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1、水闸课程设计第一章总述第一节概述本工程是西通河灌区第一级抽水站的拦河闸，其主要任务是拦蓄西通河的河水，抬高水位满足抽水灌溉的需要；洪水期能够宣泄洪水，保证两岸农田不被洪水淹没。第二节基本资料（一）闸的设计标准根据水闸设计规范.SD133-84（以下简称SD133-84）,该闸按IV级建筑物设计。（二）水位流量资料运用情况上游水位（米）下游流量（m3/s）正常蓄水198.000设计洪水198.3661.40校核洪水198.9079.70下游水位流量关系见表H下(n)195.00196.00197.00197.50198.00198.15198.50198.653Q(n/s)0.008.6327.
2、9641.0755.4061.4073.9879.70（三）地形资料闸址附近，河道顺直，河道横部面接近梯形，底宽18米，边坡1:1.5,河底高程195.00米，两岸地面高程199.20米。（四）闸基土质资料闸基河床地质资料柱状图如图所示层序高程（M）土质概况I195.00-191.8细砂II191.8183.32组砂III183.32粘土闸址附近缺乏粘性土料，但有足够数量的混凝土骨料和砂料。闸基细砂及墙后回填砂料土工试验资料如下表；天然容重密实度饱和容重内摩擦角凝聚力不均匀系数相对细砂18.640.4620.6122012砂土料18.200.6220.2132015细砂允许承载力为150KN/
3、n2其与混凝土底板之间的摩擦系数f=0.35（五）其他资料1. 闸上交通为单车道，按汽-10设计，带-50校核。桥面净宽4.0m，总宽为4.42. 闸门采用平面钢闸门，有3米，4米，5米三种规格闸门。3. 该地区地震设计烈度为4度。4. 闸址附近河道有干砌石护坡。5. 多年平均最大风速12米/秒，吹程0.15公里。第三节工程综合说明书本工程为IV级拦河闸。设计采用开敞式水闸水闸由上游连接段、闸室段、下游连接段三部分组成。闸室段位于上、下游连接段之间。是水闸工程的主体。其作用是控制水位、调节流量。包括闸门、闸墩、边墩、底板、工作桥、检修便桥、交通桥、启闭机等。上游连接段的作用是将上游来水平顺地引
4、进闸室。包括两岸的翼墙、护坡、铺盖、护底和防冲槽。下游连接段的作用是引导过闸水流均匀扩散。通过消能防冲设施。以保证闸后水流不发生有害的冲刷。包括消力池、海漫、防冲槽以及两岸的翼墙和护坡。第二章水力计算第一节闸室的结构型式及孔口尺寸确定（一）闸孔型式的选择该闸建在天然河道上，河道横部面接近梯形，因此采用开敞式闸室结构。该闸建在天然河道上，为了满足泄洪、冲沙、排污的要求，宜采用结构简单，施工方便，自由出流范围较大的无坎宽顶堰，考虑到闸基持力层是粘细砂，土质一般，承载能力不好，并参考该地区已建工程的经验，根据一般情况下，拦河闸的底板顶面可与河底齐平。即闸底板顶面（即堰顶）与西通河河底齐平，所以高程为
5、195.00m（二）闸孔尺寸的确定初拟孔口尺寸，该闸的尺寸必须满足拦洪灌溉以及泄洪的要求。1.计算闸孔总净宽Bo 在设计情况下：、上游水H=198.36-195=3.36m、下游水深hs=198.15-195.00=3.15m、下泄流量Q=61.40m3/s则上游行近流速：V0=Q/A根据和断面尺寸：A=(b+mH)H=(18+1.5X3.36)X3.36=77.4m其中b为河道宽：b=18mm为边坡比：m=1:1.5M=Q/A=61.40/77.41=0.793m/sHd=H+aVl2(取a=1.0)=3.36+0.7932/(2X9.81)=3.39m则卫=3.15/3.39=0.9290
6、.8故属于淹没出流。Ho 校核情况：、上游水H=198.9-195=3.9m、下游水深hs=198.65-195=3.65m 、下泄流量Q=79.70m3/s则上游行近流速：V0=Q/A根据和断面尺寸：2A=(b+mH)H=(18+1.5X3.9)X3.9=93.02m其中b为河道宽：b=18mm为边坡比：m=1:1.5Vo=Q/A=79.7/93.02=0.86m/sHd=H+ay2/2g(取a=1.0)=3.9+0.862/(2X9.81)=3.94m则里=3.65/3.94=0.930.8,故属于淹没出流。Ho(3)确定闸孔宽度由以上结果可得，则按水流成堰流时并且为淹没出流，计算根据水工
7、建筑物，.、.一一.t_.、,、I卜、一.、2/9由免顶堰淹没出流公式：Q=ameBov2gH0根据国，查SL-265-2001，附录A.01，查得淹没系数a=0.74,对无坎宽顶堰：Hom=0.385假设侧收缩系数=0.90在设计情况下：由公式Q=ameB0v2gF3/2所以，在设计情况下映=Q=迎1一ki_2一0.74X0.90X0.385X3.393/2v2X9.81amev2gF0=8.66m在校核情况下：岛2=Q=也一0.74X0.90X0.385X3.943/2v2X9.81amev2gH2=9.0m整理上述计算如下表计算情况上游水深下游水深流量行进流速行进水头淹没系数流量系数侧收
8、缩系HhsQHo6m数e设计情况下3.363.1561.400.7933.390.740.3850.908.66校核情况下3.903.6579.700.863.940.740.3850.909.02.闸孔孔数n及单孔净宽bo单孔宽度bo根据水闸使用要求，闸门型式及启闭机容量等因素，并参照闸门尺寸选定。由B01Bo2比较得，取净宽较大的值，则取Bo=9.0m0以上为Bo的第一次近似值，据此可计算的第二次近似值，按hHo=0.93，及闸墩边形状，查水力学，得Eo=o.5o2,Ek=o.7。侧收缩系数按式计算为：，H)e=1-o.2Ek+(n-1)Eon?b=1-0.2X0.7+(3-1)X0.50
9、2X3.9/9=0.85净宽Bo的第二次计算近似值为B01=Q_79.7zm项钵85*乂3.943/%2乂981=9.5m再将净宽B。的第二次近似值代入式中，可得=0.86,再次试算后仍得=0.86，计算得出Bo2=9.4m，根据所给闸门的型号尺寸，则选择孔数n=3,每孔净宽b0=3.2m，则闸孔总净宽B0=3.2X3=9.6m,3.闸孔泄流能力校核中墩采用钢筋混凝土结构，根据设计规范SL265-2001,取中墩厚d=1.5m,墩首、墩尾均采用尖圆形。边墩厚度为1.0m,墩首、尾采用半圆形。根据拟定的闸孔尺寸净宽Bo=9.6m,用设计情况进行检验。根据堰流公式：Q=ameB0v2gH3/2=6
10、4.28m3/s则：|%X100%=|(64.28-61.40)/61.40|X100%=4.7%v5%实际过流能力满足泄水的设计要求由此得该闸的孔口尺寸确定为：选择孔数n=3,每孔净宽b0=3.2m,2个中墩各厚d=1.5m，边墩厚度为1.0m，闸孔总净宽B=9.6m，闸室总长度B=3X3.2+2X1.5=12.6m。第二节消能防冲型式水闸闸门开启时，下泄水流具有较高能量，为防止高速水流及波状水跃的冲击等不利作用，闸下应采取防冲措施。（一）消能型式水闸上、下游水头一般较低，下游一般为土基，宜采用底流式消能。因此，消能设计的主要任务是确定下游消力池深度与长度，护坦型式与构造、海漫长度与构造一集
11、防冲槽等。1. （二）消力池设计消力池设计依据当过闸流量不变，上游水位较高时往往是消力池设计的依据，而实际运行中，流量却是变化的。因而，消能设计依据应是上游为较高水位、下游为较低水位时，通过某一流量，下泄水流能量E=yqAH最大时，相应的数据即为消力池设计依据。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，本次设中孔开启。分别开启不同高度进行计算，找出消力池池深和池长的控制条件。闸门的开度拟分三级开启。第一级泄流量8.63m3/s;待下游水位稳定后，开度增大至设计流量61.4m3/s；最后待下游水位稳定后，再增大开度至最大下泄流量79.7m3/s0消力池尺寸计算表开启局度e垂直收
12、缩系数泄流量Q单宽流量q收缩水深hc跃后水深hc下游水深hs流态池深d消力池长度Lsj水跃长Lj0.170.6128.190.650.100.881.00远离式水跃0.071.130.57.57.32.420.66698.567.823.800.673.15淹没式水跃3.910.97347.613.783.620.853.65淹没其中按以下公式计算垂直收缩系数与闸孔相对开度e/H有关，查水力学表9-8可得。泄流量：Q=eB.2gH流量系数：JH消力池深度：dh；hsZ收缩水深：hce消能计算公式:hc11T。W,.TT0出池落差：Zq2q22g2hs2gh2消力池长：Lsj=LsLjsJj其中
13、消力池与闸底板以1:4的斜坡段连接水跃长度：Lj6.9h；hchs是出池河床水深T0是从消力池底板顶面算起的总势能以为水流动能校正系数取1.0。6为水跃长度校正系数取0.75。水跃淹没系数0=1.05。流速系数0.95。2. 消力池深度d及消力池长度的计算结论：通过计算上述计算可知，当闸孔开度为0.17m时满足控制条件，其余两组都不满足条件，根据下列计算：以下泄流量Q=8.63m3/s作为确定消力长度的计算依据。(1)消力池力池深依据SL265-2001,附表B1.1,则计算出消力池的相关参数:_0.7210.721=一-22-229.811129.810.91=-0.006m其中Z为出池落差
14、、hs为出池河床水深、以为水流动能校正系数取1.0。贝d0hChsZ=1.05X0.921-1+0.006=-0.0385则计算出消力池池深d=-0.0385m,但为了稳定泄流时的水流，根据规范取池深d=0.5m。(1) 消力池长度计算由前面的计算，以下泄流量8.63m3/s作为确定消力池长度计算的依据。略去行进流速Vo,则:T0Hd=3.9+0.5=4.4m根据公式其中:22q2_0.6820.022g229.81=0.07m0.07180.68229.810.073=1.13m水跃长度：6.9h；hc=6.9(1.13-0.07)=7.3m消力池与闸底板以1:4的斜坡段连接，Ls=dp=0.5X4=2m,则消力池长度:Lsj=LSLj=2+0.75X7.3=7.5m所以取消力池长度为7.5m。3. 消力池底板厚度t(1)消力池底板厚度，为减少作用于底板扬压力，消力池底板可以
