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1、山东科技大学毕业设计摘 要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。本设计主要设计一座节制闸。包括水闸的总体布置、水力计算、闸室布置、闸室稳定验算、结构计算、配筋等。关键词：水闸、闸室、平面闸门、防渗排水、稳定分析、应力分析AbstractFloodgate is one of the main building of irrigation and drainage engineering, and it is a kind of us
2、ing gate to block water or drainage, low head hydraulic structure can control the flow and water level can be adjusted. When closing the floodgate, it can hold water, block the tide or raise the water level before the lock. When opening the sluice gate, it can also flood discharging, drainage or wat
3、er the downstream channel or channel. This design mainly designs a moderation brake. Including the overall layout of the floodgate, hydraulic calculation, gate arrangement, chamber stability checking, structural calculation, reinforcement etc. Keywords: floodgate, gate chamber, sluice gate ,anti see
4、page and drainage, stability analysis , stress analysis目 录第一章 基本资料与总体布置11.1濂水河水闸设计原始数据11.1.1设计概况11.1.2地形情况11.1.3工程地质情况11.1.4水文气象21.1.5交通情况31.1.6设计数据31.2 总体布置41.2.1 水闸类型41.2.2 布置要点4第二章 水闸水力计算52.1 闸孔设计52.1.1上下游水位确定52.1.2 闸孔尺寸设计72.2.消能防冲设计102.2.1 节制闸工作特点：102.2.2消能设计条件112.2.3 水闸的消能方式122.2.4消力池设计132.2.5海
5、漫设计172.2.6 防冲槽设计20第三章 防渗排水计算223.1防渗排水设计渗流计算223.1.1 闸基防渗设施布置233.1.2 闸基防渗长度校核263.1.3 排水设施设计31第四章 闸室及地基的抗滑稳定计算324.1闸室尺寸确定324.1.1闸室底板324.1.2 闸顶高程以及闸门高度324.1.3 启闭设备344.1.4 闸墩尺寸确定374.1.5 工作桥与交通桥374.1.6排架394.1.7分缝与止水394.2 闸室及地基的稳定计算404.2.1闸室各部分自重计算404.2.2闸室其他部分力计算414.2.3闸室其他部分力计算414.2.4 计算条件及荷载组合424.2.5完建期
6、地基承载力验算434.2.6挡水期地基承载力及抗滑稳定性验算45第五章 结构应力分析495.1底板结构应力计算495.1.1计算方法选择495.1.2计算情况选择505.1.3不平衡剪力的计算505.1.4不平衡剪力的分配515.1.4单宽条板上的荷载计算525.1.5边荷载计算555.1.6底板内力计算575.1.7底板配筋计算625.2闸墩结构计算63第六章 两岸连接布置及上下游连接666.1连接的作用666.2连接的布置66参考文献68致 谢69附 录70附录1 外文文献70附录2 中文翻译75附录3 专题79VII第一章 基本资料与总体布置1.1濂水河水闸设计原始数据1.1.1设计概况
7、濂水河水闸位于我国北方汉中盆地汉江右岸河畔上的一座中型水闸，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。闸址位置：汉江为一古老河道，弯弯曲曲，选濂水河汇入汉中口为闸址较为适当，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。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。1.1.2地形情况闸区位
8、于盆地地区，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。1.1.3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
9、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、IV、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
10、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。1.1.4水文气象由水文分析,水闸以上流域面积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,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
11、平均220天。1.1.5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。1.1.6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=1.1x10-6 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 90Kg/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=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
12、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/m3钢筋混凝土容重r=2.5T/m31.2 总体布置1.2.1 水闸类型濂水河水闸为中型节制水闸，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。1.2.2 布置要点 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
13、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。 第二章 水闸水力计算2.1 闸孔设计2.1.1上下游水位确定由Q校=237m3/s，工程枢纽为等工程，永久建筑物为3级。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
14、.6m。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， 用于在不同流量下，直接由该曲线查得下游水位。根据水力学公式（式2-1）式中： A明渠断面积i渠底线与水平线夹角正弦值 i=1/4000C谢才系数取下游蓄水位分别为1.0m，1.5m，2.0m，2.5m.直至达到校核流量为止。求得流量Q，列表如下其中：湿周X=b+2h（1+m2 )1/2 水利半径R=A/XC=(1/N)R1/6 N为粗糙系数，土槽无植物，故选N=0.025渠底宽度b=28m表2-1流量水位计算表H (m)A (m2)X (m)R (m)C (m0.5/s)Q (m3/s)1.030.032.50.939.518.01.546.534.71.342.035.72.064.036.91.743.858.42.582.539.182.145.385.73.0102.041.42.546.5117.73.5122.543.7
