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文檔簡介
水閘課程設(shè)計(jì)
第一章總述
第一節(jié)概述
本工程是西通河灌區(qū)第一級(jí)抽水站的攔河閘,其主要任務(wù)是攔蓄西通河的河
水,抬高水位滿足抽水灌溉的需要;洪水期能夠宣泄洪水,保證兩岸農(nóng)田不被洪
水淹沒。
第二節(jié)基本資料
(-)閘的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)
根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范.》SD133-84(以下簡稱SD133-84),該閘按IV級(jí)建筑物
設(shè)計(jì)。
(二)水位流量資料
運(yùn)用情況上游水位(米)下游流量(m3/s)
正常蓄水198.000
設(shè)計(jì)洪水198.3661.40
校核洪水198.9079.70
卜.游水位流量關(guān)系見表
HT(m)195.00196.00197.00197.50198.00198.15198.50198.65
Q(m3/S)0.008.6327.9641.0755.4061.4073.9879.70
(三)地形資料
閘址附近,河道順直,河道橫部面接近梯形,底寬18米,邊坡1:1.5,河底
高程195.00米,兩岸地面高程199.20米。
180F
(四)閘基土質(zhì)資料
閘基河床地質(zhì)資料柱狀圖如圖所示
▽5nn
▽對(duì)雜
拈土
層序高程(M)土質(zhì)擷況
I195.00-191.8細(xì)砂
II191.8—183.32組砂
III183.32粘土
閘址附近缺乏粘性土料,但有足夠數(shù)量的混凝土骨料和砂料。閘基細(xì)砂及墻后回
填砂料土工試驗(yàn)資料如下表;
天然容重飽和容重內(nèi)摩擦角凝聚力不均勻系數(shù)相對(duì)密實(shí)度
細(xì)砂18.6420.6122012
0.46
砂土料18.2020.2132015
0.62
細(xì)砂允許承載力為150KN/m2-其與混凝土底板之間的摩擦系數(shù)f=0.35o
(五)其他資料
1.閘上交通為單車道,按汽?10設(shè)計(jì),帶?50校核。橋面凈寬4.0m,總寬為
4.4mo
2.閘門采用平面鋼閘門,有3米,4米,5米三種規(guī)格閘門。
3.該地區(qū)地震設(shè)計(jì)烈度為4度。
4.閘址附近河道有干砌石護(hù)坡。
5.多年平均最大風(fēng)速12米/秒,吹程0.15公里。
第三節(jié)工程綜合說明書
本工程為IV級(jí)攔河閘。設(shè)計(jì)采用開敞式水閘。
水閘由上游連接段、閘室段、下游連接段三部分組成。
閘室段位于上、下游連接段之間。是水閘工程的主體。其作用是控制水位、
調(diào)節(jié)流量。包括閘門、閘墩、邊墩、底板、工作橋、檢修便橋、交通橋、啟用機(jī)
等。
上游連接段的作用是將上游來水平順地引進(jìn)閘室。包括兩岸的翼墻、護(hù)坡、
鋪蓋、護(hù)底和防沖槽。
下游連接段的作用是引導(dǎo)過閘水流均勻擴(kuò)散。通過消能防沖設(shè)施。以保證閘
后水流不發(fā)生有害的沖刷。包括消力池、海漫、防沖槽以及兩岸的翼墻和護(hù)坡。
第二章水力計(jì)算
第一節(jié)閘室的結(jié)構(gòu)型式及孔口尺寸確定
(-)閘孔型式的選擇
該閘建在天然河道上,河道橫部面接近梯形,因此采用開敞式閘室結(jié)構(gòu)。該
閘建在天然河道上,為了滿足泄洪、沖沙、排污的要求,宜采用結(jié)構(gòu)簡單,施工
方便,自由出流范圍較大的無坎寬頂堰,考慮到同基持力層是粘細(xì)砂,土質(zhì)一般,
承載能力不好,并參考該地區(qū)已建工程的經(jīng)驗(yàn),根據(jù)一般情況卜?,攔河閘的底板
頂面可與河底齊平。RJ閘底板頂面(即堰頂)與西通河河底齊平,所以高程為
195.00mo
(二)閘孔尺寸的確定
初擬孔口尺寸,該閘的尺寸必須滿足攔洪灌溉以及泄洪的要求。
1.計(jì)算閘孔總凈寬B。
(1)在設(shè)計(jì)情況下:①、上游水H=198.36-195=3.36m
②、下游水深h『198.15T95.00=3.15m
③、下泄流量Q=61.40?
則上游行近流速:
V0=Q/A
根據(jù)和斷面尺寸:
A=(b+mH)11=(18+1.5X3.36)X3.36=77.4m2
其中b為河道寬:b=18min為邊坡比:m=l:1.5
Vo-Q/A-61.40/77.41-0.793m/s
H0=H+aV2/2(取a=1.0)
=3.36+0.7937(2X9.81)
=3.39m
則2=3.15/3.39=0.929>0.8故屬于淹沒出流。
“0
在設(shè)計(jì)情況下:
由公式Q=am£B.\3gH
所以,在設(shè)計(jì)情況下
Q______________6L4______________
50.74X0.90X0385x3393Z2V2X9.81
=8.66m
在校核情況卜.:
B_______________________7_9_.7_______________
02一--0.74x0.90x0385x3.94%2x961
611卬2咻
=9.0m
整理上述計(jì)算如下表
淹
行
沒
計(jì)算上游下游流量行進(jìn)進(jìn)流量側(cè)收
數(shù)
頭
系
水B。
情況水深水深流速系數(shù)m縮系
Q6
”數(shù)£
II工O
設(shè)
“
3.363.1561.400.7933.390.740.3850.908.66
情
況
下
核
校
3.903.6579.700.863.940.740.3850.909.0
況
情
下
一
2.閘孔孔數(shù)n及單孔凈寬b0
單孔寬度b0根據(jù)水閘使用要求,閘門型式及啟閉機(jī)容量等因素,并參照閘
門尺寸選定。由BOI>B02比較得,取凈寬較大的值,則取B。=9.0m。
以上為B。的第一次近似值,據(jù)此可計(jì)算£的第二次近似值,按力,/〃。=0.93,
及閘墩邊形狀,查《水力學(xué)》,得%二0.502,(『0.70。側(cè)收縮系數(shù)按式計(jì)算為:
£=1-02[^+(n-l)5ol-T
naD
=1-0.2X[0.7+(3-1)X0.502]X3.9/9
=0.85
凈寬Bo的第二次計(jì)算近似值為
Q______________797______________
0X一--0.74xO3Sx0385x3.943/2^2x931
amW2gH6
=9.5m
再將凈寬B0的第二次近似值代入式中,可得£=0.86,再次試算后仍得
e=0.86,計(jì)算得出叫m=9.4m,根據(jù)所給閘門的型號(hào)尺寸,則選擇孔數(shù)n=3,每
孔凈寬b0=3.2m,則間孔總凈寬BO=3.2X3=9.6m,
3.閘孔泄流能力校核
中墩采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范SL265-2001,取中墩厚d=1.5m,
墩首、墩尾均采用尖圓形。邊墩厚度為LOm,墩首、尾采用半圓形。
根據(jù)擬定的閘孔尺寸凈寬瓦二9.6m,用設(shè)計(jì)情況進(jìn)行檢驗(yàn)。根據(jù)堰流公式:
Q=amsBo<2iHj3
3/2
Q,}.=0.86x0.74x0.385xJ2x9.81x3.39x9.6
=64.28w3/5
則:|手卜1009(=1(64.28-61.40)/61.40|X100%=4.7%<5%
實(shí)際過流能力滿足泄水的設(shè)計(jì)要求
由此得該閘的孔口尺寸確定為:選擇孔數(shù)n=3,每孔凈寬"二3.2m,2個(gè)中
墩各厚d=L5m,邊墩厚度為1.0m,閘孔總凈寬B0=9.6m,閘室總長度B=3X
3.2+2X1.5=12.6mo
第二節(jié)消能防沖型式
水閘閘門開啟時(shí),下泄水流具有較高能量,為防止高速水流及波狀水躍的沖
擊等不利作用,閘下應(yīng)采取防沖措施。
(一)消能型式
水閘上、下游水頭一般較低,下游一般為土基,宜采用底流式消能。因此,
消能設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是確定下游消力池深度與長度,護(hù)坦型式與構(gòu)造、海漫長度
與構(gòu)造一集防沖槽等。
(二)消力池設(shè)計(jì)
1.消力池設(shè)計(jì)依據(jù)
當(dāng)過閘流量不變,上游水位較高時(shí)往往是消力池設(shè)計(jì)的依據(jù),而實(shí)際運(yùn)行中,
流量卻是變化的。因而,消能設(shè)計(jì)依據(jù)應(yīng)是上游為較高水位、下游為較低水位時(shí),
通過某一流量,下泄水流能量E=最大時(shí),相應(yīng)的數(shù)據(jù)即為消力池設(shè)計(jì)依
據(jù)。為了降低工程造價(jià)、確保水閘安全運(yùn)行,可以規(guī)定閘門的操作規(guī)程,本次設(shè)
中孔開啟。分別開啟不同高度進(jìn)行計(jì)算,找出消力池池深和池長的控制條件。閘
3
門的開度擬分三級(jí)開啟。第一級(jí)泄流量8.63m/s;待下游水位穩(wěn)定后,開度增
大至設(shè)計(jì)流量61.4m3/s;最后待下游水位穩(wěn)定后,再增大開度至最大下泄流量
79.7m3/so
消力池尺寸計(jì)算表
消
單力水
垂直泄收縮躍后下游
開啟寬池池躍
收縮流水深水深水深流H
高度流深長長
系數(shù)量態(tài)■
e量%h;鼠d更
£Q4
q
L<)
遠(yuǎn)
離
0.170.6128.190.650.100.881.00式0.071.130.57.57.3
水
躍
淹
沒
2.420.66698.567.823.800.673.15式\\\\\
水
躍
淹
沒
3.910.97347.613.783.620.853.65式\\\\\
水
躍
其中按以下公式計(jì)算
垂直收縮系數(shù)£與閘孔相對(duì)開度e/H有關(guān),查《水力學(xué)》表9-8可得。
泄流量:Q=//eB0V2gH
流量系數(shù):〃=即
消力池深度:d=b0h;-瓦-AZ
收縮水深:hc=ee
消能計(jì)算公式:
q2
a=4
2g。
0.25
T償
-1
出池落差:AZ=-^,“2
2g叫2ghe-
消力池長:L^=Ls+j3Li
其中消力池與閘底板以1:4的斜坡段連接
水躍長度:4=6.恥-
h;是出池河床水深
八是從消力池底板頂面算起的總勢能
。為水流動(dòng)能校正系數(shù)取1.0。B為水躍長度校正系數(shù)取0.75。水躍淹沒系數(shù)
cr()=l.05o流速系數(shù)夕=0.95。
2.消力池深度d及消力池長度的計(jì)算
結(jié)論:通過計(jì)算上述計(jì)算可知,當(dāng)閘孔開度為0.17m時(shí)滿足控制條件,其
余兩組都不滿足條件,根據(jù)下列計(jì)算:
以下泄流量Q=8.63m3/5作為確定消力長度的計(jì)算依據(jù)。
(1)消力池力池深
依據(jù)SL265-2001,附表Bl.1,則計(jì)算出消力池的相關(guān)參數(shù):
2g9a2ghe
0.72xl__________0,72xl
-2X9.81X12X12-2X9.81X0.912
=-0.006m
其中AZ為出池落差、h;為出池河床水深、a為水流動(dòng)能校正系數(shù)取1.0。
則d=<70h;-/z;-AZ
=1.05X0.921-1+0.006
=-0.0385m
則計(jì)算出消力池池深d=-0.0385m,但為了穩(wěn)定泄流時(shí)的水流,根據(jù)規(guī)范
取池深d=0.5mo
(2)消力池長度計(jì)算:
由前面的計(jì)算,以下泄流量8.63m3/s作為確定消力池長度計(jì)算的依據(jù)。略
去行進(jìn)流速v”則:
7;)="+d=3.9+0.5=4.4m
根據(jù)公式
q2_0..682
其中:=0.02
2g/2x9.81
=0.07m
0.07J1?8x0.68?]
~2~V+9.8lx0.073-
=1.13m
水躍長度:4=6.9位_4)=6.9(1.13-0.07)=7.3m
消力池與閘底板以1:4的斜坡段連接,Ls=dp=0.5X4=2m,則消力池長度:
%=Ls+俄)=2+0.75X7.3=7.5m
所以取消力池長度為7.5mo
3.消力池底板厚度/
(1)消力池底板厚度,為減少作用于底板揚(yáng)壓力,消力池底板可以做成透水的,
始端厚度可按抗沖和抗浮要求確定。
抗沖t=
U-W土&
抗浮
/1
其中占為消力池底板計(jì)算系數(shù)取0.18,q為消力池進(jìn)口處的單寬流量,△“為相
應(yīng)于單寬流量的上、下游水位差。
此結(jié)構(gòu)按抗沖條件計(jì)算得:
t=kiy[qy/^H
消力池底板厚度計(jì)算表
下游水
流量
上游水深
q(m5/s?m)AH(m)t(m)
(m'/s)深(m)
瓦(m)
8.633.901.000.682.900.19
27.963.902.002.221.900.31
41.073.902.503.261.400.35
55.403.903.004.400.900.37
61.403.903.154.870.750.37
73.983.903.505.870.400.35
79.703.903.656.320.250.32
計(jì)算取最大值尸0.37<0.5,故取消力池池底厚度取t=0.5m。
(2)消力池構(gòu)造
消力池一般可用漿砌石或混凝土建成,下設(shè)0.3m的卵石墊層,透水底板設(shè)排水
孔,孔徑0.2m,孔距2m,梅花狀布置,底部設(shè)反濾層「為使出閘水流在池中
產(chǎn)生水躍,在消力池與閘底板連接處留一寬為1.5m的平臺(tái),為了增強(qiáng)護(hù)坦班的
抗滑穩(wěn)定性在消力池的末端設(shè)置齒墻,墻深1m,寬為0.6m
(三)防沖加固措施
1.海漫
水流經(jīng)過消力池,雖已消除了大部分多余能量,但仍留有一定的剩余動(dòng)能,
特別是流速分布不均、脈動(dòng)仍較劇烈,具有一定的沖刷能力。因此護(hù)坦后仍需
設(shè)置海漫等防沖加固設(shè)施,以使水流均勻擴(kuò)散,并將流速分布逐漸調(diào)整到接近天
然河道的水流形態(tài)。
(1)海漫的長度計(jì)算由式:Lp=Ksyjqs^H
K、為海漫長度計(jì)算系數(shù),根據(jù)閘基土質(zhì)為河床為細(xì)砂取K「14.0,必為消
力池出口處的單寬流量。
海漫長度計(jì)算表
下游水
流量上游
深
水深q(m'/s)AH(m)KJ/JAHL(m)
(m3/s)sn
(m)
8.633.901.000.482.900.9012.66
27.963.902.001.551.901.4620.46
41.073.902.502.281.401.6422.99
55.403.903.003.080.901.7122.93
61.403.903.153.410.751.7224.06
73.983.903.504.110.401.6122.57
79.703.903.654.430.251.4920.84
計(jì)算取表中最人值%=24m,河床寬度為18m。
(2)海漫構(gòu)造。海漫使用厚度45cm的塊石材料,海漫起始段做10m長的水平段
漿砌塊石,其頂面高程與護(hù)坦齊平。水平段后做成1:10的斜坡干砌塊石,以使
河流均勻擴(kuò)散,調(diào)整流速分布,保護(hù)河床不受沖刷。漿砌塊石海漫上設(shè)排水孔,
干砌塊石上設(shè)漿砌塊石格填。海漫底部鋪設(shè)20cm厚的砂粒墊層。
2.防沖槽
海漫與下游渠道相交處,應(yīng)設(shè)防沖槽,以保護(hù)海漫免受沖刷。按下列公式:
海漫末端水
流量。單寬流心[v0]d,”
深心
設(shè)計(jì)洪水61.403.413.150.801.54
校核洪水79.704.433.650.802.44
根據(jù)計(jì)算防沖槽的深度太大,如按計(jì)算深度作為防沖槽深度、很不經(jīng)濟(jì)、施工也
困難。故取防沖槽深度為2.0m,槽頂高程與海漫末端齊平,底寬取5m。上游
邊坡系數(shù)為2,下游邊波系數(shù)為3。
第三章水閘防滲及排水設(shè)計(jì)
第一節(jié)防滲設(shè)施及閘底輪廓布置
水閘的地下輪廓是指水閘底板與地基的接觸部分,由不透水和透水部分組
成,對(duì)于砂土層地基通常采用直板樁和鋪蓋增加防滲長度,地下輪廓的設(shè)計(jì)主要
包括底板,防滲鋪蓋,板樁等的設(shè)計(jì)。
]底板
底板既是閘室的基礎(chǔ),乂兼有防滲、防沖刷的作用。它既要滿足上部結(jié)構(gòu)布
置的要求,又要滿足穩(wěn)定及本身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等要求。
(1)底板順?biāo)鞣较虻拈L度L:
有經(jīng)驗(yàn)公式:L=3.5H=3.5X(198.90-195.00>13.6m
為了滿足上部結(jié)構(gòu)布置的要求,L必須大于交通橋?qū)挕⒐ぷ鳂颉⒐ぷ鞅銟蚣?/p>
其之間間隔的總和,即取L=14.0m。
(2)底板厚度d:
根據(jù)經(jīng)驗(yàn),底板厚度為(1/5-1/7)單孔凈跨,?般為1.0?2.0m由此初
擬底板厚度d=1.0m
(3)底板構(gòu)造:
底板采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),采用C20混凝土,上下游兩端各設(shè)1.0m深的齒
墻嵌入地基,底板分縫設(shè)以“v”型銅片止水,由于地基為砂性土的細(xì)砂地基,
抵抗?jié)B流變形的能力較差,滲流系數(shù)也較大,由此得在底板兩端分別設(shè)置不同深
度的板樁,由于一般為水頭的(0.6?1.0)倍,由水頭大小可知,上游端設(shè)板樁
深為3.0m,下游端不設(shè)板樁。
2.鋪蓋
鋪蓋用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),采用C20,其長度為上下游最大水位差的(3?5)
倍,則取鋪蓋L=12.0m,鋪蓋厚度為0.5m。鋪蓋兩端各設(shè)設(shè)0.5m深的小齒墻,
其頭部不再設(shè)防沖槽,為了防止上游河床的沖刷,鋪蓋上游設(shè)塊石護(hù)底,厚為
0.3m,其下設(shè)0.2m厚的砂石墊層。順?biāo)鞣较蛟O(shè)置永縫,縫距為8m。
3.板樁
(1)根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn):用鋼筋混凝土板樁,板樁長度3m,厚度0.2m,寬度
0.4mo
(2)板樁的構(gòu)造:采用現(xiàn)場預(yù)制,樁的兩側(cè)做成舌槽形,以便相互貼緊,板
樁與閘室的連接形式是把板樁頂嵌入底板面特留的的凹槽內(nèi),樁頂填塞可塑性較
大的不透水材料
4.其它防滲設(shè)施
側(cè)向防滲主要靠上游翼墻和邊墩,則上游翼墻為曲線形式,從邊墩開始向上游延
伸至鋪蓋頭部,以半徑為7.0米的圓弧插入岸坡。閘底板的上、下游端均設(shè)置齒
墻,用來增強(qiáng)閘室的抗滑穩(wěn)定,并延長滲徑,齒墻深1m。
綜上所述
閘基防滲的計(jì)算必須的防滲長度滿足:
I尸C?AH
△H為上下游最大水位差,則△H=3.9m,C為允許滲徑系數(shù)值,由于為砂性
土則取C=9.00得最小允許防滲長度L二C-△11=3.9X9.0=35.1m。則地下輪廓布
置見下圖。
實(shí)際閘基防滲長度L:
L=0.5+0.5+0.7+11+0.7+0.5+3+1+1.4+10+1.4+1+1.5=36.0m
則L=36.0m>L=35.1m閘基防滲長度滿足要求
第二節(jié)防滲和排水設(shè)計(jì)及滲透壓力計(jì)算
采用改進(jìn)阻力系數(shù)法進(jìn)行滲流計(jì)算
為了便于計(jì)算,將復(fù)雜的地下輪廓進(jìn)行簡化。由于鋪蓋頭部及底板上下游兩
端的齒墻均較淺,可以將它們簡化成短板的形式如下圖:
V195.00
WZZ^
7^.______________V194Q0_____________JA194.jo
rA194.50
cofe94.oo
lJ
3\/\,pZIT9300
/L^90.00II
[?\?\⑥⑦⑧
3000-L14000
1.確定地基的有效深度
根據(jù)鉆探資料,閘基透水層深度很大。故在滲流計(jì)算中必須取一有效深度代
替實(shí)際深度。由地下輪廓線簡化圖知:地下輪廓的水平投影長度L產(chǎn)12+14=26明
地下輪廓的垂直投影長度S二195.00-190.00=5nioL°/S=26/5=5.2>5時(shí),故地基
的有效深度Tc=0.5xLF13m0而地基的實(shí)際計(jì)算深度了二195.0-183.32=11.68m,
則TV,,故地基的實(shí)際計(jì)算深度,=T=11.68m。
2.滲流區(qū)域的分段和阻力系數(shù)的計(jì)算
過地下輪廓的角點(diǎn)、尖點(diǎn),將滲流區(qū)域分成八個(gè)典型段。如上圖,1、8段
為進(jìn)出口段,2、4、5、7則為內(nèi)部垂直段,3、6、二段為內(nèi)部水平段。
(1)設(shè)計(jì)洪水位情況
各流段阻力系數(shù)為
編名
計(jì)算公式ST\L%
號(hào)稱3h;
①進(jìn)1.011.680.4780.4330.294
出
4=1.5日|+0.441
口
⑧1.510.980.5170.4680.397
段
②0.511.180.0450.0410.082
內(nèi)
部
④4.511.180.4570.414
垂匕2」syi
J=-Incot-1---
直乃L41T)\
⑤4.010.680.3790.343
段
⑦1.010.680.0910.0820.155
S,=0.5
T=ll.18
③0.7600.6880.786
內(nèi)
L=\2
部S2=4.5
水匕1-0.7(5,4-52)
LT
平
段S,=4.0
T=10.68
?0.9830.890
L=14.0
S2=1.0
△H=198.36-195.00=3.36mo根據(jù)水流的連續(xù)條件,經(jīng)過各流段的單寬滲流
流量均應(yīng)相等。
①各流段的水頭損失的計(jì)算九二手多,則得
/?1=0.433nl/z2=0.041m
/?3=0.688m/?4=0.414m
h5=0.343m/z6=0.890
%;0.082m/:8=0.468m
②進(jìn)出口段進(jìn)行必要的修正:進(jìn)出口修正系數(shù)又為
1
Pt=1:21-------------:----------------------
[12仔)+2]岸+0.059]
T=11.18m7=11.68mS=lm
則得:01=0.68<[0]=1.0故需要修正
進(jìn)水口段水頭損失的修正為:
h;=P1XhI=0.68X0.433=0.294m
進(jìn)口段水頭損失的修正量為:
△h=h]-/2;=0.434-0.294-0.140m
修正量應(yīng)轉(zhuǎn)移給相鄰各段
/72+/23=O.73>0.140
所以£=0.041x2=0.082m
h3=0.688+(0.139-0.041)=0.786m.
同樣對(duì)出口段修正如下
Bz=口1------------=----------------------
[12(J)+2]洋+0.059]
T=10.68m7=11.68mS=2m
則得:B廣849V[即=1.0故亦需要修正
出口段的水頭損失修正為
=
4二PjXh80.397m
進(jìn)口段水頭損失的修正量為:
M=h「鼠=0.467-0.397=0.070m
將該修正量轉(zhuǎn)移給相鄰各段,則
h'7=0.085+0.070=0.155
③計(jì)算各角點(diǎn)的修正后的滲壓水頭:由上游進(jìn)口段開始,逐次向下游從作用
水頭值中相繼減去各分段的水頭損失值,即可求得各角隅點(diǎn)的滲壓水頭值:
乩=3.36m
/二”廠K=3.066m
H=H.-h2=2.984m
H^-Hy-hy-2.198m
/75=/74-/J4=1.784m
/76=/75-/25=1.441m
H/H6一兒、=0.551m
HS=H7-/?7=0.396m
%%f8=0
④作出滲透壓力分布圖:根據(jù)以上算得滲壓水頭值,并認(rèn)為沿水平段水頭損
失呈線形變化,則作出設(shè)計(jì)洪水位是滲透壓力分布圖
H,=0.55:m
ZZTHfe=1.441nHB=0.396n
Hs=17S4m
H*=2.198m
H3=2.984m
Hi=3.36m
設(shè)計(jì)洪水位時(shí)滲透壓力分布圖
單位寬度底板所受滲透壓力:
匕=0.5X(”6+H7)x14X1=0.5X(1.441+0.551)X14X1
=136.91kN
單位寬鋪蓋所受的滲透壓力:
P2=0.5X(H3+H4)X12X1=0.5X(2.984+2.198)X12X1
二304.49AW
2.校核洪水位情況
各流段阻力系數(shù)為
編名
計(jì)算公式ST\L%兒
號(hào)稱
①進(jìn)1.011.680.4780.5020.341
出
+0.441
口
⑧1.510.980.5170.5430.461
段
②0.511.180.0450.0470.094
內(nèi)
部
4.511.180.4570.480
④垂
?2,71
直“”卜。「。力
⑤段4.010.680.3790.398
⑦1.010.680.0910.0960.178
S,=0.5
T=ll.18
③內(nèi)0.7600.7990.913
L=12
部52=4.5
水£-07(5?+Sz)
平「T
段S,=4.0
丁二10.68
⑥0.9831.033
L=14.0
52=1.0
△H=198.90-195.00=3.90mo根據(jù)水流的連續(xù)條件,經(jīng)過各流段的單寬滲流
流量均應(yīng)相等.
①各流段的水頭損失的計(jì)算4=手。.,則得
九二0.502m/z2=0.047m
%二0.799mh4=Q.480m
h5=0.398m4=1.033
h7=0.096m/78=0.343m
②進(jìn)出口段進(jìn)行必要的修正:進(jìn)出口修正系數(shù)又為
1
氏=121------------5--------------------
卜2件)+2牌+0.059]
T=11.18mT=11.68m5=lm
則得:P^O.68<[p]=1.0故需要修正
進(jìn)水口段水頭損失的修正為:
ftI'=P1Xh1=0.68X0.502=0.341m
進(jìn)口段水頭損失的修正量為:
△h=Z?1-h;=0.502-0.341=0.161m
修正最應(yīng)轉(zhuǎn)移給相鄰各段
h2+h3=0.846>0.047
所以/?2=0.047x2=0.094m
生=0.799+(0.161-0.047)=0.913m.
同樣對(duì)出口段修正如下
Bz=5------------5--------------------
[12(Y)+2]岸+0.059]
T=10.68mT=11.68mS'=2m
則得:P2=0.849<[p]=l.0故亦需要修正
出口段的水頭損失修正為
%=P2Xh8=0.461m
進(jìn)口段水頭損失的修正量為:
她二兒o一鼠0二0.543-0.461=0.082m
將該修正量轉(zhuǎn)移給相鄰各段,則
h7=0.096+0.082=0.178
③計(jì)算各角點(diǎn)的修正后的滲壓水頭:由上游進(jìn)口段開始,逐次向下游從作用
水頭值A(chǔ)H中相繼減去各分段的水頭損失值,即可求得各角隅點(diǎn)的滲壓水頭值:
=3.9m
“2二559m
=H2~/I2=3.465m
H4=H11^=2.552m
H=3H4.~4h=2.072m
%二/一A=L674m
%二〃6一〃6二0-641m
H8=H7-/77=0.461m
H9=H8-/?8=0.000
④根據(jù)以上計(jì)算作出校核洪水位是滲透壓力分布圖,如圖
H7=0.641ri__——
6=1674mH8=0.461n
Hs=2073n
H<=2,552r
3=3.465門
He=3.559n
校核洪水位時(shí)滲透壓力分布圖
單位寬度底板所受滲透壓力:
6=o.5X(乩+H7)X14X1
=158.97kN
單位寬鋪蓋所受的滲透壓力:
P2=O.5X(H3+HOX12X1
=353.87kN
3.抗?jié)B穩(wěn)定驗(yàn)算
閘底板水平段的平均滲透坡降和出口處的平均逸出坡降:
(1)閘底板水平段的平均滲透坡降人為:
設(shè)計(jì)情況
Jr=&==0.0636<[JX]=0.07-0.10
r
-Lx14L'」
校核情況
J、="==0.072<[JX]=0.07-0.10
(2)滲流出口處的平均逸出坡降為
設(shè)計(jì)情況
4=生==0.265<[Jo]=0.3?0.35
s1.5
校核情況
4=區(qū)=空處=0.307<[J()]=0.3?0.35,所以閘基的防滲滿足抗?jié)B穩(wěn)定的要求。
s1.5
第三節(jié)排水設(shè)施及細(xì)部構(gòu)造
為加厚反濾層中的大顆粒層,形成平鋪式。排水反濾層一?般是2-3層不同粒
徑的砂和砂礫石組成的。層次排列應(yīng)盡量與滲流的方向垂直,各層次的粒徑則按
滲流方向逐層增大。
反濾層的材料應(yīng)該是能抗風(fēng)化的砂石料,并滿足被保護(hù)土壤的顆粒不得穿過
反濾層,各層次的粒不得發(fā)生移動(dòng),相鄰兩層間,較小一層的顆粒不得穿過較粗
一層的空隙,反濾層不能被阻塞。應(yīng)具有足夠的透水性,以保證排水暢通。同時(shí)
還應(yīng)保證耐久、穩(wěn)定,其工作性能和效果應(yīng)不隨時(shí)間的推移和環(huán)境的改變而變差。
本次設(shè)計(jì)中的反濾層有碎石、中砂和細(xì)砂組成,其中上部為20cm厚的碎石,中
間為10cm厚的中砂,下部為10cm厚的細(xì)砂。
第四章閘室布置
第一節(jié)閘底板、閘墩
(1)閘底板
采用整體式平底板。詳細(xì)敘述見第三章第一節(jié)。底板順?biāo)鞣较虻拈L度
I尸14m,底板厚度d=1.0m。
(2)閘墩
閘墩承受閘門傳來的水壓力,也是壩頂橋梁的支撐。
閘墩順?biāo)较虻拈L度取與底板相同,取14.0m。閘墩為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),中
墩厚均為1.5m。邊墩與岸墻合二為一,采用重力式結(jié)構(gòu)。閘墩上游部分的頂部
高程在泄洪時(shí)應(yīng)高于設(shè)計(jì)或校核洪水位加相應(yīng)的安全超高;擋水時(shí)應(yīng)高于設(shè)計(jì)或
校核洪水位加波浪計(jì)算高度加安全超高。
波浪計(jì)算
水位高程安全加高閘頂高程閘墩高程
高程
設(shè)計(jì)洪水
198.360.30.2198.863.86
位
擋水時(shí)
校核洪水
198.900.20.2199.304.30
位
設(shè)計(jì)洪水
198.360.50.2199.064.06
位
泄水時(shí)
校核洪水
198.900.40.2199.504.50
位
由已知的多年平均最大風(fēng)速為12m/s,吹程為0二5公里,計(jì)算破浪高:
根據(jù)官廳水庫公式:
/?,=0.0166%%力%=0.0166x12^0.15^=0.2m
其安全超高查SL265-2001,表4.2.4得,泄水時(shí):設(shè)計(jì)洪水位時(shí)為0.5m。
校核洪水位時(shí)為0.4m;擋水時(shí):設(shè)計(jì)洪水位時(shí)為0.3m。校核洪水位時(shí)為0.2m。
依據(jù)表格得,閘墩高度為4.5m。
閘墩下游部分的高度只要比下游最高水位適當(dāng)高些,不影響泄流即可。由于
校核洪水位時(shí)下游最高水位▽=198.65m,由此取閘墩下游部分的頂部高程為▽
=199.2m,閘墩上設(shè)兩道門槽(檢修門槽和工作門槽),檢修門槽在上游,槽深為
0.2m,寬0.4m,工作槽槽深為0.40m,寬0.5m。兩者相距2.0m。具體位置見下
圖。下游不設(shè)檢修門,閘墩下游頭部均為流線形。
第二節(jié)閘門和啟閉機(jī)
閘門采用露頂式平面鋼閘門,則阿門頂高程為199.40山,閘門高4.4山,門寬
為4.Om?
查SL265-2001和《水閘》,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式:
143008
G=KZ勺HB初估同門自重.
G為門重,10KN,8墩高度4.5m,8為孔口寬度為3.2m,采用滾輪式支承
/Cz=1.0,Kc采用普通低合金鋼結(jié)構(gòu)Kc=0.8,由于HV5.0m,取Kg=O.156,則
得門自重G=1.0x0.8x0.156x4.5L43x3.20°8=11.77kN,為滿足要求則取門
G=12.0Wo
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式,初估計(jì)啟門力分=(O.l-O.2)P+1.2G,閉門力
Fw=(0.1-0.2)P-0.96Go則P為作用在門上的總水壓力(見圖),
不計(jì)浪壓力的影響,作用在每米寬門上游面的水壓力:
PL=1/2X9.81X3.9X3.9=74.60^
作用在每米寬門上游面的水壓力:
PK=1/2X3.65X3.65X9.81=65.35
則門上總的水壓力為:
當(dāng)處于開啟狀態(tài)時(shí):
P=P,X3.2=238.72kN
FQ=0.2X74.6+1.2X12.0=62.41kN
當(dāng)處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí):
P=(P1-PV)X3.2=(74.6-65.35)X3.2=29.6AN
Fw=0.2X29.6-0.9X15.0二-7.58kN
%VO,表示閘門能靠自重關(guān)閉,則不需加壓重塊幫助關(guān)閉,根據(jù)計(jì)算所需
的啟門力心二62.14&M初選單吊點(diǎn)卷揚(yáng)式啟閉機(jī)QPQ-80,機(jī)架外輪廓尸1473mm
(查《閘門與啟閉設(shè)備》P240-242)o
第三節(jié)工作橋、公路橋、檢修便橋
(一)工作橋
工作橋的寬度不僅要滿足啟閉機(jī)布置的要求,且兩側(cè)應(yīng)留有足夠的操作度,
具寬度B二后閉機(jī)寬度+2X欄桿柱寬+2X操作寬度+2X欄桿外富裕寬度二1.473+2
XI.0+2X0.2+2X0.1=4.073m,故取工作橋凈寬4.0m。工作橋?yàn)榘辶菏浇Y(jié)構(gòu),
預(yù)制裝配,兩根主梁高0.8m,寬0.4m,中間活動(dòng)鋪板厚0.1m。其結(jié)構(gòu)見圖。
工作橋結(jié)構(gòu)圖
為了保證啟閉機(jī)的機(jī)腳螺栓安置在主梁上,主梁間的凈距為1.2m。在啟閉
機(jī)機(jī)腳處螺栓處設(shè)兩根橫梁,其寬0.3m,高為0.5m,工作橋設(shè)在實(shí)體排架上,排
架的厚度即閘墩門槽處的頸厚為0.7m,排架順?biāo)鞣较虻拈L度為2.2m,寬0.6m。
則排架高二門高+富裕高度+上游頂高程=4.4+0.6+199.4=204.4m。
(二)公路橋
在下游閘墩部分?jǐn)R置公路橋,橋面高程為▽=200.30m,梁的截面尺寸0.4X
0.7m,橋面凈寬為4.0m,總寬4.4m。
(三)檢修便橋
為了便于對(duì)閘門進(jìn)行檢修、觀測、在檢修門槽處設(shè)置有檢修便橋。橋?qū)?.5m。
橋身結(jié)構(gòu)僅為兩根嵌置于閘墩內(nèi)的鋼筋混凝土簡支梁,梁高0.4m,寬0.2cm。梁
中間鋪設(shè)厚0.1m的鋼筋混凝土板。由于檢修閘門使用頻率低,故不需設(shè)固空啟
閉機(jī),檢修時(shí)可采用臨時(shí)啟閉設(shè)備。
第四節(jié)閘室的分縫和止水設(shè)備
水閘沿軸線每隔一定距離必須設(shè)置沉陷縫,兼作溫度縫,以免閘室因不均勻
沉陷及溫度變化產(chǎn)生裂縫。縫距一般為15-30小
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