水闸课程设计书

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目录

1.基本资料2.水力计算

2.1闸室的结构形式及孔口尺寸确定2.2消能防冲设计3.水闸防渗及排水设计3.1闸底轮廓布置3.2防渗和排水设计3.3渗透压力计算

3.4防渗排水设施和细部构造4.闸室布置4.1闸底板，闸墩

4.2工作桥，马路桥，检修便桥4.3闸门和启闭机4.4闸室的分缝和止水设备5.闸室稳定计算5.1荷载及组合5.2地基应力计算5.3闸室稳定验算6.上下游连接建筑物6.1上游连接建筑物6.2下游连接建.筑物

1基本资料

1.1程概况及拦河闸的任务

某拦河闸闸址以上流域面积2234平方公里，流域内耕地面积288万亩，河流平均纵坡1/6200。本工程属三级建筑物。

本工程投入使用后，在正常高水位时，可蓄水2230万立方米。上游5个县25个乡已建成提灌站42处，有效浇灌面积25万亩。闸上游开南、北干渠，配支干23条，修建各种建筑物1230座，可自流浇灌下游三县21万农田，效益巨大，是解决某河流域农田的浇灌动脉，同时，也是解决地区浅层地下贫水区的重要水源。1.2地质资料

1.2.1根据地质钻探资料，闸址附近地层中粉质壤土，厚度约25cm，其下为不透水层，其物理性质如下：1.2.1.1湿重度土壤干重度饱和重度浮重度

?湿?20.0KN/m33

?干?16.0KN/m?饱?22.0KN/m33?浮?10.0KN/m

??23?2023.2.1.2自然含水量时，内摩擦角

饱和含水量时，内摩擦角?土壤的凝聚力

C=0.1KmN/201.2.1.3地基允许承载力=150KN/m21.2.1.4混凝土，砌石与土基摩擦系数f=0.36

1.2.1.5地基应力的不均匀系数=1.5~2.01.2.1.6渗透系数K=9.29×10-3厘米/秒1.2.2本地区地震烈度为6度以下1.3建筑材料

1.3.1石料：本工程位于平原地区、山丘少，石料需从外地供给，距京广先近，交通条件较好。

1.3.2粘土：经调查本地区附近有较丰富的粘土材料。1.3.3闸址处有足够多的砂料。1.4水文气象

1.4.1气温：本地区最高气温42度，最低气温为－18度。1.4.2风速：最大风速V=20米/秒，吹程D=0.6公里。

1.4.3降雨量：非汛期（1~6月及10~12月）九个月最大流量为130米3/秒。平均最大流量Q=36.1米3/秒,最大年径流总量为9.25亿米3。年平均最小流量Q=15.6米3/秒,最小年径流总量为0.42亿米3。1.4.4冰冻：颍河流域冰冻时间短，冻土很薄，不影响施工。1.4.5上下游河道断面

糙率：河床0.0225滩地0.03

58.5051.9261.5058.50

1.5批准的规划成果为

1.5.1浇灌用水季节，拦河闸的正常挡水位为58.72米，下游无水。1.5.2洪水标准。

1.5.2.1设计洪水位50年一遇，相应的洪峰流量1144.45米3/秒，闸上游的洪水位为59.5米，相应的下游水位59.35米。

1.5.2.2校核洪水位200年一遇，相应的洪峰流量1642.35米3/秒，闸上游的洪水位为61.00米，相应的下游水位60.82米。2.水力计算

2.1闸室的结构形式及孔口尺寸的确定

2.1.1该水闸选择平底板宽顶堰闸孔形式，闸底板高程为51.92米。2.1.2闸孔净宽的计算

2.1.2.1设计洪水位时：Q=1144.45m/s，H1=59.5m，H2=59.35m，g=9.81m/s2

河道横截面积A为：

11?2?2?2?1?2?13?1?1?2??58.5?51.92??2??58.5?51.92??2????2?75??59.5?51.92??709.4m2流速：v=Q/A=1144.45/709.4=1.613m/sv22g?1.61322?9.81?0.13

上游水深：H?H1?HD?59.5?51.92?7.58m堰上水深：H0?H?v22g?7.58?0.13?7.71m

下游水深：hs?H2?HD?59.35?51.92?7.43m

hsH0?7.437.7?0.96?0.9堰流处于高吞噬度，则闸孔总净宽B0?Qu0hs2g

?H0?hs2??hs?2u0?0.877???0.65??0.877??0.96?0.65??0.973

?H0?则

B0?1144.450.973?7.43?2?9.81??7.71?7.43??58m

2.1.2.2校核洪水位时：Q=1642.35m/s，H1=61m，H2=60.82m，g=9.81m/s2河道横截面积：

12??2?61?58.5??13?61?58.5?2?61?58.5?58.5?51.92??????????2A?????2?58.5?51.922?1??????2??2?75??61?51.92??940.9m2流速：v=Q/A=1642.35/940.9=1.745m/s

v22g?1.74522?9.81?0.17

上游水深：H?H1?HD?61?51.92?9.08m堰上水深：H0?H?v22g?9.08?0.15?9.23m

下游水深：hs?H2?HD?60.82?51.92?8.9m

hsH0?8.99.23?0.96?0.9堰流处于高吞噬度，则闸孔总净宽

B0?Qu0hs2g

?H0?hs?

?hs?2u0?0.877???0.65??0.877??0.96?0.65??0.973

?H0?2则B0?0.973?8.9?1642.352?9.81??9.25?8.9??72.6m

因校核洪水时的闸孔净宽度大于设计洪水时的闸孔净宽度，故取B0为72.6m。设单孔净宽度b0为14m,则闸孔孔数

n?B0b0?72.614?5.19故取n=5

取闸墩厚度d为1.2m，则闸室总宽度

L?nb0??n?1?d?5?14??5?1??1.2?74.8m

2.1.2.3水闸泄水能力验算

计算的过水能力与设计流量的差值，不得超过?5%，

Qs?B0u0hs2g?H0?hs??70?0.973?8.93?2?9.81?9.25?8.9??1583.59m/s

QS??100%?1583.59?1642.351642.35?100%?3.6%?5%符合要求

2.2水闸的消能防冲设计

2.2.1确定消能控制状况及消力池尺寸

根据状况分析，在闸门局部开启时多为最不利的消能状况，应根据列表试算法确定消力池的各项尺寸。表格形式如下：

开启孔数1234555

开启高度e2333.53.544.2

过闸流量Q185.29524.14771.21

hs(m)

?01.081.081.081.081.081.081.08

单宽流量q13.2418.3618.3621.2621.2624.0425.19

hc(m)1.251.9081.9082.2612.2612.6282.785

hc\?Z(m)池深d(m)4.595.135.135.365.365.515.57

0.32

（m)0.98

Lsj(m)23.3421.0320.6919.1191716

t(m)

3.664.6714.781

0.730.780.770.770.760.750.74

0.220.650.180.580.12

0.4

0.100.380.030.220.0020.16

1190.385.2651487.985.3051683.025.6991763.095.854

应选定L消=23.34取24m，d=0.98m，t=0.78m2.2.2海漫设计2.2.2.1海漫的长度为

Lp?Ksq?H?11?13.24?6.8?3.66??53.28m

取海漫的长度为53m。2.2.2.2防冲槽的设计

经计算，d'6.8=20.4~27.2m，满足要求。其地下轮廓布置图如下：

C?H=（3~4）

3.2防渗和排水设计3.2.1确定地基有效深度

地下轮廓的水平投影长度L0=20+16=36m地下轮廓线垂直投影长度S0=51.92-45.92=6mL0/S0=36/6=6>5，故地基的有效深度Tc=0.5L0=18m3.2.2简化地下轮廓

将实际的地下轮廓进行简化，使之成为垂直和水平两个主要部分，出口处齿墙的入土深度应予保存，如下图，将地下轮廓分成七段

3.2.3阻力系数的计算

3.2.3.1进口段：将齿墙简化为短板桩，板桩入土深度为0.5m，铺盖

F?9.81?16?5.74?15?2?1/2?(1?2)?1?9.81?15?13955.7KN（?）U=0.69?9.81?16?15+1/2??7.58?7.43??16?9.81?15=1087.8KN（?）

校核状况下荷载和力矩的计算表（对B点取距）

荷载名称闸室结构重力上游水压力下游水压力浮托力渗透压力水重力合计

竖向力（KN)

↓16858.8

↑

13955.7

水平力（KN)

力臂（m）

→←1738.22137.31596.11893.4388.8

5563.21573171.8

8.14.63.11.150.772.90.620.41885.333.688.98

力臂（KN.m)

?

?136077.2

9831.64947.92177.4299.4

16133.3975.370.4111645.6

1014.373.53483.96167.32651011436.615073.4（↓）7753.77308445.7（→）8114.4391.812820.855382.4221536.7137330.884205.9（↙）

5.2闸室稳定及应力验算5.2.1地基应力验算

5.2.1.1完建无水及关门挡水状况闸室基地压力计算

Pmax??G(1?6AeB)e?B2M?-G?由完建期荷载计算表可知：?G=16858.8KN,?M=136077.2KN.mB=16mA=15.2?16=243.2m

e?BM?-2?G?162?eB2136077.216858.8)???0.1(偏下游）

Pmax??G(1?6A16858.80.1（1?6?）?71.9KPa(下游端）243.216Pmin??G(1?6A16858.80.1)?（1?6?）?66.7KPa(上游端）B243.216e地基承载力计算：

P=1/2(Pmax?Pmin)?1/2?(71.9?66.7)?69.3KPa?[d]?150KPa

基地压力满足要求。不均匀系数计算：

??PmaxPmin?71.966.7?1.1?[?]?2.0

故基地不均匀系数满足要求。5.2.2校核状况

?G=15073.4KN?M=84205.9KN.m则，

e?BM?-2?G?162?84205.915073.4?2.41(偏上游）

PmaxGe15073.42.41??(1?6)?（1?6?）?118KPa(上游端）AB243.216

PminGe15073.42.41??(1?6)?（1?6?）?6KPa(下游端）AB243.216

地基承载力计算：

P=1/2(Pmax?Pmin)?1/2?(118?6)?62KPa?[d]?150KPa

故地基承载力满足要求。不均匀系数计算：

??PmaxPmin?1186?19.7?[?]?1.5~2.0

故基地不均匀系数不满足要求。5.3稳定计算

2已知C?0.1KN/m，??23，

0（1）校核状况：闸室抗滑稳定分析：

Kc?tg?G?C0A??

207C0?0.3C?0.3?0.1?0.03KN/m.,

20其中?0?0.?9?2由于本闸齿墙较浅，可取A=196m,则

Kc?tg?0?G?C0A?tg20.7?15073.4?0.03?243.2445.70??=12.9>[Kc]?1.25故闸室抗滑