重点泄水闸设计说明书.docx
- 文档编号:25281735
- 上传时间:2023-06-06
- 格式:DOCX
- 页数:16
- 大小:37.33KB
重点泄水闸设计说明书.docx
《重点泄水闸设计说明书.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《重点泄水闸设计说明书.docx(16页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
重点泄水闸设计说明书
函江水利枢纽工程
本科毕业设计说明书
重点泄水闸设计
学生姓名:
班 级:
水工BH1301
学 号:
26
专业名称:
水利水电工程
指导教师:
河海大学继续教育学院
黄河水利职业技术学院函授站
2014年4月
函江泄水闸设计
摘要:
本设计以函江水文、地形、地质等基本资料作为基础,依据三等工程、主要建筑物为3级、次要建筑物为4级、50年设计300年校核的设计要求,通过分析计算,确定出水闸的孔口尺寸,设计堰型及堰顶高程;考虑其开闸过水而流速较大,可能会严重的冲刷下游河床,采取了底流式消能;考虑其水位差,可能会出现水流向下游渗透,影响闸室的稳定与安全,对上下游岸坡进行了处理,设置了铺盖、板桩及排水设施,并对防渗长度进行了验算,从而减少闸室底板的扬压力,提高了闸室的抗滑稳定性,防止了闸基土壤发生渗透变形;在设计的过程中,还对闸室的稳定及设计参数进行了必要的分析与验证,保证了本设计的正确可行、规范科学!
关键字:
函江、闸孔、堰型、消能防冲、抗渗排水、地下轮廓线、稳定分析
1基本资料
1.1概况
函江位于我国华东地区,流向自东向西北,全长375km,流域面积176万km2,是鄱阳湖水系的重要支流,也是长江水系水路运输网的组成部分。
该流域气候温和。
水量充沛,水面平缓,含泥量小,对充分开发这一地区的水路运输具有天然的优越条件。
流域内有耕地700多万亩,土地肥沃,矿藏资源十分丰富,工矿企业发达,有国家最大的有色金属冶炼工程铜基地及腹地内的建材轻工‘电力等工业部门和十多个粮食基地,原料及销售地大部分在长江流域各省市地区,利用水运的条件十分优越。
流域梯级开发后,将建成一条长340km通航千吨级驳船的航道和另一条长50km通航300吨级驳船的航道。
并与长江、淮河水系相互贯通形成一个江河直达的内河水路运输网。
同时也为沿江各县市扩大自流灌溉创造条件。
对促进沿河地区的工农业发展具有重要的作用,该工程是以航运为主体,兼有泄洪、发电、灌溉、供水和适应战备需要的综合开发工程,它在经济上将会具有非常显著的效益。
1.2水文、气象
1.2.1设计洪水
表1-1各设计频率洪水流量及相应坝下水位
设计频率(%)
0.33
2
20
洪水流量Q(m3/s)
12350
9540
5730
坝下水位H下(m)
2380
2340
2225
表1-2水位流量关系曲线
水位(m)
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
流量(m3/s)
50
300
650
1200
1800
2480
3200
4140
5340
7700
13800
1.2.3气象
洪水期多年平均最大风速为:
20.7m/s
风向:
按垂直坝轴线
吹程:
3km。
1.3工程地质
1.3.1闸址地形
闸址左岸与一座山头相接,山体顺流向长700m,垂直向长2000m,山顶主峰标高110m,靠岸边山顶标高65m,山体周围是河漫滩冲积平原,贪面标高(18.5~20.0)m;沿河两岸筑有防洪大提,堤顶宽4m,堤顶标高24.5m;闸址处河宽700m,主河槽宽500m,深泓区偏右,河床底标高(13.0~14.0)m,右岸滩地标高18.5m。
1.3.2闸址地质
根据《毕业设计任务书》提供的工程地质勘察报告,本工程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)m,左厚右并逐渐消失;河床中层主要是砂砾石卵石层,卵石含量30~50%,粒径2~13cm,层厚(10~20)m,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米向右增深至标高15米以下,其岩性为上古生界二迭长兴阶灰岩及硅质岩。
水闸的防渗处理应重点考虑。
河床土质有关资料如下:
中砂:
其力学指标如下:
E0=310kg/cm2,N63.5=20,Dr=0.6
砂砾石层:
其力学指标如下:
E0=360kg/cm2,Dr=0.66
1.3.3当地建筑材料
块石料:
在闸址左岸的山头上,有不符合质量要求的块石料场,其储量50万方,平均运距1.0km。
砂砾料:
闸址上、下游均有宽阔的冲积台地,在上、下游(3~5)km的沙滩台地上。
均有大量的砂砾料,可满足混凝土的粗、细骨料之用,且水运方便。
土料:
闸址上游约2km有刘家、八土料场。
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。
1.4设计依据
1.4.1工程等别和主要建筑物级别及设计标准
工程等级:
本工程为三等工程,其主要建筑物为3级,泄水闸为该工程的主要建筑物,故也为3级建筑物,次要建筑物为4级。
设计标准:
根据《毕业设计任务书》的要求,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。
抗震等级:
本地区地震基本烈度为6度,不考虑地震设防。
1.5建筑物的设计参数
1.5.1船闸(五级航道标准)
(1)水位:
最高通航水位▽22.32m,最低通航水位▽19.0m;正常蓄水位▽19.0m;下游最低水位▽14.25m。
(2)船型、船队:
船型――300吨驳船,单驳尺度35×9.2×1.3m(长×宽×吃水深);船队――300马力÷3×300吨,船队尺度91×9.2×1.3m(长×宽×吃水深)。
(3)船闸、引航道尺寸及高程:
①闸室有效尺寸――闸室顶高程▽24.0m,闸室底高程▽10.5m;长×宽×槛上水深=135×12×2.5m。
②上闸首平面尺寸――长×宽1.8×24m;墩顶高程▽25.0m(注:
该高程控制公路桥面高程),门槛高程▽16.5m,基底高程▽8.5m。
③下闸首平面尺寸――1.7×24m;墩顶高程▽24.5m。
门底高程▽10.5m,基底高程▽70m。
④上、下游导墙段长度50m。
⑤上、下游引航道直线段长度应满足L≥5倍设计船队长度,引航道底宽35m;边坡1:
2.5;引航道底高程:
上游▽15.0m,下游11.0m;引航道转弯半径R≥5倍设计船队长度;进出口轴线与主河流基本流向的交角β≤20o。
(4)闸上公路桥设在上闸首的上游端。
1.5.2电站
(1)机型
水轮机的型号为:
GE(F02)-WP-380机型
发电机的型号为:
SFG200-70/3960
总装机:
3×2200KW
(2)水头
设计水头:
3.5米;最高水头:
7.0米;最小水头:
2.0米;最大引用流量225m3/s。
(3)主厂房平面尺寸及高程
主厂房底板48m;总宽36.2m;机组进水室宽7.6m;中墩厚3.4m;边墩厚2.8m;进口高程▽7.50m。
出口高程▽7.8m;基底最低高程▽2.0m;基底平均开挖高程▽5.0m;进水口前混凝土铺盖长10m,并以1:
5反坡项上游与原河床高程衔接。
并在上游端应设拦沙槛。
尾水出口后设混凝土护坦水平段15m。
并用1:
5的倒坡段与尾水渠相连。
上部厂房宽15米(顺流向),长362m,厂房地面高程▽24.5m,水轮机安装高程▽10.5m。
厂房屋顶高程▽37.0m,厂房边墙距离底板上游端15.0m。
(4)站上的公路桥设在厂房的上游端。
1.5.3泄水闸
(1)水位:
正常蓄水位▽19.0m,灌溉水位▽19.50m;
设计洪水Q2﹪=9540m3/s,相应闸下水位H下=23.40m
校核洪水Q0.33﹪=12350m3/s,相应闸下水位H下=23.80m
(2)计算水位组合
①闸孔净宽计算水位
设计流量Q2﹪=9540m3/s,相应H下=23.40m
设计水位差△H:
甲组――△H=0.25m(H上=23.65m)
已组――△H=0.20m(H上=23.60m)
校核流量Q00.33﹪=12350m3/s,相应闸下水位H下=23.80m
②消能计算水位
闸上水位H上=19.50m
闸下水位H下:
甲组――H下=14.50m
已组――H下=14.20m
下泄流量:
以闸门开启度e=0.5m,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,甲:
H下=14.50m
已:
H下=14.20m
闸上校核水位H上=20.0m(与门顶齐平)
甲:
H下=14.5m
已:
H下=14.2m
(3)其他参数
①单孔净宽:
(8~12)m
②门型结构:
平面钢闸门
③闸门类型:
甲组――直升门
已组――升卧门
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)
1.5.4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9m,采用T型结构。
梁高1.0m,梁腹宽0.2m,梁翼宽1.6m,用5根组梁组成,两侧人行道为悬臂式。
每米延长重量按8T/m计。
2泄水闸闸孔设计
2.1堰型、堰顶高程的确定
根据河床的地形及高程,河床底标高为13.0~14.0m,为了减少开挖量,确定闸底板高程为13.0米;闸孔采用无坎平底板宽顶堰。
2.2水闸总宽度
由Q=σsεmB√
H3/2计算后得选用每孔宽b=10m,孔数n=32孔,闸孔总净宽B=320m。
经校核所取总净宽满足设计要求。
3消能防冲设备形式的选择
消能形式采用底流式消能,消力池的深度d=1.3米,消力池长度为20米,护坦厚度t0为0.5米。
海漫长度L=60m,海漫结构型式及布置如下:
①10m长水平段浆砌块石厚0.5m,设排水孔和反滤层;
②20m长厚0.5m干砌块石海漫,坡度1:
20,下设碎石垫层厚15cm;
③防冲槽设计防冲槽采用梯形断面,槽深4m,槽底宽5m,槽内抛填大块石,块石直径不小于0.4m左右。
4泄水闸防渗排水设计
4.1地下轮廓线的拟定
4.1.1防渗排水布置
防渗排水设施的布置,又称地下轮廓线布置,是围绕如何减少闸室底板扬压力,提高闸室的抗滑稳定性,防止闸基土壤发生渗透变形开展的。
根据设计要求和地基土壤特性,选用的防渗排水布置为(自闸室上游开始):
50cm厚20m长C20砼铺盖、C25砼板桩长6m、C25砼闸室底板长20m厚1.5m、并设PVC排水孔。
4.1.2防渗排水设施尺寸拟定
①底板长度:
上部结构要求净宽:
公路桥加栏杆总宽9.4m,工作桥宽度由闸门启闭机安置场地尺寸决定为5.0m,检修桥置于检修门槽之上,宽度选2.0m,因此,上部结构要求最小宽度为18.4m。
故取底板长度L=20m。
②铺盖
铺盖材料选用砼,厚度为50cm,长度20cm,纵缝缝距22.6m,靠近两岸翼墙处,缝距为10.6m。
铺盖与翼墙及底板间设沉降缝。
③板桩长度
采用C25钢筋砼预制板桩。
板桩入土深度6m,厚20cm。
④排水设施
排水设施向上游布置,即将其置于底板之后护坦下面,首部紧接底板下游齿墙。
⑤验算防渗长度L
L=c△H,L为防渗长度,△H外围上下游水位差,c为渗径系数,计算得L=27.5m
根据上述
(1)~(5)确定的尺寸,设计防渗长度为55m,大于设计和校核水位下的计算值L=27.5m。
4.2闸基渗流计算
渗流计算主要内容包括设计水位下的闸基渗透压力、地基抗渗稳定性验算和渗流量。
闸基渗透压力计算方法采用《水闸设计规范》推荐的改进阻力系数法。
4.2.1闸地下轮廓初拟
渗径长度应能满足水闸上下游水位差最大时的防渗要求,故按上下游水位差最大的情况来确定。
上下游水位差最大的情况为闸室稳定计算中的校核情况。
相应的上游水位H上为20.0m,下游水位H下=14.5m,最大水位差H=H上-H下=20.0-14.5=5.5(m)
因本闸水位差较大,基础透水性强,由结构布置要求确定的闸底板长度较短,仅20m,故于底板上游增设一长20m的钢筋砼防渗铺盖,并于齿墙下设6m深板桩,以增加渗径长度,初步拟定的闸底轮廓线如图下图所示。
为了便于计算,将闸底还透水部分轮廓线的转折点按顺序编号,共17点,
4.3防渗设计
4.3.1采用抗冲蚀能力强的钢筋砼防渗铺盖,长20m,厚0.5m,首端齿墙深1.0m,每10m设伸缩缝,与闸底板交接部位及伸缩缝都必须设止水。
4.3.2水闸底板为了适于布置公路桥、工作桥及检修便桥,确定底板长度20m,底板厚1.5m;设前后齿墙,前齿墙应宽1.5m,后齿墙底宽1.5m,并在前齿墙下设6m深砼板桩,以增长渗径,以防渗透变形。
4.3.3为了降低闸底板的渗透压力,紧接底板出口下设反滤层,以利排水,要求反滤层级配良好。
4.3.4两岸侧向绕流防渗设计,水闸岸墙后面设置长12m的C20砼刺墙,刺墙底高程13.0m,顶高程21.0m,以防侧向渗透破坏。
5泄水闸闸室布置及稳定计算
5.1泄水闸的闸室布置
5.1.1闸室总宽
泄水闸闸孔总净宽为320m。
每孔孔宽为10m,闸孔孔数为32孔。
为了防止地基的不均匀沉降而将底板折断,闸孔采用分块式。
闸孔每3孔为一整体,每3孔分一缝,闸墩中墩厚为1.2m,分缝中墩厚为1.6m,中间缝宽为2cm,边墩厚为1.0m。
则闸身总宽为:
363.4m。
5.2闸墩高度为24.5m
5.2.1闸底板顺水流方向和长度的确定
上部结构要求净宽:
公路桥加栏杆总宽9.4m,工作桥宽度由闸门启闭机安置场地尺寸决定为5.0m,检修桥置于检修门槽之上,宽度选2.0m,因此,上部结构要求最小宽度为18.4m。
根据结构布置,顺水流方向底板长度为:
B=20m。
闸底板厚为1.5m,上下游齿墙深为1m,齿墙底宽为1.5m。
5.2.2闸墩厚度及顺水流长度的确定
闸墩墩顶的长度取决于上部结构的尺寸和布置,应略大于架设于闸顶的各种桥梁(包括交通桥、主闸门和检修闸门的工作桥)宽度的总和。
闸墩长度采用与底板同长20.0m,同时用阶梯形式由底板向上部结构过渡,以减少工程量。
检修闸门和工作桥之间保持2m净宽,便于检修人员进出和工作。
检修门槽深20cm,宽30cm,工作门槽深30cm,宽60cm。
闸墩上下游端部均采用半圆形墩头,以便设置沉降缝和施工缝。
闸墩的高度在迎水面为最高水位加超高,闸墩下游适当降低,取同公路桥梁底高程25m。
闸墩厚度受控于闸门槽处最小宽度为50cm,边墩厚1.0m,不分缝中墩厚1.2m,分缝中墩厚1.6m,中间缝宽2cm。
5.2.3闸门高度
根据闸身高度的计算,水闸正常水位时所需的闸门高度为8.12m,故取闸门高度为8.3m。
当设计洪水位及校核洪水位时,闸门开启泄水,闸门顶可以过浪。
本水闸挡水水位较低而泄水洪水位较高,故不宜采用胸墙,本水闸不设胸墙。
工作桥的桥底高程为33.30m。
工作桥宽为5m。
交通桥载重按汽—20设计,挂—100校核,双车道桥面净宽7.m,两侧人行道2×1.0m,总宽9m,采用T型结构。
梁高1.0m,梁腹宽0.2m,梁翼宽1.6m,用5根梁组成,两侧人行道为悬臂式。
每m延长重量按8吨计。
交通桥底高程为25.0m,桥面高程为26.2m,交通桥布置在上游侧。
6泄水闸的闸室稳定计算
6.1荷载组合
因本区地震基本烈度小于6度,可不考虑地震荷载。
闸前底板无泥沙淤积,也不考虑泥沙压力。
设计情况下荷载基本组合:
(1)水闸自重及水重;
(2)静水压力;
(3)扬压力;(4)波浪压力。
6.2水闸自重和水重计算
(1)水闸自重G=65200(KN)。
(2)水重W:
水重包括闸门上水重W1和闸门下水重W2两部分,以两闸孔为计算单位。
已知闸底板顶高程13.0m,闸门中心距底板首端L1=18m,有
W1=rh上L1×3×B=9.8×(19.5-13.0)×15×3×10=28665(KN)
W2=rh下L1×3×B=9.8×(14.5-13.0)×5×3×10=2205(KN)
(3)波浪压力计算
以三闸孔为计算长度L=34.2m,浪压力:
PW为2029KN。
(4)静水压力计算
1上游水压力
止水片以上为:
P1=L/2rh2=34.2/2×9.8×(19.5-12.7)2=7703(KN)
止水片以下为:
P2+P3=660+135=795(KN)
②下游水压力
下游水压力:
P4=L/2×r(H下+HD)2=34/2×9.8×(14.5-13+1.5)2=1500(kN)
(5)扬压力包括浮托力WB和渗透压力Ws。
总结
我现在在梁山黄河河务局工作,虽然已经工作,可我从未放弃过学习!
在这次设计中,我在各位老师的悉心指导下,基本完成了布置的任务,巩固了以前课堂上所学到的基本理论,加深了对理度论知识的理解,同时也更培养了自己动手查各种参考资料用于设计的习惯,真正从设计中学到了实实在在的知识。
由于工作较紧,这次毕业设计的时间仓促,理论知识不是很充分,感觉设计任务有一定的压力!
虽然在老师的指导下完成,但难免会有一些错误,请各位老师谅解,并恳请指正。
谢谢!
2013.05
致谢
在这次毕业设计中,首先感谢校领导给我们提供良好的毕业设计环境,为我们提供了很多便利条件;在此表示诚挚的谢意!
毕业设计的过程中,特别得到了岑威钧老师和邢广彦老师的关心与指导,给予我们解决了许多实际困难;使我顺利完成本次毕业设计,在此,向他们表示真心的感谢,并祝愿工作顺利,桃李满天下!
毕业设计的结束,也预示着我大学生活结束;我不会忘记河海大学对我的培养之恩,也不会忘记同学之间的感情,更不会忘记那些辛勤培育我成材的老师们;我将带着我的梦想,凭借我所学的知识,努力工作,回报社会。
真诚的感谢所有关心、帮助过我的老师和同学们!
谢谢!
参考文献
1水闸设计规范SD133-84
2水闸设计规范SD133-84编制说明
3水闸设计谈松曦编水利电力出版社
4水闸张世儒等编水利出版社
5闸门与启闭机水利出版社
6升卧式平面闸门水利电力出版社
7水力计算手册武汉水利电力学院编水利出版社
8水闸设计(上、下)华东水利学院编上海科学出版社
9有限深弹性基础梁计算用表张裕恰编水利出版社
10水力学(下)第二版华东水利学院编科学出版社
11水工设计手册(6)泄水与过坝建筑物水利电力出版社
12小型水利水电工程设计图集水闸分册
13水工钢筋混凝土结构(下)华东水利学院、大连工学院、西北农学院编水利电力出版社
附录环境影响评价
1环境影响评价的定义及目的
环境影响评价是对人类活动(如除水害、兴水利等)所引起的环境改变及其产生的影响进行预测和分析。
建设项目的兴建,对其所在地一定范围内的自然环境和社会环境,会产生各种影响,分析这些影响带来的后果是环境影响评价的一项重要任务。
评价的目的,是从合理利用自然资源、保护环境、促进环境质量提高和维护生态平衡以及促进社会、经济可持续发展等出发,根据不同工程方案的社会、经济、和环境指标,进行优选,在规划、设计、施工和管理等阶段分别提出减免不利影响和增强有利影响的措施。
开展环境影响评价工作,可使环境保护由被动的治理走向主动的防护。
2水利工程的环境影响评价
对兴建水利工程所引起的环境改变及其产生的影响进行的分析和预测。
环境影响评价是水利工程可行性研究的重要组成部分,为工程方案论证和科学决策提供基本依据。
水利工程在发挥防洪、发电、航运、灌溉、养殖、供水更一种或多种效益的同时,对工程所在地、上下游、河口、乃至全流域的环境都可能产生影响。
水利工程对环境的影响可分成2个方面:
①对自然环境的影响,包括工程兴建对水文情势的影响,对水域底部形态及物质构成的影响,对地质、地貌、局地气候、水质、土壤、地下水、生物、矿产、和自然景观的影响等。
②对社会环境的影响,包括工程兴建对人群生活质量和健康、土地资源利用、文物古迹、社会经济等的影响,以及因防洪、发电、航运、灌溉、旅游等所产生的环境效益等。
3堤防工程对环境的影响
堤防工程对环境的影响包括有利的和不利的影响,有利的影响是人类工程活动所预期的效果,因而希望其越多越好,如修建、加固堤防提高大堤的防洪能力,保护国家和人民的生命财产不受洪水的威胁。
不利的影响是人类工程活动不希望发生的,是非预期的派生产物,研究不利影响产生的机制、发展趋势,提出减免危害的处理措施和方法是我们研究堤防工程对环境影响的重点。
堤防工程对环境的影响有长期和短期之分,短期的影响一般发生在施工期或施工结束后的短期时间内,这种影响往往只持续几月至几年,因而其对环境的影响小。
而长期的影响是随着工程施工结束伴随着工程发挥效率的时间开始产生的,随着工程失效而失去影响,它的影响程度有重有轻,重则产生危害乃至灾害,在工程设计时应认真研究。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 重点泄水闸设计 说明书 重点 泄水 设计