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1、水工建筑物课程设计计算说明书第一节 设计基本资料1.1概述本工程是西通河灌区第一集抽水站的拦河闸，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。1.2规划数据闸址附近，河道顺直，河道横部面接近梯形，底宽18m，边坡1：1.5，河底高程195.00m,两岸地面高程199.20m。断面尺寸如图1.1所示：图1.11.2.1孔口设计水位、流量根据规划要求，在正常蓄水时下泄流量为Q=0，上游水位为H正=198.0m，此时对应的下游水位H=195.0m;在校核洪水时灌区下泄流量为Q核=79.7，此时的相应上游校核水位为H核=198.90m，相应闸
2、下游水位H下=198.65m;在设计灌溉区期下泄流量Q设=61.4，此时对应的上游水位H设=198.36m，闸下游水位为H下=198.15m. 1.2.2闸身稳定计算水位组合A.设计情况：上游水深H=3.36m,下游水深h=3.15mB.校核情况：上游水深H=3.90m,下游水深h=3.65m1.2.3消能防冲设计水位组合根据分析：消能防冲的最不利水位组合是在校核洪水位时的情况下：则其组合是：下泄流量为Q=79.70，相应的上游水位是H核=198.90m, 闸下游水位H下=198.65m，则相应的上游水深H=3.90m,下游水深h=3.65m。下游水位流量资料表1-1所示:H下(m）195.0
3、0196.00197.00197.50198.00198.15198.50198.65Q(m3/s)0.008.6327.9641.0755.4061.4073.9879.70水位流量资料如下表1-2所示：运用情况上游水位（m）下游流量（）正常蓄水198.000.00设计洪水198.3661.40校核洪水198.9079.701.3地质资料根据土工试验资料，所得闸基河床地质资料柱状图如图1.2所示：图1.2其关系如表1-3所示；层序高程（m）土质概况195.00191.80细砂191.8183.22粗砂183.32粘土闸址附近缺少粘性土料，但有足够量的混凝土骨料和砂料。闸基细砂及墙后回填砂料土
4、工实验资料如下表1.4所示：材料/项目天然容重饱和容重内摩擦角凝聚力不均匀系数相对密实度细砂18.6420.61220120.46砂土料18.2020.21320150.62细砂容许承载力为150KN/m2，其与混凝土底板之间的摩擦系数f=0.35 。1.4闸的设计标准根据水闸设计规范SL2652001，该闸按四级建筑物设计。1.5其他资料（1）、闸上交通要求，根据当地交通部门的建议要求，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4.4m 。（2）、闸门采用平板钢闸门，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，故不考虑地震的影响。（4）、闸址
5、附近河道有干砌石护坡。（5）、多年平均最大风速为12m/s，吹程为0.15公里。第二节 枢纽布置2.1拦河闸布置拦河闸布置成开敞式水闸，根据计算（见后面章节）将水闸分为3孔，每孔净宽3.3m，闸门顶部高程199.4m。2.2闸室段的布置闸底板为倒兀形布置，材料采用钢筋混凝土结构，底板中央设缝，板长14m，厚1.2m。闸墩材料采用钢筋混凝土材料，顺水流方向长14m，中墩厚1.2m，边墩与岸墙结合布置，为重力式边墙，即又挡水又挡土，闸墩上游设有工作门槽和检修门槽。工作桥宽4.0m，检修桥宽1.5m，闸门采用露顶式平面钢闸门，尺寸44.4，启闭设备采用QPQ-80卷场式启闭机，公路桥设在下游，总宽4
6、.4m。2.3上游连接段布置上游翼墙采用浆砌石重力式反翼墙，墙顶高程199.50m，混凝土拦浪板高0.8m，设在其上，墙厚填土高程199.20m，翼墙底板厚0.6m，同样采用钢筋混凝土材料。铺盖与翼墙上游齐平，顺水流方向长16.0m，厚0.6m，铺盖上游为块石护底，一直护到引水口。翼墙上游为干砌石护坡，并设有浆砌石格梗，每隔12m布置，砂垫层设在块石底部，15cm厚。2.4下游连接段布置闸室下游布置消力池，海漫，防冲槽等。消力池采用挖深式，长7.5m，池深0.5m，底板采用钢筋混凝土结构，厚0.5m，消力池与闸室连接处设1m宽小坝，厚以1:4的斜坡连接，底板下设0.2m厚砂，碎石垫层，反滤，排
7、水。采用浆砌石作为海漫的材料，其厚度为0.5m，浆砌石内设排水孔，下面铺设反滤层，在海漫起始段做5.0m长的水平段，其顶面高程与护坦齐平，在海漫后半段做成1:15的斜坡，以使水流均匀扩散，调整流速分布，保护河床不收冲刷。取防冲槽深度为2.0m，底宽b为4.0m，取顶端与海漫末端齐平，则上游坡率取m=2，下游坡率取m=3。第三节 水力计算水力设计的计算主要包括两个方面的内容：1.闸孔设计，2.消能防冲设计。3.1闸孔设计闸孔设计的主要任务是：确定闸室结构形式，选择堰型，确定堰顶高程以及孔口尺寸。3.1.1闸室结构形式该闸建在天然渠河道上，故宜采用开敞式闸室结构3.1.2堰型选择及堰顶高程的确定该
8、闸建在少泥沙的天然河道上，但有足够数量混凝土骨料和砂料的闸址上，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土，土质良好，承载能力大，并参考该地区已建工程的经验，拟闸底板顶面（即堰顶）与西通河河底齐平，高程为195.00 m 。3.1.3孔口尺寸的确定初拟闸孔尺寸，该闸的尺寸必须满足拦洪灌溉的要求，以及泄洪的要求。A.设计情况：在设计情况下： 、上游水H=198.36-195=3.9 m、下游水深hs=198.15-195.00=3.65m、下泄流量Q=61.40则上游行近流速：V0=Q/A根据和断面尺寸：A=bmHH =18+1.53.363.3677.41m
9、2其中b为河道宽：b=18m m为边坡比：m=1:1.5V0=Q/A =61.40/77.41=0.79m/sH0=Hv2/2 （取1.0=3.360.792/29.813.39m则=3.15/3.39=0.930.8, 故属于淹没出流。B.校核情况：在校核情况下：、上游水H=198.9-195=3.9 m、下游水深hs=198.65-195=3.65m、下泄流量Q=79.70 则上游行近流速：V0=Q/A根据和断面尺寸：A=bmHH =18+1.53.93.993.02m2其中b为河道宽：b=18m m为边坡比：m=1:1.5V0=Q/A =79.7/93.02=0.87m/sH0=Hv2/
10、2g 取1.0=3.90.872/29.813.94m则 =3.65/3.94=0.930.8 , 故属于淹没出流。则由以上结果可得，则按无坎宽顶堰淹没出流计算由宽顶堰没出流公式： 0则查SL-265-2001,附录A.01，查得淹没系数=0.74，对无坎宽顶堰：m=0.385 假设侧收缩系数=0.90HH1hs图3-1在设计情况下：由公式 0=8.7 m在校核情况下：=9.0m由B01B02比较得，取净宽较大的值，则取B02=9.0m。取水闸为3孔，每孔宽度b=3.0m，总净宽B=3b=9.0m。以上为B的第一次近似值，据此可计算的第二次近似值，按hs/H0=0.93，及闸墩边形状，查水力学
11、第二册，查表10.1及表10.2得=0.502 ，=0.70。侧收缩系数按式（水力学10.13）计算为：=1-0.20.7+（3-1）0.5023.9/9=0.85净宽B的第二次计算近似值为=9.5m再将净宽B的第二次近似值代入式中，可得=0.85，计算得出B02=9.5m,根据所给闸门的型号尺寸，则选择孔数n=3，每孔净宽b=3.3m，则闸孔实际净宽B=3.33=9.9m,中墩采用钢筋混凝土结构，根据设计规范,取d=1.2m,墩头，墩尾均采用弧形，边墩厚度为1.0m，C.复核过闸流量根据拟定的闸孔尺寸净宽B=9.9m，则由此得：=83.05=|（83.05-79.7）/79.7|100=4.
12、25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b=3.3m，2个中墩各厚d=1.2m，边墩厚度为1.0m，闸室总长度L=33.3+21.2+21=14.3m3.2消能防冲设计消能防冲设计包括消力池，海漫设计及防冲槽等三部分3.2.1 消力池的设计上下游水面连接形态的判别，当闸门从关闭状态到校核的下泄流量为Q=79.7，往往是分级开启的。为了节省计算工作量，闸门的开度拟分三级开启。第一级泄流量8.63；待下游水位稳定后，开度增大至设计流量61.4；最后待下游水位稳定后，再增大开度至最大下泄流量79.7。（1）水面连接计算当泄流量为8.63时：上游深H=3
13、.9m；下游水深则采用前一级开度（即Q=0）时的下游水深h=0m；则上游行近流速：V0=Q/A=8.63/93.02=0.093由于V0=0.0930.5，则可以忽略不计假设闸门的开度e=0.17，e/H=0.17/3.9=0.04360.65，则为孔流，查水力学垂直收缩系数=0.612则： hc = e=0.6120.17=0.104mq=Q/B=8.63/12.3=0.70m2/s则t=0 为远离式水跃，故需要设消力池以同样的方法，则分级开启时61.4、79.7时的闸门开度，并计算相应的参数，并判别不同下泄流量时，上下游水面的连接形式，则可以判别是需要设消力池，其水面连接计算见表2.1所示
14、水面连接计算：序号Q(m3/S)e（m）hc(m)hC”（m）t（m）水面连接情况18.630.170.6120.1040.930远离式水跃26.142.453.280.421.0淹没式水跃37.973.913.750.543.15淹没式水跃（2）池深计算：根据前面的计算，以下泄流量Q=8.63作为确定消力池长度的计算依据。图3-2依据SL265-2001,附表B1.1,则计算出消力池的相关参数: =-0.004m其中为出池落差、h“s为出池河床水深、为水流动能校正系数取1.0。则 =1.050.93-1+0.004 =-0.02 则计算出消力池池深d=-0.02m，但为了稳定泄流时的水流，根据规范取池深d=0.5m。（3）消力池长度计算:由前面的计算，以下泄流量8.63作为确定消力池长度计算的依据。略去行进流速v0，则： T0
