【導(dǎo)讀】本次設(shè)計完成了羌河口水電站首部閘壩樞紐設(shè)計。紐平面布置、泄洪閘和沖砂閘結(jié)構(gòu)設(shè)計。其次參照工程地質(zhì)條件和地形地貌等因素，并依據(jù)《水閘設(shè)計規(guī)范》進行首部。室抗滑穩(wěn)定驗算、閘室地基應(yīng)力計算、閘室底板配筋計算、消能防沖計算等。

　　

【正文】 （ 1） 進口段 )m( ????????? ??h （ 2）齒墻水平段 )m( ???h （ 3）齒墻垂直段 ?3h ?=（ m） （ 4）鋪蓋水平段 ?4h ?=（ m） （ 5）板樁垂直段 ?5h ?=（ m） （ 6）板樁垂直段 ?6h ?=（ m） （ 7）底板水平段 ?7h ?=（ m） （ 8）齒墻垂直段 ?8h ?=（ m） （ 9）齒墻水平段 ?9h ?=（ m） （ 10）出口段 ?10h ?=（ m） 4. 進、出口損失的修正 當進、出口板樁較短時，進、出口處的滲流坡降線將呈急變曲線的形式。為精確應(yīng)可參照張世儒編著的《水閘》相關(guān)計算公式： 039。39。0h h?? ???ni ih10h ) ] ()T[ 1 2 (39。239。39。???TT? 式中： 0h — 以算出的進、出口損失值； 39。0h — 修正后的水頭損失值； β — 修正系數(shù) ； 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 28 S/ — 底板（包括齒墻）的埋深與板樁入土深度之和； T/ — 板樁另一側(cè)的地基透水層深度。 39。? 為阻力修正系數(shù)，當 39。? ≥ 1時，采用 39。? =。 當 39。? ≥ 1時，采用 39。? =，說明不需要修正，即按照上面的方法計算，當 39。? ＜ 1時則應(yīng)該修正，修正后其水頭損失值減小為： △ h=(1 39。? )0h ① 進口段的水頭損失修正值按下式計算： ) ] ()T[ 1 2 (39。239。39。???TT? 有 ) ] ()T[ 1 2 (39。239。39。???TT? = ) ] ()103[ 1 2 (2 ??= ???? ，應(yīng)予修正。進口段水頭損失應(yīng)修正為 ： )m(39。1 ???? hh ? ② 出口段的水頭損失修正值按下式計算： ) ] ()T[ 1 2 (39。239。39。???TT? 有 ) ] ()T[ 1 2 (39。239。39。???TT? = ) ] ()103[ 1 2 (2 ??= 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 29 ???? ，應(yīng)予修正。進口段水頭損失應(yīng)修正為 ： )m(39。0 ???? hh ? 為了防止逸流變性保證閘基的抗?jié)B穩(wěn)定性，要求出口段的逸出坡降必須小于規(guī)定的容許值出口處的逸出坡降 J為 ： 39。39。0ShJ? 有 39。39。0ShJ? = = 防止流土破壞的出口段容許坡降值 [J]應(yīng)滿足表 72的規(guī)定 。 表 72 出口段容許坡降值 地基土質(zhì)類別 粉砂 細砂 中砂 粗砂 中礫細礫 粗礫夾卵石 砂壤土 粘壤土 軟粘土 堅硬粘土 極堅硬黏土 容許坡降 ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ J=（ ～ ） ， 水力坡降未超過允許滲 透坡降，閘基滲透穩(wěn)定，因此閘基的防滲設(shè)計是可行的。 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 30 8 水閘消能防沖設(shè)計 初步擬定在閘室后設(shè)置一消力池作為主要的消能設(shè)施，在消力池之后設(shè)置一段距離的海曼作為輔助消能設(shè)施，并在海曼的末端設(shè)置合適的防沖槽，同時在消力池及海曼的兩邊設(shè)置翼墻與護坡。 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)計時應(yīng)根據(jù)幾個特征泄流量分別計算躍后水深，并與實際尾水位想比較，選擇最不利情況所對應(yīng)的流量作為確定消力池深度的計算流量。參照 SL 2652021《水閘設(shè)計規(guī)范》中消能防沖計算相關(guān)公式。 Zhhd sc ???? 39。39。39。0? 02 22203 ??? ?gaqhTh cc ? ? ???????? ??? 239。39。239。2 112 cs hhgaqZ ? 213239。39。 ))(181(2h bbghaqhccc ??? = 212 ))(181(2 bbFrhc ?? ? ? ? ? ? ?239。239。239。39。0239。39。0 22 sscc hg qhAdhg qhdf ??? ?????? 式中： d— 消力池深度， m； 0? — 水躍淹沒系數(shù)，可采用 ～ ； 39。ch — 躍后水深， m； ch 為收縮水深， m； α— 水流動能校正系數(shù)，可采 用 ～ ； 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 31 q— 過閘單寬流量， [m3/(s m)]； T0— 消力池底板頂面算起的總勢能， m； Z? — 出池落差， m； 39。sh — 出池河床水深， m； ? — 流速系數(shù)，可采用 。 ① 在設(shè)計工況洪水位時 39。sh ==， q=Q/L0=258/=(s m) 上游水頭 T為 ： T=18581853=5m， v0=q/T=， 由 gavTT 2 200 ?? T=5m， 可得 T0=。 23 2 ???? gqh c ? m T01=T0+d 212)(2 cc hg qhA ??? = 22 ????? ）（ dhg qhdf ??? 239。39。c39。239。39。c )()( ? = 39。ch +39。ch d 表 81 消力池深度試算結(jié)果 d(m) 01T (m) chT01 cchh39。 39。ch （ m） ? ?df 1 2 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 32 計算消力池深度 d時采用試算法 ， 利用公式 ? ? Adf ? ， 相關(guān)數(shù)據(jù)由水力學(xué)下冊附圖解 5中查得，試算結(jié)果如表 81。 由 ? ? Adf ? 可知，當 d取 1m時，誤差很小，符合試算要求，在設(shè)計洪水時，消力池深度取1m 符合消能要求。 ① 在校核工況洪水位時 sh == q=Q/L0=359/=() 上游水頭 T： = gavTT 2200 ?? T=， 可得 T0=。 23 2 ???? gqh c ? m T01=T0+d 212)(2 cc hg qhA ??? = 22 ????? ）（ dhg qhdf ??? 239。39。c39。239。39。c )()( ? = 39。ch +39。ch d 計算消力池深度 d時采用試算法，利用公式 ? ? Adf ? ， 相關(guān)數(shù)據(jù)由水力學(xué)下冊附圖解 5中查得，試算結(jié)果如表 82。 表 82 消力池深度試算結(jié)果 d(m) 01T (m) chT01 cchh39。 39。ch (m) ? ?df 1 2 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 33 由 ? ? Adf ? 可知，當 d取 1m時，誤差很小，符合試算要求，在校核洪水時， 消力池深度取1m 符合消能要求。 平底板消力池的長度 sjL 可以按下式計算 jsj LL ?? ? ?cj hhL ?? 39。39。 式中： jL 為水躍長度， m； ch 為躍前水深， m； 39。h 為躍后水深， m； β為水躍長度校正系數(shù)，采用 。 如消力池上游側(cè)有斜坡段，則消力池長度應(yīng)為斜坡段水平長度 sL 與水平段長度之和。 jsj LLL ??? ① 在設(shè)計 洪水位時 因為在計算消力池深度的時候已經(jīng)計算了躍前水深 ch 和為躍后水深 39。h 所以在這里可以直接引用，所以就有 ch =， 39。h =。 ? ?cj hhL ?? 39。39。 =（ ） = jsj LL ?? =?= ② 在校核洪水位時 同理：因為在計算消力池深度的時候已經(jīng)計算了躍前水深 ch 和為躍后水 深 39。h 所以在這里可以直接引用，所以就有 ch =， 39。h =。 ? ?cj hhL ?? 39。39。 =（ ） = jsj LL ?? =? = 為了安全和施工及其測量上的方便 ， 取 sjL 為 13m。 考慮到消力池與閘室的連接段有一斜坡，參照 SL 2652021《水閘規(guī)范》將該段斜坡的坡度擬定為 1:5，而消力池與閘室底板高程差為 1m所以利用解三角形可知道該斜段水平投影長度為5m，所以最終確定消力池長度 sjL ： sjL =13+5=18m。 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 34 消力池的底板厚度可根據(jù)抗沖和抗浮要求確定。 抗沖 ： Hqkt 1? 抗浮 ： A PWUKt c mf ? ??? 式中： t— 消力池底板始端厚度， m； Q— 單寬流 量， m3/(s m)； H— 閘孔泄水時的上、下游水位差， m； k1— 消力池底板計算系數(shù)，可采用 ； Kf— 消力池底板抗浮安全系數(shù)，可采用 ； W— 作用在消力池底板頂面的水重， kN； U— 作用在消力池底板底面的揚壓力， kN； Pm— 作用在消力池底板上的脈動壓力， kN； A— 消力池底板面積， m2。 γ c為消力池混凝土底板的容重， kN/m3。消力池底板厚度取計算結(jié)果中 的大值。消力池末端厚度可采用 2t ，但不宜小于 。 ① 在設(shè)計洪水位時 q=258/= )./(3 msm H== Hqkt 1? = ??? ② 在校核洪水位時 q=359/= )./(3 msm H== Hqkt 1? = ??? ， 取 t=。 選擇消力池厚度是選擇最不利情況時的消力池厚度作為 其 厚度的最終值，所以取 t=。 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 35 海漫 海漫的布置和構(gòu)造 一般在海曼的起始端做 5到 10m長的水平段，水平段后做成不陡于 1:10的斜坡，以使水流均勻擴散，調(diào)整流速分布，保護河床不受沖刷。對海漫的設(shè)計要求： 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水自由排出，降低揚壓力； ③ 具有一定的柔性，以適應(yīng)下游河床可能的沖刷變形。 考慮 到羌河口水電站的水頭小，單寬流量小的特點，所以在起始端可以不設(shè)置水平段，直接采用緩坡段，考慮到開挖量因此將坡盡量緩一些做成 1:20的坡度，由于取材不便所以采用鋼筋混凝土板海曼。 海曼的長度 海曼長度 L因根據(jù)可能出現(xiàn)最不利水位和最不利的流量進行設(shè)計，它與消力池出口的單寬流量及水流擴散情況、上下游水位差、地質(zhì)條件尾水深度以及海曼的粗糙程度等因素有關(guān)， SL 2652021《水閘規(guī)范》建議用如下式子計算： HqkL 2? 式中： q 為消 力池出口處的單寬流量， m3/(s m)； H 為上下游水位差， m； k2為河床土質(zhì)系數(shù)，取 12。 ① 在設(shè)計工況洪水位時 q=258/= m3/s H== HqkL 2? = ??? m ② 在校核工況洪水位時 q=359/= m3/s H== HqkL 2? = ??? m 這兩取值都偏大，存在較大誤差，接下來采用第二種方法計算。 ③ 參照《水閘》 張世儒編著一書中毛旭熙高級工程師的公式計算，在內(nèi)容和形式上更為合理，具體如下： )/21( 22 hyq qkhL p ??? ? 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 36 式中： k— 海曼長度形式 ， 與上式的 sk 相同取為 12； 2h — 海曼上的水深； q— 消力池末端最大單寬流量 ， 一般近似取為過閘單寬流量； q/q2 的比值可參見《水閘》 張世儒 82p 表 313，消能擴散良好時為 ～ ，較差時為 ～ ，本次設(shè)計取為 ， hy/2? 可參考 《水閘》 張世