【正文】 30 特征水位 設(shè)計(jì)洪水位（ P=2%） m 灌溉水位 m 正常蓄水位 m 二、主要建筑物及機(jī)電設(shè)備 地基特性 砂土、砂礫石 閘基承載力 KPa 230 閘室結(jié)構(gòu) 露頂式 閘頂高程 m 閘底板高程 m 華北水院 2021 級(jí)函授本科畢業(yè)設(shè)計(jì) —— 函江泄水閘設(shè)計(jì)算書 4 閘門型式、尺寸 扇 32 直升鋼閘門 啟閉機(jī)型式 臺(tái) 32 QPQ2 40 固定式 卷揚(yáng)啟閉機(jī) 水閘孔數(shù)孔口凈寬 m 32 10 水閘消能方式 底流式（設(shè)消力池）消能 水閘防沖方式 砼與 漿砌塊石海漫 水閘防滲方式 C25 砼防滲墻及鋼筋砼鋪蓋 華北水院 2021 級(jí)函授本科畢業(yè)設(shè)計(jì) —— 函江泄水閘設(shè)計(jì)算書 5 第 2 章 樞紐工程布置及主要建筑物 的設(shè)計(jì)資料 氣象 函江 水利樞紐工程洪水期多年平均最大風(fēng)速為 ，風(fēng)向?yàn)榇怪眽屋S線，吹程為 3 公里。 表 2— 1 各設(shè)計(jì)頻率洪水流量及相應(yīng)壩下水位表 設(shè)計(jì)頻率（ %） 2 20 洪水流量 Q（ M3/S） 12350 10000 5730 壩下水位 H （ M） 水位流量關(guān)系曲線見表 2— 2。 回填土 回填土的力學(xué)性能見表 2— 3。） 粘聚力 c（ kg/cm2） 含水量ω （ %） 砂性土 27 0 粘性土 18 28 建筑物的設(shè)計(jì)參數(shù) 船閘 (五級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn) ) 水位 :最高通航水位 ▽ ，最低通航水位 ▽ ；正常蓄水位 ▽ ；下游最低水位 ▽ 。 船閘、引航道尺寸及高程 閘室有效尺寸：閘室頂高程 ▽ ，閘底高 程 ▽ ； 長(zhǎng)寬檻上水深=135 12 。 下閘首平面尺寸：長(zhǎng)寬 =17 24m；墩頂高程 ▽ ；門底高程 ▽ ，基底高程 ▽ 。 上下游引航道直線段長(zhǎng)度應(yīng)滿足 L≥ 5位設(shè)計(jì)船隊(duì)長(zhǎng)度，引航道底寬 35m，邊坡 1:；引航道底高程：上游 ▽ ，下游 ▽ ；引航道轉(zhuǎn)彎半徑 R≥ 5倍設(shè)計(jì)船隊(duì)長(zhǎng)度；進(jìn)出口軸線與主河流基 本流向的交角β≤ 20176。 廠房平面尺寸及高程 主廠高度底板長(zhǎng)度 48m，總寬度 。 6m；中墩厚 ，邊墩厚 ；進(jìn)口高程 ▽ ，出口高程 ▽ ；基底最低高程 ▽ ，基底平均開挖高程 ▽ 。尾水出口后設(shè)砼護(hù)坦、護(hù)坦水平段 15m，并伯1:5 的倒坡段與尾水渠相連。廠房地面高程 ▽ ，水輪機(jī)安裝高程 ▽ ，廠房屋頂高程 ▽ ，廠房邊墻距底板上游端 。 ②、閘門結(jié)構(gòu)：平面鋼閘門。 ④、底板與中砂的摩擦系數(shù) f=。梁高 ，梁腹寬 ，梁翼寬 ，用 5 根梁組成，兩側(cè)人行道為懸臂 式，每 m延長(zhǎng)重量按 8噸計(jì)。 設(shè)計(jì)水位 設(shè)計(jì)流量 Q2% = 9540 M3/S，相應(yīng)閘下水位 H 下 = 設(shè)計(jì)水位差△ H: △ H=（上游水位 H 上 =） 校核流量 % = 12350 M3/S，相應(yīng)閘下水位 H 下 = 閘孔凈寬的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)流量 Q2% = 9540 M3/S 時(shí)，閘底板高程為 13m，上游設(shè)計(jì)水位為 H上 =，相應(yīng)的閘下游水位 H 下 =。 閘上水深： H== 坎前流速：ν 0=9540/500/=坎上總水頭： H0=H+αν 02/2g=+淹沒出流條件： Hs/h0=()/= 《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄 A：表 查表得淹沒系數(shù)： σ s= 假設(shè)側(cè)收縮系數(shù) : ε = 堰流系數(shù)： M= 則閘孔凈寬： B=n b=Q/(σ s*ε *m*√ 2g*H03/2)=9540247。根據(jù)閘墩和邊墩墩頭形狀查得相應(yīng)的形狀系數(shù)，ζ k=，ζ o =， 則 ε =〔ζ k+(n1) ζ o〕 Ho 247。 320 = 計(jì)算閘孔總凈寬 B B= Q247。 ( √ ) =9540247。 閘門總凈寬為 320m 時(shí)所通過的設(shè)計(jì)流量時(shí)為 9701 M3/S 設(shè)計(jì)洪水時(shí)單位流量的校核： q=Q/B=9540/320= M3/S/M 30M3/S/M 所取閘室總凈寬滿足設(shè)計(jì)要求。 根據(jù) Q=Σ SΕ M N B√ 2G H03/2 經(jīng)試算得，泄水閘在閘孔總凈寬為 320m 時(shí)通過校核流量 % = 12350 M3/S時(shí)上游壅水高 ,上游水位 H 上 =，相應(yīng)閘下水位 H 下 =。 華北水院 2021 級(jí)函授本科畢業(yè)設(shè)計(jì) —— 函江泄水閘設(shè)計(jì)算書 11 第 4 章 泄水閘的消能防沖設(shè)計(jì) 根據(jù)水閘設(shè)計(jì)要求，水閘消能水位為： 閘上水位 H 上 = 閘下水位 H 下 = 算 水閘消能計(jì)算按閘門開啟高度 e1= m， e2= m 及全開三種情況計(jì)算： 當(dāng)閘門開啟高度 e1= m 時(shí)消能計(jì)算 水閘消能計(jì)算按中間兩孔開啟高度 e1=， e2= 和全開三種情況計(jì)算 1．當(dāng)閘門開啟度 e1= 時(shí)消能計(jì)算 ▽ H h t ▽ e hc ①、判別屬于堰流或孔流 堰上水頭 H== m e/H= 為孔流 ②、判別屬于自由孔流或淹沒孔流 因閘孔流量為未知，尚無法判別閘孔出流情況，先假設(shè)為自由孔流，算出流量后再行校核。 ③、校核是否屬于自由出流： 閘下收縮斷面水深： h1=hc=ε e= = (m) 單寬流量： q=Q/B=(m3/s/m) 則臨界水深： hk= (αq 2/g) 1/3= () 1/3=(m) 躍后水深的計(jì)算 hc” = hc/2[(1+8 aq2/g/hc3)] = [(1+8 )]= △ Z＝ αq 2/2/g/φ 2/ Ht2αq 2/2/g/ / hc” 2 = == 已知 H 下 = m, 下游水深 t=H 下 = (m) 由于 h2t，閘下發(fā)生遠(yuǎn)離式水躍銜接，需要做消能設(shè)施。 同理試算 e＝ ，全開等時(shí) 2孔開啟下游水位值以及閘門全開時(shí)的下游水位值。 d 根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄 B： d1= σ 0hc” 2 Ht= =，取消力池的深度為 d＝ h2Ht△ Z＝ ＝ m 取消力池 d=。 因此取消力池池深 d=, 池長(zhǎng) l=20m。 現(xiàn)取護(hù)坦厚度 t0為 。具體尺寸見設(shè)計(jì)圖紙。根據(jù)設(shè)計(jì)要求和地基土壤特性，選用的防滲排水布置為（自閘室上游開始）： 50cm 厚 20m 長(zhǎng) C20 砼鋪蓋、 C25砼板樁長(zhǎng) 6m、 C25 砼閘室底板長(zhǎng) 20m 厚 、并設(shè) PVC 排水孔。 防滲排水設(shè)施尺寸擬定 ①、底板長(zhǎng)度： 設(shè)計(jì)水位時(shí)： L= m 校核水位時(shí)： L= m 上部結(jié)構(gòu)要求凈寬：公路橋加欄桿總寬 ，工作橋?qū)挾扔砷l門啟閉機(jī)安置場(chǎng)地尺寸 決定為 ，檢修橋置于檢修門槽之上，寬度選 ，因此，上部結(jié)構(gòu)要求最小寬度為 。 ②、鋪蓋 鋪蓋材料選用砼，厚度為 50cm，長(zhǎng)度 20cm，縱縫縫距 ，靠近兩岸翼墻處，縫距為 。 ③、板樁長(zhǎng)度 采用 C25 鋼筋砼預(yù)制板樁。 ④、排水設(shè)施 排水設(shè)施向上游布置，即將其置于底板之后護(hù)坦下面，首部緊接底板下游齒墻。 滲流計(jì)算主要內(nèi)容包括設(shè)計(jì)水位下的閘基滲透壓力、地基抗?jié)B穩(wěn)定性驗(yàn)算和滲流量。 閘地下輪廊初擬 滲徑長(zhǎng)度應(yīng)能滿足水閘上下游水位差最大時(shí)的防滲要求，故按上下游水位差最大的情況來確定。相應(yīng)的上 游水位 H 上 為 ，下游水位 H 下 =，最大水位差 H=H 上 H 下 == (m) 因本閘水位差較大，基礎(chǔ)透水性強(qiáng)，由結(jié)構(gòu)布置要求確定的閘底板長(zhǎng)度較短，僅20m，故于底板上游增設(shè)一長(zhǎng) 20m的鋼筋砼防滲鋪蓋，并于齒墻下設(shè) 6m深板樁，以增加滲徑長(zhǎng)度，初步擬定的閘底輪廓線如圖下圖所示。 附圖 驗(yàn)算地下輪廓的合理性 L=L1 + L2 + L3 + L4 + L5 + L6+ L7 =10+++++++ =36(m) 華北水院 2021 級(jí)函授本科畢業(yè)設(shè)計(jì) —— 函江泄水閘設(shè)計(jì)算書 17 上下最大水位差 H= 查表 , 取 C0= C0 H= 5= (m) ∵ L C0 H ∴閘底輪廓長(zhǎng)度滿足防滲要求 ,地下輪廓是合適的。 設(shè)計(jì)情況下滲透壓力計(jì)算 已知 H 上 =， H 下 = H=H 上 H 下 = 華北水院 2021 級(jí)函授本科畢業(yè)設(shè)計(jì) —— 函江泄水閘設(shè)計(jì)算書 19 ①、各分段的滲壓水頭損失 入口段： hⅠ =H/Σξξ 1= 1= (m) 鋪蓋水平段： hⅡ = H/Σξξ 2= 78=(m) 內(nèi)部板樁段： hⅢ = H/Σξξ 3= 21= (m) 底部水平段： hⅣ = H/Σξξ 4= 58=(m) 出口段： hⅤ = H/Σξξ 5= 45= (m) Σ h= hⅠ + hⅡ + hⅢ + hⅣ + hⅤ =++++= (m) ②、角隅點(diǎn)的滲壓水頭 由地下輪廓線末端逐次向首端迭加各分段的滲壓水頭損失值，即得各角隅點(diǎn)的滲壓水頭值： h5=hⅤ =(m) h4=h5+hⅣ =+=(m) h3=h4+hⅢ =+=(m) h2=h3+hⅡ =+=(m) h1=h2+hⅠ =+= (m) 采用抗沖蝕能力強(qiáng)的鋼筋砼防滲鋪蓋，長(zhǎng) 20m，厚 ，首端齒墻深 ，每 10m 設(shè)伸縮縫，與閘底板交接部位及伸縮縫都必須設(shè)止水。 為了降低閘底板的滲透壓力，緊接底板出口下設(shè)反濾層，以利排水，要求反濾層級(jí)配良好。 華北水院 2021 級(jí)函授本科畢業(yè)設(shè)計(jì) —— 函江泄水閘設(shè)計(jì)算書 20 第 6 章 泄洪閘閘室布置和穩(wěn)定計(jì)算 閘室總寬 泄洪閘 閘孔總凈寬為 320m。為了防止地基的不均勻沉降而將底板折斷，閘孔采用分塊式。則閘身總寬為： L=n*L0+n1*d1+n2*d2+ n3*d4 +(n4+1)*δ 式中： n— 閘孔孔數(shù)； L0—— 每孔凈寬 (m)； n1—— 中墩數(shù)； d1—— 中墩厚 (m)； n2—— 分縫中墩數(shù)； d2—— 邊墩厚 (m)； n3—— 邊墩數(shù)； d3—— 邊墩厚 (m)； n4—— 閘底板分塊數(shù)；δ —— 縫寬。 閘身高度 閘身擋水高度的確定： h=hl+ h2+ h3 式中 hl—— 閘上游最高靜水位 (m)； h2—— 閘前波浪壅高 (m)； h3—— 安全超高 (m)。 閘底板順?biāo)鞣较蚝烷L(zhǎng)度的確定 在滿足上部結(jié)構(gòu)布置要求的前提下，底板長(zhǎng)度的初步估算公式 B=（ H+2h+a） (1+△ H)ξ (m) (815) 華北水院 2021 級(jí)函授本科畢業(yè)設(shè)計(jì) —— 函江泄水閘設(shè)計(jì)算書 22 式中 ： H—— 上游最大水深 (包括設(shè)計(jì)和校核兩種情況， m)； △ H—— 相應(yīng)最大水深丑時(shí)的上、下游水位差 (m)； 2h—— 波浪高度 (m)； α —— 安全超高 (m)； ξ —— 與閘址地質(zhì)有關(guān)的系數(shù)，ξ =。 上部結(jié)構(gòu)要求凈寬：公路橋加欄桿總寬 ，工作橋?qū)挾扔砷l門啟閉機(jī)安置場(chǎng)地尺寸決定為 ，檢修橋置于檢修門槽之上，寬度選 ，因此，上部結(jié)構(gòu)要求最小寬度為 。 閘底板厚為 ，上下游齒墻深為 1m，齒墻底寬為 。閘墩長(zhǎng)度采用與底板同長(zhǎng)，同時(shí)用階梯形式由底板向上部結(jié)構(gòu)過渡，以減少工程量。 檢修門槽深 20cm，寬 30cm，工作門槽深 30cm，寬 60cm。 閘墩的高度在迎水面為最高水位加超高，閘墩下游適當(dāng)降低，取同公路橋梁底高程 25m。 華北水院 2021 級(jí)函授本科畢業(yè)設(shè)計(jì) —— 函江泄水閘設(shè)計(jì)算書 23 閘門高度 根據(jù)閘身高度的計(jì)算，水閘正常水位時(shí)所需的閘門高度為 ，故取閘門高度為 。本水閘擋水水位較低而泄水洪水位較高，故不宜采用胸墻 ,本水閘不設(shè)胸墻。 故取工作橋的橋底高程為 。 交 通橋 公路橋載重按汽 — 20 設(shè)計(jì)，掛 — 100 校核，雙車道橋面凈寬 ，兩側(cè)人行道 2 ，總寬 9m，采用 T 型結(jié)構(gòu)。每 m 延長(zhǎng)重量按 8 噸計(jì)。交通橋布置在上游側(cè)。 設(shè)計(jì)情況下水閘穩(wěn)定計(jì)算 荷載組合 因本區(qū)地震基本烈度小于 6度，可不考慮地震荷載。 設(shè)計(jì)情況下荷載基本組合： 水閘自重及水重； 靜水壓力； 揚(yáng)壓力； 波浪壓力。 ②、 水重 W：水