水闸毕业设计水闸设计

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水闸设计说明书

SLUICE DESIGN SPECIFICATION

设计题目：水闸工程

学院名称：

专业名称：水利水电工程

班级名称：

姓名：

学号：

指导教师：

教师职称：

年月日

一、设计任务----------------------------------------------------

二、设计基本资料----------------------------------------------- 概述------------------------------------------------------------ 防洪---------------------------------------------------------- 灌溉----------------------------------------------------------

规划数据 ------------------------------------------------------- 孔口设计水位、流量-------------------------------------------- 闸室稳定计算水位组合------------------------------------------ 消能防冲设计水位组合------------------------------------------ 地质资料 ------------------------------------------------------- 闸基土工试验资料---------------------------------------------- 闸的设计标准 --------------------------------------------------- 其它有关资料---------------------------------------------------- 闸上交通------------------------------------------------------ 三材---------------------------------------------------------- 地震资料------------------------------------------------------ 风速资料------------------------------------------------------ 三、枢纽布置---------------------------------------------------

防沙设施 ------------------------------------------------------- 引水渠的布置 ---------------------------------------------------

闸室段布置---------------------------------------------------- 上游连接段布置------------------------------------------------ 下游连接段布置------------------------------------------------ 四、水力计算----------------------------------------------------

闸孔设计------------------------------------------------------- 闸室结构形式-------------------------------------------------- 堰型选择及堰顶高程的确定-------------------------------------- 孔口尺寸的确定------------------------------------------------ 消能防冲设计------------------------------------------------- 8消力池的设计------------------------------------------------- 8海漫的设计-------------------------------------------------- 防冲槽的设计-------------------------------------------------- 五、防渗排水设计------------------------------------------------

地下轮廓设计-------------------------------------------------- 底板----------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------- 排水、止水---------------------------------------------------- 防渗长度验算-------------------------------------------------- 渗流计算------------------------------------------------------ 地下轮廓线的简化---------------------------------------------- 确定地基的有效深度-------------------------------------------- 渗流区域的分段和阻力系数的计算-------------------------------- 渗透压力计算：---------------------------------------------- 14抗渗稳定验算-------------------------------------------------- 六、闸室布置与稳定计算 --------------------------------------- 17

闸室结构布置-------------------------------------------------- 底板---------------------------------------------------------- 闸墩---------------------------------------------------------- 胸墙-------------------------------------------------------- 17工作桥----------------------------------------------------- 17

交通桥------------------------------------------------------ 18闸室稳定计算------------------------------------------------ 19荷载计算---------------------------------------------------- 19稳定计算------------------------------------------------------ 七、闸室结构设计--------------------------------------------- 27

闸墩设计---------------------------------------------------- 27底板结构计算------------------------------------------------ 28闸基的地基反力计算------------------------------------------ 28不平衡剪力及剪力分配------------------------------------------ --------------------------------------------------------------- 弯矩计算------------------------------------------------------ ------------------------------------------------------------- 36 ------------------------------------------------------------- 37

八、两岸连接建筑物-------------------------------------------- 37

九、水闸细部构造设计 ------------------------------------------ 38

十、基础处理-------------------------------------------------- 38十一、总结---------------------------------------------------- 38参考文献------------------------------------------------------ 40

水闸课程设计计算说明书

1、设计任务

兴化闸为无坝引水进水闸，该枢纽主要由引水渠、防沙设施和进水闸组成，本次设计主要任务是确定兴化闸的型式、尺寸及枢纽布置方案；并进行水力计算、防渗排水设计、闸室布置与稳定计算、闸室底板结构设计等，绘出枢纽平面布置图及上下游立视图。

2、设计基本资料

概述

兴化闸建在兴化镇以北的兴化渠上，闸址地理位置见图2-2-1。该闸的主要作用有防洪、灌溉和引水冲淤。

北

至大成港

渠

化

兴

闸管所

兴化闸

兴化

河

兴化镇

图2-2-1 闸址位置示意图（单位：m）

防洪

当兴化河水位较高时，关闸挡水，以防止兴化河水入侵兴化渠下游两岸农田，保护下游的农田和村镇。

灌溉

灌溉期引兴化河水北调，以灌溉兴化渠两岸的农田。

引水冲淤

在枯水季节，引兴化河水北上至下游的大成港，以冲淤保港。

规划数据

兴化渠为人工渠道，其剖面尺寸如图2-2所示。渠底高程为，底宽，两岸边坡均为1:2。该闸的主要设计组合有以下几方面：

图2-2 兴化渠剖面示意图（单位：m）

孔口设计水位、流量

根据规划要求，在灌溉期由兴化闸自流引兴化河水灌溉，引水流量为

300m3/s，此时闸上游水位为，闸下游水位为；在冬季枯水季节由兴化闸自流引水送至下游大成港冲淤保港，引水流量为100m3/s，此时相应的闸上游水位为，下游为。

闸室稳定计算水位组合

（1）设计情况：上游水位，浪高，下游水位。

（2）校核情况：上游水位，浪高，下游水位。

消能防冲设计水位组合

（1）消能防冲的不利水位组合：引水流量为300m3/s，相应的上游水位，下游水位为。

（2）下游水位流量关系

下游水位流量关系见表2-2-1。

表2-2-1下游水位流量关系

质

资

料

闸基土质分布情况

根据钻探报告，闸基土质分布情况见表2-3-1。

表2-3-1 闸基土层分布

闸基土工试验资料

根据土工试验资料，闸基持力层为坚硬粉质粘土，其内摩擦角φ=190，凝聚力C=；天然孔隙比e=，天然容重γ=m3，比重G=，变形模量E0=×104KPa；建闸所用回填土为砂壤土，其内摩擦角φ=260，凝聚力C=0，天然容重γ

=18KN/m3；混凝土的弹性模量Eh=×107KPa。

闸的设计标准

根据《水闸设计规范》SL265-2001，兴化闸按Ⅲ级建筑物设计。

其它有关资料

闸上交通

根据当地交通部门建议，闸上交通桥为单车道公路桥，按汽-10设计，履带-50校核。桥面净宽为，总宽，采用板梁式结构，见图2-5-1，每米桥长约重80KN。

2﹪ 2﹪

图 2-5-1 交通桥剖面图（单位：cm）

该地区“三材”供应充足。闸门采用平面钢闸门，尺寸自定，由于厂设计加工制造。

该地区地震烈度设计为6度，故可不考虑地震影响。

该地区风速资料不全，在进行浪压力设计时，建议取Ll=10hl计算。

3、枢纽布置

兴化闸为无坝引水进水闸。整个枢纽主要由引水渠、防沙设施和进水闸等组成。

防沙设施

闸所在河流为少泥沙河道，故防沙要求不高，仅在引水口设拦沙坎一道即可。拦沙坎高，底部高程，顶高程，迎水面直立，背流坡为1:1的斜坡，

其断面见图3-1：

图3-1 枢纽布置图Ⅰ-Ⅰ剖面

引水渠的布置

兴化河河岸比较坚稳，引水渠可以尽量短（大约65m），使兴化闸靠近兴化河河岸。为了保证有较好的引水效果，引水角取35°，并将引水口布置在兴化河凹岸顶点偏下游水深较大的地方。为了减轻引水口处的回流，使水流平顺的进入引水口，引水口上、下游边角修成圆弧形。引水渠在平面上布置成不对称的向下游收缩的喇叭状，见图3-1。

进水闸布置

进水闸（兴化闸）为带胸墙的开敞式水闸。共5孔，每孔净宽。胸墙底部高程为，闸顶高程为，闸门顶高程为。

闸室段布置

闸底板为倒∏型钢筋混凝平底板，缝设在底板中央。底板顶面高程为，厚，其顺水流方向长16m。

闸墩为钢筋混凝土结构，顺水流方向长和底板相等，中墩厚，边墩与岸墙结合布置，为重力式边墙，既挡水，又挡土，墙后填土高程为。闸墩上设有工作门槽和检修门槽。检修门槽距闸墩上游边缘，工作门槽距闸墩上游边缘，胸墙与检修门槽之间净距为。

闸门采用平面滚轮钢闸门，尺寸为×。启闭设备选用QPQ-2×25卷扬式启闭机。工作桥支承为实体排架，由闸墩缩窄而成。其顺水流长，厚,底面高程，顶面高程，排架上设有活动门槽。

公路桥设在下游侧，为板梁式结构，其总宽为。公路桥支承在排架上，排架底部高程。

上游连接段布置

铺盖为钢筋混凝土结构，其顺水流方向长20m,厚。铺盖上游为块石护底，一直护至引水口。

上游翼墙为浆砌石重力式反翼墙，迎水面直立，墙背为1:的斜坡，收缩角为15°，圆弧半径为。墙顶高程为，其上设高的混凝土挡浪板。墙后填土高程为。翼墙底板为厚的钢筋混凝土板，前趾长，后趾长。翼墙上游与铺盖头部齐平。

翼墙上游为干砌块石护坡，每隔12m设一道浆砌石格埂。块石底部设15cm 的砂垫层。护坡一直延伸到兴化渠的入口处。

下游连接段布置

闸室下游采用挖深式消力池。其长为23m,深为。消力池的底板为钢筋混凝土结构，其厚度为。消力池与闸室连接处有1m宽的小平台，后以1:4的斜坡连接。消力池底板下按过滤的要求铺盖铺设厚的砂、碎石垫层，既起反滤、过渡作用，又起排水作用。

海漫长26m，水平设置。前10m为浆砌块石，后16m为干砌块石，并每隔8m 设一道浆砌石格埂。海漫末端设一构造防冲槽。其深为，边坡为1:2。槽内填以块石。由于土质条件较好，防冲槽下游不再设护底。

下游翼墙亦为浆砌石重力式反翼墙。迎水面直立，墙背坡度为1:，其扩散角为10°，圆弧半径为。墙顶高程为，其上设高的挡浪板，墙后填土高程为。下游翼墙底板亦厚钢筋混凝土板，其前趾长，后趾长。翼墙下游端与消力池末端齐平。

下游亦采用干砌块石护坡，护坡至高程处。每隔8m设一道浆砌石格埂。护坡延伸至与防冲槽下游端部齐平。

4、水力计算

水力设计主要包括两方面的内容,即闸孔设计和消能设计。

闸孔设计

闸孔设计的主要任务:确定闸室结构形式、选择堰型、确定堰顶高程及孔口尺寸。

闸室结构形式

该闸建在人工渠道上,故宜采用开敞式闸室结构。

在运行中，该闸的挡水位达～,而泄水时上游水位为～,挡水位时上游最高水位比下游最高水位高出，故拟设设置胸腔代替闸门挡水，以减小闸门高度，减小作用在闸门上的水压力，减小启门力，并降低工作桥的高度，从而减少工程费用。

综上所述：该闸采用带胸墙的开敞式闸室结构。

堰型选择及堰顶高程的确定

该闸建在少泥沙的人工渠道上,宜采用结构简单,施工方便,自由出流范围较大的平底板宽顶堰。考虑到闸基持力层是坚硬粉质粘土,土质良好,承载能力大,并参考该地区已建在工程的经验,拟取闸底板顶面与兴化渠渠底齐平，高程为。

孔口尺寸的确定

（1）初拟闸孔尺寸。该闸的孔口必须满足引水灌溉和引水冲淤保港的要求。

1）引水灌溉

上游水深 H=下游水深 hs=引水流量 Q=300m 3

/s 上游行近流速 V0=Q/A

A=(b+mH)H=(50+2××= V=300/=s m 3 H0=H+αV02/2g (取α=

=+2×=

hS /h0==>,故属淹没出流。

查SL265-2001表A ·0·1-2，淹没系数σS=

由宽顶堰淹没出流公式

对无坎宽顶堰，取m=，假设侧收缩系数ε=，则

2）引水冲淤保港

上游水深 H= 下游水深 h= 引水流量 Q=100s m 3 上游行近流速 V0=Q/A

A=(b+mH)H=(50+2××=

s m 3 V 0=Q/A=100/=s

hS /H0==>, 故属淹没出流。

2335

.7819296.0385.0360300?????..

查 SL265-2001表A ·0·1-2，得淹没系数σs=

同样取m=，假设侧收缩系数ε=，则得

B02= =

比较1）、2）的计算结果，B02< B01，可见引水灌溉情况是确定闸孔尺寸的控制情况，故闸孔净宽B0宜采用较大值。

拟将闸孔分为5孔，取每孔净宽为,则闸孔实际总净宽为B0=5×=。由于闸基土质条件较好，不仅承载能力较大，而且坚硬、紧密。为了减少闸孔总宽度，节省工作量，闸底板宜采用整体式平底板。拟将分缝设在各孔底板的中间位置，形成倒∏型底板。中墩采用钢筋混凝土结构，厚，墩头、墩尾均采用半圆形，半径为。

（2）复核过闸流量。根据初拟的闸孔尺寸，对于中孔，b0=，bs=b0+ε =+=，b0/bs==，查 SL265-2001表，得971.0=z ε

对于边孔，b0=，bs=，bo/bs=, 查 SL265-2001表，得909.0=b ε,则 =×(5-1)+/5

根据 SL265-2001表，对无坎宽顶堰，取m=，则

=×××25×2

35.78192??． = m 3 2

302H g m Q

s εσ