水闸毕业设计程序.docx
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浅谈农村水利工程管理现状
摘要
关键词:
前言
1工程概况
1.1基本资料
根据南水北调东线工程规划,在江苏省江水北调工程的基础上扩大规模并向北延伸,从长江干流下游的三江营和高港两个引水口门引水,利用京杭大运河以及与其平行的三阳河、潼河、金宝航道、徐红河等河道输水,连通洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖作为调蓄水库,经新扩建泵站逐级提水进入东平湖后,分水两路,一路向北穿过黄河后自流到天津;另一路向东经新辟的山东半岛输水干线接引黄济青渠道,向山东半岛供水。
从长江至东平湖需设13个梯级抽水泵站,总扬程65m。
泗洪站是其中第四梯级的一部分,主要作用是向北调水,地方排涝和航运。
进水挡洪闸位于泵站下游引河上,底板垂直水流向中心线距泵站底板中心线450m。
挡洪闸具有正向引水、清污、挡洪、反向排涝功能,徐洪河节制闸位于徐洪河上,与泵站并列布置,底板中心线距泵站底板中心线275m。
徐洪河节制闸具有北调时挡水、汛期排涝、挡洪功能。
1.1.1建筑物级别
徐洪河节制闸按1级水工建筑物标准设计。
1.1.2孔口设计水位
闸孔设计水位流量组合见表1-1。
表1.1孔口设计水位组合表
控制情况
闸上水位(m)
闸下水位(m)
流量(m3/s)
闸孔设计
15.60
15.45
1252
17.60
17.30
2355
1.1.3消能防冲设计
消能防冲设计水位组合见表1-2。
表1.2消能防冲设计水位组合表
控制情况
闸上水位(m)
闸下水位(m)
流量(m3/s)
消能计算
15.50
11.90
1252
1.1.4闸室稳定计算
闸室稳定计算水位组合见表1-3。
表1.3闸室稳定计算水位组合表
控制情况
闸上水位(m)
闸下水位(m)
基本组合
完建期
7.00
7.00
设计
15.50
10.50
特殊组合
校核(地震期)
20.00
19.50
校核(挡洪期)
15.60
17.00
1.1.5地质资料
节制闸底板落在第4-2层轻粉质壤土上,第4-2层土固结快剪指标为φ=17°,C=21kPa,中等压缩性,第4-2层土为良好的地基持力层。
其下卧层第5层为黄色硬塑粘土,该层土固结快剪指标为φ=18°,C=68kPa,中偏低压缩性,力学强度较高,第6层密实中粗砂,第7层棕红色硬塑粉质粘土,低压缩性,力学强度很高,基础范围内无软弱土层。
墙后回填土指标,水下φ=28°,C值不计,水上φ=30°,天然密度γ=18kN/m3,浮密度γ’=10kN/m3,饱和密度γm=20kN/m3。
1.1.6地震资料
根据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001),工程场地的地震动峰值加速度为0.15g,地震动反应谱特征周期为0.35s。
相应地震烈度为Ⅶ度。
1.1.7其他资料
闸址处多年平均最大风速V10=16m/s,吹程D=1km。
交通桥按公路二级设计,桥面净宽7.0m,拟采用钢筋混凝土铰接板桥。
节制闸徐洪河河底高程8.0m,底宽102m,堤顶高程约21.2m,节制闸上下游引河河底高程为7.0m,底宽114m,两岸边坡均为1:
3,节制闸上下游引河河堤堤顶高程均为21.2m,河坡中间设平台,上下游平台高程分别为16.0m、14.0m。
胸墙底缘高程16.0m。
2闸孔设计
2.1闸孔形式的确定
开敞式水闸可以大量引水,迅速泄水,又能通畅地排走冰块或其他漂浮物,而涵洞式水闸常修建在挖方较深的渠道中及填土较高的河堤下,所以采用开敞式水闸。
平原地区大都采用宽顶堰,由于宽顶堰结构简单,施工方便,自由泄流的范围比较大,泄流能力比较稳定,利于排泄冰块等漂浮物,故采用宽顶堰。
2.2孔口设计水位
闸孔设计水位流量组合见表2-1。
表2.1孔口设计水位组合表
控制情况
闸上水位(m)
闸下水位(m)
流量(m3/s)
闸孔设计
15.60
15.45
1252
17.60
17.30
2355
2.3闸底板高程的确定
由于上下游水深较深,该水闸宜选用较大的单宽流量,所以可降低闸底板高程,使闸底板高程与河底同高,即闸底板高程为8.0m。
2.4闸孔宽度的确定
胸墙底缘高程16.0m,闸孔开度e=8m。
为堰流。
第一种设计情况
渠道断面面积:
m2
m/s
计入行进流速的上游水深:
m
高淹没度
根据《水闸设计规范》SL265-2001表A.0.2得=0.979
采用堰流公式
m
取B0=82.5m,取11孔,每孔净宽7.5m。
第二种设计情况
渠道断面面积:
m2
m/s
高淹没度
根据《水闸设计规范》SL265-2001表A.0.2得=0.967
校核闸孔实际过流能力
m3/s
满足要求
取边墩厚度为1m,中墩厚度为1m,由于地基较好,可将沉降缝设在底板中间。
闸室总净宽:
m
闸孔构造尺寸见图2-1
图2.1闸孔构造尺寸图单位(m)
3消能防冲设计
3.1消能防冲水位组合
消能防冲设计水位组合见表3-1。
表3-1消能防冲设计水位组合表
控制情况
闸上水位(m)
闸下水位(m)
流量(m3/s)
消能计算
15.50
11.90
1252
3.2消力池计算
3.2.1消力池深度计算
消力池计算示意图见图3-1
图3-1消能计算简图
消力池池深计算步骤如下
先假定d=0.5m
渠道断面面积:
m2
m/s
m
m
:
假设的消力池深度(m)
:
由效力池底板面算起的总势能(m)
m
m3/s
取0.95,=1
计算得=1.23m:
收缩水深(m)
:
共轭水深(m)
计算得=4.93m由于m
:
出池落差(m)
:
出池河床水深(m)
m
:
消力池深度(m)取1.05
需重新试算
将代入上式进行试算得,继续进行试算
将代入上式进行试算得,确定消力池深度为1.1m。
3.2.2消力池长度计算
消力池可按下式进行计算:
,
其中:
—消力池长度(m)
—消力池斜坡水平投影长度(m),取(3—4)d
—水跃长度校正系数,可采取0.7—0.8
—水跃长度(m)
—消力池厚度确定情况下对应流量的跃后、跃前水深。
m
m
根据以上计算,消力池长度取23.5m(包括1m平台)。
3.2.3消力池底板厚度计算
消力池底板厚度可以根据抗冲和抗浮要求计算,取两个计算结果的大值。
但本水闸的消力池起始端设置反滤层,可以不需进行抗浮验算,因此只需根据抗冲要求计算消力池底板厚度。
根据抗冲要求,消力池底板始端厚度按下式计算
其中:
—消力池底板计算系数,可采用0.175—0.20,取=0.18
—确定池深时的过闸单宽流量
—闸孔泄水时的上下游水位差
m
根据以上计算,消力池底板厚度为0.9m。
3.2.4消力池的构造
本次工程采用下挖式消力池,为了便于施工,消力池底板做成等厚,为了降低护坦底部的渗透压力,可在护坦下设铅直排水孔,并在护坦底部铺设反滤层,排水孔设在水平底板的后半部,排水孔直径为10cm,间距为2.0m,呈梅花形布置。
反滤层厚为30cm,分三层,从上到下依次为10cm碎石,10cm中砂,10cm粗砂。
消力池首端宽度为92.5m,消力池扩散角设置为10°,则消力池末端宽度为100.7m。
消力池构造尺寸见图3-2。
图3-2消力池尺寸示意图(单位:
高程m;长度cm)
3.3海漫设计
3.3.1海漫长度计算
根据《水闸设计规范》,当,且消能扩散良好时,海漫的长度按计算。
其中:
—海漫长度计算系数,由于河床土质为轻粉质壤土,所以取为12;
—消力池末端单宽流量;
—闸孔泄水时上下游水位差
m2/s
m
根据以上计算,海漫长度取58.3m
3.3.2海漫构造
在海漫的起始段为15m长的浆砌石水平段,后43.3m为干砌石段,海漫用混凝土组成的框格分段维护,海漫厚度取为0.4m,下铺设20cm的垫层,10cm的碎石,10cm的细砂。
3.4确定防冲槽深度
根据《水闸设计规范》(SL265-2001),海漫末端的河床冲刷深度按公式计算:
其中:
—海漫末端单宽流量;
—河床土质允许的不冲流速;
防冲槽深度。
其中:
—由堰顶算起的下游水深(m);
—防冲槽深度。
一般=1.5-2.0m,即当>1.5~2.0m时。
若太大,开挖困难。
底宽=(1~2),上游边坡1:
2~1:
4,下游边坡根据开挖情况而定。
具体计算如下
m2/s
m
m
防冲槽深度取2m,底宽为4m,上下游边坡1:
3。
4闸基渗流计算
4.1渗流计算水位组合
渗流计算水位组合见表4-1。
表4-1闸室稳定计算水位组合表
控制情况
闸上水位(m)
闸下水位(m)
基本组合
完建期
7.00
7.00
设计
15.50
10.50
特殊组合
校核(地震期)
20.00
19.50
校核(挡洪期)
15.60
17.00
4.2地下轮廓线布置
(1)铺盖的长度一般取(3~5),=5m,故铺盖的长度取25m,,并且采用混凝土铺盖。
铺盖的最小厚度不宜小于0.4m,这里取0.8m。
铺盖在顺水流方向设置永久缝。
(2)底板长度的初估:
①满足闸室上部结构布置的要求:
=++
交通桥的宽度取9m;工作桥的宽度取3.6m;工作便桥的宽度取1.0m,
则=13.6m。
②L约为最大水深的1.5~2.5倍,则为(18~30)m。
③L约为上下游最大水位差的1.5~4.5倍,则为(7.5~22.5)m。
综上底板的长度取20m。
(4)底板的厚度取1/5~1/7的闸孔净宽,闸孔净宽为7.5m,则底板厚度取1.5m。
(5)齿墙深度取为0.1m,宽度取为1m,坡度采用1:
1。
4.3防渗长度验算
4.3.1防渗长度确定
由公式:
,式中:
——闸基防渗长度;——上下游水位差;
——允许渗径系数,取值可查《水闸设计规范》SL265-2001,地基土为轻粉质壤土,故=7。
取m,m。
4.3.2地下轮廓线布置
由于持力层为轻粉质壤土,地下轮廓线布置只考虑水平防渗设施,由底板和铺盖作为防渗设备。
实际地下轮廓线布置见图4-1
图4-1水闸地下轮廓线布置图(单位:
长度mm,高程m)
由上图4-1可知,
m
因为,所以防渗长度满足要求。
4.4闸基渗流计算
4.4.1渗流典型段划分
根据地下轮廓的特点和《水闸设计规范》(SL265-2001),本设计采用改进阻力系数法进行渗流计算,将图4.1简化得到地下轮廓线,流段划分见图4-2
图4-2地下轮廓简化、分段布置图
4.4.2地基有效深度计算
地下轮廓线水平投影长度:
m
地下轮廓线垂直投影长度,m
因为
所以m。
闸基土质均匀,相对不透水成无限深,故闸基渗流的影响范围以有效深度控制。
4.4.3典型段的阻力系数计算
根据《水闸设计规范》SL265-2001,各典型流段阻力系数可按下列公式计算。
(1)进口段和出口段
(2)内部垂直段
(3)水平段
其中:
—齿墙入土深度
—地基透水层深度
—进出口段阻力系数
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