【正文】 人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 水文　　根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》 （GB5020194） ， 《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》 （SL2522022）的規(guī)定，建筑物級別為 1 級。表 　閘孔設(shè)計(jì)時(shí)水位及流量組合外河水位(m) 干渠水位 (m) 引水流量(m 3/s) 60表 　消能防沖設(shè)計(jì)時(shí)水位及流量組合外河水位(m) 干渠水位 (m) 引水流量(m 3/s) 60表 　閘室穩(wěn)定計(jì)算時(shí)水位組合表工況 外河水位 (m) 干渠水位 (m)設(shè)計(jì)情況 校核情況 地震情況 工程地質(zhì)資料　　建筑物底板下土層為粉質(zhì)粘土，土層物理力學(xué)指標(biāo)為：凝聚力 C＝32kPa，擦角φ =18176。 回填土資料　　回填土采用砂壤土，假設(shè)其內(nèi)摩擦角 φ =28176。揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)2 地震設(shè)計(jì)烈度　　地震設(shè)計(jì)烈度：7176。 其他資料上下游河道斷面相同均為梯形，河底寬 ，河底高程 ▽ ，邊坡 1：，外河堤頂高程▽，干渠渠頂高程▽。交通橋荷載標(biāo)準(zhǔn)：公路－Ⅱ級，交通橋總寬 ，凈寬 。上下游段都設(shè)置翼墻，閘室和上下游河道的連接都采用圓弧形翼墻。閘室段設(shè)計(jì)有交通橋、工作橋、檢修橋、閘門、閘墩。上游段設(shè)置 10m 漿砌塊石護(hù)坡、16m 長的混凝土鋪蓋。 工程設(shè)計(jì) 閘孔設(shè)計(jì)閘孔型式的確定　　本工程的主要任務(wù)是攔蓄上游河水，確保灌溉用水，應(yīng)具有較大的泄水能力，在洪水時(shí)期還應(yīng)擔(dān)負(fù)著泄洪的任務(wù)，對于灌溉水質(zhì)有一定的要求，便于排砂排淤，所以采用無底坎寬頂堰孔口。閘孔尺寸及前沿寬度的確定　　已知上下游水位，可推算上游水頭及下游水深。設(shè)置胸墻底高程為 。因此閘孔總流量公式為 ， ，002gHσμhBQe?/Hεhμe??1?揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)4， ，h e—孔口高度（m ） ，式中 μ—孔口流量系數(shù)，????21/Hhλεe???r/./λ167840?ψ —孔流流速系數(shù)， ε —孔流垂直收縮系數(shù)， λ —計(jì)算系數(shù)，r—胸墻底圓弧半徑（m ） ，σ —孔流淹沒系數(shù)，則計(jì)算閘孔總凈寬可用公式 。q=Q/B0，E 0=hc+q2/（2* c2） ， ，先假定 σ =，計(jì)算見下?????????18132cc39。閘孔總寬為：????B圖 閘孔尺寸布置圖 （單位：cm ）泄洪能力校核　　查《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》按公式 計(jì)算，所得 Q=?%，滿足要求。要解決以上問題，就是要有一個(gè)好的消能設(shè)施。底流消能由消力池、海漫、和防沖槽三部分組成。海漫緊接消力池，其作用是繼續(xù)消除水流的剩余動(dòng)能，使水流擴(kuò)散并調(diào)整流速分布，以減小底部流速?！　∠Τ爻Ｓ玫挠腥N：①下挖式消力池。②突檻式消力池（即消力墻式消力池） 。如果地基開挖困難，或因冬季要求放空池中積水以防止冰凍時(shí)，則可不開挖而直接在護(hù)坦末端修建低堰，抬高池內(nèi)水位，從而形成突檻式消力池。當(dāng)閘下尾水深度遠(yuǎn)小于躍后水深，且計(jì)算出的消力池深度又較深時(shí)，可采用下挖式消力池與突檻式消力池相結(jié)合的綜合式。 消力池的設(shè)計(jì)消力池深度計(jì)算　　根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》中公式 ， ，ΔZhσd39。c??0 02203???g/αqhTcc， ，進(jìn)行試算。 )b(ghαq(h??? 2239。sgαqΔZ?深度； ：水躍淹沒深度系數(shù)，取 ； ：躍后水深； ：收縮水深； ：?σ39。sh出水池河床水深； ：流速系數(shù)，取 。?揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)6表 　上游水深計(jì)算表流量Q（m 3/s）閘室水深H（m）下游水深hs’（m）過水?dāng)嗝娣e（m 2）行近流速(m/s) gV20閘前水頭H0（m）60 120 　　由于 ，通過試算得到 hc=， =＞h t=1m。c驅(qū)式水躍，需建消力池。??????jβL，求得 b2=。，消力池深計(jì)算見表表 。c?0表 　消力池深計(jì)算表 (m)ch迭次 (m)0T1 2 3 439。j??962）消力池長度計(jì)算　　根據(jù)規(guī)范，消力池長度 ，取 15m，b 2=，??jsjβL。消力池底板厚度計(jì)算　　根據(jù)抗沖要求，消力池底板始端厚度 按公式 計(jì)算，其中 為消力1t 39。由于本次工程設(shè)計(jì)消力池底板下無揚(yáng)壓力作用，39。求得消力池底板厚為 。消力池構(gòu)造　　本次工程采用下挖式消力池，為了便于施工，消力池底板做成等厚，為了降低護(hù)坦底部的滲透壓力，可在護(hù)坦下設(shè)鉛直排水孔，并在護(hù)坦底部鋪設(shè)反濾層，排水孔設(shè)在水平底板的后半部，排水孔直徑為 6cm，間距為 ，按梅花形排列，反濾層厚為30cm，分三層，從上到下依次為 10cm 厚中石子，10cm 厚小石子，10cm 厚砂?！　∠掠我韷?biāo)鞣较虻耐队伴L度應(yīng)大于或等于消力池長度，平均擴(kuò)散角宜采用 7度到 12 度，本次設(shè)計(jì)選用 10 度，則消力池末端的寬度為 。 1930中 石 子小 石 子砂150743057圖 　 消力池構(gòu)造尺寸圖（單位：高程 m，尺寸 mm） 海漫與防沖槽計(jì)算海漫計(jì)算1）海漫長度　　根據(jù)規(guī)范，海漫的長度 ，其中 為海漫長度計(jì)算系數(shù)，由于河床39。ΔH水位差。39。(60/)????39。防沖槽計(jì)算　　海漫末端的河床沖刷深度可用公式 計(jì)算，其中 為海漫末端單寬????01mq流量； 為河床土質(zhì)允許的不沖流速，可按公式 計(jì)算， 由土質(zhì)決定，??0v 1450R～ 0vR 為水力半徑； 為海漫末端的河床水深。mh表 　海漫沖刷坑深度計(jì)算3(/s)q?相應(yīng)過水?dāng)嗝娣eA（ ）2濕周 (m)χ41R??0(/s)vmh()d 　　防沖槽深度 一般取 ～，所以取 ，底寬 ，取md m21)d(L??L= =，上游邊坡取為 1：3，下游邊坡取為 1：3。md漿 砌 塊 石 0石 子砂 干 砌 塊 石 0石 子砂 4圖 　海漫防沖槽構(gòu)造圖 （單位：高程 m，尺寸 mm） 防滲設(shè)計(jì)防滲設(shè)計(jì)的目的和原則　　防滲設(shè)計(jì)的目的是防止閘基滲透變形，減小閘基滲透變形，減小閘基滲透壓力，減少水量損失，合理選用地下輪廓尺寸。防滲計(jì)算（1）閘基防滲長度的確定　　根據(jù)規(guī)范，閘基防滲長度應(yīng)滿足公式 ，其中 為上下游最大水位差；HCL??Δ為允許滲徑系數(shù)，與河床土質(zhì)有關(guān)，因?yàn)榈鼗脸至訛榉圪|(zhì)粘土，取為 3，?（2）防滲設(shè)備　　由于閘基土為粉質(zhì)粘土，防滲設(shè)備采用混凝土鋪蓋，閘底板上下游側(cè)設(shè)置齒墻。??L② 閘底板厚度 ， 為閘孔凈寬，所以0816)b(t??，取 。擴(kuò)散角為 8176。排水設(shè)備的細(xì)部構(gòu)造（1）排水設(shè)備的作用采用排水設(shè)備，可降低滲透壓力，排除滲水，避免滲透變形，增加下游的穩(wěn)定性，排水的位置直接影響滲透壓力的大小和分布，應(yīng)根據(jù)閘基土質(zhì)情況和水閘工作條件，做到既減小滲壓又避免滲透變形。排水反慮層一般是由 2—3 層不同粒徑的砂和砂礫石組成的，層次排列應(yīng)盡量與滲流的方向垂直，各層次的粒徑則按滲流方向逐層增大。②鉛直排水設(shè)計(jì)：本工程在消力池后部設(shè)排水孔，孔距為 ，孔徑為 6cm，呈梅花形布置，孔下設(shè)置反濾層。計(jì)算方法有直線的比例法、流網(wǎng)法和改進(jìn)阻力系數(shù)法，由于改進(jìn)阻力系數(shù)法計(jì)算結(jié)果精確，因此采用此法進(jìn)行滲流計(jì)算。則 ，?S，取 Tc=。其中Ⅰ、Ⅺ段為進(jìn)口段和出口段，用公式 計(jì)算阻力系數(shù)，Ⅲ、Ⅴ、Ⅶ、Ⅸ段為內(nèi)部垂直段，用公式41051230.)TS(.ζ??計(jì)算阻力系數(shù)，Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ、Ⅸ段為水平段，用公式πctgy?ln2計(jì)算阻力系數(shù)。39。39。 05922???????? 01)hβ(Δ39。0的水頭損失值， 為進(jìn)出口段損失值， 為阻力修正系數(shù)，當(dāng) 時(shí)，取 ，0h39。?39。其計(jì)算見表 ：39。揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)1215070165023456789102Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ Ⅸ Ⅹ ⅪⅠ圖 滲流區(qū)域分段圖 （單位：cm）表 　各段滲透壓力水頭損失　?。▎挝唬簃 ）ξ i hi分段編號分段名稱S(m)S1(m)S2(m)T(m)L(m) 設(shè)計(jì)情況 校核情況地震情況Ⅰ 進(jìn)口 — — — Ⅱ 垂直 — 0 0 Ⅲ 水平 — — 16 — Ⅳ 垂直 — 16 Ⅴ 水平 — — 16 — Ⅵ 垂直 — 0 0 Ⅶ 水平 — — — Ⅷ 垂直 — Ⅸ 水平 — — — Ⅹ 垂直 — 0 0 Ⅺ 出口 — — — 合計(jì) — — — — — — 揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)13表 　 進(jìn)出口段的阻力系數(shù)修正表　?。▎挝唬簃） 39。ST39。?設(shè)計(jì)情況校核情況地震情況設(shè)計(jì)情況校核情況地震情況進(jìn)口段 出口段 （3）計(jì)算各角點(diǎn)的滲透壓力值用上表所計(jì)算的水頭損失進(jìn)行計(jì)算，總的水頭差分別為 ，各段后角點(diǎn)滲壓水頭= 該段前點(diǎn)滲壓水頭—此段的水頭損失，結(jié)果列入表 ：表 　閘基各角點(diǎn)滲透壓力值　　　（單位：m）滲壓水頭（ m）H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 H9 H10 H11 H12設(shè)計(jì)情況 0校核情況 0地震情況 0（4）算滲流逸出坡降①出口段的逸出坡降分別為 ，由《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》?39。ShJ，則小于地基土出口段允許滲流坡降值 ，滿足要求，不會(huì)發(fā)生滲透變形。??J設(shè)計(jì)水位組合的情況下：第Ⅳ段 ??JLhJi39。 ??校核水位組合的情況下：第Ⅳ段 ??JhJi39。 ..6地震水位組合的情況下：第Ⅳ段 ??JhJi39。 ..7所以滿足要求，不會(huì)發(fā)生滲透變形。形式：本次設(shè)計(jì)閘室底板采用整體式平底板。厚度：根據(jù)前面設(shè)計(jì)，知閘底板厚度為 。 閘墩作用：分隔閘孔并支承閘門、工作橋等上部結(jié)構(gòu)，使水流順利通過閘門。厚度：閘墩厚度必須滿足穩(wěn)定要求和強(qiáng)度要求，中墩厚度為 ，邊墩厚度為。檢修門槽和工作門槽之間留 的凈距，以便工作人員檢修。由下面的計(jì)算可知，本次設(shè)計(jì)滾輪采用簡支式滾輪，選用荷載重為 20t 的滾輪，滾輪直徑為 40cm，閘墩的主門槽尺寸為：700mm300mm。工作橋設(shè)置高程與閘門尺寸及形式有關(guān)。工作橋高度視閘門形式，閘孔水面線而定，對于平面閘門采用固定式啟閉機(jī)時(shí)工作橋縱梁底緣高程=閘墩高程 +閘門高+1~=+3+1=。工作橋尺寸布置見圖　。本次設(shè)計(jì)交通橋荷載等級為公路—Ⅱ級，橋面凈寬為 ，采用鋼筋混凝土鉸接板鉸接而成，加上每邊寬 的人行道，交通橋共寬為 8m。本次設(shè)計(jì)交通橋由 8 塊寬 厚 30cm 的鋼筋混凝土實(shí)心板鉸接而成，上鋪 5—8cm 厚的瀝青混凝土，人行道比車道高 25cm，車道做成一定的坡度。其構(gòu)造尺寸如下圖 所示： 5020222圖 　檢修橋構(gòu)造圖（單位： mm） 胸墻 為了施工方便，采用等厚度的平板，厚 50cm，高 ，底部板厚 50cm，胸墻簡支在閘墩上，砼標(biāo)號為 R200，采用鋼筋按校荷水位計(jì)算。本次設(shè)計(jì)穩(wěn)定計(jì)算需要考慮設(shè)計(jì)水位組合、校核水位組合和地震情況，本次設(shè)計(jì)地震烈度為 7 度，需要考慮地震情況。荷載計(jì)算情況見表 4：表 4　荷載組合荷載荷載組合 計(jì)算情況自重 靜水壓力 揚(yáng)壓力 泥沙壓力 地震力 浪壓力完建無水期 √ — — — — —基本組合正常擋水期 √ √ √ — — —校核水位情況 √ √ √ — — —特殊組合地震水位情況 √ √ √ — √ — 完建無水期荷載計(jì)算及地基承載力驗(yàn)算荷載計(jì)算　　荷載計(jì)算主要是閘室及上部結(jié)構(gòu)自重，力矩為對閘底板前游齒墻底部頂點(diǎn)取，鋼筋混凝土重度采用 ，水重度采用 kN/m3。揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)21表 　完建無水期荷載計(jì)算部位 算式自重（kN）力臂（m ）力矩（）kN?閘門 ? 456閘底板???????????????? 7 73169閘墩 ??... ???????????? 10262.81 88260胸墻 . 2????????? 1786啟閉機(jī) 200工作橋????..0 ???????????? 1902工作便橋??.8....5? 144交通橋.?1600 12 19200排架 1574合計(jì)21939.95186691 閘室有水情況下的荷載計(jì)算閘室有水期荷載除閘室自重外，還有靜水壓力、水重和閘底板所受的揚(yáng)壓力。揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)22交 通 橋閘 墩底 板閘 門便 橋 排 架工 作 橋上 游 水 壓 力圖 　有水期的閘室荷載分布圖（1）設(shè)計(jì)水位期自重 G=水重　　上游水位為 ， ，???ρgVG部頂點(diǎn)的力臂為 ，則 。揚(yáng)壓力　　揚(yáng)壓力=滲透壓力+ 浮托力，浮托力有下游水深引起。]}9.)(1670)(721[{98 ???????揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)23　　2）滲透壓力計(jì)算　　滲透壓力計(jì)算簡圖如圖 所示：圖