【文章內(nèi)容簡介】 閘室：閘室的長度為 135m，寬度為 ；閘室的頂高程為，底高程為 。上下閘首控制船只的進出。 水電站的布置 考慮河床的主槽比較靠近右岸，上下游不容易發(fā)生淤積，為最大的可能提高水電站的出力，發(fā)揮水電站的效益，將水電站布置在函江的右岸。 水電站的廠房的平面尺寸：主廠房的長度為 米，上下游方向的寬度為 米，主廠房總高度為 米。 水輪機的型號為： GE(F02)WP380 發(fā)電機的型號為： SFG20070/3960 總裝機： 3179。 2200KW 設計水頭： 最高水頭： 最小水頭： 最大引用流量 225m3/s。 泄水閘的布置 泄水閘布置在水電站和船閘之間。 泄水閘主要有三部分組成：上游連接段、閘室段和下游連接段。 18 主要建筑物（泄水閘） 閘孔設計 水閘閘孔設計主要是確定閘孔型式、尺寸河設置高程，以保證水閘在設計水位組合情況下有足夠的過流能力。 一、堰型和堰頂高程確定 根據(jù)設計任務書提供的資料顯示，函江流域水面平緩，含砂量少，本 水閘的主要功能為擋水灌溉和泄水，故 本次設計采用堰流式閘室，堰型采用無檻寬頂堰。 這種型式閘室對于泄洪較為有利 ，它能使閘前漂浮物隨著水流下泄，而不會阻塞閘孔而影響泄洪。 根據(jù)資料提供的地形圖，考慮水閘的運行、河道沖刷淤積以及閘孔允許單寬流量和工程造價等因素，本次設計取堰頂高程與河床底高程齊平為 。 二、閘孔凈寬計算、泄流能力校核 水位 Q2%＝ 9540m3/s， H 上 ＝ ， H 下 ＝ ； %＝ 12350m3/s， H 上 ＝待算， H 下 ＝ ； 閘孔凈寬計算 閘孔總凈寬的確定，主要涉及兩個問題：一個是過閘單寬流量的大??；另一個是閘室總寬度與河道總寬度的關(guān)系。如果采用的閘孔總凈 寬過小，使過閘單寬流量過大，將增加閘下游消能布置的困難，甚至影響水閘工程的安全；反之，如果采用的閘孔總凈寬過大，使過閘單寬流量過小，工程量加大，造成浪費。 根據(jù)設計任務要求，閘孔允許單寬流量不大于 30m3/s， 初步擬定閘孔總凈寬為 倍主河槽寬為 350m，閘孔 分成 35 孔，每孔寬 10m，中墩厚 ，縫墩厚 。 19 水閘底板為無檻寬頂堰，閘孔泄流能力計算公式如下： 2300 2 HgmBQ ??? (《水閘設計規(guī)范》以下簡稱《規(guī)范》附 A） 式中： Q—— 過閘流量（ m3/s）； ? —— 淹沒 系數(shù)，根據(jù)上下游的堰上水深查得； ε —— 側(cè)收縮系數(shù)； m—— 流量系數(shù)； B0—— 閘孔總凈寬（ m）； H0—— 堰頂以上上游總水頭（ m）。 ① 堰上總水頭 H0 H1（上游水頭） =－ = Hs（下游水頭） =－ = 行近流速 V0=Q/A=9540/[700179。( － )]＝ H0=H1+V2/2g=+(2179。)= ② 淹沒系數(shù) ? hs/H0=查《規(guī) 范》附表 ， 得 ? ＝ ； ③ 流量系數(shù) m 按 P/H0=0 查表得 m＝ ； ④ 側(cè)收縮系數(shù) ε 水閘中墩厚度取為 ，縫墩取 ，根據(jù)《規(guī)范》附錄 公式 計算得 ε= 根據(jù)以上公式可以試算出閘孔總凈寬 20 2300 2 HgmQB??? =9540/(179。179。179。179。3/2)=333m 一般來說，采用的閘孔總凈寬要略大于計算值，本次設計閘孔總凈寬取 350m，相應單寬流量為 ，小于閘孔允許單寬流 量 30 m3/s/m，滿足要求。 但校核工況下，水閘單寬流量為 ，大于閘孔允許單寬流量 [q]=30m3/s/m，若本次設計水閘總凈寬以校核工況下通過閘室的單寬流量為控制，水閘規(guī)模將偏大，工程量加大，與消能工造價比較而言，會造成浪費。校核工況稍大于允許單寬流量，可能會出現(xiàn)局部破壞，但只要工程消能防沖設施得當，個人認為是能滿足工程安全運行要求。 因此，經(jīng)綜合考慮本次設計水閘總凈寬取 350m，閘孔總數(shù)為 35孔，單孔凈寬為 10m。根據(jù)規(guī)范的要求，中墩厚取 ，縫墩厚取。因此水閘總寬度 為： B=350+36179。= 校核工況上游水位 根據(jù)水閘泄流能力計算公式，可以試算出校核情況下的上游水位。 設 △H ＝ ，則 H 上 ＝ +＝ ； hs=－ =； 行近流速 V0=Q/A=12350/[700179。( － )]＝ ； H0=H+V2/2g=(－ )+(2179。)= ； hs/H0=，查《規(guī)范》附表 得 ? ＝； 按 P/H0=0 查表 得 m＝ ； ε ＝ ； Q 試 ＝ B?εm(2g) 178。H 3/2 21 =350179。179。179。179。(2179。) 179。 3/2 =11589m3/s %＝ 12350m3/s； 假設不符，重新假設試算。 經(jīng)試算，當 △H ＝ 時， Q 試 ≈Q %＝ 12350m3/s。 相應上游洪水位 H 上 =。 消能防沖設計 消能防沖設計主要包括消能防沖設備形式的選擇、以及各種消能設施尺寸設計和上下游兩岸護坡的設計。本工 程消能形式采用消力池消能，消力池后布置一定長度的海漫，海漫末端設置柔性防沖槽。 一、消力池尺寸擬定 消能水力計算 消能計算水位： H 上 ＝ ， H 下 ＝ ； 1）單寬流量計算 a． e= e/H=，為孔口出流。 根據(jù)上、下游水位可假定為自由出流。 根據(jù)孔流公式： q=μ 0e(2gH0)1/2 其中 μ ＝ － （《水計算手冊》 336 水利出版社） ＝ － 179。； 因孔流狀態(tài) e 很小，行 近流速 V0 較小，在計算時可不計入，即H0≈H ，因此， q=μ 0e(2gH)1/2＝ 179。179。(2179。179。) 1/2 ＝ ； b． e＝ e/H=，為孔口出流。 22 根據(jù)上、下游水位可假定為自由出流。 μ 0＝ － ＝ － 179。； q=μ 0e(2gH)1/2 ＝ 179。179。(2179。179。) 1/2 ＝ ； c．閘門全開 出流情況屬堰流。 q＝ ?178。 ε178。m178。(2g) 178。H 3/2 ＝ 179。179。179。(2179。) 1/2179。 3/2 ＝ ； 2）判別下游水流銜接形式 經(jīng)計算當水閘閘孔全開時，閘后將發(fā)生淹沒式水躍，無需建消力池；從運行角度來講，泄水時只開啟 1 孔閘門也是不符實際的。經(jīng)分析比較，結(jié)合水閘運行特點，本次設計考慮水閘 1/7 閘孔開啟作為本次設計工況。 由上述計算結(jié)果，判別水閘開啟 1/7 閘孔（開 5 扇閘門）時下游水流銜接形式。 當 e= 時 3 2gqhk ? =(2/)(1/3)= 用試算法計算收縮水深 hc，試算公式如下： 2220 2 cc hg qhT ???= 《水力學教材》 113 經(jīng)試算 hc= 將該值代入水躍方程可得 23 )181(2 32 ???ccc ghqhh = 查 H 下 ～ Q 曲線， H 下 ＝ ， ht=； 同理 ,可算出當 q=、 ,相應的 hc” 、 hk，計算結(jié)果列入下表： q hk hc hc ht hc ht(m 3 /) (m) (m) (m) (m) (m)e= e= 閘門全開 4 計算工況 從表中可 以看出，當上游水位為 、水閘開啟 1/7 孔時，閘門開度 e=、 以及全開時， hc”ht ，說明都發(fā)生遠離式水躍銜接，故需修建消力池。當 q=， (h” ht)值最大。因此，應按該流量設計消力池。 消力池深度計算 e＝ ， q＝ ， hc=， hc” =， ht=； 按近似公式估算池深 d，即 d=?hc ” ht=179。 = 設 d＝ ，則上游總水頭為 T0‘ =+=； 由公式2220 239。 cc hg qhT ???= 試算 求得 hc=； hc” =((1+8αq 2/(qhC3))1/2－ 1) hC/2 水躍方程 =((1+8179。 2/(179。 3))1/2－ 1)179。=； 消力池的流速系數(shù) ψ ’ =，則池中水流得水面降落 ΔZ 為 24 Δ Z=q2[1/(ψ ’ht)2— 1/(? ht”)2]/2g 《水力學教材》 1111 =[1/(179。 )2— 1/(179。 )2]/2/ = 將該值代入公式 d=?hc ” （ ht+ΔZ ） 《水力學教材》 119 =179。 (+)= 與假設數(shù)據(jù)不符，故需重新試算。 經(jīng)試算，假設 d= 時 ,d 試 =，兩者數(shù)據(jù)接近， 故取消力池深度 d=。 消力池長度計算 水躍長度按公式： Lj=（ hc” － hc）計算 《規(guī)范》 Lj=179。 （ － ） =； 消力池長度按公式： Lsj＝ Ls＋ βL j計算 《規(guī)范》 水平長度 βL j＝ 179。= ，取 Lj=15m 斜坡段 Ls按 1： 4 放坡，取 。 消力池底板厚度計算 t=k1(qΔHˊ ) ＝ 179。(179。( ))＝ ； 取消力池底板厚度為 。 二、海漫長度計算 Lp= kS (qsΔ Hˊ ) 《規(guī)范》 =179。(179。( ))=； 取 Lp=40m； 式中 kS=11～ 12； qs＝ 179。50/= 3/s/m； H 下 = 海漫水平段長 15m，采用 60cm 厚鋼筋混凝土澆筑，斜坡段長 25m，1:10 放坡，采用 60cm 厚漿砌塊石砌筑。底部墊層分別鋪設 350g/m2土工 25 布一層和 20cm 厚碎石層。海漫每 設 Φ50 排水孔。 三、防沖槽設計 沖刷坑 深度計算 hp=(kq/((ht/d)1/6)) 《水工設計手冊》 25317 =(179。( ()1/6)) = 則沖刷坑底高程＝ — = W=Ahd 《水閘設計》公式 632 =4179。 （ － － ） ＝ 故取防沖槽頂高程 ，深 ，底寬 10m，上下游邊坡取 1:2，單寬體積為 W＝ 。沖刷坑采用拋合金鋼網(wǎng)石兜拋石處理。 防滲排水設計 一、地下輪廓線設計 由設計任務書提供資料表明，本工程閘址地基主要由砂礫石層組成，為強透水土質(zhì)，故必須采取水平與垂直相結(jié)合的防滲措施。水平向采用鋪蓋防滲，垂直向采用防滲板樁防滲。 鋪蓋采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，長 20m，鋪蓋與閘底板之間設水平止水。 采用鋼筋砼板樁，布置在閘底板上游一側(cè)。由于閘址位置不透水層距底板約有 16m，為便于施工和降低造價，采用 “懸掛式板樁 ”。板樁入土深度為 6m，厚 20cm。 （根據(jù)江蘇 省大型水閘實踐經(jīng)驗，鋼筋砼板樁長度多數(shù)采用 5~7m。 《水閘設計規(guī)范》 SL2652020 第 162 頁） 。 在消力池水平段排水孔，排水孔孔徑 Φ150 ，間距 ，呈梅花形布置，底部鋪設土工布反濾。 26 閘基防滲長度：所需的最小地下輪廓線 [L]=CΔH=7179。= （根據(jù)地質(zhì)資料取 C=7） 實際布置滲徑長度： L=(20+6179。2+20+) = （上游鋪蓋長20m，閘底板長 20m，垂直防滲墻深 6m， 下游消力池不設排水孔段長）， L[L]，滿足規(guī)范要求。 二、滲流計算 計算水位 組合： 設計工況：上游擋水位 ，下游相應水位 ， ΔH= 。 校核工況：上游擋水位 ，下游相應水位 ， ΔH= 。 在上閘地下輪廓線所在的巖土為高滲水的砂礫石，查相關(guān)規(guī)范規(guī)定，允許坡降值為： 水平段允許坡降值為 [～ ] 出口段允許坡降值為 [～ ]