【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 會(huì)產(chǎn)生波狀水躍，但是平底板式的寬頂堰這種結(jié)構(gòu)形式就可以很好的避免一些問題，而且很適用與本次工程的設(shè)計(jì)?？紤]到本次工程設(shè)計(jì)的閘址位于覆蓋層上，地質(zhì)條件不好，再加上施工的復(fù)雜性，在此我們選擇平底板結(jié)構(gòu)的寬頂堰作為下閘壩的堰型。 開敞式水閘：開敞式水閘是一種目前普遍采用的結(jié)構(gòu)型式，在他的上面沒有填土?？蛇\(yùn)用的范圍非常的廣，它不僅試用于上、下游水位變幅不大的水閘。對(duì)于那種上下游水位變幅大，并且過閘流量很大的的工程 ，只需在閘室設(shè)置一道胸墻就可以了。本工程位于凌江上，閘前水位不高，過閘流量不大，山區(qū)河流陡漲陡落，所以采用開敞式水閘。閘底板應(yīng)置于較為堅(jiān)實(shí)的土層上，并應(yīng)盡量利用天然地基。在地基強(qiáng)度滿足要求的條件下，底板高程定的高些，但是考慮到本工程處于覆蓋層上閘底板高程不宜過高取為▽1853m，沖沙閘兼有泄洪沖沙的作用所以其高程應(yīng)略低于河床高程取為▽1853m。第一章基本資料可知水位流量關(guān)系曲線表可查下游水深，而上游水深由資料可知： H上=h下+壅高壅高水位值見資料。具體計(jì)算數(shù)值見下表61。 表61 雍高水位值洪水標(biāo)準(zhǔn)上游水位(m)下游水位(m)流量()壅高(m)設(shè)計(jì)洪水1858258校核洪水359由設(shè)計(jì)洪水工況位得：h= 1858 1853= 5mh= = 判斷流態(tài)時(shí)，參考李家星主編《水力學(xué)》一書中的公式： 當(dāng)上式成立時(shí)，為淹沒出流，否則為自由出流。上游渠道當(dāng)水深為4m時(shí)端面面積可由上下游河道橫斷面圖初步估算出式中：—下游水深，m；—計(jì)入行進(jìn)流速的堰上水頭，m；—上游過水?dāng)嗝婷娣e；—上游水深，m。 = h= ≤ H= 故水流為自由出流。 h=–1853= h = 1853=：,判斷流態(tài)時(shí), 參考李家星主編《水力學(xué)》一書中的公式： 當(dāng)上式成立時(shí)，為淹沒出流，否則為自由出流。式中：h—下游水深，m；H—計(jì)入行進(jìn)流速的堰上水頭，m；A—上游過水?dāng)嗝婷娣e；h—上游水深，m。 m m故水流為自由出流。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，寬頂堰形成堰流或孔流的界限可以參考李家星主編《水力學(xué)》一書中的公式：e/H≥；e/H≤。在設(shè)計(jì)洪水工況時(shí)：e/H=≥，所以為堰流。在校核洪水工況時(shí)：e/H=≥，所以為堰流。 ①單寬流量的選擇過閘單寬流量的選擇,主要根據(jù)閘后河床的地質(zhì)條件,但也應(yīng)考慮上、下游水深和等因素，單寬流量的經(jīng)驗(yàn)取值見表62。表62 我國的經(jīng)驗(yàn)對(duì)各種地質(zhì)的地基單寬流量的經(jīng)驗(yàn)取值河床地基土質(zhì)細(xì)砂、粉砂砂壤土壤土堅(jiān)硬粘土Q(.m)5～1010～1515～2015～25 注:根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn),擬取q=20 .m閘室總凈寬的估算:按下式計(jì)算: = Q/q ( m )式中:Q為設(shè)計(jì)或者校核流量；q為單寬流量。 = Q設(shè)/q =258/20= m = Q校/q =359/20= m B0 。 在水流成堰流的情況下，參照林繼鏞主編的《水工建筑物》閘室總凈寬計(jì)算時(shí)： = 式中：—閘孔總凈寬，m；Q—設(shè)計(jì)流量； —計(jì)入行進(jìn)流速水頭在內(nèi)的堰頂水頭，m； —淹沒系數(shù)； —側(cè)收縮系數(shù)； m—流量系數(shù)； g—重力加速度。 在設(shè)計(jì)洪水工況時(shí)寬頂堰淹沒系數(shù)計(jì)算： = 同理在校核水位時(shí)寬頂堰淹沒系數(shù)=， 由于堰頂高程與河床高程基本相同，故為無坎寬頂堰=，流量系數(shù)m=。①在設(shè)計(jì)工況洪水時(shí) ==m②在校核工況洪水時(shí) ==m，初設(shè)2孔，每孔凈寬()/2= 7m，中墩3。，在需要的時(shí)候沖砂閘兼做泄洪閘。參照《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》測(cè)收縮系數(shù)： 其中： 式中：εb—邊閘孔側(cè)收縮系數(shù)，可按公式計(jì)算求得或由表43查得，但表中為bo+bo/2+。 ε—堰流側(cè)收縮系數(shù),b0為閘孔凈寬(m)； —中閘孔側(cè)收縮系數(shù), dz為中閘墩厚度(m)； εb—邊閘孔側(cè)收縮系數(shù)； —邊閘墩順?biāo)飨蜻吘壘€至上游河道水邊線之間的距離(m)； N—閘孔數(shù)； εz—中閘孔側(cè)收縮系數(shù),可按公式計(jì)算求得或由表43查得,但表中bs 為b0 +dz ；表63 ε值b0/≤ε由計(jì)算查表得：=，εb=，所以 ==由公式： =，反算Q。表64 校核過流能力計(jì)算表εH0(m)mQ()設(shè)計(jì)洪水 校核洪水校核出的流量均比相應(yīng)的設(shè)計(jì)流量稍大，所以滿足要求。7水閘防滲排水設(shè)計(jì)初步擬定的水閘的防滲長度需要滿足下公式的要求： L≥CH 式中：L—水閘的防滲長度，及基本輪廓線水平段和垂直段長度的總和，m ； H—上、下游水位差，m； C—允許滲徑系數(shù)，依地基土的性質(zhì)而定，當(dāng)閘基設(shè)有板樁時(shí)，可采用表71中所列規(guī)定值的小值。表71中出了壤土、粘土以外的地基，只列出了有反濾層時(shí)的允許滲徑系數(shù)，因?yàn)樵谶@些地基上建閘，必須設(shè)置反濾層。表71 允許滲徑系數(shù)值排水條件地基類別粉砂細(xì)砂中砂粗砂中礫細(xì)砂粗礫夾卵石輕粉質(zhì)砂壤土輕粉質(zhì)砂壤土壤土粘土有反濾層13997755443117955332無反濾層～～～～～～～～7443地下輪廓線的布置方案與地基土的性質(zhì)密切相關(guān)。，地基土主要表現(xiàn)為粗礫夾卵石?？偟膩碚f，地下輪廓線的布置型式主要有以下四種：1：鋪蓋與板樁結(jié)合布置的型式；2：平底式，主要水平防滲設(shè)施為鋪蓋、淺齒墻等；3：雙向水頭水閘的防滲布置型式；4：平底式結(jié)合排水減壓孔。因?yàn)楸竟こ淌┕^(qū)屬于沙性土，所以此次設(shè)計(jì)用第二種型式，即在上游側(cè)布置鋪蓋，齒墻等水平和垂直防滲措施，必要時(shí)可設(shè)置懸掛式防滲墻，在下游側(cè)消力池底板中后部設(shè)置排水孔以達(dá)到上防下排的設(shè)計(jì)目的?，F(xiàn)將水平防滲與垂直防滲的具體設(shè)備詳細(xì)說明如下：①鋪蓋鋪蓋作為水閘主要的防滲設(shè)施，在水閘的設(shè)計(jì)中有著十分重要的作用，他一般設(shè)置在水閘的上游，主要的作用是延長滲徑的距離，提高水閘的防滲強(qiáng)度。，取1m計(jì)算。②混凝土、鋼筋混凝土鋪蓋當(dāng)缺乏作鋪蓋的土料時(shí)或水閘必須利用鋪蓋協(xié)助抗滑時(shí)，才采用混凝土、鋼筋混凝土鋪蓋?；炷恋膹?qiáng)度為C15，C20，板厚約為30～50cm。為了增加鋪蓋的不透水性，可在混凝土表面涂一層瀝青。為了適應(yīng)地基的沉陷，鋪蓋面積大的應(yīng)該用縱、橫縫分開。鋪蓋與翼墻、底板之間設(shè)沉陷縫，鋪蓋在靠近底板與翼墻的部分，一般都應(yīng)加厚，做成齒墻。所以參見水閘設(shè)計(jì)規(guī)范鋪蓋長度為（3～5）H = ～ m ,取最大值稍大15m。③齒墻作為抗滑穩(wěn)定和防滲的一個(gè)重要設(shè)施，它一般布設(shè)在水閘的上游和下游。深齒墻宜布置在底板或鋪蓋的上游側(cè)。深齒墻與底板或鋪蓋連接處均用接縫分開，接縫中設(shè)止水，以保證其不透水性。設(shè)置齒墻的優(yōu)點(diǎn)主要有：延長滲徑；如同重力壩的淺齒墻一樣增加閘室的抗滑穩(wěn)定性；在垂直水流的方向起到鋼筋混凝土梁的作用以增加整體剛度；增強(qiáng)防凍的功能。此次設(shè)計(jì)取齒墻為深1m，寬2m，與上下游鏈接的坡度為1:1。底板順?biāo)鞣较虻拈L度，取決于上部結(jié)構(gòu)布置并滿足結(jié)構(gòu)要求強(qiáng)度和抗滑穩(wěn)定要求。底板長度可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)擬定：對(duì)于砂土和砂壤土，可?。ā〩（H為上、下游最大水位差）。底板厚度必須滿足強(qiáng)度和剛度的要求，大、中型水閘可取（1/5～1/8）(為閘孔徑寬)，～。水閘底板長度?。ā〩 = ～ m，為方便布置可適當(dāng)加長底板長度。底板厚度取,。防滲長度的復(fù)核：由L=15+10=25≥CH ==，所以滿足要求。①直線比例法直線比例法包括勃來法和萊因法兩種。最常用的直線比例法是勃來法，該法認(rèn)為滲透水頭沿著地下輪廓不透水部分（不論是垂直滲徑，還是水平滲徑）成線形減少，并逐漸消失。勃萊法用于平展式地下輪廓的滲壓計(jì)算。其成果雖為近似值，但還是比較接近實(shí)際的。利用直線比例法能夠近似地算出作用在地下輪廓不透水部分的滲透壓力。由它得出的滲流坡降數(shù)值，各處均相同，是平均坡降，故不能用于抗?jié)B穩(wěn)定性驗(yàn)算。直線比例法適用于地下輪廓比較簡(jiǎn)單，地基又不復(fù)雜的中、小型工程。②流網(wǎng)法流網(wǎng)的繪制可以通過手繪或?qū)嶒?yàn)來完成。對(duì)于邊界條件復(fù)雜的滲流場(chǎng)。很難求得精確的滲流理論值。工程上往往利用流網(wǎng)解決這類問題。③改進(jìn)阻力系數(shù)法改進(jìn)阻力系數(shù)法是利用獨(dú)立的函數(shù)將閘基進(jìn)行分段簡(jiǎn)化計(jì)算與此同時(shí)計(jì)算出各分段的阻力系數(shù)最后在將不合適的阻力系數(shù)進(jìn)行修正后再次進(jìn)行分析計(jì)算,這是一種非常綜合的計(jì)算方法，計(jì)算的精度比較其他幾種方法有所提高,是目前采用的比較多的一種方法。對(duì)于羌河口水閘的滲流計(jì)算我們采用改進(jìn)阻力系數(shù)法。土基上的地基有效深度按照揚(yáng)壓力分布曲線、滲流量、出逸坡降值等不在變化時(shí)的原則確定，其有效深度的計(jì)算可參照林繼鏞主編的《水工建筑物》計(jì)算公式為：當(dāng) / ≥ 5時(shí) = 當(dāng) / ≤ 5時(shí) = 式中： —地下輪廓不透水部分的水平投影長度，m； —地下輪廓不透水部分的垂直投影長度，m； —從地下輪廓的最高點(diǎn)鉛直向下起算，m。所以： =25m，=2m ， / =25/2=＞5m， = ==。根據(jù)地質(zhì)分析河床底部透水層深度大概為10m左右，所以T=10m。各分段阻力系數(shù)如下：①進(jìn)口段和出口段阻力系數(shù) 式中：為進(jìn)口段和出口段阻力系數(shù)；S 為齒墻或板樁的入土深度；T為地基有效深度或?qū)嶋H深度。②內(nèi)部垂直段阻力系數(shù) 式中：為內(nèi)部垂直段阻力系數(shù)。③內(nèi)部水平段阻力系數(shù) 式中：—內(nèi)部水平段阻力系數(shù)；—水平段的長度；SS2 —進(jìn)出口段板樁或齒墻的入土深度。其中：=10m，S1=S2=1m。④當(dāng)?shù)装逵袃A斜段時(shí) 式中：—傾斜段兩端的地基深度；—相應(yīng)端出板樁或齒墻的入土深度。各段阻力系數(shù)計(jì)算如下：①進(jìn)口段：將齒墻簡(jiǎn)化為短板樁，板樁入土深度為1m，鋪蓋厚度為1m，故S=1+1=2 T=10按式計(jì)算進(jìn)口段阻力系數(shù)為：=②齒墻水平段：，，按計(jì)算齒墻水平段阻力系數(shù)為：③齒墻垂直段：。按計(jì)算齒墻垂直段的阻力系數(shù)為：=④鋪蓋水平段：，，按計(jì)算鋪蓋水平段阻力系數(shù)為：⑤齒墻垂直段前：，按計(jì)算板樁垂直段阻力系數(shù)為： ⑥齒墻垂直段后：，根據(jù)計(jì)算，板樁垂直段阻力系數(shù)為：⑦底板水平段：，，故底板水平段阻力系數(shù)按計(jì)算：⑧齒墻垂直段：，按計(jì)算齒墻垂直段的阻力系數(shù)為：⑨齒墻水平段：，，按計(jì)算齒墻水平段阻力系數(shù)為：⑩出口段：出口段中，按式計(jì)算其阻力系數(shù)為：3. 各分段水頭損失在求出各分段阻力系數(shù)后，各分段的水頭損失值為，總的水頭損失為水閘的上下游水位差△H可參照張世儒編著的《水閘》相關(guān)計(jì)算公式：△H=因此 ， 式中：—各分段水頭損失；—各分段阻力系數(shù)；n—為總分段數(shù)；△H—。+++++++++=（1） 進(jìn)口段 （2）齒墻水平段 （3）齒墻垂直段 =（m）（4）鋪蓋水平段 =（m）（5）板樁垂直段 =（m）（6）板樁垂直段 =（m）（7）底板水平段 =（m）（8）齒墻垂直段 =（m）（9）齒墻水平段 =（m）（10）出口段 =（m） 4. 進(jìn)、出口損失的修正當(dāng)進(jìn)、出口板樁較短時(shí)，進(jìn)、出口處的滲流坡降線將呈急變曲線的形式。為精確應(yīng)可參照張世儒編著的《水閘》相關(guān)計(jì)算公式： 式中： —以算出的進(jìn)、出口損失值； —修正后的水頭損失值；β—修正系數(shù)； S/ —底板（包括齒墻）的埋深與板樁入土深度之和；T/ —板樁另一側(cè)的地基透水層深度。為阻力修正系數(shù)，當(dāng)≥1時(shí)，采用=。當(dāng)≥1時(shí)，采用=，說明不需要修正，即按照上面的方法計(jì)算，當(dāng)＜1時(shí)則應(yīng)該修正，修正后其水頭損失值減小為：△h=(1) ①進(jìn)口段的水頭損失修正值按下式計(jì)算： 有 = = ，應(yīng)予修正。進(jìn)口段水頭損失應(yīng)修正為： ②出口段的水頭損失修正值按下式計(jì)算： 有 = = ，應(yīng)予修正。進(jìn)口段水頭損失應(yīng)修正為： 5. 逸出坡降的計(jì)算為了防止逸流變性保證閘基的抗?jié)B穩(wěn)定性，要求出口段的逸出坡降必須小于規(guī)定的容許值出口處的逸出坡降J為： 有 ==防止流土破壞的出口段容許坡降值[J]應(yīng)滿足表72的規(guī)定。表72 出口段容許坡降值地基土質(zhì)類別粉砂細(xì)砂中砂粗砂中礫細(xì)礫粗礫夾卵石砂壤土