涵江水閘工程畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告[詳細(xì)]

1、函江水閘畢業(yè)設(shè)計(jì)第一章 基本資料第一節(jié) 工程興建緣由 函江位于我國(guó)華東地區(qū),流向自東向西北,全長(zhǎng)375千米,流域面積176千米,鄱陽(yáng)湖水系的 重要支流,也是長(zhǎng)江水系水路運(yùn)輸網(wǎng)的 組成部分,該流域氣候溫和、水量充沛、水面平緩、含沙量小 、對(duì)充分開發(fā)這一地區(qū)的 水路運(yùn)輸具有天然的 優(yōu)越條件.流域內(nèi)有耕地700多萬(wàn)畝,土地肥沃,礦產(chǎn)資源十分豐富,工礦企業(yè)發(fā)達(dá),原料及銷售地大 部分在長(zhǎng)江流域,利用水運(yùn)的 條件十分優(yōu)越. 流域梯級(jí)開發(fā)后,將建成一條長(zhǎng)340 千米通航千噸級(jí)駁船的 航道和另一條長(zhǎng)50 千米通航300噸級(jí)駁船的 航道,并與長(zhǎng)江、淮河水系相互貫通形成一個(gè)江河直達(dá)的 內(nèi)河水路運(yùn)輸網(wǎng).同時(shí)也為沿江

2、縣市擴(kuò)大 自流灌溉創(chuàng)造條件,對(duì)促進(jìn)沿河地區(qū)的 工農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要的 作用,該工程是以航運(yùn)為主體,兼有泄洪、發(fā)電、灌溉、供水和適應(yīng)需要的 綜合開發(fā)工程,它在經(jīng)濟(jì)上將會(huì)具有非常顯著的 效益.第二節(jié) 工程等級(jí)及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)一 工程等級(jí) 本樞紐定為三等工程;主要建筑物按3級(jí)建筑物設(shè)計(jì);次要建筑物按4級(jí)建筑物設(shè)計(jì).二 洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)洪水按50年一遇標(biāo)準(zhǔn);校核洪水按300年一遇標(biāo)準(zhǔn);最大 通航洪水按5年一遇標(biāo)準(zhǔn).第三節(jié) 基本資料一樞紐地形、地質(zhì)及當(dāng)?shù)氐?材料1. 閘址地形閘址左岸與一座山頭相接,山體順流向長(zhǎng)700米,垂直向長(zhǎng)2000米,山頂主峰標(biāo)高110n,靠岸邊山頂標(biāo)高65米;山體周圍是河漫灘沖積平原,灘面標(biāo)

3、高(18.520.0)米;沿河兩岸筑有防洪大 堤,堤頂寬4米,堤頂標(biāo)高24.5米;閘址處河寬700米,主河槽寬500米,深泓區(qū)偏右,河床底標(biāo)高(13.014.0)米,右岸灘地標(biāo)高18.5米.2. 閘址地質(zhì)(見閘軸線地質(zhì)剖面團(tuán)) 閘址河床土質(zhì),主要由礫卵石層組成,表層多為中細(xì)砂層,層厚(25)米,左厚右薄并逐步消失;河床中層主要是砂礫卵石層,卵石含量3050,粒徑213厘米,層厚(1020)米,屬于強(qiáng)透水層滲透系數(shù)k=1.841015102(厘米/s)允許坡降J=0.150.25;河床底層為基巖,埋深標(biāo)高從左標(biāo)高10米向右增深至標(biāo)高15米以下,其岸性為上古生界二迭長(zhǎng)興階灰?guī)r及硅質(zhì)岸. 河床土質(zhì)有

4、關(guān)資料如下: 中砂:Dr0.6,E0310千克/厘米2,N63.520砂礫石:Dr=0.66,E0=360千克/厘米23當(dāng)?shù)亟ㄖ牧?塊石料:在閘址左岸的 山頭上,有符合質(zhì)理要求的 塊石料場(chǎng),其儲(chǔ)量50萬(wàn)方,平均運(yùn)距1.0千米. 砂礫料:閘址上、下游均有寬闊的 沖積臺(tái)地,在上、下游(35)千米的 沙灘臺(tái)地上,均有大 量的 砂、礫料,可滿足混凝土的 粗、細(xì)骨料之用,且水運(yùn)方便.土料:閘址上游約2千米有劉家、八坪土料場(chǎng)、儲(chǔ)量豐富,符合均質(zhì)土壩質(zhì)量要求.還有可作為土凡防滲體的 粘性土,其質(zhì)地良好.二工程基本資料 (一)地形:1:5000地形圖一張 (二)地質(zhì):閘軸線地質(zhì)剖面圖一張. (三)氣象洪水期

5、多年平均最大 風(fēng)速:20.7米/s風(fēng)向:按垂直壩軸線考慮吹程:3千米 (四)水文 1設(shè)計(jì)洪水 各設(shè)計(jì)頻率涉水流量及相應(yīng)壩下水位表設(shè)計(jì)頻率()0.33220洪水流且Q(米3/s)1235095405730壩下水位H下(米)23.823.4022.25 2水位流量關(guān)系曲線水位(米)1415161718192021222324流量(米3s)50300650120018002480326041405340770013800(五)地震 本地區(qū)地震基本烈度 為6度 .(六)回填土回填土力學(xué)性質(zhì)干容重干(T米3)濕容重(T米3)飽和容重(T米3)內(nèi)摩擦角粘聚力c千克厘米2含水量砂性土1.551.852.05

6、27O粘性土1.501.9218O.228三、建筑物的 設(shè)計(jì)參數(shù) (一)船閘(五級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)) 1水位:最高通航水位22.32米,最低通航水位19.0米;正常蓄水位19.0米;下游最低水位14.25米. 2船型、船隊(duì):船型300噸駁船,單駁尺度 35 9.21.3米(長(zhǎng)寬吃水深);船隊(duì)300馬力+2 300噸.船隊(duì)尺度 919.21.3米(長(zhǎng)寬吃水深). 3船閘、引航道尺寸及高程:閘室有效尺寸閘室頂高程24.0米,室底高程10.5米;長(zhǎng)寬檻上水深=13512 2.5米.上閘首平面尺寸長(zhǎng)寬1824米;墩頂高程 25.0米(注:該高程控制公路橋面高程),門檻高程16.5米,基底高程 8.5米.下閘首

7、平面尺寸長(zhǎng)寬1724米;墩頂高程24.5米、門底高程10.5米、基底高程70米.上、下游導(dǎo)墻段長(zhǎng)度 50米.上、下游引航道直線段長(zhǎng)度 應(yīng)滿足L5倍設(shè)計(jì)船隊(duì)長(zhǎng)度 ,引航道底寬35米;邊坡1:2.5;引航道底高程;上游15.0米,下游11.0米;引航道轉(zhuǎn)彎半徑R5倍設(shè)計(jì)船隊(duì)長(zhǎng)度 ;進(jìn)出口軸線與主河流基本流向的 交角20 4閘上公路橋設(shè)在上閘首的 上游端. (二)電站 1機(jī)型 水輪機(jī)型號(hào):GE(F302)WP380機(jī)型; 發(fā)電機(jī)型號(hào):SFG200703960; 總裝機(jī):32200KW.2水頭 設(shè)計(jì)水頭3.5米;最高水頭7.0米,最小 水頭2.0米;最大 引用流量225米3/s. 3主廠房平面尺寸及高

8、程主廠房底板長(zhǎng)度 48米;總寬36.2米;機(jī)組進(jìn)水室寬2.8米;中墩厚3.4米;進(jìn)口高程 7.5米,出口高程 7.8米;基底最低高程 2.0米;基底平均開挖高程 5.0米;進(jìn)水口前混凝土鋪蓋長(zhǎng)10米,并在1:5反坡向上游與原河床高程銜接,并在上游端應(yīng)設(shè)攔沙檻.尾水出口后設(shè)混凝土護(hù)坦、護(hù)坦水平段15米并用1:5的 倒倒坡段與尾水渠相連. 上部廠房寬15米(順流向),長(zhǎng)36.2米,廠房地面高程24.5米,水輪機(jī)安裝同程 10.5米廠房屋頂高程 37.0米,廠房邊墻距底板上游端15.0米. 4站上的 公路橋設(shè)在三房的 上游端. (三)泄水閘 1水位: 正常蓄水位19.0米,灌溉水位19.50米; 設(shè)

9、計(jì)洪水Q2=9540米3s,相應(yīng)閘下水位H下23.40米 校核洪水Q0.33%=12350米3s,相應(yīng)閘下水位H下23.80米 2計(jì)算水位組合 閘孔凈寬計(jì)算水位 設(shè)計(jì)流量Q2=9540米3s,相應(yīng)H下23.40米 設(shè)計(jì)水位差H:甲組H0.25米(H上23.65米) 校核流量Q0.33%=12350米3s,相應(yīng)閘下水位H下23.80米 計(jì)算閘上壅高水位H上(供墩頂高程用) 消能計(jì)算水位 閘上水位H上=19.50米 閘下水位H下=甲組H下14.50米 下泄流量:以閘開啟啟度 e_米、_米、以及全開時(shí)的 泄量. 閘室穩(wěn)定計(jì)算水位(關(guān)門) 閘上設(shè)計(jì)水位 H上19.5米,甲:H下=14.50米 閘上校核

10、水位 H上20.0米(與門頂齊平) 甲:H下=14.5米 3其它參數(shù) 單孔凈寬:(812)米 門型結(jié)構(gòu):平面鋼閘門 閘門類型: 升臥門 底板與中砂的 摩擦系數(shù)f0.4 閘孔的 允許單寬流量q=30米3s米 (四)公路橋 公路功重按汽20設(shè)計(jì),掛100校核,雙車道橋面凈寬7.0米,兩側(cè)人行道22.0米,總寬9米,采用T型結(jié)構(gòu).梁高1.0米,梁腹寬0.2米,梁翼寬1.6米,用5根組粱組成,兩側(cè)人行道為懸臂式.每米延長(zhǎng)重量按8米計(jì).第二章 樞紐布置第一節(jié) 樞紐總體布置樞紐布置的 任務(wù)就是合理的 安排樞紐各個(gè)建筑物的 位置,要考慮各種建筑物的 各自特點(diǎn),合理的 安排他們的 具體布置方式,樞紐包含建筑物

11、主體工程:泄水閘,船閘,土壩,水電站. 壩軸線的 選擇從地形上看,把主線應(yīng)選擇在河床寬度 最窄處,以節(jié)省工程量,降低造價(jià).水電站廠房布置要求地質(zhì)條件好,開挖深度 不大 ,故由壩主線地質(zhì)剖面圖可知,水電站應(yīng)布置在左岸,因閘質(zhì)左岸砂礫石埋深較淺,下層為堅(jiān)硬石灰?guī)r,開挖深度 較小 .3號(hào)樁到9號(hào)樁處河段位于河槽中部,適宜修建水閘.9號(hào)樁到10號(hào)樁之間為一灘地,地勢(shì)平坦,適宜布置船閘,故船閘布置在右岸.此外,船閘不能緊靠泄水閘,因?yàn)楫?dāng)泄洪時(shí),下游水位比較高,如船閘和泄水閘緊靠在一起船閘水位被迫抬高,不利于通航,故在船閘核泄水閘之間布置隔流體,以使水面線平緩變化.隔流體采用土壩形式,土壩按四級(jí)建筑物設(shè)計(jì)

12、.主體工程布置方面,1號(hào)樁至3號(hào)樁之間布置水電站,3號(hào)樁至8號(hào)樁布置水閘,9號(hào)樁到10號(hào)樁間布置船閘,在船閘和泄水閘之間布置土壩.具體樞紐布置示意圖見附圖.各建筑物平面布置示意圖見附圖第三章 水閘水力計(jì)算設(shè)計(jì)基本資料:1 水位正常蓄水位19.0米,灌溉水位19.5米 設(shè)計(jì)洪水Q2%=9540 米3/s,相應(yīng)閘下水位H下=23.40米 校核洪水Q0.33%=12350 米3/s,相應(yīng)閘下水位H下=23.80米2 計(jì)算組合閘孔凈寬計(jì)算水位 設(shè)計(jì)流量Q2=9540米3s,相應(yīng)H下23.40米 設(shè)計(jì)水位差H:甲組H0.25米(H上23.65米) 校核流量Q0.33%=12350米3s,相應(yīng)閘下水位H下

13、23.80米 計(jì)算閘上壅高水位H上(供墩頂高程用) 消能計(jì)算水位 閘上水位H上=19.50米 閘下水位H下=甲組H下14.50米 下泄流量:以閘開啟啟度 e_米、_米、以及全開時(shí)的 泄量. 閘室穩(wěn)定計(jì)算水位(關(guān)門) 閘上設(shè)計(jì)水位 H上19.5米,甲:H下=14.50米 閘上校核水位 H上20.0米(與門頂齊平) 甲:H下=14.5米第一節(jié) 閘孔及堰型設(shè)計(jì)一堰型選擇寬頂堰在溢流方面的 優(yōu)點(diǎn)是流量系數(shù)變化小 ,不易受下游水位抬高的 影響而呈現(xiàn)淹沒出流的 狀態(tài),且寬頂堰的 過(guò)流能力較強(qiáng),適合在平原地區(qū)使用,所以本次設(shè)計(jì)采用寬頂堰的 形式. 閘門的 控制形式有帶胸墻和不帶胸墻之分,帶胸墻適合于上下游水

14、位變化很大 時(shí),考慮此次設(shè)計(jì)的 水頭差不是很大 ,故采用不設(shè)胸墻的 閘門控制.二堰頂高程設(shè)計(jì)選擇堰頂高程是閘孔設(shè)計(jì)的 關(guān)鍵,直接影響水閘的 運(yùn)用和造價(jià),在選擇堰頂高程時(shí),應(yīng)盡可能使底板建在較堅(jiān)實(shí)的 土層上,以避免復(fù)雜的 地基處理工作.同時(shí)選擇堰頂高程還要考慮使過(guò)閘單寬流量在合理的 范圍內(nèi).堰頂高程的 高低直接影響水閘的 造價(jià),取的 過(guò)高和過(guò)低都會(huì)產(chǎn)生悲劇合理的 情況,考慮河床的 高程在13米到14米之間,綜合各種考慮,初擬閘底板的 高程為13米.三.閘孔凈寬試算在設(shè)計(jì)流量Q=9540 米3/s,相應(yīng)閘上水位H上=23.65,閘下水位H下=23.40米時(shí),水位大 部在主河槽以上,故取閘址處河寬7

15、00米,即:b=700米H=23.65-13.0=10.65米v=1.28米/s計(jì)入行進(jìn)流速水頭的 堰上水深則Ho=H+=10.65+=10.734米,其中,hs由堰頂算起的 下游水深則hs= H下-堰=23.4-13.0=10.4米=0.96890.8,故為淹沒出流根據(jù)規(guī)范表A.0.1-2 寬頂堰值,得=0.5566.因?yàn)椴捎闷降装鍖掜斞?無(wú)閘坎,查流量系數(shù)米值表可得:米=0.385.側(cè)收縮系數(shù)與閘孔總凈寬有關(guān),現(xiàn)未知,設(shè)=1.0,以此計(jì)算的 近似值如下:粗估計(jì) n=29孔,單孔凈寬 以上為的 第一次近似值,據(jù)此計(jì)算的 第二次近似值,計(jì)算=0.9689.閘墩和邊墩形狀(擬定閘墩頭部為半圓形,

16、邊墩頭部為圓弧形),查表(見水力學(xué)341頁(yè)表9.1得:閘墩系數(shù),邊墩系數(shù),按下式計(jì)算側(cè)收縮系數(shù):的 第二次近似值: 取的 第二次近似值為:n=35; 將的 第二次近似值代入式: 閘孔總凈寬:根據(jù)計(jì)算,選取水閘孔數(shù)為:n=35;單孔凈寬:則總凈寬:三、泄流能力校核計(jì)算1、設(shè)計(jì)流量下:2、校核流量下: 根據(jù)水閘設(shè)計(jì)規(guī)范5.0.5,一般情況下,平原區(qū)水閘的 過(guò)閘水位差可采用0.1米0.3米之間,由于在此水閘校核流量校核計(jì)算過(guò)程中,三百年一遇洪水,擬定上下游水頭差為0.4米.即上游水位為:23.8+0.4=24.2米,過(guò)堰水深H=24.20-13.00=11.20米,則上游過(guò)水?dāng)嗝婷娣e:.行進(jìn)流速:取

17、 則堰上總水頭:下游水位過(guò)堰高度 :=23.80-13.00=10.80米, 故為淹沒出流.根據(jù)規(guī)范表A.0.1-2 寬頂堰值經(jīng)插值得:=0.645計(jì)算側(cè)收縮系數(shù):則此時(shí)可過(guò)閘流量: =12405=12350,故滿足要求綜上所述,最后確定:孔數(shù)為:n=35;單孔凈寬:,總凈寬:.第二節(jié) 消能防沖計(jì)算泄水建筑物下游水流的 消能方式經(jīng)堰、閘等泄水建筑物下泄的 水流,流速高,動(dòng)能大 ,必須采取工程措施消耗水流多余的 能量,防止其對(duì)下游河床的 嚴(yán)重沖刷和淤積,避免破壞水工建筑物的 正常運(yùn)行.常用的 消能方式有3種:底流消能、挑流消能、面流消能.本工程為底流消能,底流消能也稱為水躍消能,它是通過(guò)修建消力

18、池來(lái)控制水躍發(fā)生的 位置,消耗大 量多余的 能量.閘上水位H上=19.50米,閘下水位H下=14.50米,則H=19.5-14.5=5.0米,為計(jì)算閘門進(jìn)口行進(jìn)流速水頭,取閘門前(510)H處的 流速為行進(jìn)流速,因?yàn)榇藭r(shí)的 流速近似為閘門進(jìn)口行進(jìn)流速,取8H處的 流速v,兩側(cè)開角為100進(jìn)行計(jì)算.(如圖31)B1=3510+1.534+21=403米B2= B1+28Htan10=403+286.5tan10422米一、消力池的 計(jì)算1、消力池深的 計(jì)算1)當(dāng)閘孔開度 e=0.6米時(shí)= 所以為孔流,=0.6146按照孔流計(jì)算流量,根據(jù)水力學(xué)P354得:流量Q=1457.5 米3/s.在2-2斷

19、面閘前行近流速:閘前總水頭查水閘設(shè)計(jì)規(guī)范表 經(jīng)插值得: 初擬: 計(jì)算出閘流量: 公式中:孔流淹沒系數(shù),取1.00.5634閘孔凈寬,350米e孔口開度 ,0.6米則=1459.1 米3/s取流量Q為1459.1 米3/s=404-21=402單寬流量q=3.63 米2/s下面進(jìn)行消力池深的 計(jì)算:式: (21) (22) (23) (24)公式中 d消力池深度 (米)水躍淹沒系數(shù),可采用1.051.10,取1.05躍后水深(米)收縮水深(米)水流動(dòng)能效正系數(shù),可用1.01.05,取1.0q過(guò)閘單寬流量(米3/s)消力池首端寬度 (米)消力池末端寬度 (米)由消力池底板頂面算起的 總勢(shì)能(米)出

20、池落差(米)出池河床水深(米)如圖(32)所示:下游河床的 高度 為13.0米,=14.5-13.0=1.5初設(shè)池深為d=1.0米米 得試算設(shè)=0.3 得0.2274 =0.32 得-0.065=0.35 得0.0386 =0.31 得-0.02=0.3053 得0.00009 取=0.3053 因?yàn)橄Τ氐?長(zhǎng)度 ,擴(kuò)散角在7o12o之間,取10o,所以1米=米=1.052.8176-1.5-0.214=1.244米,驗(yàn)算見表(37)表(37)消力池深度 試算dTohchc”Zdd=1.007.514 0.30532.81760.2141.244d=1.2447.7580.3 2.8460.

21、21561.273d=1.2737.7870.32.8460.21561.273最后取:d=1.273米根據(jù)規(guī)范表A03-2值得0得=1.0 所以滿足要求 2)當(dāng)閘孔開度 e=1.2米時(shí)=0.1851.1所以淹沒系數(shù)過(guò)大 ,不滿足條件,閘門需提前開啟.假設(shè)下游水深為16.0米,=16.0-13.0=3米,=16.0-13.0=3米=7.831米,=0.611米,=3.91米 ,米1.05,假設(shè)下游水深為15.7米,=15.7-13.0=2.7米,=15.7-13.0=2.7米=7.831米,=0.611米,=3.91米 ,1.1,滿足根據(jù)規(guī)范表A03-2值得=-0.470得=1.0 所以滿足要

22、求 3) 當(dāng)閘孔全開時(shí)當(dāng)e=1.2米時(shí),流量Q=2933.1 米3/s, 查圖H下=19.40米=19.4-13.0=6.4米 =19.413.0=6.4米根據(jù)規(guī)范表A01-2寬頂堰值得=0.415 閘孔凈寬,350米=3469 米3/sQvhs/Q34691.266.5810.9730.5264478.84478.81.6336.6350.95660.5804999.54999.51.826.670.95660.6275471.95471.91.9956.70.95480.6365562.9由于行近流速改變,需要進(jìn)行流量試算流量試算=1.6%1.1所以淹沒系數(shù)過(guò)大 ,不滿足條件,閘門需提前開

23、啟假設(shè)下游水深為16.5米,=16.5-13.0=3.5米 =7.973米,=0.895米,=4.6米 ,1.081.05所以滿足條件.綜上所述,對(duì)閘門進(jìn)行開啟限制,故編制閘門開啟制度 如下:(1)閘門開啟度 為0.6米時(shí),當(dāng)閘門繼續(xù)開啟時(shí)到1.2米,下游水位為17.35米,為了 滿足消力池的 抗沖要求,使泄流在消力池內(nèi)發(fā)生臨界水躍,此時(shí)所需下游的 水深為15.7米時(shí)就滿足發(fā)生臨界水躍的 要求,淹沒系數(shù)在1.051.1之間的 規(guī)范要求,所以閘門需提前開啟.(2)閘門開啟度 為1.2米時(shí),下游水位為19.4米,當(dāng)閘門繼續(xù)開啟到全開時(shí),同樣為了 滿足消力池的 抗沖要求,使泄流在消力池內(nèi)發(fā)生臨界水躍

24、,此時(shí)所需下游的 水深為16.5米時(shí)就滿足發(fā)生臨界水躍的 要求,淹沒系數(shù)在1.051.1之間的 規(guī)范要求,所以閘門需提前開啟.2、消力池長(zhǎng)度 的 確定根據(jù)規(guī)范公式: (25) (26) =(45)Z公式中:消力池長(zhǎng)度 (米) 消力池水平段傾斜投影長(zhǎng)度 (米)水躍長(zhǎng)度 效正系數(shù),可采用0.70.8.取0.8 水躍長(zhǎng)度 (米)Z消力池底板頂面至閘底板頂面的 垂直距離則: =5Z=51.356.4米驗(yàn)算見下表(39)eLsLjLsj0.66.417.5720.4561.26.422.7624.608全開6.425.5626.850實(shí)際取消力池的 池長(zhǎng)為27.0米.3、消力池底板厚度 的 確定防沖要求

25、下,根據(jù)公式: (39)公式中:t消力池底板始端厚度 閘孔泄水時(shí)上下游水位差閘底板計(jì)算系數(shù),可采用0.150.20,取0.2驗(yàn)算見表(310)表(310)消力池底板厚度 試算ek1QHt0.60.23.635.00.571.27.2783.80.75全開13.83.00.98取消力池的 底板厚度 為1.0米.二、海漫長(zhǎng)度 的 計(jì)算根據(jù)規(guī)范: (27)公式中:海漫長(zhǎng)度 (米)消力池末端單寬流量沒米2/s海漫長(zhǎng)度 計(jì)算系數(shù),本地區(qū)為砂石地基,取11.驗(yàn)算見表(311)表(311)海漫長(zhǎng)度 試算eKsqsHLp0.6113.635.031.351.27.2783.840.61全開13.83.053.

26、78所以實(shí)際取海漫長(zhǎng)度 為56米.海漫前端16米為水平段,后40米為傾斜段,坡比為1:40. 三、防沖槽的 設(shè)計(jì)當(dāng)河床受到?jīng)_刷后,槽內(nèi)石塊自動(dòng)坍塌在沖刷坑上游的 坡面上,以防止沖刷坑向上游延伸以破壞海漫,由于過(guò)水?dāng)嗝嬖龃?,流速減小 ,可防止水流對(duì)下游河床進(jìn)一步破壞.防沖槽內(nèi)的 塊石數(shù)量必須滿足河床沖成坑后對(duì)沖坑上游起保護(hù)作用.查水閘設(shè)計(jì)規(guī)范海漫末端的 河床沖刷深度 公式(B.3.1) 海漫末端河床沖刷深度 (米) 海漫末端單寬流量() 河床土質(zhì)允許不沖流速(米/s) 海漫末端河床水深(米)查水工建筑物P251,防沖槽深為1米-2米,取為2米.由于太大 ,開挖不經(jīng)濟(jì)且施工困難,按經(jīng)驗(yàn)可取防沖槽

27、深度 d=2.0米,防沖槽底寬b=2d=4.0米,上游坡度 為1:2,下游坡度 為1:2.5,則防沖槽的 長(zhǎng)度 為13米.第四章 防滲排水設(shè)計(jì)閘上水位H上=19.50米,閘下水位H下=14.50米,H =19.5-14.5=5.0米一、 鋪蓋設(shè)計(jì) 本工程設(shè)計(jì)采用混凝土鋪蓋,根據(jù)規(guī)范鋪蓋土料的 允許水力坡降值計(jì)算確定,鋪蓋長(zhǎng)度 L=(35)H=(1525)米,實(shí)際取為20.0米.二、水閘底板尺寸的 確定1.板樁.本處為砂地基,為固定基土和防止地基受震動(dòng)產(chǎn)生液化,設(shè)板樁.上游板樁的 入土深度 為(0.61.0)H,35米,取5.0米.上游板樁設(shè)計(jì)為3米.2.齒墻.設(shè)齒墻深為0.5米3.閘底板長(zhǎng)度

28、.初擬為L(zhǎng)=(23.5) =(23.5) 5.0=(1017.5)米,實(shí)際取為18.0米4.底板厚度 .對(duì)于大 中型水閘,可取為 1/61/8的 閘孔凈寬,即10 (1/61/8)=(1.251.67),實(shí)際取為1.5米.二、水閘有效地基深度 的 確定地下輪廓線的 水平投影長(zhǎng)度 為=20+18=38米,地下輪廓線的 垂直投影長(zhǎng)度 為=5+2=7米.=5.435根據(jù)規(guī)范要求:,本地區(qū)修建水閘位置的 地基深度 的 平均值為樁號(hào)B7點(diǎn)位置31.69米所以取其中的 小 值為計(jì)算深度 ,即計(jì)算深度 19米進(jìn)行計(jì)算.三 滲流計(jì)算1) 計(jì)算時(shí)地基深取為,將實(shí)際的 地下輪廓線進(jìn)行如下簡(jiǎn)化:三滲流計(jì)算 1) 計(jì)

29、算時(shí)地基深取為19米,將實(shí)際的 地下輪廓線進(jìn)行如下簡(jiǎn)化:此部分計(jì)算的 所有公式均查于水閘設(shè)計(jì)規(guī)范附錄C(1)進(jìn)口段I, (2)水平段II (3)內(nèi)部垂直段(4)水平段 (5)內(nèi)部垂直段(6)內(nèi)部垂直段(7)水平段(8)內(nèi)部垂直段(9)水平段分段編號(hào)i0.4620.0320.030.5710.4130.3430.8010.0320.0980.50hi(米)0.7040.0470.0460.8700.6290.5231.2210.0490.1490.762(10)有板樁的 出口段 2)進(jìn)出口段水頭損失值的 修正當(dāng)進(jìn)出口段的 板樁埋深及板樁的 長(zhǎng)度 較小 時(shí),需要進(jìn)行修正,才能得到與實(shí)際急變曲線接近

30、的 水力坡降線.進(jìn)口段的 修正 出口段的 修正 進(jìn)口段的 水頭損失失值為,出口段的 水頭損失值為各角點(diǎn)的 滲透水頭修正值見上表(52)各角隅點(diǎn)滲透水頭修正值H21H22H23H24H25H26H27H28H29H30H315.04.6254.5314.4393.3332.7042.1810.9350.8370.53905、是地下輪廓簡(jiǎn)化后的 計(jì)算圖,先運(yùn)用兩點(diǎn)間滲透水頭直線分布的 假定,即可計(jì)算實(shí)際圖(A)地下輪廓各角隅點(diǎn)的 滲透水頭如下表(53):表(53) 實(shí)際地下輪廓各角隅點(diǎn)的 滲透水頭12345678910115.04.6254.5314.4233.4323.3783.3393.237

31、3.1322.6082.1121213141516172.0742.0210.9350.8370.5390三、計(jì)算閘底板的 滲透坡降 水平段的 滲透坡降 45段 1314段 根據(jù)規(guī)范表6.0.4中砂地基的 水平段允許坡降為0.100.13,故能滿足要求.出口段的 滲透坡降 根據(jù)規(guī)范表6.0.4中砂地基的 出口段允許坡降為0.350.40,故能滿足要求.四排水設(shè)施: 主要采用平鋪式排水,鉛垂排水,濾層設(shè)置由3層不同粒徑石料(砂,礫石,碎石)組成,每層30厘米.四、反濾層的 構(gòu)造布置反濾層布置圖(310)反濾層用砂、礫石、碎石等按反濾原則從下到上逐層鋪設(shè),頂部用混凝土蓋板鋪蓋,冒水孔設(shè)在消力池水平

32、段,下端有阻砂設(shè)施,防止冒水孔堵塞.冒水孔的 作用是設(shè)在急流區(qū)、脈動(dòng)壓力較大 的 地區(qū),防止掀翻水平排水體上的 蓋板,在海漫下部也設(shè)反濾層.(如圖310)第四章 閘室布置第一節(jié) 閘室的 結(jié)構(gòu)的 組成1、底板底板分為整體式與分離式兩種,本工程采用整體式底板即平地板與閘墩連成整體,為三孔一連,兩側(cè)設(shè)伸縮縫,如圖(41). 閘室剖面圖(41)它是閘室的 基礎(chǔ)部分,能把上部結(jié)構(gòu)的 重力及荷載傳給地基,并有防沖和防滲的 作用、支撐作用.底板的 厚度 必須滿足結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度 的 要求,可取為1/51/7的 閘孔凈寬,一般為1.22.0米,最薄也不宜小 于0.7米,本工程取1.5米,以增加閘室的 穩(wěn)定性和延長(zhǎng)防

33、滲長(zhǎng)度 .底板混凝土應(yīng)滿足強(qiáng)度 、防滲和抗沖等要求,其強(qiáng)度 等級(jí)采用C25整體式平底板抗震性能好,2、閘墩閘墩的 主要作用是分隔閘門,同時(shí)也支撐閘門、工作橋、交通橋等上部結(jié)構(gòu).閘墩的 長(zhǎng)度 應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)布置要求,該值一般等于底板的 長(zhǎng)度 ,為18.0米閘墩分為中墩、邊墩及縫墩.中墩上游部分(以閘門為界)的 頂部高程一般要高出設(shè)計(jì)(校核)水位,以使閘上交通橋既不防礙過(guò)水,也不受波浪影響.邊墩是閘室與兩岸擋水墻相連接的 部分,邊墩頂部高程在泄洪時(shí)應(yīng)高出設(shè)計(jì)或校核洪水位加上安全超高值;關(guān)門時(shí)應(yīng)高出設(shè)計(jì)或校核洪水位加上波浪計(jì)算高度 及安全超高值.該兩項(xiàng)安全保證應(yīng)該同時(shí)得到滿足,以便使上游來(lái)水不漫過(guò)邊墩頂

34、部,確保閘室安全.一、墩頂高程確定超高值等于波浪中心線超過(guò)靜水位的 高度 、波浪高度 及安全超高的 總和. (41) 公式中:超高波浪中心線超過(guò)靜水位的 高度 相應(yīng)于波列累積頻率(p=5%)的 波高安全超高.(1)在泄洪時(shí)應(yīng)高出設(shè)計(jì)水位為23.65米,校核洪水位24.2米.墩=設(shè)+0.7=23.65+0.7=24.35米墩=校+0.3=24.2+0.5=24.5米(2)在關(guān)門時(shí)利用公式(42) (43) (44)公式中:平均波高(米)計(jì)算風(fēng)速(米/s),在設(shè)計(jì)時(shí)風(fēng)速為計(jì)算風(fēng)速的 1.5倍風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度 (米),為3000米風(fēng)區(qū)內(nèi)平均水深(米)平均波周期(s)設(shè)計(jì)洪水時(shí),H上=19.5米,堰=13.0

35、米,=19.5-13.0=6.5米 米/s=0.011 s由表E.0.12由表E.0.13 ,墩=設(shè)+d=19.5+0.2+0.91+0.4=21米校核時(shí) 由表E.0.12由表E.0.13 ,墩=設(shè)+d=20.0+0.2+0.92+0.3=21.42米所以,綜合以上幾種工況條件,選取閘墩頂高程為墩=24.5米3、閘門閘孔凈寬為10.0米,閘門的 高度 為7.0米.啟閉方式:根據(jù)工程特點(diǎn),結(jié)構(gòu)尺寸,與及運(yùn)用條件,采用升臥式平板鋼閘門.定型:選擇露天式鋼質(zhì)平面閘門.構(gòu)造:根據(jù)閘門與啟閉機(jī)選擇滾動(dòng)行走支承,定輪式.主輪直徑選擇800米米,輪緣寬度 為140米米.懸臂軸,軸直徑為180米米.側(cè)輪安放在

36、門體側(cè)向四角,當(dāng)閘門在啟閉過(guò)程中偏斜是,可沿著閘墩或門槽邊側(cè)滾動(dòng)以導(dǎo)向,直徑為200米米,輪緣60米米.4、閘門止水止水是為了 堵塞閘門門體活動(dòng)部分和它的 接觸面之間以及閘門門體分段之間的 空隙,以防止漏水而裝設(shè)的 .止水可根據(jù)其裝設(shè)的 位置不同而分為頂止水、側(cè)止水、底止水和中間止水等.止水是用其上游的 水壓力作用來(lái)保證.本工程側(cè)止水采用P型止水,底止水采用條形橡皮. 5、閘墩的 平面設(shè)計(jì)閘墩的 外部形狀主要考慮水流平順的 基本要求,以減小 側(cè)收縮的 影響,提高閘孔過(guò)水能力,閘墩的 頭部及尾部多采用圓頭形和尖圓形,閘墩的 上游端部一般做成半圓形,以減小 水流進(jìn)口損失,下游端部宜做成流線型,以利

37、于水流擴(kuò)散.閘墩的 厚度 必須滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度 的 要求,混凝土閘墩厚一般為0.91.4米,中墩取1.5米;閘墩在門槽處的 厚度 一般不宜小 于0.4米,取1米,此多孔閘門為平面閘門,門槽深一般為0.20.3米,取0.25米,門槽寬約0.51.0米,取0.6米;檢修門槽深度 取為0.25米,寬度 約為0.150.3米,取0.3米;檢修門槽與主門槽的 間距為1.52.0米,為方便檢修,取2米.6、升臥平面鋼閘門(1)升臥式平面鋼閘門 它是在直升式閘門的 基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的 .閘門在關(guān)閉狀態(tài)直立擋水,啟門3首先直立上升,然后邊上升邊轉(zhuǎn)動(dòng),全開時(shí)閘門平臥在閘墩頂部.這種閘門最大 的 特點(diǎn)是工作橋高度 小

38、 ,從而可以降低造價(jià),提高抗震能力.起吊設(shè)備為卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī),吊點(diǎn)一般設(shè)置在上游一側(cè).平面閘門的 制造、安裝和管理、維護(hù),一般比較簡(jiǎn)單,但平面閘門的 啟閉力,受門重、水壓力的 影響較大 ,同時(shí),平面閘門也需要較高的 啟閉臺(tái)和較厚的 閘墩等.本工程為鋼閘門,它有材料的 強(qiáng)度 高、性能和質(zhì)量有保證,結(jié)構(gòu)受荷明確,施工和養(yǎng)護(hù)較容易掌握的 優(yōu)點(diǎn),同時(shí),鋼閘門在孔口尺寸和水頭較大 的 情況以及運(yùn)行條件較差有遭受震動(dòng)、空蝕等危害時(shí),也有更為適應(yīng)的 優(yōu)點(diǎn).采用鋼閘門,由于門體活動(dòng)部位較輕,其啟閉費(fèi)用也較為節(jié)省.(2)閘門設(shè)計(jì)平面鋼閘門的 門體主要由面板、梁格及支撐等部分組成.面板承受水壓力,并將其傳給梁格,在

39、由梁格通過(guò)支撐行走部分傳給閘墩或閘墻的 門槽等處.面板為閘門的 擋水部分,一般采用平面鋼板.它被支持于梁格,并與之焊為整體.梁格由橫梁、縱梁和支撐等部分組成.為了 獲得合理的 面板厚度 ,以及照顧門體的 剛度 ,梁格布置為多橫梁式閘門,(如圖46).圖中1主橫梁 2頂橫梁3底橫梁4邊縱梁 5中縱梁梁格的 連接方式采用齊平連接,又叫等高連接,梁格的 全部與面板連成整體,面板成為四邊支承板,門體的 剛度 最高,因采用主次梁布置,不涉及到小 橫梁斷開的 情況.如圖(47), 圖中1主橫梁 2縱梁 3面板閘門底緣按布置要求設(shè)計(jì),如圖(48). 圖(46) 圖(47) 圖(48)7、橋梁設(shè)計(jì)1)工作橋?yàn)?/p>

40、了 安置閘門的 啟閉設(shè)備和工作人員操作的 需要,通常設(shè)置工作橋,并在閘墩上修建支撐或排架等,用來(lái)支撐工作橋. (1)底梁高程 底梁高程=墩頂+起吊富裕高度 =24.5+3.5=28.0米(2)工作橋?qū)挾?工作橋除應(yīng)滿足啟閉設(shè)備所需的 寬度 外,還應(yīng)在橋的 兩側(cè)各留0.61.2米以上的 富裕寬度 ,以供工作人員操作及設(shè)置欄桿用,橋面總寬約35米.實(shí)際取為4.0米 2)交通橋(公路橋)供汽車、拖拉機(jī)運(yùn)行等通行使用,交通橋的 位置根據(jù)閘室穩(wěn)定及兩岸交通條件確定.本工程不置在閘室的 靠高水位一側(cè),可以使閘門上游的 水重加大 以使閘室穩(wěn)定.公路橋重按汽20t設(shè)計(jì),掛100t校核,雙車道,橋面凈寬7.0米

41、,兩側(cè)人行道21.0米,總寬9.0米,采用T型結(jié)構(gòu),梁高1.0米,梁腹寬0.2米,梁翼寬1.6米,用5根組梁組成,兩側(cè)人行道為懸臂式,每米延長(zhǎng)重量按8t/米計(jì).3)檢修便橋由于交通橋緊挨著檢修閘門,為了 節(jié)約投資,可以不設(shè)檢修便橋8、分縫和止水閘室在垂直水流方向,每隔一段距離需要用縫分開,以免閘室因?yàn)榈鼗痪鶆虺两导皽囟?變化而產(chǎn)生裂縫,為了 使閘室在溫度 變化下能自由伸縮而建造的 縫叫做溫度 縫,縫距一般為1520米,縫寬14米米;為了 使閘室在地基不均勻沉降下能自由伸縮而建造的 縫叫做沉降縫,縫距一般為1525米,但不超過(guò)35米,實(shí)際取33.5米;縫寬視地基土質(zhì)情況及水閘荷載變化情況而定,

42、縫的 寬度 應(yīng)保證相臨部分沉降時(shí)互不影響.一般為2.02.5厘米,取2.5厘米. 本工程為整體式底板,沉降縫設(shè)閘墩中間,主要保證在閘室在發(fā)生不均勻沉降時(shí)不防礙閘門的 正常運(yùn)行,分縫不宜過(guò)多,因?yàn)榉挚p的 閘墩加厚,工程量必將加大 ,設(shè)計(jì)為三孔一聯(lián),即每隔三孔設(shè)一道沉降縫,并且以沉降縫代替溫度 縫.水閘分縫后,凡是有縫的 地方都必須有止水設(shè)備,對(duì)于止水設(shè)備,除應(yīng)滿足防滲要求外,還應(yīng)該能適應(yīng)混凝土的 收縮和地基的 不均勻沉降,同時(shí),也要構(gòu)造簡(jiǎn)單,易于施工.在此采用條形止水.9、閉力的 估算1)閘門重量計(jì)算本工程閘門采用平板鋼閘門,根據(jù)公式: (45)公式中:閘門的 支承構(gòu)造系數(shù),滾動(dòng)支承,取1.0閘

43、門的 材料系數(shù),普通碳素鋼,取1.0 閘門高度 ,為7米閘門的 高度 系數(shù),采用0.13 孔口寬度 2)支承摩阻力 (1)滑動(dòng)摩擦系數(shù):滾輪的 材料,一般采用碳素鋼或合金鋼,為了 減小 輪子尺寸,選用合金鑄鋼.門槽軌道采用Q235碳素鋼,因此,滑動(dòng)摩擦系數(shù)查水閘設(shè)計(jì)下,鋼對(duì)鋼最大 :0.50.6;最小 :0.15. 在此取用:0.55 (2)滑動(dòng)軸承摩擦系數(shù):由于膠木軸套經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)諸如抱軸,軸套脫落等毛病,故在此不采用,而采用鋼對(duì)青銅(有潤(rùn)滑)時(shí)的 系數(shù)最大 :0.25;最小 :0.12 (3)止水摩擦系數(shù):在門槽邊緣鋪設(shè)不銹鋼,側(cè)止水采用P形橡皮.則橡皮對(duì)不銹鋼最大 : 0.5;最小 :0.

44、23)啟閉力計(jì)算公式對(duì)于平面閘門的 啟閉力計(jì)算,查水閘設(shè)計(jì)下應(yīng)用公式:(1)滾動(dòng)支承摩擦阻力用公式 (46)公式中:閘門上的 總水壓力 滾輪半徑(厘米) 軸與軸套的 滑動(dòng)摩擦系數(shù),取0.25 軸的 半徑(厘米)滑動(dòng)支承的 摩擦系數(shù)取0.1厘米(2)止水摩擦阻力用公式 (47) 公式中:止水與止水座的 滑動(dòng)摩擦系數(shù),取0.50作用在止水上的 水壓力,可以從側(cè)止水和頂止水的 總長(zhǎng)度 乘以止水橡皮的 寬度 ,再乘以平均水壓力得出.(3)上托力用公式公式中: 水的 重度 ,9.81 H上游水頭 D底止水厚度 B底止水長(zhǎng)度 (3)在動(dòng)水中的 啟門力為: (48) 閉門力為:(49)當(dāng)利用水柱壓力關(guān)閉閘門

45、時(shí)需要的 持住力 (410)上式中:摩擦阻力的 安全系數(shù),取1.2計(jì)算啟門力和持住力用的 門重修正系數(shù),取1.1計(jì)算閉門力用的 門重修正系數(shù),取0.9閘門活動(dòng)部分的 自重 作用在閘門上的 水住壓力支承摩擦阻力 止水摩擦阻力上托力4)啟閉力計(jì)算(1)啟門力計(jì)算在校核水位情況下啟動(dòng),上下游水位差最備,閘門受到水壓力最大 , H上=20.0米,H下=14.5米,計(jì)算閘門所受的 力.選用滾倫直徑為D=800米米,輪緣寬度 為b=140米米,輪軸直徑d=180米米,將上述參數(shù)帶入公式(46)得:滾動(dòng)支承摩擦阻力用公式:止水摩擦阻力用公式: 則啟門力: (2)閉門力計(jì)算由于閉門時(shí)上下游水位差很小 ,故水平

46、水壓力可以忽略不計(jì),即P=0, ,則 上托力: 閉門力:t算出的 閉門力為負(fù)值,表示閘門可以靠自重關(guān)閉,不需施加水柱壓力,因此也不需要驗(yàn)算持住力.綜上所述啟門力=25.35t;閉門力= t5)啟閉機(jī)選型根據(jù)上述所算啟閉力,查閱有關(guān)資料,結(jié)合實(shí)際情況,在此選用QPQ225雙吊點(diǎn)的 卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)符合條件.QPQ225雙吊點(diǎn)的 卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)的 尺寸如下:DdChl側(cè)輪(米米)150451090100主輪(米米)3001030190170tgBBf側(cè)輪(米米)102505060230主輪(米米)3030080100250尺寸表(43)啟閉機(jī)的 情況表(44)吊點(diǎn)型號(hào)閉力(t)啟門高度 (米)速度 (米

47、/米in)鋼絲繩規(guī)格YB27064雙吊點(diǎn)QPQ2255081.65619+1-23.510、吊點(diǎn)的 確定閘門選用雙吊點(diǎn)的 啟閉方式,凈寬10.0米,取吊點(diǎn)距為6.0米.第五章 抗滑穩(wěn)定計(jì)算圖51:閘室受力圖閘室在運(yùn)用、檢修、施工期都應(yīng)該是穩(wěn)定的 ,在運(yùn)用期閘室受到水平推力等荷載,有可能產(chǎn)生地基面的 滑動(dòng).閘門竣工時(shí),可能產(chǎn)生較大 的 沉降和不均勻沉降,這不但使閘門高程降低,而且會(huì)使閘室傾斜甚至斷裂,地基也可能失去穩(wěn)定性.因此,必須對(duì)閘室的 穩(wěn)定進(jìn)行驗(yàn)算,以保證閘室在各種情況下能安全可靠的 運(yùn)用.閘室穩(wěn)定計(jì)算包括:閘室的 抗滑安全系數(shù)小 于允許的 安全系數(shù)閘室的 基底應(yīng)力不大 于地基的 允許承載力閘室基底壓力的 最大 值與最小 值之比不小 于允許的 比值.一、荷載組合1、自重自重含有:底板重、閘墩、工作橋以及橋墩重、交通橋重、閘門重、啟閉設(shè)備重1)閘門重 (見第四章啟閉力的 計(jì)算)2)啟閉機(jī)重 3)交通橋重 長(zhǎng)3