涵江水闸毕业设计汇总Word文档下载推荐.docx
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由于设计时间短、任务重,在毕业设计报告编制过程中,得到了郭振宇、刑广彦等指导老师的大力支持和帮助,在此谨表示感谢。
1.2设计依据
1、函江枢纽毕业设计任务书;
2、《水闸设计规范》(SL265─2001);
3、《水力计算手册》(武汉水利电力学院水力学教研室编)
4、《水工设计手册》第6册过坝与泄水建筑物;
5、《水工钢筋混凝土设计手册》1999年;
6、《水利水电钢闸门设计规范》DL/T5039-95;
7、《水利水电工程初步设计报告编制规程》(DL5021-93)
8、《水利水电工程专业毕业设计指南》2008年
9、《水利水电工程毕业设计任务书》河海大学水电学院
1.3毕业设计成果(泄水闸)
1.3.1枢纽总体布置
根据《水闸设计规范》SL265-2001第4.1.6条规定:
水闸枢纽中的船闸、泵站或水电站宜靠岸布置,但船闸不宜与泵站或水电站布置在同一岸侧,船闸、泵站或水电站与水闸的相对位置,应能保证满足水闸通畅泄水及各建筑物安全运行的要求。
因此,本设计在枢纽布置时,将泄水闸布置在河床中间,船闸布置在左岸,水电站布置在右岸。
其中:
泄水闸每孔净宽10m,共35孔,高12m,直升式平板钢闸门控制,闭闸时拦截江流,稳定上游水位,开闸时泄水,排沙防淤。
设计流量9540m3/s,校核流量12350m3/s。
船闸1座,闸室有效长度为135m,净宽12m,槛上水深2.5m,闸室顶高程24.0m,底高程10.5m。
闸上公路桥设在上闸首的上游端。
水电站厂房宽15m(顺流向),长36.2m。
厂房地面高程24.5m,水轮机安装高程10.5m。
水电站设计水头3.5m,最高水头7.0m,最大引用流量225m3/s,总装机3×
2200KW。
站上公路桥设在厂房的上游端。
1.3.2水闸设计
1、水闸水力设计
1)、堰型、堰顶高程
闸孔采用结构简单、施工方便的无坎平底宽顶堰(平底水闸属无坎宽顶堰)。
拟定闸底板顶高程为13.0m。
2)、水闸总宽度
闸室总宽度:
10×
35+36×
1.6=407.6m。
2、水闸消能防冲设计
1)、消力池
消力池采用钢筋砼结构,深1.45m,消力池长L=20.8m,厚度0.8m。
2)、海漫
海漫长度L=40m,海漫水平段长15m,采用60cm厚钢筋混凝土浇筑,斜坡段长25m,1:
10放坡,采用60cm厚浆砌块石砌筑。
3)、防冲槽
防冲槽采用梯形断面,槽深2.5m,槽底宽10m,上游设C20钢筋砼齿槽,厚50cm,下游坡比为1:
2.0,单宽体积为37.5m2,冲刷坑采用抛石合金钢网石兜抛石处理。
3、闸室布置
1)、闸室结构
闸室采用开敞式布置,钢筋砼U型结构,闸门选择直升式平板钢闸门,液压启闭,闸上布置净7m交通桥,两侧人行道2×
1.0m,总宽9.0m、宽4m工作桥和启闭房,启闭房宽11.0m,底板长度取20m。
底板采用整体式,二孔一分缝,最中间一孔,底板长度为20m,顶高程为13.0m,闸底板厚1.5m。
闸墩长度采用与底板同长20m,。
检修门槽深25cm,宽30m;
工作门槽深40cm,宽60cm。
闸墩上下游端部均采用半圆形墩头。
闸墩顶高程为25.0m。
闸墩厚度受控于闸门槽处最小厚度为50cm,中墩厚度取1.6m,缝墩厚度为2×
0.8m,边墩厚度为1.6m。
公路桥布置在闸门上游侧,公路桥载重按汽-20设计,挂100校核,双车道桥面净宽7.0m,两侧人行道1×
1.0m,总宽9.0m。
公路桥采用T型结构,梁底高程为25.0m,梁高1.0m,梁腹宽0.2m,梁翼宽1.6m,用5根组梁组成,两侧人行道为悬壁式。
2)、上下游翼墙
上游连接采用扶壁式翼墙,圆弧连接,半径为20m,下游翼墙采用扶壁式八字型翼墙加圆弧型翼墙连接,扩散角为8°
,圆弧半径为20m。
上游翼墙顶标高为25.0m,下游翼墙顶标高为25.0m。
4、闸基防渗排水设计
由于本工程闸址地基主要由砂砾卵石层组成,为强透水土质,故在采用水平防渗措施的同时还必须采取垂直防渗措施。
铺盖采用C25钢筋砼结构,长20m。
铺盖与闸底板之间设水平止水。
在消力池水平段前端与闸底板连接处设置水平止水;
消力池末端依次铺设碎石垫层和无纺土工布反滤,排水孔孔径15cm,间距1.5m,呈梅花形布置,顺水流方向长度为7.5m。
5、闸门及启闭机设计
1)、闸门
根据门顶高程及闸底标高,确定平面钢闸门高为7m,闸门净宽10m,毛宽10.6m。
2)、启闭机
启闭机型号:
QPQ2×
300
6、闸室稳定计算
1)、闸室整体稳定
水闸整体稳定分别对完建期、正常运用期及非常运用期三种工况进行闸室的偏心距、基底应力、基底应力的不均匀系数及沿闸室底面的抗滑稳定系数计算,均满足规范要求。
2)、闸室沉降计算
经分析,本次不必计算闸室的沉降量。
7、闸底板配筋
经计算,面、底层钢筋均按Φ25@200配置。
8、两岸连接建筑物设计
采用扶壁式挡土墙,上游翼墙顶高程25.00m,底高程12.00m。
下游翼墙顶高程25.00m,底高程10.55~12.00m。
上游挡墙高13.0m,挡墙壁厚1.0m,墙身垂直,墙身高12m,墙底板厚1.0m。
下游挡墙高13~14.45m,挡墙壁厚1.0m,墙身高度12~13.45m,底板厚度1.0m。
翼墙两侧设置1.0×
1.0m腋角,两侧悬挑4m,底板总宽11m。
上游翼墙长30m,下游翼墙长36.8m。
翼墙采用C25钢筋砼浇筑。
上游护坡,顶高程为25.0m,底高程13.0m,采用坡比为1:
3,40cm厚浆砌块石护坡。
下游护坡,顶高程为25.0m,底高程13.0m,采用坡比为1:
9、水闸特性表
综上所述,水闸特性表(表1-1)如下:
表1-1水闸特性表
基
础
资
料
设计依据
工程级别
Ⅲ等工程
建筑物级别
主要建筑物3级
次要建筑物4级
临时建筑物5级
设计洪水
P=2%
校核洪水
P=0.33%
水文条件
正常水位
19.00
灌溉水位
19.50
设计流量
10000m3/s
设计洪水位
23.40m
校核流量
12350m3/s
校核水位
23.80m
主
要
建
筑
物
水闸闸室
净宽
35m
总宽
407.6m
闸底板
长20m,厚1.5m
闸室底高程
13.0
闸室顶高程
25.0
闸墩
中墩厚1.6m
缝墩厚2×
0.8m
边墩厚1.6m
顶高程为25.0
工作桥
4.5m
交通桥
7m+1×
2m
闸门板
钢,净宽10m,高7m
上下游
连接段
上游护底
厚60cm,L=10m
铺盖
厚60cm,L=20m
消力池
d=1.45m,L=15m
海漫
厚60cm,L=40m
防冲槽
深2.5m,底宽10m
上游翼墙
圆弧连接,顶高25.0m
下游翼墙
八字型,顶高25.0m
上游护坡
底高13.0m,顶高25.0m
下游护坡
2水文
2.1流域概况
该流域气候温和,水量充沛,水面平缓,含砂量小。
2.2气象
本流域属亚热带季风气候区,温暖湿润,四季分明,雨水充沛。
洪水期多年平均最大风速为20.7m/s。
2.3洪水
经计算,各设计频率洪水流量及相应坝下水位见表1-2。
表1-2洪峰流量及相应坝下水位表
设计频率(%)
0.33
2
20
洪峰流量Q(m3/s)
12350
9540
5730
坝下水位H下(m)
23.80
23.40
22.25
水位流量关系曲线见表1-3。
表1-3水位流量关系曲线
水位(m)
流量(m3/s)
14
50
3200
15
21
4140
16
650
22
5340
17
1200
23
7700
18
1800
24
13800
19
2480
3工程地形、地质
3.1闸址地形
闸址左岸与一座山头相接,山体顺水流方向长700米,垂直水流方向长2000米,山顶主峰标高110米,靠岸边山顶标高65米;
山体周围是河漫滩冲击平原,滩面标高18.5~20.0米;
沿河两岸筑有防洪大堤,堤顶宽4米,堤顶标高24.5米;
闸址处河宽700米,主河槽宽500米,深泓区偏右,河床底标高13.0~13.0米,右岸滩地标高18.5米。
3.2闸址地质
闸址河床土质,主要由砂砾卵石层组成,表层为中细砂层,层厚2~5米,左厚右薄并逐渐消失;
河床中层主要是砂砾卵石层,卵石含量30%~50%,粒径2~13厘米,层厚10~20米,属于强透水层,渗透系数K=1.84×
10-1~5×
10-2(cm/s),允许坡降J=0.15~0.25;
河床底层为基岩,埋深标高从左标高10米向右标高15米以下,其岩性为上古生界二迭长兴阶灰岩及硅质岩。
河床土质资料如下:
中砂:
Dr=0.6,E0=310kg/cm2,N63.5=20;
砂砾石:
Dr=0.66,E0=360kg/cm2;
3.3当地建筑材料
块石料:
在闸址左岸的山头上有符合质量要求的块石料场,其储量50万立方米,平均运距1.0公里。
砂砾料:
闸址上、下游均有宽阔的冲积台地,有大量的砂、砾料,可满足混凝土的粗、细骨料之用,运距3~5公里,且水运极为便利。
土料:
闸址上游约2公里有刘家、八圩土料场,储量丰富,符合均质土坝质量要求,还有可作为土坝防渗体的粘性土,其质地良好。
3.4地震烈度
根据中国地震烈度区划图,本地区地震基本烈度为Ⅵ度,不考虑地震设防。
4工程布置及建筑物
4.1设计依据
4.1.1工程等级及建筑物级别
函江枢纽的主要建筑物有船闸、泄水闸和水电站三部分组成。
船闸的通航能力,按照五级航道标准进行设计。
水电站总装机为6600Kw,设计水头为3.5m,水闸的泄洪能力为13000m3/s。
根据《毕业设计任务书》,本工程为三等工程,主要建筑物按3级建筑物设计,次要建筑物按4级建筑物设计。
根据《毕业设计任务书》,泄水闸的设计洪水标准为50年一遇,校核洪水标准为300年一遇,最大通航洪水标准为5年一遇。
4.1.2设计基本资料
一、水位
正常蓄水位:
19.0m
灌溉水位:
19.5m
设计洪水Q2%=9540m3/s,相应闸下水位H下=23.4m
校核洪水Q0.33%=9540m3/s,相应闸下水位H下=23.8m
二、计算水位组合
1、闸孔净宽计算水位
设计洪水Q2%=9540m3/s,相应闸下水位H下=23.4m;
设计水位差△H=0.25m(H上=23.65m);
校核洪水Q0.33%=9540m3/s,相应闸下水位H下=23.8m;
计算闸上雍高水位H上(供墩顶高程用);
2、消能计算水位
闸上水位H上=19.5m;
闸下水位H下=14.5m;
下泄流量:
以闸门开启度e=0.5m、e=1.0m以及全开时的泄量。
3、闸室稳定计算水位(关门)
闸上设计水位H上=19.5m,H下=14.5m;
闸上校核水位H上=20.0m,H下=14.5m;
三、地震设防烈度
本地区地震基本烈度为Ⅵ度,不考虑地震设防。
四、安全系数
1、安全超高
水闸为3级混凝土建筑物,根据《水闸设计规范》(SL265─2001)安全超高下限值:
泄洪时0.7m(设计洪水位),0.5m(校核洪水位);
关门时0.4m(设计洪水位),0.3m(校核洪水位)。
2、抗滑稳定安全系数
土基上的3级混凝土建筑物,基本组合(设计)为1.25;
特殊组合(核校)为1.1。
五、其它资料
1、单孔净宽:
8~12m;
2、门型结构:
平面钢闸门;
3、闸门类型:
直升门;
4、底板与中砂的摩擦系数f=0.4;
5、闸孔的允许单宽流量q=30m3/s/m;
六、公路桥
公路桥载重按汽-20设计,挂-100校核,双车道桥面净宽7.0m,两侧人行道2×
1.0m,总宽9.0m,采用T型结构。
梁高1.0m,梁腹宽0.2m,梁翼宽1.60m,用5根组梁组成,两侧人行道为悬臂式,每米延长重量按8T/m计。
4.2工程总体布置
根据设计任务书提供的地形地质资料,以及功能要求,枢纽总体布置如下:
4.2.1船闸的布置
船闸布置在函江的左岸,船闸本身由三部分组成:
上游引航道、闸室和下游引航道。
上游引航道:
长度不小于5倍设计船队的长度,根据经验五级航道标准的设计船队的长度为91m,故上游引航道的长度为455m,设计时取为500m;
上游引航道的底宽度为35m,两岸采用浆砌石护坡,边坡采用1:
2.5;
上游引航道的底高程为15.0m。
下游引航道:
长度不小于5倍设计船队的长度,根据经验五级航道标准的设计船队的长度为91m,故下游引航道的长度为455m,设计时取为600m;
下游引航道的底宽度为35m,两岸采用浆砌石护坡,边坡采用1:
下游引航道的底高程为11.0m。
闸室:
闸室的长度为135m,宽度为12.0m;
闸室的顶高程为24.0m,底高程为10.50m。
上下闸首控制船只的进出。
4.2.2水电站的布置
考虑河床的主槽比较靠近右岸,上下游不容易发生淤积,为最大的可能提高水电站的出力,发挥水电站的效益,将水电站布置在函江的右岸。
水电站的厂房的平面尺寸:
主厂房的长度为48.0米,上下游方向的宽度为36.20米,主厂房总高度为32.0米。
水轮机的型号为:
GE(F02)-WP-380
发电机的型号为:
SFG200-70/3960
总装机:
3×
2200KW
设计水头:
3.5m
最高水头:
7.0m
最小水头:
2.0m
最大引用流量225m3/s。
4.2.3泄水闸的布置
泄水闸布置在水电站和船闸之间。
泄水闸主要有三部分组成:
上游连接段、闸室段和下游连接段。
4.3主要建筑物(泄水闸)
4.3.1闸孔设计
水闸闸孔设计主要是确定闸孔型式、尺寸河设置高程,以保证水闸在设计水位组合情况下有足够的过流能力。
一、堰型和堰顶高程确定
根据设计任务书提供的资料显示,函江流域水面平缓,含砂量少,本水闸的主要功能为挡水灌溉和泄水,故本次设计采用堰流式闸室,堰型采用无槛宽顶堰。
这种型式闸室对于泄洪较为有利,它能使闸前漂浮物随着水流下泄,而不会阻塞闸孔而影响泄洪。
根据资料提供的地形图,考虑水闸的运行、河道冲刷淤积以及闸孔允许单宽流量和工程造价等因素,本次设计取堰顶高程与河床底高程齐平为13.0m。
二、闸孔净宽计算、泄流能力校核
1、水位
Q2%=9540m3/s,H上=23.65m,H下=23.40m;
Q0.33%=12350m3/s,H上=24.10,H下=23.80m;
2、闸孔净宽计算
闸孔总净宽的确定,主要涉及两个问题:
一个是过闸单宽流量的大小;
另一个是闸室总宽度与河道总宽度的关系。
如果采用的闸孔总净宽过小,使过闸单宽流量过大,将增加闸下游消能布置的困难,甚至影响水闸工程的安全;
反之,如果采用的闸孔总净宽过大,使过闸单宽流量过小,工程量加大,造成浪费。
根据设计任务要求,闸孔允许单宽流量不大于30m3/s,初步拟定闸孔总净宽为0.7倍主河槽宽为350m,闸孔分成35孔,每孔宽10m,中墩厚1.6m,缝墩厚0.8m。
水闸底板为无槛宽顶堰,闸孔泄流能力计算公式(计算示意图图1-1)如下:
图1-1
(《水闸设计规范》以下简称《规范》附A)
式中:
Q——过闸流量(m3/s);
σ——淹没系数,根据上下游的堰上水深查得;
ε——侧收缩系数;
单孔闸时
ε=1-0.171*(1-b0/bs)*(b0/bs)1/4(A.0.1-2)
多孔闸,闸墩墩头为圆弧形时
ε=εz*(N-1)*εb(A.0.1-3)
εz=1-0.171*〔1-b0/(b0+dz)〕*〔b0/(b0+dz)〕1/4(A.0.1-4)
εz=1-0.171*〔1-b0/(b0+dz/2+bb)〕*〔b0/(b0+dz/2+bb)〕1/4(A.0.15-A)
m——流量系数;
B0——闸孔总净宽(m);
H0——堰顶以上上游总水头(m)。
b0——闸孔净宽(m)
bs——上游河道一半水深处的宽度(m)
N——闸孔数
εz——中间孔侧收缩系数
dz——中间墩厚度(m)
εb——边闸孔侧收缩系数
bb——边闸墩顺水流向边缘线至上游河道水边线之间的距离(m)
①堰上总水头H0
H1(上游水头)=23.65-13.00=10.65m
Hs(下游水头)=23.40-13.00=10.40m
行近流速V0=Q/A=9540/[700×
(23.65-13.00)]=1.28m/s
H0=H1+V2/2g=10.65+1.282/(2×
9.81)=10.73m
②淹没系数σ
hs/H0=10.4/10.73=0.969
查《规范》附表A.0.1-2,
得σ=0.556;
③流量系数m
按P/H0=0查表得m=0.385;
④侧收缩系数ε
水闸中墩厚度取为1.6m,缝墩取0.8m,根据《规范》附录A.0.1-3公式
计算得ε=0.860
根据以上公式可以试算出闸孔总净宽
=9540/(0.556×
0.860×
0.385×
4.429×
10.733/2)=332.9m
一般来说,采用的闸孔总净宽要略大于计算值,本次设计闸孔总净宽取350m,相应单宽流量为27.26m3/s/m,小于闸孔允许单宽流量30m3/s/m,满足要求。
但校核工况下,水闸单宽流量为35.28m3/s/m,大于闸孔允许单宽流量[q]=30m3/s/m,若本次设计水闸总净宽以校核工况下通过闸室的单宽流量为控制,水闸规模将偏大,工程量加大,与消能工造价比较而言,会造成浪费。
校核工况稍大于允许单宽流量,可能会出现局部破坏,但只要工程消能防冲设施得当,个人认为是能满足工程安全运行要求。
因此,经综合考虑本次设计水闸总净宽取350m,闸孔总数为35孔,单孔净宽为10m。
根据规范的要求,中墩厚取1.6m,缝墩厚取0.8m。
因此水闸总宽度为:
B=350+36
×
1.6=407.6m
3、校核工况上游水位
根据水闸泄流能力计算公式,可以试算出校核情况下的上游水位。
设△H=0.3m,则H上=23.80+0.3=24.1m;
hs=23.80-13.00=10.80m;
行近流速V0=Q/A=12350/[700×
(24.10-13.00)]=1.59m/s;
H0=H+V2/2g=(24.1-13.0)+1.592/(2×
9.81)=11.23m;
hs/H0=10.80/11.23=0.9617,查《规范》附表A.0.1-2得σ=0.600;
按P/H0=0查表2.1得m=0.385;
ε=0.860;
Q试=Bσεm(2g)0.5·
H3/2
=350×
0.600×
(2×
9.81)0.5×
11.233/2
=11589m3/s<
Q0.33%=12350m3/s;
假设不符,重新假设试算。
经试算,当△H=0.40m时,Q试≈Q0.33%=12350m3/s。
相应上游洪水位H上=24.20m。
4.3.2消能防冲设计
消能防冲设计主要包括消能防冲设备形式的选择、以及各种消能设施尺寸设计和上下游两岸护坡的设计。
本工程消能形式采用消力池消能,消力池后布置一定长度的海漫,海漫末端设置柔性防冲槽。
一、消力池尺寸拟定
1、消能水力计算
消能计算水位:
H上=19.5m,H下=14.5m;
1)单宽流量计算
a.e=0.5m
e/H=0.5/6.5=0.077<
0.65,为孔口出流。
根据上、下游水位可假定为自由出流。
根据孔流公式:
q=μ0e(2gH0)1/2
其中μ=0.60-0.176e/H(《水计算手册》3-3-6水利出版社)
=0.60-0.176×
0.5/6.5=0.586;
因
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- 江水 毕业设计 汇总