【文章內(nèi)容簡介】 地基處理的費(fèi)用，而且延長了施工時(shí)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(yīng)于該閘所在的渠底相平。 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(shí)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(guān)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(yàn)一般取△ H=~ ,河道抗畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 沖能力強(qiáng)時(shí) ,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(shè)計(jì)與校核洪水時(shí)的上下游水位差△ H,閘孔凈寬可按水力學(xué)公式求出。 當(dāng)閘門全開水流有連續(xù)的自由表面時(shí) ,通過 Q 設(shè)計(jì) , Q 校核 來驗(yàn)算。 Q 設(shè)計(jì) =4100 立方米 /s 時(shí)，▽ 上 =，▽ 下 = Q 校核 =5050 立方米 /s 時(shí)，▽ 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(yùn)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(dāng)采用鋼閘門時(shí)，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(dāng)水閘孔數(shù)較少，一般 N 小于等于或 8 時(shí)，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(shí)，若中墩厚度取為 d2，縫墩厚度為 d2′，設(shè)有 m 個(gè)中墩， m′個(gè)縫墩，則水閘閘孔總寬為： B=nb+m d2+m′ d2′選兩孔為一個(gè)整體。 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。 0=；167。 k=； ε =[（ n1）167。 0+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)滿足： Q 實(shí)設(shè) ≥ Q 設(shè) 與 Q 實(shí)設(shè) ≥ Q 校核 如不滿足，則修改直至設(shè)計(jì)滿足為 止。 Q 實(shí)設(shè) = 23002sB m gH?? [2] 式中： Q 實(shí)設(shè) — 實(shí)際設(shè)計(jì)的過閘流量， m3/s。 H0— 計(jì)入行進(jìn)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(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)滿足設(shè)計(jì)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(shè)通橋。檢修便橋等不妨礙水閘過水和不受波浪影響，同時(shí)不致上游來水漫過岸墻墻頂，危急閘室安全，閘頂高程應(yīng)按滿足下列兩種情況取值：泄洪時(shí)應(yīng)高于設(shè)計(jì)或校核洪水位 +安全超高；關(guān)門時(shí)應(yīng)高于設(shè)計(jì)或校核洪水位或最高擋水位 +波浪計(jì)算高度 +安全超高值。 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 閘門頂高程 對于開敞式水閘，閘門頂高應(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。如果設(shè)計(jì)與校核洪水位高于設(shè)計(jì)最高擋水位，一般來水水位超 過設(shè)計(jì)最高擋水位時(shí)，即已開閘 放水。 則：▽ 門頂 =+= H 門 == 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 第 4 章消能計(jì)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(yùn)行，必須了解水閘的泄流特點(diǎn)和進(jìn)行消能防沖設(shè)計(jì)。 過閘水流特點(diǎn) 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(qiáng)，若不采取適當(dāng)消能措施，勢必嚴(yán)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(shè)計(jì)好水閘，必先了解過閘水流的特性，才能做好效能設(shè) 施。過閘水流特點(diǎn)及其消能防設(shè)計(jì)的要求為： (1) 出閘水流在閘下形成遠(yuǎn)驅(qū)式水躍（若無消能設(shè)施），沖刷下游渠床，故必須修筑消立池或其他形式的消能設(shè)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(shè)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(yùn)用不當(dāng)，往往會造成折沖水流或遠(yuǎn)驅(qū)式水躍，沖毀消能設(shè)施 .和下游渠床。故要求在設(shè)計(jì)消能設(shè)施的同時(shí)，制訂合理的閘門開啟方案。 (4) 當(dāng)閘上下游水位差小時(shí)， 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(yīng)予與足夠的重視，并采取適當(dāng)?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(kuò)散，不致沖刷下游河床，要求閘下翼墻具有適當(dāng)?shù)臄U(kuò)散角度。 消能防沖設(shè)計(jì)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(jì)，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(yīng)在較大范圍內(nèi)變動的過閘流量和下游水位，同時(shí)在平面上也容易擴(kuò)散。因此我們也采用底流消能。 消能設(shè)計(jì)的內(nèi)容 畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(shè)施一般包括，削立池、海漫、防沖槽、岸坡防護(hù)。 (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(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。 消力池有兩種 主要形式： 1）降低護(hù)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(qiáng)度也較強(qiáng)烈，對于下游無保護(hù)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(hù)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(kuò)散，增大水深減小流速，并保護(hù)河床免受沖刷。 一般是緊接消力池設(shè)置海漫，海漫末端設(shè)防沖槽。海漫設(shè)計(jì)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(jìn)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(yùn)用中還可能會遇到某些設(shè)計(jì)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(dāng)下游渠床形成最終沖刷狀態(tài)時(shí)，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(guān)，沖坑深 度愈大，需要的防沖槽斷面也愈大。 (4) 岸坡防護(hù) 消力池兩岸應(yīng)設(shè)置與消力池同長或稍大的下游翼墻，其后岸坡的防護(hù)形式多與海漫相一致，并應(yīng)在防沖槽之后，兩岸岸坡在砌護(hù)一定長度，大中型水閘一般砌護(hù) 4~6 倍水頭，小型水閘也可為 ~ 倍水頭，砌護(hù)材料常用于干砌石。防坡坡腳及護(hù)坡與河岸連接處應(yīng) 做一道深 ，防止回流淘刷，砌石下應(yīng)鋪設(shè)厚 ~。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 閘門的運(yùn)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(yùn)用。消能設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遍歷所有閘門開啟方式的所有開度，尋找最不利情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。用時(shí)間關(guān)系，我們草用各孔全開開啟方式進(jìn)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(jī)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(shí)快時(shí)慢 ,應(yīng)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(yīng)立即停止 ,檢查其原因 ,進(jìn)行處理 . （ 3）應(yīng)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(shí) ,應(yīng)避免停留發(fā)生震動的位置．如發(fā)現(xiàn)閘門及啟閉機(jī)發(fā)生震動應(yīng)停止進(jìn)行檢查，待障礙消除后在繼續(xù)啟閉． （ 6）當(dāng)開啟閘門接近最大開度或關(guān)閉閘門接近閘底時(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． （ 7）過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， 取對應(yīng)正常引水時(shí)河道下泄流量Ｑ＝ 244m3／ s 時(shí)對應(yīng)的水位為 ． 池深不利情況的確定：它可能發(fā)生于著們某一開啟方式的某一開度下，理論上應(yīng)該與各種閘門的開啟方式的各種開度進(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，對于能夠的▽ 上 ＝ ▽ 下 ＝ 運(yùn)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(jì)算池深 d. 畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jì)算時(shí)應(yīng) 加以注意。 下列的計(jì)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(yīng)設(shè)于泄水時(shí)不受水流和漂浮物 沖擊的高程上，攔河閘閘門可設(shè)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(shè)計(jì)（論文） 20 M2=(*440/1800)( *440/1800)M3=(*480/1800)( *480/1800) 列表計(jì)算 ：（ 不考慮行進(jìn)流速 ） 表 Q 控 計(jì)算表 e ? Q q hk T0’ hc’ hc” ht Hc”ht 由表可見， Hc”ht 最大時(shí)對應(yīng)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(jì)