H江水利枢纽工程毕业设计

H 江水利枢纽工程泄水闸设计说明书0目 录1 综合说明综合说明.31.1 工程概况.31.2 设计依据.31.3 毕业设计成果（泄水闸）.42 水文水文.82.1 流域概况.82.2 气象.82.3 洪水.83 工程地形、地质工程地形、地质.93.1 闸址地形.93.2 闸址地质.93.3 当地建筑材料.93.4 地震烈度.94 工程布置及建筑物工程布置及建筑物.104.1 设计依据.104.1.1 工程等级及建筑物级别.104.1.2 设计基本资料.104.2 工程总体布置.114.2.1 船闸的布置.124.2.2 水电站的布置.124.2.3 泄水闸的布置.124.3 主要建筑物（泄水闸）.134.3.1 闸孔设计.134.3.2 消能防冲设计.154.3.3 防渗排水设计.194.3.4 闸室的布置.224.3.5 闸室稳定计算.254.3.6 闸室底板结构计算.284.3.7 两岸连接建筑物设计.32附图附图：图图 0101 枢纽平面布置图枢纽平面布置图图图 0202 水闸平面图及剖面图水闸平面图及剖面图图图 0303 水闸上游立视图水闸上游立视图图图 0404 水闸底板配筋图水闸底板配筋图图图 0505 上下游翼墙剖面图上下游翼墙剖面图H 江水利枢纽工程泄水闸设计说明书11 1 综合说明综合说明1.11.1 工程概况工程概况函江位于我国华东地区。流向自东向西北，全长 375km，流域面积 176 万 km2，是鄱阳湖水系的重要支流，也是长江水系水路运输网的组成部分。该流域气候温和，水量充沛，水面平缓，含砂量小，对充分开发这一地区的航运具有天然的优越条件。流域内有耕地 700 多万亩，矿藏资源十分丰富，工矿企业较发达，有国家最大的有色金属冶炼工程铜基地及腹地内的建材轻工。原材料及销售地大部分在长江流域各省、市地区，利用水运的条件十分优越。流域梯级开发后，将建成一条长 340km 通航千吨级驳船的航道和另一条长 50km通航 300 吨级驳船的航道，并与长江、淮河水系相互贯通形成一个江河直达的上游水路运输网。同时也为沿江各县市扩大直流灌溉创造有利条件。对促进沿河地区的工农业发展具有重要的作用，社会和经济效益十分显著。本工程以航运为主体，兼任泄洪、发电、灌溉、供水和适应战备需要的综合开发工程。本次毕业设计主要对枢纽总体布置方案进行定性的论证和对枢纽中的泄水闸进行全面的结构选型设计。1.21.2 设计依据设计依据1、函江枢纽毕业设计任务书；2、水闸设计规范(SL2652001)；3、水力计算手册（武汉水利电力学院水力学教研室编）4、水工设计手册第6册过坝与泄水建筑物；5、水工钢筋混凝土设计手册1999年；6、水利水电钢闸门设计规范DL/T 5039-95；7、水利水电工程初步设计报告编制规程（DL5021-93）H 江水利枢纽工程泄水闸设计说明书21.31.3 毕业设计成果（泄水闸）毕业设计成果（泄水闸）1.3.11.3.1 枢纽总体布置枢纽总体布置根据水闸设计规范SL265-2001 第 4.1.6 条规定：水闸枢纽中的船闸、泵站或水电站宜靠岸布置，但船闸不宜与泵站或水电站布置在同一岸侧，船闸、泵站或水电站与水闸的相对位置，应能保证满足水闸通畅泄水及各建筑物安全运行的要求。因此，本设计在枢纽布置时，将泄水闸布置在河床中间，船闸布置在左岸，水电站布置在右岸。其中：泄水闸每孔净宽 10m，共 35 孔，高 12m，直升式平板钢闸门控制，闭闸时拦截江流，稳定上游水位，开闸时泄水，排沙防淤。设计流量 9540m3/s，校核流量12350m3/s。船闸 1 座，闸室有效长度为 135m，净宽 12m，槛上水深 2.5m，闸室顶高程24.0m，底高程 10.5m。闸上公路桥设在上闸首的上游端。水电站厂房宽 15m(顺流向)，长 36.2m。厂房地面高程 24.5m，水轮机安装高程10.5m。水电站设计水头 3.5m，最高水头 7.0m，最大引用流量 225m3/s，总装机32200KW。站上公路桥设在厂房的上游端。具体布置见附图一：总平面布置图。1.3.21.3.2 水闸设计水闸设计1、水闸水力设计、水闸水力设计1)、堰型、堰顶高程闸孔采用结构简单、施工方便的无坎平底宽顶堰（平底水闸属无坎宽顶堰） 。拟定闸底板顶高程为 13.0m。2)、水闸总宽度闸室总宽度：1035+361.6=407.6m。2、水闸消能防冲设计、水闸消能防冲设计1)、消力池消力池采用钢筋砼结构，深 1.45m，消力池长 L=20.8m，厚度 0.8m。2)、海漫H 江水利枢纽工程泄水闸设计说明书3 海漫长度 L=40m，海漫水平段长 15m，采用 60cm 厚钢筋混凝土浇筑，斜坡段长25m，1:10 放坡，采用 60cm 厚浆砌块石砌筑。3)、防冲槽 防冲槽采用梯形断面，槽深 2.5m，槽底宽 10m，上游设 C20 钢筋砼齿槽，厚50cm，下游坡比为 1：2.0，单宽体积为 37.5m2，冲刷坑采用抛石合金钢网石兜抛石处理。3、闸室布置、闸室布置1)、闸室结构闸室采用开敞式布置，钢筋砼 U 型结构，闸门选择直升式平板钢闸门，液压启闭，闸上布置净 7m 交通桥，两侧人行道 21.0m，总宽 9.0m、宽 4m 工作桥和启闭房，启闭房宽 11.0m，底板长度取 20m。底板采用整体式，二孔一分缝，最中间一孔，底板长度为 20m，顶高程为13.0m，闸底板厚 1.5m 。闸墩长度采用与底板同长 20m， 。检修门槽深 25cm，宽 30m；工作门槽深40cm，宽 60cm。闸墩上下游端部均采用半圆形墩头。 闸墩顶高程为 25.0m。闸墩厚度受控于闸门槽处最小厚度为 50cm，中墩厚度取1.6m，缝墩厚度为 20.8m，边墩厚度为 1.6m。公路桥布置在闸门上游侧，公路桥载重按汽-20 设计，挂 100 校核，双车道桥面净宽 7.0m，两侧人行道 11.0m，总宽 9.0m。公路桥采用 T 型结构，梁底高程为25.0m，梁高 1.0m，梁腹宽 0.2m，梁翼宽 1.6m，用 5 根组梁组成，两侧人行道为悬壁式。2)、上下游翼墙上游连接采用扶壁式翼墙，圆弧连接，半径为 20m，下游翼墙采用扶壁式八字型翼墙加圆弧型翼墙连接，扩散角为 8，圆弧半径为 20m。上游翼墙顶标高为25.0m，下游翼墙顶标高为 25.0m。4、闸基防渗排水设计、闸基防渗排水设计由于本工程闸址地基主要由砂砾卵石层组成，为强透水土质，故在采用水平防渗措施的同时还必须采取垂直防渗措施。铺盖采用 C25 钢筋砼结构，长 20m。铺盖与闸底板之间设水平止水。H 江水利枢纽工程泄水闸设计说明书4在消力池水平段前端与闸底板连接处设置水平止水；消力池末端依次铺设碎石垫层和无纺土工布反滤，排水孔孔径 15cm，间距 1.5m，呈梅花形布置，顺水流方向长度为 7.5m。5、闸门及启闭机设计、闸门及启闭机设计1)、闸门根据门顶高程及闸底标高，确定平面钢闸门高为 7m，闸门净宽 10m，毛宽10.6m。2)、启闭机启闭机型号：QPQ23006、闸室稳定计算、闸室稳定计算1)、闸室整体稳定水闸整体稳定分别对完建期、正常运用期及非常运用期三种工况进行闸室的偏心距、基底应力、基底应力的不均匀系数及沿闸室底面的抗滑稳定系数计算，均满足规范要求。2)、闸室沉降计算经分析，本次不必计算闸室的沉降量。7、闸底板配筋、闸底板配筋经计算，面、底层钢筋均按 25200 配置。8、两岸连接建筑物设计、两岸连接建筑物设计采用扶壁式挡土墙，上游翼墙顶高程 25.00m，底高程 12.00m。下游翼墙顶高程25.00m，底高程 10.5512.00m。上游挡墙高 13.0m，挡墙壁厚 1.0m，墙身垂直，墙身高 12m，墙底板厚 1.0m。下游挡墙高 1314.45m，挡墙壁厚 1.0m，墙身高度1213.45m，底板厚度 1.0 m。翼墙两侧设置 1.01.0m 腋角，两侧悬挑 4m，底板总宽 11m。上游翼墙长 30m，下游翼墙长 36.8m。翼墙采用 C25 钢筋砼浇筑。上游护坡，顶高程为 25.0m，底高程 13.0m，采用坡比为 1:3，40cm 厚浆砌块石护坡。下游护坡，顶高程为 25.0m，底高程 13.0m，采用坡比为 1:3，40cm 厚浆砌块石护坡。9、水闸特性表、水闸特性表H 江水利枢纽工程泄水闸设计说明书5综上所述，水闸特性表如下：水闸特性表水闸特性表工程级别等工程主要建筑物 3 级次要建筑物 4 级建筑物级别临时建筑物 5 级设计洪水P=2%设计依据校核洪水P=0.33%正常水位19.00 灌溉水位19.50 设计流量9540m3/s设计洪水位23.40m校核流量12350m3/s基础资料水文条件校核水位23.80m净宽1035m总宽407.6m闸底板长 20m,厚 1.5m闸室底高程13.0 闸室顶高程25.0 中墩厚 1.6m缝墩厚 20.8m边墩厚 1.6m闸墩顶高程为 25.0工作桥4.5m交通桥7m+12m水闸闸室闸门板钢,净宽 10m,高 7m上游护底厚 60cm,L=10m铺盖厚 60cm,L=20m消力池d=1.45m,L=15m海漫厚 60cm,L=40m主要建筑物上下游连接段防冲槽深 2.5m,底宽 10mH 江水利枢纽工程泄水闸设计说明书6上游翼墙圆弧连接,顶高 25.0m下游翼墙八字型,顶高 25.0m上游护坡底高 13.0m,顶高 25.0m下游护坡底高 13.0m,顶高 25.0mH 江水利枢纽工程泄水闸设计说明书72 2 水文水文2.12.1 流域概况流域概况函江位于我国华东地区。流向自东向西北，全长 375km，流域面积 176 万 km2，是鄱阳湖水系的重要支流，也是长江水系水路运输网的组成部分。该流域气候温和，水量充沛，水面平缓，含砂量小。2.22.2 气象气象本流域属亚热带季风气候区，温暖湿润，四季分明，雨水充沛。洪水期多年平均最大风速为 20.7m/s。2.32.3 洪水洪水经计算，各设计频率洪水流量及相应坝下水位见表 2-1。洪峰流量及相应坝下水位表洪峰流量及相应坝下水位表表 2-1 设计频率（%）0.33220洪峰流量 Q（m3/s）1235095405730坝下水位 H下（m）23.8023.4022.25水位流量关系曲线见表 2-2。水位流量关系水位流量关系表 2-2水位（m）流量（m3/s）水位（m）流量（m3/s）145020320015300214140166502253401712002377001818002413800192480H 江水利枢纽工程泄水闸设计说明书83 3 工程地形、地质工程地形、地质3.13.1 闸址地形闸址地形闸址左岸与一座山头相接，山体顺水流方向长 700 米，垂直水流方向长 2000 米，山顶主峰标高 110 米，靠岸边山顶标高 65 米；山体周围是河漫滩冲击平原，滩面标高 18.520.0 米；沿河两岸筑有防洪大堤，堤顶宽 4 米，堤顶标高 24.5 米；闸址处河宽 700 米，主河槽宽 500 米，深泓区偏右，河床底标高 13.013.0 米，右岸滩地标高 18.5 米。3.23.2 闸址地质闸址地质闸址河床土质，主要由砂砾卵石层组成，表层为中细砂层，层厚 25 米，左厚右薄并逐渐消失；河床中层主要是砂砾卵石层，卵石含量 30%50%，粒径 213 厘米，层厚 1020 米，属于强透水层，渗透系数 K=1.8410-1510-2（cm/s） ，允许坡降 J=0.150.25；河床底层为基岩，埋深标高从左标高 10 米向右标高 15 米以下，其岩性为上古生界二迭长兴阶灰岩及硅质岩。河床土质资料如下：中砂：Dr0.6，E0=310kg/cm2，N63.5=20；砂砾石：Dr0.66，E0=360kg/cm2；3.33.3 当地建筑材料当地建筑材料块石料：在闸址左岸的山头上有符合质量要求的块石料场，其储量 50 万立方米，平均运距 1.0 公里。砂砾料：闸址上、下游均有宽阔的冲积台地，有大量的砂、砾料，可满足混凝土的粗、细骨料之用，运距 35 公里，且水运极为便利。土料：闸址上游约 2 公里有刘家、八圩土料场，储量丰富，符合均质土坝质量要求，还有可作为土坝防渗体的粘性土，其质地良好。3.43.4 地震烈度地震烈度根据中国地震烈度区划图，本地区地震基本烈度为度，不考虑地震设防。H 江水利枢纽工程泄水闸设计说明书94 4 工程布置及建筑物工程布置及建筑物4.14.1 设计依据设计依据4.1.14.1.1 工程等级及建筑物级别工程等级及建筑物级别函江枢纽的主要建筑物有船闸、泄水闸和水电站三部分组成。船闸的通航能力，按照五级航道标准进行设计。水电站总装机为 6600Kw，设计水头为 3.5m，水闸的泄洪能力为 13000m3/s。根据毕业设计任务书，本工程为三等工程，主要建筑物按3级建筑物设计，次要建筑物按4级建筑物设计。根据毕业设计任务书 ，泄水闸的设计洪水标准为 50 年一遇，校核洪水标准为 300 年一遇，最大通航洪水标准为 5 年一遇。4.1.24.1.2 设计基本资料设计基本资料一、水位一、水位正常蓄水位：19.0m灌溉水位：19.5m设计洪水 Q2%=9540m3/s，相应闸下水位 H下=23.4m校核洪水 Q0.33%=9540m3/s，相应闸下水位 H下=23.8m二、计算水位组合二、计算水位组合1、闸孔净宽计算水位设计洪水 Q2%=9540m3/s，相应闸下水位 H下=23.4m；设计水位差H0.25m（H上23.65m） ；校核洪水 Q0.33%=9540m3/s，相应闸下水位 H下=23.8m；计算闸上雍高水位 H上（供墩顶高程用） ；2、消能计算水位闸上水位 H上19.5m；闸下水位 H下14.5m；下泄流量：以闸门开启度 e0.5m、e1.0m 以及全开时的泄量。3、闸室稳定计算水位（关门）H 江水利枢纽工程泄水闸设计说明书10闸上设计水位 H上19.5m，H下14.5m；闸上校核水位 H上20.0m，H下14.5m；三、地震设防烈度三、地震设防烈度本地区地震基本烈度为度，不考虑地震设防。四、安全系数四、安全系数1、安全超高水闸为3级混凝土建筑物，根据水闸设计规范（SL 2652001）安全超高下限值：泄洪时 0.7m(设计洪水位)，0.5m(校核洪水位)；关门时 0.4m(设计洪水位)，0.3m(校核洪水位)。 2、抗滑稳定安全系数 土基上的3级混凝土建筑物，基本组合（设计）为1.25；特殊组合（核校）为1.1。五、其它资料五、其它资料1、单孔净宽：812m； 2、门型结构：平面钢闸门；3、闸门类型：直升门；4、底板与中砂的摩擦系数 f0.4；5、闸孔的允许单宽流量 q30m3/s/m；六、公路桥六、公路桥公路桥载重按汽-20 设计，挂-100 校核，双车道桥面净宽 7.0m，两侧人行道21.0m，总宽 9.0m，采用 T 型结构。梁高 1.0m，梁腹宽 0.2m，梁翼宽 1.60m，用5 根组梁组成，两侧人行道为悬臂式，每米延长重量按 8T/m 计。4.24.2 工程总体布置工程总体布置函江枢纽的主要建筑物有船闸、泄水闸和水电站三部分组成。船闸的通航能力，按照五级航道标准进行设计。水电站总装机为 6600Kw，设计水头为 3.5m，水闸的泄洪能力为 13000m3/s。根据设计任务书提供的地形地质资料，以及功能要求，枢纽总体布置如下：H 江水利枢纽工程泄水闸设计说明书114.2.14.2.1 船闸的布置船闸的布置船闸的通航能力，按照五级航道标准进行设计。船闸布置在函江的左岸，船闸本身由三部分组成：上游引航道、闸室和下游引航道。上游引航道：长度不小于 5 倍设计船队的长度，根据经验五级航道标准的设计船队的长度为 91m，故上游引航道的长度为 455m，设计时取为 500m；上游引航道的底宽度为 35m，两岸采用浆砌石护坡，边坡采用 1：2.5；上游引航道的底高程为15.0m。下游引航道：长度不小于 5 倍设计船队的长度，根据经验五级航道标准的设计船队的长度为 91m，故下游引航道的长度为 455m，设计时取为 600m；下游引航道的底宽度为 35m，两岸采用浆砌石护坡，边坡采用 1：2.5；下游引航道的底高程为11.0m。闸室：闸室的长度为 135m，宽度为 12.0m；闸室的顶高程为 24.0m，底高程为10.50m。上下闸首控制船只的进出。4.2.24.2.2 水电站的布置水电站的布置考虑河床的主槽比较靠近右岸，上下游不容易发生淤积，为最大的可能提高水电站的出力，发挥水电站的效益，将水电站布置在函江的右岸。水电站的厂房的平面尺寸：主厂房的长度为 48.0 米，上下游方向的宽度为36.20 米，主厂房总高度为 32.0 米。水轮机的型号为：GE(F02)-WP-380发电机的型号为：SFG200-70/3960总装机：32200KW设计水头：3.5m最高水头：7.0m最小水头：2.0m最大引用流量 225m3/s。H 江水利枢纽工程泄水闸设计说明书124.2.34.2.3 泄水闸的布置泄水闸的布置泄水闸布置在水电站和船闸之间。泄水闸主要有三部分组成：上游连接段、闸室段和下游连接段。4.34.3 主要建筑物（泄水闸）主要建筑物（泄水闸）4.3.14.3.1 闸孔设计闸孔设计水闸闸孔设计主要是确定闸孔型式、尺寸河设置高程，以保证水闸在设计水位组合情况下有足够的过流能力。一、堰型和堰顶高程确定一、堰型和堰顶高程确定根据设计任务书提供的资料显示，函江流域水面平缓，含砂量少，本水闸的主要功能为挡水灌溉和泄水，故本次设计采用堰流式闸室，堰型采用无槛宽顶堰。这种型式闸室对于泄洪较为有利，它能使闸前漂浮物随着水流下泄，而不会阻塞闸孔而影响泄洪。根据资料提供的地形图，考虑水闸的运行、河道冲刷淤积以及闸孔允许单宽流量和工程造价等因素，本次设计取堰顶高程与河床底高程齐平为 13.0m。二、闸孔净宽计算、泄流能力校核二、闸孔净宽计算、泄流能力校核1 1、水位、水位Q2%9540m3/s，H上23.65m，H下23.40m；Q0.33%12350m3/s，H上待算，H下23.80m；2 2、闸孔净宽计算、闸孔净宽计算闸孔总净宽的确定，主要涉及两个问题：一个是过闸单宽流量的大小；另一个是闸室总宽度与河道总宽度的关系。如果采用的闸孔总净宽过小，使过闸单宽流量过大，将增加闸下游消能布置的困难，甚至影响水闸工程的安全；反之，如果采用的闸孔总净宽过大，使过闸单宽流量过小，工程量加大，造成浪费。根据设计任务要求，闸孔允许单宽流量不大于 30m3/s，初步拟定闸孔总净宽为 0.7倍主河槽宽为 350m，闸孔分成 35 孔，每孔宽 10m，中墩厚 1.6m，缝墩厚 0.8m。水闸底板为无槛宽顶堰，闸孔泄流能力计算公式如下： (水闸设计规范以下简称规范附 A）23002 HgmBQH 江水利枢纽工程泄水闸设计说明书13式中：Q过闸流量（m3/s） ；淹没系数，根据上下游的堰上水深查得；侧收缩系数；m流量系数；B0闸孔总净宽（m） ； H0堰顶以上上游总水头（m） 。堰上总水头 H0H1（上游水头）=23.6513.00=10.65mHs（下游水头）=23.4013.00=10.40m行近流速 V0=Q/A=9540/700(23.6513.00)1.28m/sH0=H1+V2/2g=10.65+1.282/(29.81)=10.73m淹没系数 hs/H0=10.4/10.73=0.969查规范附表 A.0.1-2，得 0.556；流量系数 m按 P/H0=0 查表得 m0.385；侧收缩系数 水闸中墩厚度取为 1.6m，缝墩取 0.8m，根据规范附录 A.0.1-3 公式计算得 =0.860根据以上公式可以试算出闸孔总净宽=9540/(0.5560.8600.3854.42910.733/2)=333m23002 HgmQB一般来说，采用的闸孔总净宽要略大于计算值，本次设计闸孔总净宽取 350m，相应单宽流量为 27.26m3/s/m，小于闸孔允许单宽流量 30 m3/s/m，满足要求。但校核工况下，水闸单宽流量为 35.28m3/s/m，大于闸孔允许单宽流量q=30m3/s/m，若本次设计水闸总净宽以校核工况下通过闸室的单宽流量为控制，水闸规模将偏大，工程量加大，与消能工造价比较而言，会造成浪费。校核工况稍大于H 江水利枢纽工程泄水闸设计说明书14允许单宽流量，可能会出现局部破坏，但只要工程消能防冲设施得当，个人认为是能满足工程安全运行要求。因此，经综合考虑本次设计水闸总净宽取 350m，闸孔总数为 35 孔，单孔净宽为10m。根据规范的要求，中墩厚取 1.6m，缝墩厚取 0.8m。因此水闸总宽度为：B=350+361.6=407.6m3 3、校核工况上游水位、校核工况上游水位根据水闸泄流能力计算公式，可以试算出校核情况下的上游水位。设H0.3m，则 H上23.80+0.324.1m；hs=23.8013.00=10.80m；行近流速 V0=Q/A=12350/700(24.1013.00)1.59m/s；H0=H+V2/2g=(24.113.0)+1.592/(29.81)=11.23m；hs/H0=10.80/11.23=0.9617，查规范附表 A.0.1-2 得 0.600；按 P/H0=0 查表 2.1 得 m0.385；0.860；Q试Bm(2g)0.5H3/2=3500.6000.8600.385(29.81)0.511.233/2=11589m3/s Q0.33%12350m3/s； 假设不符，重新假设试算。经试算，当H0.40m 时，Q试Q0.33%12350m3/s。相应上游洪水位 H上=24.20m。4.3.24.3.2 消能防冲设计消能防冲设计消能防冲设计主要包括消能防冲设备形式的选择、以及各种消能设施尺寸设计和上下游两岸护坡的设计。本工程消能形式采用消力池消能，消力池后布置一定长度的海漫，海漫末端设置柔性防冲槽。一、消力池尺寸拟定一、消力池尺寸拟定1 1、消能水力计算、消能水力计算消能计算水位：H上19.5m，H下14.5m；1）单宽流量计算ae=0.5mH 江水利枢纽工程泄水闸设计说明书15 e/H=0.5/6.5=0.0770.65，为孔口出流。根据上、下游水位可假定为自由出流。根据孔流公式：q=0e(2gH0)1/2其中 0.600.176e/H （水计算手册3-3-6 水利出版社）0.600.1760.5/6.5=0.586；因孔流状态 e 很小，行近流速 V0较小，在计算时可不计入，即 H0H，因此，q=0e(2gH)1/20.5860.5(29.816.5)1/23.31m3/s/m；be1.0me/H=1.0/6.5=0.154ht，说明都发生远离式水跃衔接，故需修建消力池。当 q=6.47m3/s/m 时，(h”-ht)值最大。因此，应按该流量设计消力池。2 2、消力池深度计算、消力池深度计算e1.0m，q6.47m3/s/m，hc=0.60m，hc”=3.48m，ht=2.07m；按近似公式估算池深 d，即d=hc”-ht=1.053.48-2.07=1.58m设 d1.58m，则上游总水头为T0=6.5+1.58=8.08m；由公式=8.08 试算22202cchgqhT求得 hc=0.53m； hc”=(1+8q2/(qhC3)1/21) hC/2 水跃方程 =(1+86.472/(9.810.533)1/21)1.62/2H 江水利枢纽工程泄水闸设计说明书17=3.75m； 消力池的流速系数 =0.95，则池中水流得水面降落 Z 为Z=q21/(ht)21/(ht”)2/2g 水力学教材11-11 =6.472/1/(0.952.07)21/(1.053.48)2/2/9.81 =0.414m 将该值代入公式d=hc”-（ht+Z） 水力学教材11-9=1.053.69-(2.07+0.414)=1.455m与假设数据不符，故需重新试算。经试算，假设 d=1.44m 时,d试=1.434m，两者数据接近，故取消力池深度 d=1.45m。3 3、消力池长度计算、消力池长度计算水跃长度按公式：Lj=6.9（hc” hc）计算 规范B.1.2-2Lj=6.9（3.480.6）=19.87m；消力池长度按公式：LsjLsLj计算 规范B.1.2-1水平长度 Lj0.7519.87=14.9m，取 Lj=15m斜坡段 Ls按 1：4 放坡，取 5.8m。4 4、消力池底板厚度计算、消力池底板厚度计算t=k1(qH0.5)0.5 0.2(6.47(19.5-15.07)0.5)0.50.74m；取消力池底板厚度为 0.8m。二、海漫长度计算二、海漫长度计算Lp= kS (qsH0.5)0.5 规范B.2.1=11.5(5.74(19.5-15.07)0.5)0.5=39.97m；取 Lp=40m；式中 kS=1112；qs6.4750/56.4=5.74m3/s/m；H下=15.07m海漫水平段长 15m，采用 60cm 厚钢筋混凝土浇筑，斜坡段长 25m，1:10 放坡，采用 60cm 厚浆砌块石砌筑。底部垫层分别铺设 350g/m2土工布一层和 20cm 厚碎石层。海漫每 1.5m 设 50 排水孔。三、防冲槽设计三、防冲槽设计H 江水利枢纽工程泄水闸设计说明书181 1、冲刷坑深度计算、冲刷坑深度计算hp=0.164(kq/(d0.5(ht/d)1/6) 水工设计手册25-3-17 =0.164(1.35.74/(0.00050.5(2.07/0.0005)1/6) =13.66m则冲刷坑底高程15.4513.66=1.79mW=Ahd 水闸设计公式 6-32=4（13.02.01.79）36.8m2故取防冲槽顶高程 10.5m，深 2.5m，底宽 10m，上下游边坡取 1:2，单宽体积为37.5m2W36.8m2。冲刷坑采用抛合金钢网石兜抛石处理。4.3.34.3.3 防渗排水设计防渗排水设计一、地下轮廓线设计一、地下轮廓线设计由设计任务书提供资料表明，本工程闸址地基主要由砂砾石层组成，为强透水土质，故必须采取水平与垂直相结合的防渗措施。水平向采用铺盖防渗，垂直向采用防渗板桩防渗。铺盖采用钢筋混凝土结构，长 20m，铺盖与闸底板之间设水平止水。采用钢筋砼板桩，布置在闸底板上游一侧。由于闸址位置不透水层距底板约有16m，为便于施工和降低造价，采用“悬挂式板桩” 。板桩入土深度为 6m，厚20cm。 （根据江苏省大型水闸实践经验，钢筋砼板桩长度多数采用 57m。-水闸设计规范SL265-2001 第 162 页） 。在消力池水平段排水孔，排水孔孔径150，间距1.5m，呈梅花形布置，底部铺设土工布反滤。闸基防渗长度：所需的最小地下轮廓线L=CH=75.5=38.5m（根据地质资料取C=7）实际布置渗径长度：L=(20+62+20+6.8) =58.8m（上游铺盖长20m，闸底板长20m，垂直防渗墙深6m，下游消力池不设排水孔段长6.8m），LL，满足规范要求。二、渗流计算二、渗流计算1、计算水位组合：H 江水利枢纽工程泄水闸设计说明书19设计工况：上游挡水位19.5m，下游相应水位14.5m，H=5.0m。校核工况：上游挡水位20.0m，下游相应水位14.5m，H=5.5m。在上闸地下轮廓线所在的岩土为高渗水的砂砾石，查相关规范规定，允许坡降值为：水平段允许坡降值为 0.150.25出口段允许坡降值为 0.400.50（1）有效深度计算L0=46.8m，S0=7.5m；L0/S0=46.8/7.5=6.245.0 ；计算有效深度=0.546.5=23.25m16m 05 . 0 LTe地基实际透水深度；aT =16m 水工建筑物第225页aecTTT,min（2）简化地下轮廓将地下轮廓划分成7个段，计算简图见下图。19.50（上游设计高挡水位）14.5（下游设计低水位）-16（计算地基相对不透水底板）（3）阻力系数计算 进口段：011.5(S/T)3/2+0.4411.182，T=16m，S=10m； 内部垂直段：022/(ctg(/4)(1-S/T)0.191，T=16m，S=7.5m； 水平段1：03L0.7(S1+S2)/T=0.506,H 江水利枢纽工程泄水闸设计说明书20T=16m，L=20m，S1=7.5m ，S2=1.9m； 内部垂直段2：042/(ctg(/4)(1-S/T)0.027，T=16m，S=1.9m； 水平段2：05L0.7(S1+S2)/T0.754,T=16m，L=20m，S1=1.9m ，S2=1.9m； 内部垂直段3：062/(ctg(/4)(1-S/T)0.037,T=16m，S=1.3m； 水平段3：07L0.7(S1+S2)/T=0.220,T=15.8m，L=6.8m，S1=1.3m ，S2=0m； 出口段：081.5(s/T)3/2+0.4410.451,T=15.8m，S=0.8m； 式中:S-齿墙或板桩的入土深度；T-地基有效深度或实际深度；（4）各分段水头损失计算i3.37, H20.514.5=5.5m；各分段水头损失：hi=(i/i)Hh1=1.1825.5/3.37=1.929m;h2=0.1915.5/3.37=0.312m;h3=0.5065.5/3.37=0.826m;h4=0.0275.5/3.37=0.044m;h5=0.7545.5/3.37=1.231m;h6=0.0375.5/3.37=0.060m;h7=0.2205.5/3.37=0.359m;h8=0.4515.5/3.37=0.736m;计算列表如下：改进阻力系数法渗流计算表分段名 称S(m)S1(m) S2(m)T(m)L(m)ihi(m)1进口段1016.01.1821.9292内部垂直段7.516.00.1910.3123水平段7.51.916.0200.5060.826H 江水利枢纽工程泄水闸设计说明书214内部垂直段1.916.00.0270.0445水平段1.91.916.0200.7541.2316内部垂直段1.316.00.0370.0607水平段1.3015.86.80.2200.3598出口段0.815.80.4510.736=3.368H=5.5m（5）进出口段水头损失修正a. 进口段修正系数11.211/(12(T/T)2+2)(S/T+0.059)1.211/(12(15/16)2+2)(10/16+0.059)1.090，取11.0,无需修正。式中:S-底板（包括齿墙）的埋深与板桩入土深度之和；T-板桩另一侧的地基深度；b. 出口段修正系数21.211/(12(T/T)2+2)(S/T+0.059)1.211/(12(15.8/16)2+2)(0.8/16+0.059)0.5401，2应予修正。出口段水头损失应修正为：h8 （1-2 ） h80.460.736=0.338m;三、地基土的抗渗稳定性验算三、地基土的抗渗稳定性验算水平渗透坡降Jxh5/L5=1.929/20=0.0100，需设加重块 Gj100KN；启门力 FQ= nt(TzdTsd)+ PS+ G+Gj+Ws =1.2(95.00+2.94)+60+1.1128+140+291 =749.3KN；nt-摩阻力安全系数，取 1.2；nG-计算闭门力时的闸门自重修正系数，取 1.1；nG-计算启门力时的闸门自重修正系数，取 1.1；G-闸门自重，为 128KN；Ws-作用在闸门上的水柱压力，KN；Gj-加重块重量，KN；Pt-上托力，KN；PX-下吸力，KN；Tzd-支承摩阻力，KN；Tsd-止水摩阻力，KN；B启闭机选型根据启门力 FQ =679.5KN，闸门高度为 7m，选用启闭机型号为 QPQ-240，主要参数如下：启闭力 240T，启门高度 9m，启门速度 1.34m/min，吊距 3.19m。C选择工作桥主横梁平面尺寸位置 工作桥主梁采用两根 T 形梁，梁高 1.0m，翼板宽 1.2m，工作桥总宽 4.5m，T形梁上布置横向格梁，以布置启闭机平台。七、下游护坡七、下游护坡H 江水利枢纽工程泄水闸设计说明书25下游护坡同上游护坡。4.3.54.3.5 闸室稳定计算闸室稳定计算4.3.5.14.3.5.1 完建工况完建工况水闸内无水，计算恒载情况下基底应力与基底应力不均匀系数。一、自重计算一、自重计算 自重弯矩(KNM)长度宽度(KN)（+）（-）向下游向上游启闭机房160010160000交通桥板23.2911819-5.50-10004检修桥23.260.5909-200闸墩203.211979204.5356400闸墩203.220812800000闸底板23.2201.517400000启闭机80闸门9500.54750合计434787.552115-10004总计42111荷载名称高度 荷载到底板中心距二、基底压力计算二、基底压力计算G=43478kn()；H=0kn()；M=42111knm。压应力 P=G/(BL)+6M/(BL2)Pmin=66.3(kn/m2)，Pmax95.5(kn/m2)；PR =230 kn/m2，满足规范要求。应力不均匀系数 Pmax/Pmin=95.5/66.3=1.44KC=1.25，满足规范要求。四、基底压力计算四、基底压力计算G=49368kn()；H=6322kn()；M=9446knm。压应力 P=G/(BL)+6M/(BL2)Pmin=76.4(kn/m2)，Pmax110.6(kn/m2)；PR =230 kn/m2，满足规范要求。应力不均匀系数 Pmax/Pmin=110.6/76.4=1.45KC=1.25 满足规范要求。四、基底压力计算四、基底压力计算G=50381kn()；H=5742kn()；M=6025knm。压应力 P=G/(BL)+6M/(BL2)Pmin=81.4(kn/m2)，Pmax118.9(kn/m2)；PR =230 kn/m2，满足规范要求。应力不均匀系数 Pmax/Pmin=118.9/81.4=1.462.0，满足规范要求。4.3.64.3.6 闸室底板结构计算闸室底板结构计算底板结构计算以闸门为分界点，分上游段和下游段，本设计只作了上游段的计H 江水利枢纽工程泄水闸设计说明书28算。一、计算荷载一、计算荷载A.底板W1=1523.21.52.5=1305t；B.闸墩G1=1512（1.6+0.8+0.8）25=1440t；C.上部结构G2-1（公路桥）823.5=188.0T；G2-2（工作桥）2.2223.52.4=125.21T；G2=354.21T；D.水重W2=15206.51.0=1950T；E.浮托力U1=1523.52.01.0=705T；F.渗透压力U2=0.5（1.36+2.04）1523.51.0=599.3T；G.地基反力R=9.061523.5=3193T；二、总不平衡剪力二、总不平衡剪力Q=R+U1+U2W1W2G1G2 3193+705+599130519501440354.2 552.2T；三、不平衡剪力分配三、不平衡剪力分配 e1=0.52.813.52+(23.53.5)1.52/3.513.5+(23.53.5)1.5=4.42m； Iy(1/3)23.54.423(23.53.5)(3.7111.5)3+3.59.083 =1383.82m； (Sy)abcd=3.59.089.08/2=144.28m；H 江水利枢纽工程泄水闸设计说明书29 (Iy)abcd=Ay2dA=b9.08-2.92ydy3.5(1/3)y 3 9.08-2.92 =902.43m4; Q墩(Q/ Iy) (Sy)abcdae0.5(Iy)abcd =(552.2/1383.82)(144.28120.5902.43) =519.5 Q板QQ墩552.2(519.5) =32.7四、单宽截条上的计算荷载四、单宽截条上的计算荷载（1）由闸墩传递的集中荷载A.缝墩Q=(0.8/3.5)Q墩137.4T；B.中墩Q=(1.6/3.5)Q墩294.4T；C.闸墩自重及上部结构缝墩 G=374.4+46.4+30.9+13.7=465.4T；中墩 G=561.6+89.6+59.67+13.67=724.54T；P缝墩=(G缝墩Q缝墩)/B=(465.4171.71)/15=19.6T/m；P中墩(G中墩Q中墩)/B=(724.54220.77)/15 33.6T/m；（2）作用于底板的均布荷载q=(WUQ板)/2LB=1950+1305/2(705+599.3)32.7/(23.215)=3.64T/m；五、弹性地基参数五、弹性地基参数 E0E0 及及 00 的确定的确定由于第一层中砂厚度较薄，第二层砂砾石厚度较大，两层土的弹性模量接近，故取砂砾石弹性模量 E0，E0360kg/cm2。砂的泊松比 0一般取 0.3。六、整体式底板的基础梁计算六、整体式底板的基础梁计算H 江水利枢纽工程泄水闸设计说明书30由于本工程的地基基础从高程 10 m 至15m 以下为基岩，H/L=29/11.6=2.54;H-基础以下基岩的埋深；L-基础梁半长；因此，根据水工设计手册第 6 册 P6-59 的说明，基础梁计算可按有限深弹性基础梁计算用表 （张裕怡编，水利出版社，1980 年版）的列数表，直接算出基底反力的分布。现根据水工钢筋混凝土结构设计手册按半无限大弹性基础梁，采用郭氏表计算。混凝土弹性模量（C20）E=2.55107KN/m2；地基土弹性模量 E0=36000KN/m2；1、柔度指标t=10(E0/E)(l/h)3 10(36000/2.55107)(11.6/1.5)3=6.53E0地基土弹性模量，KN/m2；E混凝土弹性模量，KN/m2；l底板半长；h底板厚度；0tVC 因此，无需配箍筋。4.3.74.3.7 两岸连接建筑物设计两岸连接建筑物设计因本工程左右两侧分别布置了船闸和水电站，因此，两岸连接建筑物因与该些建筑物联合布置在一起，成为一个整体。根据本工程闸底板与闸顶高差以及两侧建筑物的运行特点，泄水闸左侧连接物与船闸上下游引航道导墙相结合，直接利用引航道导墙作为本工程左侧翼墙。右侧上下游翼墙采用悬臂式钢筋砼结构挡土墙。上游翼墙顶高程 25.00m，底高程12.00m。下游翼墙顶高程 25.00m，底高程 10.5512.00m。初步拟订上游挡墙高13.0m，挡墙壁厚 1.0m，墙身垂直，墙身高 12m，墙底板厚 1.0m。下游挡墙高1314.45m，挡墙壁厚 1.0m，墙身高度 1213.45m，底板厚度 1.0 m。翼墙两侧设置 1.01.0m 腋角，两侧悬挑 4m，底板总宽 11m。上游翼墙长 30m，下游翼墙长36.8m。翼墙采用 C25 钢筋砼浇筑。翼墙稳定计算及配筋计算采用理正挡土墙计算软件完成。