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1、函江泄水闸设计计算说明书 第一章 基本资料一、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 km2。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。流域梯级开发后，将建成一条长340 km通航千吨级驳船的航道和另一条长50 km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。本工程以航运为主体，兼任泄洪、发电和灌溉。二、水文、气象 1、设计上游水位根据排涝要求及上游特征，取上游特征水位如下：（1）正常水位19.00米2、设计排涝流量当下游水位为
2、23.40米，设计排涝流量为9540m3/s。当下游水位为23.80米，设计排涝流量为12350m3/s。3、气象洪水期多年平均最大风速为：20.7m/s风向：与水闸轴线正交吹程：3km。三、工程地质根据毕业设计任务书提供的工程地质勘察报告，本工程场区地基以砂砾石层为主。表层颗粒较细，向下颗粒逐渐加粗，渗透系数较大。水闸的防渗处理应重点考虑。1、地基岩土性质对水闸有影响的地质层主要有三层，现自上而下进行描述：1层 中砂层其力学指标如下：E0=31MpaN63.5=20Dr=0.62层 砂砾石层其力学指标如下：E0=36MpaDr=0.66四、设计依据1、工程等别和主要建筑物级别及设计标准工程等
3、级：本工程为三等工程，其主要建筑物为3级，泄水闸为该工程的主要建筑物，故也为3级建筑物，次要建筑物为4级。设计标准：根据毕业设计任务书的要求，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。抗震等级：根据1/4000万中国地震烈度区划图（1990），本场区最大地震震级为级，不考虑地震设防。第二章 枢纽总体布置一、 枢纽的建筑物的组成函江枢纽的主要建筑物有船闸、泄水闸和电站三部分组成。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。二、 船闸的布置船闸的通航能力，按照五级航道标
4、准进行设计。船闸布置在函江的左岸，主要是为了照顾水电站的布置。船闸本身由三部分组成：上游引航道、闸室和下游引航道。其具体尺寸如下：1、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91米，故上游引航道的长度为455米，设计时取为500米；上游引航道的底宽度为35米，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15.0米。2、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91米，故下游引航道的长度为455米，设计时取为600米；下游引航道的底宽度为35米，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
5、为11.0米。3、闸室：闸室的长度为135米，宽度为12.0米；闸室的顶高程为24.0米，底高程为10.50米。上下闸首控制船只的进出。三、 水电站的布置船闸布置在函江的右岸，主要是考虑河床的主槽比较靠近右岸，水电站的上下游不容易发生淤积，尽最大的可能提高水电站的出力，发挥水电站的效益。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：3.5米最高水头：7.0米最小水头：2.0米最大引用流量225m3/s。四、泄水闸
6、的布置泄水闸的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。其具体尺寸由后续的计算确定。第三章 孔口尺寸拟定 一、计算情况的选择 计算情况上水位下水位泄流量123.6523.409540224.1723.8012350 二、计算方法及过程闸底板拟采用平底板，闸室段为堰流。闸室段按宽顶堰计算： Qm B H3/2式中 :根据上下游的堰上水深查得 :侧收缩系数暂取为0.95 m=0.385 B=？米 H上水位-闸底板高程根据河床状况，水闸底板尽可能的低，考虑河道的冲刷和淤积、考虑通航的要求，下游引航道的底部高程为11.0米，将水闸底板的顶高程略低于河床，即为12.
7、00米。根据以上公式可以计算出闸孔总净宽（如下表）闸孔总净宽为360米。取36孔，单孔净宽为10.0米，相应的单宽流量为：26.40 m3/s.m，能满足要求。但在校核情况下为34.5m3/s.m，本人认为是满足使用要求的。三、水闸总宽度闸墩的厚度根据规范的要求，最小不得小于1.10米，缝墩应大于0.80米，为统一外观，将所有的中墩厚度取为1.60米，缝墩取为0.80米。因此水闸的总宽度为：B=360+(36+1)1.6-20.8=417.60(m)四、校核情况的上游水位根据水闸的堰流公式可以计算出校核情况下的上游水位（如下表）由上表可见：校核情况下的上游水位为24.17米，也就是校核水位为2
8、4.17米。第三章 水闸的闸室布置 一、上游段上游段直接与河道连接，采用导墙与电站、上游引航道分隔开。宽度根据布置要求确定，河道两岸采用钢筋混凝土护坡。二、水闸的闸基础考虑闸址处的地质条件为砂砾石，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30.0米，故取为二孔一跨，闸底板采用钢筋混凝土平底板，厚度（1/51/8的单孔净跨）初步拟定为150CM。顺水流方向取（1.52.0）H，初步拟定为20.0米。三、闸墩 闸墩采用C20钢筋混凝土，中墩厚度按构造要求拟定为160CM，缝墩厚度按构造要求拟定为80CM，长度与闸底板顺水流方向长度相
9、等为2000CM。四、闸上交通桥闸上交通桥采用C30钢筋混凝土，总宽度为900CM，采用T型结构。闸上交通桥的布置可以有两个布置方案，即布置在上游侧和布置在下游侧，后者交通桥可以免受风浪的影响；前者在上游侧风浪较大时，风浪对交通桥会产生顶托，从而增加交通桥的造价。考虑以上几个因素，闸上交通桥布置在上游侧。闸上交通桥的梁底高程为校核水位+0.50米，即为24.17+0.5=24.67米，故闸上交通桥的梁底高程取为25.00米。按照以上方法可以推求出公路桥面高程为25+1+0.25=26.25米。水闸的闸顶高程的确定：根据资料：（1） 洪水期多年平均风速：20.7m/s（2） 吹程 3km（3）
10、风向：垂直与水闸轴线（4） 上游水深：11.40米（12.17米，校核情况）水闸的闸顶高程为25.65米，桥面高程高于25.65，故交通桥面不会积水，桥梁的高程比较合适。五、闸门 闸门采用平面钢闸门，平面钢闸门的顶高程应该高于灌溉水位，我们取为20.0米，因此平面钢闸门的尺寸为10.08.0米(宽高)，闸门上设侧止水和底止水。工作闸门采用卷扬式启闭机启闭，启闭力后续计算。 检修闸门设二道，位置分设工作闸门的上、下右侧，检修闸门采用钢闸门，用手拉葫芦启闭。检修闸门高度拟定为4.0米，有上下两块迭合而成，平时安放在启闭机室内。 五、启闭机房 由于景观的要求，启闭机房的高度应尽可能的低，通过建筑立面
11、多种方案的比较确定。 六、下游段下游段采用下降式消力池，消力池底板采用C20钢筋混凝土结构，其厚度应进行计算确定；消力池后接C20钢筋混凝土海漫，海漫后采用抛石防冲。 第四章 消能防冲设计一、设计任务1、消能防冲设备形式的选择2、消力池深度和消力池长度的确定3、海漫长度的计算4、防冲槽的设计5、上下游两岸护坡的设计6、消能防冲设备的构造二、消能防冲设备形式的选择1、消能形式采用下降式消力池。2、消力池后布置一定长度的海漫，海漫末端设置柔性防冲槽。三、消能防冲设计条件的选择（一）消能设计条件的选择1、设计情况排涝时上游设计情况，下游为多年平均水位，闸门考虑全开。2、校核情况排涝时上游设计情况，下
12、游为多年平均水位，闸门考虑0.5米、1米开度两种情况。设计条件如下表所列下泄流量计算表（自由出流）下泄流量计算表（孔口出流）表中下泄流量当为自由出流时 Q1.62B H3/2 (M3/s)当为孔口出流时QmeB (2gH)1/2 (M3/s)m=0.6-0.18（e/H)四、下游排水渠水深计算下泄流量所对应的水深计算表 32五、消力池深度的计算假定消力池为矩形断面，二维水流，消力池进口宽度为417.6米，出口宽度为417.6米，计算时均假定消力池进口、出口宽度为417.6米；则计算过程见下表：的水跃计算表（开度0.50米）的水跃计算表（开度1.00米）j=0.95E0=上游水位-2.0+消力池
13、深度+(q/h)2/(2g)DZ=q2/19.61/(0.95ht)2-1/(1.05hc”)2d=1.05hc”-(ht+DZ)函江泄水闸设计计算说明书通过以上计算可以得出消力池深度需要0米，为安全计设计时取消力池深度为500毫米。六、消力池长度的计算消力池长度取为20.00米。七、海漫设计1、海漫长度的计算海漫长度计算按水闸设计规范P44 公式进行计算海漫长度取为40米。2、海漫结构设计海漫前15米采用500毫米厚钢筋混凝土结构，后25米采用浆砌块石。海漫内均应设排水孔，垫层采用400g土工布一层，上铺200毫米厚碎石层。八、防冲槽设计1、冲刷坑深度的计算冲刷坑低于海漫末端4.50-1.2
14、6=3.24（M）2、冲刷坑的防冲措施冲刷坑的防冲措施采用板桩加抛石来处理，每米断面抛石10立方米。九、下游护坡下游护坡同上游护坡。第五章 闸室稳定计算 闸室稳定计算的内容主要有以下四方面： 1、渗透稳定 2、水平抗滑稳定 3、地基的稳定 4、抗倾稳定和抗浮稳定一、渗透稳定计算1、渗透稳定验算 渗透计算采用直线比例法。地下轮廓线从钢筋混凝土铺盖至消力池前端，水平长度有85米。设计情况取为如下两种： 根据以上数据可得，最大的水位差为校核时的情况，具体数字为5.5米。据此可的平均渗透坡降J5.5/85=0.0.065，参照水闸设计规范（SD133-84）C值取为34，则临界地下轮廓线的长度为L=C
15、*H=(34)5.5=（16.522）米85米，防渗长临界地下轮廓线的长度基本满足所布置的地下轮廓线的长度。 在出口处（海漫段）加设反虑层，则渗透稳定应不成问题。2、底板下渗透压力分布计算 底板下渗透压力分布计算方法采用直线比例法，计算时忽略垂直防渗的作用，计算过程如下图 二、水平抗滑稳定计算 (一)、荷载计算 1、自重计算 (见表2) 表2、自重计算表表3、基底压力计算表表4、基底压力分布图2、设计工况的水压力计算 水压力包括水重、上游水平水压力、下游水平水压力、下游风浪压力、扬压力和侧向水压力。计算按下式进行 上游水压力10 H2B/2下游水压力10 H22B/2水平止水以下水平水压力(X
16、3-X4) 112.8=12.8(X3-X4)上游水重107.8H7.75下游水重107.8H24.75扬压力1X412.512.8=160X4（矩形部分）扬压力20.5(X3-X4)12.512.8=80(X3-X4)（三角形部分）水压力计算表 浪压力的计算按SD133-84公式计算H=4.98mhl=1.72mhz=0.37mPls=25.8KpaPl=207.5KN/m稳定分析表水平抗滑稳定计算表基底压力分布图3、校核工况的水压力计算 水压力包括水重、上游水平水压力、下游水平水压力、下游风浪压力、扬压力和侧向水压力。计算按下式进行水压力计算表 稳定分析表水平抗滑稳定计算表基底压力分布图可
17、见水平抗滑稳定满足要求。根据N63.5=20,可以查规范推知R=300Kpa,基底压力满足要求。第五章 闸室底板结构计算一、 不平衡剪力的计算以闸门为界，将水闸闸室分为上下游两段计算不平衡剪力，在分析时分三种计算工况进行。1、 竣工期的不平衡剪力计算2、 竣工期的闸墩集中荷载计算3、 竣工期的闸底板均不荷载计算二、 按照弹性地基梁进行水闸底板结构计算采用郭氏查表进行计算，具体的计算表格见后叶。柔度系数柔度系数计算表均布荷载计算表集中荷载1计算表集中荷载2计算表边荷载计算表所有荷载叠加计算表左半跨弯距图右半跨弯距图三、水闸底板配筋计算M最大值为3201（KN-M）。混凝土为C20，钢筋保护层为70毫米。每米钢筋用量计算表如下：5f25（2级钢筋）(As=2454)，分布钢筋为5f20（2级钢筋）第六章 工程量估算（略）
