【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 一般位于支、斗渠分水口稍下游，跨越干、支渠修建，用于抬高干、支渠水位，供支、斗渠取水。本次設(shè)計(jì)主要分為以下六部分：分析資料及水閘樞紐布置已提供的資料是設(shè)計(jì)的基本依據(jù)，為使設(shè)計(jì)成果安全、適用、經(jīng)濟(jì)，首先應(yīng)熟悉并分析各種資料，如地形、地質(zhì)情況，各有關(guān)高程，特征水位及相應(yīng)流量等，然后根據(jù)閘址地形、地質(zhì)、水流等條件以及該樞紐中各建筑物的功能、特點(diǎn)、運(yùn)用要求，確定樞紐布置，做到緊湊合理，協(xié)調(diào)美觀，組成整體效益最大的有機(jī)聯(lián)合體。水力計(jì)算 主要包括閘孔設(shè)計(jì)、消能防沖設(shè)計(jì)、防滲排水設(shè)計(jì)。1.、閘孔設(shè)計(jì)首先根據(jù)上面擬定的水閘型式及設(shè)計(jì)流量，確定閘孔凈寬及適宜孔數(shù)。然后再驗(yàn)算初擬閘孔尺寸的過(guò)流量是否滿(mǎn)足泄流要求。2.、消能防沖設(shè)計(jì) 為了消除水流過(guò)閘后的能量，設(shè)計(jì)了消力池、海漫和防沖槽。①、消力池：計(jì)算在設(shè)計(jì)蓄水位下，閘門(mén)在各種運(yùn)行工況和不同開(kāi)啟高度時(shí)的泄流量，確定是否設(shè)消力池。若需設(shè)置則根據(jù)消能條件，計(jì)算消力池深、長(zhǎng)、底板厚度及所用建筑材料。②、海漫：消力池能消除水流 50℅的能量，其余能量由海漫消除，根據(jù)水閘不同泄量的水力計(jì)算，布置海漫，確定長(zhǎng)度及建筑材料。③、防沖槽：計(jì)算海漫末端河床沖刷深度，設(shè)計(jì)計(jì)算防沖槽斷面形狀、尺寸、確定拋石量及護(hù)坡砌置深度。⑶、防滲排水設(shè)計(jì)首先擬定水閘地下輪廓線(xiàn)型式，初步計(jì)算所需長(zhǎng)度，然后依次確定閘室底板、鋪蓋長(zhǎng)度及材料，設(shè)計(jì)反濾層及排水孔位置，最后計(jì)算閘基滲透壓力，繪制滲透壓力分布圖。河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)第 7 頁(yè) 共 91 頁(yè)閘室的布置設(shè)計(jì)及閘室穩(wěn)定性計(jì)算⑴、閘室輪廓尺寸確定由水力條件及水閘功用，確定閘室總寬、閘頂高程、閘墩、閘門(mén)、底板的型式與尺寸，閘室上部結(jié)構(gòu)的工作橋、交通橋、啟閉設(shè)備的型式與尺寸。⑵、閘室穩(wěn)定計(jì)算選取計(jì)算單元，計(jì)算作用于閘室的荷載，并按計(jì)算條件進(jìn)行組合。分別按完建期，正常蓄水期，正常蓄水加特殊荷載組合三種工況進(jìn)行閘室抗滑穩(wěn)定性和地基承載力驗(yàn)算，并對(duì)地基應(yīng)力分布狀態(tài)及沉降差進(jìn)行計(jì)算分析，判斷水閘地基是否滿(mǎn)足承載力、抗滑穩(wěn)定和變形要求。⑶、閘基深層滑動(dòng)及地基沉降量計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)資料給出的土壤物理力學(xué)特性指標(biāo)，驗(yàn)算在荷載作用下基礎(chǔ)是否發(fā)生帶動(dòng)一部分地基土向下游深層滑動(dòng)，并確定是否進(jìn)行地基沉降量計(jì)算。平面鋼閘門(mén)設(shè)計(jì)⑴、門(mén)葉結(jié)構(gòu)①、門(mén)葉結(jié)構(gòu)布置：確定門(mén)葉結(jié)構(gòu)所需的各種構(gòu)件，數(shù)目及所在位置，梁格及聯(lián)結(jié)系的型式、連接方式，行走支承及邊梁的型式。②、面板設(shè)計(jì)：在充分發(fā)揮面板強(qiáng)度的前提下，設(shè)計(jì)一經(jīng)濟(jì)合理的面板厚度。并在主梁截面確定之后校核面板的局部彎曲與整體彎曲的折算應(yīng)力強(qiáng)度。③、水平次梁、頂、底梁設(shè)計(jì)：均采用型鋼。由各構(gòu)件的內(nèi)力，選擇各梁的截面，并進(jìn)行強(qiáng)度、剛度驗(yàn)算。④、主梁設(shè)計(jì)：確定主梁數(shù)目、位置、截面型式，斷面尺寸，截面改變，翼緣焊縫設(shè)計(jì)及主梁局部穩(wěn)定驗(yàn)算。⑤、豎直次梁及橫縱向聯(lián)結(jié)系設(shè)計(jì)：確定其型式及位置，由內(nèi)力計(jì)算選擇截面尺寸及強(qiáng)度驗(yàn)算。⑥、邊梁設(shè)計(jì)：由行走支承確定邊梁結(jié)構(gòu)型式，按構(gòu)造要求設(shè)計(jì)邊梁，并對(duì)其危險(xiǎn)截面進(jìn)行強(qiáng)度校核。⑦、行走支承設(shè)計(jì)：確定其結(jié)構(gòu)型式、尺寸，并進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。⑧、導(dǎo)向裝置設(shè)計(jì)：確定側(cè)行走支承型式，位置及連接方式。⑨、止水、吊耳設(shè)計(jì)：確定止水型號(hào)及布置方式，由啟門(mén)力設(shè)計(jì)，吊軸及吊耳板尺寸并對(duì)吊耳板強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算。⑵、門(mén)槽埋設(shè)構(gòu)件①、確定門(mén)槽各軌道型式，斷面尺寸，對(duì)主軌進(jìn)行強(qiáng)度校核。②、確定止水座及門(mén)槽護(hù)角構(gòu)件型式。河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)第 8 頁(yè) 共 91 頁(yè)⑶、啟閉機(jī)械選擇①、計(jì)算啟門(mén)力，確定啟閉機(jī)類(lèi)型、型號(hào)。②、計(jì)算閉門(mén)力，校核是否應(yīng)采取工程措施降門(mén)。③、吊具設(shè)計(jì)：由啟門(mén)力設(shè)計(jì)吊索。閘室結(jié)構(gòu)計(jì)算⑴閘墩的應(yīng)力分析①力學(xué)分析，采用材料力學(xué)分析。②計(jì)算情況，運(yùn)用和檢修兩種情況。⑵閘墩底水平截面的縱向應(yīng)力及側(cè)向應(yīng)力的驗(yàn)算。①計(jì)算中墩及邊墩的形常數(shù)。②墩底水平截面垂直應(yīng)力與剪應(yīng)力。③墩底水平截面?zhèn)葢?yīng)力。⑶門(mén)槽應(yīng)力⑷配筋①閘墩配筋。②門(mén)槽配筋。關(guān)鍵詞：水閘；閘室；平面閘門(mén)；防滲排水；主梁河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)第 9 頁(yè) 共 91 頁(yè)1 樞紐布置 總體布置本設(shè)計(jì)為節(jié)制閘，一般跨越河道修建，故又稱(chēng)為攔河閘。用于枯水期蓄水，抬高水位以及供進(jìn)水閘取水，洪水期開(kāi)閘泄洪。在渠系中一般位于支、斗渠分水口稍下游，跨越干、支渠修建也稱(chēng)節(jié)制閘。用于抬高干、支渠水位，供支、斗渠取水。閘址一般應(yīng)設(shè)置在河道直線(xiàn)段上。閘址處于上下游河道直線(xiàn)段長(zhǎng)度均不短于 5—10倍水面寬度，且不宜小于 300m。壩址選擇是水閘規(guī)范設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要工作，閘址合適與否，不僅涉及到水閘建設(shè)的成敗，并且關(guān)系到整個(gè)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，因此對(duì)閘址選擇的工作應(yīng)十分重視。 確定水閘位置時(shí)應(yīng)考慮的幾個(gè)因素⑴地基條件 是影響水閘總體布置的主要因素之一應(yīng)盡可能選擇土質(zhì)密實(shí)，均勻。壓縮性較小和承載能力較大的良好地基。此外，由于閘基土質(zhì)的抗沖能力直接影響單寬流量的選擇和閘后消能防沖設(shè)備的設(shè)計(jì)，而地下水位的高低及承壓水的有無(wú)對(duì)地基的穩(wěn)定性和施工期的排水措施也有所影響，故在選擇閘址時(shí)應(yīng)考慮這些條件。⑵水流條件 是另一主要因素閘的位置應(yīng)使進(jìn)閘和出閘水流平順，防止上，下游產(chǎn)生有害的沖刷和淤積。⑶施工、管理?xiàng)l件 也是閘址選擇時(shí)要考慮的一個(gè)因素要求有足夠?qū)拸V的施工場(chǎng)地，并且盡可能使土方工程量最小。當(dāng)水閘是整個(gè)樞紐的一個(gè)組成部分時(shí)，應(yīng)就樞紐工程總體布置做方案比較，得出水閘最優(yōu)位置，以達(dá)到技術(shù)上先進(jìn)與經(jīng)濟(jì)上合理的要求。 結(jié)構(gòu)布置 閘室的結(jié)構(gòu)布置水閘的主體是閘室，其結(jié)構(gòu)型式是多種多樣的，主要取決于泄放水流的方式以及閘門(mén)的構(gòu)造和操作方式。按照閘室的泄流特點(diǎn)分類(lèi)，可以分為以下幾種型式：當(dāng)閘門(mén)全開(kāi)時(shí)過(guò)閘水流具有自由水面的水閘成為溢流式閘室，也稱(chēng)開(kāi)敞式閘室。一般堰檻高程較高，擋水高度較小的水閘都采用這種型式，依靠閘門(mén)擋水。當(dāng)閘門(mén)全部打開(kāi)時(shí)，水閘的過(guò)水面積和泄流量都隨水位的抬高而增大，對(duì)于需要泄放洪水的攔河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)第 10 頁(yè) 共 91 頁(yè)河閘和分洪閘來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)閘門(mén)全開(kāi)時(shí)，自由水面仍受阻擋，水流只能通過(guò)固定洞孔泄入下游，稱(chēng)為孔流式閘室，也成為封閉式閘室。當(dāng)閘檻高程較低，閘室高度較大，需要泄放或取用底層水流時(shí)，常采用這種型式。一般把閘室頂部封閉。例如設(shè)置胸墻擋水，底部設(shè)置孔口泄水，這樣可以減少閘門(mén)尺寸。這種泄流方式最適合于沖沙閘的工作條件，有其突出的優(yōu)點(diǎn)。這是一種既具有面流溢流能力，又具有底孔泄流能力的閘室結(jié)構(gòu)。構(gòu)造上分為上下兩層，分別裝設(shè)閘門(mén)。開(kāi)啟上層閘門(mén)，利用面層溢流泄放洪水和漂流物。開(kāi)啟下層閘門(mén)，則利用底孔沖刷閘前淤泥的泥沙。這種類(lèi)型的閘室多用于攔河節(jié)制閘或引水系統(tǒng)的進(jìn)水閘上。有時(shí)在特別軟弱的淤泥質(zhì)地基上建閘，為了加強(qiáng)閘室的橫向剛度，借以減小地基的不均勻沉降和閘室的結(jié)構(gòu)變形，在閘室的過(guò)水?dāng)嗝嬷性O(shè)一層水平橫隔板，型式上亦構(gòu)成了上下兩層泄水通道，但常常共用一個(gè)閘門(mén)，在運(yùn)用要求上與混合泄流式閘室不盡相同。本水閘設(shè)計(jì)閘門(mén)全開(kāi)時(shí)具有自由水面，擋水高度較小，且依靠閘門(mén)擋水，故可采用開(kāi)敞式閘室。根據(jù)已知資料，初步采用開(kāi)敞式閘室。⑴ 底板 是整個(gè)閘室結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，承受水閘上部結(jié)構(gòu)的重量及荷載并向地基傳遞的結(jié)構(gòu)，同時(shí)兼有防滲及防沖作用，防止地基由于受滲透水流作用可能產(chǎn)生的滲透變形并保護(hù)地基免受水流沖刷。本設(shè)計(jì)初步采用平底板。⑵ 閘墩 是閘門(mén)和各種上部結(jié)構(gòu)的支撐體，由閘門(mén)傳來(lái)的水壓力和上部結(jié)構(gòu)的重量和荷載通過(guò)閘墩傳布于底板。閘墩通常采用實(shí)體式，其外形輪廓設(shè)計(jì)應(yīng)能滿(mǎn)足過(guò)閘水流平順，側(cè)向收縮小，過(guò)流能力大的要求。本設(shè)計(jì)初步采用上游墩頭半圓形，下游墩頭流線(xiàn)形的型式。⑶ 閘門(mén) 其結(jié)構(gòu)的選型布置應(yīng)根據(jù)其受力情況控制運(yùn)用要求、制作、運(yùn)輸、安裝維修條件等，結(jié)合閘室結(jié)構(gòu)布置合理選定。本設(shè)計(jì)初步采用平面鋼閘門(mén)。⑷ 啟閉機(jī) 其型式可根據(jù)門(mén)型尺寸及其運(yùn)用條件等因素選定。本設(shè)計(jì)初步采用卷?yè)P(yáng)式平面閘門(mén)啟閉機(jī)。⑸ 閘室上部的工作橋、交通橋 根據(jù)閘孔孔徑，閘門(mén)啟閉機(jī)型式及容量設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)等分別選用板式、梁板式、板拱式，其與閘墩的連接型式應(yīng)與底板分縫及胸墻支撐型式統(tǒng)一考慮。本設(shè)計(jì)初步選用梁板式。河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)第 11 頁(yè) 共 91 頁(yè) 兩岸連接布置 水閘兩岸連接應(yīng)能保證岸坡穩(wěn)定改善水閘進(jìn)出水流條件提高泄流能力和消能防沖效果，滿(mǎn)足側(cè)向防滲需要，減輕閘室底板邊荷載影響，且有利于環(huán)境綠化等。上下游翼墻宜與閘室及兩岸岸坡平順連接。 防滲排水布置 當(dāng)閘基為中壤土，輕壤土或重壤土?xí)r閘室上游宜設(shè)置鋼筋混凝土或黏土鋪蓋或土工膜防滲鋪蓋，閘室下游護(hù)坦底部應(yīng)設(shè)反濾層。本設(shè)計(jì)初步采用鋼筋混凝土鋪蓋。 消能防沖布置 水閘消能防沖布置應(yīng)根據(jù)閘基地質(zhì)情況，水力條件以及閘門(mén)控制運(yùn)用方式等因素進(jìn)行綜合分析確定。本設(shè)計(jì)初步采用底流消能方式。 1:3圖 水閘整體布置圖（單位： ）cm河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)第 12 頁(yè) 共 91 頁(yè)2 水閘的水力計(jì)算水力計(jì)算包括：⑴設(shè)計(jì)水閘的閘孔，出流以滿(mǎn)足進(jìn)流、出流、控制水位要求。⑵設(shè)計(jì)水閘的消能防沖設(shè)施，使水閘避免沖刷。⑶設(shè)計(jì)水閘的防滲排水設(shè)施，使水閘避免滲透變形。 閘孔設(shè)計(jì)閘孔型式：包括閘底板的型式（堰型） 、閘門(mén)、閘門(mén)頂部胸墻。閘孔尺寸：包括閘底板的頂面高程，閘孔凈寬和孔數(shù)。 上下游水位的確定上游水位：在河道上建閘后，上下游將形成一定水頭差，上游水位是由規(guī)劃決定。由設(shè)計(jì)資料給出，該節(jié)制閘的最高設(shè)計(jì)蓄水位為▽。本設(shè)計(jì)上游應(yīng)低于最高設(shè)計(jì)蓄水位，采用▽ m。下游水位：因水閘上下游為人工開(kāi)挖渠道，其表面糙率沿程不變，設(shè)渠道中無(wú)任何阻礙水流運(yùn)動(dòng)的建筑物，故下游可按明渠均勻流計(jì)算。作出渠道下游 h 下～Q 關(guān)系曲線(xiàn) ，以備在不同流量下，直接由該曲線(xiàn)查得下游水位。閘孔凈寬的控制情況通常是宣泄設(shè)計(jì)或校核流量時(shí)，此時(shí)閘門(mén)全部開(kāi)啟，多為淹沒(méi)流態(tài)。由于閘孔寬度一般小于河道寬度，水流過(guò)閘時(shí)側(cè)向收縮，并使上游水面雍高而形成閘上下游水位差 ΔH。該水位差的大小關(guān)系到閘室工程量和上游淹沒(méi)損失。水閘的過(guò)閘水位差應(yīng)根據(jù)上游淹沒(méi)影響，允許的過(guò)閘單寬流量和水閘工程造價(jià)等因素綜合比較選定。根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》 ，一般情況下，平原水閘的過(guò)閘水位差可采用～。在水閘設(shè)計(jì)中，如采用較大的過(guò)閘水位差，可縮減閘孔總凈寬，降低水閘工程造價(jià)但抬高了水閘的上游水位，不僅要加高上游堤頂高程而且可能增加上游淹沒(méi)損失，因此為了減輕上游堤防負(fù)擔(dān)也不允許過(guò)分抬高水閘的上游水位，因此采用較小的過(guò)閘水位差選用 ΔH=。下面先假設(shè) ht 根據(jù)水力學(xué)公式 QACRi?式中： A——明渠斷面積 ()bmh?河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)第 13 頁(yè) 共 91 頁(yè)求得流量 Q，列表如下表 水頭流量計(jì)算表H (m) A (m2) X (m) R (m) C () Q (m3/s) 30 64 102 144 根據(jù)上表，繪制 ht—Q 曲線(xiàn)。見(jiàn)圖 21圖 ht—Q 曲線(xiàn)⑴由 ht—Q 曲線(xiàn)查的 Q 設(shè) =, h t= m 即下游水位為 h t= m。由設(shè)計(jì)資料可知，渠底高程為 ，則下游水位高程為▽ 下 = m+=。⑵上下游水位差為 ΔH=。河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)第 14 頁(yè) 共 91 頁(yè)⑶上游水位▽ 上 =▽ 下 +ΔH=+= m﹤ 滿(mǎn)足要求。 閘孔尺寸設(shè)計(jì)⑴閘孔尺寸的設(shè)計(jì)條件：最大閘孔要滿(mǎn)足泄洪要求，在校核流量 237 m3/s，最高設(shè)計(jì)蓄水位 51．6 m 下保證能泄出，即 Q 孔 ≥Q 泄 。⑵閘孔總凈寬的計(jì)算：在 Q 設(shè)= m3/s，閘門(mén)全開(kāi)，按堰流計(jì)算。由 《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》SL265—2022 ()、()得 （ 2—1） 0002()ssBuhgHh??μ 0=+（h s/） 2 (2—2) 式中： ——淹沒(méi)堰流的綜合流量系數(shù)。由《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》表 查得? Q——過(guò)閘流量。 取 Q= = m3/sQ設(shè) ——下游水深。 = H= +ΔH=+= =(+2) =()Abm?? ——計(jì)入行進(jìn)流速水頭的堰上水深。 0H =? =+=200g?? h 下 / H0= 查《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》知此水閘處于高淹沒(méi)，閘孔總凈寬可按()()計(jì)算( / ) =???sh0H2/ BQ0)ssg?=（ ）(? = m 式中： ——閘孔總凈寬；（m）0B Q——過(guò)閘流量；（ /s）3 ——計(jì)入行進(jìn)流速水頭的堰上水深。（m）0H河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)第 15 頁(yè) 共 91 頁(yè) ——淹沒(méi)堰流流量系數(shù)；?初步設(shè)計(jì)閘孔凈寬取 = 0B⑶閘孔孔數(shù)尺寸與閘室總寬度的確定：大中型水閘采用平面鋼閘門(mén)時(shí)，每孔凈寬b 一般為 6～9 米，當(dāng)水閘孔數(shù)較少，