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1、水闸设计说明书SLUICEDESIGNSPECIFICATION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1-二、设计基本资料12.1概述11.1.1 1防洪21.1.2 灌溉21.1.3 引水冲淤22.2 规划数据22.2.1 孔设计水位、流量32.2.2 闸室稳定计算水位组合3一223消能防冲设计水位组合3一一2.3 地质资料32.3.2闸基土工试验资料42.4闸的设计标准42.5.1 闸上交通4.2.5.2 三材5-2.5.3 地震资料5-2.5.4 风速资料5-三、枢纽布置多一3.1 防沙设施53.2 引水渠的布置-6
2、3.3 迸水闸布置63.3.1 闸室段布置63.3.2 上游连接段布置7-3.3.3 下游连接段布置7.四、水力计算7-4.1 闸孔设计74.1.1 闸室结构形式84.1.2 堰型选择及堰顶高程的确定84.1.3 孔口尺寸的确定8-4.2 消能防冲设计8421消力池的设计84.2.2海漫的设计-43-1-4五、防渗排水设计5.1 地下轮廓设计M-5.1.1 底板1-45.1.2 铺盖1-45.1.3 侧向防渗15-5.1.4 排水、止水1-55.1.5 防渗长度验算1-5-一5.2 渗流计算好一5.2.1 地下轮廓线的简化1-6-5.2.2 确定地基的有效深度1-6-5.2.3 渗流区域的分段
3、和阻力系数的计算1-65.2.4 渗透压力计算：1-4-5.2.5 抗渗稳定验算2-0-一一六、闸室布置与稳定计算17-分6.1 闸室结构布置6.1.1 反2-16.1.2 W2-16.1.3 胸墙1-76.1.4 工作桥1-7-6.1.5 检修便桥1-8-6.1.6 交通桥1-86.2 闸室稳定计算19-6.2.1 荷载计算1-9一一6.2.2 稳定计算3-2-七、闸室结构设计277.1 闸墩设计2-77.2 底板结构计算2-8-7.2.1 闸基的地基反力计算2-8-7.2.2 不平衡冕力及更力分配3-9723板条上荷载的计算44一.7.2.4 弯矩计算4-3-7.2.5 配筋计算36-7.
4、2.6 裂缝校核37-八、两岸连接建筑物3.7九、水闸细部构造设计-十、基础处理38-H、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2.1 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。闸管所兴化闸河兴化镇图221闸址位置示意图（单位：m）2.1.1 防洪当兴化河水位较高时，关闸挡水，以
5、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。2.1.2 灌溉灌溉期引兴化河水北调，以灌溉兴化渠两岸的农田。2.1.3 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。2.2 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0.5m,底宽50.0m,两岸边坡均为1:2。该闸的主要设计组合有以下几方面：0.550.0图2-2兴化渠剖面示意图（单位：m）2.2.1 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300m3s,此时闸上游水位为7.83m,闸下游水位为7.78m;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
6、，引水流量为Ioom3s,此时相应的闸上游水位为7.44m,下游为7.38mo2.2.2 闸室稳定计算水位组合）设计情况：上游水位103m,浪高0.8m,下游水位7.0m。0）校核情况：上游水位107m,浪高0.5m,下游水位7.0m。2.2.3 消能防冲设计水位组合消能防冲的不利水位组合：引水流量为3OOm3s,相应的上游水位10.7m,下游水位为7.78m。0）下游水位流量关系下游水位流量关系见表2-2-1o表2-2-1下游水位流量关系Q(m3s)0.050.0100.0150.0200.0250.0300.0H下(m)7.07.207.387.547.667.747.782.3 地质资料
7、根据钻探报告，闸基土质分布情况见表2.3-1。表231闸基土层分布层序高程（m）土质情况标准贯入击数（击）I11.75-2.40重粉质壤土9-13II2.400.7散粉质壤土8III0.7-16.7坚硬粉质粘土（局部含铁镒结核）15-212.3.2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=190,凝聚力C=60.0Kpa;天然孔隙比e=0.69,天然容重=20.3KN/m3,比重G=2.74,变形模量E0=4.0xl04KPa;建闸所用回填土为砂壤土，其内摩擦角=260,凝聚力C=O,天然容重于18KNm3;混凝土的弹性模量Eh=2.3xlO7KPa02.4 闸的
8、设计标准根据水闸设计规范SL265-2001,兴化闸按In级建筑物设计。2.5 其它有关资料2.5.1 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，按汽设计，履带-50校核。桥面净宽为4.5m,总宽5.5m,采用板梁式结构，见图2-5-1,每米桥长约重80KNo10.015.0450.015.010.0110.02%2%10.015.055.070.045.0137.5045.0137.5045.070.0550.0图2-5-1交通桥剖面图（单位：Cm）2.5.2 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。2.5.3 该地区地震烈度设计为6度，故可不
9、考虑地震影响。2.5.4 该地区风速资料不全，在进行浪压力设计时，建议取Ll=IOhI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。3.1 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0.8m,底部高程0.5m,顶高程1.3m,迎水面直立，背流坡为1:1的余斗坡，其断面见图3-1:153.2 引水渠的布置兴化河河岸比较坚稳，引水渠可以尽量短（W65m）,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
10、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。3.3 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5.0m。胸墙底部高程为8.1m,闸顶高程为11.8m,闸门顶高程为8.3m。331闸室段布置闸底板为倒口型钢筋混凝平底板，缝设在底板中央。底板顶面高呈为05m,厚1.0m,其顺水流方向长16mo闸墩为钢筋混凝土结构，顺水流方向长和底板相等，中墩厚Llm,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11.8m。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l7m,工作门槽距闸墩上游边缘5.29,胸墙与检修
11、门槽之间净距为2.59。闸门采用平面滚轮钢闸门，尺寸为4.8mx7.8m。启闭设备选用QPQ-2x25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2.3m,厚0.5m,底面高程11.8m,顶面高程16.5m,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5.5mo公路桥支承在排架上，排架底部高程8.5mo3.3.2 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0.4m。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105的斜坡，收缩角为15。，圆弧半径为6.6m。墙顶高程为11.0m,其上设0.85m高的混凝
12、土挡浪板。墙后填土高程为10.8mo翼墙底板0.6m厚的钢筋混凝土板，前趾长1.2m,后趾长0.2m。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设一道浆砌石格填。块石底部设15Cm的砂垫层。护坡一直延伸到兴化渠的入口处。3.3.3 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0.5mo消力池的底板为钢筋混凝土结构，其厚度为07mo消力池与闸室连接处有Im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0.3m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IOm为浆砌块石，后16m为干砌块石，并每隔8m设一道浆砌石格
13、填。海漫末端设一构造防冲槽。其深为LOm,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1:05其扩散角为10。，圆弧半径为4.8m。墙顶高程为8.5m,其上设高0.8m的挡浪板，墙后填土高程为8.0m。下游翼墙底板亦厚0.6m钢筋混凝土板，其前趾长1.2m,后趾长0.2m。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9.8m高程处。每隔8m设一道浆砌石格填。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。4.1闸孔设计闸孔设计的主要任务:确定闸室结构形式、
14、选择堰型、确定堰顶高程及孔口尺寸。1.1.1 Ll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10.3m-10.7m,而泄水时上游水位为7.44m-7.83m,挡水位时上游最高水位比下游最高水位高出2.87m,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。1.1.2 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,施工方便启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,士质良好源载能力大,并参考该地区已建在工程
15、的经验,拟取闸底板顶面与兴化渠渠底齐平，高程为0.5mo1.1.3 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。D引水灌溉上游水深H=7.83-0.5=7.33m下游水深hs=7.78-0.5=7.28m引水流量3/sQ=300m上游行近流速VO=Q/AA=(b+mH)H=(5027.33)7.33=473.96m2V=300473.96=0.633m3产HO=H+V022g(取a=10)=7.33+0.6332/29.8=7.35mhSh0=7.287.4=0.990.8,故属淹没出流。查SL265-2001表AOL2,淹没系数S=O.36由宽顶堰淹没出
16、流公式QmB,1r2gH3sOVO2=0.96,则对无坎宽顶堰，取m=0.385,假设侧收缩系数B/(mgH1)。1、$7o23000360.385 0.9629.81 7352=25.54m2）引水冲淤保港上游水深H=7.44-0.5=6.94m下游水深引水流量h=7.38-0.5=6.88mQ=IOOm3s上游行近流速VO=QZAA=(bmH)H=(50+2x6.94)x6.94=4433m3sVo=QA=lOO443.3=O.23ms0.8,故属淹没出流。查SL265-2001表A0L2,得淹没系数（S=O.36同样取m=0.385,假设侧收缩系数=0.96,则得QB02=rmH-SO2
17、1000.360.3850.9629.816.%/=9.24m上傲1）、2）的计算结果，B02O.385X).959252J9,81735z-=293.3m3卜Q实GX100%=2.24%5%Q实际过流能力满足引水灌溉的设计要求。因此该闸的孔口尺寸确定为：共分5孔，每孔净宽5.0m,2个中墩各厚Llm,闸孔总净宽为25.0m,闸室总宽度为29.4m。4.2消能防冲设计消能防冲设计包括消力池、海漫及防冲槽等三部分。4.2.1 消力池的设计D)上下游水位连接形态的判别闸门从关闭状态到泄流量为300m3/s往是分级开启的。为了节省计算工作量闸门的开度拟分三级流量50m3/s待下游的水位稳定后,增大开
18、度至15Om3/s,待下游的水位稳定后增大开度至30Om小。当泄流量为50l公时：上游水深H=IO.7-0.5=10.2m;下游水深可采用前一级开度(即Q=O)时的下游水深t=7.0-0.5=6.5m;上游行进流速V二S=50718.1=0.069ms(V0.5ms),可以忽略不。A。计。假设闸门的开度e=0.45m.。=0.45/10.2=0.0440.65,为孔流。查水力学（河海大学出版社），由表10.7（采用插值法）:0.6110.6130.6110.0440.050得=0.612,贝U:h=e=0.6120.45=0.2754mCh=2G1=1.332mC2gh；h0.45252yj9
19、1U249.95m3s/该值与要求的流量50m3s十分的接近，才所假定的闸门开度e=0.45正确。此时，跃后水深l3322J=7.92m3m)H=10.7-7.78=2.92mK为海漫长度计算系数，取为7.0KsSL=7.07.92=25.75mP取海漫的长度为26.0mo3)海漫的布置和结构。由于下游水深较大,为了节省开挖量,海漫布置成水平的.海漫使用厚度40Cm的块石材料,前IOm用浆砌块石,后16m采用干砌块石。浆砌块石海漫上社排水孔,干砌块石上社浆砌块石格梗,格梗断面尺寸为40Cm60cm。海漫底部铺设15Cm厚的砂粒垫层。4.2.3防冲槽的设计D)海漫末端河床冲刷深度为dLkh)VS
20、0海漫末端的平均宽度B=1/2(50+50+227.O4)=64.08mQ=300/64.08=4.68m3(sm)对比较紧密的黏土地基，且水深大于3m,八可取为llms,h=7.04m,则：0Sd=1.1出L7.04=-2.36m1.1dL,满足要求。2）绕流防渗长度。必须的防渗长度为L=CHH=3.7m,C=7（回填土为砂土，且无反滤），因此L=259m实际防渗长度L=2。+16=36.7mcos15LL,满足防渗要求其地下轮廓布置见下图5-1-1:图5-1-1地下轮廓布置（单位：m）5.2 渗流计算采用改进阻力系数法进行渗流计算。5.3 .i地下轮廓线的简化为了便于计算，将复杂的地下轮廓
21、进行简化。由于铺盖头部及底板上下游两端的齿墙均浅，简化后的形式如下图5-21:根据钻探资料，闸基透水层深度很大。故在渗流计算中必须取一有效深度，代替实际深度。由地下轮廓线简化图知：地下轮廓的水平投影长度L=16+20=36m;地下轮廓的垂直投影长度S=1.3moL/S=361.3=27.75,故地基的有效深度T=0.5OOOeL=18m（图5-2-1）。O5.4 .3渗流区域的分段和阻力系数的计算过地下轮廓的角点、尖点，将渗流区域分成十个典型段。1、8段为进出口段，3、6、二段为内部水平段，2、4、5、7则为内部垂直段。流段阻力系数为段号ST进口段和出口段1.5(s)2+0,441T10.41
22、7.90.44680.517.40.448内部垂直段2lctg.d-J4T20.518.00.02841.118.00.06150.517.40.02970.517.40.029内部水平段丘L0.7(SS)号12T-=9693S=0.5S=LlT=18.0L=20.01.0496S=0.5S=0.5T=17.4L=16.00.879表521各流段阻力系数为1=15.5 .4渗透压力计算：D）设计洪水位时：H=10.37.0=33m。根据水流的连续条件，经过各流段的单宽渗流流量均应相等。a）任一流段的水头损失h二主则iihl=O.5Omh2=O.O3mh3=1.16mh4=0.07mh5=O.O
23、3mh6=O.98mh7=0.03mh8=O.5Omb)进出口段进行必要的修正：进出口修正系数为1=1.21-112(L)22(10.059)TTT=I8.0mT=17.9mS=0.4m则=0.341.0应予修正hl=0.17m进口段水头损失的修正量为,h=0.50-0.17=0.33修正量应转移给相邻各段h=0.03+0.03=0.062h=1.16+(0.33-0.03)=1.46m3同样对出口段修正如下=1.21-J2TS12(_)22(_0.059)TTT=17.4mT=17.4mS=0.5m则=0.3961.0,故亦需修正。2出口段的水头损失修正为h=h=0.20m828修正量Ah=
24、0.500.20=0.30mh=0.03+0.03=0.06m7h=0.98+(0.30-0.03)=1.25mC)计算各角隅点由渗压水头：由上游出口段开始，逐次向下游从作用水头值Ah中相继减去各分段的水头损失值，即可求得各角隅点的渗压水头值Hl=3.3mH2=3.3-hl=3.3-0.17=3.13mH3=H2-h2m=3.13-0.06=3.07mH4=H3-h3m=3.07-1.46=1.61mH5=H4-h4m=1.61-0.07=1.54mH6= H5- h5 m=1.54-0.03= 1.5 ImH7= H6- h6 m=1.51-1.25=0.26mH8= H7- h7 m=0.
25、26-0.06=0.2OmH9= H8- h8 m=0.20-0.20=0.00md）作出渗透压力分布图：根据以上算得渗压水头值，并认为沿水平段水头损失呈线形变化，则其渗透压力分布图，如图5.2.2:图522设计洪水位是渗透压力分布图（单位：m）单位宽度底板所受渗透压力：P= 1 ( H H )16l=14.16t=138.77KN1 267单位宽铺盖所受的渗透压力：P = 1(H+H)20l=46.8t=458.64KN2 2342 )同样的步骤可计算出校核情况下的渗透压力分布,即 H=4.7-1.0=3.7mH =3.70m1H =3.51m 2H =3.45m 3H =1.81m 4H
26、= 1.74m 5H = 1.70m6H7=0.30mH8=0.22mH9图523校核洪水位是渗透压力分布图(单位：m)单位宽度凝所受渗透压力：一P=1(H+H)161=1(1.7()+0.30)16l=16.0t=156.8KN,2672单位宽铺盖丽受的渗透压力：P=1(H+H)20xl=1(3.45+l.81)20l=52.6t=515.48KN223425.2.5抗渗稳定验算闸底板水平段的平均渗透坡降和出口处的平均逸出坡降闸底板水平段的平均渗透坡降为j=h6=140=0.088J=0.4-0.5XLI6XX渗流出口处的平均逸出坡降J。为J=*=022=0.44O.67m,高1.8m的柱子
27、，柱顶设07mO.7m,长4.7m的小横梁，梁顶高程即为8.5+1.8+0.7=11.0。下游闸墩上搁置公路桥，桥面高程为11.8m,与两岸大堤齐平。闸墩上设检修门槽和工作门槽，检修门槽在上游，槽深为03m,宽0.2m,工作槽槽深为0.3m,宽0.6mo具体位置见图。闸墩上下游均为半圆形，其半径为0.55mo6.1.3 胸墙为了保证启吊闸门的钢丝绳不浸在水中，胸墙设在工作闸门的上游侧。胸墙顶与闸墩上游部分顶部同高取H.8mo胸墙底部高程应以不影响引水为oZb二堰顶JS程十堰顶下游水深+=0.5+7.0+0.3=7.8m,取胸墙底部程为8.Imo则胸墙高度为3.7mo胸墙采用钢筋混凝土板梁式结构
28、，简支于闸墩上。上梁尺寸为S3m05m,课尺寸为0.4m0.8m,板厚20cm。下梁下端的上游面做成圆弧形，以利过水。6.1.4 工作桥X711.8）启闭机选型。闸门采用平面滚轮钢闸门,为滑动式，门顶高程应高出胸墙02m,即其高程为8.3m,门高7.8m,门宽5.4m。根据经验公式：G=O.O73K1KKA0.93H蜉初估闸门自重。A=42.12m2；H=Io.2m;对于工作闸门，K=LO,SIHB=7.85.6=1.4,1HB2,K=IQH=I0.22s0,表示闸门不能靠自重关闭，需加压IOkN重块帮助关闭。则闸门自重W为G=200+10=210KN根据计算所需的启门力F=376.4kN,初
29、选双调点手摇电Q动两用卷扬式启闭机（上海重型机械厂产品）QPQ-225o其机架外轮廓宽J=1962mmo3）工作桥的尺寸及构造。（见图6-1-2）工作桥的宽度不仅要满足启闭机布置的要求，且两侧应留有足够的操作宽度。B二启闭机宽度+2型杆柱宽+2X栏杆外富裕宽度=l962+2LB-1二一1二口0.8+2X0.15+2XL-1,=I-10.05=3.962mo故:作桥净宽4.0mo工作桥为22IQci0.54025+0.425+0.20,410.025X20.061510X25=72.5KN考虑到栏杆及横梁重力等，取:G=135.0KN7完建情况下作用荷载和力矩计算见下表6-2-1:表6-2-1完建情况下作用荷载和力矩计算表(对底板上
