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1、南昌工程学院水工建筑物课程设计目录1 基本资料31.1 工程概况31.2 地质资料31.3 水文气象31.4 建筑材料41.5 批准的规划成果42 闸孔设计52.1闸址的选择52.2 闸型确定52.3 拟定闸孔尺寸及闸墩厚度52.4 校核泄洪能力73消能设计83.1消能防冲设计的控制情况83.2消力池尺寸及构造133.3海漫设计153.4防冲槽设计163.5上下游岸坡防护184防渗排水设计184.1闸底地下轮廓线的布置184.2排水设备的细部构造194.3防渗计算215闸室布置245.1 底板和闸墩245.2 闸门与启闭机255.3 上部结构275.4 闸室的分缝与止水296闸室稳定计算296
2、.1 设计情况及荷载组合296.2 完建无水期地基承载力验算306.3 正常挡水期闸室抗滑稳定验算337上下游连接建筑物377.1上下游连接建筑物的作用377.2上游连接建筑物377.3 下游连接建筑物378 附图378.1 水闸半平面布置图378.2 水闸纵剖面图379.结束语381 基本资料1.1 工程概况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2230万立米。上游5个县25个乡已建成提灌站42处，有效灌溉面积25万亩。闸上游开南、北两干渠，配支干 23条，修建各种建筑物123
3、0座，可自流灌溉下游三县21万农田，效益巨大，是解决某河流域农田的灌溉动脉，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(一)根据地质钻探资料，闸址附近地层中粉质壤土，厚度约25m，其下为不透水层，其物理力学性质如下：1、湿重度r湿=20.2KN/m3土壤干重度r干=16.0KNm3饱和重度r饱=22.2KNm3浮重度r浮=12.2KNm32.自然含水量时，内摩擦角=230饱和含水量时，内摩擦角=200土壤的凝聚力C=0.1KNm23.地基允许承载力P地基=150KPa4.混凝土、砌石与土基摩擦系数f=0.365.地基应力的不均匀系数=1.52.06.渗透系数K=9.2910-
4、3cms(二)本地区地震烈度为60以下1.3 水文气象 (一)气温：本地区年最高气温42度，最低气温为-18度。(二)风速：最大风速V=20ms，吹程D=0.6Km。(三)降雨量：非汛期(16月及1012月)9个月河流平均最大流量为10m3/s；汛期(79月)3个月河流平均最大流量为130m3/s。年平均最大流量36.1 m3/s，最大年径流总量为9.25亿m3。年平均最小流量15.6 m3/s，最小年径流总量为0.42亿m3。(四)冰冻：颖河流域冰冻时间短，冻土很薄，不影响施工。(五)上下游河道断面1.4 建筑材料本工程位于平原地区、山丘少，石料需从外地供给，距京广线很近，交通条件较好。经调
5、查本地区附近有较丰富的粘土材料。闸址处有足够多的砂料。1.5 批准的规划成果(一)灌溉用水季节，拦河闸的正常挡水位为58.69m，下游无水。(二)洪水标准。1.设计洪水位50年一遇，相应的洪峰流量1119m3s，闸上游的洪水位为59.5m，相应的下游水位59.35m。2.校核洪水位200年一遇，相应洪峰流量1642.35 m3s，闸上游的洪水位6l.00m，闸下游水位60.82m。2 闸孔设计2.1闸址的选择 闸址、闸轴线的选择关系到工程的安全可靠、施工难易、操作运用、工程量及投资大小等方面的问题。在选择过程中首先应根据地形、地质、水流、施工管理应用及拆迁情况等方面进行分析研究，权衡利弊，经全
6、面分析比较，合理确定。本次设计中闸轴线的位置已由规划给出。2.2 闸型确定 本工程主要任务是正常情况下拦河截水，以利灌溉，而当洪水来临时，开闸泄水，以保防洪安全。由于是建于平原河道上的拦河闸，应具有较大的超泄能力，并利于排除漂浮物，因此采用不设胸墙的开敞式水闸。同时，由于河槽蓄水，闸前淤积对洪水位影响较大，为便于排出淤沙，闸底板高程应尽可能低。因此，采用无底坎平顶板宽顶堰，堰顶高程与河床同高，即闸底板高程为51.92m。2.3 拟定闸孔尺寸及闸墩厚度 由于已知上、下游水位，根据断面面积公式A=(b+mh)h（b为河床底宽，m为边坡系数，h为水深），可通过计算断面面积。由资料可得b=80m，m=
7、2，设计高程：h上=59.5m、h下=59.35 m， 校核高程：h上=61m、h下=60.82 m马道以下的面积A1=(80+4.982)4.98=448.0008马道到设计水位的面积A2=(80+4.9822+62+2.62)=304.512马道到校核水位的面积A3=(80+4.9822+62+4.12)4.1=492.492可得：A设计= A1 +A2=752.5128A校核= A1 +A3=940.4928列入下表，如表2-1所示：表2-1 上游水头计算 流量Q(m3/s)下游水深hs(m) 上游水深H(m) 过水断面积(m2) 行近流速(m/s) gv220上游水头H0(m) 设计流
8、量11197.437.58752.51281.487 0.113 7.693 校核流量1642.35 8.99.08940.49281.746 0.156 9.236 注：考虑壅高1520cm。闸门全开泄洪时，为平底板宽顶堰堰流，根据公式判别是否为淹没出流。表2-2 淹没出流判别表计算情况下游水深 hs(m)上游水头H0(m)流态设计水位7.437.693 7.436.154淹没出流校核水位8.99.236 8.97.388淹没出流 按照闸门总净宽计算公式 根据设计洪水和校核洪水两种情况分别计算如下表。其中 为堰流侧收缩系数，取0.96；m为堰流流量系数，取0.385。 B设计=1119/(0
9、.960.3850.5747.6931.5)= 55.84 m B校核=1642.35/(0.960.5860.3859.2361.5)= 61.03m表2-3 闸孔总净宽计算表流量Q(m3/s)下游水深hs(m) 上游水头 H0(m) 淹没系数 (m) 设计流量11197.437.693 0.966 0.57455.84 校核流量1642.35 8.99.236 0.964 0.58661.03 根据闸门设计规范中闸孔尺寸和水头系列标准，选定单孔净宽b=9m，同时为了保证闸门对称开启，防止不良水流形态，选用7孔，闸孔总宽度为：Lnb0+(n1)d= (79)+(21.6+41.2)=71m由
10、于闸基为软基河床，选用整体式底板，缝设在闸墩上，中墩厚1.2m，缝墩厚1.6m，边墩厚1m。如下图所示。2.4 校核泄洪能力 根据孔口与闸墩的尺寸可计算侧收缩系数，查水闸设计规范(规范表2-2)，结果如下：对于中孔 b0/bs =9/(9+1.2)=0.882，得 0.9803；靠缝墩孔b0/bs =9/(9+1.6)=0.849，得 0.975；对于边孔 b0/bs =9/( b0 +bb)=9/(9+9.082+6+(80-71)/2)=0.239，bb=h校核h底，得 0.910；所以 (10.9803+40.975+20.910)/(1+4+2)=0.957与假定接近，根据选定的孔口尺
11、寸与上下游水位，进一步换算流量:利用公式校核得：Q设计=0.960.5740.385637.6931.5=1262.6m3/s|(1262.6-1119)/1262.6 | =11.4%Q校核=0.960.5860.385639.2361.5=1695.6 m3/s|(1695.6-1642.35)/1695.6 | =3.1%列入下表得：表2-4 过流能力校核计算表计算情况堰上水头H0(m)校核过流能力设计流量11197.6930.9660.5740.961262.5311.37%校核流量1642.359.2360.9640.5860.961695.493.13%设计情况超过了规定5%的要求
12、，说明孔口尺寸有些偏大，但根据校核情况满足要求，所以不再进行孔口尺寸的调整。3消能设计3.1消能防冲设计的控制情况由于本闸位于平原地区，河床的抗冲刷能力较低，所以采用底流式消能。设计水位或校核水位时闸门全开渲泄洪水，为淹没出流无需消能。闸前为正常高水位58.69m，部分闸门局部开启，只宣泄较小流量时，下流水位不高，闸下射流速度较大，才会出现严重的冲刷河床现象，需设置相应的消能设施。为了保证无论何种开启高度的情况下均能发生淹没式水跃消能，所以采用闸前水深H=6.77m，闸门局部开启情况，作为消能防冲设计的控制情况。为了降低工程造价，确保水闸安全运行，可以规定闸门的操作规程，本次设计按1、3、5、
13、7孔对称方式开启，分别对不同开启孔数和开启度进行组合计算，找出消力池池深和池长的控制条件。按公式(7)、(8)、(9)、(11)计算：其中，本次设计取0=1.08，=0.95，=1.02，收缩系数则通过查表差值可得。当开孔数n=1，e=0.8时，=0.616，=0.5852，Q=0.58520.891=48.54hc=0.6160.8=0.493q= Q/b=48.54/9=5.39hc=当开孔数n=1，e=1.0时，=0.618，=0.5871，Q=0.58520.891=60.87hc=0.6181=0.618q= Q/b=60.87/9= 6.76hc=同理可算得其它情况的各值，将数据列
14、入表3-3。下游水深的计算则需要通过水闸所在的横断面图，绘制下游水位和流量关系曲线，并采用明渠均匀流公式计算：由上述三个公式综合得出一个流量公式：此外，由于河床n1和滩地n2的糙率不同，且n1 n2，由水力学上册209页可得等效糙率的计算公式为：nr=(当渠道底部的糙率小于侧壁的粗糙系数的糙率时采用)又由于本河道断面有马道，要分两种情况计算：当下游水深4.98m(马道高程-底部高程=56.9-51.92=4.98m)时，分别取Hs=0、0.5、1、1.54、4.5、4.98m，然后通过上述公式计算可得Q=0、14.11、44.47、86.86436.36、529.73、626.05，计算简图如下：将数据代入表3-1，通过这些数据可以绘制出下游水位和流量关系曲线，如图3-1。表3-1(Hs4.98)QbHs1+32总湿周nr
