东明水利枢纽工程设计拦河闸设计毕业设计说明书.doc

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1、目 录标题-6 设计总说明 -7 第1章 基本资料-8 1.1 工程概况 -81.3 工程地质及水文地质-81.4 水文资料-91.4.1 渠首处河道水位流量关系 -91.4.2 泥沙资料-91.4.3 气象资料-91.5 设计补充资料 -10第2章 选线、选型、枢纽布置-112.1 闸坝的选择 -11 2.2 枢纽布置形式-112.3 拦河建筑物形式（即采用拦河闸还是壅水坝）-122.4 枢纽防沙设计-12第3章 水闸的水力计算-133.1 闸孔设计 -133.2 闸孔型式 -133.3 闸底板高程的确定-133.4闸孔尺寸的确定 -13 3.4.1 闸孔净宽计算 -133.4.2 孔数几，

2、单孔净宽b及闸孔总宽B -143.5 闸孔高度-153.5.1 闸顶高程-153.5.2 闸门顶高程-15第4章 消能计算-164.1 过闸水流特点-16.4.2 消能防冲设计说明 -164.2.1 消能采用的方式-164.2.2 消能设计的内容 -164.2.3闸门的运用方式-174.2.4 闸门开启操作规程 -18.池深设计 -184.3.1 池深设计条件-184.3.2 求Q控 -184.3.3 求池深d -204.3.4确定池长LK -204.4 确定底板厚度-214.5 海漫长L漫的确定 -214.6 防冲槽设计-224.7 消力池构造-234.7.1 配筋 -234.7.2 分缝止

3、水 -23第5章防渗排水设计 -245.1 设计说明 -245.2 水闸地下轮廓线的型式和尺寸的设计 -245.3 渗透计算-255.3.1 地下轮廓线的简化 -255.3.2 确定控制层的计算深度T计-265.3.3 分区并计算各区的阻力系数i -265.3.4 求每一区的水头损失hi -275.4.5 求渗压水头Hi-275.4.6 求渗压水头Hi分布图-275.4.7 求逸出坡降J出 -28第6章闸室结构设计 -296.1 底板 -296.2闸墩-306.3 闸门 -316.4 工作桥 -326.5 检修桥 -336.6 交通桥 -336.7 启闭机 -34第7章闸室稳定及基底应力计算-

4、357.1 设计说明 -367.1.1 计算的任务 -367.1.2 计算单元 -367.1.3 计算工况 -367.1.4 采用的公式 -367.1.5 控制标准 -377.2 荷载计算 -377.2.1 结构自重 -377.2.2 水载 -387.2.3 扬压力 -387.2.4 水压力 -387.2.5 地震荷载 -387.3 完建期闸室抗滑稳定及地基承载验算 -397.3.1.由上节计算的荷载简化结果 -397.3.2 地基承载力验算-407.4 正常挡水时闸室抗滑稳定及地基承载力验算-407.4.1正常挡水时的荷载简化表 -407.4.2 地基承载力验算-417.5正常挡水+地震时验

5、算抗滑稳定及地基承载力-417.5.1简化结果列表 -417.5.2 地基承载力验算-42第8章 两岸连接建筑物-438.1 闸室与上下游连接-438.1.1 水闸上下游翼墙的平面布置形式-438.1.2 岸翼墙结构形式-438.1.3构造- 448.2 与两岸的连接- 448.3 竖向连接 -448.4 下游翼墙完建期稳定计算 -458.4.1 设计说明 -458.4.2 完建期稳定计算 -46谢 辞-49参考文献-50附 录-51东明水利枢纽工程设计拦河闸设计设计总说明本枢纽位于清河东明市附近河段,以清河明山水库为水源,除工业.城市及电站用水外,由该库至东明市区见的水量供给灌溉用水7.07

6、亿立方米。渠首工程主要任务是保证大明.东光两灌溉区全部净灌溉88.3万亩,其中大明灌区48.8万亩,东光灌区39.5万亩。本枢纽总体布置包括四部分：进水闸、冲沙槽、拦河闸、冲沙闸。总设计分三组进行，本组为拦河闸设计。设计分为七部分：第一部分，选线、选型枢纽布置，闸址选在漠家堡，为有坝引水式拦河闸；第二部分，闸孔设计；第三部分， 消能防冲设计；第四部分，防渗排水设计；第五部分，闸室结构布置；第六部分，闸室稳定、基底应力；第七部分，两岸及上下游连接建筑物设计。关键词：拦河闸、 有坝引水式、 消能计算 、闸室稳定、基底应力验算第1章 基本资料1.1 工程概况本枢纽位于清河东明市附近河段,以清河明山水

7、库为水源,除工业.城市及电站用水外,由该库至东明市区见的水量供给灌溉用水7.07亿立方米。渠首工程主要任务是保证大明.东光两灌溉区全部净灌溉88.3万亩,其中大明灌区48.8万亩,东光灌区39.5万亩。1.2 地形资料清河在东陵以上为山谷河道,距离主要灌区大明.东光较远。西苏堡以下因河道弯曲，水位低，控制面积过小不宜布置娶首，故灌区渠首须在东陵和西苏堡之间选择。该河段长约19.0km，河道纵坡在1：14001：2100之间，东陵至浑河堡为1：1400，浑河堡至水清公路桥为1：2000，公路至西苏堡为1：2100。东陵以上河槽宽浅，河道絮乱，切多河叉，东陵以下至曹仲屯河道逐渐归整，一般主河道约为

8、400m，曹仲屯至西苏堡河宽250300m，沿河两岸有广阔滩地，宽约12km。除局部地区有沙滩外多为耕地。清河自东陵至水清公路河段右岸为东明市防洪大堤，全长27.7km，左岸在曹仲屯至前漠家堡段有堤防2.9km，以下中点给出李官堡和漠家堡附近河道情况。李官堡附近河道情况，河道顺直长为1.5km，因有东清铁路控制，河道比较稳定，河槽宽400420m，河底高程34.2m，深槽靠近左岸，右岸为河滩地，两岸滩地高程为38.038.5m，右岸距堤防160m，左岸无堤，河床比降1：2000，洪水比降1：2500。 漠家堡附近河道情况：此段河道规整，顺直段长2.5km，河槽宽270300m，深槽靠近右岸，河

9、底高程最深处31.3m，一般为32m。河岸较陡，高约4米，两岸滩地高程35.036.0m，多为耕地。左岸堤防距河槽1200m，堤高2.5m，堤顶宽4.5m，迎水坡1：2.5，被水坡1：3.0。右岸滩地内有音乐低洼沟一条，蜿蜒下伸达后漠家堡村北，长约3km，河道自1991年以来尚无变动，自修永清公路路基后情况更为稳定。 按防洪总体规划要求，闸址右岸大堤顶高程为百年一遇洪水加超高1.5m，即39.24m。为便于堤防维护，保证100年一遇洪水1000年一遇洪水威胁下东明市区安全，希望两岸堤高不小于4m。1.3 工程地质及水文地质 在推荐渠首处，河段顺直，河床宽270m左右，河床部分均为铄质粗砂，在深

10、度30m内由上到下可概分为： 铄沙含卵石,厚4.711.9m； 铄质粗砂和铄石及土,厚618m；以下为粗砂含土： 河床两岸滩地表层为散粉砂及中覆盖，厚2.44.5m，其下仍为铄质粗砂。地下水埋深分布随地形变化，一般在2.5m左右，风积沙丘较深，大于3.5m，洼地较浅.约1.5m，因土质透水性较强，地下水位变化受河道水位影响，丰水期河水补给地下水，水位较高；枯水期、平水季节底下水补给河水。1.4 水文资料1.4.1 渠首处河道水位流量关系（见表01）表01洪水频率(%)流量(立方米/s)上游水位(m)下游水位(m)0.15000.038.3537.8714020.037.7437.3853320

11、.037.2636.98102800.036.8436.63252015.036.1035.9875400.033.933.7585287.033.5633.541.4.2 泥沙资料 根据现有泥沙资料估算,灌溉保证率为75%时推移质泥沙(dcp=10mm)来量为16.735万立方/年，洪水期推移质（dcp=5.0mm,dmax=610mm）来量为：w1%=85.5万立方米,w2%=172.7万立方米,设计中必须考虑冲沙问题1.4.3 气象资料 推荐渠首东明气象站较近,该站观测项目较完整,降雨,风速,地温气温均可采用其资料。1) 年平均降雨量729mm，大部集中在7.8月份，占全年雨量的48.8

12、%。水稻生长期在59月上旬，降雨量552.5mm占全年雨量75.7%，平均月雨量最大者为7.8两个月，均在160mm以上，最小者为12.1.1月，不足10mm。2) 风速:年平均风速4.1m/s，各月份平均风速一35月为大，极端最大风速发生在农历一九五四年三月二十，达29.7m/s，汛期最大风速21.0m/s，多年平均最大风速8.4m/s。3）气温：分句19051995年资料统计，年平均气温7.5度，7月份最高，月平均气温24.8度，1月份最低，月平均气温-12.8度，月平均气温最高为7月，达32.3度；月平均最堆气温为1月，打-18.6度。4）冻层深度1.5m。1.5 设计补充资料1）闸下游

13、引水干渠底部高程33.1m，边坡1：1.75，干渠底宽26.0m纵坡1：3500。2）大引水流量78.0立方米/m，闸下相应水位35.8m两岸引水量相同， 引水条件相似。3）河闸上交通桥按二级公路桥设计，桥面宽按双车道考虑，净宽7.0m，总宽9.0m。4）枢纽为二等工程，枢纽中主要建筑物为2级，次要建筑物为3级，临时建筑物为4级。设计洪水标准为100年1遇。地震设计烈度按7度考虑。拦河闸闸址下游河道流水量水位关系可按表01绘制。第2章 选线、选型、枢纽布置2.1 闸坝的选择水闸闸址选择时，应综合考虑地形、地质、水流、泥沙施工及管理运用等因素。总的说来，闸址应选择在水流平顺、河床按坡稳定，地基坚

14、硬密实.材料运输方便，施工导流简单.占地少，便于管利的地段。具体而言，由于水闸承担的任务不同，闸址选择考虑的主要因素也不相同。 通过熟读基本资料，作出如下分析： 东陵以上为深山峡谷，河槽宽浅，河道絮乱，切多河叉，距离主要灌区大明.东光较远，并且没有足够宽广的施工场地，开挖土方的工程量较大，造价很高，不宜选择此河道附近。 浑河堡地处弯道，河槽狭窄，水位较其他河道高，便于取水。但由于地处弯道，右岸取水方便；水流很急泥沙被淤泥积左岸，堵塞左岸进水口，不利于左岸取水，也不宜选择此河道。 西苏堡以下因河道弯曲，水位控制面积过小，灌溉区在其上方可能由于水位过低须使用水泵，造价相应就高，选择此河道不经济合理

15、。 这样只剩下李官堡和漠家堡两个河道可供选择了，作为两侧取水李官堡和漠家堡都可以，河床岸坡稳定性都较好。李官堡直段长1.5km，河宽大、水位高，距灌溉区远相应渠道长度也就长，水位较漠家堡高，不满足城市区防洪要求；漠家堡河道归整，顺直段长2.5km，便于施工。河宽小，较李官堡水位低，拦河坝修的相应要高，满足市区防洪要求。由于距离灌溉区近，相应渠道长度短。更主要的是膜家堡公路，桥墩可以合用，降低造价。因此闸址选在漠家堡。2.2 枢纽布置形式 取水枢纽的布置原则是：既要满足引水流量和水位的要求，又要防止过量的有害泥沙入渠。按河道中是否设有拦河坝，取水枢纽分为无坝取水和有坝取水。无坝取水：不设拦河坝或

16、只在取水口前设不拦断河流的导流坝，适用于取水期间河道的流量和水位均能满足引水要求，且引水率（引水流量与河道流量之比）不大（小于2030）的情况，多建在大江大河上游或山区河流上。其工程简单，施工简单，造价较低且对河床演变影响小，与航运，过木等矛盾较小，但不能控制河道水位，引水保证率低。枯水期可能引不进所需水量，汛期河道水位高，又引水含沙量大。取水口易受河床演变影响，若主流摆动远离取水口，又会使其淤塞或报废。有坝取水：当取水期河道水位较低，不能满足用水要求，或引水率较大，或采用无 坝取水时取水口需上移使干渠较长,不经济时,可采用有坝取水,在河流上引水口稍下游处修建拦河坝,以抬高水位保证引水流量 。

17、其优点是：工作可靠，干渠较短，并可为综合利用创造条件。但其缺点是拦河坝改变了原河道水流泥沙运动的天然规律，易引起河床变形，主要表现为坝上游水位抬高，流速减小，挟沙能力减低，泥沙逐渐淤于坝前。 根据有坝取水及无坝取水的优缺点，及下列有关数据：进水闸下游引水下游底部干渠高程33.1m,最大引水流量78.3m3/s,进水口水位为36.0m,灌溉保证率为75%,Q=400 m3/s,以及在本引水口以下不存在能够满足引水位要求的适宜引水口情况下,需选择有坝引水型式。 2.3 拦河建筑物形式（即采用拦河闸还是壅水坝） 应从满足技术、经济、防洪运用等要求.进行比较后选定，修建壅水坝结构及施工较简单，洪水头较

18、高，泻洪不方便；且采用坝壅水对上游河道稳定及市区防洪不利。拦河坝可枯水期关闭或利用小开度壅水，供进水闸引水，洪水期可泄洪排沙，洪水水位不至过高，也可在进水口前设沉沙槽，利用边孔定期冲沙，同时可以用闸墩兼做桥墩.闸桥合建节省造价。因此从枢纽运用要求考虑，采用拦河闸较为适宜，但增加每年运转和维修费.2.4 枢纽防沙设计根据河道泥沙资料，木枢纽应考虑防沙措施。防沙设施以采用正面排沙较为适宜；防沙设施形式选用冲沙槽式定期冲沙，也可采用冲沙廊道式连续冲沙。后者需大量水，底板结构复杂，经论证后选定适宜的冲沙方式。本工程采用冲沙槽式较为适宜.便于人力与人工除沙，可靠程度高。第3章 水闸的水力计算3.1 闸孔

19、设计闸孔设计的任务是依照水闸的运用要求及河床地质情况，根据规划给定的过闸流量、响应的上下游水位及允许的上游淹没影响。确定闸孔型式（指堰型是否设胸墙）底板高程，并根据设计流量与校核流量确定和验算闸孔净宽、分孔、确定闸孔总宽，闸顶及闸顶高程等。3.2 闸孔型式为了确保市区防洪安全，加速汛期泄洪，拦河坝不宜设胸墙。还要满足高水位时挡水，低水位时过流要求，因此采用弧形闸门。3.3 闸底板高程的确定 闸底高程选定得是否得当，对闸的稳定与闸孔尺寸的大小有很大影响。闸基土多是比较松软的，因此闸底板底面须定在地表腐植土层以下。一般说来，闸底高程定得低一些，可以缩小闸孔，而且有利于进流或排水。但是，闸底定得过低

20、，增加了闸身和两岸建筑物高度，增加闸门的挡水高度，也增加了施工困难，因而提高了工程造价。从运用方面看，低的闸槛也会给防沙，冲沙布置带来困难，而且沙容易进入渠道，增加常年清除管理费用。另外，从地质条件看，闸基要求置放于密实的土层上，在松软土基上筑闸会增加地基处理的费用，而且延长了施工时间。灌溉渠系中各种水闸的闸底高程与渠底高程有密切的联系。一般，拦河坝的底板高程应于该闸所在的渠底相平。3.4闸孔尺寸的确定3.4.1 闸孔净宽计算(1)上下游水位差闸孔净宽的控制情况通常是宣泄设计和校核设计时，此时闸门全部开启，多为淹没流态。由于闸孔宽度一般小于河道宽度，水流过闸时侧向收缩，并使上下游水面壅高而形成

21、闸上下游水位差H。该水位差的大小关系到扎室工程量和上游淹没损失,采用较大的H值,可使闸室工程量减小,但上游淹没面积增大,切对下游能防冲要求较高,若采用较小的H值则相反.根据工程经验一般取H=0.10.3m.而当地形较陡,河道抗冲能力强时,可采用较大H值,以减小闸室工程量。(2)闸孔净宽根据选定的闸孔形式及宣泄设计与校核洪水时的上下游水位差H,闸孔净宽可按水力学公式求出。当闸门全开水流有连续的自由表面时,通过Q设计 , Q校核来验算。Q设计=4100立方米/s时，上=37.74m，下=37.38mQ校核=5050立方米/s时，上=38.35m，下=37.87m3.4.2 孔数几，单孔净宽b及闸孔

22、总宽B B0求出后，即可根据水闸运用要求，闸门形式，启闭及闸门系列尺寸等，确定水闸孔数N和单孔净宽b。我国大型水闸多采用弧形钢闸门，孔宽b通常取812m，一般不宜小于8m。大、中型水闸当采用钢闸门时，每孔净宽b一般取为69m。小型水闸常用钢筋混凝土或铸铁闸门，b一般为23m。当水闸孔数较少，一般N小于等于或8时，孔数n宜采用奇数，以便水闸对称开启，避免下游出现折冲水流。否则n取奇数或偶数即可。 分隔闸孔时，若中墩厚度取为d2，缝墩厚度为d2，设有m个中墩，m个缝墩，则水闸闸孔总宽为：B=nb+m d2+md2选两孔为一个整体。取26个孔数，单孔净宽b=10.50m；取13个中墩，中墩厚度 d2

23、=1.00m；取13个缝墩，缝墩厚度 d2=1.20m；取12个逢，每个缝宽0.25m；则：B=B0+131.00+13.1.20+120.25=304.576m（1）分隔闸孔，确定中墩与边墩形式与厚度，并求得其真实侧收系数值：查表得：0=0.674；k=0.70；=1-0.2（n-1）0+kH0/nb 1=1-0.225-.0674+0.70-5.74/272.976=0.926（2） 验算设计与校核洪水泄流能力，并应满足：Q实设Q设与Q实设Q校核如不满足，则修改直至设计满足为止。Q实设= 2式中：Q实设实际设计的过闸流量，m3/s; H0计入行进流速水头的堰顶水头，m; m、s堰流流量系数

24、和淹没系数； 侧收缩系数。即 Q实设 =0.7120.3850.926272.9764.42713.752 =4218.444100即：Q实设Q设Q实设=0.7120.3850.926272.9764.42716 =4908.015050=Q校核 即：在5%范围内满足设计要求。3.5 闸孔高度3.5.1 闸顶高程 闸顶高程是指闸室胸墙或闸门挡水线上游岸墙顶部高程。为使闸室上部结构如设通桥。检修便桥等不妨碍水闸过水和不受波浪影响，同时不致上游来水漫过岸墙墙顶，危急闸室安全，闸顶高程应按满足下列两种情况取值：泄洪时应高于设计或校核洪水位+安全超高；关门时应高于设计或校核洪水位或最高挡水位+波浪计算

25、高度+安全超高值。查表8-2得A设=1.0，A校核=0.7泄水时：闸顶=设洪+A设=37.74+1.0=38.74闸顶=校洪+A校=38.35+0.7=39.05挡水时：闸顶=最高闸前水位+波浪爬高 =38.35+0.5=38.85市区防洪的堤顶要求：39.50闸顶高程应取以上数值中最大的，即取39.50m3.5.2 闸门顶高程 对于开敞式水闸，闸门顶高应不低于可能出现的最高挡水位+安全超高a，a一般取0.5左右，不宜小于0.3米。如果设计与校核洪水位高于设计最高挡水位，一般来水水位超过设计最高挡水位时，即已开闸放水。 则：门顶=38.35+0.5=38.35m H门=39.50-32.00=

26、7.50m第4章消能计算平原地区河床抗冲能力低，闸下泄流能量较大，因此为防止闸下产生有害冲刷，保证水闸安全运行，必须了解水闸的泄流特点和进行消能防冲设计。4.1 过闸水流特点 过闸水流受到闸孔的约束，部分势能转为动能，流速大，挟沙能力强，若不采取适当消能措施，势必严重冲刷下游渠道，甚至冲毁消力池，淘空闸基，威胁闸身的安全。为了设计好水闸，必先了解过闸水流的特性，才能做好效能设施。过闸水流特点及其消能防设计的要求为：(1) 出闸水流在闸下形成远驱式水跃（若无消能设施），冲刷下游渠床，故必须修筑消立池或其他形式的消能设施来促成淹没式水跃。(2) 闸上下游水位多变，出流形式多变，闸门开启次序，孔数和

27、开度也有变化。因此，求所修筑的消立池或其他形式的消能设施在任何可能发生的情况下，都能促成淹没式水跃。(3) 水闸常是多孔建筑物，若运用不当，往往会造成折冲水流或远驱式水跃，冲毁消能设施.和下游渠床。故要求在设计消能设施的同时，制订合理的闸门开启方案。(4) 当闸上下游水位差小时，过闸水流安全在消力池内形成波状水跃，消能效果不佳挟有剩余动能的出闸水流仍会冲刷下游渠床，影响渠道稳定性。对此，应予与足够的重视，并采取适当的措施。(5) 闸下渠床土质抗冲能力差，故闸下渠底宽常超过闸宽。为使出闸水流平顺扩散，不致冲刷下游河床，要求闸下翼墙具有适当的扩散角度。4.2 消能防冲设计说明4.2.1 消能采用的

28、方式平原地区水闸，由于水头低切河床抗冲能力差，难以采用挑流消能，加上下游水位变幅往往较大，也无法采用面流式消能。根据调查资料统计，我国已建大、中型水闸工程基本上均采用底流式水跃消能。底流消能可适应在较大范围内变动的过闸流量和下游水位，同时在平面上也容易扩散。因此我们也采用底流消能。4.2.2 消能设计的内容 底流式水跃消能是通过工程措施，促使出闸水流在闸后规定范围内产生稍淹没水跃，利用水跃的漩滚、撞击、掺气等 水流大部分能量。其消能防冲设施一般包括，削立池、海漫、防冲槽、岸坡防护。(1) 消力池消力池的作用是使闸后水流产生稍淹没水跃，并保护水跃范围内的同床免受冲刷，设计内容有：池深，池长护坦（

29、消力池底板）厚板，尾坝及辅助消能工，消力池构造，消力池底板的分缝及筑池材料。消力池有两种主要形式：1）降低护坦高程形成的消力池，2）修建消力槛形成消力池。(2) 海漫流出消力池的水流，虽已在池内消除了部分能量，但由于流速分布和正常絮流不同，底部流速极大，脉动强度也较强烈，对于下游无保护渠（河）床仍是具有较大的冲刷能力。所以消力池以下的渠（河）床除非是足以抵抗冲刷的较好岩基外，一般都要建造海漫作为护面。 海漫的作用是消除水流余能，调整流速分布，使水流均匀扩散，增大水深减小流速，并保护河床免受冲刷。 一般是紧接消力池设置海漫，海漫末端设防冲槽。海漫设计的内容有：海漫长度，海漫的位置和构造及材料(3) 防冲槽 水流经过海漫后，余能得到进一步消除，流速