毕业设计（论文）-喀河溢洪道设计

绪论设计是大学生涯的最后一次考核，是理论与实践相结合的考核，为我在今后的研究生学习生涯中，找准方向，认识自我提供了一次机会。我设计的题目是溢洪道设计，这是一个很好的锻炼实践机会，它不仅让我查漏补缺，还让我对工程有了一个清晰的认识。对于土石坝，不允许坝顶、坝身过流或大量过流，须修建专门建筑物，这时因为坝体占据河床位置，泄洪建筑物一般是布置在坝体旁边的河岸上称河岸溢洪道。河岸溢洪道分为开敞式和封闭式两类，开敞式溢洪道有正槽式和侧槽式两种主要形式，本设计采用正槽式溢洪道。喀河是新疆南疆地区的一条河流，发源于喀喇昆仑山北坡海拔5600以上的永久性冰川，总流自南向北，河流全长808，流域面积22153,多年平均径流量21.9亿，多年平均流量69.5。该水利枢纽工程位于该河中游段出口处，坝址以上河道长509，控制流域面积1993，占全流域面积的90％以上，控制了全河流量的97％。本水利枢纽以解决灌区春灌水为主，并结合发电和防洪等综合利用要求，改善灌溉面积，装机容量6万千瓦，年发电量1.89千瓦时。本次设计主要是为让我们了解工程实践中所牵涉的工作环节，知道工程设计的程序。本设计主要对溢洪道进行了大量的计算说明，溢洪道设计中主要对剖面尺寸、水力计算、稳定计算等进行详细计算说明，对消能设施、渗流、坝基处理和细部构造等部分只进行了介绍说明。由于我水平有限，内容编排不妥和错漏之处在所难免，恳请批评指出。 第一章设计基本资料1.1工程概况及作用喀河是新疆南疆地区的一条河流，发源于喀喇昆仑山北坡海拔5600以上的永久性冰川。总流自南向北，河流全长808，流域面积22153,多年平均径流量21.9亿，多年平均流量69.5。水文站以上河道平均坡降7.92％。喀河水利枢纽工程位于该河中游段出口处，坝址以上河道长509，控制流域面积1993，占全流域面积的90％以上，控制了全河流量的97％。本水利枢纽以解决灌区春灌水为主，并结合发电和防洪等综合利用要求。工程建成后可以改善灌区面积113万亩，扩大灌溉面积69万亩。水电站装机容量6万千瓦，年发电量1.89千瓦时，可使下游两个梯级电站增加有效电量0.45万千瓦时，可提高下游地区的防洪能力，对促进该地区脱贫致富和社会发展，增加民族团结，巩固边防具有重要意义。1.2工程地质条件1.2.1坝区工程地质条件坝区3.5Km范围内无大的断裂及活动性构造分布，区域地质构造稳定性较好，未来百年内对坝区的影响地震烈度为7度。坝区岩石为元古界变质岩，岩性主要有绿泥石英片岩云母钙质片岩及云母石英片岩，片理较发育。库区库盘基底变质绿泥石片岩，透水性差，不存在水库渗漏、浸没和水库诱发地震的可能。库尾存在两个风化倾倒体，厚度小于5米，不会影响坝体安全。1.2.2坝址工程地质条件坝址位于喀河出山口峡谷河段上，河谷为不对称U形河谷，谷底宽100～130米，两岸岩石裸露。坝址区广泛分布着绿泥石石英片岩，云母钙质片岩，石英片岩，组成坝肩、坝基的主要是云母石英片岩和云母钙质片岩，属中硬岩。坝址区发育有、断层，相距460米，破碎带宽0.1～0.6米。坝区地下水补给河水为河床卵砾石层内分布的孔隙潜水和基岩裂隙水，0.03，界限埋深一般在40m以内。(1)左岸：坝址两岸地形不对称，左岸高陡，形成120～140m陡崖，坡角50°～80°，崖顶为四阶梯；高程为1978～1985m。左岸坝肩岩体为云母钙质片岩组成，倾向岸里，顺河向断层拦腰切断左坝肩，分布在1904～1920m，倾向岸里；断层面饱和摩擦角16°；岩体强风化层厚1～4m，弱风化层厚1.5～8m，0.03，界限深度5～27m.(2)右岸：岸坡50°～60°，近右岸边四阶地分布的古河槽被切断，将岸边岩体与山体分开形成一窄山梁。古河槽宽60m，底宽20m，槽内由卵石和钙质胶结砂卵砾石组成，窄山梁岩体为云母石英片岩、绿泥石石英片岩组成，岩体风化层厚3～5m，山顶深度15～35m范围内岩石完整性较差，15～35m以内岩体完整，0.03，界限埋深在15～40m之间。(3)河床坝基：坝址位于长700m的东西河段，河床宽110～130m，河床由卵砾石层覆盖，厚5～10m，在深谷中有一深槽，槽顶宽30～35m，底宽20m，砂砾石层厚达26m。河床中布置有勘探孔35个，探坑15个，地震剖面35条。从河床钻孔和探坑中未发现有连续的淤泥和粉细砂层。河床覆盖层以卵石粗砾为主，细砾粗砂含量较少，其级配组成和物理性质与坝体料相近。1.3水位水库静水位一般包括四个，本设计仅有三个，即水库正常蓄水位，正常工作条件下的设计洪水位和非常工作条件下的校核洪水位，见表1-5:表1-5水库水位表情况特征水位上游水位（m）相应下游水位（m）正常蓄水位1962.01859.5设计洪水位1962.51861.3校核洪水位1964.51864.01.4工程标准1.4.1枢纽等级由水库总库容为3.4亿，改善灌区面积113万亩，扩大灌溉面积69万亩，电站装机容量6万，查《水利水电枢纽工程划分及设计标准》知：该枢纽为大（2）型水库。1.4.2主要建筑物等级查《水利水电枢纽工程划分及设计标准》知：主要建筑物为二级，但由于其坝高已超过90m，故按《水工建筑物》表1-4可知：主要建筑物应提高一级，故本枢纽主要建筑物等级为一级。1.4.3洪水标准该水利枢纽水库防洪标准设计正常运用标准为100年一遇，校核标准按200年一遇的洪水设计值加15％的安全保证值采用。1.5坝型选择坝型选择关系到整个枢纽的工程量、投资和工期，其影响因素主要有坝高、筑坝材料、地质、地形、气候、施工和运行条件等。地形地质条件方面:(1)由于库区岩石为元古界变质岩，岩性主要有绿泥石英片岩、云母钙质片岩及云母石英片岩，片理较发育。库区库盘基底为变质绿泥石片岩，透水性差；两岸山体不对称，故不宜修建拱坝。(2)坝址位于喀河出山口峡谷河段上，河谷为不对称U形河谷，坝区发育有、断层，不宜修建拱坝。(3)河床由卵砾石层覆盖，厚5～10m，在深谷中有一深槽，槽顶宽30～35m，底宽20m，砂砾石层厚达26m，透水性较强，若修建混凝土坝需开挖较大的土方量，并增加较多的混凝土方量，且施工排水较为困难，故修建混凝土坝不合适。第二章方案选择2.1泄洪方案选择为了使枢纽能够把超量的洪水安全地泄往下游,上游需建泄洪建筑物.对于土石坝,因坝身不允许过水或大量过水,常需建溢洪道、泄洪洞,用于泄洪排沙,放空水库,施工导流等。根据水文分析,喀河洪水基本属融冰雪型,或兼有暴雨混合型，洪水历时7~15天，峰量有较好的关系，暴雨洪水一般不足3天，有时只有几个小时，为暴涨暴落，泄洪洞可在不同水位时向下游泄水，适应性强．泄洪时，可根据预报提前泄水以延长洪水历时，但随着水位增高，泄流量增加较小，所以应另设泄洪设施，对于土石坝，可设河岸溢洪道作为次要泄洪建筑物。2.2溢洪道轴线位置选择如在上坝线下游河岸左侧布置曲线型溢洪道,则坝线上开挖量大,造价高,且施工复杂；如在上坝线下游河岸左侧设溢洪道,则由于河岸左坡较陡,工程量大,开挖困难。溢洪道选址：（1）从地形图上看,右岸坝端地形平缓，下游有阶状台地,可以使洪水很快泄入河道，且出口离下游坝脚较远，因此易于在此布置溢洪道。（2）从地址上看，右岸边四阶地分布的古河槽被切割，将岸边岩体与山体分开形成一窄山梁。槽内由卵砾石和钙质胶结卵砾石组成，窄山梁岩体为云母石英片岩、绿泥石石英片岩组成，透水性差，因此有利于建溢洪道。（3）从受力上看，在右岸一带修建溢洪道可以避免深挖形成高边坡,且较河岸左侧坡缓，可有利于避免造成边坡失稳或处理困难。（4）从水流上看，溢洪道在河岸右侧设置，水流较通畅，且下泄水流未影响到其他建筑物的安全和正常运行。综上所述，选择在上坝线附近河岸右侧一带设置直线型溢洪道。2.3溢洪道型式选择因为在坝址附近有适宜修建正槽溢洪道的地址条件：右岸坝端地形平缓，下游有阶状台地，因此选择修建最为合理可靠的正槽式溢洪道可使水流平顺，超泄能力大，对于堰前水头适应能力强，适用于各种水头和流量且结构简单，运用安全可靠。侧槽溢洪道需在两岸山高陡坡，无适宜地形修建正槽式溢洪道时修建，且过堰水流要转弯90°进入泄水槽,侧槽也要修建在完整、坚实的岩基上，且要有质量较好的衬砌，条件不具备，不宜修建侧槽式溢洪道。2.4溢洪道堰型选择常用的溢洪道堰形式有宽顶堰、实用堰、驼峰堰、带胸墙的溢流堰，选型时因考虑：水流泄量、地形地质条件、施工运行条件等。从泄量上看，对于此项工程应选择流量系数比较大的堰型，故选择实用堰或驼峰堰较为合适。综合考虑，可初步选择实用堰。2.5消能方式选择从河岸溢洪道下泄的水流流速高,能量大，必须进行有效的消能，以免冲刷下游河床或坝脚，危及工程安全。考虑工程安全，消能方式常用的有挑流和底流消能两种，其选择应根据地形、地质条件、泄流条件、运行方式、下游水深、以及河床抗冲能力、消能防冲要求、下游水流衔接及对其它建筑物的影响等,通过经济技术比较选定。底流消能：常用于河床地质条件较差或消能出口距坝脚较近，单宽泄量较小的中小型工程。挑流消能：适用于岩基较完整，抗冲能力较强的高水头溢流坝。此工程地址条件较好，消能出口距离坝脚较远，单宽泄量较大，所以选择挑流消能，且安全经济。2.6泄槽段面选择正槽溢洪道在控制段后多用泄水槽与消能段连接，其横断面型式有矩形、梯形较为常见。应根据地形地质条件经济比较后选择合适的型式。一般在岩基上多采用矩形，或接近矩形，在本工程处地基较为坚实，固可选用矩形断面形式，可使水流分布均匀而且便于施工。综上所述，经过分析比较可初步拟定修建方案：正槽式溢洪道采用实用堰型式，矩形泄槽,挑流消能。第三章溢洪道选型布置3.1引水渠构造布置（1）由于引水渠较长，故在平面上布置成直线。当控制段靠近水库深水区时，引渠即成为沿平面和纵剖面向上游扩大的喇叭口。（2）渠底布置成等宽平坡式，其断面接近矩形，边坡选为1:0.5。（3）为减小糙率和防止冲刷，引水渠作衬砌，用浆砌石材料，厚为0.3-0.5米，本工程去0.5米。3.2闸门控制段选型布置3.2.1底板按闸墩与底板连接方式的不同，闸底板分为整体式和分离式两种。整体式地板结构整体性好，对地基不均匀沉降适应性强，并有较好的抗震性，适宜修建在中等坚硬密实的地基上。根据有关资料可知溢洪道修建处的岩性主要为坚硬的云母石英片岩，各部分的抗滑稳定条件好。故选择整体式底板。由于地层分布较均匀，地基承载后不会产生不均匀沉降而影响闸门正常启闭，因此将缝设在底板上，以减少闸室的工程量和底板上的弯矩。根据前章论证，底板型式采用低实用堰，可以保证洪水来临时大量泄洪。底板尺寸与布置(1)底板：考虑到防渗要求和结构布置要求，现拟定值为L=25(其中)厚度为(1.0~2.0)本设计取2，见图3.1(2)铺盖：一般取(2.0~4.0)，本设计取L=35(27.0~54.0)厚为0.4(3)齿墙底板齿墙:取深0.7，铺盖齿墙:取0.7。图3-1底板尺寸布置图3.2.2孔口孔口形式以开敞式，胸墙式，只有在穿堤引水或深挖方渠道上才采用涵洞式。当水闸无挡水位须高于设计与校核洪水位等特殊要求时采用开敞式水闸，利于河流排冰，排沙，迅速泄洪。3.2.3闸门闸门按工作的性质不同，可分为工作闸门，检修闸门，备用闸门。而在泄水建筑物的进水口一般需设工作闸门，检修闸门。对于工作闸门形式的选择，应考虑其工作性质，设置位置，启闭方式，并参照已有实践经验，经技术经济比较确定。一般对于深式泄水孔道流速较高的情况，适宜用露顶式弧形闸门，所需工作桥高度低，闸墩厚度小，闸门埋固少，重量轻，受力条件好，启闭运用灵活，不需要设水槽，使过闸水流条件顺畅。3.2.4闸墩按工作条件不同，闸墩可分为中墩，边墩，缝墩。一般做成实心结构边墩头部为矩形，上下游侧与翼墙连接。中墩头部形状应满足过水平顺的要求，设置为半圆形，便与施工与设置沉降缝。。3.2.5桥(1)交通桥一般设置在水闸下游部位，有时可根据结构布置需要也可以设在上游侧。(2)工作桥桥高较大时，一般是在闸墩上修建排架或支墩来支撑工作桥，桥底高程应使闸门开启后门底高于最高泄洪水位，并有一定安全裕度，且满足闸门能从闸孔中取出检修。3.3泄水槽段布置(1)断面形式：采用矩形断面。(2)底坡为保证泄水槽中水层不影响溢流堰的自由出流和槽中部发生水跃，泄水槽的纵坡必须大于临界底坡，且不陡于1：1采用同一坡度，本设计取1：3。(3)边墙因初步设计泄水时水深较大，故边墙形式采用悬臂式。3.4其他选型布置3.4.1连接段(1)水闸上游翼墙的平面布置型式选择水闸上游翼墙的平面布置型式选择一般有八字形翼墙、圆弧翼墙和扭曲面翼墙。但圆弧式翼墙施工复杂，适用于单宽流量大，闸身高，地基承载力低的大中型水闸。八字形翼墙工程量较大，所以选择为扭曲面翼墙，保证水利条件好，工程量小，但应确保墙后回填土夯实，以避免墙身断裂。(2)两岸联接闸室与两岸的连接是指闸室与两侧河岸和闸室与上下游河道的连接，作用是侧向挡土，保护两岸边坡不受进出闸水流冲刷。形式主要取决于地基情况和闸身高度，闸身较高时，由于边墩地基所受荷载常远大于闸身地基上的荷载，，地基可能会不均匀下降，应在边缘另设轻型岸墙挡土，岸墙还可能使作用在地基上的荷载从闸室向两岸过渡的作用，减小地基不均匀沉降对闸室结构的不利影响。作为两岸连接建筑物的岸墙与翼墙型式有重力式、悬臂式和扶臂式。当墙高大于9m时为扶臂式挡土墙，立墙与底板的刚度，为减小墙厚可在立墙与底板之间设置与之固结的钢筋混凝土扶臂即为扶臂式结构，与同高度的悬臂式结构相比，扶臂式较为经济。3.4.2渐变段水利计算(1)渐变段长度计算渐变段首端断面B=46.8，取末端宽为b=35，收缩角为则渐变段长度为(2)渐变段水深计算为了堰顶洪水安全泄洪，渐变段底坡应大于临界坡度在这种情况下，渐变段进口水深。公式（310）式中：q——单宽流量;——动能修正系数，近似取1.0;其有关的水力要素为 糙率n取0.013临界底坡选用属于陡坡，因此渐变段进口水深(3)渐变段出口水深采用能量守恒公式（311）——进口水深，=5.25V——断面流速，V=——首末两端的落差，=0.02=0.25——水头损失，（312)试算：选取为过水面积。x为湿周，表3-1渐变段水深计算表 续表3-16.02107.1747.0227.8552.155.5192.57.8246219.151.655.7199.57.5546.4222.651.855.82037.4246.6224.3551.955.82203.77.3946.64224.751.974.3798.366.610.0138.244.2497.866.870.0157.924.2998.056.760.0148.054.3298.176.710.0148.114.3298.176.700.0148.12则出口水深。3.4.3陡坡段(1)判断底坡类型根据选定的溢洪道位置的高度取底坡i=1:3底宽B=35，按照最大泄洪量设计。表3-2正常水深设计表（试算法）0.931.536.80.8675.011265.081.035370.9576.271502.181.138.537.21.0377.301743.811.24237.41.1278.392011.681.345.537.61.2179.412294.66所以求得正常水深校核时水深为1.2。最大单宽流量q==57.91临界水深h==6.99设计单宽流量q==43.012h===5.74hh水流流态为陡坡急流，水面曲线为b型降水曲线。(2)陡坡长度堰顶高程为1951.0，收缩段落差为=12.7×0.02=0.254初设鼻坎高程为1865(高出下游水位1~2)，挑射角=反弧半径R=20，底坡i=公式：=（313）——陡坡总跌差;——底坡坡度P=1951.0-0.254-1865=85.75m陡坡长：===271.2m3.4.4消能防冲设施(1)对于挑流式消能，尾槛选择连续式，对壅高池水位稳定水跃有利，且施工方便不易空蚀。为提高消能效果，稳定水跃，减小池长和池深，可在池内设置消力墩作为辅助消能设施，对于本工程中溢洪道泄洪时水流速高的情况，可将消力墩作成矩形断面设于消力池后部。(2)为了消除水流余能，调整流速及水流扩散均匀，增大水深减小流速，保护河床面受冲刷，在消力池后紧接设置海漫及其末端的加固防冲槽。3.4.5防渗排水设施在细岩沙基上，应在水闸上游侧布置铺盖和板桩相结合的防渗设施，以延长渗径，减小底板渗透压力，降低闸基平均渗流坡降，保证不超过允许值，在水闸下游侧布置排水孔，使渗透水流尽快安全排走，防止渗流发生渗透变形，并减小底板渗透压力，增加闸室抗滑稳定性。3.5消能段1.型式选择挑流消能是一种既安全又经济的消能措施，它主要是借助于挑流鼻坎是高速水流沿着抛物线射流。因为坚硬岩石具有较强的抗冲蚀性能，对高水头枢纽采用挑流消能较为适宜。综合考虑本工程选用挑流消能。2.反弧半径计算（314）式中：——单宽流量;——堰上游水深，；——堰顶与下游河床的高差，；Z——坎顶与出口地面的高差，；（坎顶高程应高出下游最高层水位1～2，取，溢洪道出口地面高程为1857.0）——流量系数公式：（315）（316）——堰顶与坎顶高差;=1954.0-1865=89--溢流区水平投影;=挑坎厚度为1取反弧半径为20。图3-1溢洪道纵剖图第四章水力计算4.1水力计算内容对控制断面进行闸孔设计；过水能力计算，包括设计流量，校核流量下的过水能力计算；泄水过程计算，主要绘制在设计和校核流量下逐渐开启闸门的e～Q曲线；泄槽水面计算，计算泄槽断面的最大水深；消能计算，通过计算验证尾坎尺寸是否合理。4.2控制段闸孔设计闸孔尺寸包括:闸孔净宽，孔数，单孔净宽，闸孔总宽，闸顶及闸门顶高程。利用排涝情况设计，校核洪水验算(31)式中：——过闸流量，；——计入行进流速水头的堰顶水头，; ——流量系数，实用堰初取=0.4;—— 侧收缩系数，由《水力学》查出在0.85～0.95取值，初拟为0.9；——淹没系数，自由出流＝1.0。取校核水位进行设计堰上游水深=1964.5-1954.0=10.5堰下游水深=10.5-0.2=10.3（）=取(2)取闸孔总数=5，则闸孔的净宽b=40/5=8(3)闸墩的分缝及结构尺寸a.孔内分缝：设置温度沉降缝宽为20。b.墩厚：边墩图4-1边墩（单位:cm）中墩＝1.2图4-2中墩（单位:cm） (4)闸墩型式边墩头部为方型与两岸翼墙连接较好，中墩头部为半圆型或流线型．图4-3闸分缝及尺寸图（单位：cm）（6）设计非常过水能力公式 (32)式中：——侧收缩系数，查《水力学》上册可得：——闸孔净宽，为40m;——流量系数，查《水力学》上册图8.12;——淹没系数，自由出流时=1.0上游水深H=1962.5-1954=8.5，下游水深=8.3，Q=1505.42所以平均流速总水头属于自由出流。取查得，，;查图得，则满足设计洪水过流能力。（7）校核非常过水能力按照闸门全开过洪水=2027上游水深下游水深上游平均流速堰上水头（）出流形式为自由出流查图则，则满足校核出水能力(8)闸墩顶高程（33） （34） （35） （36）（37）式中：——波高，;——波浪中心线至净水位的高度，;——安全超高，;，，（38）（39）——计算风速;D——水平波浪吹程;｛｝=1965.2取=1966.0(9)闸门顶部高程闸门顶高程与闸墩顶高程相等或低（0.1~0.2）现取与闸墩相等即闸门高闸门尺寸为8×12(10)堰顺水流方向长度顺水流方向长度取底板顺水流长度(11)工作桥eq\o\ac(○,1)工作桥宽一般取3~5，本设计取4eq\o\ac(○,2)工作桥底高程保证不影响闸门的启闭，根据弧形闸门启闭初取桥底高程为1977.0，形面板曲率半径与门高的比值露顶式闸门一般为(1.1～1.5)，本设计取R＝1.512=18，露顶式闸门支铰位置约在()倍门高处，本设计取}eq\o\ac(○,3)工作桥的结构型式梁高：本设计取腹板宽本设计取b=0.4eq\o\ac(○,4)工作桥的支撑方式:采用简支型式eq\o\ac(○,5)工作桥总长度与闸孔净宽为47 图4-4工作桥总尺寸布置图图4-5工作桥尺寸布置（单位:cm）(12)交通桥有关尺寸见图4-7eq\o\ac(○,1)布置：交通桥布置于工作桥下游简支墩上，设栏杆，柱尺寸高1.2eq\o\ac(○,2)结构型式采用四T型梁对接，桥面采用沥青碎石，厚度为8。桥面设向两侧的横向坡，且在人行道下游坡设排水。(13)检修桥有关尺寸见图4-6图4-6检修桥尺寸（单位：cm）图4-7交通桥尺寸及有关参数（单位：cm）(14)修检闸门与工作闸门的距离不小于1.5~2.0的净距，本设计取1.7槽宽度一般为0.15~0.3，本设计取0.3槽深一般为0.15~0.2，本设计取0.2。4.3过流能力计算验证在闸门全部开启时溢洪道能否通过设计和校核情况下的洪水流量。4.3.1验算开敞式实用堰的泄流能力公式（41）式中：——流量;——过流量总净宽;B=40——计入行进流速的堰上水头，m对于本堰；取——动能修正系数，可取为1.0;g——重力加速度;g=9.8——流量系数;=0.48C——上游面坡度影响系数，见《水力学》上册，当上游面铅直时取C=1.0;——侧收缩影响系数，根据闸墩墩头形状及位置，闸墩厚度，闸孔数目，堰上水头及相对堰高等因素选择，对低堰，本设计取0.8——淹没系数，本水闸为自由出流。4.3.2设计洪水流量=1962.5-1954.0=8.5满足设计洪水过流能力要求。4.2.3校核洪水流量=1964.5-1954.0=10.5满足校核洪水过流能力要求。4.4泄水过程计算绘制在库水位分别为设计和校核情况下，闸门逐级开启时工况下的e～Q关系曲线。闸门逐级开启时，分别取开度e为0、0.5、1.0、1.5…，且库水位保持不变。4.4.1泄水过程计算公式当闸门开启时，且时，应选用曲线形实用堰的闸孔出流公式：(42)式中：——曲线形实用堰堰顶闸孔自由出流的流量系数，查《水力学》上册表8.10；——堰总净宽，;b=40e——闸门开度，;g——重力加速度，;——计入行进流速的堰上水头，对于本堰时，取;当闸门逐级开启时，且时，应选用曲线形实用堰流公式:4.4.2设计洪水位情况下的流量过程H=8.5时采用孔口出流公式时采用堰流公式b=40，g=9.8进行列表计算（见表4-1）表4-1设计情况下的Q-e(m)00.51.01.52.02.53.00.7390.7170.6940.6750.6570.6400.624（）0195.68378.8552.64717.21873.311021.78续表4-1(m)3.54.04.55.05.50.6070.5920.5770.5620.548()1159.601292.501417.221533.761645.10当e〉6.38时，用堰流公式，B=40，g=9.8，=1.0，，=0.48，C=1.0图4-8设计流量下的Q-e关系曲线图4.4.3校核洪水流量下H=10.5e<0.75H=0.75×10.5=7.88时应用孔流公式.进行列表计算（见表4-2）表4-2校核情况下的Q-e关系表(m)00.51.01.52.02.53.03.50.7390.7220.7020.6850.6700.6560.6420.629()0218.58425.04622.12811.33992.981166.141332.95续表4-2(m)4.04.55.05.56.06.57.00.6160.6020.5900.5780.5660.5440.543()1491.891640.231786.151924.802056.192180.312301.41当e〉7.88时，采用堰流公式，＝11.69，B=40，g=9.8，=1.0，=0.48，C=1.0图4-9校核流量下的Q-e关系曲线图4.5水面线计算了解泄槽个断面的最大水深，以确定泄槽边墙高度。计算工况：取校核情况下洪水流量。4.5.1水面线类型判别（1）由第三章3.2.3知正常水深为1.2，，属于陡坡，水流为急流，水面线为型降水曲线。（2）水面曲线计算用分段求和法计算水面曲线泄槽上游接陡槽，起始断面定在泄槽首端以下3hk处，起始计算断面水深h1

h1=式中：——计算断面单宽流量;——计算断面渠底以上总水头，;=——泄槽底板与水平面夹角；cos=（）——初步估算时可取0.95;则：表4-3试算法求h1右（5.04.54.03.83.73.67h13.833.773.73.683.673.67取=3.67将泄槽分三段，分段见表4-4表4-4各断面长度段号1～22～33～4水平距离()50120101.2公式∆li-i+1=其中

J式中 ∆l hi Vi αi, θ——泄槽底坡的倾角（°） i——泄槽底坡，i=tan J——分段内平均摩阻坡降 n——泄槽槽身糙率系数 V——分段平均流速，m/s,V R——分段平均水力半径，m,R=(对于1～2段：，A1=35×3.67=128.45，C1=1则

E记：E则Es1对2-2断面进行水深计算，见表4-5表4-5试算法计算2-2断面水深3.5122.5422.9291.9616.5514.673.0105412.5689.9719.3019.952.587.5402.1987.6623.1728.762.380.539.62.0386.5625.1833.972.48439.82.1187.1224.1331.20续表4-517.972.9816.1792.250.01018.4722.782.8017.5491.250.01323.4331.122.6119.4890.100.01832.0236,142.5320.4889.550.02137.1933.462.5719.9689.930.01934.41h2=2.4=34.41=33.47断面2-2的水深取对于2～3段：，，，，，用列表法对3～3断面进行试算，见表4-6表4-6试算法计算3-3断面水深1.552.5381.3881.1738.6179.861.759.538.41.5582.7534.0762.181.65638.21.4782.0236.2070.201.6858.538.361.5382.5734.6564.32续表4-681．271.7531.3784.150.07990.7563.781.8329.1084.940.06471.4671.711.7930.1784.570.07179.7565.901.8229.3984.850.06673.82=1.68时，=73.82=73.463-3断面水深取1.68对于3～4段：，，，，，V3=34.65m/s，m，65.90+1/3×94.6=97.43用列表法对4-4断面进行试算，见表4-7。表4-7断面4-4水深试算T1.552.5381.3881.1738.6179.861.4751．4537.91.3680.5739.4083.16续表4-781.271.4636.6381.870.13795.1384.551.4537.0381.770.1498.72当=1.47m时=98.724-4断面水深取1.47由此可得泄槽各断面水深情况见表4-8表4-8各断面水深断面1-12-23-34-4（m）3.672.41.681.474.5.2掺气水深的计算当过水流速就要考虑掺气水深。公式（44）式中：——泄槽计算断面的水深及掺气后的水深，;——不掺气情况下泄槽计算断面的流速，;——修正系数，一般为1.0～1.4;表4-9各断面掺气水深断面号1234断面距离()6.656.6176.6271.2水深h()3.672.41.681.47流速v15.7824.1334.6539.40掺气水深()4.252.982.262.054.6消能计算通过计算验证尾坎尺寸是否合理。消能计算工况：分别按设计流量和校核流量下计算验证。4.6.1冲坑计算(1)冲坑最大水垫深度计算公式（45）式中：T——自下游水面至坑底的最大水垫深度，;——综合冲坑系数，坚硬完整的取k=0.9～1.2本设计取1.1;——上下游水位差，;——鼻坎末端断面单宽流量，(2)设计洪水流量下=1962.5-1861.3=101.2，=(3)校核洪水流量下=1964.5-1864.0=100.5，。4.6.2挑距计算（1）公式（46）其中：

V式中：v1 θ——水舌出射角，θ h1 h——坎顶法向平均水深，m;h=1.18(设计)h=1.37(校核) h2——挑坎坎顶与下游水位的高差，m;hH0——上游水位至挑坎坎顶的高差，m;h2=1865-1864=1m(φ——流速系数，φK1q——单宽流量Z——上下游水位差，m（1）设计流量下的水力计算K1φ=H0=1962.5-1866=96.5m∴V=φL=1=68.3m（2）校核流量下的水力计算K φ=0.72H0 v=φ2g L=77.24m4.6.3护坡计算只需在校核流量的情况下验证护坡情况：挑距L=77.242.5t=2.5×26.5-(1864.0-1857)=48.75水流对溢洪道下游护坡稳定性无影响。第五章闸室、泄水槽稳定及基底压力地基稳定验算5.1概述5.1.1任务主要验证闸室泄槽段的型式、尺寸是否经济、安全包括：(1)闸室沿基底的抗滑稳定验算及基地承载力验算。(2)闸室深层抗滑稳定验算。(3)泄水槽挡水墙稳定验算及其基地应力验算。(4)闸室底板结构计算。5.1.2计算工况分别验算完建期、正常挡水期、正常挡水期加地震荷载的闸室稳定。5.1.3计算单元取顺水长方向25，垂直水流方向18.4的一个闸室段进行计算。5.1.4安全控制标准（1）抗滑稳定允许安全系数查《水工建筑物》表8-12基本组合=1.30特殊组合=1.05（2）基底不均匀系数查《水工建筑物》表8-14基本组合取＝2.0特殊组合取=2.5（3）地基承载容许应力查《水工建筑物》图8-38基本组合=150kpa特殊组合=200kpa5.1.5计算参数闸底板底面与地基土间的摩擦系数，查《水工建筑物》表8-13；底板处为坚硬的细砂岩取；闸底板下软弱层取5.1.6计算公式(1)抗滑稳定公式（51）(2)基底应力公式（52）(3)地基应力不均匀系数(53)(4)平均应力（54）(5)整体稳定性验算公式（55）式中：——作用在闸底板底面以上全部水平荷载总和与垂直荷载总和，；由荷载简化求出；——容许抗滑稳定安全系数;见表8-12——闸底板与地基土的摩擦系数;——闸底板与地基土间的计算摩擦角，，计算凝聚力，设计凝聚力，；;——闸底板的面积，;——计算垂直流向宽度，;——闸底板顺水流流向长，5.2荷载计算5.2.1荷载计算内容作用在闸室上的主要荷载有：闸室自重、水重、水平水压力、扬压力、地震力。5.2.2闸室自重(1)底板重

=25×2×25×18.4+0.5×(2)闸墩重=25×15×=(3)闸门重=(闸门用普通碳素钢)=(行走支承采用滚轮式支承)(4)交通桥重=4×[0.6×1.5+（0.3+0.8）×0.45]×18.4×25+[]=2014.8(5)检修桥重=2×[0.2×1.2+（0.25+0.6）×0.65÷2+(0.2+0.6)×0.3]×18.4×25+0.1=631.35(6)工作桥重=5437.2图5-1闸底板受力分析图(7)启闭机重GG=2×128.38=256.765.2.3水重（56）式中：H——上游底板水深，;——闸孔数;L——上游底板承受水重的长度，;L=6.0——水容重;d——闸孔宽，;d=8=（1962.5-1951.0）×2×8×6.0×9.8=10819.25.2.4水平压力(1)上游水压力公式（57）（58）式中：——自闸底板止水算起的水深，（水平止水至上地板厚为）;——止水至齿墙底的距离，为2.4;——相邻两沉陷缝的闸室宽，;=18.4、——分别为止水及齿墙底的扬压力水头，;——水容重;下游水压力公式（59）式中：——底板下游水深，m;由于闸门关闭时下游无水，=0;——相邻两沉陷缝的闸室宽，;B=18.4——水容重;——底板厚度，;t=2+0.7=2.75.2.5扬压力水闸底板底部受到垂直向上的力叫扬压力包括渗透压力u和浮托力u取=11360.16+1420.02=12780.185.2.6地震荷载(1)地震的动水压力公式（510）式中：——水平地震系数，设计烈度为时，取0.1;——综合影响系数，取1/4; ——上游水深，;——相邻两沉陷缝的闸室宽，;=18.4——水容重;则其作用点位于水面以下处(2)地震惯性力:对于设计烈度为7度以下的水闸，只考虑水平向地震惯性力，当滑动力指向下游时最不利，增加了闸室的滑动性。计算式：(3)闸室结构部分的地震惯性力的列表计算如表5-1表5-1地震惯性力计算表符号重力（kN）形心到底板顶的距离，23869-10.92549.0221787.51.60887.145.269.01.711.977.897.51.603.12994.615.752.25168.4631.3515.62.2435.45437.226.13.07417.3256.7626.13.0719.755490.1（511）（512）式中：——形心到底板高，;——闸室形心，;、——同前;=0.1=1/4=为了便于绘图和荷载分析，把上部的一些结构线性化，其所有力分布如图51所示。5.3完建期其基底压力验算完建期基地作用求解向底板下表面处o点简化，其简化如图5-1计算完建情况下的作用荷载、力矩计算表(对底板形心求矩)，见表5-2：表5-2完建期荷载力矩计算表部位重力（）力臂（）力矩（顺时针）力矩（逆时针）底板23869.40闸墩221780工作桥5437.25.027186启闭机256.765.01283.8交通桥2014.89.519140.6检修桥631.35116944.85工作闸门45.261.045.26检修闸门77.8911856.7954510.6617176.1其应力计算(2)应力验算及不均匀系数验算不均匀系数满足要求=应力满足要求。5.4正常挡水期抗滑稳定基底承载力验算验算正常挡水期的抗滑稳定是否满足要求。计算（见表5-3）表5-3正常挡水期的荷载力矩计算表荷载竖向力水平力力臂()力矩()（）（）（）（）顺逆闸室54510.6617176.1水压力12553.885.8373189.125625.980.52812.99243.430.248.68浮托力450800渗透压力11360.161420.023.51239760.5617040.24水重10819.26.7573029.648041.68（）17936.43（）42548.53(顺)(1)抗滑验算满足抗滑稳定要求。(2)地基承载力验算=满足应力要求。=，满足不均匀系数要求。5.5正常挡水期+地震情况下的抗滑稳定验算计算工况：正常挡水期加地震情况。计算：见表5-4，以底板下O点取矩。表5-4正常挡水期加地震荷载力矩计算表荷载名称垂直力（）水平力（）力臂力矩（顺时针）正常48041.6817936.4342548.53地震549.01.0549887.19.58427.451.911.020.93.19.529.45168.4-17.75-2989.135.417.60623.04417.328.111726.1319.728.1553.57动水压力323.058.212652.2448041.6820341.3864141.21(1)抗滑稳定验算满足抗滑稳定要求。(2)地基承载力验算满足应力要求。满足不均匀系数要求。最后将抗滑稳定及地基承载力计算结果列表如下:表5-5抗滑稳定计算结果运用情况荷载组合计算值允许值备注完建基本组合（设计条件）不必验算正常挡水25.231.3安全正常挡水+地震特殊组合（校核条件）9.561.05安全表5-6地基承载力计算结果运用情况荷载组合计算值允许值备注完建基本组合（设计条件）127.5109.5118.51.161502.0安全正常挡水126.4482.24104.341.681502.0正常挡水+地震特殊组合（校核条件）137.970.98104.442.52002.55.6闸室深层抗滑稳定验算5.6.1概述水闸挡水时承受最大的水平向水推力，这时基础丧失稳定由两种可能，一种是沿基础与地基的接触面滑动，称表面滑动；另一种可能是基础带动一部分地基土向下游滑动，称为深层滑动。当水闸基底垂直应力较大且坝基内存在倾角软弱层作用下，在水平结构面上，闸底板由可能连同地基一起发生深层滑动，因此应作深层抗滑稳定验算。5.6.2验算闸室是否会发生深层滑动可由临界深层滑动压应力公式判别：（513）式中：——地基产生深层滑动时的临界铅直压应力，;——底板顺河流向的长度，取;——系数，一般取3～4，本闸取3;——地基土浮容重，;——地基土在饱和状态下的粘聚力,为;——地基土在饱和状态下的内摩擦角,故闸室不会发生深层滑动。5.7闸底板结构计算5.7.1概述由于闸底板是一块受力复杂的弹性基础板，对于它的强度分析，常用“截板成梁”的方法。由于闸墩眼水流方向的刚度很大，底板沿这个方向的弯曲变形较远沿垂直水流方向的弯曲变形小。因此，计算时，沿垂直水流方向将底板截取为单位宽度的梁分析。(1)计算单元垂直水流方向取闸底板最薄弱处1长。顺水流方向取闸室内总长即25长。(2)计算方法：倒置梁法此法假定闸室地基反力在顺水流方向按支线分布，在垂直水流方向均匀分布。5.7.2计算荷载及计算简图(1)计算荷载作用于单宽梁上的均布荷载为（514）式中：——作用在闸室底板上的水重，;——底板自重，;——地基反力，;——扬压力，;地基反力：根据第5章第3节计算结果可知=118.5图5-2计算板条荷载示意图5.7.3内力计算采用力矩分配法计算梁各断面的力矩，由于梁是左右对称结构，故只计算右边见图5-3各节点的分配系数:SCD=4×E5固端弯矩：力矩分配见图5-3图5-3力矩分配图（单位kN.m）5.7.4配筋计算(1)作弯矩图，见图54图5-4弯矩图(2)配筋计算数据混凝土采用C25混凝土查《水工钢筋混凝土结构学》附录二表1;钢筋采用Ⅱ级热轧钢筋，查《水工钢筋混凝土结构学》附录二表3，;截面尺寸b=1000，h=2000；系数查《水工钢筋混凝土设计规范》，，；支座边缘截面剪力设计值跨中截面最大弯矩设计支座截面最大负弯矩设计(3)验算截面尺寸二类环境取a=60，，;由截面尺寸满足要求横向配筋表5-7横向配筋计算表截面跨中截面支座B截面（）567.04862.565680.451035.80.0140.0220.0140.022（）1095.161720.97选配钢筋实配钢筋（）12061884配筋率按最小配筋率计算配筋:选配()的钢筋见图5-5图5-5底板配筋图(5)计算抗剪钢筋无需配置抗剪钢筋。(6)纵向配筋只需配置间距为250的的构造钢筋。5.8泄水槽与导水墙计算5.8.1概述(1)计算单元取顺水方向20的边墙段即横缝分段的距离。(2)计算工况正常挡水期计算，地下水位按半墙高计算。(3)计算荷载荷载主要有：土压力、土重、水压力、扬压力、渗透水压力。5.8.2抗滑稳定验算(1)由于泄槽段倾向下游，故须沿顺水流方向验算泄槽段的抗滑稳定性，计算时取边墙与底板为整体研究。(2)20长的泄槽段所受荷载简化图见图5-6图5-6荷载分布图荷载计算水重=9.8×20×10×8.5=16660土重=18×（0.8×20+0.5×8.5）×20=7290扬压力=(3)验算公式（513）式中：——总铅直力，;——接触面的摩擦系数，泄水段底板处于坚硬细岩，;——泄槽与接触面夹角即为泄槽底坡i，i=;抗滑稳定满足要求。5.8.3抗倾斜验算（1）由于背部受土压力，正面受水压力，故须进行抗倾斜验算，计算时可取右岸长20的边墙为研究对象（2）计算荷载简图，见图5-7图5-7臂式挡土墙剖面图（3）荷载计算=将所有荷载向边墙底a简化，进行力矩计算，见表5-8：表5-8力矩计算荷载名称垂直力水平力力臂（顺）力矩（逆）16564.52.846380.644280.753321297524502.23.56545857579383.628576.87247.12.014494.289183.833888.48182.1（）8626.5（）79315.862465.2抗倾稳定安全稳定系数满足抗倾斜要求。5.8.4泄槽段边墙底压应力验算(1)由于泄槽段边墙基地最大垂直压应力不应大于地基容许应力，且不出现应力，故须对其应力进行验算。(2)计算荷载简图同图5.7(3)荷载计算各荷载计算结果同5.8.3计算结果=8919，=16564.5，=7938，=7247.1，=4428，=54255.8.5基底压应力验算将所有荷载向边墙底板中心O化简，列表计算见表5-9表5-9边墙力矩表荷载名称（）垂直力（）（）水平力（）力臂（逆）力矩（顺）16564.52.541411.2544282.6311645.64297524501.203570079383.2325639.747247.11.339638.6489180.32675.4总计8182.1（）8626.5（）7519.11（顺）底板两边缘最大，最小压应力计算：公式==，且应力均满足要求。第六章溢洪道的构造6.1引水渠构造布置(1)由于引水渠较长，故在平面布置成直线，且因区布置成岩平面向上有扩大的喇叭形状。(2)渠底布置成等宽平坡式，其断面接近矩形，变坡选为1：0.5；(3)为减小糙率和防止冲刷，引水渠作衬砌，衬砌采用浆砌石材料，厚为0.5。6.2控制段构造6.2.1溢流堰型式（1）确定堰上水头假定设计水头为上游水位深的85%，即上游堰高本溢流堰为低堰。堰上水头为（2）堰型剖面设计采用WES堰型，堰顶O点上游曲线，采用三段复合圆弧相接，这样使堰顶曲线与堰上游面平滑连接，改善了压强分布，减小了负压，圆弧半径及坐标值如下：堰顶O点下游的曲线方程为（61）把代入式中得按上式算得的坐标值如下表：表6-1堰顶O下游坐标值1.01.31.51.72.02.53.03.50.0930.1510.1970.2480.3350.5070.7100.944根据表中数据可绘出下游曲线OB（见图6-1）反弧半径按下式算（62）式中：——上下游水位差，;——设计水头，为7.23，取根据上述计算结果，可绘得堰剖面图如下图：图6-1实用堰剖面图6.2.2底板分缝与止水（1）为了防止和减小因地基不均匀沉降、温度变化及混凝土干缩引起的结构裂缝，对于整体式底板多孔闸时段需设分逢。闸室结构只设顺水流方向的分缝，本设计设两道温度沉降缝宽度为2见图62图6-2闸室分缝布置（2）在分缝中位于防渗范围的缝要设置止水。a、边墩与两岸翼墙间的垂直止水，止水型式见下图6-3，一般距临水面0.2～0.5，此取0.4图6-3边墩与两岸翼墙间的垂直止水（单位.mm）b、底板与铺盖、护坦、铺盖与翼墙（前趾）及铺盖自身分段，缝内设水平止水，距临水面0.2～0.3，此取0.3，且应布置为同一高程。水平止水型式如图6-4图6-4水平止水型式6.2.3防渗构造为避免闸室段地基发生渗透变形（管涌，流土，接触冲刷及接触流土等）应设置一些防渗设备，包括水平防渗设备和垂直防渗设备——齿墙和帷幕等。（1）铺盖本设计采用混凝土铺盖，铺盖与闸底板和上游翼墙的连接处用缝分开，缝中设止水。铺盖通常为2~4倍的上游水位，本设计取30，铺盖顺水流两端设齿墙，且在顺水流方向每隔15~20设一道沉降缝，两端靠近翼墙的铺盖缝距应小些。见图6-5图6-5铺盖尺寸(m)（2）帷幕灌浆在闸室段底板上端齿墙处设置帷幕灌浆，便于闸室更加稳定，减小扬压力。6.2.4排水体反滤层构造（1）排水体由透水性较强的大颗粒砂石组成，在护坦接缝和排水孔的下面，铺筑构状排水体。（2）反滤层反滤层用3层粒径不同，经过选择的砂石料(砂、砾石、卵石和碎石等)铺成。如下图6-6图6-6排水