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正文內(nèi)容

函江水利樞紐工程畢業(yè)設(shè)計(jì)_泄水閘設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

2024-10-03 23:47 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 工設(shè)計(jì)手冊(cè)》第 6冊(cè)過壩與泄水建筑物; 《水工鋼筋混凝土設(shè)計(jì)手冊(cè)》 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(jí)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(jí)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(zhǎng)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(jí)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(jí)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(zhǎng)度 不小于 5 倍設(shè)計(jì)船隊(duì)的長(zhǎng)度,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)五級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)船隊(duì)的長(zhǎng)度為 91m,故上游引航道的長(zhǎng)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(zhǎng)度不小于 5 倍設(shè)計(jì)船隊(duì)的長(zhǎng)度,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)五級(jí)航道標(biāo) 19 準(zhǔn)的設(shè)計(jì)船隊(duì)的長(zhǎng)度為 91m,故下游引航道的長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(hào)為: GE(F02)WP380 發(fā)電機(jī)的型號(hào)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(duì)于泄洪較為有利,它能使閘前漂浮物隨著水流下 泄,而不會(huì)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 過閘單寬流量的大小;另一個(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(jiǎn)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(huì)造成浪費(fèi)。校核工況稍大于允許單寬流量,可能會(huì)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(zhǎng)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(cè)》 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(zhǎng)度計(jì)算 水躍長(zhǎng)度按公式: Lj=( hc” - hc)計(jì)算 《規(guī)范》 Lj=179。( - ) =; 消力池長(zhǎng)度按公式: Lsj= Ls+β Lj計(jì)算 《規(guī)范》 水平長(zhǎng)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
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