【正文】 防沙措施。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 第 3 章 水閘的水力計(jì)算 閘孔設(shè)計(jì) 閘孔設(shè)計(jì)的任務(wù)是依照水閘的運(yùn)用要求及河床地質(zhì)情況，根據(jù)規(guī)劃給定的過(guò)閘流量、響應(yīng)的上下游水位及允許的上游淹沒(méi)影響。 閘底板高程的確定 閘底高程選定得是否得當(dāng)，對(duì)閘的穩(wěn)定與閘孔尺寸的大小有很大影響。從運(yùn)用方面看，低的閘檻也會(huì)給防沙，沖沙布置帶來(lái)困難，而且沙容易進(jìn)入渠道，增加常年清除管理費(fèi)用。 閘孔尺寸 的確定 閘孔凈寬計(jì)算 (1)上下游水位差 閘孔凈寬的控制情況通常是宣泄設(shè)計(jì)和校核設(shè)計(jì)時(shí)，此時(shí)閘門(mén)全部開(kāi)啟，多為淹沒(méi)流態(tài)。 當(dāng)閘門(mén)全開(kāi)水流有連續(xù)的自由表面時(shí) ,通過(guò) Q 設(shè)計(jì) , Q 校核 來(lái)驗(yàn)算。小型水閘常用鋼筋混凝土或鑄鐵閘門(mén)， b 一般為 2~3m。 取 26 個(gè)孔數(shù)，單孔凈寬 b=； 取 13 個(gè)中墩，中墩厚度 d2=； 取 13 個(gè)縫墩，縫墩厚度 d2′ =； 取 12 個(gè)逢 ，每個(gè)縫寬 ； 則： B=B0+13 +13 .+12 = （ 1）分隔閘孔，確定中墩與邊墩形式與厚度，并求得其真實(shí)側(cè)收系數(shù)值： 查表得： 167。 k]H0/nb [1] =[+]= （ 2） 驗(yàn)算設(shè)計(jì)與校核洪水泄流能力，并應(yīng)滿(mǎn)足： Q 實(shí)設(shè) ≥ Q 設(shè) 與 Q 實(shí)設(shè) ≥ Q 校核 如不滿(mǎn)足，則修改直至設(shè)計(jì)滿(mǎn)足為 止。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 即 Q 實(shí)設(shè) = =4100 即： Q 實(shí)設(shè) Q 設(shè) Q 實(shí)設(shè) = 16 =5050=Q 校核 即：在 5%范圍內(nèi)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 查表 82 得 A 設(shè) =， A 校核 = 泄水 時(shí)：▽ 閘頂 =▽ 設(shè)洪 +A 設(shè) =+= ▽ 閘頂 =▽ 校洪 +A 校 =+= 擋水時(shí)：▽ 閘頂 =最高閘前水位 +波浪爬高 =+= 市區(qū)防洪的堤頂要求： 閘頂高程應(yīng)取以上數(shù)值中最大的，即取 閘門(mén)頂高程 對(duì)于開(kāi)敞式水閘，閘門(mén)頂高應(yīng)不低于可能出現(xiàn)的最高擋水位 +安全超高 a， a 一般取 左右，不宜小于 米。為了設(shè)計(jì)好水閘，必先了解過(guò)閘水流的特性，才能做好效能設(shè) 施。 (3) 水閘常是多孔建筑物，若運(yùn)用不當(dāng)，往往會(huì)造成折沖水流或遠(yuǎn)驅(qū)式水躍，沖毀消能設(shè)施 .和下游渠床。 (5) 閘下渠床土質(zhì)抗沖能力差，故閘下渠底寬常超過(guò)閘寬。底 流消能可適應(yīng)在較大范圍內(nèi)變動(dòng)的過(guò)閘流量和下游水位，同時(shí)在平面上也容易擴(kuò)散。 (1) 消力池 消力池的作用是使閘后水流產(chǎn)生稍淹沒(méi)水躍，并保護(hù)水躍范圍內(nèi)的同床免受沖刷，設(shè)計(jì)內(nèi)容有：池深，池長(zhǎng)護(hù)坦（消力池底板）厚板，尾壩及輔助消能工，消力池構(gòu)造，消力池底板的分縫及筑池材料。 海漫的作用是消除水流余能，調(diào)整流速分布，使水流均勻擴(kuò)散，增大水深減小流速，并保護(hù)河床免受沖刷。 防沖槽可以作成堆石形成，槽頂與海漫末端齊平，槽底則決定手開(kāi)挖的施工條件。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 閘門(mén)的運(yùn)用方式 對(duì) N 孔水閘，閘門(mén)開(kāi)啟方式有： （ 1） N 孔同步分級(jí)均勻開(kāi)啟 （ 2） 隔孔同步分級(jí)均勻開(kāi)啟 （ 3） 中央數(shù)孔對(duì) 稱(chēng)分級(jí)均勻開(kāi)啟 （ 4） 兩側(cè)邊孔或邊孔 +數(shù)鄰對(duì)稱(chēng)分級(jí)均勻開(kāi)啟 為確保水閘在任意發(fā)生的工作情況下安全運(yùn)用。 （ 2）啟閉不要過(guò)猛 ,或時(shí)快時(shí)慢 ,應(yīng)均勻并且勻速地各孔同步開(kāi)啟 ,如發(fā)現(xiàn)有沉重阻滯現(xiàn)象 ,應(yīng)立即停止 ,檢查其原因 ,進(jìn)行處理 . （ 3）應(yīng)對(duì)稱(chēng)開(kāi)啟 (要求孔數(shù) ,孔位對(duì) 稱(chēng) ,開(kāi)度對(duì)稱(chēng) ) （ 4）逐級(jí)分檔開(kāi)啟 .每檔開(kāi)度規(guī)則 e= （ 5）閘門(mén)開(kāi)啟時(shí) ,應(yīng)避免停留發(fā)生震動(dòng)的位置．如發(fā)現(xiàn)閘門(mén)及啟閉機(jī)發(fā)生震動(dòng)應(yīng)停止進(jìn)行檢查，待障礙消除后在繼續(xù)啟閉． （ 6）當(dāng)開(kāi)啟閘門(mén)接近最大開(kāi)度或關(guān)閉閘門(mén)接近閘底時(shí)，要特別注意控制，降低速度并及時(shí)停止，防止歲壞機(jī)件和閘門(mén)． （ 7）過(guò)閘流量必須與下游水位相適應(yīng)，使水躍發(fā)生在消力池內(nèi)，避免水躍發(fā)生消力池以下部位． ４ .３池深設(shè)計(jì) 池深設(shè)計(jì)條件 池深設(shè)計(jì)采用校核水位，攔河壩取正常引水時(shí)，遭遇校核洪水，閘前水位按，閘后初始水位， 取對(duì)應(yīng)正常引水時(shí)河道下泄流量Ｑ＝ 244m3／ s 時(shí)對(duì)應(yīng)的水位為 ． 池深不利情況的確定：它可能發(fā)生于著們某一開(kāi)啟方式的某一開(kāi)度下，理論上應(yīng)該與各種閘門(mén)的開(kāi)啟方式的各種開(kāi)度進(jìn)行搜尋．據(jù)經(jīng)驗(yàn)，下游水深很低時(shí)，往往初始開(kāi)度最不利，因此本設(shè)計(jì)只取工況，攔河壩取正常引水時(shí)遭遇校核洪水，對(duì)于能夠的▽ 上 ＝ ▽ 下 ＝ 運(yùn)用方式為各孔全開(kāi)，在不同開(kāi)度 e 情況下hc’’hc 差值最大．作為池深的控制情況來(lái)計(jì)算池深 d. 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 求 Q 控 在不同的開(kāi)度 e 下，水流狀態(tài)可能從孔流變成堰流，因此在計(jì)算時(shí)應(yīng) 加以注意。支鉸位置應(yīng)設(shè)于泄水時(shí)不受水流和漂浮物 沖擊的高程上，攔河閘閘門(mén)可設(shè)于 3/2~1 倍門(mén)高處，并最好高出下游最高水位 米。 滿(mǎn)足抗沖要求時(shí)護(hù)坦始端厚度 t 按下式計(jì)算 T=k1 Hq ? [6] 式中： q—— 護(hù)坦的單寬流量 m3/() H? —— 泄放時(shí)的水閘上下游水位差， K1—— 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，可采用 ~，本設(shè)計(jì)取 K1= 列表計(jì)算不利情況，取計(jì)算值的較大者。適宜的斜坡段坡率應(yīng)使海漫末端水流流速 V不大于河床不沖流速 [V 不沖 ]即 V=q/h? [V 不沖 ]. 為了迅速降低出池水流的速度，借以減弱水流的 沖刷能力，在海漫的布置上應(yīng)使水流迅速擴(kuò)散。此時(shí) V[V 不沖 ]滿(mǎn)足要求， 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 海漫的沖坑深度 t”可按下式計(jì)算 t”=tph [8] =[V] hc” =* = 式中： tp， h—— 自下游水面算起的沖坑深度和海漫末端河床水深， m q—— 海漫末端的單寬流量 m3/() [V]—— 河床土質(zhì)的沖流速， m/s。槽深取 。 分縫止水 消力池與閘底版、海漫，兩岸翼墻之間應(yīng)設(shè)置沉降縫，位于防滲范圍內(nèi)的縫應(yīng)設(shè)置止水，大型水閘應(yīng)設(shè)兩道止水，位于防滲范圍內(nèi)的縫可鋪貼瀝青油氈。 為降低護(hù)坦底部揚(yáng)壓力，可在護(hù)坦水平段的后半部設(shè)排水孔，孔徑一般取為 5～ 25㎝，間距 1～ 3m呈梅花狀布置，孔內(nèi)填碎石或無(wú)砂砼，以利排水防淤，排水孔下設(shè)反濾畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 層，消力池末端底部一般設(shè)齒墻，以增強(qiáng)其抗滑穩(wěn)定性，齒墻深一般為 ～ ～。水閘的防滲排水設(shè)計(jì)的任務(wù)是：（ 1）擬定合理的地下輪廓線(xiàn)形式與尺寸；（ 2）進(jìn)行滲流計(jì)算，以確定閘地板的滲透壓力，驗(yàn)算閘基及兩岸土體的抗?jié)B穩(wěn)定性，以及對(duì)地下輪廓線(xiàn)的形式與尺寸進(jìn)行修改；（ 3）進(jìn)行防滲設(shè)施的構(gòu) 造設(shè)計(jì)等。滲流計(jì)算方法常用的有直線(xiàn)法、流網(wǎng)法、改進(jìn)阻力系數(shù)法、數(shù)值解法和試驗(yàn)法等。因此，布置地下輪廓時(shí)應(yīng)以防止?jié)B透變形，減小滲漏為主。 為了保證閘基滲 透穩(wěn)定性，閘基長(zhǎng)度應(yīng)滿(mǎn)足下式： L≥ Lain=cH [9] 式中： Lain—— 最小閘基防滲長(zhǎng)度； m H —— 水閘上、下游最大水位差： c —— 滲徑系數(shù)與地基土質(zhì)有關(guān)，見(jiàn)表 5— 1 表 5— 1 滲徑系數(shù) c值 排水條件 粉砂 細(xì)砂 中砂 粗砂 中礫細(xì)礫 粗礫夾卵石 輕粉質(zhì)砂壤土 砂壤土 壤土 黏土 有反濾層 9～13 7～9 5～7 4～5 3～ 4 ～ 3 7～ 9 5～ 7 3～5 2～4 無(wú)反濾層 4～7 3～4 本設(shè)計(jì)中 c值取 3 則： Lain=3 = L=20++3= 故： L= Lain=；滿(mǎn)足條件 滲透計(jì)算 地下輪廓線(xiàn)的簡(jiǎn)化 （其圖祥見(jiàn)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)） 確定控制層的計(jì)算深度 T 計(jì) 當(dāng) L0/S0≥ 5 時(shí) , Te= 當(dāng) L0/S05 時(shí) , Te=5L0/( L0/S0+2) 式中： L0， S0—— 地下輪廓線(xiàn)分別在水平及豎直面上的投影長(zhǎng)度， m 故 L0= S0=3+1=4m 所以 L0/S0=故按 Te= L0 =*= 取實(shí)際透水層深度 Ta=20m。 S， s2—— 該處的板樁長(zhǎng)度 Sx —— 水平阻力系數(shù)。 即 ： β =)0 ](2)(*12[ 12 ?? = h0’ =*= 則： J 出 = h0’ /S’ =〈 [J 出 ]= 滿(mǎn)足條件，故不會(huì)產(chǎn)生滲透變形 Jx=H/（ T*∑ξ i） =（ 20*） = 〈 [Jx]= 滿(mǎn)足條件，所以底板下的滲流不會(huì)產(chǎn)生滲透變形。少筋混凝土閘墩 。 其閘墩具體尺寸見(jiàn)圖 62 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 閘門(mén) 閘門(mén)是設(shè)于水工建筑物口門(mén)處的活動(dòng)控制結(jié)構(gòu)，用來(lái)調(diào)節(jié)流量，控制上下游水位，宣泄洪水，排泄沉沙，排放冰塊、漂浮物、放運(yùn)船只等，是水工建筑物的重要組成部分。支撐雖然構(gòu)造簡(jiǎn)單，便于制造，但主橫梁為簡(jiǎn)支梁跨中彎距大，綜合考慮選斜撐式，兩段臂取 b/4=。工作橋底免高程應(yīng)使閘門(mén)開(kāi)啟后門(mén)底高于最高泄洪水位并有一定的安全余度，且應(yīng)滿(mǎn)足閘門(mén)能從閘孔中取出檢修。在不需要通行汽車(chē)的水閘中，可根據(jù)情況，只要求滿(mǎn)足通行行人，畜力車(chē)輛或小型拖拉機(jī)的需要。橋凈寬為 ，人行道寬為 2=，欄桿寬 2=，兩邊各留 ，橋總寬 。 當(dāng)有交通要求時(shí)，閘上須設(shè)置公路橋。交通橋的支承方式、跨度、縱梁尺寸等基本同于工作橋。 門(mén)的重量： 門(mén)自重可按附錄公式計(jì)算 當(dāng) B10m 時(shí) G= 式中： HS—— 設(shè)計(jì)水頭， m。當(dāng)垂直菏載也過(guò)大時(shí)也可能產(chǎn)生深層滑動(dòng)，當(dāng)正常擋水時(shí)，在加上地震，慣性力和地震引起的激蕩水壓力對(duì)閘的穩(wěn)定更為不利。 [KC]— 容許抗滑穩(wěn)定的安全系數(shù)。WM??— 作用在基底以上的所有鉛直力總和 KN，所有鉛直力與水平力基底順河向?qū)ΨQ(chēng)中心的力矩總和， 。 [?]— 地基應(yīng)力不均勻系數(shù)容許值。 荷載計(jì)算 作用在閘時(shí)上的荷載主要有：結(jié)構(gòu)自重（包括底板、閘墩、工作橋與啟閉機(jī)、交通橋等）水重、水平水壓力、揚(yáng)壓力、浪壓力即地震荷載等。 [Kc]取值：基本組合對(duì)取 [Kc]=，特殊組合時(shí)取 [Kc]=。 B— 計(jì)算閘段垂直河流向?qū)挾龋?m； L— 閘底板順順河流向長(zhǎng)度， m； ③平均壓應(yīng)力公式： ? ?m a x m in2??????? [15] 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 地基應(yīng)力不均勻系數(shù) ? ?maxmin?????? [16] 式中： ,??— 閘基平均壓應(yīng)力， Kpa，地基應(yīng)力不均勻系數(shù)。 ②最大最小應(yīng)力公式： m a x 。因此必須驗(yàn)算水閘在各種工況下的安全性，必要時(shí)進(jìn)行地基處 理，本次設(shè)計(jì)只驗(yàn)算以上所述的三種情況。 W 啟 =36KN 第 7 章閘室穩(wěn)定及基底應(yīng)力計(jì)算 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 設(shè)計(jì)說(shuō)明 計(jì)算的任務(wù) 計(jì)算的任務(wù)是驗(yàn)算閘室基底穩(wěn)定性和基底應(yīng)力是否滿(mǎn)足規(guī)范要求， 計(jì)算單元 對(duì)于閘室內(nèi)設(shè)有分縫的多孔水閘，應(yīng)取兩縫之間的閘段作為計(jì)算單元 ，順?biāo)鞣较蛉￠l室總長(zhǎng)。 啟閉機(jī)的啟門(mén)高程應(yīng)滿(mǎn)足運(yùn)用要求，露頂式工作閘門(mén)底緣，應(yīng)能高出水面 1～ 2m，快速事故閘門(mén)應(yīng)能提到空口以上 ～ 。交通橋一般設(shè)在水閘下游部位，有時(shí)根據(jù)結(jié)構(gòu)布置需要也可設(shè)在上游側(cè)。 L=， L 跨 =，梁高取跨度的 1/10～ 1/8，取 。當(dāng)渠首閘的交通橋根據(jù)需要必須布置在臨河的一邊，橋面高程必須在上游最高水位加風(fēng)浪涌高以上，以免受風(fēng)浪侵襲而影響交通。即：檢修橋的橋面寬取為 ，檢修門(mén)槽深為 30cm ，橋底高程為 其結(jié)構(gòu)形式、支承方式、跨度、縱梁尺寸等與工作橋基本相同，檢修橋支承結(jié)構(gòu)之間多采用單跨簡(jiǎn)支形式。 工作橋供設(shè)置啟閉機(jī)和管理人員操縱閘門(mén)之用。支鉸可設(shè)在 倍的門(mén)高處，即支鉸高程為 ，弧形閘門(mén)門(mén)頁(yè)與支臂間采用斜撐的形式，主橫梁為雙懸臂支撐，兩段懸臂長(zhǎng)約跨度的 1/4，結(jié)構(gòu) 復(fù)雜，并對(duì)支鉸即閘墩產(chǎn)生側(cè)向推力。漿砌石閘墩 最小厚度應(yīng)不小于 加厚 . (3)閘墩的形狀 閘墩的外形須滿(mǎn)足過(guò)水平順的要求 ,一般具有如圖的三種形式 ,而最常用的形式是(a),因這種形式便于設(shè)置沉降縫 ,外形比較平順 ,也便于施工 . 有將閘墩作成框架形式的 ,雖然重量減輕了 ,污工數(shù)量省了 ,但過(guò)閘水流的流態(tài)較差 ,可能導(dǎo)致閘身震動(dòng)和下游沖刷 .宜在框架外面鑲以面板 .以保證水流平順通過(guò) . (4)閘墩