水闸设计与施工说明书
水闸设计与施工
专 业:水利水电建筑工程 班 级: 水工1234班
姓 名: 学 号: 1234563 组 别: 第某组 指导老师: 易进蓉
2015年11月
目录
一、基本资料 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 二、闸室布置 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2. 1闸底板 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2. 2闸墩 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2. 3闸门 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 三、水闸水力计算 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 3. 1闸孔尺寸与孔数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 3. 2水闸的消能防冲设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 四、闸室和闸基抗滑稳定分析 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 4. 1抗滑稳定验算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 4. 2基底压力验算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
一、 基本资料
本工程主要为下游西三干沿线灌区补水,引用水源为黄河水,布置在西干渠跨北康沟下游,芦墓张村北附近,分进水段、闸室段和出口段。
进口段长20m 为扭曲面,底宽3m, 前10m 采用C20混凝土护底,厚0.2m, 采用0.4厚C20混凝土,扭曲面采用M7.5浆砌石护砌
闸室段长11m ,共1孔,净宽2m, 闸底板高程顶面为67m ,底板厚1m, 边墩为梯形断面,顶宽0.7,底宽1.0m, 设计流量为0.5, 上游挡水高程为68.83m ,设检修闸门和工作门。
出口段长30m ,前15为1;5斜坡段,用以连续闸室末端同消力池 ,下游消力池段长10m ,“U ”型槽结构,底板采用C25钢筋混凝土,顶高程为64.00m, 厚0.8m ,下设0.1m 厚粗砂垫层,侧墙为梯形断面,顶宽0.5m ,底宽0.6m ;消力池后为5m 过渡段,两岸为扭曲面,护底采用0.2m 厚C20混凝土,扭曲面采M7.5浆砌石护砌,下游按引水渠。
根据勘探资料和闸室布置情况,闸基位于轻粉质壤土上,其地质参数建议值为:砼与地基摩擦系数f=0.30,C=8kPa, φ=14. 5︒ ,承载力标准值为100kPa; 墙后回填土料选用中、轻粉质壤土φ=17~20︒,C =16~20kPa , 饱和容量取2t/m2, 浮容量重取1.1t/m3。
二、 闸室布置
2.1 闸底板
按底板与闸墩的连接方式分
整体式:闸墩和底板浇筑成整体,有分段缝时缝设在闸墩上。底板是传力结构,将荷载较均匀地传给地基。闸室整体性较好,适用于松软地基。
分离式:底板与闸墩用沉陷缝分开。闸墩传力,底板仅防渗抗冲,一般适用于岩基或压缩性小的土基。
2.2闸墩:
⒈材料:混凝土(小型工程常用浆砌块石) ⒉闸顶高程:
闸顶高程通常指闸室胸墙或闸门挡水线上游闸墩和闸墙的顶部高程。应根据挡水和泄水两种运用情况确定。
挡水时闸顶高程不低于水闸正常蓄水位(或最高挡水位)加波浪计算高度与相应安全超高值之和;
泄水时闸顶高程不应低于设计洪水位(或校核洪水位)与相应安全超高值之和。 水闸安全超高下限值(m ):
位于防洪(挡潮)堤上的水闸,其闸顶高程不得低于防洪(挡潮)堤堤顶高程。
⒊长度:与底板长度相同或比底板长度稍短,取决于上部结构布置和闸门型式。 ⒋厚度:根据闸孔孔径、受力条件、结构构造要求和施工方法等确定,平面闸门闸墩门槽处不宜小于0.4m 。
⒌外形:应使水流平顺、侧向收缩小,过流能力大。
2.3闸门
⒈宽度:与孔口一致
⒉露顶式闸门顶部在可能出现的最高挡水位以上应有0.3~0.5m的超高。 ⒊型式:最常用的有平面闸门和弧形闸门。
⒋布置:要考虑对闸室稳定、闸墩和地基的应力以及对上部结构布置的影响。
三、 水闸水力计算
3.1闸孔尺寸与孔数
计算闸孔净宽
B 0=
Q σεm 2g H
320
; B 0—为闸室净宽(m )
Q —为设计过闸流量(m 2/s );
H 0—为计入行近流速水头的堰上水头(m );
; g —为重力加速度(m /s 2)
m 、ε、σ—分别为堰上的流量系数、侧收缩系数和淹没系数。
进水闸闸孔净宽计算成果表
由于设计过闸流量Q >5,所以合适。
根据以上计算结果,进水闸共建一孔,单孔净宽取2m ,总净宽2m, 过堰流量5. 0m 3/s 。
3.2水闸的消能防冲设计
消力池:创造形成淹没水跃的条件。消力池实质上就是形成水跃、消刹能量的地方。
3.2.1消力池的尺寸确定
(1)消力池的深度
d =σ0h c ' ' -h s ' -∆Z h c ' ' =
3
h c ⎡
⎢1+32⎢gh c ⎣
2
8αq 2
⎤⎛b ⎫0. 25
1
-1⎥ b ⎪⎪ ⎥⎦⎝2⎭
αq 2
h c -T 0h c +=0 2
2g ϕ
∆Z =
αq 2
2g ϕh
2
' 2
-
αq 2
2gh
' ' 2
s c
式中:
d —消力池深度,m;
σ0—水跃淹没系数,可采用1.50~1.10,取1.10;
h c ' ' —跃后水跃,m ; h c —收缩水跃,m ;
α—水流动能校正系数,可采用1.0~1.05,取1.0;
q —过闸单宽流量,m 3/(s ∙m ); b 1—消力池首段宽度,m ;
b 2—消力池末段宽度,m ;
h s ' —出池河床水深,m ;
T 0—由消力池底板顶面算起的总势能,m ;
∆Z —出池落差,m 。
(2)消力池的长度
L sj =L s +βL j
L j =6. 9h c ' ' -h c L sj —消力池长度,m ;
L s —消力池斜坡段水平投影长度,m ;
()
β—水跃长度校正系数,可采用0.7~0.8,取0.8;
L j —水跃长度,m 。
(3)消力池的护坦厚度
护坦:保护水跃范围内的河床不受水流冲刷。
抗冲:护坦在工作时需要满足在水流冲击作用下不会掀起和下移。 抗冲:t =k 1∆H
抗浮:护坦在扬压力和脉动压力的合成作用下不至于浮起。 抗浮:t =k 2
U -W ±P m
γb
t —消力池底板始端厚度,m ;
∆H —为闸孔泄水时上、下游水位差,m ;
k 1—为消力池底板计算系数,可采用0.15~0.20,取0.2; k 2—为消力池底板安全系数,可采用1.1~1.3,取1.1;
U —为作用在消力池底板上的扬压力,kPa ;
W —为作用在消力池底板上的水重,kPa ;
P m —为作用在消力池底板上的脉动压力,kPa ; γb —为消力池底板的饱和重度,kN /m 3;
(4)海漫 1.海漫的作用
海漫的作用就是要消除水流的余能,调整流速分布,均匀地扩散出池水流,使之与天然河道的水流状态接近,以保护河床免受冲刷。
2.对海漫的要求
海漫的结构应该具有一定的柔性的,能够适应地基的不均匀沉陷; 海漫应该是透水的,能够顺利地排出渗水,降低扬压力;
海漫表面应做成粗糙的,以加大与水流的摩擦,有利于消除余能和调整流速分布。
L =K ∆H L —海漫长度,m ;
K —河床土质系数,粉、细砂取13~15,中、粗砂及砂壤土取10~12,壤土取8~9,坚硬粘土取6~7,扩散条件好时K 取小值,反之取大值;
q —消力池末端单宽流量
∆H —为上下游水位差,m 。
适用范围∆H =1~9。
消能防冲计算成果表(单位:m )
根据以上计算结果,消力池长度为25m; 消力池深度为3m; 海漫长度
∆H =1.5,在1~9之间,所以适用;消力池底板厚度符合抗冲抗浮的要求。
四、 闸室和闸基抗滑稳定分析
4.1抗滑稳定验算
根据水闸运用过程中可能出现的所有情况进行分析,寻找最不利的情况进行闸室稳定及地基承载力验算。
1.完建无水期
完建无水期是水闸建好尚未投入使用之前,竖向荷载最大,容易发生沉陷或不均匀沉陷,这是验算地基承载力的设计情况。
2.正常挡水期
正常挡水期时下游无水,上游为正常挡水位,上下游水头差最大,闸室承受较大的水平推力,且闸底板下扬压力最大,最容易发生闸室滑动失稳破坏,是验算闸室抗滑稳定性设计情况。
3.正常放水期
泄洪期工作闸门全开,水位差较小,对水闸无大的伤害。本设计不考虑地震情况。
闸室抗滑稳定验算
K c =
f ∑G
≥[K c ] H
[K ]—为作用在闸室底部所有铅直力的总和,kN ;
c
f —为基础底面与地基之间的摩擦系数,对于大型水闸,应作现场抗滑试验加以验证;
∑G —为作用在闸室上的全部竖向荷载(包括基底面上的扬压力),kN ; ∑H —为作用在闸室上全部水平向荷载,kN ;
ϕ0—为基础底面与地基土之间的摩擦角,度; C 0—为基础底面与地基土之间的粘结力,kN /m 2;
A —为闸室基础地面的面积,m 2。
4.2基底压力验算
σ=
G
BL
σmax =
min
∑G
BL
±
6∑M
BL
2
∑G —为作用在闸室底部所有铅直力的总和,kN ;
∑M —为所有外力对闸室底部中心点的力矩总和,以顺时针为正,kNm ;
B —为计算闸室段宽度,m ;
L —为底板长度,m ;
[K ]值表
c
f 值表
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抗滑稳定分析成果表
根据以上计算结果,完建期,因为η=
σmax
=1. 40
求;挡水期,K c =2. 56≥[K c ]=1. 25符合规范要求,η=
σmax
=2. 0=2. 0σmin
所以满足规范要求;正常放水期,K c =13. 28≥[K c ]=1. 25符合规范要求,
η=
σmax
=1. 98
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