【文章內(nèi)容簡介】 工設(shè)計(jì)手冊》第 6冊過壩與泄水建筑物； 《水工鋼筋混凝土設(shè)計(jì)手冊》 1999年； 《水利水電鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范》 DL/T 503995； 《水利水電工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告編制規(guī) 程》（ DL502193） 設(shè)計(jì)基本資料 一、水位 正常蓄水位： 灌溉水位： 設(shè)計(jì)洪水 Q2%=9540m3/s，相應(yīng)閘下水位 H 下 = 校核洪水 %=9540m3/s，相應(yīng)閘下水位 H 下 = 二、計(jì)算水位組合 閘孔凈寬計(jì)算水位 設(shè)計(jì)洪水 Q2%=9540m3/s，相應(yīng)閘下水位 H 下 =； 設(shè)計(jì)水位差△ H＝ （ H 上 ＝ ）； 校核洪水 %=9540m3/s，相應(yīng)閘下水位 H 下 =； 計(jì)算閘上雍高水位 H 上 （供墩頂高程用） ； 17 消能計(jì)算水位 閘上水位 H 上 ＝ ； 閘下水位 H 下 ＝ ； 下泄流量：以閘門開啟度 e＝ 、 e＝ 以及全開時(shí)的泄量。 閘室穩(wěn)定計(jì)算水位（關(guān)門） 閘上設(shè)計(jì)水位 H 上 ＝ ， H 下 ＝ ； 閘上校核水位 H 上 ＝ ， H 下 ＝ ； 三、地震設(shè)防烈度 本地區(qū)地震基本烈度為Ⅵ度，不考慮地震設(shè)防。 四、安全系數(shù) 安全超高 水閘為 3級混凝土建筑物，根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（ SL 265─ 2020）安全超高下限值： 泄洪時(shí) (設(shè)計(jì)洪水位 )， (校核洪水位 )； 關(guān)門時(shí) (設(shè)計(jì)洪水位 )， (校核洪水位 )。 抗滑穩(wěn)定安全系數(shù) 土基上的 3級混凝土建筑物，基本組合（設(shè)計(jì)）為 ；特殊組合（核校）為 。 五、其它資料 單孔凈寬： 8～ 12m； 門型結(jié)構(gòu)：平面鋼閘門； 閘門類型：直升門； 18 底板與中砂的摩擦系數(shù) f＝ ； 閘孔的允許單寬流量 q＝ 30m3/s/m； 六、公路橋 公路橋載重按汽 20 設(shè)計(jì)，掛 100 校核，雙車道橋面凈寬 ，兩側(cè)人行道 2179。 ，總寬 ，采用 T 型結(jié)構(gòu)。梁高 ，梁腹寬 ，梁翼寬 ，用 5 根組梁組成，兩側(cè)人行道為懸臂式，每米延長重量按8T/m 計(jì)。 工程總體布置 函江樞紐的主要建筑物有船閘、泄水閘和水電站三部分組成。船閘的通航能力，按照五級航道標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。水電站總裝機(jī)為 6600Kw，設(shè)計(jì)水頭為 ，水閘的泄洪能力為 13000m3/s。 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書提供的地形地質(zhì)資料，以及功能要求，樞紐總體布置如下： 船閘的布置 船閘的通航能力，按照五級航道標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 船閘布置在函江的左岸，船閘本身由三部分組成：上游引航道、閘室和下游引航道。 上游引航道：長度 不小于 5 倍設(shè)計(jì)船隊(duì)的長度，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)五級航道標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)船隊(duì)的長度為 91m，故上游引航道的長度為 455m，設(shè)計(jì)時(shí)取為500m；上游引航道的底寬度為 35m，兩岸采用漿砌石護(hù)坡，邊坡采用 1：；上游引航道的底高程為 。 下游引航道：長度不小于 5 倍設(shè)計(jì)船隊(duì)的長度，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)五級航道標(biāo) 19 準(zhǔn)的設(shè)計(jì)船隊(duì)的長度為 91m，故下游引航道的長度為 455m，設(shè)計(jì)時(shí)取為600m；下游引航道的底寬度為 35m，兩岸采用漿砌石護(hù)坡，邊坡采用 1：；下游引航道的底高程為 。 閘室：閘室的長度為 135m，寬度為 ；閘 室的頂高程為 ，底高程為 。上下閘首控制船只的進(jìn)出。 水電站的布置 考慮河床的主槽比較靠近右岸，上下游不容易發(fā)生淤積，為最大的可能提高水電站的出力，發(fā)揮水電站的效益，將水電站布置在函江的右岸。 水電站的廠房的平面尺寸：主廠房的長度為 米，上下游方向的寬度為 米，主廠房總高度為 米。 水輪機(jī)的型號為： GE(F02)WP380 發(fā)電機(jī)的型號為： SFG20070/3960 總裝機(jī)： 3179。 2200KW 設(shè)計(jì)水頭： 最高水頭： 最小水頭： 最大引用流量 225m3/s。 泄水閘的布置 泄水閘布置在水電站和船閘之間。 泄水閘主要有三部分組成：上游連接段、閘室段和下游連接段。 20 主要建筑物（泄水閘） 閘孔設(shè)計(jì) 水閘閘孔設(shè)計(jì)主要是確定閘孔型式、尺寸河設(shè)置高程，以保證水閘在設(shè)計(jì)水位組合情況下有足夠的過流能力。 一、堰型和堰頂高程確定 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書提供的資料顯示，函江流域水面平緩，含砂量少，本水閘的主要功能為擋水灌溉和泄水，故 本次設(shè)計(jì)采用堰流式閘室，堰型采用無檻寬頂堰。 這種型式閘室對于泄洪較為有利，它能使閘前漂浮物隨著水流下 泄，而不會阻塞閘孔而影響泄洪。 根據(jù)資料提供的地形圖，考慮水閘的運(yùn)行、河道沖刷淤積以及閘孔允許單寬流量和工程造價(jià)等因素，本次設(shè)計(jì)取堰頂高程與河床底高程齊平為。 二、閘孔凈寬計(jì)算、泄流能力校核 水位 Q2%＝ 9540m3/s， H 上 ＝ ， H 下 ＝ ； %＝ 12350m3/s， H 上 ＝待算， H 下 ＝ ； 閘孔凈寬計(jì)算 閘孔總凈寬的確定，主要涉及兩個(gè)問題：一個(gè)是 過閘單寬流量的大?。涣硪粋€(gè)是閘室總寬度與河道總寬度的關(guān)系。如果采用的閘孔總凈寬過小，使過閘單寬流量過大，將增加閘下游消能布置的困難，甚至影響水閘工程的安全；反之，如果采用的閘孔總凈寬過大，使過閘單寬流量過小，工程 21 量加大，造成浪費(fèi)。 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，閘孔允許單寬流量不大于 30m3/s， 初步擬定閘孔總凈寬為 倍主河槽寬為 350m，閘孔 分成 35 孔，每孔寬 10m，中墩厚，縫墩厚 。 水閘底板為無檻寬頂堰，閘孔泄流能力計(jì)算公式如下： 2300 2 HgmBQ ??? (《水閘設(shè)計(jì) 規(guī)范》以下簡稱《規(guī)范》附 A） 式中： Q—— 過閘流量（ m3/s）； ? —— 淹沒系數(shù)，根據(jù)上下游的堰上水深查得； ε —— 側(cè)收縮系數(shù)； m—— 流量系數(shù)； B0—— 閘孔總凈寬（ m）； H0—— 堰頂以上上游總水頭（ m）。 ①堰上總水頭 H0 H1（上游水頭） =－ = Hs（下游水頭） =－ = 行近流速 V0=Q/A=9540/[700179。 (－ )]＝ H0=H1+V2/2g=+(2179。 )= ②淹沒系數(shù)? hs/H0=查《規(guī)范》附表 ， 得?＝ ； 22 ③流量系數(shù) m 按 P/H0=0 查表得 m＝ ； ④側(cè)收縮系數(shù)ε 水閘中墩厚度取為 ，縫墩取 ，根據(jù)《規(guī)范》附錄 公式 計(jì)算得ε = 根據(jù)以上公式可以試算出閘孔總凈寬 2300 2 HgmQB??? =9540/( 179。 179。 179。 179。)=333m 一般來說，采用的閘孔總凈寬要略大于計(jì)算值，本次設(shè) 計(jì)閘孔總凈寬取 350m，相應(yīng)單寬流量為 ，小于閘孔允許單寬流量 30 m3/s/m，滿足要求。 但校核工況下，水閘單寬流量為 ，大于閘孔允許單寬流量 [q]=30m3/s/m，若本次設(shè)計(jì)水閘總凈寬以校核工況下通過閘室的單寬流量為控制，水閘規(guī)模將偏大，工程量加大，與消能工造價(jià)比較而言，會造成浪費(fèi)。校核工況稍大于允許單寬流量，可能會出現(xiàn)局部破壞，但只要工程消能防沖設(shè)施得當(dāng)，個(gè)人認(rèn)為是能滿足工程安全運(yùn)行要求。 因此，經(jīng)綜合考慮本次設(shè)計(jì)水閘總凈寬取 350m，閘孔總數(shù)為 35 孔，單孔 凈寬為 10m。根據(jù)規(guī)范的要求，中墩厚取 ，縫墩厚取 。因此水閘總寬度為： B=350+36179。 = 校核工況上游水位 23 根據(jù)水閘泄流能力計(jì)算公式，可以試算出校核情況下的上游水位。 設(shè)△ H＝ ，則 H 上 ＝ +＝ ； hs=－ =； 行近流速 V0=Q/A=12350/[700179。 (－ )]＝ ； H0=H+V2/2g=(－ )+(2179。 )=； hs/H0=，查《規(guī)范》附表 得?＝ ； 按 P/H0=0 查表 得 m＝ ； ε＝ ； Q 試 ＝ B?ε m(2g)178。 H3/2 =350179。 179。 179。 179。 (2179。 )179。 =11589m3/s %＝ 12350m3/s； 假設(shè)不符，重新假設(shè)試算。 經(jīng)試算，當(dāng)△ H＝ 時(shí)， Q 試 ≈ %＝ 12350m3/s。 相應(yīng)上游洪水位 H 上 =。 消能防沖設(shè)計(jì) 消能防沖設(shè)計(jì)主要 包括消能防沖設(shè)備形式的選擇、以及各種消能設(shè)施尺寸設(shè)計(jì)和上下游兩岸護(hù)坡的設(shè)計(jì)。本工程消能形式采用消力池消能，消力池后布置一定長度的海漫，海漫末端設(shè)置柔性防沖槽。 一、消力池尺寸擬定 消能水力計(jì)算 消能計(jì)算水位： H 上 ＝ ， H 下 ＝ ； 24 1）單寬流量計(jì)算 a． e= e/H=，為孔口出流。 根據(jù)上、下游水位可假定為自由出流。 根據(jù)孔流公式： q=μ 0e(2gH0)1/2 其中μ＝ － （《水計(jì)算手冊》 336 水利出版 社） ＝ － 179。 ； 因孔流狀態(tài) e 很小，行近流速 V0較小，在計(jì)算時(shí)可不計(jì)入，即 H0≈ H，因此， q=μ 0e(2gH)1/2＝ 179。 179。 (2179。 179。 )1/2 ＝ ； b． e＝ e/H=，為孔口出流。 根據(jù)上、下游水位可假定為自由出流。 μ 0＝ － ＝ － 179。 ； q=μ 0e(2gH)1/2 ＝ 179。 179。 (2179。 179。 )1/2 ＝ ； c．閘門全開 出流情況屬堰流。 q＝?178。ε178。 m178。 (2g)178。 H3/2 ＝ 179。 179。 179。 (2179。 )1/2179。 25 ＝ ； 2）判別下游水流銜接形式 經(jīng)計(jì)算當(dāng)水閘閘孔全開時(shí)，閘后將發(fā)生淹沒式水躍，無需建消力池；從運(yùn)行角度來講，泄水時(shí)只開啟 1 孔閘門也是不符實(shí)際的。經(jīng)分析比較，結(jié)合水閘運(yùn)行特點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)考慮水閘 1/7 閘孔開啟作為本次設(shè)計(jì)工況。 由上述計(jì)算結(jié)果，判別水閘開啟 1/7 閘孔（開 5 扇閘門）時(shí)下游水流銜接形式。 當(dāng) e= 時(shí) 3 2gqhk ? =(2/)(1/3)= 用試算法計(jì)算收縮水深 hc，試算公式如下： 2220 2 cc hgqhT ???= 《水力學(xué)教材》 113 經(jīng)試算 hc= 將該值代入水躍方程可得 )181(2 32 ???ccc ghqhh = 查 H 下 ～ Q 曲線， H 下 ＝ ， ht=； 同理 ,可算出當(dāng) q=、 ,相應(yīng)的 hc” 、 hk，計(jì) 算結(jié)果列入下表： q hk hc hc ht hc ht(m 3 /) (m) (m) (m) (m) (m)e= e= 閘門全開 4 計(jì)算工況 26 從表中可以看出，當(dāng)上游水位為 、水閘開啟 1/7 孔時(shí)，閘門開度 e=、 以及全開時(shí)， hc” ht，說明都發(fā)生遠(yuǎn)離式水躍銜接，故需修建消力池。當(dāng) q=， (h” ht)值最大。因此，應(yīng)按該流量設(shè)計(jì)消力池。 消力池深度計(jì)算 e＝ ， q＝ ， hc=， hc” =， ht=； 按近似公式估算池深 d，即 d=? hc” ht=179。 = 設(shè) d＝ ，則上游總水頭為 T0‘ =+=； 由公式2220 239。 cc hg qhT ???= 試算 求得 hc=； hc” =((1+8α q2/(qhC3))1/2－ 1) hC/2 水躍方程 =((1+8179。 (179。 ))1/2－ 1)179。 =； 消力池的流速系數(shù)ψ ’ =，則池中水流得水面降落Δ Z 為 Δ Z=q2[1/(ψ ’ht)2— 1/(? ht”)2]/2g 《水力學(xué)教材》 1111 =[1/(179。 )2— 1/(179。 )2]/2/ = 將該值代入公式 d=? hc” （ ht+Δ Z） 《水力學(xué)教材》 119 =179。 (+)= 27 與假設(shè)數(shù)據(jù)不符，故需重新試算。 經(jīng)試算，假設(shè) d= 時(shí) ,d 試 =，兩者數(shù)據(jù)接近， 故取消力池深度 d=。 消力池長度計(jì)算 水躍長度按公式： Lj=（ hc” － hc）計(jì)算 《規(guī)范》 Lj=179。（ － ） =； 消力池長度按公式： Lsj＝ Ls＋β Lj計(jì)算 《規(guī)范》 水平長度β Lj＝ 179。 =，取 Lj=15m 斜坡段 Ls按 1： 4 放坡，取 。 消力池底板厚度計(jì)算 t=k1(qΔ Hˊ ) ＝ 179。 (179。 ())＝ ； 取消力池底板厚度為 。 二、海漫