先接一段尾水渠道，水流再汇入河。经计算退水渠内过10 m3/s流量时，渠内水深1.19m，据此进展退水闸消能计算。据"水闸设计标准"，计算消力池采用深挖式消力池。1消力池深度计算计算公式：式中：d消力池深度m0水跃淹没系数，0=1.05；hc跃后水深m；hc收缩水深m；水流动能校正系数，采用1.0；q过闸单宽流量m2/s；b1消力池首端宽度m；b2消力池末端宽度m；T由消力池底板顶面算起的总势能(m)；Z出池落差m；hs出池河床水深(m)。具体采用我院编制的水闸消能计算软件进展，经计算，消力池深度0.58m。2消力池长度计算计算公式

8、：式中：Lsj消力池长度； Ls消力池斜坡段水平投影长度；水跃长度校正系数，可采用0.70.8； Lj水跃长度。经计算，消力池长度为7.3m。消力池深度和长度，最终取池深0.6m，池长8m。3海漫长度计算式中:海漫长度m；消力池末端单宽流量()；4闸孔泄水时的上、下游水位差m，1.41m海漫长度计算系数，查标准1211。经计算，海漫长度Lp=26.15m，取28m长。四、闸室整体稳定计算闸孔为单孔，左右对称布置，底板与闸墩整体式浇注构造，计算考虑闸孔顺水流向稳定计算。1计算参数砼与根底综合摩擦系数f=0.35，地基允许承载力110KPa，回填重粉质壤土干容重1.65t/m3，湿容重1.93 t

9、/m3，综合内摩擦角f=25B。根据"水工建筑物抗震设计标准"SL20397，闸址区地震根本烈度为7度，按7度进展抗震计算。2计算工况闸室稳定按根本荷载组合和特殊荷载组合进展计算。荷载组合见表4-1。表 4-1闸室稳定计算工况及荷载组合荷 载 组 合构造自重水重静水压力扬压力土压力波浪荷载地震荷载根本荷载组合1完建期ÖÖ根本荷载组合2正常蓄水位75.00m，下游水位73.69mÖÖÖÖÖÖ特殊荷载组合检修期，闸前水位75.00m，闸后无水ÖÖÖÖÖ

10、;Ö特殊荷载组合正常水位地震ÖÖÖÖÖÖÖ3计算公式1) 抗滑稳定平安系数计算公式式中：K沿闸室基底面的抗滑稳定平安系数；f闸室基底面与地基之间的摩擦系数，采用f=0.35；G作用于闸室上的全部竖向荷载(kN)；H作用在闸室上的全部水平荷载(kN)；2)闸室基底压力计算公式式中：G作用在基底上的全部竖向荷载；基底压力(kN/m2)；A基底面积(m2)；ex、ey偏心距(m)(x向，y向)；Bx、By基底宽度(m)(x向，y向)；3) 基底压力不均匀系数=maxmin式中：不均匀系数；max，min最大及最小应力值(

11、kPa)；抗滑稳定平安系数，按"水闸设计标准"SL265-2001规定，4级建筑物根本组合k=1.20，特殊组合，k=1.05，特殊组合，k=1.00；土基上闸室基底应力最大值与最小值之比的允许值，中等坚实地基上，根本组合=2，特殊组合=2.5。闸室稳定计算成果见表4-2。计算得基底应力小于允许承载力，不均匀系数也小于允许值，满足要求。表4-2 退水闸闸室稳定计算成果表荷载组合根本组合特殊组合组合1组合2组合组合抗滑稳定平安系数8.426.514.13平均基底压力(kPa)83.6374.9982.2481.80基底压力1(kPa)90.1086.3698.81105.73

12、基底压力2(kPa)77.1663.6265.6757.86基底压力3(kPa)90.1086.3698.81105.73基底压力4(kPa)77.1663.6265.6757.86不均匀系数h1.171.361.501.828备注五、闸室构造计算退水闸闸室为单孔矩形槽整体构造，建筑物等级4级，闸室构造的强度平安系数：根本荷载组合时取1.40，特殊荷载组合时取1.35；构造构件的抗裂平安系数为1.05。1计算参数计算参数同闸室稳定计算。2计算工况闸室构造计算工况及荷载组合见表5-1。表5-1 退水闸闸室构造计算工况及荷载组合表荷 载 组 合构造自重水重静水压力扬压力土压力地震荷载根本荷载组合1

13、完建期ÖÖ根本荷载组合2正常运用期ÖÖÖÖÖ特殊荷载组合检修期ÖÖÖÖÖ特殊荷载组合地震情况ÖÖÖÖÖÖ3计算方法及计算成果按构造力学方法分别计算各工况下闸室构造受力。内力计算结果见表5-2，构造配筋计算结果见表5-3。表5-2退水闸闸室构造内力计算成果表部位底板边墩端部跨中底部完建期无水M(kN·m)153.6272.51153.62QkN103.010104.7N(kN)104.7104.7/设计水位M

14、(kN·m)99.03-17.9199.03QkN103.01067.52N(kN)67.5267.52/正常水位检修M(kN·m)179.6998.58179.69QkN103.010122.5N(kN)122.5122.5/设计水位+地震M(kN·m)124.9643.84124.96QkN103.01038.46N(kN)38.4638.46/表5-3 退水闸闸室配筋计算成果表部位计算配筋面积(mm2)选配钢筋外侧内侧外侧内侧闸底板112511251820018200闸墩10289001820016200六、消力池构造计算退水闸消力池段构造型式，比较了矩形槽

15、整体构造、重力式挡土墙构造两种型式。因消力池净宽仅2.5m，深约3.24.1m，矩形槽构造受力较好，以及投资上较为节省，经比较，选择矩形槽构造。消力池段矩形槽构造见简图6-1。图 6-1 消力池矩形槽构造简图1计算参数参数同闸室稳定计算局部。2计算工况矩形槽构造计算工况同闸室构造计算。3计算方法及计算成果按构造力学方法分别计算各工况下矩形槽构造受力。计算结果见表6-1。表6-1消力池矩形槽构造内力计算成果表部位底板边墙端部跨中底部完建期无水M(kN·m)51.4411.3851.44QkN53.42053.22N(kN)53.2253.22/设计水位M(kN·m)20.34

16、-19.7220.34QkN53.42017.97N(kN)17.9717.97/正常水位检修M(kN·m)33.69-28.8733.69QkN83.42037.98N(kN)37.9837.98/设计水位+地震M(kN·m)22.68-17.3922.68QkN53.42019.52N(kN)19.5219.52/七、渐变段挡土墙稳定计算挡土墙稳定计算，选择消力池后扭曲面渐变段典型断面进展稳定分析。挡土墙根据地形、地质条件进展布置扭曲面渐变段挡墙型式采用重力式浆砌石构造。1计算参数砼与土基综合摩擦系数f=0.35，地基允许承载力110KPa，回填重粉质壤土干容重1.65

17、t/m3，湿容重1.93t/m3，综合内摩擦角f=25B。2计算工况各断面均按根本荷载组合和特殊荷载组合进展计算。根本组合1完建期：自重+土压力+土重根本组合2正常蓄水位工况：自重+水重+水压力+土重+土压力+扬压力特殊组合1水位突降：自重+水重+水压力+土重+土压力+扬压力特殊组合2地震情况：自重+水重+水压力+土重+土压力+扬压力+地震荷载3计算方法抗滑稳定计算按抗剪强度公式：式中：k抗滑稳定平安系数；f根底底面与地基之间的摩擦系数；SG作用在挡土墙上的全部竖向荷载；SH作用在挡土墙上的全部水平向荷载；基底应力按单向偏心受压公式计算：式中：基底应力的最大值或最小值；作用在挡土墙上的全部竖向荷载；B挡土墙根底底面的长度；e全部外荷载对挡土墙根底底面形心的偏心距。基底压力不均匀系数：式中：不均匀系数；最大及最小应力值(kPa)。挡土墙稳定计算成果见表5.1-7。抗滑稳定平安系数，按"水工挡土墙设计标准"SL379-2007规定，4级挡土墙根本组合k1.20，特殊组合，k1.05，特殊组合，k=1.00；在各种计算工况下，基底应力的最大值与最小值之比即不均匀系