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1.工程概况1.1工程概况XX市XX河枢纽工程位于XX市XX镇XX河,距长江400m,枢纽工程包括6.5m×3的节制闸一座,2×1400ZLB灌排两用泵站一座。其主要作用是排涝、灌溉和挡潮。1.2水位资料根据《防洪标准》(GB-50201-94、《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000、《水闸设计规范》(SL265-2001相关规定,XX河闸工程按2级建筑物进行设计。设计水位组合见表1.1。表1.1XX河闸设计水位组合计算情况上游水位(m下游水位(m说明稳定计算设计正向3.80.49上游为内河侧下游为长江侧反向3.07.25校核正向3.80.4反向3.07.6消能计算正向3.82.3反向2.64.1孔径计算正向3.83.7Q=110m³/s反向3.84.1Q=185m³/s1.3地质资料根据江苏省工程勘测研究院2001年6月和2002年8月提供的《XX市XX河枢纽工程地质勘测报告》资料,在场地区钻探范围内所揭示的图层均为第四纪全新世冲几层,根据其土质性状、力学强度自上而下可分为6层,仅详述第一层。层12:灰色淤泥质重、中粉质粘土,夹青灰色粉砂,局部互层。流塑,局部软塑状态,中~高压缩性。标准贯入击数1~7击。场地区普遍分布,厚8.1~10.2m。1.4回填土资料回填土采用粉砂土,湿容重19.4kN/m³,饱和容重为20.1kN/m³。1.5地震设计烈度地震基本烈度6度。1.6其它资料闸址处多年年平均最大风速20m/s,吹程为1km。交通桥按公路Ⅱ级设计,桥面净宽7.0m,拟采用钢筋混凝土铰接板桥。上下游河道断面为底宽25m,边坡1:2.5,河底高程-0.0m,堤顶高程9.0m。2.水力设计2.1孔径计算2.1.1确定闸孔型式堰型也就是水闸的底板形式中,以宽顶堰应用较广,因为其具有自由岀流范围大、泄流能力较大而且比较稳定的优点,但是流量系数较小。低堰型底板是在底板上设置曲线或或梯形的低堰,曲线型包括实用堰和驼峰堰,这种低堰的流量系数较大,但其泄流能力受下游水位变化的影响比较显著。XX河闸在平原地区,水头差较小,上下游水位变幅不大,要求泄流能力稳定,从而排除低实用堰型和胸墙孔口型,采用宽顶堰型。2.1.2确定闸底板的高程一般情况下,节制闸的底板顶面可与河床齐平。考虑经济条件,本设计采取底板顶面与河床齐平。2.1.3确定孔口尺寸及前沿宽度表2.1孔口设计水位组合表计算情况上游水位(m下游水位(m过水流量(m³/s正向3.83.7110m³/s反向3.84.1185m³/s*正向情况。闸底板高程为-0.0m,闸上水位为3.8m,闸下水位为3.7m,过水流量为110m³/s。具体计算见表2.2。河道底宽25.0m,边坡1:2.5。河道断面示意图见图2-1。图2-1河道断面示意图(单位:mA=(b+mhh=(25+2.5×3.8×3.8=131.1㎡v=84.01.131110==AQm/sH0=H1+202gvα=3.8+1.89284.02⨯=3.84m式中:H1——上游水深,为3.8m;α——流速系数,取1.0;0v——上游行进流速,0.84m/s。表2.2渠道断面面积A(㎡行近流速v(m/s下游水深hs(m计入行近流速的上游水深H0(mHhs流态131.10.843.73.840.964高淹没出流由于Hhs0.9,故用下式计算过流能力:(200sshHghBQ-=μ20065.0(877.0-+=Hhsμ其中,976.065.0964.0(877.020=-+=μ闸孔总净宽38.187.384.3(81.927.3976.0110(2000=-⨯⨯=-=sshHghQBμm*反向情况。闸底板高程为-0.0m,闸上水位为4.1m,闸下水位为3.8m,过水流量为185m³/s。具体计算见表2.3。河道底宽25.0m,边坡1:2.5。河道断面示意图见图2-2。图2-2河道断面示意图(单位:mA=(b+mhh=(25+2.5×4.1×4.1=144.5㎡v=28.15.144185==AQm/sH0=H1+202gvα=4.1+1.89228.12⨯=4.18m式中:H1——上游水深,为4.1m;α——流速系数,取1.0;v——上游行进流速,1.28m/s。表2.3渠道断面面积A(㎡行近流速v(m/s下游水深hs(m计入行近流速的上游水深H0(mHhs流态144.51.283.84.180.909高淹没出流944.065.0909.0(877.020=-+=μ闸孔总净宽89.188.318.4(81.928.3944.0185(2000=-⨯⨯=-=sshHghQBμm0B取两种情况下的最大值,即0B=19m。根据具体设计条件,选用3孔闸,每孔宽度为6.5m,中墩厚为1m,边墩厚取0.8m(三孔不必分缝。则闸孔总宽为:B=3×6.5+2×0.8+2×1=23.1m实际过水能力1.1868.318.4(81.92198.3944.0(20000=-⨯⨯⨯=-=sshHgBhQμm³/s%5%59.0%1001851851.186=⨯-满足要求。闸孔布置简图见图2-3:图2-3闸孔宽度布置图(单位:高程,m;尺寸,cm3消能计算3.1消力池的设计3.1.1消力池形式的选定消力池有三种类型:1、下挖式消力池,适用于闸下尾水深度小于跃后水深的情况。2、突槛式消力池,适用于闸下尾水深度略小于跃后水深的情况。3、综合式消力池,当闸下尾水深度远小于跃后水深,且计算出的消力池的深度又较深时,可采用下挖式消力池和突槛式消力池相结合的综合式消力池。本闸采用下挖式消力池。3.1.2消力池深度计算闸门开度分为5级,正向时e≥0.38m,反向时e≥0.41m。分别进行初始流量计算。正向时,下游水深为2.3m,反向时下游水深为2.6m,具体计算过程见表3.1。表3.1工况eHHeQμ正向0.573.80.1553.610.57360.953.80.2586.610.5561.333.80.35117.420.53841.93.80.5159.510.5122.473.80.65196.670.4856反向0.6154.10.1560.110.57361.0254.10.2597.120.5561.4354.10.35131.660.53842.054.10.5178.860.5122.6654.10.65220.530.4856gHbeQ2μ=(b=19.5mHe176.060.0-=μ初始流量具体取值见表3.2。表3.2计算工况闸孔开度e(m初始流量Q(m³/s正向1.33117.42反向2.05178.86表3.3消能防冲设计水位组合表计算工况上游水位(m下游水位(m初始流量(m³/s正向3.82.3117.42反向2.64.1178.86计算方法:①先假设d=0.5m,计算H0、T0;②由公式02/22203=+-ϕαgqhThcc试算hc。其中ϕ为流速系数,取ϕ=0.98,0σ取1.05;③由公式25.02132''(181(2bbghqhhccc-+=α,计算''ch;④由公式2''22'2222csghqhgqzαϕα-=∆,计算z∆。其中:z∆——出池落差;'sh——出池河床水深。⑤由公式d=zhhsc∆--'''0σ,计算d。⑥若由⑤计算出来的d≤0.5m,则取d=0.5m;若d0.5m,则另d为该值重新计算,直至试算出结果。具体计算见表3.4计算工况Av0H0d0Tqch''chz∆d正向131.10.8963.8410.54.3416.020.7512.8660.1460.56131.10.8963.8410.564.4016.020.7452.8820.1490.58131.10.8963.8410.584.4216.180.7422.8900.1500.58反向144.51.2384.1780.54.6789.171.1553.4180.3090.68144.51.2384.1780.684.8589.171.1213.4910.3250.74144.51.2384.1780.744.9189.411.1113.5140.3300.76144.51.2384.1780.764.9389.411.1083.5200.3320.763.1.3消力池长度计算i.水跃长度计算正向:82.14742.089.2(9.6(9.6''=-⨯=-=ccjhhLm反向:64.16108.1520.3(9.6(9.6''=-⨯=-=ccjhhLmIi.消力池长度计算正向:18.1482.148.058.048.04=⨯+⨯=+=+=jjssjLdLLLβm取sjL=14.2m,消力池长度采用1:4的斜坡,平台宽度定为1m,长定为1m,故消力池长为L=14.2+1=15.2m反向:35.1664.168.076.048.04=⨯+⨯=+=+=jjssjLdLLLβm取sjL=16.4m,消力池长度采用1:4的斜坡,平台宽度定为1m,长定为1m,故消力池长为L=16.4+1=17.4m。3.1.4消力池底板厚度计算消力池底板厚度,按《水闸设计规范》计算。正向时的上游水深3.8m,下游水深2.3m,流量Q1=117.42m³/s;反向时上游水深4.1m³/s,下游水深2.6m,流量Q2=178.86m³/s。消力池首端宽度b1=21.5m。1根据抗冲要求,消力池底板始端厚度t=Hqk∆11k取0.2表3.5计算工况过闸单宽流量q(㎡/s闸孔泄水时的上下游水位差H(m消力池底板厚度t(m正向5.461.50.517反向8.321.50.6382当消力池底板下有扬压力作用时,根据抗浮要求,brWUkt-=222k取1.1表3.6计算情况扬压力U(kPa水重W(kPa饱和容重rb(kN/m³消力池底板厚2t(m正向上游49.4244.720.10.26下游45.7428.220.10.96反向上游55.847.620.10.45下游42.7231.220.10.63综上考虑,消力池底板厚度取为1m。消力池的构造,正向过水时首端宽度为21.5m,末端宽度为25.0m。反向过水时,首端宽度为21.5m,末端宽度为25.0m。内河侧翼墙的扩散角为5.7°,长江侧翼墙的扩散角为6.6°。3.2海漫与防冲槽设计3.2.1海漫计算1海漫长度''HqkLsp∆=(sk取10,属粉质黏土正向:98.235.12542.11710=⨯=pLm取24m,反向:6.295.12586.17810=⨯=pLm取30m。2海漫构造正向:海漫起始段设8m长浆砌块石水平段(设排水孔,间距2m,梅花型,后16m设干砌块石。在浆砌石段和干砌石段的连接处设置0.4m×0.4m的混凝土格梗。海漫厚度取为40cm,下铺设20cm的砌石层,10cm厚的卵石,10cm厚的毛砂。反向:海漫起始段设10m长浆砌块石水平段(设排水孔,间距2m,梅花型,后20m设干砌块石。在浆砌石段和干砌石段的连接处设置0.4m×0.4m的混凝土格梗。海漫厚度取为40cm,下铺设20cm的砌石层,10cm厚的卵石,10cm厚的毛砂。3.2.2防冲槽计算海漫末端单宽流量bQqm=图3-1下游海漫末端断面图(单位:m图3-2上游海漫末端断面图(单位:m正向:97.36.2942.117===bQqm㎡/s反向:92.52.3086.178===bQqm㎡/s表3.7海漫末端计算参数计算工况单宽流量mq(㎡/s河床水深mh(m允许不冲流速[0v](m/s河床冲刷深度md(m正向3.972.30.575.36反向5.922.60.578.82其中mmmhvqd-=][1.10一般取防冲槽深度t=1.5~2.0m,此时槽顶高程与海漫末端齐平,而防冲槽底宽约为(1~2t,上游坡度系数n=2~4,下游坡度系数m视施工开挖情况而定。因此,防冲槽深度取值为2.0m,防冲槽底宽4.0m,上游坡度系数n=2,石块坍塌在冲刷坑上游坡面所需要的面积2'1ntlA+==δδ。防冲槽下游的坡度系数m取为2,则防冲槽面积为(4+12