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完整word版水闸设计
第一章设计资料和枢纽设计
1、设计资料
1.1工程概况
前进闸建在前进镇以北的团结渠上是一个节制闸。
本工程等别为川等,水闸
按3级建筑物设计。
该闸有如下的作用:
(1)防洪。
当胜利河水位较高时,关闸挡水,以防止胜利河的高水入侵团结渠
下游两岸的底田,保护下游的农田和村镇。
(2)灌溉。
灌溉期引胜利河水北调,以灌溉团结渠两岸的农田。
(3)引水冲淤。
在枯水季节。
引水北上至下游红星港,以冲淤保港。
1.2规划数据
(1)团结渠为人工渠,其断面尺寸如图1所示。
渠底高程为2194.5m,底宽50m,两岸边坡均为1:
2。
(比例1:
100)
▽2205.8
、、、1:
21:
2.
▽2194.5
L笼J
图1团结渠横断面图(单位:
m)
(2)灌溉期前进闸自流引胜利河水灌溉,引水流量为300m3/s。
此时相应水位
为:
闸上游水位2201.83m,闸下游水位2201.78m;冬春枯水季节,由前进闸自流引水至下游红星港,引水流量为100m3/s,此时相应水位为:
闸上游水位
2201.44m,闸下游水位2201.38m。
(3)闸室稳定计算水位组合:
设计情况,上游水位2204.3m,下游水位2201.0m;校核情况,上游水位2204.7m,下游水位2201.0m。
消能防冲不利情况是:
上游水位2204.7m,下游水位2201.78m,引水流量是300m3/s
(4)下游水位流量关系:
流量m/s
0.00
50.00
100.00
150.00
200.00
250.00
300.00
水位H(m)
2201.00
2201.2C
2201.38
2201.54
2201.66
>2201.74
2201.78
(5)地质资料:
1根据地质钻探报告,闸基土质分布情况见下表:
层序
咼程(m)
土质概况
标准贯入击数(击)
I
2205.75-219604
重粉质壤土
9-13
n
2196.4-2194.7
松散粉质壤土
8
出
2194.7-2178.7
坚硬粉质粘土(局部含铁锰结核)
15-21
2根据土工试验资料,闸基持力层坚硬粉质粘土的各项参数指标为:
凝聚力
C=60.0Kpa;内摩擦角19°;天然孔隙比e=0.69;天然容重20.3KN/m
18kN..;m3。
本地区地震烈度在6度。
(6)本工程等别为III等,水闸按3级建筑物设计。
(7)闸上有交通要求,闸上交通桥为单车道公路桥,桥面净宽4.5m,总宽5.5m,采用板梁结构。
每米桥长约种80KNo(详见设计书插图)
(8)该地区“三材”供应充足。
闸门采用平面钢闸门,尺寸自定,由工厂加工。
不考虑风浪的作用,胜利河为少泥沙河道(含少量推移质泥沙)
2.枢纽设计
2.1进水口防沙设施设计
胜利河为少泥沙河流,防沙要求不高,为防止泥沙进入引水渠,防沙设施设拦沙坎即可,《水电站进水口设计规范》DL/T5398-2007中规定其高度为2.5m~3m,取其高度为2.5m。
2.2引水渠的布置
1取水方式确定:
由于胜利河为少泥沙河道,防沙要求不高,且取水期间河道的水位和流量能够满足取水要求,故取水方式可设计成无坝取水。
2引水口位置选择:
胜利河在流经灌区时有一个明显的弯道,可利用弯道环流
原理,将引水渠的引水口设在胜利河凹岸顶点位置稍偏下游处,该位置距弯道水
流拐点的长度可由公式计算:
LKB4R/B1
式中:
L——进水闸至引水口弯道起点的距离
K――与渠道分沙比有关的系数一般取0.6〜1.0(K=0.8)
R——河道的弯道半径
B――河道河槽的宽度
由此可确定引水口位置
3引水渠的方位确定:
为使弯道水流平顺进入引水渠,根据规范,取引水渠中心线与河道水流方向夹角即引水角不超过30度。
(取25度)
第二章闸孔设计
1.闸室结构设计
1.1闸室结构型式的确定
由于闸室地基土质为坚硬粉质粘土,土质均匀,承载力较大,因此选用整体式平底板闸室,且闸前水位最大可达到10.2m,最低水位可达6.94m,水位变幅3.26m,为减少闸门高度,因此设计成胸墙式闸室。
1.2堰型选择
由于水闸有防洪冲淤的任务,故堰型采用宽顶堰,它有利于泄洪,冲沙,排污,且泄流能力稳定,结构简单,施工方便。
1.3确定闸顶高程
设计情况下,上游水位2204.3m,下游水位2201.0m;校核情况下,上游水位
2204.7m下游水位2201.0m。
不考虑风浪情况,则课本76页公式3-78
人△c忧2204.30.72205.0m
△Hmax
△校hc2204.70.52205.2m
所以取△H2206.0m
1.4确定闸底板高程
闸底板应尽可能置于天然坚实的土层上,在满足强度等条件下,高程应尽可
能高一些。
一般情况下,闸底板高程定为2194.5m,和河底齐平。
2.确定闸门孔口尺寸
2.1计算闸孔总净宽
①灌溉期:
上游水位2201.83m,下游水位2201.78m,流量300m3/s
上游水深H2201.832194.57.33m,下游水深hs2201.782194.57.28m
过水断面A(5027.33)7.33473.96m2
Q
300
0.633m/s
A
473.96
V:
2
1.00.6332c
7.33
7.35m
2g
29.81
上游行近流速v0
行近水头HoH
初步设计认为m0.385,0.94
②枯水季节:
上游水位2201.44m,下游水位2201.38m,流量100m3/s
上游水深H2201.442194.56.94m,下游水深hs2201.382194.56.88m
过水断面A(5026.94)6.94443.33m
22
行近水头H0H上6.94100.2266.943m
2g29.81
hs
诙°.991°8属淹没出流
由公式L0
_Q
m_2gH;/2
100
0.360.940.38529.816.9433/2
9.472m
初步设计认为m0.385,0.94
由于应选用最大过闸单宽流量,故应选最大闸孔总净宽,因此综合两种情况,闸
11.50m3/(s*m),由地质
孔总净宽取值为26.10m。
此时单宽流量q洛
L。
26.1
资料知闸地基处为坚硬粉质粘土,可取20-25m3/(s*m),故满足要求
2.2孔数及单孔宽度的选定
为了保证闸门对称开启,使水流过闸均匀,孔数宜采用单数。
我国大中型水闸单孔宽度一般采用8-12m,故选n3孔,选单孔净宽l010m。
根据规范上游闸墩头部均采用半圆形,下游闸墩头部采用流线形,厚d2m,
边墩取1.5m
闸孔总宽度为:
L1nl0(n1)d3102234m
渠道宽50.0m,闸室总宽度应与渠道宽度相适应,两者的比值为34/50=0.68大于
0.6~0.75,符合要求。
闸孔尺寸示意图见图2-1(比例1:
100)
图2-1闸孔布置图(单位:
m
2.3水闸泄流能力验算(查阅《水闸设计规范》SL265-2001)
2.3.1灌溉期过流验算:
上游水位2201.83m,下游水位2201.78m,流量300m3/s
对于中孔:
l010m,d2m
ll
10.171(10)4—10.171(1
10d10d
对于边孔:
l010m,bb(5037)/27.33221.16m
水闸泄流能力
mg•2gH(3/20.360.9530.38530.29.817.353/2349.75m3/s
大于300m3/s满足要求
2.3.2枯水期过流验算:
上游水位2201.44m,下游水位2201.38m,流量100m3/s
水闸泄流能力
大于100m3/s满足要求。
第三章消能防冲设计
1•消力池设计
1.1确定消能型式
由于本闸所处渠道底部为粉质粘土,抗冲刷能力较低,故采用底流式消能
1.2确定消能计算工况
由第二章计算已知,灌溉期和枯水期水位时闸门全开引水,均为淹没出流,无须消能。
当引水流量为300m3/s,上游水位2204.7m,下游水位2201.78m时,为最不利的工况,取该工况为计算工况
1.3计算工况时上下游水面连接形态的判别
引水流量为300m3/s,上游水位2204.7m,下游水位2201.78m;
上游水位H2204.72194.510.2m,下游水位hs2201.782194.57.28m
该工况情况下,关闸挡水,部分闸门不完全开启,下游水位较低,闸孔射流速度大,最容易造成渠道的冲刷。
消力池设计采用挖深式消力池,消力池首端宽度采用闸孔总宽b134m,末端宽度采用河底宽度b250m。
1.3.1为保证水闸安全运行,可以规定闸门的操作规程,本设计按闸孔对称方式
开启运行,分别为开启3孔和中间1孔
当闸门不完全开启,闸孔射流速度较大,比闸门完全开启时更容易引起渠床的冲刷,取闸门相对开启从0.1-0.65(大于0.65属于堰流)
过水断面A(50210.2)10.2718.08m2
上游行近流速
Q
V0A
300
0.418m/s
718.08
行近水头H。
2
HV0
2g
10.2
1.00.4182
29.81
下游水深ht
2201.78
2194.5
7.28m
10.21m
宽顶堰闸孔出流流量公式Q1enl。
;.2gH0,1
由相对开启高度e/H查《水力学》354页表9-7可得,取0.9
hc0e,假设水跃在最小收缩断面开始发生,由《水闸设计规范》可得:
计算表格如下:
开启孔数n
开启高度e
相对开启高度e/H
垂直收缩系数&
闸孔流量系数口1
泄流量Q
单宽流
量q
收缩断面
水深hco
跃后水深hco2
下游水
深ht
流态
3
「0.51
0.05
0.61
0.54
117.63
3.92
0.31
2.74
7.28
淹没式
3
「1.02
0.1
0.62
0.54
232.24
7.74
0.63
3.73
7.28
淹没式
3
P1.53
0.15
0.62
0.53
343.67
11.46
0.94
4.42
7.28
淹没式
3
2.04
0.2
0.62
0.52
451.73
15.06
1.26
4.95
7.28
淹没式
3
「2.55
0.25
0.62
0.51
557.05
18.57
1.59
5.37
7.28
淹没式
3
3.06
0.3
0.93
0.71
919.58
30.65
2.83
6.29
7.28
淹没式
3
P3.57
0.35
0.63
0.50
756.86
25.23
2.24
5.97
7.28
淹没式
3
4.08
0.4
0.63
0.49
853.03
28.43
2.58
6.18
7.28
淹没式
3
「4.59
0.45
0.64
0
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