【文章內(nèi)容簡介】 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。本次設計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計的基本依據(jù)，為使設計成果安全、適用、經(jīng)濟，首先應熟悉并分析各種資料，如地形、地質(zhì)情況，各有關高程，特征水位及相應流量等，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、運用要求，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聯(lián)合體。水力計算 主要包括閘孔設計、消能防沖設計、防滲排水設計。1.、閘孔設計首先根據(jù)上面擬定的水閘型式及設計流量，確定閘孔凈寬及適宜孔數(shù)。然后再驗算初擬閘孔尺寸的過流量是否滿足泄流要求。2.、消能防沖設計 為了消除水流過閘后的能量，設計了消力池、海漫和防沖槽。①、消力池：計算在設計蓄水位下，閘門在各種運行工況和不同開啟高度時的泄流量，確定是否設消力池。若需設置則根據(jù)消能條件，計算消力池深、長、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算，布置海漫，確定長度及建筑材料。③、防沖槽：計算海漫末端河床沖刷深度，設計計算防沖槽斷面形狀、尺寸、確定拋石量及護坡砌置深度。⑶、防滲排水設計首先擬定水閘地下輪廓線型式，初步計算所需長度，然后依次確定閘室底板、鋪蓋長度及材料，設計反濾層及排水孔位置，最后計算閘基滲透壓力，繪制滲透壓力分布圖。河北工程大學畢業(yè)設計第 7 頁 共 91 頁閘室的布置設計及閘室穩(wěn)定性計算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、底板的型式與尺寸，閘室上部結構的工作橋、交通橋、啟閉設備的型式與尺寸。⑵、閘室穩(wěn)定計算選取計算單元，計算作用于閘室的荷載，并按計算條件進行組合。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行閘室抗滑穩(wěn)定性和地基承載力驗算，并對地基應力分布狀態(tài)及沉降差進行計算分析，判斷水閘地基是否滿足承載力、抗滑穩(wěn)定和變形要求。⑶、閘基深層滑動及地基沉降量計算根據(jù)設計資料給出的土壤物理力學特性指標，驗算在荷載作用下基礎是否發(fā)生帶動一部分地基土向下游深層滑動，并確定是否進行地基沉降量計算。平面鋼閘門設計⑴、門葉結構①、門葉結構布置：確定門葉結構所需的各種構件，數(shù)目及所在位置，梁格及聯(lián)結系的型式、連接方式，行走支承及邊梁的型式。②、面板設計：在充分發(fā)揮面板強度的前提下，設計一經(jīng)濟合理的面板厚度。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力強度。③、水平次梁、頂、底梁設計：均采用型鋼。由各構件的內(nèi)力，選擇各梁的截面，并進行強度、剛度驗算。④、主梁設計：確定主梁數(shù)目、位置、截面型式，斷面尺寸，截面改變，翼緣焊縫設計及主梁局部穩(wěn)定驗算。⑤、豎直次梁及橫縱向聯(lián)結系設計：確定其型式及位置，由內(nèi)力計算選擇截面尺寸及強度驗算。⑥、邊梁設計：由行走支承確定邊梁結構型式，按構造要求設計邊梁，并對其危險截面進行強度校核。⑦、行走支承設計：確定其結構型式、尺寸，并進行強度驗算。⑧、導向裝置設計：確定側行走支承型式，位置及連接方式。⑨、止水、吊耳設計：確定止水型號及布置方式，由啟門力設計，吊軸及吊耳板尺寸并對吊耳板強度進行驗算。⑵、門槽埋設構件①、確定門槽各軌道型式，斷面尺寸，對主軌進行強度校核。②、確定止水座及門槽護角構件型式。河北工程大學畢業(yè)設計第 8 頁 共 91 頁⑶、啟閉機械選擇①、計算啟門力，確定啟閉機類型、型號。②、計算閉門力，校核是否應采取工程措施降門。③、吊具設計：由啟門力設計吊索。閘室結構計算⑴閘墩的應力分析①力學分析，采用材料力學分析。②計算情況，運用和檢修兩種情況。⑵閘墩底水平截面的縱向應力及側向應力的驗算。①計算中墩及邊墩的形常數(shù)。②墩底水平截面垂直應力與剪應力。③墩底水平截面?zhèn)葢?。⑶門槽應力⑷配筋①閘墩配筋。②門槽配筋。關鍵詞：水閘；閘室；平面閘門；防滲排水；主梁河北工程大學畢業(yè)設計第 9 頁 共 91 頁1 樞紐布置 總體布置本設計為節(jié)制閘，一般跨越河道修建，故又稱為攔河閘。用于枯水期蓄水，抬高水位以及供進水閘取水，洪水期開閘泄洪。在渠系中一般位于支、斗渠分水口稍下游，跨越干、支渠修建也稱節(jié)制閘。用于抬高干、支渠水位，供支、斗渠取水。閘址一般應設置在河道直線段上。閘址處于上下游河道直線段長度均不短于 5—10倍水面寬度，且不宜小于 300m。壩址選擇是水閘規(guī)范設計中的一項重要工作，閘址合適與否，不僅涉及到水閘建設的成敗，并且關系到整個地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展，因此對閘址選擇的工作應十分重視。 確定水閘位置時應考慮的幾個因素⑴地基條件 是影響水閘總體布置的主要因素之一應盡可能選擇土質(zhì)密實，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備的設計，而地下水位的高低及承壓水的有無對地基的穩(wěn)定性和施工期的排水措施也有所影響，故在選擇閘址時應考慮這些條件。⑵水流條件 是另一主要因素閘的位置應使進閘和出閘水流平順，防止上，下游產(chǎn)生有害的沖刷和淤積。⑶施工、管理條件 也是閘址選擇時要考慮的一個因素要求有足夠?qū)拸V的施工場地，并且盡可能使土方工程量最小。當水閘是整個樞紐的一個組成部分時，應就樞紐工程總體布置做方案比較，得出水閘最優(yōu)位置，以達到技術上先進與經(jīng)濟上合理的要求。 結構布置 閘室的結構布置水閘的主體是閘室，其結構型式是多種多樣的，主要取決于泄放水流的方式以及閘門的構造和操作方式。按照閘室的泄流特點分類，可以分為以下幾種型式：當閘門全開時過閘水流具有自由水面的水閘成為溢流式閘室，也稱開敞式閘室。一般堰檻高程較高，擋水高度較小的水閘都采用這種型式，依靠閘門擋水。當閘門全部打開時，水閘的過水面積和泄流量都隨水位的抬高而增大，對于需要泄放洪水的攔河北工程大學畢業(yè)設計第 10 頁 共 91 頁河閘和分洪閘來說，這是一個很大的優(yōu)點。當閘門全開時，自由水面仍受阻擋，水流只能通過固定洞孔泄入下游，稱為孔流式閘室，也成為封閉式閘室。當閘檻高程較低，閘室高度較大，需要泄放或取用底層水流時，常采用這種型式。一般把閘室頂部封閉。例如設置胸墻擋水，底部設置孔口泄水，這樣可以減少閘門尺寸。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。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構。構造上分為上下兩層，分別裝設閘門。開啟上層閘門，利用面層溢流泄放洪水和漂流物。開啟下層閘門，則利用底孔沖刷閘前淤泥的泥沙。這種類型的閘室多用于攔河節(jié)制閘或引水系統(tǒng)的進水閘上。有時在特別軟弱的淤泥質(zhì)地基上建閘，為了加強閘室的橫向剛度，借以減小地基的不均勻沉降和閘室的結構變形，在閘室的過水斷面中設一層水平橫隔板，型式上亦構成了上下兩層泄水通道，但常常共用一個閘門，在運用要求上與混合泄流式閘室不盡相同。本水閘設計閘門全開時具有自由水面，擋水高度較小，且依靠閘門擋水，故可采用開敞式閘室。根據(jù)已知資料，初步采用開敞式閘室。⑴ 底板 是整個閘室結構的基礎，承受水閘上部結構的重量及荷載并向地基傳遞的結構，同時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地基免受水流沖刷。本設計初步采用平底板。⑵ 閘墩 是閘門和各種上部結構的支撐體，由閘門傳來的水壓力和上部結構的重量和荷載通過閘墩傳布于底板。閘墩通常采用實體式，其外形輪廓設計應能滿足過閘水流平順，側向收縮小，過流能力大的要求。本設計初步采用上游墩頭半圓形，下游墩頭流線形的型式。⑶ 閘門 其結構的選型布置應根據(jù)其受力情況控制運用要求、制作、運輸、安裝維修條件等，結合閘室結構布置合理選定。本設計初步采用平面鋼閘門。⑷ 啟閉機 其型式可根據(jù)門型尺寸及其運用條件等因素選定。本設計初步采用卷揚式平面閘門啟閉機。⑸ 閘室上部的工作橋、交通橋 根據(jù)閘孔孔徑，閘門啟閉機型式及容量設計荷載標準等分別選用板式、梁板式、板拱式，其與閘墩的連接型式應與底板分縫及胸墻支撐型式統(tǒng)一考慮。本設計初步選用梁板式。河北工程大學畢業(yè)設計第 11 頁 共 91 頁 兩岸連接布置 水閘兩岸連接應能保證岸坡穩(wěn)定改善水閘進出水流條件提高泄流能力和消能防沖效果，滿足側向防滲需要，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 當閘基為中壤土，輕壤土或重壤土時閘室上游宜設置鋼筋混凝土或黏土鋪蓋或土工膜防滲鋪蓋，閘室下游護坦底部應設反濾層。本設計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根據(jù)閘基地質(zhì)情況，水力條件以及閘門控制運用方式等因素進行綜合分析確定。本設計初步采用底流消能方式。 1:3圖 水閘整體布置圖（單位： ）cm河北工程大學畢業(yè)設計第 12 頁 共 91 頁2 水閘的水力計算水力計算包括：⑴設計水閘的閘孔，出流以滿足進流、出流、控制水位要求。⑵設計水閘的消能防沖設施，使水閘避免沖刷。⑶設計水閘的防滲排水設施，使水閘避免滲透變形。 閘孔設計閘孔型式：包括閘底板的型式（堰型） 、閘門、閘門頂部胸墻。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。由設計資料給出，該節(jié)制閘的最高設計蓄水位為▽。本設計上游應低于最高設計蓄水位，采用▽ m。下游水位：因水閘上下游為人工開挖渠道，其表面糙率沿程不變，設渠道中無任何阻礙水流運動的建筑物，故下游可按明渠均勻流計算。作出渠道下游 h 下～Q 關系曲線 ，以備在不同流量下，直接由該曲線查得下游水位。閘孔凈寬的控制情況通常是宣泄設計或校核流量時，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。該水位差的大小關系到閘室工程量和上游淹沒損失。水閘的過閘水位差應根據(jù)上游淹沒影響，允許的過閘單寬流量和水閘工程造價等因素綜合比較選定。根據(jù)《水閘設計規(guī)范》 ，一般情況下，平原水閘的過閘水位差可采用～。在水閘設計中，如采用較大的過閘水位差，可縮減閘孔總凈寬，降低水閘工程造價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損失，因此為了減輕上游堤防負擔也不允許過分抬高水閘的上游水位，因此采用較小的過閘水位差選用 ΔH=。下面先假設 ht 根據(jù)水力學公式 QACRi?式中： A——明渠斷面積 ()bmh?河北工程大學畢業(yè)設計第 13 頁 共 91 頁求得流量 Q，列表如下表 水頭流量計算表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。見圖 21圖 ht—Q 曲線⑴由 ht—Q 曲線查的 Q 設 =, h t= m 即下游水位為 h t= m。由設計資料可知，渠底高程為 ，則下游水位高程為▽ 下 = m+=。⑵上下游水位差為 ΔH=。河北工程大學畢業(yè)設計第 14 頁 共 91 頁⑶上游水位▽ 上 =▽ 下 +ΔH=+= m﹤ 滿足要求。 閘孔尺寸設計⑴閘孔尺寸的設計條件：最大閘孔要滿足泄洪要求，在校核流量 237 m3/s，最高設計蓄水位 51．6 m 下保證能泄出，即 Q 孔 ≥Q 泄 。⑵閘孔總凈寬的計算：在 Q 設= m3/s，閘門全開，按堰流計算。由 《水閘設計規(guī)范》SL265—2022 ()、()得 （ 2—1） 0002()ssBuhgHh??μ 0=+（h s/） 2 (2—2) 式中： ——淹沒堰流的綜合流量系數(shù)。由《水閘設計規(guī)范》表 查得? Q——過閘流量。 取 Q= = m3/sQ設 ——下游水深。 = H= +ΔH=+= =(+2) =()Abm?? ——計入行進流速水頭的堰上水深。 0H =? =+=200g?? h 下 / H0= 查《水閘設計規(guī)范》知此水閘處于高淹沒，閘孔總凈寬可按()()計算( / ) =???sh0H2/ BQ0)ssg?=（ ）(? = m 式中： ——閘孔總凈寬；（m）0B Q——過閘流量；（ /s）3 ——計入行進流速水頭的堰上水深。（m）0H河北工程大學畢業(yè)設計第 15 頁 共 91 頁 ——淹沒堰流流量系數(shù)；?初步設計閘孔凈寬取 = 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時，每孔凈寬b 一般為 6～9 米，當水閘孔數(shù)較少，