水工建筑物课设

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1、1 .水闸基本设计资料1.1 .基本资料1.1.1 工程概况东风渠起自魏县北寨村南卫河北岸， 经广平、 肥乡， 于曲周县城南入滏阳河，是黑龙港流域老沙河系的较大排水渠之一，担负东风渠以西地区排涝任务，排涝控制流域面积765km2 。东风渠兼有输水任务，主要引蓄黄河水和卫河水，为邯郸市水网、魏县“梨乡水城”及下游黑龙港地区提供灌溉用水和环境用水。东风渠也是引黄入冀补淀输水渠道的重要组成部分。1.1.2 .2工程地质工程区位于河北平原南部，地势基本平坦开阔，总体自东南向西北略倾。该段渠道水流方向亦由东南流向西北。两岸地面高程45.7555.10m,渠底高程为43.7846.66m,现状渠道河口宽度

2、为4672m。岸坡存在冲蚀、坍塌现象， 渠底多处坑洼不平。渠底浅部多分布有淤泥和杂物，厚度约 0.51.0m。1.1.3 水文规划资料本水闸合理使用年限为 50 年,设计排沥流量为83.2?3/s ，引黄设计流量为58?3/s,上游设计排沥水位为 44.82m,下有设计排沥水位为 44.72m,上游引 黄设计水位为44.08m,下游引黄设计水位44.03m,蓄水位为46.02m,河底高 程为40.30m,渠底宽度为17m,边坡顶部高程为48.5m。1.2 设计标准本水闸主要建筑物级别为 3 级，水闸等级为四级，闸室康华稳定安全系数，基本组合时k不小于1.20,特殊组合时k不小于1.05。本水闸

3、本身并无交通要求， 考虑到农田耕作及水闸自身施工运行要求设人行便桥。1.3 设计任务1.3.1 闸孔设计包括闸孔型式与尺寸，闸底板型式及高程。1.3.2 消能防冲设计包括消力池、海漫、防冲槽型式与尺寸，上下游护坡湖底等。1.3.3 防渗排水包括地下轮廓线设计，渗流计算，抗渗稳定验算，反滤层设计等。1.3.4 闸室结构设计布置，分缝，止水布置，闸室稳定计算。1.3.5 两岸建筑物设计包括闸室与上下游连接与两岸岸坡的连接，侧向防渗设计与验算。2 .闸孔设计2.1 闸孔型式的确定此处东风渠上建一排水闸，无通航要求，因此底板采用宽顶堰式水平底板。考虑到闸底板高程、水闸造价、下游河道地质条件、水闸用途等

4、条件，取底板=渠底=40.3m,要求洪水期能迅速排泄洪水，因此，孔口型式采用开敞无胸墙 式闸孔。2.2 初步设计2.2.1 由Q设计求出B,再验算Q设计根据设计资料，取设计流量为较大的设计排沥流量，即 Q设计=83.2?/s,上游水深H= 上游设计排沥-渠底=44.82-40.30=4.52 m下游水深hs= 下游设计排沥-渠底=44.72-40.30=4.42 m上游过水断面面积 A= (b+mh ) h=(17+3*4.52)*4.52=138.13 m2湿周 x =b+2h V1+ ? =17+2*4.52* V1+ 32 =45.59 m水力半径 R=A/ x =138.13/45.5

5、9=3.03 m流速 V=C 用？17n ?/3 ?隼=1/0.022* 3.032/3*(1/5000 )1/2 =1.35m/s堰顶水头 Ho =H+=4.52+ 2=4.61m2?2?9.8根据堰流公式B-Qm gH式中 B。-闸孔总净宽(m)Q过闸流量(m3 /s),即Q设计=83.2 ? /s;H。-计入行近流速水头的堰上水深(m),即；Ho =4.61m；g-重力加速度，可采用9.80(m/s2 )；m-堰流流量系数，可采用0.385;e堰流侧收缩系数，取0.95;6-堰流淹没系数，(7=1时为自由出流；计算得 B。=5.19m2.3 分孔根据本水闸等级、水位高工程等条件选择平板钢

6、闸门。孔数n在7孔以下选为奇数，以使水闸对称开启，避免下游出现折冲水流，顾本闸取孔数n=3,单孔净宽B J =3*3=9m 5.19m,即b。=3m,分隔闸孔时, 按设计规范，取中墩宽？?=1m,取边墩宽？=1m,中墩头部为流线型，边墩头部 为矩形。闸孔总宽 B= n?+(n-1) ?=3*3+2*1 =11m 闸底板总宽？?=B+2?=11+2*1 =13m取？多方？宽=17m, ?=?孔总宽=11m所以，？?/?=11/17=0.64介于0.60.85之间，符合规范要求。2.4 验算？鱼计对于多孔宽顶堰（有边墩及闸墩）侧收缩系数应取边孔及中孔的加权平均值,(2-1)N为闸孔数，？场，？?分

7、别为中闸孔及边闸孔的侧收缩系数?=1-?(5+3V42)4 ?蓦1- 3(2-2)式中？?为考虑墩头及堰顶入口形状系数。矩形？?=0.19,圆弧形？=0.10,且当?=0时，即为无堰坎宽顶堰。闸门单孔净宽 ？?=3m,闸孔总宽B=11m。将已知条件代入公式（2-2）求得：?=0.829?=0.910再将上面两个数字代入（2-1）式求得：9856?=,设计故满足要求。2.5 闸顶高程闸顶确定闸顶高程是指闸室胸墙或闸门挡水线上游闸墩和岸墙的顶部高程。闸顶高程应保证在最高水位以上有足够起高，以防漫溢闸顶，超高值等于波浪中 心线超过静水位的高度，波浪高度以及安全加高的总和。由本闸地址处于平原地 区海河

8、流域，取计算风速v=19m/s,风向垂直于水闸轴线，正常蓄水位时，闸前 水域风区长度为0.25km,河床不冲流速v=1.0m/s,由基本资料知埋深在 0.3 13m左右，取埋深10m,由IV级建筑物取最小安全超高 0.4m。顶 1=上：蕊+A 正常=44.82+0.4=45.22顶 2=V 上游+d波浪设计波浪高度 2hB=0.073kvio?得 2hB=0.0136?=0.0136X 192 X0.25 = 0.563m按重力坝公式计算1波长 Lb=0.389v?可得 LB=4.656m查资料得，当闸前水深H大于半个波长,2?2?h 00?求得 ho=0.428m查资料得超高d=ho+2hB

9、+ o-为安全超高(7=0.3代入公式得d=1.291m顶 2=44.82+d=46.11m又提顶高程为48.11m根据规范要求取闸顶高程48.50m2.4 闸门顶高程的确定取闸门顶高程与闸顶高程齐平，即2.5 闸门高H门的确定H 门=闸门顶-底板=48.50-40.30=8.20m(2-3)Lb时，h0的计算可简化为(2-4)(2-5)闸门顶=闸顶=48.50m3水闸消能防冲设计3.1 水闸消能防冲设计计算任务水闸的修建，改变了原河道天然水流原有状态，使闸上下游形成一定水位差， 过闸水流具有较大功能从而有可能是下游河床产生严重冲刷，以致危害水闸的安全。平原区多用底流式消能措施，因此设计计算的

10、主要任务是确定消能的型式， 深度、长度、护坦宽度、海漫的型式及尺寸，防冲槽的深度。3.2 控制情况的确定3.2.1 水跃位置与形式对消能的影响(1)水跃位置与形式水跃位置决定于坝址收缩断面水深 hc的共腕水深hc与下游水深ht的相对大小。 可能出现下列三种情况：第一种情况，ht=hc这种情况下，水跃直接发生在收缩断面处，为临界式水跃。第二种情况，hthc这种情况下，hc与ht不满足水跃的共腕条件，这种衔接形式水跃发生在收缩断面下游，为远驱式水跃。第三种情况，hthc这种情况下，将发生淹没式水跃。(2)对消能的影响建筑物下游可能出现的三种衔接形式 ，虽然都是通过水跃来消能，但由于水跃位 置和形式

11、的不同，消能效果和所需的消能建筑物尺寸是各不相同的。从消能和水工观点看，远驱式水跃最不利，因为在此情况下，建筑物与跃前 端面之间还存在着相当长的急流段， 在这一段内，流速很高，对河床冲刷能力很当建筑物下游产生远驱式或临界式水跃衔接时， 为了改变这种衔接方式，必 须设法加大建筑物下游水深，使水跃控制在紧靠建筑物之处，并形成淹没程度不 大水跃。3.2.2 控制情况此处水闸工程采用底流式水跃效能， 它是通过工程措施，促使闸水流在闸后 规定范围内稍淹没水跃，利用水跃的漩涡，撞击、掺气消除大部分能量。具消能 防冲设施一般包括：消力池、海漫、防冲槽。根据水跃理论，消力池控制情况发生 hc -ht最大时，池

12、上的控制情况发生于1hc-ht差值最大时，护坦厚度不利情况发生于q(A?J max(q为入池单宽流量)1海漫长度最不利情况发生于q ( AH) 2 max (q为出池单宽流量)，防冲槽深度 不利情况发生于qmax时。本处选定最不利运用情况为上游正常蓄水位。下游初始水深为零，中间单孔闸门开启，均匀分档开启。在开启过程寻找上述控制情况。3.3消力池的设计3.3.1消力池的确定(1)不利工程的确定根据水跃与下游水面的衔接规律，池深控制情况应发生在跃后水深hc与下游水深ht差值最大，即hc-ht最大时。实际运用中，hc-ht最大可能发生在水 闸某种情况下的闸门开启过程中的某一开度 e下，计算中考虑到下

13、游水位升高相 对出闸流量增加有一段时间差，即 hcJ-ht-1,当下游无水时，初始开度 ht可取本 开度的一半。(2)列表确定最不利情况垂直收缩系数e 2由水力学第四版表8-8查得流量系数以=0.60-0.17e/H(3-1)流量 Q=业 bev2?(3-2)其中 Ho=上设排-河底=44.82-40.30=4.52m(3-3)单宽流量q=Q/B(3-4)?由于中间开一孔，故B=b+2X 2=4m(3-5)hc= e e 2(3-6)?：vc.v2?(3-7)?,? /8?B% 1 + 嬴?- 1(3-8)htAnXRCQ0.59.250.02220.162280.45877839.91882

14、3.5370031200.02223.324560.85746544.3043911.60381.532.250.02226.486831.21758646.9707323.63862460.02229.649111.5514848.906739.62912.561.250.02232.811391.8667350.4379759.692453780.02235.973672.16825351.7125183.996313.596.250.02239.135942.45937652.80983112.730941160.02242.298222.74243253.77742146.09694.5137.250.02245.46053.01910554.64583184.299251600.02248.622783.29063955.43585227.54425.5184.250.02251.785053.55797656.16225276.037862100.02254.947333.82184256.835