【正文】 畢業(yè)設計（論文） 6 東明水利樞紐工程設計 —— 攔河閘設計 畢業(yè)設計（論文） 7 設計總說明 本樞紐位于清河東明市附近河段 ,以清河明山水庫為水源 ,除工業(yè) .城市及電站用水外 ,由該庫至東明市區(qū)見的水量供給灌溉用水 。渠首工程主要任務是保證大明 .東光兩灌溉區(qū)全部凈灌溉 萬畝 ,其中大明灌區(qū) 萬畝 ,東光灌區(qū) 萬畝。總設計分三組進行，本組為攔河閘設計。 [關鍵詞 ]：攔河閘、 有壩引水式、 消能計算 、閘室穩(wěn)定、基底應力驗算 畢業(yè)設計（論文） 8 第 1 章 基本資料 工程概況 本樞紐位于清河東明市附近河段 ,以清河明山水庫為水源 ,除工業(yè) .城市及電站用水外 ,由該庫至東明市區(qū)見的水量供給灌溉用水 。 地形資料 清河在東陵以上為山谷河道 ,距離主要灌區(qū)大明 .東光較遠。該河段長約 ，河道縱坡在 1： 1400~1： 2100 之間 ，東陵至渾河堡為 1： 1400，渾河堡至水清公路橋為 1： 2020，公路至西蘇堡為 1： 2100。除局部地區(qū)有沙灘外多為耕地。 李官堡附近河道情況，河道順直長為 ，因有東清鐵路控制，河道比較穩(wěn)定，河槽寬 400~420m，河底高程 ，深槽靠近左岸，右岸為河灘地，兩岸灘地高程為~，右岸距堤防 160m，左岸無堤，河床比降 1： 2020，洪水比降 1： 2500。河岸較陡，高約 4 米，兩岸灘地高程~，多為耕地。右岸灘地內有音樂低洼溝一條，蜿蜒下伸 達后漠家堡村北，長約3km，河道自 1991 年以來尚無變動，自修永清公路路基后情況更為穩(wěn)定。為便于堤防維護，保證 100 年一遇洪水 ~1000 年一遇洪水威脅下東明市區(qū)安全，希望兩岸堤高不小于 4m。 地下水埋深分布隨地形變化，一般在 ，風積沙丘較深，大于 ，洼地較淺 .約 ，因土質透水性較強，地下水位變化受河道水位影響，豐水期河水補給地下水，水位較高；枯水期、平水季節(jié)底下水補給河水。 1) 年平均降雨量 729mm，大部集中在 月份，占全年雨量的 %。 2) 風速 :年平均風速 ，各月份平均風速一 3~5 月為大，極端最大風速發(fā)生在農(nóng)歷一九五四年三月二十，達 ，汛期最大風 速 ，多年平均最大風速 。 4）凍層深度 。 2）大引水流量 立方米 /m，閘下相應水位 ， 引水條件相似。 4）樞紐為二等工程，樞紐中主要建筑物為 2 級，次要建筑物為 3 級，臨時建筑物為 4 級。地震設計烈度按 7 度考慮。 畢業(yè)設計（論文） 11 第 2 章 選線、選型、樞紐布置 閘壩的選擇 水閘閘址選擇時，應綜合考慮地形、地質、水流、泥沙施工及管理運用等因素。具體而言，由于水閘承擔的任務不同，閘址選擇考慮的主要因素也不相同。 渾河堡地處彎道，河槽狹窄，水位較其他河道高，便于取水。 西蘇堡以下因河道彎曲，水位控制面積過 小，灌溉區(qū)在其上方可能由于水位過低須使用水泵，造價相應就高，選擇此河道不經(jīng)濟合理。李官堡直段長 ，河寬大、水位高，距灌溉區(qū)遠相應渠道長度也就長，水位較漠家堡高，不滿足城市區(qū)防洪要求；漠家堡河道歸整，順直段長 ，便于施工。由于距離灌溉區(qū)近，相應渠道長度短。因此閘址選在漠家堡。按河道中是否設有攔河壩，取水樞紐分為無壩取水和有壩取水。其工程簡單，施工簡單，造價較低且對河床演變影響小，與航運，過木等矛盾較小，但不能控制河道水位，引水保證率畢業(yè)設計（論文） 12 低。取水口易受河床演變影響，若主流擺動遠離取水口，又會使其淤塞或報廢。其優(yōu)點是：工作可靠，干渠較短，并可為綜合利用創(chuàng)造條件。 根據(jù)有壩取水及無壩 取水的優(yōu)缺點，及下列有關數(shù)據(jù)：進水閘下游引水下游底部干渠高程 ,最大引水流量 ,進水口水位為 ,灌溉保證率為 75%,Q=400 m3/s,以及在本引水口以下不存在能夠滿足引水位要求的適宜引水口情況下 ,需選擇有壩引水型式。攔河壩可枯水期關閉或利用小開度壅水，供進水閘引水，洪 水期可泄洪排沙，洪水水位不至過高，也可在進水口前設沉沙槽，利用邊孔定期沖沙，同時可以用閘墩兼做橋墩 .閘橋合建節(jié)省造價。防沙設施以采用正面排沙較為適宜；防沙設施形式選用沖沙槽式定期沖沙，也可采用沖沙廊道式連續(xù)沖沙。本工程采用沖沙槽式較為適宜 .便于人力與人工除沙，可靠程度高。 確定閘孔型式（指堰型是否設胸墻）底板高程，并根據(jù) 設計流量與校核流量確定和驗算閘孔凈寬、分孔、確定閘孔總寬，閘頂及閘頂高程等。還要滿足高水位時擋水，低水位時過流要求，因此采用弧形閘門。閘基土多是比較松軟的，因此閘底板底面 須定在地表腐植土層以下。但是，閘底定得過低，增加了閘身和兩岸建筑物高度，增加閘門的擋水高度，也增加了施工困難，因而提高了工程造價。另外，從地質條件看，閘基要求置放于密實的土層上，在松軟土基上筑閘會增加地基處理的費用，而且延長了施工時間。一般，攔河壩的底板高程應于該閘所在的渠底相平。由于閘孔寬度一般小于河道寬度，水流過閘時側向收縮，并使上下游水面壅高而形成閘上下游水位差△ H。 (2)閘孔凈寬 根據(jù) 選定的閘孔形式及宣泄設計與校核洪水時的上下游水位差△ H,閘孔凈寬可按水力學公式求出。 Q 設計 =4100 立方米 /s 時，▽ 上 =，▽ 下 = Q 校核 =5050 立方米 /s 時，▽ 上 =，▽ 下 = 孔數(shù)幾，單孔凈寬 b 及閘孔總寬 B B0求出后，即可根據(jù)水閘運用要求，閘門形式，啟閉及閘門系列尺寸等，確定水閘孔數(shù) N 和單孔凈寬 b。大、中型 水閘當采用鋼閘門時，每孔凈寬 b 一般取為 6~9m。當水閘孔數(shù)較少，一般 N 小于等于或 8 時，孔數(shù) n 宜采用奇數(shù)，以便水閘對稱開啟，避免下游出現(xiàn)折沖水流。 分隔閘孔時，若中墩厚度取為 d2，縫墩厚度為 d2′，設有 m 個中墩， m′個縫墩，則水閘閘孔總寬為： B=nb+m d2+m′ d2′選兩孔為一個整體。 0=；167。 0+167。 Q 實設 = 23002sB m gH?? [2] 式中： Q 實設 — 實際設計的過閘流量， m3/s。 m、? s— 堰流流量系數(shù)和淹沒系數(shù)； ε — 側收縮系數(shù)。 閘孔高度 閘頂高程 閘頂高程是指閘室胸墻或閘門擋水線上游岸墻頂部高程。檢修便橋等不妨礙水閘過水和不受波浪影響，同時不致上游來水漫過岸墻墻頂，危急閘室安全，閘頂高程應按滿足下列兩種情況取值：泄洪時應高于設計或校核洪水位 +安全超高；關門時應高于設計或校核洪水位或最高擋水位 +波浪計算高度 +安全超高值。如果設計與校核洪水位高于設計最高擋水位，一般來水水位超 過設計最高擋水位時，即已開閘 放水。 過閘水流特點 過閘水流受到閘孔的約束，部分勢能轉為動能，流速大，挾沙能力強，若不采取適當消能措施，勢必嚴重沖刷下游渠道，甚至沖毀消力池，淘空閘基，威脅閘身的安全。過閘水流特點及其消能防設計的要求為： (1) 出閘水流在閘下形成遠驅式水躍（若無消能設施），沖刷下游渠床，故必須修筑消立池或其他形式的消能設施來促成淹沒式水躍。因此，求所修筑的消立池或其他形式的消能設施在任何可能發(fā)生的情況下，都能促成淹沒式水躍。故要求在設計消能設施的同時，制訂合理的閘門開啟方案。對此，應予與足夠的重視，并采取適當?shù)拇胧?。為使出閘水流平順擴散，不致沖刷下游河床，要求閘下翼墻具有適當?shù)臄U散角度。根據(jù)調查資料統(tǒng)計，我國已建大、中型水閘工程基本上均采用底流式水躍消能。因此我們也采用底流消能。其消能防沖設施一般包括，削立池、海漫、防沖槽、岸坡防護。 消力池有兩種 主要形式： 1）降低護坦高程形成的消力池， 2）修建消力檻形成消力池。所以消力池以下的渠（河）床除非是足以抵抗沖刷的較好巖基外，一般都要建造海漫作為護面。 一般是緊接消力池設置海漫，海漫末端設防沖槽。為了確保水閘安全，長在海漫末端河床內開挖一梯形斷面槽，內拋塊石，槽頂與海漫末端頂面齊平，形成一道防沖槽，防沖槽的作用是當下游渠床形成最終沖刷狀態(tài)時，確保海漫不致破壞。防沖槽橫斷面大小與沖坑槽深度有關，沖坑深 度愈大，需要的防沖槽斷面也愈大。防坡坡腳及護坡與河岸連接處應 做一道深 ，防止回流淘刷，砌石下應鋪設厚 ~。消能設計時，應遍歷所有閘門開啟方式的所有開度，尋找最不利情況進行設計。 閘門開啟操作規(guī)程： （ 1）閘門啟閉以前必須先行檢查：啟閉機械是否正常，有無雜物障礙，閘門位置是否正確等，然后開始啟閉。 下列的計算中可能用到的公式： 孔流公式： Q=? be 02gH [3] 式中： ? — 寬頂堰型閘孔自由流的流量系數(shù)； b— 閘孔寬度； e— 閘孔開度。 臨界水深： hk= 23 2Qgb? [5] 式中： α — 動能修正系數(shù)； Qb — 單寬流量 下游水深： 弧形面板曲率半徑與閘門高度的比值，對露頂式閘門一般取為 ~，則 R=ρ m取 。 e/H=,故為閘孔出流 e/H=./=,故為閘孔出流 e/H=,故為閘孔出流 cosa1=（ ce） /R=()/9= ∴ a1=390 ∴ ? = cosa2=（ ce） /R=()/9= ∴ a1=440 ∴ ? = cosa3=（ ce） /R=()/9= ∴ a1=480 ∴ ? = 則 ， 流量系數(shù) m為 : M=()( a0/1800)e/H 則 ： M1=(*390/1800)( *390/1800)畢業(yè)設計（論文） 20 M2=(*440/1800)( *440/1800)M3=(*480/1800)( *480/1800) 列表計算 ：（ 不考慮行進流速 ） 表 Q 控 計算表 e ? Q q hk T0’ hc’ hc” ht Hc”ht 由表可見， Hc”ht 最大時對應的 e=. Q 控 = m3/s. 求池深 d 根據(jù) Q 控 求 d 采用的公式為： 用試算的方法求 表 d T0(H+d) Q 控 hk T0/ hk hc” z? hki1 ? ht 由表計算可取池深 d=. 確定池長 LK (1)根據(jù) Lmax 發(fā)生在 Qmax 時，所以取 Q 控 =Q 校 =5050m3/s (2)求 Lk 求單寬流量： q= Q 校 /B=5050/=臨界水深： hk=3 2gaQ= 3 * 2 = 由 T0/ hk查表得 hc”，再應用計算曲線解 hc（水力學一冊 例 ） Q 校 q hk T0/ hk hc” hc 畢業(yè)設計（論文） 21 5050 自由水躍長度： Lj=(hc” hc) =*() = 消力池的總長度為： L=(34)d+(~)Lj 當取 3d ， 時 L=3*+*= 當取 4d ， 時 L=4*+* = 在這里由上面的計算取消力池的總長度為 20m. 確定底板厚度 水閘進水時池內水流強烈紊動，護坦承受水流沖擊力，脈動壓力和底部揚壓力等作用，因此要求護坦應具有足夠的強度，整體性和穩(wěn)定性。否則護坦因承受向上的揚壓力作用還必須滿足抗浮穩(wěn)定要求。 表 43 Q q ht H? q ?? maxq ?? maxk1 Hq ? q’=aq(a=) q’ ?? 400 2020 2800 4020 5000 由表可取護坦厚度為 。 海漫起始段一般布置為 510m或 1/3 海漫總長度的水平段，以穩(wěn)定水流，其后布置為不陡于 1： 10 的斜坡段，以使水流豎向擴散，加大水深，減小流速。如地形地質條件許可，海漫應順水流方向作成斜坡，使水流在水平面上擴散的同時也在鉛直方向擴散。 則： ht”=iL+ hc” 式中： i—— 坡率 hc” —— 消力池中的水深，取 hc”= ht”=1/10*45+= 防沖槽設計 當由上可計算 V=Q 控 / ht”，若在沖刷坑內不設塊石鋪砌，保持原河床，則不沖流速 [V 不沖 ]=則 V= Q 控 / ht”= [V 不沖 ]=故應在河床內設一層塊石鋪砌，則不沖流速 [V 不沖 ]=。 本設計為安全方面考慮，設取 t″ =1m，寬取