水工建筑物課設(shè)

1、1.水閘基本設(shè)計資料1.1.基本資料1.1.1工程概況東風渠起自魏縣北寨村南衛(wèi)河北岸，經(jīng)廣平、肥鄉(xiāng)，于曲周縣城南入滏陽河，是黑龍港流域老沙河系的較大排水渠之一，擔負東風渠以西地區(qū)排澇任務(wù)，排澇控制流域面積765km2。東風渠兼有輸水任務(wù)，主要引蓄黃河水和衛(wèi)河水，為邯鄲市水網(wǎng)、魏縣“梨鄉(xiāng)水城”及下游黑龍港地區(qū)提供灌溉用水和環(huán)境用水。東風渠也是引黃入冀補淀輸水渠道的重要組成部分。1. .2工程地質(zhì)工程區(qū)位于河北平原南部，地勢基本平坦開闊，總體自東南向西北略傾。該段渠道水流方向亦由東南流向西北。兩岸地面高程45.7555.10m，渠底高程為43.7846.66m，現(xiàn)狀渠道河口寬度為4672m。岸坡存

2、在沖蝕、坍塌現(xiàn)象，渠底多處坑洼不平。渠底淺部多分布有淤泥和雜物，厚度約0.51.0m。1.1.3水文規(guī)劃資料本水閘合理使用年限為50年,設(shè)計排瀝流量為83.2m3/s，引黃設(shè)計流量為58m3/s，上游設(shè)計排瀝水位為44.82m，下有設(shè)計排瀝水位為44.72m，上游引黃設(shè)計水位為44.08m，下游引黃設(shè)計水位44.03m，蓄水位為46.02m，河底高程為40.30m，渠底寬度為17m，邊坡頂部高程為48.5m。1.2設(shè)計標準本水閘主要建筑物級別為3級，水閘等級為四級，閘室康華穩(wěn)定安全系數(shù)，基本組合時k不小于1.20，特殊組合時k不小于1.05。本水閘本身并無交通要求，考慮到農(nóng)田耕作及水閘自身施工

3、運行要求設(shè)人行便橋。1.3設(shè)計任務(wù) 1.3.1閘孔設(shè)計包括閘孔型式與尺寸，閘底板型式及高程。1.3.2消能防沖設(shè)計 包括消力池、海漫、防沖槽型式與尺寸，上下游護坡湖底等。1.3.3 防滲排水 包括地下輪廓線設(shè)計，滲流計算，抗?jié)B穩(wěn)定驗算，反濾層設(shè)計等。1.3.4閘室結(jié)構(gòu)設(shè)計布置，分縫，止水布置，閘室穩(wěn)定計算。1.3.5兩岸建筑物設(shè)計包括閘室與上下游連接與兩岸岸坡的連接，側(cè)向防滲設(shè)計與驗算。 2.閘孔設(shè)計2.1閘孔型式的確定 此處東風渠上建一排水閘，無通航要求，因此底板采用寬頂堰式水平底板。 考慮到閘底板高程、水閘造價、下游河道地質(zhì)條件、水閘用途等條件，取底板=渠底=40.3m，要求洪水期能迅速排

4、泄洪水，因此，孔口型式采用開敞無胸墻式閘孔。2.2初步設(shè)計 2.2.1由Q設(shè)計求出B，再驗算Q設(shè)計根據(jù)設(shè)計資料，取設(shè)計流量為較大的設(shè)計排瀝流量，即Q設(shè)計=83.2/s， 上游水深H=上游設(shè)計排瀝-渠底=44.82-40.30=4.52m 下游水深hs=下游設(shè)計排瀝-渠底=44.72-40.30=4.42m 上游過水斷面面積A=（b+mh）h=(17+3*4.52)*4.52=138.13 濕周=b+2h1+mx2 =17+2*4.52*1+32 =45.59m 水力半徑R=A/=138.13/45.59=3.03m 流速V=CRi=1/nR2/3i1/2=1/0.022*3.032/3*1/5

5、0001/2=1.35m/s 堰頂水頭H。=H+V。22g=4.52+1.3522*9.8=4.61m根據(jù)堰流公式 式中B。-閘孔總凈寬(m) Q-過閘流量(m3 /s)，即Q設(shè)計=83.2/s； H。-計入行近流速水頭的堰上水深(m)，即；H。=4.61m； g-重力加速度,可采用9.80(m/s2 )； m-堰流流量系數(shù),可采用0.385； -堰流側(cè)收縮系數(shù)，取0.95； -堰流淹沒系數(shù), =1時為自由出流； 計算得 B。=5.19m2.3分孔 根據(jù)本水閘等級、水位高工程等條件選擇平板鋼閘門。 孔數(shù)n在7孔以下選為奇數(shù)，以使水閘對稱開啟，避免下游出現(xiàn)折沖水流，顧本閘取孔數(shù)n=3，單孔凈寬B

6、。=3*3=9m5.19m，即b。=3m，分隔閘孔時，按設(shè)計規(guī)范，取中墩寬d1=1m，取邊墩寬d2=1m,中墩頭部為流線型，邊墩頭部為矩形。 閘孔總寬B= nbo+(n-1) d1=3*3+2*1=11m 閘底板總寬b0=B+2d2 =11+2*1 =13m 取bcp=b河寬=17m， b-=b閘孔總寬=11m所以， b-/bcp=11/17=0.64,介于0.60.85之間，符合規(guī)范要求。2.4驗算Q設(shè)計對于多孔寬頂堰（有邊墩及閘墩）側(cè)收縮系數(shù)應(yīng)取邊孔及中孔的加權(quán)平均值， (2-1)N為閘孔數(shù)， z ，b分別為中閘孔及邊閘孔的側(cè)收縮系數(shù) =1-。（p1H+30.2）4bB(1 - bB) (

7、2-2)式中o為考慮墩頭及堰頂入口形狀系數(shù)。矩形o=0.19，圓弧形0=0.10，且當P1H=0時，即為無堰坎寬頂堰。閘門單孔凈寬bo=3m， 閘孔總寬B=11m。將已知條件代入公式(2-2)求得： z=0.829b=0.910再將上面兩個數(shù)字代入（2-1）式求得： =0.856Q設(shè)計 = 故滿足要求。2.3 閘頂高程閘頂確定 閘頂高程是指閘室胸墻或閘門擋水線上游閘墩和岸墻的頂部高程。閘頂高程應(yīng)保證在最高水位以上有足夠起高，以防漫溢閘頂，超高值等于波浪中心線超過靜水位的高度，波浪高度以及安全加高的總和。由本閘地址處于平原地區(qū)海河流域，取計算風速v=19m/s，風向垂直于水閘軸線，正常蓄水位時，

8、閘前水域風區(qū)長度為0.25km，河床不沖流速v=1.0m/s，由基本資料知埋深在0.313m左右，取埋深10m，由級建筑物取最小安全超高0.4m。 頂1=上游+A正常=44.82+0.4=45.22 頂2=上游+d波浪設(shè)計 波浪高度2hB=0.073kv10D 得2hB=0.0136v32D13=0.013619320.2512=0.563m按重力壩公式計算波長LB=0.389vD13 (2-3)可得LB=4.656m查資料得，當閘前水深H大于半個波長LB時，h0的計算可簡化為h 0 2hB2LB (2-4)求得h0=0.428m查資料得超高d=h0+2hB+ (2-5)為安全超高 =0.3代

9、入公式得d=1.291m頂2=44.82+d=46.11m又提頂高程為48.11m根據(jù)規(guī)范要求 取閘頂高程48.50m2.4閘門頂高程的確定取閘門頂高程與閘頂高程齊平，即閘門頂=閘頂=48.50m2.5閘門高H門的確定 H門=閘門頂-底板=48.50-40.30=8.20m3水閘消能防沖設(shè)計3.1水閘消能防沖設(shè)計計算任務(wù) 水閘的修建，改變了原河道天然水流原有狀態(tài)，使閘上下游形成一定水位差，過閘水流具有較大功能從而有可能是下游河床產(chǎn)生嚴重沖刷，以致危害水閘的安全。平原區(qū)多用底流式消能措施，因此設(shè)計計算的主要任務(wù)是確定消能的型式，深度、長度、護坦寬度、海漫的型式及尺寸，防沖槽的深度。3.2控制情況

10、的確定3.2.1水躍位置與形式對消能的影響 （1）水躍位置與形式水躍位置決定于壩址收縮斷面水深hc的共軛水深hc與下游水深ht的相對大小。可能出現(xiàn)下列三種情況：第一種情況，ht=hc這種情況下，水躍直接發(fā)生在收縮斷面處，為臨界式水躍。第二種情況，htLmin=22.6m根據(jù)防滲尺寸圖計算防滲長度L=30.8m ，滿足要求。3.3.5閘基防滲長度校核 插圖圖( ) 防滲鋪蓋尺寸圖（單位：）水平投影=1.0+16.08+1.0+11.3=29.38m，鉛垂投影 =0.5+0.5+0.1= 1.1 m， / =26.715，查水閘設(shè)計規(guī)范第240頁（c.2.1-1），當 /5時,按下式計算有效深度:

11、=0.5 式（3-20） 式中: 土基上水閘的地基有效深度（m）； 地下輪廓的水平投影長度（m）；地下輪廓線的垂直投影長度（m）。所以:=0.529.38=14.69m，因為不透水層為無限深所以有效深度為閘基透水層的計算深度。地下輪廓線的簡化，計算各段阻力系數(shù),公式選自水閘設(shè)計規(guī)范（C.2.2-1）至（C.2.2-3）。按等勢線的位置，將閘底板輪廓分成幾個典型流段，每一流段的阻力系數(shù)。 出口段： 式 （3-21） 內(nèi)部鉛直段：y=2lnctg41-ST 式（3-22） 水平段：x=L-0.7(S1-S2)T 式（3-23）式中: 進出口段的阻力系數(shù)； S板樁或齒墻的入土深度（m）; T地基透水

12、層深度（m）。 區(qū)：進口段，將s=1.0m，T=14.69m代入公式（3-21）求得1=0.459；區(qū)：水平段，將L=1.0m，S1=S2=0m，T=13.69m代入公式（3-23）求得2=0.073；區(qū)：內(nèi)部鉛直段，將S=0.5m，T=14.19m代入公式（3-22）求得3=0.035;區(qū)：水平段，將L=16.08m，S1=S2=0.5m，T=14.19m代入公式（3-23）求得4=1.08;區(qū)：內(nèi)部鉛直段，將S=0.5m，T=14.19m代入公式（3-22）求得5=0.035;區(qū)：水平段，將L=2m，S1=S2=0m，T=13.69m代入公式（3-23）求得6=0.146;區(qū)：內(nèi)部鉛直段，

13、將S=0.5m，T=14.19m代入公式（3-22）求得7=0.035;區(qū)：水平段，將L=9.3m，S1=S2=0.5m，T=14.19m代入公式（3-23）求得8=0.606;區(qū)：內(nèi)部鉛直段，將S=0.5m，T=14.19m代入公式（3-22）求得9=0.035;區(qū)：水平段，將L=1.0m，S1=S2=0m，T=13.69m代入公式（3-23）求得10=0.073；區(qū)：進口段，將s=1.0m，T=14.69m代入公式（3-21）求得11=0.459； i=0.459+0.073+0.035+1.08+0.035+0.146+0.035+0.606+0.035+0.073+0.459=3.04

14、根據(jù)公式hi=H ii可求得 h1=0.683m；h2 =0.109m；h3=0.052m；h 4=1.612m；h 5=0.052m；h 6=0.217m；h 7=0.052m；h 8=0.901m；h 9=0.052m；h 10=0.109m；h 11=0.683m。4.閘室結(jié)構(gòu)布置4.1閘室結(jié)構(gòu)布置任務(wù) 確定閘室內(nèi)各部件，如底板、閘墩、閘門、胸墻、工作橋、交通橋等形式、布置、尺寸與構(gòu)造。4.2閘底板結(jié)構(gòu)形式閘室底板結(jié)構(gòu)布置型式與閘室基礎(chǔ)設(shè)計方案密切相關(guān)，本閘基為砂壤土，選擇整體小的底板型式為宜，整體式底板是將閘墩與底板澆筑成整體閘室，分縫常設(shè)在閘墩內(nèi)，其特點是結(jié)構(gòu)整體性好，對地基不均勻沉

15、降適應(yīng)性強，并有較好的抗震性，施工技術(shù)要求不高，水流條件好，易于滿足運用要求，孔徑不宜過大，否則底板應(yīng)力大，鋼筋用量多。底板順水流方向長度，應(yīng)按滿足上部結(jié)構(gòu)布置，閘室抗滑穩(wěn)定，地基承載力和水閘防滲要求確定。水閘上下游水位差H愈大，地基承載力愈低，底板應(yīng)力愈大，本設(shè)計初擬L底板=11.3m(前面已經(jīng)擬定)。4.3閘門結(jié)構(gòu)型式 本設(shè)計為平板鋼閘門 取閘孔凈寬b=3m，閘門高HD=8.2m；4.4工作橋結(jié)構(gòu)型式4.4.1工作橋橋面高程工作橋=上游+H門+A ，其中安全超高A取0.51.0m，本處取為0.8m，則 工作橋=44.82+8.2+0.8=53.82m；工作橋橋底高程底板=48.5m；工作橋

16、高度H橋=53.82-48.5=5.32m4.4.2工作橋機構(gòu)型式采用T形梁式結(jié)構(gòu)梁高h工=（18120）B=0.150.375m， 本設(shè)計取0.3m；腹板b=(12.5+14)h工=0.0750.12m， 本設(shè)計取0.1m；翼緣厚t1=10cm，翼緣根部厚t2=2t1=20cm，欄桿柱尺寸為1515cm2020cm,本設(shè)計取1515cm；欄桿高為1.11.2m，欄桿與橋邊距取15cm;蓋板厚度取10cm，寬取0.5cm。4.4.3工作橋面寬卷揚啟閉機橋面寬可采用（）m，本設(shè)計?。ǎ﹎4.4.4工作橋總長工作橋總長等于閘底板寬，即L工=13m。工作橋結(jié)構(gòu)圖4.5交通橋交通橋應(yīng)根據(jù)閘室穩(wěn)定性及兩

17、端公路交通而定，本水閘因無交通要求，故寬度取5.0m，長度同工作橋，即L交=13m，工作橋的高度取為1m,腹板為0.4m，翼緣厚取0.1m，根部為0.2m，取布置在下游。（具體位置見總體布置圖。）4.6閘墩閘墩的作用為分隔閘孔，支承閘門，同時作為上部結(jié)構(gòu)的支承，傳遞上部荷載至地基。按工作條件不同，閘墩可分為中墩、縫墩和邊墩。閘墩上分縫的閘室剛度較大，變形小，適用于比較軟弱的地基。因此本閘不用設(shè)置縫墩。閘墩的長度取決于閘門型式、閘門在閘孔的位置及上部結(jié)構(gòu)的布置。閘墩順水流方向的長度取與底板相同，為14.4m。閘墩為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，中墩厚為1.0m，邊墩厚為0.8m。閘墩型式采用上游為半圓型，下游

18、為流線型，由水工設(shè)計手冊P.615。閘墩上設(shè)兩道門槽（檢修門槽、工作門槽），檢修門槽在上游，槽深0.3m,寬0.3m。工作門槽一般由閘門尺寸及支承方式確定。槽深先設(shè)為0.3m，寬為0.5m。二閘門之間凈距為3.0m。閘門越靠向下游，則對閘室抗滑穩(wěn)定越有利（可利用水重）。本設(shè)計將工作閘門設(shè)在閘室中央。 圖3.1 閘墩尺寸圖（單位： ）3.1.7各部分重量計算閘墩重：一個中墩重=11.3-0.5-1.21-20.50.3-0.30.32+2（0.5）2（81.72-0.51.21.2）8.225=2119.7KN 一個邊墩重=11.3-0.51-0.50.3-0.30.38.225=2245.3KN 閘墩總重=2中墩+2邊墩=22119.7+22245.3=8730KN底板重：底板重=11.30.5+0.50.5(1.5+1) 0