【正文】 開河道上。選擇閘址應考慮材料來源、對外交通、施工導流、場地布置、基坑排水、施工水電供應等條件，同時還應考慮水閘建成后工程管理維修和防汛搶險等條件。選擇閘址還要考慮下列要求：占用土地及拆遷房屋少；盡量利用周圍已有公路、航運、動力、通信等工用設施；有利于綠化、凈化、美化環(huán)境和生態(tài)環(huán)境保護；有利于開展綜合經(jīng)營。本設計綜合以上因素，決定在原址處重建。 地板應置于較為堅實的土層上，并應盡量利用天然地基。在地基強調(diào)能夠滿足要求的條件下，底板高程定得高些，閘室穩(wěn)定得高些，閘室寬度大，兩岸連接建筑物相對較低。對于小型水閘，由于兩岸連接建筑在整個工程中所占比重較大，因而總的工程造價可能是經(jīng)濟的，在大型水閘中，由于閘室工程量所占比重較大，因而適當降低底板高程，常常是有利的。當然，底板高程也不能定的太低，否則，由于單款流量加大，將會增加下游效能防沖的工程量，閘門增高，啟閉設備的容量也隨之增大。選擇底板高程前，首先確定合適的最大過閘單寬流量，它取決于閘下游河渠的允許最大單寬流量?！?。一般情況下，節(jié)制閘的底板頂面可與河床齊平?？紤]經(jīng)濟條件，本設計采取底板頂面與河床齊平。本閘設計流量Q=，閘前流速V0= m/s，, 閘上、 m、則閘上水深h=,hs=。 過水斷面面積A：A= h=(18+*3)*=行進流速計入行進流速的堰上水深m 堰頂算起的下游水深==因為，根據(jù)《水閘設計規(guī)范》SL265—2001[2]，對于平底閘，當堰流處于高淹沒度，即，閘孔總凈寬可按下式計算：B0=式中：B0——閘室總凈寬（m）；——淹沒堰流的綜合流量系數(shù)；——設計流量（）； ——計入行進流速的堰上水深（m）； ——堰頂算起的下游水深（m）。則： B0==表5—1 閘孔設計水位組合表計算情況閘前水位（m）閘后水位（m）過水流量（）設計情況校核情況 校核情況下:過水斷面面積A：A= h=(18+*3)*=行進流速計入行進流速的堰上水深m 堰頂算起的下游水深==因為，根據(jù)《水閘設計規(guī)范》SL265—2001[2]，對于平底閘，當堰流處于高淹沒度，即時，閘孔總凈寬可按下式計算：B0=式中：B0——閘室總凈寬（m）；——淹沒堰流的綜合流量系數(shù)；——校核流量（）； ——計入行進流速的堰上水深（m）； ——堰頂算起的下游水深（m）。則： B0==B0取兩種情況下的最大值，即B0=根據(jù)設計具體條件，本節(jié)制閘設為5孔。確定閘孔總寬度（1） 設計閘墩厚度根據(jù)經(jīng)驗，～, 。（2） 鉛直止水縫寬 一般縫寬為2～3cm,本設計采用2cm。（3） 閘孔總寬度。詳見下圖：6 消能設計 對于山區(qū)灌溉渠道上的節(jié)制閘如果下游是堅硬的巖體，又具有較大的水頭時，可以采用挑流消能；當下游河道有足夠的水深且變化較小，河床及河岸的抗沖能力較大時，可采用面流式銜接；平原地區(qū)的水閘，由于水頭低，下游水位變幅大，一般采用底流式效能。底流式消能的作用是通過在閘下產(chǎn)生一定淹沒度的水躍來保護水躍范圍內(nèi)的河床免遭沖刷。淹沒度過小，水躍不穩(wěn)定，表面旋滾前后擺動；淹沒度過大，較高流速的水舌潛入底層，由于表面旋滾的剪切，摻混作用減弱，消能效果反而減小?！?。本設計地址處于平原地區(qū)，水頭低，下游水位變化不大，所以采用底流式效能。用堰流計算公式計算過流能力。式中：——堰流淹沒系數(shù)，可由計算求得； ——堰流側收縮系數(shù)，由《水閘設計規(guī)范》SL265—2001[2]；——堰流流量系數(shù)。（1） 設計情況下：=Q=滿足要求（2） 校核情況下：Q=滿足要求。 下游水位與流量關系根據(jù)水閘所在河流橫斷面圖，算下游水位與流量關系。用明渠均勻流公式進行計算，公式如下：式中：A——過流斷面面積，（）； Q——下泄流量，（）； C——謝才系數(shù)，（）； R——水力半徑，（m）； n——糙率，n=； ——過水斷面濕周，（m）； i——渠道底坡，1/4500本水閘工程采用底流式消能,設消力池。根據(jù)經(jīng)驗，消力池深度最大值出現(xiàn)在閘門局部開啟，出流為中小流量，水位差較大時，計算消力池長度應對不同開啟孔數(shù)和不同開啟高度進行計算，找出最大值。消力池的深度是各種流量下所需消能池深度的最大值。最大值時的流量為消力池池深的設計流量。根據(jù)《水閘設計規(guī)范》SL265—2001[2]和《水力學》[3]，具體計算公式如下:閘孔出流的流量：躍后水深：， （近似為1）消力池深度：挖池前收縮水深：挖池后收縮水深：出池落差： 式中：—消力池首端寬度(m)；—消力池末端寬度(m)——閘孔開度，；u——流量系數(shù)，； H——閘前水頭，由于行近流速較小，所以令； ε——垂直收縮系數(shù)，查《水力學》[3]（上冊），P329 ； ——水躍淹沒系數(shù)，； ——水流能動校正系數(shù)，； q——過閘單寬流量，； ——由消力池底板頂面起算的總勢能，； ——流速系數(shù)，查《水力學》[3]（下冊）； ——下游河床水深, ,根據(jù)流量由圖2—2可查得。收縮水深計算 式中：hc—收縮水深(m)；T0—由消力池底板頂面算起的總勢能(m)；q—過閘單寬流量(m3/s/m)；a—水流動能校正系數(shù)，“規(guī)范”，； —流速系數(shù)，“規(guī)范”規(guī)定。②躍后水深計算式中：—躍后水深(m)?！Τ厥锥藢挾?m)； —消力池末端寬度(m)③ 出池落差計算式中：ΔZ—出池落差(m)?！龀睾哟菜?m)。④ 消力池深度計算式中：d—池深(m)—水躍淹沒系數(shù),。確定消力池池深 由計算,消力池池深為：d=。對應的 ①水躍長度計算式中： —水躍長度(m)②消力池長式中 —消力池長度(m)；—消力池斜坡段投影長；—水躍長度校正系數(shù)，《規(guī)范》。算出消力池長= 消力池底板厚度的計算 消力池底板厚度必須同時滿足抗沖和抗滑要求。前者取決于作用在底板表面的水流沖擊力，后者取決于作用在壩基上的滲透壓力。 水流沖擊力隨著消力池的縱向距離而逐漸減弱，直至水躍尾部臨近消失，所以該處的底板厚度只需滿足構造要求即可；同樣，在底流消能情況下，為獲得較好的消能效果，把水躍控制在消力池斜坡末端，這樣斜坡上的揚壓力大于其它部位，特別是躍首部位。因此，無論是根據(jù)抗沖或是抗滑要求，首先從抗沖或是抗滑要求計算池首底板厚度，然后取其中最大值的1/2為底板末端厚度。根據(jù)《水閘設計規(guī)范》SL265—2001[2] 消力池的厚度可根據(jù)抗沖和抗滑要求，按下式計算，并取最大值。抗沖 抗浮 式中：t——消力池底板始端厚度，；——閘孔泄水時的上、下游水位差，；——消力池底板計算系數(shù)，～，；——消力池底板抗浮安全系數(shù)，～，；U——作用在消力池底板底面的揚壓力，；W——作用在消力池底板頂面的水重，；——作用在消力池底板底面的脈動壓力，其值可取越前收縮斷面流速水頭值的5%；——消力池底板的飽和重度，（），本設計為25；——確定池深時過閘單寬流量。綜合設計與校核情況下計算出的消力池底板厚度，,且消力池末端厚度采用。 底流式消力池設施有三種型式：挖深式、消力檻式和綜合式。當閘下游水深度小于躍后水深時，可采用挖深式消力池消能。當閘下尾水深度略小于躍后水深是，可采用消力檻式消力池；當閘下尾水深度遠小于躍后水深，且計算消力池深度又較深時，可采用挖深式與消力檻式相結合的綜合消力池。本設計下游水深度小于躍后水深，所以選用挖深式。消力池與基礎底板，翼墻及海漫間均用沉降縫或溫度縫相互分開，以適應不均勻沉陷及伸縮。消力池底板分縫，順水流方向縱縫與基礎底板的縱縫錯開，不設垂直方向的橫縫。縱縫以不大于20～30m 為宜，在此取4m，縫內(nèi)填筑可伸縮材料，消力池的縫兼有防滲作用，縫內(nèi)需配置止水帶。為減少消力池底板上的揚壓力，可在池底板后半部分設置排水孔，孔徑一般為5～25cm,在此取10cm,間距1～3m, 。排水孔以梅花形排列，并在該部位的整個底板下面鋪設反濾層，但不宜將排水孔設置于斜坡段末端或水流收縮斷面處，以免排水孔下土料被急流形成的局部真空所吸出。為了增強護坦板的抗滑穩(wěn)定性常在消力池末端設置齒墻。消力池末端通常還設有尾坎，其作用是雍高池內(nèi)水位，促使消力池能在下游水位不足時形成水躍，并控制縮短水躍長度，將出流挑向水面，調(diào)整出池水流的流速分布，促進出池水流的擴散作用，以減小下游河床的沖刷。消力池具體布置詳見圖。 消力池布置圖 （單位：cm）式中：—海漫長度(m)；—消力未端單寬流量（m3/s/m）；—海漫長度計算系數(shù)，按《規(guī)范》；—泄水時的上、下游水位差（m）。 綜合設計與校核情況，由計算表分析最后確定海漫長度為25m。，，海漫長采用25m，為防止下游渠底沖刷，采用護坡、護坦與下游渠道連接，末端設有齒墻。7 防滲排水布置1. 防滲設計的目的防止閘基滲透變形。減小閘基滲透壓力；減少水量損失；合理選用地下輪廓尺寸。防滲設計一般采用防滲和排水相結合的原則，即在高水位側采用鋪蓋、板樁、齒墻等防滲設施，用以延長滲徑、減小滲透坡降和底板下的滲透壓力；在低水位側設置排水設施，使地下滲水盡快排出，以減小滲透壓力，并防止在滲流出口附近發(fā)生滲透變形。1）初擬閘基防滲長度應滿足:式中:L閘基防滲長度，即閘基輪廓線防滲部分水平段和垂直段長度的總和（m）；C允許滲徑系數(shù)值。由本工程為中粉質(zhì)壤土，取9；H上、下游最大水頭差(m)。則， L=9=(m)2）防滲設備 由于閘基土質(zhì)以黏性土為主，防滲設備采用黏土鋪蓋，閘底板上、下游側設置齒墻，為了避免破壞天然的黏土結構，不宜設置板樁。3)防滲設備尺寸及構造1. 閘底板順水流方向長度根據(jù)閘基土質(zhì)，系數(shù)A取3，則L=3= ； 經(jīng)綜合考慮上部結構布置及地基承載力等要求，確定閘底板長度為9m。（～）倍的上下游水位差，；3. ；4. 鋪蓋長度35倍上下游水頭差,取25m，為便于施工。4）校核地下輪廓線的長度實際的地下輪廓線布置長度應大于理論的地下輪廓線長度。根據(jù)以上設計數(shù)據(jù)，通過校核，滿足要求。閘基防滲長度=鋪蓋長度+閘底板長度+齒墻長度=＞, 采用排水設備，可降低滲透壓力，排除滲水，避免滲透變形，增加下游的穩(wěn)定性。排水的位置直接影響滲透壓力的大小和分布，應根據(jù)地質(zhì)情況和水閘的工作條件，做到既減小滲壓又避免滲透變形。 （1）鉛直排水。本工程在護坦設排水孔，孔距為1m,孔徑為10cm，呈梅花形布置，孔后設反濾層。 （2）水平排水。反濾層上部為300g/的土工布，下部為10cm的粗沙墊層。 3．止水設計 凡是有防滲要求的縫，都應設止水設備。止水分鉛直止水和水平止水兩種。前者設在閘墩中間、邊墩與翼墻間以及上游翼墻鉛直縫中；后者設在黏土鋪蓋保護層上的溫度沉降縫、消力池與底板溫度沉降縫、翼墻和消力池本身的溫度沉降縫內(nèi)。 滲流計算計算閘底板各點滲透壓力。驗算地基土在初步擬定的地下輪廓線下的滲透穩(wěn)定性。 計算方法有直線比例法、流網(wǎng)法和改進阻力系數(shù)法，由于改進阻力系數(shù)法計算結果精確，采用此種方法進行滲流計算。 地下輪廓線布置及典型流段的劃分水閘地下輪廓線布置及典型流段劃分見圖7－3 圖7－3 地下輪廓線布置及典型流段劃分圖 閘基滲流計算依據(jù)文獻[2]，采用改進阻力系數(shù)法對該閘的基底滲流進行核算。 有效深度的確定地下輪廓水平投影長度L0=34m，地下輪廓垂直投影長度S0=，L0/S0=34/=22 5，因地下不透水層較深，則有效深度確定為17m。 計算各段的阻力系數(shù)及水頭損失首先將滲流區(qū)按地下輪廓線形狀分為若干個典型滲流段，然后計算各段阻力系數(shù)和水頭值。首先計算阻力系數(shù)，采用如下公式：進出口段： (525)內(nèi)部水平段： (526)內(nèi)部垂直段： (527)相關參數(shù)的取值見圖54。 圖731 典型流段的阻力系數(shù)計算示意圖計算結果見表。阻力系數(shù)計算成果表位置流段序號STξ進口段1 出口段13 內(nèi)部垂直段3 5 7 9 11 阻力系數(shù)計算成果表位置流段序號S1S2LTξ水平段 200 17 41121 60080011010 1612001依次算出各滲流段的阻力系數(shù)，并利用公式計算各段水頭損失。 進出水處水頭損失修正公式，見文獻[2]： (528)式中：β—阻力修正系數(shù)，當計算β