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1、水闸设计实例本工程位于河南省某县城郊处，它是某河流梯级开发中最末一级工程。该河属稳定性河 流，河面宽约200m，深约710m。由于河床下切较深又无适当控制工程，雨季地表径流自 由流走，而雨过天晴经常干旱，加之打井提水灌溉，使地下水位愈来愈低，严重影响两岸的 农业灌溉和人畜用水。为解决当地40万亩农田的灌溉问题，经上级批准的规划确定，修建 挡水枢纽工程。拦河闸所担负的任务是：正常情况下拦河截水，抬高水位，以利灌溉，洪水时开闸泄水， 以保安全。本工程建成后，可利用河道一次蓄水800万m3,调蓄水至两岸沟塘，大量补给地下水， 有利于进灌和人畜用水，初步解决40万亩农田的灌溉问题并为工业生产提供足够的
2、水源， 同时对渔业、航运业的发展，以及改善环境，美化城乡都是极为有利的。（一）地质条件根据钻孔了解闸址地层属河流冲积相，河床部分地层属第四纪嫁更新世Q3与第四纪全 新世Q4的层交错出现，闸址两岸高程均在41m左右。闸址处地层向下分布情况如下表1所示。土质名称重粉质壤土细砂中砂重粉质壤土中粉质壤土分布范围 由上而下河床表面以下深 约3m高 程28.8m 以下厚度约5m高程22m以下厚度5-8m表1闸址处地层分布情况（二）地形闸址处系平原型河段、两岸地势平坦，地面高程约为40.00m左右，河床坡降平缓，纵 坡约为1/10000，河床平均标高约30.00m，主河槽宽度约80-100m，河滩宽平，呈复
3、式河床 横断面，河流比较顺直。（三）土的物理力学性质指标土的物理力学性质指标主要包括物理性质、允许承载力、渗透系数等，具体数字如表2、 3所示。内摩擦角土基允许承载力摩擦系数不均匀系数渗透系数cm/s自然含水量 时平=28 L = 200KN/m2混凝土、砌石 与土基的摩 擦系数当土 基为密实细砂层时值为/ = 0.36粘土=1.5 2.0中细砂层K = 5 x 10 -3饱和含水量 时平=25 砂土=2.4以下土层K = 5 x 10 -5表3 土的力学性质指标表（四）工程材料表2土的物理性质指标表湿重度饱和重度浮重度细砂比重细砂干重度19KN/m321 KN/m311 KN/m327 KN
4、/m315 KN/m31、石料本地区不产石料，需从外地运进，距公路很近，交通方便。2、粘土经调查本地区附近有较丰富的粘土材料。3、闸址处有足够的中细砂。（五）水文气象1、气温本地区年最高气温42.2 C,最低气温-20.7 C,平均气温14.4 Co2、风速最大风速V = 20 m/s，吹程0.6Km。3、径流量非汛期（16月及1012月）9个月份月平均最大流量9.1m3/so汛期（79）三个月，月平均最大流量为149m3/s,年平均最大流量Q = 26.2m3/s,最 大年径流总量为8.25亿m3。4、冰冻闸址处河水无冰冻现象。（六）批准的规划成果1、根据水利电力部水利水电枢纽工程等级划分及
5、设计标准（SD112-78）的规定， 本枢纽工程为III等工程，其中永久性主要建筑物为3级。2、灌溉用水季节，拦河闸正常挡水位为38.50m。3、洪水标准见表4所示。项目重现年洪水流量（m3/s）闸前水位（m）下游水位（m）设计洪水2093739.1539校核洪水50122040 .3540.2表4洪水标准表（七）施工条件1、工期为两年。2、材料供应情况水泥由某水泥厂运输260 Km至某市，再运输80 Km至工地仓库；其它他材料由市汽车运至 工地；电源由电网供电，工地距电源线1.0Km；地下水位平均为28.030.0m。（一）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
6、、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。（二）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30.00mo（三）拟定闸孔尺寸及闸墩厚度由于已知上、下
7、游水位，可推算上游水头及下游水深，如表1所示：表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 （m3/s）V 2上游水头H0 （m）设计流量93799.15995.7680.9410.0459.195校核流量122010.2010.351166.7681.0460.05610.406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1判别是否为淹没出流。表2淹没出流判别表计算情况下游水深hs (m)上游水头H0 (m)h 0.8H0流态设计水位99.1959 7.357淹没出流校核水位10.2010.40610.20 8
8、.325淹没出流按照闸门总净宽计算公式(2)，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。表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)h s H 0淹没系数B (、 0 (m)设计流量93799.1950.9790.04550.07校核流量122010.2010.4060.980.05655.50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 = 8m，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：&x8)+(2X1.6 + 4X1.2)时Lnb0+(n
9、1)d=64m由于闸基为软基河床，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。如图1所示。卜J一 9,0JIL -i.O4XX图1n寸布置&：m旦孔(四) 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b -0bs8=0.8708 +1.2得e = 0.976中1靠缝墩孔b -0b8=0.8338 +1.6得e = 0.973sb8/中2对于边孔 所以0bs=-=0.1638 + 41.05得= 0.909中3；n s + n s + n s = 1中12中23中3n + n + n1 x 0.976 +
10、4 x 0.973 + 2 x 0.909 八 =0.9561 + 4 + 223与假定接近，根据选定的孔口尺寸与上下游水位，进一步换算流量如下表所示:表4 过流能力校核计算表计算情况堰上水头H0 （m）h_h 0bsQ校核过流能力设计流量9379.1950.9790.410.961048.0411.8%校核流量122010.4060.980.40.961230.990.8%设计情况超过了规定5%的要求，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。（一）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
11、开渲泄洪水，为淹没出流无需消能。闸前为正常高水位 38.50m，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=8.5m，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、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）计算结果列入表1。表1消力池池深池长估算表开 启 孔 数n开 启 高
12、 度e收缩系数，泄流量Q单 宽 流 量q收缩水深hc跃 后 水 深 hc下游水深Hs流态判别消力池尺寸备注池 深d池长Ls水 跃 长 L；10.80.554445.440.493.272.40自 由 出 流1.0321.519.21.00.616607.550.624.032.651.624.523.51.20.617739.080.744.412.951.725.725.31.50.6199111.40.934.903.251.927.227.4池深控 制2.00.62112215.31.245.533.622.231.729.6限开30.80.5541315.440.443.273.75淹
13、 没 出 流1.00.6161817.550.624.034.251.20.6172179.080.744.414.581.50.61927311.40.934.902.00.62136615.31.245.53通过计算，为了节省工程造价，防止消力池过深，对开启1孔开启高度为2.0米限开， 得出开启1孔开启高度为2米为消力池的池深控制条件。（二）消力池尺寸及构造1、消力池深度计算根据所选择的控制条件，估算池深为2m，用（ 10）、（11）、（12）式计算挖池后的收缩 水深hc和相应的出池落差AZ及跃后水深h，验算水跃淹没系数符合在1.051.10之间的 要求。d + h + AZ_ 2 + 3.25 + Ml _ 1 05 o h 500.2、消力池池长根据池深为2m,用公式（13）、（14）计算出相应的消力池长度为32m。3、消力池的构造采用挖深式消力池。为了便于施工，消力池的底板做成等厚，为了降低底板下部的渗透 压力，在水平
