【正文】 般30～515～35～一般5～1Ⅴ小(2)型～≤5≤3≤≤1由以上資料和數(shù)據(jù)可以確定該工程的工程等別為Ⅳ等，規(guī)模為小（1）小型，永久性主要水工建筑物級別為4級，次要水工建筑物級別為5級，臨時性水工建物級別為5級。見表 31。表33 平原區(qū)水閘樞紐工程分等指標(biāo)工程等別ⅠⅡⅢⅣⅤ規(guī)　　模大(1)型大(2)型中型小(1)型小(2)型最大過閘流量(m3 /s)≥50005000～10001000～100100～20＜20防護(hù)對象的重要性特別重要重要中等一般 水閘樞紐中的水工建筑物的等別劃分,其級別應(yīng)按表34確定。4首部閘壩樞紐整體布置攔河閘壩閘址的選擇是一件非常重要的事情。這是水閘組織設(shè)計當(dāng)中一個十分重要的環(huán)節(jié)。閘址的選擇對地形有著苛刻的要求，最好選在地基巖土堅實、兩岸邊坡穩(wěn)定、周圍的地下水位相對較低以及周圍要有開闊的地形便于施工筑壩。實在是不能避開的情況下要采用適當(dāng)?shù)牡鼗幚矸椒ㄟM(jìn)行妥善的處理。所以要讓過閘水流盡量保持平順，在閘室后面盡量不要產(chǎn)生波狀水躍或者是折沖水流。攔河閘要選在河道水流平順且河道順直的地方。 由于受河谷地形地貌及地質(zhì)條件的影響，并考慮到和上一級黑河電站的銜接，本階段在黑河廠址上、下游河段擬選了兩個閘址進(jìn)行研究比較。河床覆蓋層深厚（上閘址最大厚度60m，）。以下分別從地形地質(zhì)條件、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、施工條件等方面進(jìn)行綜合比較，上、下閘址綜合比較見表41。上閘址存在工程運行管理復(fù)雜，在運行管理中需要根據(jù)河流來水來沙條件以及黑河電站、羌河口電站的運行情況調(diào)整各道控制閘，運行不當(dāng)可能造成渠道的淤堵、黑河電站尾水管淤積。下閘址運行簡潔，引水防沙的經(jīng)驗成熟，兩個梯級電站可單獨運行，梯級電站水位銜接關(guān)系較好。表41 上、下閘址綜合比較項 目上 閘 址下 閘 址地 形地 貌左岸Ⅰ級階地，地形平緩，右岸為基巖陡坡，河谷為不對稱的“U”型斜橫向谷。河谷與巖層走向交角較小，屬斜縱向谷?？菟诤铀鎸?3m，正常蓄水位高程時谷寬67m，現(xiàn)代河床偏右岸。地層巖性地質(zhì)構(gòu)造基巖地層砂巖與板巖互層夾千枚巖。薄板狀板巖與中厚層砂質(zhì)灰?guī)r互層，夾少量千枚巖及砂巖、板巖互層夾千枚巖.河 床 覆蓋層條件河床覆蓋層厚度一般40～50m，最厚60m。河床覆蓋層厚度一般在60～70m。物理地質(zhì)現(xiàn) 象區(qū)內(nèi)不良地質(zhì)現(xiàn)象不發(fā)育，谷坡整體穩(wěn)定性好。閘 肩條 件右岸為基巖陡坡，邊坡整體穩(wěn)定，左岸為Ⅰ級階地含漂卵礫石層。進(jìn) 水 口條 件右岸為凹岸，河道主流線偏右岸，有利于進(jìn)水口布置。首部樞紐為一攔河閘壩，在上面的論證中我們已經(jīng)確定了下閘址作為這次攔河閘壩的閘址選擇。，右岸谷坡陡峻，；左岸階地發(fā)育，地形平緩，1854m高程為Ⅰ級階地，1860m高程以上為覆蓋層斜坡，河谷呈不對稱“U”型谷。首先從地形上看右岸谷坡陡峻，平均坡度60～65176。所以只有右岸具備成洞條件，因此將進(jìn)水口設(shè)置在右岸。同時在主河床中間設(shè)置泄洪閘，泄洪閘位于沖沙閘左惻。5水閘的結(jié)構(gòu)布置底板是閘室的基礎(chǔ)即承受閘室上部結(jié)構(gòu)的重量及荷載，又向地基傳遞這部分力以及荷載的結(jié)構(gòu)，同時兼有防滲、防沖、防止地基滲透水流作用可能產(chǎn)生的滲透變形，并保護(hù)地基免受水流沖刷。閘室的底板通常采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。 ①平底板結(jié)構(gòu)：是工程中最常用的的一種形式。當(dāng)?shù)鼗临|(zhì)較差而且上部的荷載較大的情況下可采用箱式平底板結(jié)構(gòu)，其整體性以及對地基的不均勻沉降和抗震性都很好，只是施工比較復(fù)雜、工程量較大，但是采用箱式平底板結(jié)構(gòu)時可不進(jìn)行地基處理。目前并沒有系統(tǒng)精確的計算分析方法，因此質(zhì)疑在特定的條件下才會采用這兩種形式的底板。本工程粗礫卵石地基上，相對來說工程地質(zhì)條件還比較好，再加上閘室的高度不大、上下游水位差較小、過閘單寬流量也不大，所以在此選擇開敞式平底板結(jié)構(gòu)式底板。閘墩用以分隔閘孔支承閘門上部所以橋梁及設(shè)備的重量以及閘門的重量，并將閘門傳來的水壓力和上部結(jié)構(gòu)的重量和荷載傳遞個底板。在閘墩的上游端為了減小孔口水流測收縮和使水流平順不至于在下游產(chǎn)生波狀水躍或者折沖水流等情況，在閘墩的前端采用半圓形相接，圓的半徑采用R=D/2。下游端為了減小水流的水冠和沖擊波，下游端采用流線型，其中R=，其中D為閘墩的寬度，所以R==。閘墩的高程與閘頂高程齊平。同時造價的高低、啟閉機的容量也是會對閘門的選擇提供一定的參考價值。再者閘門位置的選擇還會影響上部工作橋以及啟閉機的位置的確定。閘門型式的選擇，本工程屬于低水頭、小流量的閘壩。所以在此選擇平面式鋼閘門。為了減少和防止由于溫度變化、地基的不均勻沉降以及混凝土干縮引起的裂縫，對于閘室底板必須沿垂直水流方向進(jìn)行分段，即設(shè)置若干道順?biāo)鞣较虻挠谰每p。這樣分縫的好處在于我們可以很好的控制閘門的整體性不被破壞，再者這樣的分縫對于地基的不均勻沉降也可以起到十分積極的作用可以增強他在這番方面的適應(yīng)性。止水設(shè)備：因為本工程的底板要具有防滲的作用，因此必須對這些分縫進(jìn)行止水設(shè)計。在止水交叉處采用鉛直交叉以防止形成滲水通道。6水閘的水力計算水閘的水利設(shè)計內(nèi)容包括：①閘孔總凈寬的計算及閘孔尺寸的確定；②水閘的防滲排水設(shè)計；③水閘的消能防沖設(shè)施的設(shè)計。寬頂堰對于不同的地形地質(zhì)條件以及不同的運行要求都有著很強的適應(yīng)能力，因此寬頂堰成為了很多水閘都采用的一種較為普通也較為簡單的形式。他的缺點在于自由泄流時他的流量系數(shù)比較小，在下游出可能會產(chǎn)生波狀水躍，但是平底板式的寬頂堰這種結(jié)構(gòu)形式就可以很好的避免一些問題，而且很適用與本次工程的設(shè)計。 開敞式水閘：開敞式水閘是一種目前普遍采用的結(jié)構(gòu)型式，在他的上面沒有填土。對于那種上下游水位變幅大，并且過閘流量很大的的工程 ，只需在閘室設(shè)置一道胸墻就可以了。閘底板應(yīng)置于較為堅實的土層上，并應(yīng)盡量利用天然地基。第一章基本資料可知水位流量關(guān)系曲線表可查下游水深，而上游水深由資料可知： H上=h下+壅高壅高水位值見資料。 表61 雍高水位值洪水標(biāo)準(zhǔn)上游水位(m)下游水位(m)流量()壅高(m)設(shè)計洪水1858258校核洪水359由設(shè)計洪水工況位得：h= 1858 1853= 5mh= = 判斷流態(tài)時，參考李家星主編《水力學(xué)》一書中的公式： 當(dāng)上式成立時，為淹沒出流，否則為自由出流。 = h= ≤ H= 故水流為自由出流。式中：h—下游水深，m；H—計入行進(jìn)流速的堰上水頭，m；A—上游過水?dāng)嗝婷娣e；h—上游水深，m。根據(jù)實驗，寬頂堰形成堰流或孔流的界限可以參考李家星主編《水力學(xué)》一書中的公式：e/H≥；e/H≤。在校核洪水工況時：e/H=≥，所以為堰流。表62 我國的經(jīng)驗對各種地質(zhì)的地基單寬流量的經(jīng)驗取值河床地基土質(zhì)細(xì)砂、粉砂砂壤土壤土堅硬粘土Q(.m)5～1010～1515～2015～25 注:根據(jù)工程經(jīng)驗,擬取q=20 .m閘室總凈寬的估算:按下式計算: = Q/q ( m )式中:Q為設(shè)計或者校核流量；q為單寬流量。 在水流成堰流的情況下，參照林繼鏞主編的《水工建筑物》閘室總凈寬計算時： = 式中：—閘孔總凈寬，m；Q—設(shè)計流量； —計入行進(jìn)流速水頭在內(nèi)的堰頂水頭，m； —淹沒系數(shù)； —側(cè)收縮系數(shù)； m—流量系數(shù)； g—重力加速度。①在設(shè)計工況洪水時 ==m②在校核工況洪水時 ==m，初設(shè)2孔，每孔凈寬()/2= 7m，中墩3。參照《水閘設(shè)計規(guī)范》測收縮系數(shù)： 其中： 式中：εb—邊閘孔側(cè)收縮系數(shù)，可按公式計算求得或由表43查得，但表中為bo+bo/2+。表64 校核過流能力計算表εH0(m)mQ()設(shè)計洪水 校核洪水校核出的流量均比相應(yīng)的設(shè)計流量稍大，所以滿足要求。表71中出了壤土、粘土以外的地基，只列出了有反濾層時的允許滲徑系數(shù)，因為在這些地基上建閘，必須設(shè)置反濾層。地基土主要表現(xiàn)為粗礫夾卵石。因為本工程施工區(qū)屬于沙性土，所以此次設(shè)計用第二種型式，即在上游側(cè)布置鋪蓋，齒墻等水平和垂直防滲措施，必要時可設(shè)置懸掛式防滲墻，在下游側(cè)消力池底板中后部設(shè)置排水孔以達(dá)到上防下排的設(shè)計目的。取1m計算。混凝土的強度為C15，C20，板厚約為30～50cm。為了適應(yīng)地基的沉陷，鋪蓋面積大的應(yīng)該用縱、橫縫分開。所以參見水閘設(shè)計規(guī)范鋪蓋長度為（3～5）H = ～ m ,取最大值稍大15m。深齒墻宜布置在底板或鋪蓋的上游側(cè)。設(shè)置齒墻的優(yōu)點主要有：延長滲徑；如同重力壩的淺齒墻一樣增加閘室的抗滑穩(wěn)定性；在垂直水流的方向起到鋼筋混凝土梁的作用以增加整體剛度；增強防凍的功能。底板順?biāo)鞣较虻拈L度，取決于上部結(jié)構(gòu)布置并滿足結(jié)構(gòu)要求強度和抗滑穩(wěn)定要求。底板厚度必須滿足強度和剛度的要求，大、中型水閘可取（1/5～1/8）(為閘孔徑寬)，～。底板厚度取,。①直線比例法直線比例法包括勃來法和萊因法兩種。勃萊法用于平展式地下輪廓的滲壓計算。利用直線比例法能夠近似地算出作用在地下輪廓不透水部分的滲透壓力。直線比例法適用于地下輪廓比較簡單，地基又不復(fù)雜的中、小型工程。對于邊界條件復(fù)雜的滲流場。工程上往往利用流網(wǎng)解決這類問題。對于羌河口水閘的滲流計算我們采用改進(jìn)阻力系數(shù)法。所以： =25m，=2m ， / =25/2=＞5m， = ==。各分段阻力系數(shù)如下：①進(jìn)口段和出口段阻力系數(shù) 式中：為進(jìn)口段和出口段阻力系數(shù)；S 為齒墻或板樁的入土深度；T為地基有效深度或?qū)嶋H深度。③內(nèi)部水平段阻力系數(shù) 式中：—內(nèi)部水平段阻力系數(shù)；—水平段的長度；SS2 —進(jìn)出口段板樁或齒墻的入土深度。④當(dāng)?shù)装逵袃A斜段時 式中：—傾斜段兩端的地基深度；—相應(yīng)端出板樁或齒墻的入土深度。按計算齒墻垂直段的阻力系數(shù)為：=④鋪蓋水平段：，按計算鋪蓋水平段阻力系數(shù)為：⑤齒墻垂直段前：，按計算板樁垂直段阻力系數(shù)為： ⑥齒墻垂直段后：，根據(jù)計算，板樁垂直段阻力系數(shù)為：⑦底板水平段：，故底板水平段阻力系數(shù)按計算：⑧齒墻垂直段：，按計算齒墻垂直段的阻力系數(shù)為：⑨齒墻水平段：，按計算齒墻水平段阻力系數(shù)為：⑩出口段：出口段中，按式計算其阻力系數(shù)為：3. 各分段水頭損失在求出各分段阻力系數(shù)后，各分段的水頭損失值為，總的水頭損失為水閘的上下游水位差△H可參照張世儒編著的《水閘》相關(guān)計算公式：△H=因此 ， 式中：—各分段水頭損失；—各分段阻力系數(shù)；n—為總分段數(shù)；△H—。為精確應(yīng)可參照張世儒編著的《水閘》相關(guān)計算公式： 式中： —以算出的進(jìn)、出口損失值； —修正后的水頭損失值；β—修正系數(shù)； 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。當(dāng)≥1時，采用=，說明不需要修正，即按照上面的方法計算，當(dāng)＜1時則應(yīng)該修正，修正后其水頭損失值減小為：△h=(1) ①進(jìn)口段的水頭損失修正值按下式計算： 有 = = ，應(yīng)予修正。進(jìn)口段水頭損失應(yīng)修正為： 5. 逸出坡降的計算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： 有 ==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。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(hù)坡。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。 = 式中：d—消力池深度，m；—水躍淹沒系數(shù)，～；—躍后水深，m；為收縮水深，m；α—水流動能校正系數(shù)，～；q—過閘單寬流量，[m3/(s①在設(shè)計工況洪水位時==， q=Q/L0=258/=(sm T01=T0+d = =+表81 消力池深度試算結(jié)果d(m)(m)（m）12計算消力池深度d時采用試算法，利用公式，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。①在校核工況洪水位時== q=Q/L0=359/=()上游水頭T：= T=，可得T0=。表82 消力池深度