【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 、底板高程和閘孔總凈寬等是相互關(guān)聯(lián)的，設(shè)計(jì)時(shí)，需要通過(guò)對(duì)不同方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后最終確定。 泄洪能力校核 zo hHgbeQ ?? (2? 式中： hz－淹沒(méi)水深（ m） 。 ?—— 淹沒(méi)出流的流量系數(shù) 經(jīng)計(jì)算 Q′ =127 3m /s Q=30 3m /s,所以取 .6mbo? 符合要求。 第二節(jié) 消能防沖設(shè)計(jì) 水閘泄水時(shí)，部分勢(shì)能轉(zhuǎn)為動(dòng)能，流速增大，具有較強(qiáng)的沖刷能力，而土質(zhì)河床一般抗沖能力較低。因此，為了保證水閘的安全運(yùn)行，必須采取適當(dāng)?shù)南芊罌_措施。要設(shè)計(jì)好水閘的消能防沖措施，應(yīng)先了解過(guò)閘水流的特點(diǎn)，進(jìn)而采取妥善的防范措施。 一、 消能方式的選擇 平原地區(qū)的水閘，由于水頭低，下游水位變幅大，一般都采用底流式消能。先閘下躍后水深與下游水深相比較，判別閘下水流銜接形式 。根據(jù)《水力學(xué)》教材公式 cc hgqhE 220 2 ??? gvHE 220 ?? 先假設(shè)一個(gè) ch 得表 Eo hc hg 22? 2q Eo 25 25 25 25 由表得 ch = 時(shí)符合要求， 按《水力學(xué)》閘孔出流公式計(jì)算 2 8112ccc chVh gh? ? ? hc —— 收縮水深 (m) Vc —— 收縮斷面流速 (m/s) 13 ? —— 閘孔流速系數(shù) ? 取 σ s —— 淹沒(méi)系數(shù) 查《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》表 ch —— 共軛水深 (m) 經(jīng)計(jì)算得 ch = ht = 。說(shuō)明下游將出現(xiàn)遠(yuǎn)離水躍，需采取降低護(hù)坦消能措施。 二、消力池深度計(jì)算 消力池的深度是在某一給定的流量和相應(yīng)的下游水深條件下確定的。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)選取最不利情況對(duì)應(yīng)的流量作為確定消力池深度的設(shè)計(jì)流量。要求水躍的起點(diǎn)位于消力池的上游端或斜坡段的坡腳附近。 消力池計(jì)算示意圖 dHTO ?? 0 ???????? ??? 1812 3239。39。ccc ghqhh； 02 22203 ??? ?gqhTh cc ； 2 2222cttcd h h zq qzg h g hQqb?? ??? ? ? ?? ? ?? 式中 d —— 消力池深度 （ m） σ —— 水躍淹沒(méi)系數(shù) σ = Q —— 流量 14 ch —— 躍后水深 ， m ? —— 水流動(dòng)能校正系數(shù) ?? q —— 過(guò)閘單寬流量 （ m2/s） ， 2式和 3 式中 q為過(guò)閘流量 5 m2/s、 5式中 q為消力池末端的單寬流量為 2 m2/s。 Δ z —— 出 池落差 （ m） ht —— 出池河床水深 ? —— 閘流流速系數(shù) ，取 1 b —— 閘孔凈寬 b=6m 用式算法求，先假設(shè)一個(gè) To，試算 d，得下表 To hc hc △ Z d To 7 8 得當(dāng) d= 時(shí)符合要求。 驗(yàn)算水躍淹沒(méi)系數(shù) ? ，由《水力學(xué)》教材公式 39。39。0 /)( cs hzhd ????? 得 0? = 符合在 ~ 范圍要求。 三、消力池池長(zhǎng)計(jì)算 消力池池長(zhǎng)按照《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》公式計(jì)算 ( )sj s jj c cL L LL h h????? 式中 sjL —— 消力池長(zhǎng)度 （ m） sL —— 消力池斜坡段水平投影長(zhǎng)度 （ m） ? —— 水躍長(zhǎng)度校正系數(shù)， ? = jL —— 水躍長(zhǎng)度 （ m） 經(jīng)計(jì)算，消力池長(zhǎng)度 sjL = 15 四、構(gòu)造要求 消力池底板（即護(hù)坦）要求承受水流的沖擊力、水流脈動(dòng)壓力和底部揚(yáng)壓力等作用，應(yīng)具有足夠的重量、強(qiáng)度和抗沖耐磨的能力。護(hù)坦采用等厚便于施工。 護(hù)坦厚度可根據(jù)抗沖要求計(jì)算， 按《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》公式計(jì)算 39。1t k q H?? 式中 t —— 消力池底板始端厚度 （ m） 39。H? —— 閘孔泄水時(shí)的 上、下游水位差 （ m） 1k —— 消力池底板計(jì)算系數(shù) 1k = 經(jīng)計(jì)算，消力池底板厚為 ，由于地質(zhì)條件等情況，取 前后等厚。 配筋： 底板用 C20 混凝土澆筑而成，并按構(gòu)造配置 Ф10— 12mm、 @25~30cm 的構(gòu)造鋼筋 。 排水孔： 為了降低護(hù)坦底部的滲透壓力，可在水平護(hù)坦的后半部設(shè)置排水孔，孔下鋪設(shè)反濾層，排水孔孔徑一般為 10cm，間距 ，呈梅花形布置。 分縫與 止水：護(hù)坦與閘室、 岸墻及翼墻之間，以及其本身沿水流方向均應(yīng)用縫分開，以適應(yīng)不均勻沉陷和溫度變形。護(hù)坦自身的縫距取 10m，靠近翼墻的消力池縫距應(yīng)取得小一些。護(hù)坦在垂直水流方向通常不設(shè)縫，以保證其穩(wěn)定性，縫寬 ?？p的位置如在閘基防滲范圍內(nèi)，縫中應(yīng)設(shè)止水設(shè)備；但一般都鋪貼瀝青油毛氈。 齒墻：為增強(qiáng)護(hù)坦的抗滑穩(wěn)定性，常在消力池的末端設(shè)置齒墻，墻深為 ,寬為 。 五、海漫設(shè)計(jì) 水流經(jīng)過(guò)消力池，雖已消除了大部分多余能量，但仍留有一定的剩余動(dòng)能，特別是流速分布不均，脈動(dòng)仍較劇烈，具有一定的沖刷能力。因此，護(hù)坦后仍需設(shè) 置海漫等防沖加固設(shè)施，以使水流均勻擴(kuò)散，并將流速分布逐步調(diào)整到接近天然河道的水流形態(tài)。 海漫布置示意圖 （一） 海漫長(zhǎng)度計(jì)算 海漫的長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)可能出現(xiàn)的不利水位、流量組合情況進(jìn)行計(jì)算。 當(dāng) 9~139。 ??Hsq,且消能擴(kuò)散情況良好時(shí)， 《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》中海漫長(zhǎng)度計(jì)算公式為 16 39。HqkL ssp ?? 式中 pL —— 海漫長(zhǎng)度 （ m） 39。H? —— 泄水時(shí)的上、 下游水位差。 m sq —— 消力池末端單寬流量， sk —— 海漫長(zhǎng)度計(jì)算系數(shù)，本工程河床土質(zhì)為淤泥質(zhì)土，因而取 15. 經(jīng)計(jì)算，取海漫的長(zhǎng)度為 30m。 采用干砌石海漫，做 8m的水平段，其頂面高程與護(hù)坦齊平，后連 1： 15 的斜坡。由粒徑大于 30cm的塊石砌成，厚度為 ，下面鋪設(shè)碎石、粗砂墊層，厚 15cm。為了加大其抗沖能力，每隔 8m設(shè)一漿砌石埂。 六、 防沖槽設(shè)計(jì) 水流經(jīng)過(guò)海漫后，盡管 多余能量得到了進(jìn)一步消除，流速分布接近河床水流的正常狀態(tài)，但在海漫末端仍有沖刷現(xiàn)象。為保證安全和節(jié)省工程量，常在海漫末端設(shè)置防沖槽或采取其他加固措施。 在海漫末端挖槽拋石預(yù)留足夠的石塊，當(dāng)水流沖刷河床形成沖坑時(shí)，預(yù)留在槽內(nèi)的石塊沿斜坡陸續(xù)滾下，鋪在沖坑的上游斜坡上，防止沖刷坑向上游擴(kuò)展，保護(hù)海漫安全。 防沖槽構(gòu)造圖 《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》中海漫末端河床沖刷深度計(jì)算公式為 ? ?39。0 sqdhV?? 式中 39。d —— 海漫 末端河床沖刷深度 （ m） q —— 海漫末端單寬流量 q =2m2/s ??0V —— 河床土質(zhì)允許不沖流速 ，本工程為 8 m/s 17 計(jì)算結(jié)果為負(fù)數(shù)，不符合構(gòu)造要求，所以 參照已建水閘工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，防沖槽采用寬淺式的，其深度 t’’ 取 1m，底寬 b 取 2 倍的深度，上游坡率 m1=3,下游坡率 m2= 3。防沖槽的單寬拋石量 V應(yīng)滿足護(hù)蓋沖坑上游 坡面的需要估算。 第三節(jié) 防滲排水設(shè)計(jì) 水閘的防滲排水設(shè)計(jì)任務(wù)在于經(jīng)濟(jì)合理地?cái)M定閘的地下（及兩岸）輪廓線型式和尺寸，以消除和減小滲流對(duì)水閘產(chǎn)生的不利影響，防止閘基和兩岸產(chǎn)生滲透破壞。 防滲設(shè)計(jì)原則 ：高防低排。即在高水位側(cè)采用鋪蓋、板樁、齒墻等防滲設(shè)施，用以延長(zhǎng)滲徑減小滲透坡降和閘底板下的滲透壓力；在低水位側(cè)設(shè)置排水設(shè)施，如面層排水、排水孔或減壓井與下游連通，使地基滲水盡快排出，以減水滲透壓力，并防止在滲流出口附近發(fā)生滲透變形。 一、地下輪廓線長(zhǎng)度 該長(zhǎng)度可按《水工建筑物》教材 初步擬定。 CHL? 式中 L —— 表示閘基防滲長(zhǎng)度，即閘基輪廓線防滲部分水平段和垂直段長(zhǎng)度的總和， m； C —— 允許滲徑系數(shù)值，本工程去 C=9. H —— 上下游水位差， m。 經(jīng)計(jì)算初擬防滲長(zhǎng)度 ??L =。 二、防滲布置 防滲設(shè)施是指構(gòu)成地下輪廓的鋪蓋、板樁及齒墻，而排水設(shè)施則是指鋪設(shè)在護(hù)坦、漿砌石海漫底部或閘底板下游段起導(dǎo)滲 作用的砂礫石層。排水常與反濾層結(jié)合使用。 （一） 閘底板的初擬 設(shè)計(jì)底板高程與河床底齊平為 ，采用整體式底板，長(zhǎng)度根據(jù)上部結(jié)構(gòu)要求（有交通橋等），擬定為 15m，根據(jù)設(shè)計(jì)和地質(zhì)要求，底板厚度取閘孔凈寬的 1/5 倍，設(shè)為 ，選用出 C20 混凝土，內(nèi)置鋼筋，滿足強(qiáng)度、抗?jié)B及放沖要求， （二） 鋪蓋的設(shè)計(jì) 采用漿砌塊石鋪蓋，總長(zhǎng)度為上、下游最大水位差的 5 倍，取 24m，厚 ，由粒徑大于 30cm的塊石和強(qiáng)度等級(jí)為 M8 的水泥砂漿填筑而成， 每隔 8m設(shè)一漿砌石埂。與底板連接端設(shè)有止水帶。 （三） 板樁的設(shè)計(jì) 本 水閘是以防洪、排澇及引水沖污的綜合性水利工程，所以在閘 底板的上、下游端分別布置 一 板樁 ，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，長(zhǎng) ，寬 50cm，厚 30cm。 （四） 齒墻的設(shè)計(jì) 為有利于閘底板的抗滑穩(wěn)定，并可延長(zhǎng)滲徑，在閘底板的上、下游端都設(shè)齒墻，深為 2m，坡度 1:1。 18 （五） 排水、止水 為了減小作用于閘底板上的滲透壓力，在整個(gè)消力池底板下布設(shè)砂礫石排水，其首部緊抵閘底板下游齒墻。閘底板與鋪蓋、鋪蓋與上游翼墻、上游翼墻與邊墻之間的永久性縫中，均設(shè)以銅片止水。閘底板與消力池、消力池與下游翼墻、下游翼墻與邊墻之間的永久性分縫 ，雖然沒(méi)有防滲的要求，但為了防止閘基土與墻后填土被水流帶出，縫中鋪貼瀝青油毛氈。 防滲長(zhǎng)度校核： 閘底板長(zhǎng)度 +鋪蓋 長(zhǎng)度 +板樁長(zhǎng)度 =49m L 初 = 滿足要求 三、防滲計(jì)算 （ 采用改進(jìn)阻力系數(shù)法進(jìn)行滲流計(jì)算） （一） 地下輪廓線簡(jiǎn)化 將 實(shí)際的地下輪廓線進(jìn)行簡(jiǎn)化，如圖， （二） 確定地基有效深度 根據(jù)鉆探資料，閘基透水層深度很大。故在 滲流計(jì)算中必須取一有效深度，代替實(shí)際深度。 地下輪廓的水平投影長(zhǎng)度 L0=24+15=39 m 地下輪廓的垂直投影長(zhǎng)度 S0=5m, L0/S0=39/5=5 m 《水工建筑物》中地基的有效深度計(jì)算公式為 00000000當(dāng) 5 時(shí) , 0. 55當(dāng) 5 時(shí) ,1. 6 2eeL TLSLLTLSS????} 19 式中 eT —— 土基上水閘的地基有效計(jì)算深度 （ m） 0L —— 地下輪廓的垂直投影長(zhǎng)度 （ m） 0S —— 地下輪廓的垂直投影長(zhǎng)度 （ m) 故地基的有效深度 Te== （三） 滲流區(qū)域的分段和阻力系數(shù)的計(jì)算 過(guò)地下輪廓的角點(diǎn)、尖點(diǎn)將滲流區(qū)域分成五 個(gè)典型段（ I、 V 段為進(jìn)出口段，III段為內(nèi)部垂直段， III IV 為內(nèi)部水平段。） 《水工建筑物》中計(jì)算各典型段的阻力系數(shù)公式為 進(jìn)、出口段： 320 1 .5 0 .4 4 1ST? ???????? 式中 0? —— 進(jìn)、出口段的阻力系數(shù) S —— 板樁或齒墻的入土深度 （ m） T —— 地基透水層深度 （ m） 內(nèi)部垂直段： 2 ln 14y Sc tg T?? ? ?????????????? 式中 y? —— 內(nèi)部垂直段的阻力系數(shù) 水平段： ? ?120 .7x L S ST? ??? 式中 x? —— 水平段的阻力系數(shù) L —— 水平段長(zhǎng) 度 （ m） 1SS —— 進(jìn)、出口段板樁或齒墻的入土深度 （ m） 經(jīng)計(jì)算得： 進(jìn)口段阻力系數(shù)為ζ 1= 鋪蓋水平段阻力系數(shù)為ζ 2= 板樁垂直段阻力系數(shù)為ζ 3= 底板水平段阻力系數(shù)為ζ 4= 20 出口段阻力系數(shù)為ζ 5= 四、計(jì)算滲透壓力 各段水頭損失的計(jì)算情況各段水頭損失的計(jì)算 《水工建筑物》中計(jì)算各典型段的水頭損失公式為 ???niiiiHh?? H? = 且 ??ni i1? =