河海大学成人教育学院毕业设计题目：函江泄水闸毕业设计作者:高 学号：专业:水利水电工程班级:BH084祝学弟学妹毕业快乐呵呵呵指导教师： 孙学智 刑广彦2010 年 11 月目录、八 、■前 言 31 综合说明 41.1 工程概况 41.2 设计依据 41.3 毕业设计成果（泄水闸） 51.3.1 枢纽总体布置 51.3.2 水闸设计 52 水文 92.1 流域概况 92.2 气象 92.3 洪水 93 工程地形、地质 103.1 闸址地形 103.2 闸址地质 103.3 当地建筑材料 103.4 地震烈度 104 工程布置及建筑物 114.1 设计依据 114.1.1 工程等级及建筑物级别 114.1.2 设计基本资料 114.2 工程总体布置 124.2.1 船闸的布置 134.2.2 水电站的布置 134.2.3 泄水闸的布置 134.3 主要建筑物（泄水闸） 144.3.1 闸孔设计 144.3.2 消能防冲设计 174.3.4 闸室的布置 284.3.6 闸室底板结构计算 434.3.7 两岸连接建筑物设计 47前言对于修建的水闸，闸址的选择十分的重要。
下面关于水闸闸址的选择做一下说明：1. 闸址应根据水闸的功能、特点和运用要求，综合考虑地形、地质、水流、潮汐 泥沙、冻土、冰清、施工、管理、周围环境等因素，经技术经济比较后选定2. 闸址宜选择在地形开阔、岸坡稳定、岩石坚实和地下水水位较低的地点 闸址宜优先选用地质条件良好的天然地基，避免采用人工处理地基3、节制闸或泄洪闸闸址宜选择在河道顺直、河势相对稳定的河段，经技术经济比 较后也可选择在弯曲河段裁弯曲直的新开河道上4、进水闸、分水闸或分洪闸闸址宜选择在河岸基本稳定的顺直河段或弯道顶点稍 微偏下游处，但分洪闸闸址不宜选择在险工堤段和被保护重要城镇的下游堤段5、排水闸（排涝闸）或泄水闸（退水闸）闸址宜选择在地势低洼、出水通畅处， 排水闸（排涝闸）闸址宜选择在靠近主要涝区和容泄区的老堤堤线上6、挡潮闸闸址宜选择在岸线和岸坡稳定的潮汐河口附近宜闸址泓滩冲淤变化较 小，上游河道有足够的蓄水容积的地点7、若在多支流汇合口下游河道上建闸，选定的闸址与汇合口之间宜有一定的距离8、若在平原河网地区交叉河道附近建闸，选定的闸址宜在距离交叉河口较远处9、 若在铁路桥或I、II级公路桥附近建闸，选定的闸址与铁路桥或I、II级公路 桥的距离不宜太近。
10、 选择闸址应考虑材料来源、对外交通、施工导流、场地布置、基坑排水、施工 水电供应等条件11、 选择闸址应考虑水闸建成后工程管理维修和防汛抢险等条件12 选择闸址还应考虑下列要求： 占用土地和拆迁房屋少 尽量利用周围已有公路、航运、动力、通信等公用设施 有利于绿化、净化、美化环境和生态环境保护 有利于开展综合经营1 综合说明1.1 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由于设计时间短、任务重，在毕业设计报告编制过程中，得到了 郭振宇、刑广彦等指导老师的大力支持和帮助，在此谨表示感谢1.2 设计依据1、 函江枢纽毕业设计任务书；2、 《水闸设计规范》(SL265—2001)；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)8、 《水利水电工程专业毕业设计指南》 2008年9、 《水利水电工程毕业设计任务书》河海大学水电学院1・3毕业设计成果（泄水闸）1.3.1 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3X 2200KW站上公路桥设在厂房的上游端1.3.2 水闸设计1、 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13.0m2） 、水闸总宽度闸室总宽度：10 X 35+36 X1.6=407.6m2、 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0.8m2） 、海漫海漫长度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2X 1.0m，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2 X 0.8m，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1X1.0m，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上游翼墙顶标咼为25.0m，下 游翼墙顶标高为 25.0m4、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7.5m5、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10.6m2）、启闭机启闭机型号：QPQ2X3006、 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、 闸底板配筋经计算，面、底层钢筋均按①25@200配置8、 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10.55〜12.00m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13〜14.45m,挡墙壁厚1.0m,墙身高度12〜13.45m， 底板厚度1.0 m翼墙两侧设置1.0X1.0m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、 水闸特性表综上所述，水闸特性表（表 1-1）如下：表 1-1 水闸特性表基 础 资 料设计依据工程级别III等工程建筑物级别主要建筑物3级次要建筑物4级临时建筑物5级设计洪水P=2%校核洪水P=0.33%水文条件正常水位19.00灌溉水位19.50设计流量10000m3/s设计洪水位23.40m校核流量12350m3/s校核水位23.80m水闸闸室净宽10 X 35m总宽407.6m闸底板长 20m,厚 1.5m闸室底咼程13.0闸室顶咼程25.0闸墩中墩厚1.6m缝墩厚2X0.8m边墩厚1.6m顶咼程为25.0工作桥4.5m交通桥7m+1X 2m闸门板钢，净宽10m,高7m上下游 连接段上游护底厚 60cm,L=10m铺盖厚 60cm,L=20m消力池d=1.45m,L=15m海漫厚 60cm,L=40m防冲槽深2.5m,底宽10m上游翼墙圆弧连接，顶咼25.0m下游翼墙八字型，顶高25.0m上游护坡底咼13.0m,顶咼25.0m下游护坡底咼13.0m,顶咼25.0m2 水文2.1 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2.2 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/s2.3 洪水经计算，各设计频率洪水流量及相应坝下水位见表 1-2表 1-2 洪峰流量及相应坝下水位表设计频率（％）0.33220洪峰流量Q （m3/s）1235095405730坝下水位H （m） 下 123.8023.4022.25水位流量关系曲线见表 1-3表 1-3 水位流量关系曲线水位（m）流量（m3/s）水位（m）流量（m3/s）1450203200153002141401665022534017120023770018180024138001924803 工程地形、地质3.1 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 18.5〜20.0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13.0〜13.0米，右岸滩地标高18.5 米。
3.2 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 2〜5 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 2〜13 厘米， 层厚10〜20米，属于强透水层，渗透系数K=1.84X10-1〜5X10-2 (cm/s),允许坡降 J=0.15〜0.25；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：D =0.6，E=310kg/cm2，N =20；r 0 63.5砂砾石： D =0.66， E =360kg/cm2；r03.3 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3〜5 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3.4 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W度，不考虑地震设防4 工程布置及建筑物4.1 设计依据4.1.1 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4.1.2 设计基本资料一、 水位正常蓄水位：19.0m灌溉水位： 19.5m设计洪水Q =9540m3/s，相应闸下水位H =23.4m2% 下校核洪水Q =9540m3/s，相应闸下水位H =23.8m0.33% 下二、 计算水位组合1、 闸孔净宽计算水位设计洪水Q =9540m3/s，相应闸下水位H =23.4m；2% 下设计水位差△ H=0.25m（H =23.65m）；上校核洪水Q =9540m3/s，相应闸下水位H =23.8m；0.33% 下计算闸上雍高水位H （供墩顶高程用）；上2、 消能计算水位闸上水位H = 19.5m；上闸下水位H = 14.5m；下下泄流量：以闸门开启度e = 0.5m、e = 1.0m以及全开时的泄量。
3、 闸室稳定计算水位（关门）闸上设计水位H = 19.5m, H = 14.5m；上下闸上校核水位H =20.0m, H = 14.5m；上下三、 地震设防烈度本地区地震基本烈度为切度，不考虑地震设防四、 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 265—2001）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1、 单孔净宽：8〜12m；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f = 0.4；5、 闸孔的允许单宽流量q = 30m3/s/m；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2 X 1.0m， 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4.2 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：4.2.1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。
4.2.2 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：3X2200KW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/s4.2.3 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4.3主要建筑物（泄水闸）4.3.1 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1、 水位Q =9540m3/s, H =23.65m, H =23.40m；2% 上 下Q =12350m3/s, H =24.10, H =23.80m；0.33% 上 下2、 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（计算示意图图 1-1）如下：图 1-13Q二B皿m 2gH2 （《水闸设计规范》以下简称《规范》附A）0^0式中：Q 过闸流量（m3/s）；O ――淹没系数，根据上下游的堰上水深查得；£——侧收缩系数；单孔闸时(A.0.1-2)(A.0.1-3)(A.0.1-4)A.0.15-A)£ =1-0.171*（ 1- b/b ） *（ b/b ） 1/40 s 0 s多孔闸，闸墩墩头为圆弧形时£ = £ * （ N-1 ） * £zb£ =1-0.171*〔1-b / （b +d ）〕*〔b / （b +d ）〕1/4z 0 0 z 0 0 z£ =1-0.171*〔1-b / （b +d /2+b ）〕*〔b / （ b +d /2+b ）〕1/4z 0 0 z b 0 0 z bm 流量系数；B 闸孔总净宽（m）；0H ――堰顶以上上游总水头（m）。
0b 闸孑L净宽（m）0b 上游河道一半水深处的宽度（m）sN――闸孔数£ ――中间孔侧收缩系数zd 中间墩厚度（m）z£ ――边闸孔侧收缩系数bb 边闸墩顺水流向边缘线至上游河道水边线之间的距离（m）b① 堰上总水头 H0H （上游水头） =23.65－13.00=10.65m1H （下游水头） =23.40－13.00=10.40ms行近流速 V 二Q/A=9540/[700 X （23.65 —13.00）] = 1.28m/s0H=H+V2/2g=10.65+1.282/（2X9.81）=10.73m01② 淹没系数Oh/H=10.4/10.73=0.969s0查《规范》附表A.0.1-2,得 O =0.556；③ 流量系数m按 P/H =0 查表得 m=0.385； 0④ 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B = Q =9540/(0.556 X 0.860 X 0.385 X 4.429 X 10.73"2)=332.9m0 3C£ m 2gH 2一般来说，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 ms/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孑L,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+36 X 1.6=407.6m3、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厶H=0.3m，则 H =23.80+0.3 = 24.1m；上h=23.80－13.00=10.80m；s行近流速 V =Q/A=12350/ [700X (24.10 —13.00)] = 1.59m/s；0H=H+V2/2g=(24.1—13.0)+1.592/(2X9.81)=11.23m；0h/H =10.80/11.23=0.9617，查《规范》附表 A.0.1-2 得o =0.600； s0按 P/H=0 查表 2.1 得 m=0.385；0£ = 0.860；Q =Bo £ m(2g) 0.5 • H3/2 试=350X0.600X0.860X0.385X(2X9.81)0.5X11.233/2=11589m3/s< Q =12350m3/s；0.33%假设不符，重新假设试算。
经试算，当△ H=0.40m 时，Q ~Q =12350m3/s试 0.33%相应上游洪水位 H =24.20m上4.3.2 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1、消能水力计算消能计算水位：H =19.5m, H =14.5m；上下1)单宽流量计算a．e=0.5me/H=0.5/6.5=0.077<0.65，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=p e(2gH)i/200其中》=0.60 —0.176e/H (《水计算手册》3-3-6水利出版社)= 0.60 — 0.176X0.5/6.5=0.586；因孔流状态e很小，行近流速V较小，在计算时可不计入，即H ~H,因此，q=p00e(2gH)1/2=0.586X0.5X(2X9.81X6.5)1/20=3.31m3/s/m；b．e=1.0me/H=1.0/6.5=0.154<0.65，为孔口出流根据上、下游水位可假定为自由出流u =0.60 —0.176e/H0=0.60—0.176X1.0/6.5=0.573；q=u e(2gH)1/20=0.573X1.0X(2X9.81X6.5)1/2=6.47m3/s/m；c.闸门全开出流情况属堰流。
q = O • £ • m • (2g) 0.5 • H3/2= 1.0X0.86X0.385X (2X9.81)1/2X6.53/2= 24.30m3/s/m；2)判别下游水流衔接形式 经计算当水闸闸孔全开时，闸后将发生淹没式水跃，无需建消力池；从运行角度 来讲，泄水时只开启 1 孔闸门也是不符实际的经分析比较，结合水闸运行特点，本次 设计考虑水闸 1/7 闸孔开启作为本次设计工况由上述计算结果，判别水闸开启1/7闸孔(开5扇闸门)时下游水流衔接形式 当 e=0.5m 时=3： — = (3.312/9.81)(i/3)=1.04m3 g用试算法计算收缩水深he,试算公式如下:T二h + q2 =6.5 《水力学教材》11-30 c 2 g 申 2 h 2c经试算 he=0.30m将该值代入水跃方程可得7 h / f 8q2 h" — c (1 + — 1) =2.58mc 2 gh 3c查 H 〜Q 曲线，H = 16.9m, h =3.9m；下 下 t同理，可算出当q=6.47、24.30m3/s/m时,相应的he"、h，计算结果列入下表:k表 1-4计算工况qhkhehe"hthe" -ht(m3/s.m)(m)(m)(m)(m)(m)e=0.5m3.311.040.302.581.51.08e=1.0m6.471.620.603.482.071.41闸门全开24.33.922.895.1841.18从表中可以看出，当上游水位为19.50m、水闸开启1/7孔时，闸门开度e=0.5m1.0m以及全开时，he” >ht,说明都发生远离式水跃衔接，故需修建消力池。
当q=6.47 m3/s/m时，(h" -ht)值最大因此，应按该流量设计消力池2、消力池深度计算e=1.0m, q = 6.47m3/s/m, hc=0.60m, hc"=3.48m, h =2.07m； t按近似公式估算池深d,即d=o hc ” -ht=1.05 X 3.48-2.07=1.58m设d= 1.58m,则上游总水头为T ‘=6.5+1.58=8.08m；0由公式T'二h + q =8.08试算0 c 2 g 申 2 h 2c求得 h=0.53m；ch ” =((1+8a q2/(qh 3))1/2—1) h /2 水跃方程c C C=((1+8X6.472/(9.81X0.533))1/2－1)X1.62/2=3.75m；消力池的流速系数屮'=0.95，则池中水流得水面降落△ Z为△ Z=q2[1/(屮’ht)2—1/(o h「)2]/2g 《水力学教材》11-11=6.472/[1/(0.95X2.07)2—1/(1.05X3.48)2]/2/9.81 =0.414m将该值代入公式d=a he” - (ht+△ Z) 《水力学教材》11-9=1.05X3.69-(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 =1.434m，两者数据接近,试故取消力池深度 d=1.45m3、消力池长度计算水跃长度按公式：L=6.9 (h ”一 h )计算 《规范》B.1.2-2j c cL=6.9X(3.48－0.6) =19.87m； j消力池长度按公式：L =L +0 L计算 《规范》B.1.2-1sj s jL 消力池长度(m)sjL ――消力池斜坡段水平投影长度(m)s0 ——水跃长度校正系数，可采用0.7〜0.8L ——水跃长度( m)j水平长度0 L =0.75X19.87=14.9m，取 L =15m jj斜坡段 L 按 1：4 放坡，取 5.8m s4、消力池底板厚度计算t=k (qA H o.5)0.51= 0.2X (6.47X (19.5—15.O7)o.5)o.5 = O.74m；取消力池底板厚度为 0.8m二、海漫长度计算当(q A H'o.5)o.5=1〜9,且消能扩散良好时，海漫长度可按下式(B.2.1)计算 sLp= k (qsA H / o.5)o.5 《规范》B.2.1S=11.5X (5.74X (19.5—15.07)0.5)0.5=39.97m；取 Lp=40m；式中 k=11〜12； q =6.47X 50/56.4=5.74m3/s/m； H =15.07mS s 下式中Lp——海漫长度(m)q ——消力池末端单宽流量( m2/s ) sk ——海漫长度计算系数，可由下表(表 1—5)查得s河床土质粉砂、细砂中砂、粗砂、粉质壤土粉质粘土坚硬粘土ks14 〜1312 〜1110〜98〜7紬力::丄海漫水平段长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①50排水孔(如下图1-2)1训石■.iL_ W图 1-2 消能防冲布置图三、 防冲槽设计1、冲刷坑深度计算hp=0.164(kq/(d0.5(h /d)1/6)) 《水工设计手册》25-3-17t=O.164(1.3X5.74/(O.OOO5o.5(2.O7/O.OOO5)i/6))=13.66m则冲刷坑底高程=15.45—13.66=1.79mW=Ah 《水闸设计》公式 6-32d=4X(13.0-2.0-1.79)= 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37.5m2>W=36.8m2冲刷坑采用抛合金钢网石兜抛石处理四、 跌坎的设计跌坎的计算示意图如下图(1-3),选定的跌坎高度应该符合公式(B.4.1-1 )〜(B.4.1-3)P20.186 *(h2.75/h 1.75)k dcP<(2.24*hk-hds)/(1.48hk/pk-0.84)(B.4.1-1)(B.4.1-1)河海大学成教学院毕业设计第22页共48页P>(2.24*hk-hds)/(1.81hk/ pk pd-1.16)式中P 跌坎咼度(m)(B.4.1-3)h ——跌坎上的临界水深（m）kh ——跌坎上的收缩水深（m）dcpk――跌坎后的河床水深（m）pk——闸坎顶面与下游河底的高差（m）B.4.2 选定的跌坎坎顶仰角0宜在0度〜10度范围内。
B.4.3 选定的跌坎反弧半径R不宜小于跌坎上收缩水深的2.5倍B.4.4 选定的跌坎L不宜小于跌坎上收缩水深的1.5倍4.3.3 防渗排水设计 防渗排水设施的布置，又称地下轮廓线的布置，是围绕如何减少闸室底板扬压力， 提高闸室抗滑稳定性，防止闸基土壤发生渗透变形开展的根据本例设计要求和地基土 壤特性，选用的防渗排水布置为（自闸室上游开始）：混凝土铺盖、板桩、闸室底板、 排水孔 （见下图 1-4）图一 防渗排水布置图1-砼铺盖 2-板桩 3-底板 4-排水孔一、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5〜7m°---《水闸设计规范》L265-2001 第 162 页）在消力池水平段排水孔，排水孔孔径①150,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]=CA H=7X5.5=38.5m （根据地质资料取 C=7）实际布置渗径长度：L=（20+6X2+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）, L>[L]，满足规范要求二、渗流计算1、计算水位组合：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[0.15〜0.25]出口段允许坡降值为[0.4 0〜0.50]（1） 有效深度计算L=46.8m， S=7.5m； 00L/S=46.8/7.5=6.24>5.0 ；计算有效深度T 二 0.5L =0.5X46.5=23.25m>16m0 0 e 0T ——地基实际透水深度；aT二min{r ,T } =16m ——《水工建筑物》第225页c e a（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1-5） • 16(计算地基相对不透水底板) 图1-5(3) 阻力系数计算① 进、出口段：g =1.5(S/T)3/2+0.441 = 1.182,(见图 1-6)0T=16m, S=10m；式中 g ——进、出口段的阻力系数0S 板桩或齿墙的入土深度(m)T——地基透水深度(m)② 内部垂直段：g =2/n [ln(ctg((n /4)(1-S/T)))] =0.191,(见图 1-7)yT=16m, S=7.5m；式中 g ——内部垂直段的阻力系数y图 1-7图 1-6③ 水平段 1： g =[L — 0.7(S+S)]/T=0.506,(见图 1-8)x x 1 2T=16m，L=20m，S =7.5m ，S =1.9m；12式中 g ——水平段的阻力系数xL ——水平段长度( m)xS 、 S ——进、出口板桩或齿墙的入土深度( m ) 12X图 1-8④ 内部垂直段2： g =2/n [ln(ctg((n /4)(1-S/T)))] =0.027,yT=16m，S=1.9m；⑤ 水平段2： g =[L—0.7(S+S)]/T=0.754,x 1 2T=16m，L=20m，S =1.9m ，S =1.9m；12⑥ 内部垂直段3： g =2/n [ln(ctg((n /4)(1-S/T)))] =0.037,yT=16m，S=1.3m；⑦ 水平段3： g =[L—0.7(S+S)]/T=0.220,x 1 2T=15.8m，L=6.8m，S =1.3m ，S =0m；12⑧ 出口段： g =1.5(S/T)3/2+0.441=0.451,0T=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刀g =3.37, △H=20.5 —14.5=5.5m； i各分段水头损失：hi=(g /Eg )^Hiih=1.182X5.5/3.37=1.929m;1h=0.191X5.5/3.37=0.312m;2h =0.506X5.5/3.37=0.826m;3h=0.027X5.5/3.37=0.044m;4h=0.754X5.5/3.37=1.231m;5h=0.037X5.5/3.37=0.060m;6h =0.220X5.5/3.37=0.359m;7h =0.451 X5.5/3.37=0.736m;8计算列表如下表1-6改进阻力系数法渗流计算表分段名称S(m)S/m)S2（m）T(m)L(m)g ih (m)1进口段1016.01.1821.9292内部垂直段7.516.00.1910.3123水平段7.51.916.0200.5060.8264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0.815.80.4510.736Eg =3.368△H=5.5m(5)进出口段水头损失修正a. 进口段修正系数p ' =1.21 —l/[(12(T‘/T)2+2)(S'/T+0.059)] 1=1.21—1/[(12(15/16)2+2)(10/16+0.059)]= 1.09>0，取p ]‘ = 1.0,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P ' =1.21 —1/[(12(T' /T)2+2)(S ‘/T+0.059)]2=1.21—1/[(12(15.8/16)2+2)(0.8/16+0.059)]=0.540<1, p '应予修正2出口段水头损失应修正为：h ' = (1-p ' )X h =0.46X0.736=0.338m;8 2 8修正后水头的减小值,可按下列公式计算：▽H=(1-p ')h0式中――修正后水头损失的减小值(m)出口段渗透压力分布图形可按下列方法进行修正(如图1-9)图中的QP'为原有水力坡降线，然后计算处和U值，分别定出P点和O点，连接QPO，即为修正后的水力坡降Z线图1-9三、地基土的抗渗稳定性验算水平渗透坡降J =h /L =1.929/20x 5 5=0.010＜水平段允许坡降值［0.15〜0.25］；出口渗透坡降J =h ‘/S =0.338/0.8出88=0.42属出口段允许坡降值 ［0.40〜0.50］区间；因此，地基土抗渗稳定满足规范要求4.3.4 闸室的布置水闸闸室的布置应该水闸挡水、泄水条件和运行要求，结合考虑地形、地质等因素， 做到结构安全可靠、布置紧凑合理、施工方便、运用灵活、经济美观。
闸室结构可根据 泄流特点和运行情况，选用开唱式、胸墙式、涵洞式或双层式等结构型式整个闸室结 构的重心应尽可能与闸室底板中心相接近，且偏高水位一侧水闸闸顶高程应根据挡水和泄水两种运用情况确定挡水时，闸顶高程不应低于水 闸正常蓄水位（或最高挡水位）加波浪计算高度与安全超高值之和；泄水时，闸顶高程 不应低于设计洪水位（或校核洪水位）与相应安全超高值之和水闸安全超高下限值见 （表 1-7）水闸安全超高下限值（m）表 1-7运用情注一7^水」闸级别1234、5挡水时正常畜水位0.70.50.40.3最高挡水位0.50.40.30.2泄水时设计洪水位1.51.00.70.5校核洪水位1.00.70.50.4位于防洪堤上的水闸，其闸顶高程不得低于防洪堤堤顶高程闸顶高程的确定，还需考虑下列因素：① 、软弱地基上闸基沉降的影响；② 、多泥沙河流上、下游河道变化引起水位升高或降低的影响;③ 、防洪堤上水闸两侧堤顶可能加高的影响闸室由底板、闸墩、工作桥、交通桥和闸门等部分组成1、底板闸室底板型式应根据地基、泄流等条件选用平底板、低堰底板或折线底板⑴、一般情况下，闸室底板宜采用平底板；在松软地基上且荷载较大时，也可采用箱式平底板。
⑵、当需要限制单宽流量而闸底建基高程不能抬高，或因地基表层松软需要降低闸底建基高程，或在多泥沙河流上有拦沙要求时，可采用低堰式底板⑶、在坚实或中等坚实地基上，当闸室高度不大，但上、下游河渠底差较大时，可 采用折线底板，其后部可作为消力池的一部分按底板与闸墩连接方式的不同，底板有整体式和分离式两种(如下图 1-10)；按底 板机构型划分，底板又有平板式、低堰式、折线式和反拱式之分本水闸悬着应用较广 的平底式a) 整体式■X(b) 分离式图 1-10 闸室底板与闸墩的连接方式上游段直接与河道连接，用导墙将电站和船闸分隔开宽度根据平面布置确定，顶高程为25.0m，底高程13.0m，采用坡比为1:3, 40cm厚浆砌块石护坡二、闸室长度及型式闸底板长度确定：顺水流方向取(1.5〜2.0) H,考虑公路桥、工作桥以及检修便河海大学成教学院毕业设计第30页共48页桥等布置需要，初步拟定为 20.0m因水闸基础为砂砾石，地基承载力较高，故闸基础选用整体式平底板，根据《水闸 设计规范》，必须进行分缝，分缝的间距根据规范要求，不宜大于30.0m，故取为二孔 一跨，闸底板采用钢筋混凝土平底板，厚度（1/5〜1/8的单孔净跨）初步拟定为150cm。
三、闸墩闸墩的作用主要是分隔闸门，同时作为上部结构的支撑，传递上部荷载至底板地基 闸墩的长度取决于上部结构的布置和闸门形式本次设计闸墩采用C20钢筋混凝土，上 游端采用圆形，中墩厚1.60m，缝墩厚0.80m,长度与闸底板长度相同为20.0m同时 采用阶梯形式有底板向上部结构过渡，以减少工程量检修闸门槽和工作闸门之间保持 2m净宽，便于检修人员进出和工作检修门槽深20cm，宽30cm；工作门槽深30cm，宽 60cm闸墩上下游端部均采用半圆形墩头，以便设置沉陷缝和施工缝闸墩的高度在迎水面为最高水位+超高，即泄水时，应高于设计或校核水位加安全 超高；关门时，应高于设计或校核水位加波浪计算高度和超高对应泄洪和关门的超高 值（见下表 1-8）闸墩下游部分的高度在满足交通桥和工作桥高度的情况下，可比上 游适当降低，表1 -8 闸墩安全超高下限值（m）运用条件泄洪时关门时水闸级别123123设计洪水位1.51.00.70.70.50.4校核洪水位1.00.70.50.50.40.3闸墩厚度必须满足稳定和强度要求，本次设计的闸墩厚度受控于闸门槽最小厚度为50cm，边墩厚1.0m，不分缝中墩厚1.2m，分缝中墩厚1.6m,中间缝宽2cm.闸墩顶高程=校核洪水位24.20m+安全超高0.50m=24.70m，取25.0m。
四、胸墙 当挡水水位较高时，为了减少闸门高度，节省投入，可增设用以挡水的胸墙，胸墙 高度与岸墩顶部高度相同（见下图1-11），底部高程应不影响水闸过流能力胸墙常坐 做成钢筋混凝土结构，厚度一般大于 10cm闸墩图 1-11 胸墙位置示意图五、 闸上交通桥 交通桥位置应根据闸室稳定及两岸公路连接情况确定，通常布置在闸室下游侧交通桥的尺寸和载重等级应结合交通发展的现状和未来情况综合考虑，桥面净宽单车道一 般取4.5m，双车道一般取7.0m根据本次设计任务书，公路桥位于闸室最上游侧，公 路桥采用C30钢筋混凝土，总宽度为9.00m，采用T型结构，梁高1.0m，梁底高程同闸 敦顶高程为 25.00m公路桥面高程为25+1+0.25 （桥面铺装层厚）=26.25m工作桥面高程=校核洪水位+闸门高度+吊点+安全超高+梁高= 24.20m+7.0m+0.3m+0.5m+1.0m= 33.0m检修便桥位于闸室下游侧，高程25.0m，宽1.5m。