【文章內(nèi)容簡介】 、底板高程和閘孔總凈寬等是相互關聯(lián)的，設計時，需要通過對不同方案進行技術經(jīng)濟比較后最終確定。 泄洪能力校核 zo hHgbeQ ?? (2? 式中： hz－淹沒水深（ m） 。 ?—— 淹沒出流的流量系數(shù) 經(jīng)計算 Q′ =127 3m /s Q=30 3m /s,所以取 .6mbo? 符合要求。 第二節(jié) 消能防沖設計 水閘泄水時，部分勢能轉為動能，流速增大，具有較強的沖刷能力，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行，必須采取適當?shù)南芊罌_措施。要設計好水閘的消能防沖措施，應先了解過閘水流的特點，進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》教材公式 cc hgqhE 220 2 ??? gvHE 220 ?? 先假設一個 ch 得表 Eo hc hg 22? 2q Eo 25 25 25 25 由表得 ch = 時符合要求， 按《水力學》閘孔出流公式計算 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 —— 淹沒系數(shù) 查《水閘設計規(guī)范》表 ch —— 共軛水深 (m) 經(jīng)計算得 ch = ht = 。說明下游將出現(xiàn)遠離水躍，需采取降低護坦消能措施。 二、消力池深度計算 消力池的深度是在某一給定的流量和相應的下游水深條件下確定的。設計時，應當選取最不利情況對應的流量作為確定消力池深度的設計流量。要求水躍的起點位于消力池的上游端或斜坡段的坡腳附近。 消力池計算示意圖 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 —— 水躍淹沒系數(shù) σ = Q —— 流量 14 ch —— 躍后水深 ， m ? —— 水流動能校正系數(shù) ?? q —— 過閘單寬流量 （ m2/s） ， 2式和 3 式中 q為過閘流量 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，先假設一個 To，試算 d，得下表 To hc hc △ Z d To 7 8 得當 d= 時符合要求。 驗算水躍淹沒系數(shù) ? ，由《水力學》教材公式 39。39。0 /)( cs hzhd ????? 得 0? = 符合在 ~ 范圍要求。 三、消力池池長計算 消力池池長按照《水閘設計規(guī)范》公式計算 ( )sj s jj c cL L LL h h????? 式中 sjL —— 消力池長度 （ m） sL —— 消力池斜坡段水平投影長度 （ m） ? —— 水躍長度校正系數(shù)， ? = jL —— 水躍長度 （ m） 經(jīng)計算，消力池長度 sjL = 15 四、構造要求 消力池底板（即護坦）要求承受水流的沖擊力、水流脈動壓力和底部揚壓力等作用，應具有足夠的重量、強度和抗沖耐磨的能力。護坦采用等厚便于施工。 護坦厚度可根據(jù)抗沖要求計算， 按《水閘設計規(guī)范》公式計算 39。1t k q H?? 式中 t —— 消力池底板始端厚度 （ m） 39。H? —— 閘孔泄水時的 上、下游水位差 （ m） 1k —— 消力池底板計算系數(shù) 1k = 經(jīng)計算，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，并按構造配置 Ф10— 12mm、 @25~30cm 的構造鋼筋 。 排水孔： 為了降低護坦底部的滲透壓力，可在水平護坦的后半部設置排水孔，孔下鋪設反濾層，排水孔孔徑一般為 10cm，間距 ，呈梅花形布置。 分縫與 止水：護坦與閘室、 岸墻及翼墻之間，以及其本身沿水流方向均應用縫分開，以適應不均勻沉陷和溫度變形。護坦自身的縫距取 10m，靠近翼墻的消力池縫距應取得小一些。護坦在垂直水流方向通常不設縫，以保證其穩(wěn)定性，縫寬 ?？p的位置如在閘基防滲范圍內(nèi)，縫中應設止水設備；但一般都鋪貼瀝青油毛氈。 齒墻：為增強護坦的抗滑穩(wěn)定性，常在消力池的末端設置齒墻，墻深為 ,寬為 。 五、海漫設計 水流經(jīng)過消力池，雖已消除了大部分多余能量，但仍留有一定的剩余動能，特別是流速分布不均，脈動仍較劇烈，具有一定的沖刷能力。因此，護坦后仍需設 置海漫等防沖加固設施，以使水流均勻擴散，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） 海漫長度計算 海漫的長度應根據(jù)可能出現(xiàn)的不利水位、流量組合情況進行計算。 當 9~139。 ??Hsq,且消能擴散情況良好時， 《水閘設計規(guī)范》中海漫長度計算公式為 16 39。HqkL ssp ?? 式中 pL —— 海漫長度 （ m） 39。H? —— 泄水時的上、 下游水位差。 m sq —— 消力池末端單寬流量， sk —— 海漫長度計算系數(shù)，本工程河床土質(zhì)為淤泥質(zhì)土，因而取 15. 經(jīng)計算，取海漫的長度為 30m。 采用干砌石海漫，做 8m的水平段，其頂面高程與護坦齊平，后連 1： 15 的斜坡。由粒徑大于 30cm的塊石砌成，厚度為 ，下面鋪設碎石、粗砂墊層，厚 15cm。為了加大其抗沖能力，每隔 8m設一漿砌石埂。 六、 防沖槽設計 水流經(jīng)過海漫后，盡管 多余能量得到了進一步消除，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，常在海漫末端設置防沖槽或采取其他加固措施。 在海漫末端挖槽拋石預留足夠的石塊，當水流沖刷河床形成沖坑時，預留在槽內(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展，保護海漫安全。 防沖槽構造圖 《水閘設計規(guī)范》中海漫末端河床沖刷深度計算公式為 ? ?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 計算結果為負數(shù)，不符合構造要求，所以 參照已建水閘工程的實踐經(jīng)驗，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應滿足護蓋沖坑上游 坡面的需要估算。 第三節(jié) 防滲排水設計 水閘的防滲排水設計任務在于經(jīng)濟合理地擬定閘的地下（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。 防滲設計原則 ：高防低排。即在高水位側采用鋪蓋、板樁、齒墻等防滲設施，用以延長滲徑減小滲透坡降和閘底板下的滲透壓力；在低水位側設置排水設施，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、地下輪廓線長度 該長度可按《水工建筑物》教材 初步擬定。 CHL? 式中 L —— 表示閘基防滲長度，即閘基輪廓線防滲部分水平段和垂直段長度的總和， 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)計算初擬防滲長度 ??L =。 二、防滲布置 防滲設施是指構成地下輪廓的鋪蓋、板樁及齒墻，而排水設施則是指鋪設在護坦、漿砌石海漫底部或閘底板下游段起導滲 作用的砂礫石層。排水常與反濾層結合使用。 （一） 閘底板的初擬 設計底板高程與河床底齊平為 ，采用整體式底板，長度根據(jù)上部結構要求（有交通橋等），擬定為 15m，根據(jù)設計和地質(zhì)要求，底板厚度取閘孔凈寬的 1/5 倍，設為 ，選用出 C20 混凝土，內(nèi)置鋼筋，滿足強度、抗?jié)B及放沖要求， （二） 鋪蓋的設計 采用漿砌塊石鋪蓋，總長度為上、下游最大水位差的 5 倍，取 24m，厚 ，由粒徑大于 30cm的塊石和強度等級為 M8 的水泥砂漿填筑而成， 每隔 8m設一漿砌石埂。與底板連接端設有止水帶。 （三） 板樁的設計 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 ，采用鋼筋混凝土結構，長 ，寬 50cm，厚 30cm。 （四） 齒墻的設計 為有利于閘底板的抗滑穩(wěn)定，并可延長滲徑，在閘底板的上、下游端都設齒墻，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，在整個消力池底板下布設砂礫石排水，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。 防滲長度校核： 閘底板長度 +鋪蓋 長度 +板樁長度 =49m L 初 = 滿足要求 三、防滲計算 （ 采用改進阻力系數(shù)法進行滲流計算） （一） 地下輪廓線簡化 將 實際的地下輪廓線進行簡化，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 滲流計算中必須取一有效深度，代替實際深度。 地下輪廓的水平投影長度 L0=24+15=39 m 地下輪廓的垂直投影長度 S0=5m, L0/S0=39/5=5 m 《水工建筑物》中地基的有效深度計算公式為 00000000當 5 時 , 0. 55當 5 時 ,1. 6 2eeL TLSLLTLSS????} 19 式中 eT —— 土基上水閘的地基有效計算深度 （ m） 0L —— 地下輪廓的垂直投影長度 （ m） 0S —— 地下輪廓的垂直投影長度 （ 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)的計算 過地下輪廓的角點、尖點將滲流區(qū)域分成五 個典型段（ I、 V 段為進出口段，III段為內(nèi)部垂直段， III IV 為內(nèi)部水平段。） 《水工建筑物》中計算各典型段的阻力系數(shù)公式為 進、出口段： 320 1 .5 0 .4 4 1ST? ???????? 式中 0? —— 進、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 度 （ m） 1SS —— 進、出口段板樁或齒墻的入土深度 （ m） 經(jīng)計算得： 進口段阻力系數(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、計算滲透壓力 各段水頭損失的計算情況各段水頭損失的計算 《水工建筑物》中計算各典型段的水頭損失公式為 ???niiiiHh?? H? = 且 ??ni i1? =