1、西華大學畢業設計說明書 PAGE 1 畢業設計(b y sh j)說明書題 目:羌河口(hku)水電站首部閘壩樞紐設計 學院(xuyun)(直屬系): 能源與環境學院 年級、 專業: 2010級 水利水電工程 學 生 姓 名: 學 號: 指 導 教 師: 完 成 時 間: 2014年5月25日 PAGE 56西華大學畢業設計說明書 II目錄(ml) TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc388363332 摘要(zhiyo) II HYPERLINK l _Toc388363357 7.2滲流(shn li)計算 PAGEREF _Toc388363357 h 23

2、HYPERLINK l _Toc388363358 8水閘(shuzh)消能防沖設計 PAGEREF _Toc388363358 h 30 HYPERLINK l _Toc388363359 8.1底流消能工的設計(shj) PAGEREF _Toc388363359 h 30 HYPERLINK l _Toc388363360 8.2消力池長度的計算 PAGEREF _Toc388363360 h 33 HYPERLINK l _Toc388363361 8.3消力池底板厚度計算 PAGEREF _Toc388363361 h 34 HYPERLINK l _Toc388363362 8.4

3、 海漫 PAGEREF _Toc388363362 h 35 HYPERLINK l _Toc388363363 8.5 防沖槽及末端加固 PAGEREF _Toc388363363 h 36 HYPERLINK l _Toc388363364 9水閘穩定分析 PAGEREF _Toc388363364 h 37 HYPERLINK l _Toc388363365 9.1荷載及其組合 PAGEREF _Toc388363365 h 37 HYPERLINK l _Toc388363366 9.2閘室穩定計算 PAGEREF _Toc388363366 h 40 HYPERLINK l _Toc

4、388363367 9.3驗算閘室基底壓力 PAGEREF _Toc388363367 h 41 HYPERLINK l _Toc388363368 10閘室抗滑穩定分析 PAGEREF _Toc388363368 h 44 HYPERLINK l _Toc388363369 11閘室底板的配筋計算 PAGEREF _Toc388363369 h 46 HYPERLINK l _Toc388363370 12結論 PAGEREF _Toc388363370 h 51 HYPERLINK l _Toc388363371 總結與體會 PAGEREF _Toc388363371 h 52 HYPER

5、LINK l _Toc388363372 謝辭 PAGEREF _Toc388363372 h 53 HYPERLINK l _Toc388363373 參考文獻 PAGEREF _Toc388363373 h 54 摘 要本次設計完成了羌河口水電站首部閘壩樞紐設計。設計重點包括羌河口水電站首部閘壩樞紐平面布置、泄洪閘和沖砂閘結構設計。首先進行整個(zhngg)羌河口水電站首部閘壩樞紐和相關建筑物的等別劃分。其次參照工程地質條件和地形地貌等因素，并依據水閘設計規范進行首部閘壩樞紐的平面布置 。最后，進行泄洪閘和沖砂閘結構設計；主要內容包括閘室結構布置、閘室抗滑穩定驗算、閘室地基應力計算、閘室底

6、板配筋計算、消能防沖計算等。本次設計需要熟練運用所學的相關專業知識，通過查找收集所需設計參數和資料，并在老師的指導下獨立完成全部設計內容。關鍵詞：羌河口(hku)水電站；首部閘壩；閘室穩定(wndng)；底板配筋AbstractThis design has completed the design of the first gate dam hydropower station in the estuary. The design focuses on the design of the first dam station layout, Xie Hongzha and discharge

7、structure of the river hydropower. Firstly, the Qiang River hydropower station first sluice dam project and related building classification. Secondly, according to the engineering geological conditions and topography and other factors, and on the basis of design specification sluice layout first slu

8、ice dam project are. Finally, to release flood waters gate and discharge structure design; main contents include chamber structure layout, the anti sliding stability calculation, the ground stress calculation, lock floor reinforcement calculation, the energy dissipation calculation etc. The design r

9、equires skilled use of relevant expertise learned by looking to collect the required design parameters and data, and under the guidance of teachers to complete all design elements independently.Key words: Qianghekou Hydropower Station; Department head dam; Chamber stability; Bottom reinforcement1前言(

10、qin yn)隨著經濟的不斷發展，人們對能源的依靠越來越重。隨著對煤炭、石油以及天然氣的開發(kif)及利用，各種環境問題逐步被推向一個熱議的焦點。因此清潔能源的開發以及推廣成了一種發展趨勢。而水能資源作為儲存量大、開發技術比較成熟的清潔能源正在被大量利用。在我國大型的水電站開發已經接近尾聲。本次羌河口水電站首部閘壩樞紐設計就是一座低水頭、小流量的單一發電工程。像這類小型的低水頭水電站具有很強的適應性，在許多流量不大(b d)的河流上只需要修建一個不大的大壩或者閘壩就能進行攔河發電，適當的地方還能為引水灌溉做出貢獻。這對于促進我國的經濟發展、解決部分地區灌溉問題有著十分積極的影響。羌河口水電站

11、作為白水江水流域電站規劃的一庫七級方案中的第三級，上面是黑河水電站，下面連接著黑河塘水電站，是一座典型的專門以發電為主的低閘引水式開發電站。設計的第一個重點便是對閘壩閘址的選擇，通過勘測和經濟以及運行管理方面的比較我們選擇了陵江鄉上游的下閘址作為本次設計的閘址。選擇閘址后就要對整個首部樞紐進行一個初步的布置，結合地質條件將閘孔布置在主河床上，把進水口布置在右岸便于成洞的地方，靠近進水口的地方設置一道沖砂閘，左岸修建一段土石壩段進行擋水。在首部樞紐布置后就進行閘室的布置以及防滲消能設施的布置，在擬定閘孔尺寸是要注意單寬流量的選擇。防滲設計中參照SL265-2001水閘設計規范設置防滲輪廓線，然后

12、進行防滲計算。當整個設計基本完成后需要對閘室進行抗滑穩定計算，這是對整個閘室穩定的一次校核。還有就是閘室底板的配筋計算，通過對所以直接作用或間接作用在閘室底板上了荷載進行疊加計算完成配筋計算。通過這些所有的計算和布置之后再通過綜合分析我們就能得出本次畢業設計的成果了。利用這些數據做出整個設計的平面布置圖、立視圖、閘室的平面圖、閘室的剖面圖等等。在本次設計中也參考了許多教材、規范以及其他資料，在此向這些文獻的作者表示感謝。在設計過程中，張老師一直在旁邊兢兢業業的指導，在此向張老師說聲衷心地感謝。同時有什么不對或者不完善的地方也希望得到您的斧正！ 2基本(jbn)資料2.1工程(gngchng)概

13、況 羌河口(hku)水電站作為白水江水流域電站規劃的一庫七級方案中的第三級，是一座典型的專門以發電為主的低閘引水式開發電站。下面連接著黑河塘水電站，上面是黑河水電站。該水閘的閘址處在陵江鄉吊壩村，控制集水面積達到2239km2；廠址位于陵江鄉河口村、羌河口匯口的上游。水庫正常蓄水位為1859.00m，總庫容8.92萬，裝機容量26MW，為單一發電工程。2.2閘址處地形資料 由于受到河谷地形地貌以及地質條件等因素的影響，并考慮到和上一級黑河電站的銜接，本階段在黑河廠址上、下游河段擬選了兩個比較理想閘址進行研究從而進行閘址的選擇。上閘址處于黑河廠房的上游大約240m，下閘址位于黑河廠房下游大約26

14、0m左右，上、下閘址之間相距約500m。上閘址與下閘址地形、地質等條件十分相似，右岸均為較陡巖石邊坡，左岸為較寬的覆蓋層坡地。河床覆蓋層較深（上閘址最大厚度60m，下閘址最大厚度75.3m）。都存在閘基滲漏、繞壩滲漏和滲透變形穩定、以及抗滑穩定等問題，雖然如此如若采取適當的工程措施，均具備修建水閘條件。表 1-1 壩址區覆蓋層物理力學參數建議值表分 類名 稱天 然密 度允許承載 力壓 縮模 量滲 透系 數抗剪指標允許比降凝聚力摩擦角dFRESkcg/cm3KPaMPacm/sMPa度層塊碎石土（Qcol+dl）2.0520025020301120.15層現代河床含漂砂

15、卵礫石層（Qal）2.1030035030401070.1層含漂砂卵礫石層（Qal）2.2550060050608.7110-2030320.120.152.2.1 上閘址上閘址地處陵江鄉的吊壩村上的游大約2km左右，現代的河床偏右岸，河道(hdo)彎曲呈典型的“S”型，河流(hli)流向由NW折向近西北方向，河谷總體(zngt)上看與地層走向呈小角度相交，屬斜縱向河谷。在枯水期河水位高程約為1857m，水面寬約10m，在取水位1863.05m的高程處，河谷寬130m左右。右岸谷坡平均坡度，山體雄渾且較厚，基巖基本裸露；左岸屬于階地發育，地形比較平緩，在1860m高程

16、處為級階地，1865m高程以上基本為覆蓋層斜坡，坡度為，河谷為不對稱的“U”型河谷。區內出露的基巖地層為黑河組上段第二層中部砂巖與板巖互層夾千枚巖，地層產狀為N5060W/NE6575。勘探表明，河床覆蓋層厚度一般4050m，最深達60m。河谷左岸階地為沖洪堆積的含漂（塊）砂卵礫石層，厚約5060m，結構較密實；右岸大多基巖裸露，僅坡腳分布有崩坡積塊碎石土，厚度較小，一般厚約58m，結構較松散；河床覆蓋層為含漂（塊）砂卵礫石層。區內覆蓋層按其物質組成、結構和成因，自下而上可分為三層：第層為沖洪積堆積的含漂（塊）砂卵礫石層，主要分布于階地及現代河床中下部，厚4851m，結構密實；第層為現代河床沖

17、積堆積的含漂（塊）砂卵礫石層，結構松散，局部有架空現象，厚58m，主要分布于現代河床表淺層。 2.2.2 下閘址下閘址位于陵江鄉吊壩村上游約1.5km，現代河床偏右岸，河道彎曲呈“S”型，河流總體流向自N向S，河谷總體上與地層走向呈大角度相交，屬斜橫向谷。枯水期河水位高程約1854m，水面寬23m，正常蓄水位1859.00m時，谷寬69m。右岸谷坡陡峻，平均坡度6065，山體渾厚，基巖裸露；左岸階地發育，地形平緩，1856m高程為級階地，1860m高程以上為覆蓋層斜坡，坡度為3040度，河谷呈不對稱“U”型谷。河床左岸階地為沖洪堆積的含漂（塊）砂卵礫石層，厚約6070m，結構密實；右岸1880

18、m高程以上基巖裸露，坡腳分布有崩坡積塊碎石土，厚度較小，一般厚約58m，結構較松散；河床覆蓋層為含漂（塊）砂卵礫石層。2.3水文資料徑流特征值 多年(du nin)平均流量， 25.7m3/s ；汛期多年(du nin)平均流量(510月)，40.2m3/s；枯期多年(du nin)平均流量(114月)，11.0m3/s ；多年平均氣溫，12.6；多年平均降水量，567.3mm；多年平均相對濕度 ， 65%； 多年平均風速， 2 .1m/s。 下閘址所在地的流量-水位關系曲線如圖 2-1。圖 2-1 下閘址所在地的流量-水位關系曲線表 2-2 羌河口電站各月徑流分配表 月 份 數 值 5678

19、91011121234全年多年平均徑流（m3/s）32.141.644.938.943.540.219.712.18.787.036.6711.625.7多年平均月徑流分配（%）10.613.314.812.913.913.36.34.02.92.12.23.7100由于羌河口水電站附近的水文站修建的時間比較近，所以將各處( ch)的水文資料進行補插延長從而得到所需要的完整的水文數據。所以由羌河口電站閘址1966年5月2006年4月共40年（水文年）徑流系列推算，閘址處多年平均流量為25.6m3/s，折合(zhh)年水量8.10億m3，多年平均年徑流深362.0mm。由于本流域徑流主要是降雨補

20、給，因此徑流的年內變化(binhu)與降水的年內分配大致一致。豐水期（5月10月）水量為全年的79.4%，枯水期（11月次年4月）占年徑流的20.6%，。徑流的年內分配詳見表 2-2根據陵江電站1966年5月2006年4月共40年（水文年）徑流系列，用皮爾遜3型曲線進行試線，確定各頻率設計值以及統計相關的參數，徑流成果見表2-3。表 2-3 羌河口電站設計年徑流成果見表時 段均值（m3/s）CV CS/CVP=10%P=50%P=90%年（54月）25.70.24233.925.218.2豐水期（510月）40.20.25253.539.428.0枯水期（114月）11.00.26214.81

21、0.87.532.4洪水資料1987年洪水為南坪站實測系列中的首大，洪峰流量363 m3/s，在實測系列中量級突出。其余1966、1968、1993年洪水，在鵠衣壩站屬于實測洪水流量系列，由該站推算的南坪站相應年份的年最大流量來看，1966、1968年洪水排位于1987年之后，量級均在300m3/s以下，1992年洪水洪峰流量217m3/s，已屬一般洪水。根據對白水江干流（九寨溝縣段）的洪水調查情況，認為1984年洪水為泥石流阻塞河道形成的非天然洪水，不作為歷史洪水處理；對于1948年和1987年洪水的重現期，由于條件所限，不能將其考證期追溯至解放前更久遠年代，只能自1948年起考證，即194

22、8年洪水為自1948年以來的首大洪水（無量，排位空缺），1987年洪水次大，重現期分別為59年和30年。1993年洪水在南坪站實測系列中略小于1987年，可提出作為特大值，排于1987年之后，重現期為20年。表 2-4 羌河口水電站閘、廠址設計洪水成果表位 置Qp (m3/s)P=0.2%P=0.33%P=0.5%P=1%P=2%P=5%P=10%P=20%P=50%壩 址380359341311281240207174124廠 址397357325293250216181129由于羌河口電站位于多諾、黑河塘水文站之間，故閘、廠址設計(shj)洪水由多諾、黑河塘水文站的設計洪水成果按面積比內插

23、推求，見表2-4。2.5泥沙(n sh)資料2.5.1 汛期排沙運用水位比較的水庫泥沙(n sh)沖淤計算陵江電站推薦正常蓄水位為1859.0m，電站需要日調節庫容2.77萬m3。本階段初擬汛期排沙運用水位1858.0m、1859.0m兩個方案進行比較。各汛期排沙運用水位水庫沖淤計算成果見表2-5。表 2-5 各汛期排沙運用水位方案計算成果汛期排沙運用水位（m）1858.01859.0水庫總淤積量(萬m3)4.567.42剩余調節庫容（萬m3）2.751.48年均不定期敞泄沖沙次數（次）32 計算結果表明，隨汛期排沙運用水位抬高，庫尾泥沙淤積高程隨之抬高，庫區總的淤積量增加。水庫運行20年，汛

24、期排沙運用水位1858m、1859m，水庫總淤積量分別為4.56萬m3、7.42萬m3。年均停機沖沙次數兩個方案分別為3次、2次，低方案較高方案多，但各方案皆能滿足電站取水防沙要求。就調節庫容而言，汛期排沙運用水位越高，調節庫容損失就越大。1858m、1859m兩個方案調節庫容淤積量分別為4.56萬m3、7.42萬m3，剩余調節庫容分別為2.75萬m3、1.48萬m3，從長期保持電站調節庫容2.77萬m3的要求來看，1858m方案基本滿足要求，1859m方案則不滿足要求。2.5.2 懸移質（1）根據實測泥沙資料分析，陵江水電站壩址處懸移質特征值如下：多年平均輸沙量，10.89萬t；多年平均含沙

25、量，0.134 kg/m3； 多年汛期平均含沙量，0.170kg/m3；多年平均引水含沙量，0.134kg/m3；多年平均過機含沙量，0.134kg/m3；多年汛期平均過機含沙量，0.170kg/m3。多諾水庫建成后，陵江入庫的懸移質顆粒級配最大粒徑1.05mm，中數粒徑0.023mm。懸移質礦物成份，采用九寨溝水文站2005年沙樣，由紅外吸收光譜測試鑒定分析。礦物成份中有長石、石英、基性巖屑、綠泥石、碳酸鹽、伊利石、方解石、水晶、角閃石等。莫氏硬度大于5的礦物以石英、長石、基性巖屑為主，其它(qt)硬礦物如角閃石、水晶等含量相對較少。3 確定(qudng)樞紐等別3.1工程(gngchng)

26、等別和建筑物級別羌河口水電站作為白水江水流域電站規劃的一庫七級方案中的第三級，是一座典型的專門以發電為主的低閘引水式開發電站。下面連接著黑河塘水電站，上面是黑河水電站。水庫正常蓄水位1859.00m，總庫容8.92萬m3(0.000892億m3)，裝機容量26MW(2.6萬KW)，為單一發電工程。現在對羌河口水電站的有關建筑物以及電站整體做一個等別的劃分。具體分等見表3-2。表3-1 水工建筑物級別劃分工程等別永久性建筑級別臨時性建筑物級別主要建筑物次要建筑物13423434545555表3-2 水利水電工程分等指標工程水庫防洪治澇灌溉供水水電站等別工程規模總庫容(108m3)城鎮及工礦企業的

27、重要性保護農田(萬畝)治澇面積(萬畝)灌溉面積(萬畝)城鎮及工礦企業的重要性裝機容量(104kw)大(1)型10特別重要500200150特別重要120大(2)型101.0重要5001002006015050重要12030中 型1.00.1中等100306015505中等305小(1)型0.100.01一般30515350.5一般51小(2)型0.010.001530.51由以上資料和數據(shj)可以確定該工程的工程等別為等，規模為小（1）小型(xioxng)，永久性主要水工建筑物級別為4級，次要水工建筑物級別為5級，臨時性水工建物級別為5級。關于羌河口(hku)水電站有關的臨時性建筑物以及

28、永久性建筑物的具體等別劃分情況;見表 3-1。3.2下閘址攔河閘壩等別平原區水閘樞紐工程的等別劃分,其等別應按表3-3確定。表3-3 平原區水閘樞紐工程分等指標工程等別規模大(1)型大(2)型中型小(1)型小(2)型最大過閘流量(m3 /s)50005000100010001001002020防護對象的重要性特別重要重要中等一般- 水閘樞紐中的水工建筑物的等別劃分,其級別應按表3-4確定。表3-4 水閘樞紐建筑物級別劃分工程等別永久性建筑物級別臨時性建筑物級別主要建筑物次要建筑物13423434545555- 考慮到下閘址位于陵江鄉吊壩村上游約1.5km，主要工程處于邊遠山區，沒有大的城市或者

29、人群，下游居民數量不多，所以保護對象的重要性為一般再加上所屬樞紐的等別為等，規模為小（1）小型，所以閘壩的工程等別可以確定為等，規模為小（1）小型，永久性主要水工建筑物級別為4級，次要水工建筑物級別為5級，臨時性水工建物級別為5級。4首部閘壩樞紐整體(zhngt)布置4.1攔河閘位置(wi zhi)的選擇攔河閘壩閘址的選擇是一件非常重要的事情。他的選擇將影響到閘壩工程的直接成敗，同時在造價方面他也會直接影響造價的高低，同時他還會對整個閘壩所產生的經濟效益產生很大影響。這是水閘組織設計當中一個十分重要的環節。他應該從水閘的運用要求以及功能特點著手，然后還要綜合考慮所處閘址的地形地貌、地質條件、水

30、流(shuli)情況、周圍的環境因素、施工管理以及后期的運行管理等因素等，最后做出合理的經濟與技術分析，選出最理想的閘址。閘址的選擇對地形有著苛刻的要求，最好選在地基巖土堅實、兩岸邊坡穩定、周圍的地下水位相對較低以及周圍要有開闊的地形便于施工筑壩。在地基條件方面要優先選擇天然地基土比較好的地方，地基土的土質要盡量適合筑壩，像細沙、粉砂這類地基容易出現液化現象要盡量避開。實在是不能避開的情況下要采用適當的地基處理方法進行妥善的處理。還有就是過閘水利的形態，如果沒有處理好將會對閘室和下游河床以及邊坡產生很大的沖刷，時間長了有可能直接產生閘壩傾覆的可能。所以要讓過閘水流盡量保持平順，在閘室后面盡量不

31、要產生波狀水躍或者是折沖水流。流量要均勻分布不能出現偏流的情況。攔河閘要選在河道水流平順且河道順直的地方。而且盡量離,公路遠一些。 由于受河谷地形地貌及地質條件的影響，并考慮到和上一級黑河電站的銜接，本階段在黑河廠址上、下游河段擬選了兩個閘址進行研究比較。 上、下閘址地形、地質條件相似，右岸均為較陡巖石邊坡，左岸為較寬的覆蓋層坡地，均屬軟基建閘。河床覆蓋層深厚（上閘址最大厚度60m，下閘址最大厚度75.3m）。都存在壩基滲漏、繞壩滲漏和滲透變形穩定等問題，若采取適當的工程措施，均具備建閘條件。以下分別從地形地質條件、地層巖性、地質構造、施工條件等方面進行綜合比較，上、下閘址綜合比較見表4-1。

32、從以上綜合比較可以看出，上、下閘址水頭、工程地質條件接近，均無制約性因素；工程泥沙在通過一定工程措施后都可滿足規范要求。上閘址存在工程運行管理復雜，在運行管理中需要根據河流來水來沙條件以及黑河電站、羌河口電站的運行情況調整各道控制閘，運行不當可能造成渠道的淤堵、黑河電站尾水管淤積。并且(bngqi)上閘址對黑河電站和陵江電站運行相互干擾較大，要求兩個電站基本同步運行，對梯級電站的調度要求較高。下閘址運行(ynxng)簡潔，引水防沙的經驗成熟，兩個梯級電站可單獨運行，梯級電站水位銜接關系較好。綜上所述，本階段初擬下閘址作為推薦(tujin)方案。表4-1 上、下閘址綜合比較項 目上 閘 址下 閘

33、 址地 形地 貌左岸級階地，地形平緩，右岸為基巖陡坡，河谷為不對稱的“U”型斜橫向谷。枯水期河水面寬10m，取水位1861.34m時，谷寬103m，現代河床偏右岸。河谷與巖層走向交角較小，屬斜縱向谷。左岸上部為基巖斜坡，下部為覆蓋層斜坡，右岸為基巖陡坡，河谷為不對稱的“U”型谷。枯水期河水面寬23m，正常蓄水位高程時谷寬67m，現代河床偏右岸。河谷與巖層走向交角較大，屬斜橫向谷。地層巖性地質構造基巖地層砂巖與板巖互層夾千枚巖。小斷層、構造破碎帶不甚發育。薄板狀板巖與中厚層砂質灰巖互層，夾少量千枚巖及砂巖、板巖互層夾千枚巖.河 床 覆蓋層條件河床覆蓋層厚度一般4050m，最厚60m。河谷左岸階地

34、為沖洪堆積的含漂（塊）砂卵礫石層（Qal+pl），厚約5060m。河床覆蓋層厚度一般在6070m，最深約75.3m。河谷左岸階地為沖洪堆積的含漂（塊）砂卵礫石層（Qal+pl），厚約6070m。物理地質現 象區內不良地質現象不發育，谷坡整體穩定性好。基本同上閘址。閘 肩條 件右岸為基巖陡坡，邊坡整體穩定，左岸為級階地含漂卵礫石層。基本同上閘址。進 水 口條 件右岸為凹岸，河道主流線偏右岸，有利于進水口布置。基本同上閘址。4.2首部樞紐布置首部樞紐為一攔河閘壩，在上面的論證中我們已經確定了下閘址作為這次攔河閘壩的閘址選擇。接下來我們將對整個攔河閘壩的首部樞紐做一個簡單基本的平面布置。下閘址位于陵

35、江鄉吊壩村上游約1.5km，右岸谷坡陡峻，；左岸階地發育，地形平緩，1854m高程為級階地，1860m高程以上為覆蓋層斜坡，河谷呈不對稱“U”型谷。區內出露的基巖地層為黑河組上段第二層灰色薄板狀板巖與中厚層砂質灰巖互層，夾少量千枚巖及為砂巖與板巖互層夾千枚巖。首先從地形上看右岸谷坡陡峻，平均坡度6065，左岸階地發育，地形平緩，1856m高程為級階地，河谷呈不對稱“U”型谷。所以只有右岸具備成洞條件，因此將進水口設置在右岸。考慮到泥沙的問題所以必須在靠近進水口那一岸設置一道沖沙閘，在必要的時候沖沙閘兼做泄洪之用。同時在主河床中間設置泄洪閘，泄洪閘位于沖沙閘左惻。攔河閘閘基位于覆蓋層上，因此必須

36、考慮防滲問題，初步擬定采用水平鋪蓋防滲在上下游設置一定長度的水平鋪蓋。5水閘(shuzh)的結構布置5.1底板底板是閘室的基礎即承受閘室上部結構的重量及荷載，又向地基傳遞這部分力以及荷載的結構，同時兼有防滲、防沖、防止地基滲透水流作用可能產生的滲透變形，并保護地基免受水流沖刷。因此閘室底板必須具有足夠的整體性、堅固性、抗滲性和耐久性。閘室的底板通常(tngchng)采用鋼筋混凝土結構。5.1.1底板的結構(jigu)形式 水閘的底板的結構型式根據地基、泄流條件可選用平底板、低堰底板、折線底板、反拱底板結構。5.1.2使用條件 = 1 * GB3 * MERGEFORMAT 平底板結構：是工程中

37、最常用的的一種形式。其就跟簡單、施工反方便，對于不同的地基都要一定的適應性，所以一般情況下都采用這種形式的底板。當地基土質較差而且上部的荷載較大的情況下可采用箱式平底板結構，其整體性以及對地基的不均勻沉降和抗震性都很好，只是施工比較復雜、工程量較大，但是采用箱式平底板結構時可不進行地基處理。5.1.3低堰型底板和折線型底板在實際工程中應用遠遠不如平底板那么的普及，而且其受力條件十分復雜。目前并沒有系統精確的計算分析方法，因此質疑在特定的條件下才會采用這兩種形式的底板。5.1.4反拱底板結構(jigu)過去為了充分利用混凝土材料的抗壓性能，從而減薄底板的厚度，減少鋼筋的用量，節省工程投資而在堅實

38、或中等密實的地基上采用這種底板形式，但是其缺點很突出：其結構受力不明確，計算比較復雜困難，之前采用了此種形式底板的工程失事(sh sh)的比較多所以目前已經很少采用了。本工程粗礫卵石(lunsh)地基上，相對來說工程地質條件還比較好，再加上閘室的高度不大、上下游水位差較小、過閘單寬流量也不大，所以在此選擇開敞式平底板結構式底板。底板的具體尺寸詳見水閘防滲設計中的布置。5.2閘墩閘墩用以分隔閘孔支承閘門上部所以橋梁及設備的重量以及閘門的重量，并將閘門傳來的水壓力和上部結構的重量和荷載傳遞個底板。閘墩的長度應滿足布置工作橋、公路橋、檢修橋等的需要。在閘墩的上游端為了減小孔口水流測收縮和使水流平順不

39、至于在下游產生波狀水躍或者折沖水流等情況，在閘墩的前端采用半圓形相接，圓的半徑采用R=D/2。其中D為閘墩的寬度，所以R=3/2=1.5m。下游端為了減小水流的水冠和沖擊波，下游端采用流線型，其中R=1.71D，其中D為閘墩的寬度，所以R=1.713=5.13m。閘墩的長度與底板長度一樣采用10m。閘墩的高程與閘頂高程齊平，所以閘墩高為7.5m。5.3閘門提及閘門，首先要考慮的事閘門形式的選擇，閘門的選擇要考慮很多因素，首先要考慮的便是下泄流量和閘孔的跨度，這是直接影響閘門選型的關鍵因素，因為流量的大小會直接影響閘門的選材以及閘門強度剛度的確定，再加上閘孔的大小尺寸也是決定這些因素的決定性條件

40、之一。同時造價的高低、啟閉機的容量也是會對閘門的選擇提供一定的參考價值。閘門在閘室中位置的確定也是一個很關鍵的步驟，因為閘門位置的確定會對地基應力的分布產生直接的影響，比如說在后面閘室穩定計算中對于底板形心的選擇就和閘門位置的選擇有直接關系，也就是說它還會對閘室的抗滑穩定也要產生重要影響。再者閘門位置的選擇還會影響上部工作橋以及啟閉機的位置的確定。因此閘門位置的選擇是閘門布置中十分關鍵的一步。閘門型式的選擇，本工程屬于低水頭、小流量的閘壩。考慮到平面閘門制造簡單，而且安裝管理方面也十分方便，再者就是維護上也很方便。所以在此選擇平面式鋼閘門。并且在工作閘門前預留一道檢修閘門的位置，方便在檢修時運

41、用，本工程采用一臺檢修閘門啟閉機，兩孔泄洪閘共用一道檢修閘門，由于沖砂閘寬度與泄洪閘不一樣所以各自單獨用一道檢修閘門。5.4底板的分縫為了減少和防止由于溫度變化、地基的不均勻沉降以及混凝土干縮引起的裂縫，對于閘室底板必須沿垂直水流方向(fngxing)進行分段，即設置若干道順水流方向的永久縫。參照SL265-2001水閘設計規范將順水流方向的分縫設置在閘墩上，在靠近岸墻處，為了減小岸墻以及墻后填土的不利影響，采用兩閘孔一聯。這樣分縫的好處在于我們可以很好的控制閘門的整體性不被破壞，再者這樣的分縫對于地基的不均勻沉降也可以起到十分積極的作用可以增強他在這番方面的適應性。同時還可以大大提高閘室的抗

42、震性能。止水設備：因為本工程的底板要具有防滲的作用，因此必須對這些分縫進行止水設計。參照水工建筑物第5版、張世儒水閘以及SL265-2001水閘設計規范在閘墩中間設置鉛直止水，邊墩與翼墻間以及上游(shngyu)翼墻本身采用水平止水。在止水交叉處采用鉛直交叉以防止形成滲水通道。在交叉處的止水片運用柔性連接。6水閘(shuzh)的水力計算水閘的水利(shul)設計內容包括： = 1 * GB3 * MERGEFORMAT 閘孔總凈寬的計算(j sun)及閘孔尺寸的確定； = 2 * GB3 * MERGEFORMAT 水閘的防滲排水設計； = 3 * GB3 * MERGEFORMAT 水閘的消

43、能防沖設施的設計。6.1閘室型式的確定6.1.1堰型的選擇常用的堰型有：寬頂堰和低實用堰。寬頂堰對于不同的地形地質條件以及不同的運行要求都有著很強的適應能力，因此寬頂堰成為了很多水閘都采用的一種較為普通也較為簡單的形式。他的優點在于它十分的有利于洪水的排泄、淤積的沖砂、排污排水也是很厲害的，并且他的結構簡單十分的反方便于施工與設計，并且他的泄流能力相對于其他的堰型來講十分的穩定，這也是很多工程都選擇寬頂堰的一個重要原因。他的缺點在于自由泄流時他的流量系數比較小，在下游出可能會產生波狀水躍，但是平底板式的寬頂堰這種結構形式就可以很好的避免一些問題，而且很適用與本次工程的設計。考慮到本次工程設計的

44、閘址位于覆蓋層上，地質條件不好，再加上施工的復雜性，在此我們選擇平底板結構的寬頂堰作為下閘壩的堰型。6.1.2按結構型式選擇 開敞式水閘：開敞式水閘是一種目前普遍采用的結構型式，在他的上面沒有填土。可運用的范圍非常的廣，它不僅試用于上、下游水位變幅不大的水閘。對于那種上下游水位變幅大，并且過閘流量很大的的工程 ，只需在閘室設置一道胸墻就可以了。本工程位于(wiy)凌江上，閘前水位不高，過閘流量不大，山區河流陡漲陡落，所以采用開敞式水閘。6.1.3閘底板高程(gochng)的選擇閘底板應置于較為堅實的土層上，并應盡量利用天然地基。在地基強度滿足要求的條件下，底板高程定的高些，但是考慮(kol)到

45、本工程處于覆蓋層上閘底板高程不宜過高取為1853m，沖沙閘兼有泄洪沖沙的作用所以其高程應略低于河床高程取為1853m。6.1.4閘上下游水位的確定第一章基本資料可知水位流量關系曲線表可查下游水深，而上游水深由資料可知： H上=h下+壅高壅高水位值見資料。具體計算數值見下表6-1。 表6-1 雍高水位值洪水標準上游水位(m)下游水位(m)流量()壅高(m)設計洪水18581855.782582.22校核洪水1858.651856.183592.476.2擬定閘孔尺寸6.2.1在設計洪水工況時由設計洪水工況位得：h= 1858 - 1853= 5mh= 1855.78-1853 = 2.78m判斷

46、流態時，參考李家星主編水力學一書中的公式： 當上式成立時，為淹沒出流，否則為自由出流。上游(shngyu)渠道當水深為4m時端面面積可由上下游河道橫斷面圖初步估算出式中：下游(xiyu)水深，m；計入行進(xngjn)流速的堰上水頭，m；上游過水斷面面積；上游水深，m。 =1.0 h= 2.780.8 H= 4.096m故水流為自由出流。6.2.2在校核洪水工況時 h=1858.651853= 5.65mh = 1856.18- 1853=3.18m上游水位當水深為5.65m時的斷面面積可由上游河道橫斷面圖得出過水斷面A：,判斷流態時, 參考李家星主編水力學一書中的公式： 當上式成立時，為淹沒

47、出流，否則為自由出流。式中：h下游水深，m；H計入行進流速的堰上水頭，m；A上游過水斷面面積；h上游水深，m。 m m故水流為自由出流。6.2.1堰流與孔流的確定(qudng)根據實驗，寬頂堰形成堰流或孔流的界限可以(ky)參考李家星主編水力學一書中的公式：e/H0.65為堰流；e/H0.65為孔流。在設計(shj)洪水工況時：e/H=6.5/4=1.6250.65，所以為堰流。在校核洪水工況時：e/H=6.5/4.65=1.3970.65，所以為堰流。6.2.2計算閘孔總凈寬 = 1 * GB3 * MERGEFORMAT 單寬流量的選擇過閘單寬流量的選擇,主要根據閘后河床的地質條件,但也應

48、考慮上、下游水深和等因素，單寬流量的經驗取值見表6-2。表6-2 我國的經驗對各種地質的地基單寬流量的經驗取值河床地基土質細砂、粉砂砂壤土壤土堅硬粘土Q(.m)510101515201525 注:根據工程經驗,擬取q=20 .m閘室總凈寬的估算:按下式計算: = Q/q ( m )式中:Q為設計或者校核流量；q為單寬流量。 = Q設/q =258/20=12.9 m = Q校/q =359/20=17.95 m 故閘室總凈寬12.9m B0 17.95m。6.2.3擬定閘室總凈寬 在水流成堰流的情況下，參照林繼鏞主編的水工建筑物閘室總凈寬計算時： = 式中：閘孔總凈寬，m；Q設計(shj)流量

49、； 計入(j r)行進流速水頭在內的堰頂水頭，m； 淹沒(ynm)系數； 側收縮系數； m流量系數； g重力加速度，。 在設計洪水工況時寬頂堰淹沒系數計算： = 同理在校核水位時寬頂堰淹沒系數=0.923， 由于堰頂高程與河床高程基本相同，故為無坎寬頂堰=1.0，流量系數m=0.385。在設計工況洪水時 =m在校核工況洪水時 =m故取為16.5m，初設2孔，每孔凈寬(16.5-2.5)/2= 7m，中墩3，邊墩1.5m。剩余2.5m設為沖砂閘，在需要的時候沖砂閘兼做泄洪閘。6.3驗算泄流能力6.3.1確定測收縮系數參照水閘設計規范測收縮系數： 其中(qzhng)： 式中：b邊閘孔側收縮(shu

50、 su)系數，可按公式(gngsh)計算求得或由表4-3查得，但表中為bo+bo/2+。 堰流側收縮系數,b0為閘孔凈寬(m)； 中閘孔側收縮系數, dz為中閘墩厚度(m)； b邊閘孔側收縮系數； 邊閘墩順水流向邊緣線至上游河道水邊線之間的距離(m)； N閘孔數； z中閘孔側收縮系數,可按公式計算求得或由表4-3查得,但表中bs 為b0 +dz ；表6-3 值b0/0.20.30.40.50.60.70.80.91.00.9090.9110.9180.9280.9400.9530.9680.9831.000由計算查表得：=0.983，b=0.918，所以 =0.961由公式： =，反算Q。表6

51、-4 校核過流能力計算表H0(m)mQ()設計洪水0.917 0.9615.120.385287.57校核洪水0.9230.9615.780.385363.91校核(xio h)出的流量均比相應的設計流量稍大，所以滿足要求。7水閘(shuzh)防滲排水設計7.1水閘的防滲長度(chngd)及地下輪廓線的布置7.1.1防滲長度的確定初步擬定的水閘的防滲長度需要滿足下公式的要求： LCH 式中：L水閘的防滲長度，及基本輪廓線水平段和垂直段長度的總和，m ； H上、下游水位差，m； C允許滲徑系數，依地基土的性質而定，當閘基設有板樁時，可采用表7-1中所列規定值的小值。表7-1中出了壤土、粘土以外的

52、地基，只列出了有反濾層時的允許滲徑系數，因為在這些地基上建閘，必須設置反濾層。表7-1 允許滲徑系數值排水條件地基類別粉砂細砂中砂粗砂中礫細砂粗礫夾卵石輕粉質砂壤土輕粉質砂壤土壤土粘土有反濾層13-99-77-55-44-33-2.511-79-55-33-2無反濾層7-44-37.1.2地下(dxi)輪廓線的布置地下輪廓線的布置方案(fng n)與地基土的性質密切相關。下閘址位于陵江鄉吊壩村上游約1.5km，地基土主要表現為粗礫夾卵石。總的來說，地下(dxi)輪廓線的布置型式主要有以下四種：1：鋪蓋與板樁結合布置的型式；2：平底式，主要水平防滲設施為鋪蓋、淺齒墻等；3：雙向水頭水閘的防滲布置

53、型式；4：平底式結合排水減壓孔。因為本工程施工區屬于沙性土，所以此次設計用第二種型式，即在上游側布置鋪蓋，齒墻等水平和垂直防滲措施，必要時可設置懸掛式防滲墻，在下游側消力池底板中后部設置排水孔以達到上防下排的設計目的。現將水平防滲與垂直防滲的具體設備詳細說明如下： = 1 * GB3 * MERGEFORMAT 鋪蓋鋪蓋作為水閘主要的防滲設施，在水閘的設計中有著十分重要的作用，他一般設置在水閘的上游，主要的作用是延長滲徑的距離，提高水閘的防滲強度。鋪蓋厚度不小于0.4m，取1m計算。 = 2 * GB3 * MERGEFORMAT 混凝土、鋼筋混凝土鋪蓋當缺乏作鋪蓋的土料時或水閘必須利用鋪蓋協

54、助抗滑時，才采用混凝土、鋼筋混凝土鋪蓋。混凝土的強度為C15，C20，板厚約為3050cm。為了增加鋪蓋的不透水性，可在混凝土表面涂一層瀝青。為了適應地基的沉陷，鋪蓋面積大的應該用縱、橫縫分開。鋪蓋與翼墻、底板之間設沉陷縫，鋪蓋在靠近底板與翼墻的部分，一般都應加厚，做成齒墻。所以參見水閘設計規范鋪蓋長度為（35）H = 7.41 12.35 m ,取最大值稍大15m。 = 3 * GB3 齒墻作為抗滑穩定和防滲的一個重要設施，它一般布設在水閘的上游和下游，深度一般不少于0.5m。深齒墻宜布置在底板或鋪蓋的上游側。深齒墻與底板或鋪蓋連接處均用接縫分開，接縫中設止水，以保證其不透水性。設置齒墻的優

55、點主要有：1、延長滲徑；2、如同重力壩的淺齒墻一樣增加閘室的抗滑穩定性；3、在垂直水流的方向起到鋼筋混凝土梁的作用以增加整體剛度；4、增強防凍的功能。此次設計取齒墻為深1m，寬2m，與上下游鏈接的坡度為1:1。7.1.3閘底輪廓線長度(chngd)的確定底板順水流方向的長度，取決于上部結構布置并滿足結構要求強度和抗滑穩定要求。底板長度可根據經驗擬定：對于(duy)砂土和砂壤土，可取（2.02.5）H（H為上、下游最大水位差）。底板厚度必須滿足強度和剛度的要求，大、中型水閘可取（1/51/8）(為閘孔徑(kngjng)寬)，一般為1.02.0m，最薄不小于0.6m。水閘底板長度取（2.02.5）

56、H = 5.87.25 m，為方便布置可適當加長底板長度，取其為10.0m。底板厚度取,2.0m。防滲長度的復核：由L=15+10=25CH =32.47=7.41m，所以滿足要求。7.2滲流計算 = 1 * GB3 * MERGEFORMAT 直線比例法直線比例法包括勃來法和萊因法兩種。最常用的直線比例法是勃來法，該法認為滲透水頭沿著地下輪廓不透水部分（不論是垂直滲徑，還是水平滲徑）成線形減少，并逐漸消失。勃萊法用于平展式地下輪廓的滲壓計算。其成果雖為近似值，但還是比較接近實際的。利用直線比例法能夠近似地算出作用在地下輪廓不透水部分的滲透壓力。由它得出的滲流坡降數值，各處均相同，是平均坡降，

57、故不能用于抗滲穩定性驗算。直線比例法適用于地下輪廓比較簡單，地基又不復雜的中、小型工程。 = 2 * GB3 * MERGEFORMAT 流網法流網的繪制可以通過手繪或實驗來完成。對于邊界條件復雜的滲流場。很難求得精確的滲流理論值。工程上往往利用流網解決這類問題。 = 3 * GB3 * MERGEFORMAT 改進阻力系數法改進阻力系數法是利用獨立的函數將閘基進行分段簡化計算與此同時計算出各分段的阻力系數最后在將不合適的阻力系數進行修正后再次進行分析計算,這是一種非常綜合的計算方法，計算的精度比較其他幾種方法有所提高,是目前采用的比較多的一種方法。對于羌河口水閘的滲流計算我們采用改進阻力系數

58、法。7.2.1確定地基(dj)的有效深度土基上的地基有效深度按照揚壓力分布曲線(qxin)、滲流量、出逸坡降值等不在變化時的原則確定，其有效深度的計算可參照林繼鏞主編的水工建筑物計算公式為：當 / 5時 = 0.5 當 / 5時 = 式中： 地下輪廓不透水部分(b fen)的水平投影長度，m； 地下輪廓不透水部分的垂直投影長度，m； 從地下輪廓的最高點鉛直向下起算，m。所以： =25m，=2m ， / =25/2=12.5m5m， = 0.5 =0.525=12.5m。根據地質分析河床底部透水層深度大概為10m左右，所以T=10m。7.2.2地基的分段和阻力系數計算各分段阻力系數如下： = 1

59、 * GB3 * MERGEFORMAT 進口段和出口段阻力系數 式中：為進口段和出口段阻力系數；S 為齒墻或板樁的入土深度；T為地基有效深度或實際深度。內部垂直段阻力系數 式中：為內部垂直段阻力系數。內部水平(shupng)段阻力系數 式中：內部水平(shupng)段阻力系數；水平(shupng)段的長度；S1、S2 進出口段板樁或齒墻的入土深度。其中：=10m，S1=S2=1m。當底板有傾斜段時 式中：傾斜段兩端的地基深度；相應端出板樁或齒墻的入土深度。各段阻力系數計算如下： = 1 * GB3 * MERGEFORMAT 進口段：將齒墻簡化為短板樁，板樁入土深度為1m，鋪蓋厚度為1m，故

60、S=1+1=2 T=10按式計算進口段阻力系數為：=1.50.58 = 2 * GB3 * MERGEFORMAT 齒墻水平段：，按計算齒墻水平段阻力系數為：0.13 = 3 * GB3 * MERGEFORMAT 齒墻垂直段：，。按計算齒墻垂直段的阻力系數為：=0.07 = 4 * GB3 * MERGEFORMAT 鋪蓋(p gi)水平段：，按計算鋪蓋水平(shupng)段阻力系數為： = 5 * GB3 * MERGEFORMAT 齒墻垂直(chuzh)段前：，按計算板樁垂直段阻力系數為： = 6 * GB3 * MERGEFORMAT 齒墻垂直段后：，根據計算，板樁垂直段阻力系數為：