水闸课程设计

目录

水闸课程设计任务书...................................................................................... - 2 - 一．工程任务.......................................................................................... - 2 - 二．基本资料.......................................................................................... - 2 - 三．设计内容.......................................................................................... - 3 - 四．设计成果.......................................................................................... - 3 - 五．时间安排.......................................................................................... - 3 - 水闸课程设计计算书...................................................................................... - 4 - 第一章闸室布置.................................................................................. - 4 - 一．闸型选择及水闸级别...................................................................... - 4 - 二．闸室基本尺寸的确定...................................................................... - 4 - 三．泄流能力校核.................................................................................. - 6 - 第二章消能与防冲设计...................................................................... - 8 -

一.消能计算的控制情况......................................................................... - 8 -

二.消力池长度的计算........................................................................... - 10 -

三.护坦构造........................................................................................... - 10 -

四.海漫的长度和型式........................................................................... - 11 -

五．防冲槽设计.................................................................................... - 11 - 第三章防渗设计................................................................................ - 11 - 一．选择地下轮廓线............................................................................ - 11 -

二.渗透压力计算................................................................................... - 12 -

第四章闸室抗滑稳定计算................................................................ - 12 - 一，荷载计算........................................................................................ - 12 - 二．抗滑稳定计算................................................................................ - 13 - 三．基地压力计算................................................................................ - 14 - 第五章闸室结构计算........................................................................ - 15 - 一．计算情况........................................................................................ - 15 - 二．计算方法........................................................................................ - 15 -

水闸课程设计任务书

一．工程任务

本枢纽位于某河下游，主要任务是雍高河道水位，以满足河道两岸引水灌溉要求，并适当照顾到工业给水、陆路交通等。枢纽由泄洪闸、灌区进水闸等组成。枢纽建成后可灌溉农田5.5完亩。要求闸顶公路净宽4.5m 。 二．基本资料

1.上下游河道底宽20米，边坡1：1.5。泄洪闸设计过闸流量为100 m3/s ，

相应上游水位6.10米，下游水位6.0米。校核流量为130 m3/s ，相应上游水位为6.35米。

2.河道上游正常蓄水位为5.0米，最高蓄水位为6.0米，下游水位为2.5米。

泄洪闸下游河道水位流量关系如表1：

3.泄洪闸上下游地高程1.0米，闸底板高程与河底齐平。

4.闸址处地形平缓，堤顶高程7.5米左右。

5.闸址持力层中细砂加粉土，地基承载能力为80KN / m 2

.混凝土与地基间摩檫系数f=0.3，C=0。

6.闸址附近多年平均最大风速为12m/s ，沿水面从水闸上游面到对岸的最大垂直距离为2Km 。

7.回填土料

闸底板下砂垫层C=0, Φ= 300

3=15KN/m γ干 .两岸翼墙后回填土C=0，

Φ= 260

，3=15KN/m γ干，3=18KN/m γ湿，3=19KN/m γ饱。

8.闸顶公路桥汽车荷载—10级，行车路面净宽4.5米，两侧各加0.75米宽人行道。

9.工作闸门可用钢或钢筋混凝土平面闸门，检修门可选用叠梁门。启闭机用螺杆或卷扬机式固定启闭机。

三．设计内容

1.水闸型式选择。

2.确定闸孔尺寸，校核过流能力。

3.效能防冲设计。

4.地下轮廓线设计及防渗排水布置。

5.闸室稳定校核及基地压力验算（完建机蓄水期）。 6两岸链接建筑物布置。

四．设计成果

1.图纸：1号图幅一张。内容包括：泄洪闸半平面图、纵剖面图、上游立视图、闸室横剖面图，其他个主要断面的剖视图、细部结构图及止水等。

2.设计说明书及设计计算书的编写。

五．时间安排

本次课程设计时间为一周。

水闸课程设计计算书

第一章 闸室布置

一．闸型选择及水闸级别

根据一系列的数据可以确定该闸为开敞式无胸墙、整体式平底板。 查表得：该水闸的工程等别为Ⅲ等，建筑物等级为3级。

二．闸室基本尺寸的确定

1.闸底板高程

泄洪闸上下游地高程1.0米，闸底板高程与河底齐平。所以，闸底板高程也为1.0米。 2.闸底板顺水流方向长

在砂性土及砂壤土地基上，底板长度为（3.0～4.0）H 。

所以，底板长度为（3.0～4.0）×（6-2.5）=10.5～14m ，故，闸底板尺寸可取12m 。 3闸底板厚度

可取闸孔净宽的1/7～1/5，一般为1.2～2.0m ，最薄不小于0.6m 。 初步拟定底板厚1.0m 。 4.闸墩基本尺寸及样式 （1）、闸墩顶部高程 波浪计算高度的确定： 因为，

22

9.82000

136.112o gD v ?==此值在20～250范围内，为累计频率5%的波高5%h ，所以，用公式

113

12

0220

00.0076gh

gD v v v -??

= ???

即可求出h ，然后再乘以1.24即为波浪的计算高度。带入数据得h=0.467m ，波浪的计算高度=1.24h=0.58m 。 当为挡水时：

正常蓄水位+波浪计算高度+安全超高=5+0.58+0.4=5.98m ；

最高档水位+波浪计算高度+安全超高=6+0.58+0.4=5.98m；

当为泄水时：

设计洪水位+安全超高=6.1+0.7=6.8m；

校核洪水位+安全超高=6.35+0.5=6.85m；

最后考虑到交通桥的布置和两岸边坡的影响最终确定闸墩顶部高程为7.5m。

（2）、墩头型式

中墩的墩头部及尾部均采用半圆型。

边墩采用矩形墩。

（3）、闸墩厚度及门槽尺寸

一般混凝土闸墩厚1.0～1.6m，最小厚度不小于0.4m。工作门槽一般不小于0.3m，宽0.5～1.0m，最优宽深比一般为1.6～1.8。检修门槽深一般为0.15～0.30m。检修门槽与工作门槽之间应留1.5～2.0m净距，以便安装和检修。

工作门门槽深度取0.4m，宽度取0.8m；

检修门门槽深度取0.2m，宽度取0.3m；

中墩厚度取1.5m；边墩厚度取1.0m；

检修门槽与工作门槽之间的净距取2.0m。

（4）、闸门高度

闸门高度=最高水深+安全超高=5.35+0.5=5.85m;

近似的取6m ，最终确定闸门顶部高程为7m。

（5）、工作桥高程及尺寸

采用固定式启闭机械，桥高约为门高的2倍加上1.0～1.5m的额外高度。

工作桥的宽度为启闭机外轮廓尺寸每侧不小于1.2m，一般约为3～5m。

所以，工作桥高程=1+6×2+2=15m；

宽度取3.6m。

（6）、交通桥高程及尺寸

行车路面净宽4.5米，两侧各加0.75米宽人行道。

高程与堤顶高程齐平取7.5m；

交通桥宽6m。

闸室剖面图如下图所示：

三．泄流能力校核

1.估算闸孔总净宽

水闸过流时为宽顶堰式，首先应判别其流态是属于淹没出流或者是自由出流。判别方法是：

当

00.8

s h H 时，为淹没出流；

当

0.8s

h H ≤时，为自由出流；

公式为0B =

，当处于高淹没度（0/0.9s h H ≥）是，也可按

公式0B =

首先，计算行进流速：

河道里过水断面面积 A=(20+20x5.1x1.5)5.1x1/2=141 m 2

行进流速 0100

0.71/A 141

Q v m s =

==设 计入行进水头的堰上水深22

000.715.1 5.13229.8

v H H m g =+=+=?

判断流态：0/5/5.130.97s h H ==，查表得00.979μ= 且此流态属于高淹没故采用第二个公式

012.8B m =

==

则 取三孔，每孔闸宽4.3m ，调整后0 4.3312.9B m =?= 其次是过流能力的校核

在设计水位下：3

0.979512.9100.8/Q m s =??=

符合要求。 在校核水位下：0130

0.92/A 141

Q v m s =

==校 22

000.925.35 5.39229.8

v H H m g =+=+=?

0/ 5.25/5.390.97s h H ==查表得00.979μ=

所以在上述条件下

30.979512.9104.6/Q m s =??= ≤130.

经

过

调

节

试

算

闸

孔

净

宽

为

15m 时，

3

0.9795

29.85.39

Q m s =?-=在5%的范围内，符合要求。

最终确定闸孔为三孔，每孔净宽5m 。 2.闸室总宽度=15+1.5×2=18m 。

第二章 消能与防冲设计

一.消能计算的控制情况

根据本闸规划要求，虽然过闸设计流量和校核流量很大，但此时全部闸门均开启，上下游水位差很小，且下游水深较大，故将产生淹没式水跃，不是消能计算的控制情况。而当上游为河道正常蓄水位6.0m 时，部分闸门局部开启，此时流量虽小，但下游水位较低，因此会出现消能计算的控制情况。为此，应先拟定闸门开启孔数及闸门局部开启时的流量Q ，然后由水利计算的跃后水深..h c 与下游实际水深h t 比较，判别水跃形式，选取最不利的情况作为消能计算的控制情况。

1.闸门局部开启时，开启度e 与泄量Q 的关系

可由自由出流公式计算：,

Q φε=在计算单孔闸门开启时，开启度e 与泄量Qde 关系。为安全起见最大开度计算到1.5m ，计算可列入下表：

2.控制消能计算条件

根据单孔闸门局部开启，泄量分别为1Q 、2Q 、3Q 时，计算跃后水深，与

其相应的下游水深进行比较，选取()

,,t c h h -最大值的情况，作为效力吃的计算条件。

在选用下游水深h t 时，为安全起见，h t 可选用上一次闸门开度时与下泄流量相应的下游水位。

计算成果如图所示

开启孔数 Q q hk hc h c ‘’ ht hc ‘’-ht

水跃形式 1 14 2.8 0.93 0.3 2.1 1.5 0.6

远驱式 1 28 5.6 1.47 0.63 2.8 2.3 0.5 远驱式 1

40 8 1.87 0.93 3.2

3 0.2

远驱式

3.计算消力池深

取hc ‘’=2.1m ，ht=1.5m ，时hc ‘’-ht=0.6m 时最不利。 在建消力池前：,,, 1.05 2.1 1.50.705c s d h h m σ=-=?-= 而建消力池后：,

00 5.130.705 5.835H H d m =+=+=

c h =

c h =0.28c h =

m

,,0.251212c c h b h b ???=? ?????

带入数据得,, 2.19c h m =

()22

,,2112c s q Z g h h φ???=-??????

带入数据得Z ?=0.11m ,,0.705 1.50.11

1.06

2.19

s c d h Z h σ++?++=

==m

σ在1.05～1.10时符合要求，而规范规定，消力池的最小深度为0.8m ，故

把消力池深度调整为0.8m 。

二.消力池长度的计算

闸室与消力池之间用1：3的坡度链接，则 1.50.8 2.4

s L m =?= 在流量为1303

/m s 时，单宽流量：q=

3130

7.2/(.)18

Q m m s B ==

c h =

c h =0.83c h =

m

,,0.251212c c h b h b ???=? ?????

带入数据得,, 3.1c h m =

(),,6.9j c c L h h =-=0.9（3.1-0.83）=15.7m

则 s j s j L L L β=+=2.4+0.75+15.7=14.175m 最终确定池长sj L =15m 。

三.护坦构造

1．护坦厚度

由于消力池内水流高度紊流转台，脉动压力情况复杂，

可按经验公式：t =也可以参照规范设计，一般大、中型水闸为0.5～1.0m ，长消力池也可以自

上而下，采用不同的厚度，末端厚度为t/2，但不宜小于0.5m 。 在本次设计中，护坦厚度采用0.6m ，且厚度均匀。 2. 护坦的材料和细部构造

护坦地板采用钢筋混凝土，混凝土为C20，在护坦的中后部设置排水孔，孔径5cm ，间距2m ，梅花形排列，在平行于水流方向设有沉降缝，缝的位置与闸墩对齐，护坦下面设有反滤层，卵石20cm ，砂砾石15cm 。细纱15cm 。

四.海漫的长度和型式

1.海漫的长度

海漫的长度可按经验公式：L K =( s K 可取11) 在流量为1303

/m s 时，（可参照上面的数据）

1116.6L K m ===

为了方便施工L=17m 。 2.海漫的型式

采用浆砌石加干砌石海漫，前五米是水平段采用浆砌石，后半段是1：24的斜坡采用干砌石，厚度为60cm 。砌石下面有砂和碎石垫层，厚度各为10cm 。

五．防冲槽设计

防冲槽断面呈梯形，深度一般约为1.5～2.5m ，梯形的坡度一般取1：2～1：4以内，梯形的底部长度在2～6m 左右。

所以，防冲槽靠近上游坡度取1：4，靠近下游的坡度取1：3，底L 取4m ，深度为2m 。

第三章 防渗设计

一．选择地下轮廓线

1．选择地下轮廓线长度

上游铺盖长度取12m ，材料为混凝土，厚度为0.5m ，铺盖段的具体形状如图所示：

L 实=1+0.5+0.7+10+0.7+0.5+0.5+3.5+3.5+1+0.7+9+0.7+0.5+0.4=33.2m

此渗径系数C=6，作用水头H=6-2.5=3.5m ，L=CH=3.5×6=21m 所以，L 实大于L ，闸基防渗长度满足要求。

二.渗透压力计算

由于水闸水头较低，可利用直线比例法计算闸底板的渗透压力。 渗透压力可按此公式计算：()()s 11

U=H-h L +L B 0.252

γαα（）采用 ()s 11

U=

H-h L +L B =2

γα（）1/2×10×3.5×0.25×12×20=1050KN 第四章 闸室抗滑稳定计算

一，荷载计算

闸墩自重=（1.5×2+2）×12×6.5×25=9750KN 闸底自重=（182+1.5×0.5）×20×25=6375KN 左边水平水压力=1/2×10×5×5×15=1875KN 右边水平水压力=1/2×10×1.5×1.5×15=112.5KN 左边垂直水压力=3.8×15×5×10=2850KN

右边垂直水压力=7.4×15×1.5×10=1665KN 浮托力=（25×12+2.5×0.5）×20=6050KN 土重=20×10×0.5×（15-5）×20=500KN

二．抗滑稳定计算

取齿墙最下面的那个面抗滑破裂面，计算在最带蓄水位时期闸室抗滑稳定安全系数，计算公式为：c K f G

H

=∑∑

由上表得

G ∑=15330KN,方向竖直向下，

H ∑=1762.5KN,方向水平向右，

c 0.315330

K 2.61762.5

f G

H

?=

=

=∑∑>[]c K =1.25

故，符合要求

三．地基压力计算

主要对完建期和最高蓄水位期两种情况进行验算。 可用此公式进行验算：max

min A M A

W

σ=±∑∑

由上表可得：在完建期：G ∑=17915KN

M ∑=990KN.m

所以max 2

6A M A M A

W BL

BL σ=

+=+=∑∑∑∑74.65+2=76.65 kPa

min

2

6A M A M A

W

BL

BL σ=-=-=∑∑∑∑74.65-2=72.65kPa

在最高水位期： G ∑=15330KN

M ∑=3051.8KN.m

所以

max

2

6A M A M A

W

BL

BL σ=+=+=∑∑∑∑63.9+6.4=70.3 kPa

min 2

6A

M

A M A

W

BL

BL σ=-=

-=∑∑

∑∑63.9-6.4=57.5 kPa

第五章闸室结构计算一．计算情况

可只选择最高蓄水位进行计算。

二．计算方法

选用倒置梁法计算。