節(jié)制閘初步設(shè)計

1、景觀節(jié)制閘初步設(shè)計1基本資料1.1工程概況為繼續(xù)加快城市化進程，完善城市建設(shè)，擬建水閘工程作為近年城建重點工程，目的就是抬高流域河流的蓄水位，擴大市區(qū)水面，形成水上旅游風(fēng)光帶，利用水上旅游線路，將流域河流兩岸文字博物館、袁林、洹園、殷墟博物苑等景點聯(lián)系在一起，把流域河流沿岸打造成為具有鮮明地方文化特色、開放性的濱河歷史文化景觀帶，推進安陽市旅游發(fā)展步伐。因此，擬建水閘工程為一座景觀節(jié)制閘。主要任務(wù)是通過建設(shè)攔蓄工程抬升河道蓄水位，滿足流域河道水上旅游要求。1.2水文氣象工程所在流域?qū)贉貛Т箨懶詺夂騾^(qū)，冬季受蒙古、西伯利亞高氣壓控制，天氣寒冷干燥且多風(fēng)沙，夏季由于冷暖氣團交接而多暴雨。多年平均最

2、高氣溫32.2（6月）。全年無霜期200天，日照累計時數(shù)2388小時，日照率53%。冬春多北風(fēng)，夏秋多南風(fēng)，最大風(fēng)速22m/s，汛期多年平均最大風(fēng)速9.9m/s。多年平均水面蒸發(fā)量約2000mm，陸面蒸發(fā)量520mm，年際變化不大。多年平均降雨量600mm，年內(nèi)分布極不均勻，汛期69月降雨量占全年的70%80%，年際變化大，年最大與年最小相差24倍。按設(shè)計洪水計算，流域河道50年一遇洪水洪峰流量為2300m3/s，100年一遇洪水洪峰流量為4000m3/s。流域泥沙大部分在汛期產(chǎn)生，水閘汛期敞泄，泥沙隨洪水下泄到下游，非汛期閉門蓄水，蓄水水量大部分為水庫棄水，含沙量小。流域閘址處淤積很小，可忽

3、略不計。1.3區(qū)域地質(zhì)閘址位于洹河樁號34+720處，該區(qū)地處流域沖積平原，地勢較為平坦開闊。地面高程一般為69.92m73.07m。場地地貌單元屬沖積平原地貌。本場地內(nèi)無全新活動斷裂，屬穩(wěn)定場地。在勘探深度范圍內(nèi)，地層由第四系全新統(tǒng)（Q4al）、上更新統(tǒng)（Q3al）沖積物組成。根據(jù)不同時代、成因類型和工程地質(zhì)性能，將地層劃分為九個工程地質(zhì)單元，見表1-1和表1-2。表1-1各單元地基土情況及壓縮系數(shù)和壓縮模量建議值單元平均厚度/m4.92.75.54.95.94.33.23.4最大揭露厚度8.5m層底高程/m62.5166.5856.4557.0855.0063.8860.5662.3054

4、.7058.0651.9857.8049.0956.8045.4946.6536.99m以下av0.1-0.2(MPa-1)0.3640.2650.2930.2720.3300.3000.2800.220Es0.1-0.2 (MPa)6.4510*6.436.097.985.396.346.008.54壓縮性評價中等中等中等中等中等中等中等中等表1-2 各層土的承載力特征值及抗剪強度建議值表單元承載力基本容許值fao（kPa）12013080110120150160170200C（kPa）12.007.612.021.022.0(°)20.035.018.024.020.020.0工

5、程所在區(qū)域為區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較好地區(qū)，根據(jù)國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局2001年發(fā)布的中國地震參數(shù)區(qū)劃圖及建筑物抗震設(shè)計規(guī)范（GB50011-2001），該地區(qū)地震基本烈度為6度，地震動參數(shù)為0.20g，建筑物按6度設(shè)防，地震動反映譜特征周期0.35s。勘探期間，在30.0m的勘探深度范圍內(nèi)，各鉆孔均見地下水，地下水位埋深在5.0m11.2m之間，水位高程在61.80m62.00m之間。地下水類型屬潛水，主要由河水下滲、側(cè)滲補給，地下水變化幅度為1m4m，多年動態(tài)變化主要受大氣降水控制。1.4地質(zhì)評價（1）擬建水閘場地地層左右岸差異大，地基土不均勻，總體上來說無明顯的不良工程地質(zhì)現(xiàn)象，適宜于本工程的建筑。

6、（2）根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀缶仲Y料，本場地土的標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度為0.4m。（3）本場地地震動峰值加速度為0.20g，對應(yīng)的地震基本烈度為6度，地震動反映譜特征周期0.35s。綜合構(gòu)造物地表以下20.0m深度范圍內(nèi)的土層，本場地可綜合評定為類場地土。（4）閘底板高程61.84m，基礎(chǔ)位于（2）（5）單元地基土中，地基承載力特征值80120kpa。根據(jù)擬建構(gòu)筑物及該場地地層巖性結(jié)構(gòu)情況，擬采用復(fù)合地基進行加固處理。（5）地質(zhì)報告中提出第（2）、（3）單元土不存在地震液化問題。1.5工程規(guī)模根據(jù)當(dāng)?shù)胤篮闃?biāo)準(zhǔn)，節(jié)制閘按50年一遇洪水流量設(shè)計，流量為2300m3/s，閘址斷面相應(yīng)水位為70.90m。超50年一遇洪水走

7、分洪道，不再按100年一遇洪水流量校核。水閘設(shè)計蓄水位69.74m，蓄水高度7.9m。水閘為大（2）型工程，工程等別為等，主要建筑物級別為2級。閘室上部設(shè)工作橋一座，考慮設(shè)備吊裝及維修啟重車輛，設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)采用公路級。此外，根據(jù)水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)上游翼墻等次要建筑物按3級建筑物設(shè)計，臨時工程按照4級建筑設(shè)計。2 閘孔設(shè)計2.1閘址選擇基本資料中已經(jīng)選定了閘址位置并給出了閘基地質(zhì)資料、址地形資料和閘址處的渠道斷面為梯形，邊坡系數(shù)m=2，渠道糙率n=0.025，渠道縱比降i=0.0002，渠底高程為61.84m，渠底寬度為152m。2.2堰型及堰頂高程的確定2.2.1閘孔形式的確定本節(jié)

8、制閘主要任務(wù)是正常情況下攔截河水抬升河道蓄水位，以滿足流域河道水上旅游要求，而當(dāng)洪水來臨時，開閘泄水，以保證防洪安全。由于是在平原河道上修建節(jié)制閘，應(yīng)具有較大的超泄能力，并利于排除漂浮物、泥沙，因此采用寬頂堰。2.2.2堰頂高程的確定地板應(yīng)置于較為堅實的土層上，并應(yīng)盡量利用天然地基。在地基強調(diào)能夠滿足要求的條件下，底板高程定得高些，閘室穩(wěn)定得高些，閘室寬度大，兩岸連接建筑物相對較低。對于小型水閘，由于兩岸連接建筑在整個工程中所占比重較大，因而總的工程造價可能是經(jīng)濟的，在大型水閘中，由于閘室工程量所占比重較大，因而適當(dāng)降低底板高程，常常是有利的。當(dāng)然，底板高程也不能定的太低，否則，由于單款流量加

9、大，將會增加下游效能防沖的工程量，閘門增高，啟閉設(shè)備的容量也隨之增大。一般情況下，節(jié)制閘的底板頂面可與河床齊平。因此本設(shè)計采用堰頂高程與河床同高，即底板高程取61.84m。2.3孔口設(shè)計水位組合孔口設(shè)計水位見表2-1。表2-1孔口設(shè)計水位組合表計算情況閘上水位（m）閘下水位(m)過水流量(m3/s)設(shè)計情況69.7469.442300校核情況同上2.4閘孔寬度的確定2.4.1擬定閘孔寬度（1）計算孔口凈寬B0設(shè)計情況下計算示意圖如下圖2-1。圖2-1 計算示意圖過水?dāng)嗝婷娣eA=(B+mh)h=(152+2×7.9)×7.9=1325.62；行進流速v=Q/A=2300/13

10、25.62=1.74(m/s)；行進水頭v2/2g=1.742/19.6=0.15m；堰上總水頭H0=H+v2/2g=0.15+7.9=8.05m；堰頂算起的下游水深hs=69.44-61.84=7.6m；hs/ H0=7.6/8.05=0.940.8，所以為淹沒出流。且hs/ H0=0.940.9，查水閘設(shè)計規(guī)范2，可采用如下堰流公式計算 (2-1)式中：(2-2)。由hs/ H0=7.6/8.08=0.94>0.8，為淹沒出流，查水閘設(shè)計規(guī)范2表A.0.2，如下表2-2：表2-20值Hs/H00.900.910.920.930.940.950.960.970.980.990.9950

11、.99800.9400.9450.9500.9550.9610.9670.9730.9790.9860.9930.9960.998得0=0.961。則閘孔總凈寬B0=105.62m校核情況同設(shè)計情況，所以閘孔凈寬為：B0=105.62m，取整B0=106m。（2）確定孔寬和孔數(shù)由水工建筑物1305頁知道，我國大、中型水閘的單孔寬度l0一般取812m，且水閘孔總凈寬不應(yīng)大于設(shè)計算出總凈寬的3%-5%，這里取B0=110m，閘孔單寬l0=10m，閘孔個數(shù)n=110÷10=11個，閘墩12個。由資料知閘基承載力較好，確定采用整體式底板，依據(jù) 水閘設(shè)計規(guī)范2土基上的分段長度不宜超過35m，確

12、定兩邊采用兩孔一聯(lián)，中間三孔一聯(lián)，共五聯(lián)，所以縫墩4個，中墩6個，邊墩2個，它們的厚度依次是1.6m、1.2m、1m。2.4.2計算閘孔實際過流能力設(shè)計情況下=2395.5 m3，滿足設(shè)計排洪安全要求。2.4.3 閘孔布置圖根據(jù)上面計算結(jié)果可推算出閘室總寬閘孔總凈寬為110m；縫墩總寬為4×1.6=6.4m；中墩總寬為6×1.2=7.2m；邊墩總寬為2×1=2m；閘室總寬=閘孔總凈寬+縫墩總寬+中墩總寬+邊墩總寬=110+6.4+7.2+2=125.6m綜上所述，閘孔11個，兩邊采用兩孔一聯(lián)，中間采用三孔一聯(lián)，共5聯(lián)。閘孔布置如圖2-2。圖2-2 閘室布置圖（單位

13、：m）3消能防沖設(shè)計3.1 消能防沖設(shè)計的控制情況由于本閘位于平原地區(qū)，一般水頭低下游水位變幅大，又因為河床抗沖刷能力較低，所以采用底流式消能。之前通過計算可知當(dāng)設(shè)計洪水位和校核洪水時，閘門全開宣泄洪水為淹沒出流，此時無須消能。閘前為設(shè)計水位7.9 m，部分閘門局部開啟，只宣泄較小流量時，下流水位不高，閘下射流速較大，才會出現(xiàn)嚴(yán)重的沖刷河床現(xiàn)象，必須設(shè)置相應(yīng)的消能設(shè)施。這里用設(shè)計水位7.9 m 閘門局部開啟情況，作為消能防沖的設(shè)計控制情況。為了確保水閘安全運行，可以規(guī)定閘門按 1、3、5、7、9、11孔對稱方式開啟，分別對不同開啟孔數(shù)和開啟度進行組合計算，找出消力池深度和池長的控制條件。3.2

14、閘門不同開度下出閘水流情況3.2.1 閘門不同開度e下出閘流量Q閘孔出閘流量計算當(dāng)0.65為閘孔出流，計算采用公式（3-1）式中：b為閘孔寬度，m；為閘前水深，m；n為開閘孔數(shù)；e為閘孔開度；為流量系數(shù)，。以開孔數(shù)N=1時為例，具體計算結(jié)果如表3-1。表3-1 閘門不同開度e下出閘流量Q參數(shù)Ne（m）H（m）e/H2Q（m3/s）設(shè)計情況10.87.90.1010.6150.58257.95411.67.90.2030.6200.564112.36012.47.90.3040.6250.547163.21813.27.90.4050.6310.529210.52714.07.90.5060.6

15、460.511254.28814.87.90.6080.6630.493294.5003.2.2閘后水躍閘后躍后水深計算按如下公式（3-2）式中：收縮水深，m，；垂直收縮系數(shù)，取值查水力學(xué)3表7-12（P252）；收縮斷面流速，m/s，。以開孔數(shù)N=1時為例，如表3-2（接表3-1）。表3-2出閘流量Q對應(yīng)閘后躍后水深hc''Q（m3/s）e（m）2hc（m）vc（m/s）hc''（m）57.9540.80.6150.49211.7793.495112.3601.60.6200.99211.3274.624163.2182.40.6251.50010.8815.

16、317210.5273.20.6312.01910.4265.759254.2884.00.6462.5849.8415.970294.5004.80.6633.1829.2546.0343.2.3下游渠道水深及出流情況（1）泄水時下游水深hs的確定下游渠道按均勻流流量公式計算，通過試算法計算出下游水位hs。計算按如下流量公式（3-3）式中：，m1/2/s；R為水力半徑，m；i為渠道縱比降，i=0.0002；n為渠道糙率，n=0.025。（2）水閘出流情況當(dāng)hs時，為自由出流；當(dāng)hs時，為淹沒出流。以開孔數(shù)N=1時為例，如表3-3（接表3-2）。表3-3流量Q下渠道下游水深hs及出流情況Q(m

17、3/s)hs(m)A(m2)C(m1/2/s)R(m)Q(m3/s)）X(m)hc''-h0(m)狀態(tài)57.9540.764117.32338.1690.75558.000155.4182.730自由出流112.3601.133174.86140.7221.113112.000157.0693.491自由出流163.2181.419219.72742.2451.388163.000158.3463.898自由出流210.5271.656257.21743.3201.614211.000159.4064.103自由出流254.2881.850288.12144.1071.7982

18、54.000160.2764.120自由出流294.5002.024315.79544.7511.961295.000161.0504.011自由出流3.2.4多種開啟方式下開啟高度對出流狀態(tài)影響閘門按 1、3、5、7、9、11孔對稱方式開啟。對于閘門不同開啟孔數(shù)，以及不同開啟度進行組合計算，得到表3-4，方法同前。表3-4 多種開啟方式下的出流狀態(tài)參數(shù)Ne(m)H(m)Q(m3/s)hc''(m)h0(m)hc''-hs(m)狀態(tài)設(shè)計情況10.87.957.9543.4950.7642.730自由出流1.67.9112.3604.6241.1333.491自由

19、出流2.47.9163.2185.3171.4193.898自由出流3.27.9210.5275.7591.6564.103自由出流47.9254.2885.9701.8504.120自由出流4.87.9294.5006.0342.0244.011自由出流30.87.9173.8633.4951.4762.019自由出流1.67.9337.0814.6242.1912.433自由出流2.47.9489.6545.3172.7402.576自由出流3.27.9631.5825.7593.1902.569自由出流47.9762.8645.9703.5692.401自由出流4.87.9883.500

20、6.0343.8962.138自由出流50.87.9289.7723.4952.0031.492自由出流1.67.9561.8024.6242.9741.650自由出流2.47.9816.0905.3173.7151.602自由出流3.27.91052.6365.7594.3241.435自由出流47.91271.4395.9704.8351.135自由出流4.87.91472.5016.0345.2780.757自由出流70.87.9405.6813.4952.4491.045自由出流1.67.9786.5234.6243.6360.989自由出流2.47.91142.5265.3174.5

21、400.777自由出流3.27.91473.6905.7595.2800.479自由出流47.91780.0155.9705.9050.065自由出流4.87.92061.5016.0346.442-0.407淹沒出流90.87.9521.5903.4952.8460.649自由出流1.67.91011.2444.6244.2200.404自由出流2.47.91468.9625.3175.2690.048自由出流3.27.91894.7455.7596.128-0.369淹沒出流47.92288.5915.9706.852-0.882淹沒出流4.87.92650.5016.034110.87.

22、9637.4993.4953.2050.290自由出流1.67.91235.9654.6244.756-0.131淹沒出流2.47.91795.3985.3175.934-0.617淹沒出流3.27.92315.7995.75947.92797.1675.9704.87.93239.5016.0343.3 消力池設(shè)計3.3.1 消力池形式的選定消力池有三種類型：1、挖深式消力池，適用于閘下尾水深度小于躍后水深1.01.5m的情況。2、突檻式消力池，適用于閘下尾水深度略小于躍后水深的情況。3、綜合式消力池，適用于閘下尾水深度小于躍后水深1.53.0m的情況。本工程采用挖深式消力池。3.3.2 消

23、力池池深的計算（1）水位組合由計算表3-4分析知：閘門開1孔，開度e=4m時，下游出流狀態(tài)最不好。因此取閘門開1孔，初始開度e=4m，初始流量Q=254(m3/s)時，為消力池的設(shè)計情況。消力池池深計算水位組合見表3-5。表3-5消力池池深計算水位組合表計算情況閘上水位（m）閘下水位(m)初始流量(m3/s)()設(shè)計情況7.91.85254校核情況同上（2）消力池池深計算消力池池深計算步驟如下首先假設(shè)=0.5m；1)閘前流速=（3-4），m/s；2)閘前總水頭H0 =H+（3-5），m；3)由消力池底板頂面算起的總勢能T0= H0+d（3-6），m；4)過閘單寬流量q=Q/B（3-7），m2/

24、s；5)由公式（3-8）迭代計算收縮斷面水深，=（3-9），m，（流速系數(shù)由水學(xué)力3查得取0.98）；6)躍后水深（3-10），m，（近似為1）；7)出池落差（3-11），m；8)池深（3-12），m，(若取,若帶入此時的d值重新計算)。式中：為出池河床水深，m；為水躍淹沒系數(shù)，可采用1.05-1.10,取1.05；為消力池首段寬度，m；為消力池末段寬度，m；為水流動能矯正系數(shù)，可采用1.0-1.05，取1。計算結(jié)果列表如表3-6。表3-6消力池池深計算參數(shù)A(m2)Q(m3)V(m/s)H0(m)Q(m3/m·s)d0(m)T0(m)hc(m)(m)Z(m)D(m)設(shè)計情況1326

25、254.30.197.925.430.58.42.396.339.21-4.4設(shè)計情況是指：先假設(shè)消力池池深為0.5m帶入計算最后求得d0.5m。所以取d=0.5m。3.3.3 消力池長度的計算（1）按設(shè)計情況計算1）水躍長度的計算L J6.9(h"C-hC) （3-13）由表3-6可知-最大為h"C-hC=3.94m，則LJ 6.9×3.94=27.2m。2）消力池長度的計算LsJLs+LJ（3-14）式中：為水躍長度校正系數(shù),可采用0.70.8，取=0.8；Ls為消力池斜坡段長度。本設(shè)計斜坡段采用1:4的坡度，則Ls為2m；則LsJLs+LJ=2+0.8

26、15;27.2=23.8m。（2）校核情況同設(shè)計情況。3.3.4 消力池底板厚度的計算根據(jù)抗沖要求，計算消力池底板厚度，計算按如下公式（3-15）式中：t為消力池底板始端厚度，m；H'為閘孔泄水時的上,下游水位差，m；k1為消力池底板計算系數(shù),可采用0.150.20，取0.2。q、H'，設(shè)計情況同計算消力池池深情況，可知q=25.4，H'=5.51m；則=1.54m，取1.6 m。為了便于施工，消力池的底板作成等厚。為了增強護坦板的抗滑穩(wěn)定，在消力池末端設(shè)置齒墻，齒墻深度取為0.7m，齒墻底寬取0.7m，斜坡比取1:1。3.4 海漫設(shè)計3.4.1海漫長度的計算當(dāng)=19，

27、且消能擴散良好時，海漫長度計算可按公式（3-16）式中：為海漫長度，m；為消力池末端單寬流量，m2/s；為閘孔泄水時上下游水位差，m；為海漫長度計算系數(shù)，按下表3-7查得，取Ks=10。表3-7海漫長度計算系數(shù)河床土質(zhì)粉砂、細沙中砂、粗砂粉質(zhì)壤土粉質(zhì)粘土堅硬粘土1413121110987設(shè)計情況下時，Q=2300m3/s，對應(yīng)下游水深為hs=6.87m，水面寬度為b=179.48m，則qs=12.8m3/m.s，H=1.03m。分設(shè)計與校核兩種情況計算取大值，計算結(jié)果如表3-8所示。表3-8海漫長度計算表參數(shù)Q (m3/s)hs(m)b(m)(m3/s.m)(m)(m)設(shè)計情況23006.87

28、179.4812.81.0310363.6校核情況同上所以確定海漫長度為Lp=36m。3.4.2海漫構(gòu)造的確定因為對海漫要求有一定的粗糙度，以便進一步消除余能，并有一定的透水性、有一定的柔性，所以選擇在海漫的起始段為10m長的漿砌石水平段，因為漿砌石的抗沖性能較好，其頂面高程與護坦齊平。后26m做成坡度為1:10的干砌石段，以使水流均勻擴散，調(diào)整流速分布，保護河床不受沖刷。海漫厚度為0.6m，下設(shè)反濾層，其中上部為30cm厚的大礫石層，中間為20cm厚的小礫石層，下部為10cm厚的砂層。3.5沖刷坑及防沖槽設(shè)計3.5.1 沖刷坑深度的計算海漫末端的河床沖刷深度計算可按公式（3-17）式中：為海

29、漫末端河床沖刷深度，m；為海漫末端單寬流量，m2/s；為河床土質(zhì)允許不沖流速，m/s，由水力學(xué)3表6-5查得該渠道=0.8m/s；為海漫末端河床水深，m。設(shè)計情況下，海漫末端河床水深=6.87+20/10=8.87m，其他數(shù)據(jù)同表3-8。海漫末端的河床沖刷深度計算如表3-9。表3-9沖刷坑深度的計算參數(shù)Q(m3/s)b(m)( m2/s)(m/s)(m)(m)設(shè)計情況2300179.4812.80.88.878.73校核情況同上3.5.2 防沖槽尺寸的確定一般=1.52.0m，即當(dāng)1.52.0m，取=1.52.0m。由于計算出的=8.73m2m，取=2m。底寬b=(23)，取b=3×

30、=6m，上游坡率m1=23，取m1=2，下游坡率m2=3。防沖槽的斷面面積，根據(jù)下游河床沖至最深時，石塊坍塌在沖刷坑上游坡面所需要的面積A確定，應(yīng)滿足A=（為堆石自然形成的護面厚度，取用>0.5m；n為上游邊坡系數(shù)），A的最小值應(yīng)為A=2.24m2。初定防沖槽深度為=2m，底寬b=6m。上游邊坡m1=2，下游邊坡m2=3，則其斷面面積為A=22 m2，滿足要求。4防滲排水設(shè)計4.1 地下輪廓線布置4.1.1 防滲設(shè)計目的防止閘基滲透變形，減小閘基滲透壓力，減小水量損失，合理選用地下輪廓尺寸。4.1.2 布置原則防滲設(shè)計一般采用防滲和排水相結(jié)合的原則，即在高水位側(cè)采用鋪蓋、板樁、齒墻等防滲

31、設(shè)備，用以延長滲徑、減小滲透坡降和閘底板下的滲透壓力；在低水位側(cè)設(shè)置排水設(shè)施，如面層排水、排水孔排水或減壓井與下游連通，使地下滲水盡快排出，以減小滲透壓力，并防止在滲流出口附近發(fā)生滲透變形。4.1.3 地下輪廓線的確定（1）防滲長度的擬定防滲長度初擬值按如下公式計算L=C·（4-1）式中：L為閘基防滲長度，包括水平段、鉛直段及傾斜段；為上、下游最大水位差，m；C為允許滲徑系數(shù)，按水閘設(shè)計規(guī)范2表4.3.2選用，如下表4-1。表4-1允許滲徑系數(shù)地基類別排水條件粉砂細砂中砂粗砂中礫細礫粗礫夾卵石輕粉質(zhì)砂壤土輕砂壤土壤土粘土有慮層1399775544332.5117955332無慮層74

32、43設(shè)計情況下的最大水位差=7.9m，本水閘持力層為粘土。由表4-1查得允許滲徑系數(shù)C=3。則=C·=3×7.9=23.7m。（2）防滲設(shè)備由于閘基土質(zhì)以黏性土為主，防滲設(shè)備采用黏土鋪蓋，閘底板上、下游側(cè)設(shè)置齒墻，為了避免破壞天然的黏土結(jié)構(gòu)，不宜設(shè)置板樁。(3）防滲設(shè)備尺寸及構(gòu)造1）閘底板順?biāo)鞣较蜷L度L=·A，據(jù)閘基土質(zhì)為粉質(zhì)黏土，從水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計指南8，知道A取2.54.0，取A=2.5；為上下游最大水頭差，取7.9m。閘底板順?biāo)鞣较蜷L度L=2.5×7.9=19.8m，經(jīng)綜合考慮上部結(jié)構(gòu)布置及地基承載力等要求，確定閘底板長度為20m；2）

33、底板厚度必須滿足強度和剛度的要求，大、中型水閘可?。?/61/8）l0(l0為閘孔凈寬)，一般為1.02.0m,最薄不宜小于0.6m，則閘底板厚度取1.5m；3）閘室底板的上、下游端均宜設(shè)置齒墻,齒墻深度可采用0.51.5m，齒墻深度取為0.7m，齒墻底寬取0.7m，斜坡比取1:1。4）鋪蓋長度35倍上下游最大水頭差,取24m，為便于施工，上游端厚取為0.6m，末端取為1.5m，鋪蓋下游齒墻深度采用0.7m，以便和閘底板連接。（4）校核地下輪廓線的長度實際的地下輪廓線布置長度應(yīng)大于理論的地下輪廓線長度。根據(jù)以上設(shè)計數(shù)據(jù)，則，閘基防滲長度=鋪蓋長度+閘底板長度+齒墻長度=24+20+5.8m=4

34、9.8m23.7m，通過校核，滿足要求。4.2排水設(shè)施、止水設(shè)備布置4.2.1排水設(shè)施的作用采用排水設(shè)備，可降低滲透壓力，排除滲水，避免滲透變形，增加下游的穩(wěn)定性。排水的位置直接影響滲透壓力的大小和分布，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況和水閘的工作條件，做到既減小滲壓又避免滲透變形。4.2.2排水設(shè)施設(shè)計（1）鉛直排水為了降低底板下部的的滲透壓力，本工程在護坦設(shè)排水孔，孔距為2m，孔徑為10cm，呈梅花形布置，孔后設(shè)反濾層。（2）水平排水水平排水為加厚反濾層中的大顆粒層形成平鋪層。排水反濾層一般由23層不同粒徑的沙礫石組成。層次排列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)

35、化的砂石料，并滿足被保護土壤的顆粒不得穿過反濾層，各層的顆粒不得發(fā)生移動，相鄰的兩層間，較小一層的顆粒不得穿過較粗的一層的空隙，反濾層不能被阻塞，應(yīng)具有足夠的透水性，以保證排水通暢，同時還應(yīng)該保證耐久、穩(wěn)定，其工作性能和效果應(yīng)不隨時間的推移和環(huán)境的改變而改變。本設(shè)計中的反濾層由碎室、中砂、和細砂組成，其中上部為30cm厚的大礫石層，中間為20cm厚的小礫石層，下部為10cm厚的砂層。4.2.3止水設(shè)備設(shè)計凡是有防滲要求的縫，都應(yīng)設(shè)止水設(shè)備。止水分鉛直止水和水平止水兩種。前者設(shè)在閘墩中間、邊墩與翼墻間以及上游翼墻鉛直縫中，后者設(shè)在黏土鋪蓋保護層上的溫度沉降縫、消力池與底板溫度沉降縫、翼墻和消力池

36、本身的溫度沉降縫內(nèi)。本水閘設(shè)計中鉛直止水采用在鉛直縫間設(shè)置紫銅片和瀝青油毛氈，水平止水采用溫度沉降縫間設(shè)置止水片，縫下采用瀝青麻布封底止水。4.3 滲流計算4.3.1滲流計算的目的計算閘底板各點滲透壓力，驗算地基土在初步擬定的地下輪廓線下的滲透穩(wěn)定性。4.3.2 計算方法計算方法有直線法、流網(wǎng)法和改進阻力系數(shù)法，由于改進阻力系數(shù)法方便實用，采用此種方法進行滲流計算。4.3.3計算地基有效深度地基有效深度確定可用公式當(dāng)，Te=0.5L0（4-2），（4-3）式中：L0為地下輪廓的水平投影長度；S0為地下輪廓的垂直投影長度。當(dāng)計算的Te值大于地基實際深度時，Te值應(yīng)按地基實際深度采用。本設(shè)計中地下

37、輪廓的水平投影長度L0=鋪蓋長+閘底板長度=24+20 =44m，地下輪廓的垂直投影長度S0=2.2m。因為，則地基有效深度T e =0.5×44=22m。由于Te大于實際地基透水層T=11.2m，則取T e=11.2m。4.3.4計算各典型段的阻尼系數(shù)（1）分段通過地下輪廓的各角點與尖端將滲流區(qū)域分成9個典型段，九個典型段中 1、9 段為進出口段3、5、7 段為內(nèi)部垂直段2、4、6、8段為內(nèi)部水平段。如圖4-1。圖4-1 改進阻力系數(shù)法分區(qū)示意圖（2）各典型段的幾何特征及阻尼系數(shù)計算見表4-2。表4-2 各典型段阻尼系數(shù)計算表段號段別S（m）T（m）L（m）備注1進口段0.611.

38、20.46各典型段阻尼系數(shù)計算公式：進、出口段內(nèi)部垂直段內(nèi)部水平段2內(nèi)部水平段00.710.1523.32.253內(nèi)部垂直段0.710.150.074內(nèi)部水平段0091.40.165內(nèi)部垂直段0.79.70.076內(nèi)部水平段0.70.79.718.61.827內(nèi)部垂直段0.79.70.078內(nèi)部水平段0090.70.089出口段1.511.20.515.6445.494.3.5各典型段滲壓水頭損失計算各典型段滲壓水頭損失按公式（4-4）計算，由于設(shè)計與校核情況相同，所以只需按照其中一種情況計算即可，各典型段滲壓水頭損失具體計算結(jié)果見表4-3。表4-3各典型段滲壓水頭損失計算表計算情況分段編號1

39、23456789(m)0.462.250.070.160.071.820.070.080.517.9（m）0.663.240.100.230.102.620.100.120.734.3.6進、出口段修正及各區(qū)段滲壓水頭損失調(diào)整（1）阻力修正系數(shù)，進、出口水頭損失與修正后水頭損失值的計算按公式（4-5）其中：（4-6）；為進、出口水頭損失，m；為修正后的進出后損失值，m；為阻力修正系數(shù)，當(dāng)1時，取=1.0；為底板埋深與板樁入土深度之和，或為齒墻外側(cè)埋深，m；為板樁另一側(cè)地基透水層深度,或為齒墻底部至計算深度線的垂直距離，m；地基透水層深度，m。則修正后進、出口段水頭損失將減少h=（1-）（4-7

40、）。具體計算結(jié)果如表4-4。表4-4進、出口水頭損失與修正后水頭損失值計算表計算情況(m)(m)(m)(m)(m)h(m)進口0.611.211.20.580.660.380.28出口2.211.211.20.930.730.680.05（2）其他各段休整后的水頭損失進口段后一段水頭損失，先用進口段后一段水頭損失與進口段損失減少值相比較；出口段前一段水頭損失，先用出口段前一段水頭損失與出口段損失減少值相比較。若hxh，則按hx=hx+h修正；若hxh，則與進或出口段的后或前二段水頭損失的和相比較；若hx+hyh，則按hx=2hx，hy=hy+h-hx修正；若hx+hyh，則按hx=2hx，hy

41、=2hy,，hCD=hCD+h-(hx+hy)修正；hCD為與進出口段相鄰的第三個典型流段的水頭損失。h2=3.24h1=0.28，則按h2=h2+h=3.24+0.28=3.52m修正；h8=0.12h1=0.05，則按h8=h8+h=0.12+0.05=0.17m修正；其他段不變。（3）修正后的各典型段滲壓水頭損失則修正后的各典型段滲壓水頭損失見表4-5。表4-5修正后的各典型段滲壓水頭損失計算表計算情況分段編號（1）(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(m)0.462.250.070.160.071.820.070.080.517.9（m）0.383.520.100.230.

42、102.620.100.170.684.3.7各滲流角點處的滲壓水頭的計算用前面算得的各段的水頭損失進行計算，總的水頭差為7.9m。各段后角點滲壓水頭=該段前角點滲壓水頭此段的水頭損失值，計算結(jié)果見表4-6。表4-6各滲流角點處的滲壓水頭的計算表滲壓水頭(m)設(shè)計情況7.97.5243.93.673.570.950.850.680根據(jù)各角點處的滲壓水頭，作閘底滲壓水頭力分布圖如圖4-2。圖4-2 閘底板滲透壓力分布圖（長度:mm,水頭:m）4.3.8 驗算滲流逸出坡降因為的滲透破壞可能性最大，因此算出口處即可。出口段的滲流逸出坡降J可用公式（4-8）計算。則出口段的滲流逸出坡降。查水工建筑物1

43、311頁表6-5，可知道出口段土質(zhì)為軟黏土的允許滲流逸出坡J為0.60.7，J=0.31J，滿足要求，不會發(fā)生滲透變形。5 閘室結(jié)構(gòu)布置5.1 閘室底板5.1.1底板作用閘底板是閘室的基礎(chǔ)，承受閘室及上部結(jié)構(gòu)的全部荷載，并較均勻地傳給地基，還有防沖、防滲等作用。5.1.2 底板形式同閘孔寬度設(shè)計的選定情況，用整體式平底板，沉陷建設(shè)在閘墩中間。5.1.3 長度同前面布置地下輪廓線時選定的尺寸，閘底板長度為20m。5.1.4 厚度同前面布置地下輪廓線時選定的尺寸，閘底板厚度為1.5m。齒墻深度取0.7m，齒墻底寬取0.7m，斜坡比取1:1。5.2 閘墩5.2.1 作用分隔閘孔并支承閘門、工作橋等上

44、部結(jié)構(gòu)，使水流平順地通過閘室。5.2.2閘墩長度及高度（1）閘墩長度的選定閘墩長度的選定應(yīng)滿足兩個因素：閘墩長度應(yīng)滿足上部結(jié)構(gòu)布置要求；要使閘室基底荷載強度順?biāo)鞣较虻姆植荚诟鞣N工作條件下都比較均為避免閘室上下端產(chǎn)求，生過大的不均勻沉降而傾斜。根據(jù)工程經(jīng)驗，一般情況下該值等于底板長度，也可以大于底板長度，但伸出的閘墩懸臂長度一般不宜超過閘墩底板厚度的1倍。初步擬定本節(jié)制閘閘墩的順?biāo)鞣较虻拈L度與閘底長度相同，為20m。（2）閘墩高度的選定閘墩頂部高程=設(shè)計水位+浪高+波浪中心至靜水面距離+安全超高；閘墩頂部高程=校核水位+浪高+波浪中心至靜水面距離+安全超高。取兩者中的大值（本工程僅有設(shè)計情況

45、）。平均波高和平均波周期計算按莆田試驗站公式（5-1）（5-2）式中：為平均波高，m；為計算風(fēng)速，m/s；為風(fēng)區(qū)長度，m；為風(fēng)區(qū)內(nèi)平均水深，m；為平均波周期，s。然后由水閘設(shè)計規(guī)范2表E.0.1-2查得波高與平均波高的比值/進而求的，根據(jù)水閘的級別為2級，可由表E.0.1-1查的波列累計頻率為2%，則=。具體計算見表5-1。表5-1 平均波高和平均波周期計算表設(shè)計情況(m)(km)(m/s)(m)/(s)(m)7.92220.0212.230.550.05平均波長和波浪中心線超出計算水位的高度計算分別按下式（5-3）（5-4）式中：為平均波長，m；為閘前水深，m；為波浪中心線超出計算水位的高度

46、，m。采用試算的方法得出，計算結(jié)果見表5-2。表5-2 平均波長及波浪中心線超出計算水位的高度設(shè)計情況(m)(s)(m)(m)(m)7.90.550.050.470.02安全超高由水閘設(shè)計規(guī)范2表4.2.4水閘安全超高下限值查的為0.4m。綜上閘墩高程計算見表5-3。表5-3 閘墩高程計算表設(shè)計情況閘前水位(m)浪高(m)波浪中心至靜水面距離(m)安全超高(m)閘墩頂高程(m)7.90.050.020.48.37由閘墩高程計算表可初步擬定閘墩高程為8.4m。5.2.3閘墩尺寸擬定（1）根據(jù)水閘設(shè)計規(guī)范2實施指南4.2.124.2.14條的規(guī)定條規(guī)定：閘墩厚度應(yīng)根據(jù)閘孔孔徑、受力條件、結(jié)構(gòu)工程和

47、施工方法確定，平面閘門閘墩門槽處最小厚度不宜小于0.4m。兼做岸墻的邊墩還應(yīng)考慮承受側(cè)向土壓力的作用，其厚度應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)抗滑穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)強度的需要計算確定?；炷梁蜕俳罨炷灵l墩的厚度約為0.91.4m。縫寬一般為2.03.0cm。閘墩厚度同閘孔寬度設(shè)計的選定情況，縫墩、中墩、邊墩，它們的厚度依次是1.6m、1.2m、1m，其中縫墩中縫寬為3cm。閘墩的外形輪廓設(shè)計應(yīng)能滿足過閘水流平順、側(cè)向收縮小、過流能力大的要求。上游墩頭可采用半圓形，下游墩頭采用流線形，本設(shè)計上、下游墩頭均采用半圓形。（2）根據(jù)水閘設(shè)計規(guī)范2實施指南4.2.14條規(guī)定，工作閘門門槽應(yīng)設(shè)在閘墩水流較平順部位，深度一般為0.3m

48、，其寬深比宜取1.61.8。根據(jù)管理維修需要設(shè)置的檢修閘門門槽，其與工作閘門門槽之間的凈距離不宜小于1.5m。檢修門槽深約0.150.20m，寬約0.150.30m。當(dāng)設(shè)有兩道檢修閘門門槽時，閘墩和底板必須滿足檢修期的結(jié)構(gòu)強度要求。初步擬定工作閘門的門槽深度取0.3m，寬度取0.5m，位于閘墩上游段5m處；設(shè)一道檢修閘門，檢修門槽深度取0.2m，寬度取0.3m，距離工作門槽上游邊緣2m處；具體尺寸見圖5-1，5-2。圖5-1 縫墩尺寸布置圖（單位：m）圖5-2中墩尺寸布置圖（單位：m）5.3 閘門與胸墻5.3.1閘門與胸墻尺寸根據(jù)水閘設(shè)計規(guī)范2規(guī)定初步擬定：閘門采用平面鋼閘門，雙節(jié)點滾輪支撐。

49、工作閘門的高程=堰頂高程+堰頂上游水深+安全超高=0+7.9+0.4=8.3 m，寬度同閘孔凈寬取值為10m。胸墻作用是擋水，借以減少閘門的高度和重量以及啟閉噸位，此外胸墻與閘墩相連，可以增加閘室垂直水流方向的剛度，在地震地區(qū)對提高抗震能力的好處。由于上游水頭過大，采用上游胸墻。當(dāng)孔徑大于6m時宜采用板梁式，本閘孔徑為10m，所以采用板梁式。胸墻頂宜與閘頂齊平，胸墻底高程以不影響閘孔過水為準(zhǔn)，初步擬定胸墻高度為3.1m，胸墻迎水面底部宜做成圓弧形，設(shè)在閘門上游。則閘門高度為8.4-3=5.3m。具體尺寸見圖5-3。圖5-3孔胸墻的尺寸（單位：cm）5.3.2閘門重量與啟閉機選定（1）根據(jù)中國水

50、利水電出版社水工鋼結(jié)構(gòu)附錄十一露頂式平面閘門自重的估算公式：當(dāng)5mH8m，閘門自重計算按公式（5-5）式中：H、B為分別為孔口高度及寬度，m；為閘門行走支承系數(shù)；對滑動式支承=0.81，對滾輪式支承=1.0，對于臺車式支承=1.3；為材料系數(shù)：閘門用普通碳素鋼時=1.0，用低合金鋼時=0.8；為孔口高度系數(shù)：當(dāng)H5m時，=0.156，5mH8m時，=0.13。則閘門自重為（2）閘門啟門力和閉門力估算閘門啟閉所需的啟門力和閉門力由近似公式（5-6）（5-7）式中：為啟門力，kN；為閉門力，kN；為閘門上的總水壓力，kN，（5-8）；為閘門自重，kN。計算結(jié)果如表5-4。表5-4 閘門啟門力和閉門力計算表計算情況(m)(m)b(m)(kN)(kN)(kN)(kN)設(shè)計情況7.97.6103058.1105431.8211.3由計算結(jié)果可以看出0所以閘門在關(guān)閉時需要增加配重塊。表5-4計算所得啟門力，初步選用平面閘門雙吊點卷揚式啟閉機，根據(jù)閘門與啟閉機選定啟閉機型號如下：啟閉機型號：QPQ-2×25、啟門力50T、自重4.07T、地腳螺栓的間距G=1825mm、啟閉機的寬度為J=1895mm。5.4閘上橋的布置5.4.1工作橋工作橋按機座寬按1.9m，兩邊操作寬度為2×0.8=1.6m，欄桿高1.2m，欄桿預(yù)留尺寸 2×0.2=0.