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正文內(nèi)容

東明水利樞紐工程設計攔河閘設計_畢業(yè)設計說明書(編輯修改稿)

2024-10-07 15:47 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 地基處理的費用,而且延長了施工時間。 灌溉渠系中各種水閘的閘底高程與渠底高程有密切的聯(lián)系。一般,攔河壩的底板高程應于該閘所在的渠底相平。 閘孔尺寸 的確定 閘孔凈寬計算 (1)上下游水位差 閘孔凈寬的控制情況通常是宣泄設計和校核設計時,此時閘門全部開啟,多為淹沒流態(tài)。由于閘孔寬度一般小于河道寬度,水流過閘時側(cè)向收縮,并使上下游水面壅高而形成閘上下游水位差△ H。該水位差的大小關系到扎室工程量和上游淹沒損失 ,采用較大的△ H 值 ,可使閘室工程量減小 ,但上游淹沒面積增大 ,切對下游能防沖要求較高 ,若采用較小的△ H 值則相反 .根據(jù)工程經(jīng)驗一般取△ H=~ ,河道抗畢業(yè)設計(論文) 14 沖能力強時 ,可采用較大△ H 值 ,以減小閘室工程量。 (2)閘孔凈寬 根據(jù) 選定的閘孔形式及宣泄設計與校核洪水時的上下游水位差△ H,閘孔凈寬可按水力學公式求出。 當閘門全開水流有連續(xù)的自由表面時 ,通過 Q 設計 , Q 校核 來驗算。 Q 設計 =4100 立方米 /s 時,▽ 上 =,▽ 下 = Q 校核 =5050 立方米 /s 時,▽ 上 =,▽ 下 = 孔數(shù)幾,單孔凈寬 b 及閘孔總寬 B B0求出后,即可根據(jù)水閘運用要求,閘門形式,啟閉及閘門系列尺寸等,確定水閘孔數(shù) N 和單孔凈寬 b。我國大型水閘多采用弧形鋼閘門,孔寬 b 通常取 8~12m,一般不宜小于 8m。大、中型 水閘當采用鋼閘門時,每孔凈寬 b 一般取為 6~9m。小型水閘常用鋼筋混凝土或鑄鐵閘門, b 一般為 2~3m。當水閘孔數(shù)較少,一般 N 小于等于或 8 時,孔數(shù) n 宜采用奇數(shù),以便水閘對稱開啟,避免下游出現(xiàn)折沖水流。否則 n 取奇數(shù)或偶數(shù)即可。 分隔閘孔時,若中墩厚度取為 d2,縫墩厚度為 d2′,設有 m 個中墩, m′個縫墩,則水閘閘孔總寬為: B=nb+m d2+m′ d2′選兩孔為一個整體。 取 26 個孔數(shù),單孔凈寬 b=; 取 13 個中墩,中墩厚度 d2=; 取 13 個縫墩,縫墩厚度 d2′ =; 取 12 個逢 ,每個縫寬 ; 則: B=B0+13 +13 .+12 = ( 1)分隔閘孔,確定中墩與邊墩形式與厚度,并求得其真實側(cè)收系數(shù)值: 查表得: 167。 0=;167。 k=; ε =[( n1)167。 0+167。 k]H0/nb [1] =[+]= ( 2) 驗算設計與校核洪水泄流能力,并應滿足: Q 實設 ≥ Q 設 與 Q 實設 ≥ Q 校核 如不滿足,則修改直至設計滿足為 止。 Q 實設 = 23002sB m gH?? [2] 式中: Q 實設 — 實際設計的過閘流量, m3/s。 H0— 計入行進流速水頭的堰頂水頭, m。 m、? s— 堰流流量系數(shù)和淹沒系數(shù); ε — 側(cè)收縮系數(shù)。 畢業(yè)設計(論文) 15 即 Q 實設 = =4100 即: Q 實設 Q 設 Q 實設 = 16 =5050=Q 校核 即:在 5%范圍內(nèi)滿足設計要求。 閘孔高度 閘頂高程 閘頂高程是指閘室胸墻或閘門擋水線上游岸墻頂部高程。為使閘室上部結(jié)構(gòu)如設通橋。檢修便橋等不妨礙水閘過水和不受波浪影響,同時不致上游來水漫過岸墻墻頂,危急閘室安全,閘頂高程應按滿足下列兩種情況取值:泄洪時應高于設計或校核洪水位 +安全超高;關門時應高于設計或校核洪水位或最高擋水位 +波浪計算高度 +安全超高值。 查表 82 得 A 設 =, A 校核 = 泄水 時:▽ 閘頂 =▽ 設洪 +A 設 =+= ▽ 閘頂 =▽ 校洪 +A 校 =+= 擋水時:▽ 閘頂 =最高閘前水位 +波浪爬高 =+= 市區(qū)防洪的堤頂要求: 閘頂高程應取以上數(shù)值中最大的,即取 閘門頂高程 對于開敞式水閘,閘門頂高應不低于可能出現(xiàn)的最高擋水位 +安全超高 a, a 一般取 左右,不宜小于 米。如果設計與校核洪水位高于設計最高擋水位,一般來水水位超 過設計最高擋水位時,即已開閘 放水。 則:▽ 門頂 =+= H 門 == 畢業(yè)設計(論文) 16 第 4 章消能計算 平原地區(qū)河床抗沖能力低,閘下泄流能量較大,因此為防止閘下產(chǎn)生有害沖刷,保證水閘安全運行,必須了解水閘的泄流特點和進行消能防沖設計。 過閘水流特點 過閘水流受到閘孔的約束,部分勢能轉(zhuǎn)為動能,流速大,挾沙能力強,若不采取適當消能措施,勢必嚴重沖刷下游渠道,甚至沖毀消力池,淘空閘基,威脅閘身的安全。為了設計好水閘,必先了解過閘水流的特性,才能做好效能設 施。過閘水流特點及其消能防設計的要求為: (1) 出閘水流在閘下形成遠驅(qū)式水躍(若無消能設施),沖刷下游渠床,故必須修筑消立池或其他形式的消能設施來促成淹沒式水躍。 (2) 閘上下游水位多變,出流形式多變,閘門開啟次序,孔數(shù)和開度也有變化。因此,求所修筑的消立池或其他形式的消能設施在任何可能發(fā)生的情況下,都能促成淹沒式水躍。 (3) 水閘常是多孔建筑物,若運用不當,往往會造成折沖水流或遠驅(qū)式水躍,沖毀消能設施 .和下游渠床。故要求在設計消能設施的同時,制訂合理的閘門開啟方案。 (4) 當閘上下游水位差小時, 過閘水流安全在消力池內(nèi)形成波狀水躍,消能效果不佳挾有剩余動能的出閘水流仍會沖刷下游渠床,影響渠道穩(wěn)定性。對此,應予與足夠的重視,并采取適當?shù)拇胧? (5) 閘下渠床土質(zhì)抗沖能力差,故閘下渠底寬常超過閘寬。為使出閘水流平順擴散,不致沖刷下游河床,要求閘下翼墻具有適當?shù)臄U散角度。 消能防沖設計說明 消能采用的方式 平原地區(qū)水閘,由于水頭低切河床抗沖能力差,難以采用挑流消能,加上下游水位變幅往往較大,也無法采用面流式消能。根據(jù)調(diào)查資料統(tǒng)計,我國已建大、中型水閘工程基本上均采用底流式水躍消能。底 流消能可適應在較大范圍內(nèi)變動的過閘流量和下游水位,同時在平面上也容易擴散。因此我們也采用底流消能。 消能設計的內(nèi)容 畢業(yè)設計(論文) 17 底流式水躍消能是通過工程措施,促使出閘水流在閘后規(guī)定范圍內(nèi)產(chǎn)生稍淹沒水躍,利用水躍的漩滾、撞擊、摻氣等 水流大部分能量。其消能防沖設施一般包括,削立池、海漫、防沖槽、岸坡防護。 (1) 消力池 消力池的作用是使閘后水流產(chǎn)生稍淹沒水躍,并保護水躍范圍內(nèi)的同床免受沖刷,設計內(nèi)容有:池深,池長護坦(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。 消力池有兩種 主要形式: 1)降低護坦高程形成的消力池, 2)修建消力檻形成消力池。 (2) 海漫 流出消力池的水流,雖已在池內(nèi)消除了部分能量,但由于流速分布和正常絮流不同,底部流速極大,脈動強度也較強烈,對于下游無保護渠(河)床仍是具有較大的沖刷能力。所以消力池以下的渠(河)床除非是足以抵抗沖刷的較好巖基外,一般都要建造海漫作為護面。 海漫的作用是消除水流余能,調(diào)整流速分布,使水流均勻擴散,增大水深減小流速,并保護河床免受沖刷。 一般是緊接消力池設置海漫,海漫末端設防沖槽。海漫設計的內(nèi)容有:海漫長度,海漫的位置和構(gòu)造及材 料 (3) 防沖槽 水流經(jīng)過海漫后,余能得到進一步消除,流速與流速分布也逐漸接近于下游河道水流的正常狀態(tài),但仍具有一定的沖刷能力,加之水閘運用中還可能會遇到某些設計情況的不利泄流狀態(tài),使下游河床難免遭受沖刷。為了確保水閘安全,長在海漫末端河床內(nèi)開挖一梯形斷面槽,內(nèi)拋塊石,槽頂與海漫末端頂面齊平,形成一道防沖槽,防沖槽的作用是當下游渠床形成最終沖刷狀態(tài)時,確保海漫不致破壞。 防沖槽可以作成堆石形成,槽頂與海漫末端齊平,槽底則決定手開挖的施工條件。防沖槽橫斷面大小與沖坑槽深度有關,沖坑深 度愈大,需要的防沖槽斷面也愈大。 (4) 岸坡防護 消力池兩岸應設置與消力池同長或稍大的下游翼墻,其后岸坡的防護形式多與海漫相一致,并應在防沖槽之后,兩岸岸坡在砌護一定長度,大中型水閘一般砌護 4~6 倍水頭,小型水閘也可為 ~ 倍水頭,砌護材料常用于干砌石。防坡坡腳及護坡與河岸連接處應 做一道深 ,防止回流淘刷,砌石下應鋪設厚 ~。 畢業(yè)設計(論文) 18 閘門的運用方式 對 N 孔水閘,閘門開啟方式有: ( 1) N 孔同步分級均勻開啟 ( 2) 隔孔同步分級均勻開啟 ( 3) 中央數(shù)孔對 稱分級均勻開啟 ( 4) 兩側(cè)邊孔或邊孔 +數(shù)鄰對稱分級均勻開啟 為確保水閘在任意發(fā)生的工作情況下安全運用。消能設計時,應遍歷所有閘門開啟方式的所有開度,尋找最不利情況進行設計。用時間關系,我們草用各孔全開開啟方式進行定性分析。 閘門開啟操作規(guī)程: ( 1)閘門啟閉以前必須先行檢查:啟閉機械是否正常,有無雜物障礙,閘門位置是否正確等,然后開始啟閉。 ( 2)啟閉不要過猛 ,或時快時慢 ,應均勻并且勻速地各孔同步開啟 ,如發(fā)現(xiàn)有沉重阻滯現(xiàn)象 ,應立即停止 ,檢查其原因 ,進行處理 . ( 3)應對稱開啟 (要求孔數(shù) ,孔位對 稱 ,開度對稱 ) ( 4)逐級分檔開啟 .每檔開度規(guī)則 e= ( 5)閘門開啟時 ,應避免停留發(fā)生震動的位置.如發(fā)現(xiàn)閘門及啟閉機發(fā)生震動應停止進行檢查,待障礙消除后在繼續(xù)啟閉. ( 6)當開啟閘門接近最大開度或關閉閘門接近閘底時,要特別注意控制,降低速度并及時停止,防止歲壞機件和閘門. ( 7)過閘流量必須與下游水位相適應,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池深設計 池深設計條件 池深設計采用校核水位,攔河壩取正常引水時,遭遇校核洪水,閘前水位按,閘后初始水位, 取對應正常引水時河道下泄流量Q= 244m3/ s 時對應的水位為 . 池深不利情況的確定:它可能發(fā)生于著們某一開啟方式的某一開度下,理論上應該與各種閘門的開啟方式的各種開度進行搜尋.據(jù)經(jīng)驗,下游水深很低時,往往初始開度最不利,因此本設計只取工況,攔河壩取正常引水時遭遇校核洪水,對于能夠的▽ 上 = ▽ 下 = 運用方式為各孔全開,在不同開度 e 情況下hc’’hc 差值最大.作為池深的控制情況來計算池深 d. 畢業(yè)設計(論文) 19 求 Q 控 在不同的開度 e 下,水流狀態(tài)可能從孔流變成堰流,因此在計算時應 加以注意。 下列的計算中可能用到的公式: 孔流公式: Q=? be 02gH [3] 式中: ? — 寬頂堰型閘孔自由流的流量系數(shù); b— 閘孔寬度; e— 閘孔開度。 m= 2? φ —— 流量系數(shù) 水躍公式: h2=21h [3281 1ghq?1] [4] 式中: h1— 躍前水深; q— 單寬流量。 臨界水深: hk= 23 2Qgb? [5] 式中: α — 動能修正系數(shù); Qb — 單寬流量 下游水深: 弧形面板曲率半徑與閘門高度的比值,對露頂式閘門一般取為 ~,則 R=ρ m取 。支鉸位置應設于泄水時不受水流和漂浮物 沖擊的高程上,攔河閘閘門可設于 3/2~1 倍門高處,并最好高出下游最高水位 米。 e/H=,故為閘孔出流 e/H=./=,故為閘孔出流 e/H=,故為閘孔出流 cosa1=( ce) /R=()/9= ∴ a1=390 ∴ ? = cosa2=( ce) /R=()/9= ∴ a1=440 ∴ ? = cosa3=( ce) /R=()/9= ∴ a1=480 ∴ ? = 則 , 流量系數(shù) m為 : M=()( a0/1800)e/H 則 : M1=(*390/1800)( *390/1800)畢業(yè)設計(論文) 20 M2=(*440/1800)( *440/1800)M3=(*480/1800)( *480/1800) 列表計算 :( 不考慮行進流速 ) 表 Q 控 計算表 e ? Q q hk T0’ hc’ hc” ht Hc”ht 由表可見, Hc”ht 最大時對應的 e=. Q 控 = m3/s. 求池深 d 根據(jù) Q 控 求 d 采用的公式為: 用試算的方法求 表 d T0(H+d) Q 控 hk T0/ hk hc” z? hki1 ? ht 由表計
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