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1、课课 程程 设设 计计 报报 告告2014 年 02 月课设题目课设题目 临淄节制闸初步设计 姓姓 名名 学学 号号 专业班级专业班级 水利水电工程专业 2010 级 指导教师指导教师 院系名称院系名称 土木与水利工程学院 目 录目 录81 基本资料11. 1 规划11.2 闸址的选定.11. 3 闸址处的地质资料21. 4 工程设计标准21. 5 交通要求及其他32 水闸设计32. 1 水闸的选址与选型32.1.1 闸址的选择32.1.2 水闸的选择42.2 孔口设计.52.3 公路桥.82.4 分缝方式和止水设备.92.5 闸室的尺寸93 防渗设计94 消能防冲设计134.1 消力池.13
2、4.1.1 消力池的深度134.1.2 消力池的长度.154.1.3 消力池的厚度.154.1.4 消力池的构造.164.2 海漫.164.2.1 海漫的布置.164.2.2 海漫的长度.164.3 防冲槽.17参考文献181 基本资料本工程位于流过山东省淄博市境内的淄河中游，距齐鲁石化进水闸的下游约 2公里处设置的节制闸。目的是拦截淄河水流，抬高水位，以确保国家重点企业齐鲁石化和近数十万亩农田灌溉的供水。淄河由沂蒙山脉为源头，从南至北，经临朐、青州、淄博、广饶汇入小清河，再流入渤海。淄河是一条季节性河流，汛期时来水流量较大，通常约 600m3/s；枯水期时河流干涸，河床能行人。每当汛期山洪暴
3、发，水流夹带大量泥砂，河床沉积着较厚的砂砾，而两岸的地表土为亚粘土。1. 1 规划流域面积：1670 平方公里。设计流量（5 年一遇）：Q=560m3/s，相应的闸上水位：34.55m，闸下水位：33.75m。校核流量（20 年一遇）：Q=1300m3/s，相应的闸上水位：36.35m，闸下水位：35.62m。蓄水期水位：1正常蓄水位：闸上 34.55m，闸下 29.98m（闸下无水） 。2最高蓄水位（校核水位）闸上 35.90m，闸下 31.98m。3恶劣放水水位：闸上 35.90m，闸下 30.98m。表 1-1 闸下水位与流量关系1.2 闸址的选定经地质查勘，选定在淄博市临淄区以南，距齐
4、鲁石化进水闸约 2km 处淄河的左岸河湾流量Q（m3/s）050100200300400500600700800900 1000 1100 1200 1300水位H（m）29.98 30.26 30.78 31.50 32.00 32.71 33.12 33.75 34.18 34.71 34.99 35.24 35.44 35.56 35.62里。该处地势开阔，地质条件较好，便于多方案的比较，以便选出理想的闸址。1. 3 闸址处的地质资料根据钻探孔（见地形图）的地质资料看出，因受河流冲积影响，土层变化情况较复杂。具体如下：1# 钻孔：位于淄河左岸上，自地面高程约 36.00m 向下至 28.
5、50m 为亚粘土，土质坚实；高程 28.50m 至 26.00m 为粉质粘土，较坚实；高程 26.00m 至 21.00m 为粉土；高程 21.00mm 至 15.00m 为粉质粘土。2#、3#、4#、5# 钻孔：同 1# 钻孔地质资料。6# 钻孔：位于淄河主河槽中，自河底高程 29.98m 至 27.40m 为冲积的砂砾；高程 27.40m 至 26.20m 为粉质粘土；高程 26.20m 至 21.50m 为粉土；高程 21.50m至 15.20m 为粉质粘土。7#、8#、9#、10#钻孔：基本同 6#钻孔地质资料。表 1-2 地基土物理力学指标参照附近水利工程抗冲流速的资料：亚粘土的抗冲
6、流量 V0=1.9m/s，粉质粘土的抗冲流速 V0=1.7m/s，粉土的抗冲流速 V0=1.0m/s。1. 4 工程设计标准根据该闸的规模及用途为级建筑物。抗剪指标土质容量(g/cm3)饱和容量(g/cm3)1渗透参数k(cm/s)允许渗透坡降J压缩模量E(KN/cm3)）孔隙比e磨擦角(度)凝聚力C(N/cm2)亚粘土1.812.0410-51.16000.8181.6粉质粘土1.681.91310-41.08000.85161.1粉土1.561.84110-40.812000.9140.91. 5 交通要求及其他1公路桥面高程为 37.18m，双车道。桥面净宽为 9m，按公路II级荷载标准
7、设计。2淄河无通航要求，不设船闸，也不设鱼道。2 水闸设计2. 1 水闸的选址与选型2.1.1 闸址的选择淄河是一条季节性河流，汛期时来水流量较大，通常约 600m3/s；枯水期时河流干涸，河床能行人，因此有必要修建一处节制闸。节制闸是在拦河或者在渠道上修建，用于拦泄、调节水位以满足上游的齐鲁石化的引水需要。根据下游临淄用水需要，调节放水流量和控制下泄流量，并保证下游河道的安全。闸址。 。 。本设计中共备三种选线方案（具体位置见地形图） 。方案一：在原河道直线段布线根据建闸选线要求，在水流的流态方面要满足水流平顺流入和流出，选取的直线段如图 1 所示，方案基本能够满足水流平顺流出。考察开挖条件
8、，根据钻探孔（见地形图）的地质资料看出，方案所挖的直线河道在孔 6# 所代表的区域里，其地质条件为：自河底高程 29.98m 至 27.40m 为冲积的砂砾；高程 27.40m 至 26.20m为粉质粘土；高程 26.20m 至 21.50m 为粉土；高程 21.50m 至 15.20m 为粉质粘土。分析地质资料得出，河床底的地质比较松软，砂砾层的渗透系数较大，需要做好地基土层压实，避免在施工期和运行期的沉降量过大；地基防渗工程的建设也需格外注意，以防发生管涌、地基滑移等重大工程问题。在施工条件方面，需要在原河道上进行施工，故而在施工段的两端开挖导流渠道，将流向施工段的水流直接通过导流渠道排向
9、下游，以保证水闸干地施工。在功能上，能够实现水流控制，调节上、下游供水。此方案无须开挖河槽，可以用水闸的交通桥代替淄河大桥，造价方面比较合理。方案二：避开原河道，在 5#孔和 3#孔处引河槽。此方案保证了闸室的上游连接段、下游连接段的水流平顺，但在开挖直线河道与原河道的上游连接处、下游连接处时容易产生折冲、冲刷，需要在连接处做好护岸措施。考察开挖条件，根据钻探孔（见地形图）的地质资料看出，方案所挖的直线河道在 1#孔、3#孔、5#孔 所代表的区域里，其地质条件可以以 1# 钻孔地质资料作为代表此河道所在区域的地质情况，1# 钻孔：位于淄河左岸上，自地面高程约 36.00m 向下至 28.50m
10、 为亚粘土，土质坚实；高程 28.50m 至 26.00m 为粉质粘土，较坚实；高程 26.00m 至 21.00m 为粉土；高程 21.00mm 至 15.00m 为粉质粘土。此处地质情况较好；功能上能够实现水流控制，供水分配；开辟出了一定的土地资源。由于此方案需要开挖与原河道等宽等深的直线河道，开挖河道宽约 60 米，河底高程 29.88 米至 30.00 米，长约 300 米，开挖工程量相对较小，造价方面相对合理。方案三：避开原河道，在 5#孔和 8#孔处引河槽。 从河道上游段水流方向引线，选择一条与下游段出水方向相同的线作为开挖河槽。此方案很好的解决了过闸水流的平顺流入与平顺流出问题。
11、考察开挖条件，根据钻探孔（见地形图）的地质资料看出，方案所挖的直线河道在孔 1#、2#、4#、5# 所代表的区域里，其地质条件可以以 1# 钻孔地质资料作为代表此河道所在区域的地质情况，1# 钻孔：位于淄河左岸上，自地面高程约 36.00m 向下至 28.50m 为亚粘土，土质坚实；高程 28.50m 至 26.00m 为粉质粘土，较坚实；高程 26.00m 至21.00m 为粉土；高程 21.00mm 至 15.00m 为粉质粘土。分析地质资料得出，此区域地质坚实，孔隙率低，沉降量小，压缩模量 E 大，承载力较高；渗透系数 k 比较小，可以降低防渗工程的造价；摩擦角度 大，凝聚力 C 大，抗
12、滑能力较强。在施工条件方面，以原河道为导流渠道，在新开挖的直线河道里建水闸，在施工期内的汛期或非汛期，可以很好地保证水闸的干地施工。功能上面，能够实现水流控制，调节上、下游供水；因开挖了与原河道等宽等深的直线河道，代替原河道，连接河流曲折两端，所以减少了流域面积，使原河流弯曲段所占的土地，转变为可利用土地，增加土地利用率。由于此方案需要开挖与原河道等宽等深的直线河道，开挖河道宽约 60 米，河底高程 29.40 米至 30.12 米，长约 650 米，开挖工程浩大，造价较高。综合考虑地形、地质、水流、施工、管理等因素决定方案三为本工程最佳方案。2.1.2 水闸的选择1.堰型选择本工程有拦河抬高
13、水位，以供上、下游取水，且节制闸汛期泄流能力要大且稳定，所以选择有利于泄洪、冲沙、排污、排冰，且泄流能力比较稳定，结构简单，施工方便的宽顶堰。2.闸底板高程的选定该处的地质情况较好，节制闸的底板选用分离式底板。节制闸的底板顶面可与河底齐平，河底上游连接处高程 30.12m，下游连接处 29.40m，根据图 1 中的比例算出上下游的距离大概为，节制闸建在距下游连接处350m 处，由相似三角形边长成比例得：（4- 1）求得 h 0.39m，节制闸处河底高程为 H=0.39+29.40=29.79m，节制闸底板与河床齐平，由此得出闸底板的高程为 29.79m。3 闸门闸门的结构选型布置应根据其受力情
14、况控制运用要求、制作、运输、安装维修条件等，结合闸室结构布置合理选定。因为该处的闸门需要有足够的自重，并且有足够的强度，宜采用平面钢闸门。又因为该处水闸是节制闸，河流是季节性河流，因此不需要设置检修闸门。4.闸墩闸墩的外形轮廓设计应能满足过闸水流平顺、侧向收缩小、过流能力大的要求。上、下游墩头均采用半圆形。5.翼墙翼墙有一字型、八字型和圆弧形，本工程的过流量大，因此选择水流条件较好的圆弧形翼墙。6.分缝方式与布置当地地质条件较好，将缝设在单孔底板上，设双缝。为避免相邻结构由于荷重相差悬殊产生不均匀沉降，也要设缝分开。铺盖与底板、消力池与底板，以及铺盖、消力池与翼墙等处都要分别设缝。根据该处地质
15、条件以及经济因素等，分缝型式选择分离式。2.2 孔口设计1 闸墩的尺寸闸墩的厚度与闸门的形式有关，当采用平面闸门时，工作闸门的槽深取 0.3m，宽取 0.5m,中墩的厚度取 1.2m,因此墩头的半径为 0.6m，边墩的厚度取 0.8m。闸墩顶高程应根据挡水和泄水两种情况确定。挡水时，墩顶高程等于最高挡水位加浪高及相应安全加高；泄水时，闸墩不应低于设计洪水位（或校核洪水位）加相应的安全加高。校核水位对应的上游水头为 36.3529.79=6.56m ，安全超高取为0.5m，6.56+0.5=7.06m。由于公路桥面高程为 37.18m，考虑到交通桥的布置和两岸边坡的影响，最后闸墩的高度取 7.4
16、m。详见图（2-1） 。 0.4 改为改为 0.5图 2-1 闸墩的具体尺寸（单位：m）2 闸门的高度闸门的高度取决于校核水位时对应的水头，闸上的最高水位是 36.35m，所以闸门高度为 36.3529.79=6.56m，考虑安全超高，闸门的高度取 7.1m。3 闸孔总净宽该处河床的总宽度为 60m，对于节制闸，闸孔的净距不宜过小。不妨先假设闸门为 7 孔，每孔净宽为 8m。通过假设的闸孔个数来校核初步假设是否满足。原理是：根据已经假设的闸孔净宽，可以求出通过该闸室的总流量 Q0，Q0必须大于校核流量 1300m3/s，这样才能满足要求。已知该河道的校核流量为 1300m3/s，对应的闸上水位为 36.35m，闸下水位为35.62m，又因为闸底板的高程
