1、臨淄節制閘設計一、基本資料本工程位于流過山東省淄博市境內的淄河中游，距齊魯石化進水閘的下游約2公里處設置的節制閘。目的是攔截淄河水流，抬高水位，以確保國家重點企業齊魯石化和近數十萬畝農田灌溉的供水。圖1 臨淄節制閘樞紐示意圖淄河由沂蒙山脈為源頭，從南至北，經臨朐、青州、淄博、廣饒匯入小清河，再流入渤海。淄河是一條季節性河流，汛期時來水流量較大，通常約600m3/s；枯水期時河流干涸，河床能行人。每當汛期山洪暴發，水流夾帶大量泥砂，河床沉積著較厚的砂礫，而兩岸的地表土為亞粘土。（一）規劃:流域面積：1670平方公里。設計流量（5年一遇）：Q=560m3/s，相應的閘上水位：34.55m，閘下水位

2、：33.75m。校核流量（20年一遇）：Q=1300m3/s，相應的閘上水位：36.35m，閘下水位：35.62m。蓄水期水位：1.正常蓄水位：閘上34.55m，閘下29.98m（閘下無水）。2.最高蓄水位（校核水位）閘上35.90m，閘下31.98m。3.惡劣放水水位：閘上35.90m，閘下30.98m。表1閘下水位與流量關系：流量Q（m3/s）0501002003004005006007008009001000110012001300水位H（m）29.9830.2630.7831.5032.0032.7133.1233.7534.1834.7134.9935.2435.4435.5635.

3、62（二）閘址的選定:經地質查勘，選定在淄博市臨淄區以南，距齊魯石化進水閘約2km處淄河的左岸河灣里。該處地勢開闊，地質條件較好，便于多方案的比較，以便選出理想的閘址。（三）閘址處的地質資料:根據鉆探孔（見地形圖）的地質資料看出，因受河流沖積影響，土層變化情況較復雜。具體如下：1# 鉆孔：位于淄河左岸上，自地面高程約36.00m向下至28.50m為亞粘土，土質堅實；高程28.50m至26.00m為粉質粘土，較堅實；高程26.00m至21.00m為粉土；高程21.00mm至15.00m為粉質粘土。2#、3#、4#、5# 鉆孔：同1# 鉆孔地質資料。6# 鉆孔：位于淄河主河槽中，自河底高程29.9

4、8m至27.40m為沖積的砂礫；高程27.40m 至26.20m為粉質粘土；高程26.20m至21.50m為粉土；高程21.50m至15.20m 為粉質粘土。7#、8#、9#、10#鉆孔：基本同6#鉆孔地質資料。表2地基土物理力學指標如下表：土質容量(g/cm3)飽和容量(g/cm3)滲透參數k(cm/s)允許滲透坡降J壓縮模量E(KN/cm3)）孔隙比e抗剪指標磨擦角(度)凝聚力C(N/cm2)亞粘土1.812.0410-51.16000.8181.6粉質粘土1.681.91310-41.08000.85161.1粉土1.561.84110-40.812000.9140.9參照附近水利工程抗

5、沖流速的資料：亞粘土的抗沖流量V0=1.9m/s，粉質粘土的抗沖流速V0=1.7m/s，粉土的抗沖流速V0=1.0m/s。（四）工程設計標準:根據該閘的規模及用途為2級建筑物。（五）交通要求及其他:1.公路橋面高程為37.18m，雙車道。橋面凈寬為9m，按公路2級級荷載標準設計。2.淄河無通航要求，不設船閘，也不設魚道。二、設計內容1. 閘址選擇及樞紐布置臨淄節制閘屬于平原區水閘樞紐工程，由水閘設計規范（SL2652001），根據水閘最大過閘流量及其防護對象的重要性劃分等別，該閘最大過閘流量為1300m/s，工程等別為級，該閘的功能主要是攔洪、調節水位以滿足上游（齊魯石化）引水的需要，控制下泄

6、臨淄市）流量，保證下游河道安全并根據下游用水需要調節放水流量，不考慮通航功能，不設船閘，也不設魚道。1.1 方案比選閘址選擇關系到工程的成敗和經濟效益的發揮，是水閘設計中的一項重要內容，應根據水閘的功能、特點和運用要求，綜合考慮地形、地質、水流、潮汐、泥沙、凍土、冰情、施工、管理和周圍環境等因素，通過技術經濟比較，選定最佳方案。閘址宜選擇在地形開闊、岸坡穩定、巖土堅實和地下水水位較低的地點。應優先選用地質條件良好的天然地基，避免采用人工處理地基，壤土、中砂、粗砂和砂礫石都適于作為水閘的地基；盡量避開淤泥質土和粉、細砂地基，必要時，應采取妥善的處理措施。閘址的方案選擇要考慮以下幾個因素：水力條件

7、、地質條件、功能發揮、施工條件以及經濟投資。其中過閘水流的形態是選擇閘址時需要考慮的重要因素。要求做到：過閘水流平順，流量分布均勻，不出現偏流和危害性沖刷或淤積。攔河閘宜選在河道順直、河勢相對穩定的河段，閘的軸線宜與河道中心線正交，其上、下游河道直線段長度不宜小于5倍水閘進口處水面寬度。在河道上建造攔河閘，為解決施工導流問題，常將閘址選在彎曲河段的凸岸，利用原河道導流，裁彎取直，新開上、下游引水和泄水渠，新開渠道既要盡量縮短其長度，又要使其進、出口與原河道平順銜接。該水閘樞紐工程的建設可能與原有的濟青路存在矛盾，設計中需要考慮保證原公路的通航能力，同時使施工盡量方便、簡化。在公路附近建閘，選定

8、的閘址不應與其距離太近。選擇閘址應考慮材料來源、對外交通、場地布置、基坑排水和施工水電供應等條件。水閘建成后工程管理維修和防汛搶險等條件也需要加以重視。此外，還有一些因素也影響閘址的選擇：占用土地及拆遷房屋少；盡量利用周圍已有公路、航運、動力、通信等公用設施；有利于綠化、凈化、美化環境和生態環境保護；有利于開展綜合經營。下面列出四種方案，分析各方案的優劣，從中選出最佳方案，各方案的示意圖見圖2和圖3。圖2 閘址選擇方案一、二示意圖方案一：閘址設于原河道彎曲段下游，處于地質鉆孔6和鉆孔7之間的河段。該處河道曲率較大，閘室位于直段處，但上、下游連接段河道均不順直，水流進入閘室前不能平順過渡，彎段處

9、水流容易產生漩渦及折沖水流，對上游護底、鋪蓋以及兩岸的翼墻和護坡會產生較為嚴重的沖刷，流速過大，水力條件非常不利，嚴重違背了閘址選擇中提出的水力條件要良好的要求。上游流態的不合理將直接影響閘室的穩定性，有礙工程功能的發揮，同時出閘后河段也不夠順直，水流擴散不均勻，無法調整流速分布使流速減緩，水流具有的剩余能量會使得原本抗沖刷能力就不強的砂礫石地基受到損害。此外，水閘下游常出現波狀水躍和折沖水流，加劇對河床及兩岸的淘刷，這就對消能防沖設施提出了很高的要求，進而使工程造價大大增高。可見，此方案無論是水力條件、地質條件還是施工運用和經濟投入都不甚合理。方案二：閘址設于臨淄河上濟青路上游處，靠近齊魯石

10、化，閘室部分在地質鉆孔9處。該處河道曲率半徑仍然較大，和方案一相比，水力條件不理想，上述涉及到的問題未得到解決，由地質鉆孔資料知，河床處上部均為砂礫石，下部逐漸以粉土為主，地質條件欠佳。但考慮到過閘水流剩余的能量較多，將閘址建在河道上游可以加長水閘的下游連接段，利于消能防沖設施的布置，從而使出閘水流的形態漸趨理想。從這一角度講，方案二有優于方案一的因素。此處再考慮水閘的功能發揮，從地形圖上看，當水閘樞紐建于河道上游部分時，閘址距齊魯石化很近，由于河道凸向東面，使得距臨淄市則很遠，其對臨淄市的用水需要及洪水期的安全不能可靠保證。可見，此方案中水閘功能的發揮存在著嚴重的矛盾，不夠合理。方案三：總結

11、方案一和方案二，兩者的水力條件均存在較為嚴重的不合理之處，過閘水流的形態又是選擇閘址的一個重要影響因素，結合地形圖知，該范圍內河道幾乎沒有適宜建閘的直段，各處的曲率半徑都很小，同時考慮施工導流問題，若將閘址選在彎曲河段的凸岸，即“裁彎取直”，利用原河道導流，新開上、下游引水和泄水渠，由于水閘樞紐的工期一般較長，不可能在一個枯水期內完建，所以導流渠是必須設置的。地質鉆孔資料中給出了河岸處的地質情況，自地面高程起依次為亞粘土、粉質黏土，地質均較堅實，將閘址選在河岸上，良好的地質條件使水閘不至于在自重和外荷載作用下產生不利的沉降或沉降差，避免了閘室傾斜引起的止水破壞、閘底板斷裂、發生塑性破壞等一系列

12、問題。為了保證新開河道中合適的水流流速，新開的河道寬度應與原河道相同，約為60m。本方案擬采用新開河道，上游部分約在地質鉆孔5以南，下游部分連接地質鉆孔7處，同時注意與原河道要平順銜接，閘址選在靠近公路的上游處。圖3 閘址選擇方案三、四示意圖方案四：方案三的水力條件和地質條件都比較理想，符合建造水閘的要求。其次考慮經濟投資，應盡量使新開渠道縮短長度，但考慮到河道短又會反過來影響到新開河道的水力條件，過閘水流不夠平順，本工程中經濟條件并不是制約因素，因此提出方案四，將新開河道長度適當增加，上游連接處位于齊魯石化西的河道轉彎處，下游連接處位于地質鉆孔8附加（臨淄市以東）。此時水閘的水力條件和地質條

13、件都已非常理想。而新開的河道較長，將閘址選擇濟青路下方或者在道路下游部分各有利弊，下面做進一步的討論：將閘址選在濟青路下方，此時上游連接段的長度能夠滿足使如閘水流平順的要求，為保證施工時滿足原來的通航能力，需要在靠近閘址處新建一條與濟青路通航能力相同的臨時通航道路，待工程完工后可以利用閘上的交通橋以滿足道路的通航要求。這就需要增加建造道路的投資，同時還要考慮到車輛通過時的安全問題，轉彎半徑要合適，由公路路線設計規范JTJ 01194，汽車專用公路二級平原地區一般最小半徑為400m，在該閘址附近建半徑為400m的公路，工程量大，投資多。由地形圖知，公路下游部分河段較長，能夠滿足水閘三部分總長的要

14、求。為使施工方便，將閘建于下游部分，具體布置見圖2。此時只需要建造臨時的施工道路，參照公路路線設計規范JTJ 01194，使用一般公路三級標準，平原微丘地區一般最小半徑為200m，極限最小半徑為125m。此處由于施工限制，采用極限最小半徑標準，同時也滿足了道路曲率小于3%的要求。將閘址盡量靠近公路，以充分滿足下游段消能防沖的要求。綜上所述，采用方案四，將閘址選擇靠近公路的下游新開河道中。1.2 水閘樞紐布置水閘樞紐布置應根據閘址地形、地質、水流等條件以及該樞紐中個建筑物的功能、特點、運用要求等確定，做到緊湊合理、協調美觀，組成整體效益最大的有機聯合體。水閘由閘室、上游連接段和下游連接段三部分組

15、成。閘室是水閘的主體，包括閘門、閘墩、邊墩（岸墻）、底板、胸墻、工作橋、檢修便橋、交通橋、啟閉機等。閘門用來擋水和控制流量。閘墩用以分隔閘孔和支撐閘門、胸墻、工作橋、交通橋、檢修便橋。底板是閘室的基礎，用以將閘室上部結構的重量及荷載傳至地基，并兼有防滲和防沖的作用。工作橋、交通橋和檢修便橋用來安裝啟閉設備、操作閘門和聯系兩岸交通。上游連接段包括兩岸的翼墻和護坡以及河床部分的鋪蓋，有時為保護河床免受沖刷，還加做防沖槽護底。用以引導水流平順地進入閘室，保護兩岸及河床免遭沖刷，并與閘室等共同構成防滲地下輪廓，確保在滲透水流作用下兩岸和閘基的抗滲穩定性。下游連接段包括護坦、海漫、防沖槽以及兩岸的翼墻和

16、護坡等。用以消除過閘水流的剩余能量，引導出閘水流均勻擴算，調整流速分布和減緩流速，防止水流出閘后對下游的沖刷。水閘布置采用上述方案四的位置，水閘軸線與新開河道中心線盡量正交，水閘進口處水面寬度約60m，上、下游河道長度不宜小于5倍水閘進口處水面寬度，由閘址地形圖知，這一要求能夠滿足。初步擬定水閘位于地質鉆孔1和孔2之間，見圖3。2. 閘室布置及閘孔設計閘室布置包括：閘室結構型式的選擇、閘底板型式的選擇、閘底板厚度以及底板分縫設置。閘孔設計包括：選擇堰型、確定堰頂或底板頂面高程、閘墩尺寸、單孔尺寸以及閘室總寬度。2.1 閘室布置和構造1. 閘室結構型式閘室結構可根據泄流特點和運行要求，選用開敞式

17、、胸墻式、涵洞式或雙層式等結構型式。整個閘室結構的重心應盡可能與閘室底板中心相接近，且偏高水位一側。閘檻高程較高、擋水高度較小，對有泄洪、過木、排冰或其他漂浮物要求的水閘，如節制閘、分洪閘，大都采用開敞式。臨淄節制閘擋水時閘門全關，放水時基本是閘門全開，選用開敞式結構，無需設胸墻。2. 閘底板型式按底板與閘墩的連接方式可分：整體式底板和分離式底板，按底板的結構型式可分為：平底板、反拱底板和空箱式底板。亞粘土地基屬于較為堅硬、緊密的地基，應采用分離式底板，在單孔底板上設雙縫，將底板與閘墩分開，閘墩能夠傳力，底板防滲抗沖能力強。一般情況下，閘室底板宜采用平地板。所以臨淄節制閘采用分離式平底板。底板

18、結構尺寸見圖4。3. 閘底板厚度圖4 閘室底板示意圖底板厚度根據自身穩定的需要確定，表面要平整并具有良好的防沖性能。底板厚度必須滿足剛度的要求，大、中型水閘可取（1/61/8）(為閘孔凈寬)，一般為1.02.0m，最薄不宜小于0.6m，底板配筋率不超過0.3%，本水閘初步擬定采用鋼筋混凝土材料，采用C15的混凝土，底板厚度初選為1.25m。4. 底板分縫底板順水流方向采用搭接式，單孔底板上設雙縫。底板垂直水流方向的分縫在土基上不宜超過35m，具體的分縫長度需根據抗滑穩定和地基承載力的要求計算得到，在初步設計時暫不予考慮。其他部分的分縫在下文中分析確定。2.2 閘孔設計1. 堰型選擇常用的堰型有

19、：寬頂堰和低實用堰。寬頂堰是水閘中最常用的一種型式。有利于泄洪、沖沙、排污、排冰，且泄流能力比較穩定，結構簡單，施工方便；其缺點是自由泄流時流量系數較小，容易產生波狀水躍。低實用堰有梯形的、曲線形的和駝峰形的。自由泄流時流量系數較大，水流條件較好，但泄流能力受尾水位變化的影響較為明顯，當上游水位較高，為限制過閘單寬流量，需要抬高堰頂高程時，常選用這種型式。臨淄節制閘位于平原地區，洪水期不長，考慮到施工方便以及經濟合理，采用寬頂堰可以滿足泄流要求，此處寬頂堰不需要設置坎，因為閘基為亞粘土，若設置了堰坎，閘前水流的長期沖刷會使得堰坎被填平，失去其功能，浪費投資。所以水閘采用無坎的寬頂堰。2. 閘底

20、板及閘頂高程節制閘底板高程一般與河床齊平或略高，本水閘屬于大（2）型，由于閘室工程量所占比重較大，適當降低底板高程是有利的。根據地形圖上的數據，新開河道上、下游與原河道銜接處的標高分別為30.12m和29.40m，經過線性內插，算得水閘軸線處地面開挖高度為29.79m，故水閘底板高度定位29.79m。根據水閘設計規范（SL2652001），水閘閘頂高程應根據擋水和泄水兩種運用情況確定。擋水時，閘頂高程不應低于水閘正常蓄水位（或最高當水位）加波浪計算高度與相應安全超高值之和；泄水時，閘頂高程不應低于設計洪水位（或校核洪水位）與相應安全超高之和。下面分別計算兩種情況下的閘頂高程：（假定波浪計算高度

21、為0.5m）。擋水時，閘頂高程=正常蓄水位+波浪計算高度+安全超高=34.55+0.5+0.5=35.55m泄水時，閘頂高程=校核水位+安全超高=35.90+0.7=36.60m故閘頂高程為36.60m。3. 閘墩設計圖5 閘墩結構示意圖閘墩采用混凝土建造，頭部為圓形，初估閘室單孔寬度為10m，考慮剛度要求，墩厚為130cm，門槽寬50cm，深30cm，閘墩上游部分設置門槽，下游為工作橋及交通橋的支撐，總長度由各分段長度相加得到，為1520cm，參照水工設計手冊6泄水與過壩建筑物。具體的尺寸見圖5。閘墩的高度由閘上公路橋面高程確定，公路橋面高程為37.18m，橋面凈寬為9m，橋面采用梁結構，厚

22、度約0.4m，所以閘墩頂部高程為36.78m。4. 閘孔尺寸首先計算閘孔總凈寬。由于給定的設計流量和校核流量相差很大，采用校核流量（20年一遇）Q=1300m/s。考慮到此時流量很大，水流呈堰流，采用公式（21）計算。 （21）式中：為閘孔總凈寬，m；為設計流量，m/s； 為計入行近流速水頭在內的堰頂水頭，m；分別為淹沒系數、側收縮系數和流量系數，由水力學中公式及表格得到；g為重力加速度，m/s2。下面計算行近流速：上游水深H=36.35-29.79=6.56m，1.5H=1.56.56=9.84m，距水閘上游9.84m為安全起見，采用梯形斷面的面積計算行近流速v0,坡比m取2，故行近流速。由

23、于流量系數m決定于堰頂的進口形式和堰的相對高度P1/H，（P1為堰坎高度，此處P1=0）。故m取最大值0.385。側收縮系數由下面的經驗公式計算： （22）式中：為考慮墩頭及堰頂入口形狀的系數。初選閘墩頭部為圓弧形，堰頂無坎，故此處取=0.10；b為溢流孔凈寬，m；B為上游引渠寬，m；H為上游水深，m。臨淄節制閘初步擬定為5孔閘門，中墩厚1.2m，邊墩厚為1.0m，計算中假定閘孔總凈寬L0。對于多孔寬頂堰，側收縮系數應取邊孔及中孔的加權平均值： （23）式中：n為孔數。但此處忽略中墩和邊墩對水流收縮影響的差異，計算時采用總的收縮系數即可。淹沒系數取決于（為下游水深，=35.62-29.79=5

24、.83m）。其中： （24）式中，H為上游水深，m；H=36.35-29.79=6.56m。故=6.93m。由此=5.83/6.93=0.840.80，查水力學表8.2得=0.97閘室單孔寬度b，在我國大、中型水閘一般為812m，閘孔孔數n，設計中應取略大于計算要求值的整數，但總凈寬不宜超過計算值的3%5%，當孔數較少時，為便于閘門對稱開啟，使過閘水流均勻，避免由于偏流造成閘下局部沖刷和使閘室結構受力對稱，孔數宜采用單數，但對于臨淄節制閘，其放水時流量很大，基本不存在只開啟個別幾孔閘門，運行中多為閘門全部開啟或全部關閉的情況，不存在折沖水流等問題。所以孔數不受單、雙數的限制。擬定閘室總寬度后，

25、尚需考慮閘墩等的影響，根據試算所得結果選取合理的閘孔數、閘門單寬以及閘墩厚度，并且進一步驗證水閘的過水能力。從過水能力和消能防沖兩方面考慮，閘室總寬度應與河（渠）道寬度相適應，當河（渠）寬為50100m時，兩者的比值宜大于0.60.75。下面利用表格試算，以求得合理的閘孔總凈寬。初步擬定閘室總款與河道寬度相等，計算結果見表3。表3閘孔尺寸試算用表流量 Q（m/s)流量系數 m淹沒系數堰頂水頭H0（m）閘室總寬B2（m）孔 數n閘孔總凈寬L0（m）單孔凈寬b（m）側收縮系數通過流量Q（m/s)13000.3850.976.93 60.0 3 57.4 19.1 0.993 1719.49 130

26、00.3850.976.93 60.0 4 56.1 14.0 0.989 1674.45 13000.3850.976.93 60.0 5 54.8 11.0 0.986 1629.76 13000.3850.976.93 60.0 6 53.5 8.9 0.982 1585.43 13000.3850.976.93 60.0 7 52.2 7.5 0.979 1541.44 13000.3850.976.93 60.0 8 50.9 6.4 0.975 1497.80 13000.3850.976.93 60.0 9 49.6 5.5 0.972 1454.50 13000.3850.97

27、6.93 60.0 10 48.3 4.8 0.968 1411.53 經過計算可知，當閘室寬度選用60.0m時，過流能力較大，會造成浪費，故采取減小閘室寬度的方法，假定閘室總寬B2=52.0m，試算結果見表4。表4閘孔尺寸調整試算用表 流量 Q（m/s)流量系數 m淹沒系數堰頂水頭H0（m）閘室總寬B2（m）孔 數n閘孔總凈寬L0（m）單孔凈寬b（m）側收縮系數通過流量Q（m/s)13000.3850.976.9352.0 349.4 16.5 0.992 1478.18 13000.3850.976.9352.0 448.1 12.0 0.987 1433.28 13000.3850.97

28、6.9352.0 546.8 9.4 0.983 1388.78 13000.3850.976.9352.0 645.5 7.6 0.979 1344.69 13000.3850.976.9352.0 744.2 6.3 0.975 1300.99 13000.3850.976.9352.0 842.9 5.4 0.971 1257.69 13000.3850.976.9352.0 941.6 4.6 0.968 1214.78 13000.3850.976.9352.0 1040.3 4.0 0.964 1172.25 從表2中可以看出，當選用5孔閘門時較為合理，但此時過流能力仍然偏大。經最

29、終分析，調整閘孔寬度，選取5孔閘門，單孔凈寬b=9.2m，閘孔總凈寬L0=46m，驗算過流能力Q=1364.56m/s。且，滿足流量差小于3%5%的要求。3. 水閘的防滲、排水設計水閘建成后，由于上、下游水位差，在閘基及邊墩和翼墻的背水一側產生滲流。因此需要擬定水閘的地下輪廓，做好防滲、排水設施的構造設計。滲流計算的目的在于求解滲流區域內的滲流壓力、滲流坡降、滲流流速及滲流量（通常滲流量可以不計）。3.1 水閘防滲長度及地下輪廓布置1. 防滲及排水布置圖6為水閘的防滲布置示意圖。不透水的鋪蓋、短板樁及底板與地基的接觸線，即是閘基滲流的第一根流線，為地下輪廓線，其長度是水閘的防滲長度。根據水閘設

30、計規范SL2652001規定，為保證水閘安全，初步擬定所需的防滲長度應滿足式（31）的要求。 （31）式中：L為水閘的防滲長度，m；H為上、下游水位差，m；C為允許滲徑系數，依地基土的性質而定，由水工設計手冊6查得亞粘土地基在設置反濾層的情況下取C=5，計算時采用惡劣放水水位時上、下游水位差H=4.92m，得到L最小為24.6m。顯然滿足要求。圖6 水閘的防滲布置 水閘的地下輪廓可依地基情況并參照條件相近的已建工程的實踐經驗進行布置，按照防滲與排水相結合的原則，在上游側采用水平防滲（如鋪蓋）或垂直防滲（如齒墻、板樁）延長滲徑，下游側設置排水反濾設施（如層面排水、排水孔、反濾層等）以防止在滲流出

31、口附近發生滲流變形。臨淄節制閘閘址處為亞粘土，主要考慮如何降低作用在底板上的滲流壓力，提高閘室的抗滑穩定性，可在閘室上游設置水平防滲，將排水設施布置在消力池底板下。使用黏土鋪蓋，其滲流系數應比地基土的滲流系數小100倍以上，初擬鋪蓋的長度一般為閘上、下游最大水頭的35倍，選用鋪蓋長度為20m，鋪蓋上游端的最小厚度一般不宜小于0.6m，鋪蓋與底板連接處需要加厚，將底板前端做成傾斜面。打板樁可能破壞黏土的天然結構，此處只設置厚為0.1m、長為2m的短板樁。采用鋼筋混凝土板樁，板樁與閘室底板的連接采用把板樁緊靠底板前緣，頂部嵌入黏土鋪蓋一定深度。閘底板的上、下游端設深為0.75m的淺齒墻，用來增強閘

32、室的抗滑穩定，并延長滲徑。2. 分縫方式與止水設備為了防止和減少由于地基不均勻沉降、溫度變化和混凝土干縮引起底板斷裂和裂縫，對于多孔水閘需要沿軸線設縫，縫距設為30m，縫寬為2.0cm。為避免相鄰結構由于荷重相差懸殊產生不均勻沉降，也要設縫分開，鋪蓋與底板、消力池與底板，以及鋪蓋、消力池與翼墻等連接處都要分別設縫；此外消力池本身也設縫分段、分塊。凡具有防滲要求的縫，都應設止水。在閘墩中間、邊墩與翼墻間以及上游翼墻本身設鉛直止水；在鋪蓋、消力池與底板和翼墻、底板與閘墩間設置水平止水。3.2 滲流計算圖7 阻力系數法計算簡圖水閘的滲流計算采用改進的阻力系數法。計算簡圖見圖7。首先驗算水閘的防滲長度

33、是否滿足要求，與上面求得的所需最小防滲長度相比較。實際防滲長度=0.6+18+1.25+2+0.75+16+0.75+2+3.25=44.6m，滿足大于24.6m的要求。各流段水頭損失為 （32）式中：為滲流段的阻力系數；H為上、下游水位差，m。單寬流量q=Q/L0=1300/46=28.3m/()。上、下游水位差H采用惡劣放水水位的情況，H=35.9-30.98=4.92m。當地基不透水層埋藏較深時，計算時透水層地基深度T采用有效計算深度Te代替。臨淄節制閘地基上部為亞粘土，由于該處屬于黃河古道，沖積嚴重，透水地基為無限深，認為地基不透水層埋藏很深，故需要計算不透水層的等效深度，計算公式為（

34、33）。 當L0/S05時 Te=0.5 L0當L0/S05，Te=0.5L0=17m。滲流壓力的確定分別按水閘底線輪廓的三種典型流段確定。即進口段和出口段、內部垂直段和內部水平段。每一種典型流段的阻力系數按表5中的公式確定。表5 典型流段的阻力系數 進、出口水力坡降呈急變曲線形式，由表3中公式算得的進、出口水頭損失與實際情況相比，誤差較大，需要進行修正。修正后的水頭損失為 （34）其中 （35）式中：h0為按表3中公式計算出的水頭損失，m；為阻力修正系數；為底板埋深與底面以下的板樁入土深度之和，m；為板樁上游側底板下的地基透水層深度，m。當1.0時，取=1.0。各分段的阻力系數確定后，可按式

35、（32）計算各段的水頭損失。假設各分段的水頭損失按直線變化，依次疊加，即可繪出閘基滲流壓力分布圖。各分段阻力系數計算見表6。表6阻力系數計算表編號區段劃分垂直長度S1（m)垂直長度S2（m)深 度T(m)水平長度 L（m)阻力系數水頭損失hi(m）修正損失hj（m）進口段0.60 -17.0 -0.451 0.69 0.64 鋪蓋水平段0.60 3.25 17.0 18.0 0.900 1.39 1.44 板樁垂直段1.25 -17.0 -0.074 0.11 0.11 板樁垂直段1.25 -17.0 -0.074 0.11 0.11 齒墻水平段0.00 0.75 17.0 0.6 0.004

36、 0.01 0.01 齒墻垂直段0.75 -17.0 -0.044 0.07 0.07 底板水平段0.00 0.00 17.0 14.8 0.871 1.34 1.34 齒墻垂直段0.75 -17.0 -0.044 0.07 0.07 齒墻水平段0.75 0.00 17.0 0.6 0.004 0.01 0.01 板樁垂直段2.75 -17.0 -0.164 0.25 0.28 出口段3.25 -17.0 -0.566 0.87 0.84 4.92 4.92 對于進、出口段的水頭損失值按照式（34）、（35）進行修正，修正后的水頭損失列于表6中。各點的滲透壓力值列表如下：表7 各角點滲透壓力值

37、 單位：mH1H2H3H4H5H6H7H8H9H10H11H124.92 4.28 2.84 2.73 2.62 2.61 2.54 1.20 1.13 1.12 0.84 0.00 下面繪制閘基滲流壓力分布圖。圖8 閘基滲透壓力分布圖為了防止滲流變形保證閘基的抗滲穩定性，要求出口段的溢出坡降必須小于規定的容許值。出口處的溢出坡降J為 （36）經計算，J=0.84/4=0.21，小于防止流土破壞的出口段容許坡降值J，J由水閘設計規范（SL2652001）查得為0.70。滿足要求。4. 水閘的消能、防沖設計水閘泄水時，部分勢能轉化為動能，流速增大，而土質河床抗沖能力低。初始泄流時，閘下水深較淺，

38、隨著閘門開度的增大而逐漸加深，閘下出流由孔流到堰流，由自由出流到淹沒出流都會發生，閘下會產生波狀水躍和折沖水流，形態復雜。本設計中按照閘門全開的情況設計。臨淄閘屬于平原地區的水閘，由于水頭低，下游水位變幅大，采用底流式消能，在閘下產生一定淹沒度的水躍消除余能，保護水躍范圍內的河床免遭沖刷。消能工主要包括消力池、海漫和防沖槽三部分。4.1 消力池設計消力池采用下挖式，布置在閘室之后，池底與閘室底板之間用斜坡連接，斜面坡度采用1:4。消力池末端設置尾坎，用以調整流速分布，尾坎高度選用0.6m。1. 消力池深度計算圖9 消力池尺寸計算簡圖消力池的深度是在某一給定的流量和相應的下游水深條件下確定的。本

39、節制閘計算消力池深度時，僅考慮5孔閘門全部開啟的情況，要求水躍的起點位于消力池的上游端或斜坡段的坡腳附近。水位使用惡劣放水水位，閘下水位為30.98m，由表1閘下水位與流量關系插值得到流量Q=127.8m/s。消力池計算簡圖見圖9。消力池深度的確定按照水閘設計規范SL2652001給出的公式計算。 （41） （42） （43） （44）式中：d為消力池深度，m；為水躍淹沒系數，可采用1.051.10；為躍后水深，m；為收縮水深，m；為水流動能校正系數，可采用1.01.05；為流速系數，可取0.951.0；q為過閘單寬流量，m/；b1為消力池首端寬度，m；b2為消力池末端寬度，m；T0為由消力池

40、底板頂面算起的總勢能，m；為出池落差，m；為出池河床水深，m。計算消力池深度所用到的已知常量計算如表8。表8已知常量qHv02/2gH0hsb1b202.36.110.016.121.1951.2 60.0 1.0 1.050.95 下面利用公式（41）（44）計算消力池深度。比較d值相差的多少，從而確定消力池深度。表9消力池深度計算收縮水深hc(m)躍后水深 hc(m)總勢能T0(m)出池落差Z(m)消力池深d(m)消力池深 d(m)0.50 1.19 1.68 0.02 -4.44 0.04 1.00 0.63 1.30 -0.47 -4.82 -0.06 1.50 0.37 1.63 -

41、1.77 -4.49 0.97 2.00 0.23 2.07 -4.78 -4.05 3.83 0.40 1.40 2.25 0.07 -3.87 0.21 0.30 1.68 3.59 0.11 -2.53 0.46 0.20 2.14 7.59 0.15 1.47 0.90 0.21 2.08 6.92 0.15 0.80 0.85 由表9計算得到的消力池深度為0.85m。一般地，消力池深度為1.03.0m，為安全起見，采用消力池深度為1.0m。2. 消力池長度計算消力池上游側設斜坡段，其長度計算公式為： （45）式中：Ls為斜坡段水平投影長度，m；為水躍長度校正系數，可采用0.70.8；

42、Lj為水躍長度，采用歐勒佛托斯公式計算： （46）經計算，Lsj=4+0.812.9=14.3m。考慮可能增大的過流強度，取消力池長度為16m。3. 消力池底板厚度計算消力池底板厚度初步由抗沖要求確定，要求不小于0.5m。 （47） 式中：t為消力池底板始端厚度，m；q為單寬流量，m/；H為閘孔泄水時的上、下游水位差，m；k1為消力池底板計算系數，可采用0.150.20。經計算=0.43m，小于0.5m。最終消力池底板始端厚度采用1.0m，末端厚度采用0.5m。4.2 海漫設計水流經過消力池，雖然已經消除了大部分多余能量，但仍留有一定的剩余能量，特別是流速分布不均，脈動仍較劇烈，具有一定的沖刷

43、能力。因此，消力池后需要設置海漫等防沖加固設施，使水流均勻擴散，并將流速分布逐漸調整到接近天然河道的水流形態。1. 海漫的布置和構造圖10 海漫構造示意圖海漫起始段做6m長的水平段，頂面高程在消力池尾坎頂以下約0.5m，水平段后做成1:10的斜坡，以使水流均勻擴散，調整流速分布，保護河床不受沖刷。要求海漫表面具有一定的粗糙度，并具有透水性和柔性。海漫前段使用漿砌石，后段使用干砌石。厚度為0.5m。構造如下：2. 海漫長度海漫長度L應根據可能出現的最大不利水位和流量的情況進行設計，與消力池出口的單寬流量及水流擴散情況、上下游水位差、海漫本身的粗糙程度等因素有關。根據水閘設計規范SL2652001給出的公式計算。 （48）式中：q為消力池出口處的單寬流量，m/；H為上、下游水位差，m；k2為河床土質系數，對于較為堅硬的黏土，取87。經計算得，=18