【文章內容簡介】 ? =（ m） 驗算水躍淹沒系數σ，由《水力學》教材公式： d= 0? hc″－ sh －Δ z σ 0 =（ d+hs+Δ z） /hc＂ 得 σ 0=（ ++） /= 符合在 ~ 之間的要求。 設計水位： E0=H0+d=+=（ m） hc =c022hg2q?E? 用迭帶 法求得 39。ch = hc＂ =???????? ?? 1812 32cc ghqh ? = ???????? ???? 32=（ m） 18 出池落差：Δ z= 22222 22 ??cs hgqhg q???? =22222 ????? =（ m） 驗算水躍淹沒系數σ，由《水力學》教材公式： d= 0? hc″－ sh －Δ z σ 0=（ d+hs+Δ z） /hc＂ 得 σ 0=（ ++） /= 符合在 ~ 之間的要求。 校核水位： E0=H0+d=+=（ m） hc =c022hg2q?E? 用迭帶法求得 39。ch = hc＂ =???????? ?? 1812 32cc ghqh ? = ???????? ???? 32=（ m） 出池落差：Δ z= 22222 22 ??cs hgqhg q???? =22222 ????? =（ m） 驗算水躍淹沒系數σ，由《水力學》教材公式： d= 0? hc″－ sh －Δ z σ 0=（ d+hs+Δ z） /hc＂ 得 σ 0=（ ++） /= 19 符合在 ~ 之間的要求。 根據以上計算結果，取池深 d=。 2．消力池池長 消力池長度公式： 消力池長度： Lsj=Ls+β Lj 式中 Lsj—— 消力池長度， m； Ls—— 消力池斜坡段水平投影長度，斜坡段坡率取 m=8； β —— 水躍長度校正系數，可采用 ～ ； Lj—— 水躍長度， m。 水躍長度： Lj=（ h c＂ hc） =()= Ls=4m；β = Lsj=4+*=≈ 故消力池長 3．消力池護坦厚度 消力池底板 （即護坦）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。護坦一般是等厚的，也可采用不同的厚度，始端厚度大，向下游逐漸減小。 護坦厚度可根據抗沖和抗浮要求，分別計算，并取其最大值。 按抗沖要求計算消力池護坦厚度公式為： t=k1 Hq ?? 按抗浮要求計算消力池護坦厚度公式為： t=k2bmγ PWU ?? 20 式中 t—— 消力池底 板始端厚度， m； k1—— 消力池底板計算系數，可采用 ~； k2—— 消力池底板安全系數，可采用 ～ ； Δ H＇ —— 泄水時上、下游水位差， m； U—— 作用在消力池底板底面的揚壓力（ kPa）； W—— 作用在消力池底板底面的水重（ kPa）； Pm—— 作用在消力池底板上的脈動壓力（ kPa），其值可取躍前收縮斷面流速水頭值的 5%，通常計算消力池底板前半部的脈動壓力時取“ +”號，計算消力池底板后半部的脈動壓力時取“ ”號； γ 1—— 消力池底板的飽和重度， kN/m3。 該工程可根據抗沖要求計算消力池 底板厚度。其中 k1 取為 ， q為確定池深時的過閘單寬流量，此處 q=（ sm），Δ H`為相應于單寬流量的上、下游水位差（上游水深 2m，下游水深 ），則其底板厚度為： t= =（ m） 可取消力池底板厚度為 t=。 4．消力池的構造 底流式消力池設施有三種形式：挖深式、消力檻式和綜合式。①當閘下游尾水深度小于躍后水深時，可采用挖深式消力池消能；②閘下游尾水深度略小于躍后水深時，可采用消力檻式消力池消能；③閘下游尾水深度遠小于躍 后水深，且計算深度應較深時，可采用挖深式 21 與消力檻式相結合的綜合式消力池消能。 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。護坦自身縫距可取 10～ 20m，靠近翼墻的取小些，縫寬 ～ 。護坦在垂直水流方向通常不設縫，以保證其穩(wěn)定性?？p若在閘基防滲范圍內，縫中應設止水設置，其他一般鋪設瀝青油毛氈。為增強護坦的抗滑穩(wěn)定性，常在消力池末端設置齒墻，深一般為 ～ ，寬為 ～ 。 結合本工程的特點，選用挖深式消力池。為了便于施工，消力池的底板作 成等厚，為了降低底板下部的滲透壓力，在水平底板的后半部設置排水孔，孔下鋪設反濾層，排水孔孔徑為 5cm，間距為 1m，呈梅花形布置。消力池末端設置齒墻，深為 ，寬為 。 消力池構造尺寸如下圖 2— 4。 圖 2— 4 消力池構造尺寸圖 （單位：高程 m、尺寸 cm） 四、防沖加固措施 （一）海漫設計 1．海漫的作用 水流經過消力池，雖已消除了大部分多余能量，但仍留有一定的 22 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整到接近天然河道的水流形態(tài)。 2．海漫的布置和構造 海漫一般采用將起始端做成 5m 水平段，頂面高程在消力池尾坎頂以下 ，水平段后作成不陡于 1： 10 的斜坡以使水流均勻擴散，同時沿水流方向在平面上向兩側逐漸擴散，以便使水流均勻擴散，調整流速分布，保護河床不受沖刷。對海漫的要求有：①表面有一定的粗糙度，以利進一步消除余能；②具有一定的透水性，以便使?jié)B水自由排除，降低揚壓力；③具有一定的柔性，以適應下游河床可能的沖刷變形。本工程采用干砌石海漫。 干 砌石海漫 ，一般由 顆粒粒 徑大于 30cm 的塊 石砌成， 厚度 為~，下面鋪設碎石、粗砂墊層，層厚 10~15cm，如下圖（ a）。干砌石海漫的抗沖流速為 ~。為了加大其抗沖能力，可每隔8~10m 設一漿砌石埂。干砌石常用在海漫后段。 3．海漫長度計算 海曼的長度取決于消力池末端的單寬流量、上下游水位差、下游水深、河床土質抗沖能力、閘孔與河道寬度的比值以及海漫結構形式等。當 Hqs ?? =1～ 9，且消能擴散條件良好時，海漫長度可按《水工建筑物》教材公式 419 算。 Lp=ks Hqs ?? =9 ） ≈ 式中 Lp—— 海漫長度， m； 23 qs —— 消力池末端單寬流量， m3/（ sm）； Δ H＇ —— 泄水時上、下游水位差， m； ks —— 海漫長度計算系數，查《水工建筑物》，取 ks=9。 故確定海漫長度為 。 海漫的構造 因為對海漫要求有一定的粗糙度，以便進一步消除余能，有一定的透水性，有一定的柔性，所以選擇在海漫 的起始段為 5m 長的漿砌石水平段，因為漿砌石的抗沖性能較好，其頂面高程與護坦齊平。后 作成坡度為 1： 10 的干砌石段，以便使水流均勻擴散，調整流速分布，保護河床不受沖刷。海漫厚度為 ，下面鋪設 15cm 的砂墊層。 （二）防沖槽設計 1．作用 防止沖刷坑向上游擴展，保護海漫末端的安全。 2．工作原理 水流經過海漫后，盡管多余能量得到了進一步的消除，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象。為了保證安全和節(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，預留在槽內的石塊沿斜坡繼續(xù)滾下，鋪在沖坑的上游斜坡上，防止沖刷坑向上游擴展，保證海漫的安全。 3．尺寸 根據水閘的構造要求采用寬淺式梯形斷面防沖槽，槽深取 ，底寬為槽深的（ 2～ 3）倍，此處取為取 ，上游坡率為 2，下游坡率 24 為 3，如圖 2— 6 所示。 圖 2— 7 海漫防沖槽構造圖（單位： m） （三）上、下游岸坡防護 為了保護上、下游翼墻以外的河道兩岸岸坡不受水流的沖刷，需要進行護坡。采用漿砌石護坡，厚度為 ，下設 的砂墊層。保護范圍：上游自鋪蓋向上延伸 2~3 倍的水頭，下游自防沖槽向下延伸 4~6 倍的水頭。 第三章 水 閘防滲及排 水 設計 第 一節(jié) 閘 底 輪 廓布置 一、防滲設計的目的 防止閘基滲透變形；減小閘基的滲透壓力；減少水量損失；合理選用地下輪廓的尺寸，以延長滲徑，防止閘基和兩岸產生滲透破壞。 二、防滲排水的布置原則 防滲設計一般采用防滲和排水相結合的原則，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、排水孔排水或減壓 井與下游連通，使低下滲水盡快排出，以減小滲透壓力，并防止在滲流出口附近發(fā)生滲透變形。 25 三、防滲設施 根據閘址附近的地質情況來確定相應的措施，防滲措施常采用水平鋪蓋，而不用板樁，以免破壞黏土的天然結構，在板樁與地基間造成滲流通道。砂性土易產生管涌，要求防止?jié)B透變形是其考慮的主要因素，可采用鋪蓋與板樁相結合的形式。 1．鋪蓋 為水平防滲措施，適用于粘性和砂性土基。 2．板樁 為垂直防滲措施，適用于砂性土基，一般設在閘底板上游或鋪蓋前端，用于降低滲透壓力。 3．齒墻 一般設在底板上、下游端，利于抗滑穩(wěn)定，延 長滲徑。 四、地下輪廓線布置 1．閘底板長度擬定 本工程采用整體式底板，底板順水方向的長度根據閘室地基條件、上部結構布置、滿足閘室整體穩(wěn)定和地基允許承載力等要求來確定。初擬時可參考已建工程的經驗數據選定，當地基為碎石土和礫（卵）石時，底板長度?。?24） H（ H 為水閘上下游最大水位差）；砂土和砂壤土?。?） H；粉質壤土和壤土?。?24） H；黏土?。?）H。 本工程取底板長度 L 底 =3H=3*2=6m 綜合考慮，上部結構布置及地基承載力要 求，確定閘底板長度為8m。 2．閘底板厚度的擬定 對于小型水閘，底板厚度不小于 可取 t=。兩端設齒墻。 26 齒墻尺寸的確定 一般深度為 ~，厚度為閘孔凈寬的 1/5~1/8。該設計深度取 ，厚度取 。如圖 3— 1 所示。 圖 3— 1 底板尺寸圖（單位： cm） 4．鋪蓋 主要用來延長滲徑，具有相對不透水性和一定的柔性。鋪蓋常用黏土、黏壤土或瀝青混凝土等材料，有時也可用鋼筋混凝土作為鋪蓋材料。鋪蓋的長度采用上、下游最大水頭差的 3~5 倍。根據上述原則，本工程鋪蓋采用混凝土鋪蓋，其混凝土強度等級一般不低于 C20，其長度確定取 L=6m；鋪蓋的厚度，取 ，兩端設齒墻深度取 ，寬度取 ，以便和閘底板連接。 5．閘基防滲長度的確定 初步擬定閘基防滲長度應根據《水閘設計規(guī)范》公式 L≥ C H 式中 L—— 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—— 允許滲徑系數值，見《水工建筑物》教材表 46，查表取 27 C=5； H—— 上、下游最大水頭差， m。 L=C H=5*2=10（ m） 6．校核地下輪廓線的長度 根據以上設計數據，實際的地下輪廓線布置長度應大于理論的地下輪廓線長度。 鋪蓋長度 +閘底板長度 =6+8=14m ≥ L=10（ m） 通過校核，地下輪廓線的長度滿足要求。 第二節(jié) 防滲 和排水 設計及滲 透 壓力計 算 一、滲流計算的目的 計算閘底板各點的滲透壓力；驗算地基土在初步擬定的地下輪廓線下的滲透穩(wěn)定性。 二 、計算方法 計算方法有直線比例法、 流網法和改進阻力系數法。 進阻力系數法是一種以流體力學為基礎的近似解法。對于比較復雜的地下輪廓，先將實際的地下輪廓進行適當簡化，使之成為垂直和水平兩個主要部分。再從簡化的地下輪廓線上各角點和板樁尖端引出等勢線，將整個滲流區(qū)域劃分為幾個簡單的典型流段。 由于改進阻力系數法計算結果精確，本設計采用此種方法進行滲流計算。 三、改進阻力系數法計算滲透壓力 （一） 計算公式（出自《水閘設計規(guī)范》） 28 1．確定地基的有效計算深度 Te 當地基不透水層埋藏較深時，須有一個有效計算深度 Te 來代替實際深度 T， Te 可根據《水閘設計規(guī)范》公 式確定： 當 L0/s0≥ 5 時， Te= 當 L0/s0＜ 5 時， Te=5L0/（ +2） 式中 Te—— 土基上水閘的地基有效計算深度， m； L0—— 地下輪廓的水平投影長度， m； s0—— 地下輪廓的垂直投影長度， m。