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1、水工建筑物前进水闸设计书第一章设计资料和枢纽设计1、设计资料1.1工程概况前进闸建在前进镇以北的团结渠上是一个节制闸。本工程等别为川等，水闸按3级建筑物设计。该闸有如下的作用：(1) 防洪。当胜利河水位较高时，关闸挡水，以防止胜利河的高水入侵团结渠下游两岸的底田，保护下游的农田和村镇。(2) 灌溉。灌溉期引胜利河水北调，以灌溉团结渠两岸的农田。(3) 引水冲淤。 在枯水季节。引水北上至下游红星港，以冲淤保港。1.2规划数据(1) 团结渠为人工渠，其断面尺寸如图1所示。渠底高程为2194.5m,底宽50m 两岸边坡均为1: 2。(比例1: 100)1:2 2205.81:2 2194.5A图1团
2、结渠横断面图(单位：m(2) 灌溉期前进闸自流引胜利河水灌溉，引水流量为300m3/s。此时相应水位为：闸上游水位2201.83m,闸下游水位2201.78m；冬春枯水季节，由前进闸自 流引水至下游红星港，引水流量为100m3/s，此时相应水位为：闸上游水位2201.44m,闸下游水位 2201.38m。(3) 闸室稳定计算水位组合：设计情况，上游水位2204.3m,下游水位2201.0m； 校核情况，上游水位2204.7m,下游水位2201.0m。消能防冲不利情况是：上游水 位2204.7m,下游水位2201.78m,引水流量是300m3/s（4）下游水位流量关系:流量m /s0.0050.
3、00100.00150.00200.00250.00300.002201.02201.22201.32201.52201.62201.72201.7水位H（m）0084648（5）地质资料： 根据地质钻探报告，闸基土质分布情况见下表:层序咼程（m）土质概况标准贯入击数（击）I2205.75-219604重粉质壤土9-13n2196.4-2194.7松散粉质壤土8出2194.7-2178.7坚硬粉质粘土（局部含铁锰结核）15-21 根据土工试验资料，闸基持力层坚硬粉质粘土的各项参数指标为：凝聚力C=60.0Kpa；内摩擦角19 ;天然孔隙比e=0.69 ;天然容重20.3KN/m 3建闸所用回填
4、土为砂壤土，其内摩擦角26，凝聚力c 0kPa，天然容重18kN m3。本地区地震烈度在6度。（6）本工程等别为III等，水闸按3级建筑物设计。（7） 闸上有交通要求，闸上交通桥为单车道公路桥，桥面净宽4.5m,总宽5.5m， 采用板梁结构。每米桥长约种80KN （详见设计书插图）（8）该地区“三材”供应充足。闸门采用平面钢闸门，尺寸自定，由工厂加工。 不考虑风浪的作用，胜利河为少泥沙河道（含少量推移质泥沙）2. 枢纽设计2.1进水口防沙设施设计胜利河为少泥沙河流，防沙要求不高，为防止泥沙进入引水渠，防沙设施设拦沙 坎即可，水电站进水口设计规范DL/T5398-2007中规定其高度为2.5m3
5、m取 其高度为2.5m。2.2引水渠的布置 取水方式确定：由于胜利河为少泥沙河道，防沙要求不高，且取水期间河道 的水位和流量能够满足取水要求，故取水方式可设计成无坝取水。 引水口位置选择：胜利河在流经灌区时有一个明显的弯道，可利用弯道环流原理，将引水渠的引水口设在胜利河凹岸顶点位置稍偏下游处，该位置距弯道水流拐点的长度可由公式计算：L KB、4R/B 1式中：L进水闸至引水口弯道起点的距离K 与渠道分沙比有关的系数一般取 0.61.0 (K=0.8)R河道的弯道半径B河道河槽的宽度由此可确定引水口位置 引水渠的方位确定：为使弯道水流平顺进入引水渠，根据规范，取引水渠中心 线与河道水流方向夹角即
6、引水角不超过 30度。(取25度)第二章闸孔设计1闸室结构设计1.1闸室结构型式的确定由于闸室地基土质为坚硬粉质粘土 ，土质均匀，承载力较大，因此选用整体 式平底板闸室，且闸前水位最大可达到 10.2m，最低水位可达6.94m,水位变 幅3.26m，为减少闸门高度，因此设计成胸墙式闸室。1.2堰型选择由于水闸有防洪冲淤的任务，故堰型采用宽顶堰，它有利于泄洪，冲沙， 排污，且泄流能力稳定，结构简单，施工方便。1.3确定闸顶高程设计情况下，上游水位 2204.3m,下游水位2201.0m；校核情况下，上游水位2204.7m,下游水位2201.0m。不考虑风浪情况，则课本 76页公式3-78人 c
7、he2204.3 0.7 2205.0m H max ”校 he2204.7 0.5 2205.2m所以取 H 2206.0m1.4确定闸底板高程闸底板应尽可能置于天然坚实的土层上，在满足强度等条件下，高程应尽可能高一些。一般情况下，闸底板高程定为2194.5m,和河底齐平。2. 确定闸门孔口尺寸2.1计算闸孔总净宽灌溉期：上游水位 2201.83m,下游水位2201.78m,流量300m3/s上游水深 H 2201.83 2194.5 7.33m，下游水深 hs 2201.78 2194.57.28m过水断面 A (502 7.33) 7.33473.96m2上游行近流速VoQ 3000.6
8、33m/sA 473.96行近水头Ho H2Vo2g7.331.0 0.63322 9.817.35mhs7.287.350.990.8属淹没出流由水闸设计规范SL265-2001查得当丄0.99时, H。0.36初步设计认为m 0.385 ,0.94由公式L。_Qm .2gH0/23000.36 0.94 0.385、2 9.81 7.353/226.10m枯水季节:上游水位 2201.44m,下游水位2201.38m,流量100 m3/s上游水深H2201.44 2194.5 6.94m，下游水深 hs 2201.38 2194.5 6.88m过水断面A(5022 6.94) 6.9444
9、3.33m上游行近流速V。Q 型 0.226m/sA 443.3行近水头Ho2 2V0 cc, 1.00.226 c-6.946.943m2g2 9.81hs 6.88Ho 6.9430.9910.8 属淹没出流。由水闸设计规范SL265- 2001查得当虹 0.99时, H。0.36初步设计认为m 0.385 ,0.94由公式L0_Qm 2gH0/21000.36 0.94 0.3852 9.81 6.9433/29.472m由于应选用最大过闸单宽流量，故应选最大闸孔总净宽，因此综合两种情况，闸Q 3003丄门工孔总净宽取值为26.10m。此时单宽流量q11.50m /(s*m)，由地质L0
10、 26 1资料知闸地基处为坚硬粉质粘土，可取 20-25 m3/(s*m)，故满足要求2.2孔数及单孔宽度的选定为了保证闸门对称开启，使水流过闸均匀，孔数宜采用单数。我国大中型水闸单 孔宽度一般采用8-12m,故选n 3孔，选单孔净宽l010m。根据规范上游闸墩头部均采用半圆形，下游闸墩头部采用流线形，厚d 2m ,边墩取1.5m闸孔总宽度为：L1 nl0 (n 1) d 3 10 2 2 34 m渠道宽50.0m,闸室总宽度应与渠道宽度相适应，两者的比值为 34/50=0.68大 于0.60.75，符合要求。闸孔尺寸示意图见图2-1 （比例1： 100）图2-1闸孔布置图（单位：m2.3水闸
11、泄流能力验算（查阅水闸设计规范SL265-2001）2.3.1灌溉期过流验算：上游水位2201.83m,下游水位2201.78m,流量300m3/s对于中孔:l对于边孔:l0.171 (17.33 2z 1亠41010 2 10 20.97321.16m0.171(1)10 2 bb丨od丨0 bb20.171(11010 11021.16 . 10 1 21.160.912z(n 1)n.973 (3 O9120.953水闸泄流能力mL。2gH；/2 0.36 0.953 0.385 302 9.81 7.353/2 349.75m3/s大于300m3 /s满足要求232 枯水期过流验算：上
12、游水位2201.44m,下游水位2201.38m,流量100m3/sz1 0.171(1l0)4l01。d 八 1。i对于边孔:l010m,bb (50b10.171(1d0)l0bb210.171(11010 120.38则z(n 1)b 0.973n对于中孔:水闸泄流能力41 I。)4l010m, d 2md 1 171 (1d) 410 2 10 2100.97337)/26.94 220.38mQmL .一 2gH；/2大于100m3 /s满足要求bb100.912410 120.38(3 1) .91240.95330.36 0.953 0.385 30 . 2 9.81 6.943
13、/2320.90m3 / s第三章消能防冲设计1. 消力池设计1.1确定消能型式由于本闸所处渠道底部为粉质粘土，抗冲刷能力较低，故采用底流式消能。1.2确定消能计算工况由第二章计算已知，灌溉期和枯水期水位时闸门全开引水，均为淹没出流，无须 消能。当引水流量为300m3/s，上游水位2204.7m,下游水位2201.78m时，为 最不利的工况，取该工况为计算工况1.3计算工况时上下游水面连接形态的判别引水流量为300m3/s，上游水位2204.7m,下游水位2201.78m；上游水位 H 2204.7 2194.5 10.2m，下游水位 hs 2201.78 2194.57.28m该工况情况下，
14、关闸挡水，部分闸门不完全开启，下游水位较低，闸孔射流速度大，最容易造成渠道的冲刷。消力池设计采用挖深式消力池，消力池首端宽度采 用闸孔总宽b1 34m，末端宽度采用河底宽度b2 50m。1.3.1为保证水闸安全运行，可以规定闸门的操作规程，本设计按闸孔对称方式开启运行，分别为开启3孔和中间1孔当闸门不完全开启，闸孔射流速度较大，比闸门完全开启时更容易引起渠床的冲刷，取闸门相对开启从0.1-0.65 (大于0.65属于堰流)过水断面 A (502 10.2) 10.2718.08m2上游行近流速v0 Q0.418m/sA 718.082 2行近水头 Ho HV0 10.2 山 041810.21m2g2 9.81下游水深 ht 2
