水闸设计---副本课件

水闸设计汇报人：日期：2013年6月10号 目录 一.枢纽布置 二.水力设计 三.防渗排水设计 四.闸室布置与 稳定计算 一.枢纽布置1.枢纽组成苏河水闸枢纽是以取水为主的水利水电工程，枢纽由泄水闸，土石坝，取水闸，引水渠，交通桥，合大公路和两岸连接建筑物组成。苏河水闸枢纽的灌溉面积为128万亩，查水利水电工程等别划分及洪水标准表2.1.1水利水电枢纽工程分等指标得，此枢纽工程等别为二级，工程规模为大（2）型。查水闸设计规范(SL265-2001)(以后不详细说明，只注明规范)表2.1.2水闸枢纽建筑物级别划分，确定大二级主要建筑物级别为2级，次要建筑物为3级，临时建筑物级别为4级。查规范表2.2.1平原区水闸洪水标准得，2级水闸洪水设计洪水重现期为5030年，校核洪水重现期为200100年，本设计设计洪水重现期为50年，校核为200年。查图2.1闸址水位流量关系曲线得，下游设计洪水位为37.5m，下游校核洪水位为38.0m，上游正常水位为35m。泄水闸居中布置，泄水闸包括闸室，上游铺盖，上游防冲槽，板桩，下游护坦，下游海漫，下游防冲槽，上下游护岸和翼墙。两岸各设一个取水闸，取水闸通过引水渠从上游引水，取水闸和泄水闸通过土石坝连接，公路通过泄水闸和土石坝，贯通河流两岸。枢纽采用全闸方案，无拦河坝和水电站厂房。因此，另外，将靠近河岸的几个闸孔作为既排水又冲沙之用。2.闸轴线选择泄水闸布置在主河床上，使水闸建成后的下泄流量尽量符合天然河道的水流特性。为了保证泄水通畅，减少对上下游河床的冲刷影响和对堤防的威胁，闸轴线宜与河道中心线正交。闸轴线一般选在 河道较狭窄处，以节约工程量。此处闸轴线已经选好。将泄水闸底板上游侧定在闸轴线位置。3泄水闸宽度的确定 在宽阔的河道上，泄水闸的宽度远小于闸址处的主河道宽，在沿闸轴线的其余部分用拦河坝或水电站厂房挡水，水闸的上下游连接建筑物简化为上下游导墙。本水闸采用全闸方案，为了使河道水流流态与建闸前尽量相似，水闸段的长度取与闸址处河道宽度相近。最后通过底板高程和泄流能力的计算，确定泄水闸总宽。二二 水力计算水力计算 1.底板高程确定 根据地形图，测得闸址处的主河道宽度为270米左右，根据底板高程不同，选取闸孔总净宽与闸址处河道宽度相近，初步选定3个底板高程，进行方案比较。方案一：方案一：拟定底板高程为31m，则闸门高度为35-31=4m。闸孔宽深比取1.61.8，单孔宽度取整数为7m，闸孔总净宽取730=210m。方案二方案二：拟定底板高程为30.5m，则闸门高度为35-30.5=4.5m。闸孔宽深比取1.61.8，单孔宽度取整数为8m，闸孔总净宽取828=224m。方案三：方案三：拟定底板高程为31.5m，则闸门高度为35-31.5=3.5m。闸孔宽深比为1.61.8，单孔宽度取整数为6m，闸孔总净宽取636=216m根据三种方按 的计算。用设计水位和校核水位对壅高进行试算。结果如下:第一种方案先试算壅高为0.1m时，用设计水位37.6m.流量Q=4000立方米/秒。上游闸前水深H=37.6-31=6.6m。hs=37.5-31=6.5mHs/H0=6.5/6.86=0.9480.9.为淹没出流。其他方案的计算结果。泄流能力计算 水闸闸门全开敞时的泄流能力按堰流计算。正常情况：式中 N闸孔数；b单孔宽度（m）；Q过闸流量（m3/s）；q过闸单宽流量（m2/s）；H0 计入行近流速水头的堰上水深（m），此处由于上游水头很小，所以近似取 为上游堰上水深 堰流侧收缩系数；中闸孔侧收缩系数，可查水闸规范表A.0.1-1；边闸孔侧收缩系数。校核情况：因为选用平底板，故m=0.385。淹没系数。查书本121页表5-5第一种方案设中墩厚2m,边墩厚1m =1m第二种方案设中墩厚1.5m,边墩厚1m =2.75m第三种方案设中墩厚1.5m，边墩厚1m =0.75m.计算出：第一种方案中的 =0.964第二种方案中的 =0.973第三种方案中的 =0.968 三个方案中，方案二底板高程过小，增大闸身和两岸结构的高度，反而增加工程投资，同时增加闸下消能防冲布置上的困难，还可能会带来严重的泥沙淤积。方案三的底板高程过高，使得闸孔总净宽增大，泄水闸闸室段向河道两岸延伸，不利于保持原有水流流态，同时增加了工程量和成本，不经济。方案一的底板高程适中，接近原河床高程，泄水闸段宽度与河道闸址处宽度相近，不破坏原有河道水流流态，同时也给施工带来方便，节约成本。最后确定底板高程为31m，30个孔，每孔宽度7米，溢流前缘总净宽210m。校核情况下上游水位38.1m。闸顶高程的计算闸顶高程的计算波浪高度的计算:平均波高和平均波周期按莆田试验站公式计算，即根据资料给出Hm=35-31=4m,Vo=12m/s D=6000m。算得正常情况下波浪的计算高度 =0.33m。查得挡水时（正常蓄水位），水闸安全超高下限值为0.5m。泄水时（校核洪水位），水闸安全超高下限值为0.7m 于是，挡水情况（正常蓄水位）水闸闸顶高程为：正常蓄水位+正常情况波浪高度+正常挡水时水闸安全超高闸顶高程=35+0.33+0.5=35.83m。泄水情况（校核水位）下水闸闸顶高程为：校核洪水位+泄水时安全超高即：闸顶高程=38.1+0.7=38.8m。故选两者的最大值为水闸闸顶高程为38.8m。闸型选择 因为此枢纽的底板高程较高，正常挡水高度在5米以内，较小，所以采用开敞式。当闸门全部打开时，闸室过水断面积和泄流量都随着水位的抬高而增大。另外，由于过闸水流不受任何阻挡，大量漂浮物可随着水流下泄，不致堵塞闸孔，因此有排冰，过木的作用。闸门 根据当地的情况，此枢纽在正常运行条件下，上游水位必须维持在35m正常水位，所以闸门必须经常提起 和放下，考虑到平面闸门由于水流的冲击，闸门槽和闸门衔接不良，可能会产生振动，影响闸室稳定和挡水，另外，弧形闸门运用灵活，效率高，开启时间短。因此选用弧形闸门。不过，要对地基做一定的处理。弧形闸门作工作闸门，应设在闸墩水流较平顺部位，这样可以避免产生因水流流态不好对闸门运行带来不利的影响。闸孔宽深比取1.61.8，是一种较优的孔型。为了满足闸门安装与维修的需要，同时也方便启闭机的布置与运行，检修闸门门槽与工作闸门门槽之间的净距离一般不宜小于1.5m。此枢纽中，考虑到工作闸门为弧形闸门，没有门槽，为了减小闸室长度，可以把检修闸门门槽和弧形闸门的距离设为1.0m。检修闸门用叠梁式闸门。另外，露顶式闸门顶部应在可能出现的最高挡水位以上有0.30.5m的超高。在此设0.4m的超高。底板选型 平底板是最常用的一种底板型式，构造 简单，施工方便，对不同的地基有一定的适应性。根据受力条件，选用整体式平底板。底板横缝 根据此枢纽的条件，确定为三孔一缝，选择在底板中间分缝，缝距3cm。横缝为永久缝，采用铅直贯通缝。由前面底板高程计算所得，本枢纽为30个孔。单孔孔径为7m底板厚度 对于大中型水闸，闸室平底板厚可取闸孔净宽的1/61/8，故平底板厚度取1.0m。闸墩 根据方案的计算中可以确定中闸墩厚度为2m，边墩厚1m，检修门槽宽都为0.25m，深为0.2m。启闭机 本枢纽闸孔较多，为了减少机房，管路以及工作桥的工程造价，减少闸室体积和重量，采用液压式启闭机。控制室设在闸墩上，一个控制室控制2个弧形闸门。其他设置本枢纽为露顶式闸门，所以不设胸墙。由于工作闸门是弧形闸门，采用液压式启闭机，所以闸室上部只需设交通桥，油压控制室，顶部板梁铺层和用于移动启闭机（用于起吊检修闸门）的轨道。根据资料，合大公路从闸上通过，设计标准为级，查有关规范，定交通桥总宽为8m，厚0.3m，架设在闸墩上。交通桥由2个T形梁支撑。设定交通桥净宽7.5m，两侧设0.25m安全带，安全带上布设1.1m高的栏杆，栏杆重力按1.3kN/m。闸墩顶部板梁铺层用于移动启门机的行走，厚度以0.30.5m厚为宜。选定厚度为0.3m。移动启门机的重量以25KN计。消能防冲消能方式选择 由于本闸位于平原地区，河床的抗冲冲涮能力较低，所以采用底流式消能。设计水位或校核水位是闸门全开泄洪水，为淹没出流无需消能。闸前为正常水位35m,部分闸局部开启，只宣泄较小流量时，下流水位不高，闸下射流速度较大，才会出现严重的冲涮河床现象，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Ho=4m,闸门局部开启情况，找出最大池深池长。按以下的公式计算：初拟估算d时 拟定，其中 是未设消力池前的跃后水深。挖深前的收缩水深跃后水深挖池后要收缩水深要满足算出挖池后的出池落差先从试算4个闸孔，开启度1m开始用excel计算 经过计算决定取用当4孔开启2m时进行计算消力池。消力池的深度计算根据所选择的控制条件，估算池深为1m,计算出挖池后的收缩水深hc=1.02m,出池落差Z=0.518m，跃后水深 =3.56m,验算水跃淹没系数符合在1.051.10之间的要求。=1.07消力池的池长 根据池深1m故取池长为19m.根据池深1m故取池长为19m.消力池的构造，采用挖深式，消力池的底板了便于施工做成等厚，为了降低底板下部的渗透压力，在水平底板的后半部设置排水孔，孔下铺设反滤层，排水孔径为10cm,间距为2m,呈梅花形布置。由于在水跃水流中存在较大的竖向流速分量，消力池的两侧边墙采用直立导水墙。根据抗冲要求，按式 计算消力池底板厚度。其中k1为消力池底板计算系数，取0.15，q为确定池深时的过闸单宽的流量，为相应单宽流量的上下游水位差。取消力池底板厚度t=0.5m.取消力池底板厚度t=0.5m.海漫计算 取 38m.海漫构造。因为对海漫的要求有一定的粗糙度以便进一步消除余能，有一定的透水性，有一定的柔性。所以选择在海漫的起始段为10m长的浆砌石水平段，因为浆砌石的抗冲性能较好，其顶面高程与护坦齐平。后30m做成坡度为1:15的干砌石段，以使水流均匀扩散，调整流速分布，保护河床不受冲涮，海漫厚度为0.6m,下面铺设15cm的沙垫层。防冲槽设计下游防冲槽的深度采用1.0m，上下游边坡采用1:2，两侧边坡坡度1:2.为防止水流冲涮，在上游护底首端增设上防冲槽，深度采用为0.9m.上游岸坡防护 为了保护上下游翼墙以外的两岸岸坡不受水流的冲刷，需要进行护坡。采用干砌石，厚0.3m，下设碎石厚0.1m.。保护范围上游自铺盖向上延伸23倍的水头，下游自防冲槽向下延伸46倍水头。防渗排水设计防渗排水设计1、地下轮廓线的布置（1）防渗设计的目的：防止闸基渗透变形；减小闸基渗透压力，减少水量损失，合理选用地下轮廓尺寸。（2）布置原则：“上防下排”，即在闸基靠近上游侧以防渗为主，采取水平或垂直减渗措施，阻截渗水，消耗水头。在防渗体的下游侧以排水为主，尽快排除渗水，降低渗压。地板：本地基为沙土，闸地板顺水流方向长可取2.03.5倍，上、下游最大水位差35-31=4m，现取地板长度为8m，上、下设齿墙宽1m，深1m。铺盖：因当地缺乏粘土，就选用混凝土铺盖，长度参考现有工程实践资料，铺盖长度根据35倍水头，故采用16m，厚0.5m，铺盖上、下游设齿墙宽0.5m，齿深0.5m。2.阻力系数的计算 1.有效深度的确定 闸室稳定闸室稳定1、设计情况及荷载组合 （1）设计情况选择。水闸在使用过程中，可能出现各种不利情况。完建无水期是水闸建好尚未投入使用之前，竖向荷载最大，容易发生不均匀沉陷，这是验算地基承载力的设计情况。正常挡水期情况下，上下游水头差最大，闸室承受较大的水平推力，是验算闸室抗滑稳定设计情况。泄水期工作闸门全开，水头差较小，对水闸无大的危害，故不考虑此种情况。本次设计地震烈度为5，不考虑地震情况。（2）完建无水期和正常挡水期均为基本组合。取中间三孔一联为单位进行计算，需计算的荷载见表 2、完建无水期荷载计算及地基承载力验算 （1）荷载计算。荷载计算主要是闸室及上部结构自重。在计算中以三孔一联为单位，省略一些细部结构，如栏杆。力矩为对闸地板上游端点所取，钢筋混凝土重度采用25KN/m,混凝土重度采用24KN/m,水重度采用10KN/m,砖重度采用18KN/m。完建无水期的荷载分布见图，荷载计算见表 3、正常挡水期验算 （1）荷载计算。正常挡水期荷载计算除闸室自重外，还有静水压力、水重，闸底板扬压力由渗透计算可得，由于浪压力小于静水压力的5%，忽略不计。正常挡水期荷载计算表（3）闸室抗滑稳定计算。闸底板上下游段设置的齿墙深度为0.5m，按浅基础齿墙考虑，闸基下没有软弱夹层。滑动面沿闸底板与地基的接触面，采用抗滑稳定式（5-40）进行计算，其中的闸底板与地基之间的摩擦系数，查闸室底面与地基之间的摩擦系数的0.44,允许的抗滑稳定安全系数，根据本工程主要建筑物为2级。