颍河拦河坝课程设计

颖河拦河闸设计说明书目录第一章总论第一节概述第二节基本资料第三节工程综合说明书第二章水力计算第一节闸室的结构型式及孔口尺寸确定第二节消能防冲设计第三章防渗排水设计第一节闸底轮廓布置。第二节防渗和排水设计及渗透压力计算第三节防渗排水设施和细部构造第四章闸室布置第一节闸底板、闸墩第三节闸门第四节闸室的分缝和止水设备第五章闸室稳定计算第一节荷载及其组合第二节地基应力验算第三节闸室稳定验算第六章上下游连接建筑物第一节上游连接建筑物第二节下游连接建筑物第一章总论1.1概述颖河拦河闸位于郾城县境内，闸址位于颖河京广铁路桥上游和吴公渠入颖河口下游之间，流域面积2234平方公里，流域内耕地面积288万亩。工程等别为III等，拦河闸按3级建筑物设计。工程效益巨大，可以解决颖河流域农田的灌溉动脉，同时也是解决颖河地区浅层地下贫水区的重要水源。1.2基本资料（1）地质资料（一）根据地质钻探资料，闸址附近地层中粉质壤土，厚度约25m，其下为不透水层，其物理力学性质如下：1、湿重度r湿=20.0KN/m3，土壤干重度r干=16.0KN／m3，饱和重度r饱=22.0KN／m3，浮重度r浮=10.0KN／m32.自然含水量时，内摩擦角φ=230，饱和含水量时，内摩擦角φ=200，土壤的凝聚力C=0.1KN／m23.地基允许承载力[d]=150KN／m24.混凝土、砌石与土基摩擦系数f=0.365.地基应力的不均匀系数[η]=1.5～2.06.渗透系数K=9.29×103厘米／秒(二)本地区地震烈度为6度以下（2）建筑材料1.石料：本工程位于平源地区、山丘少，石料需从外地供给，距京广线很近，交通条件较好。2.粘土：经调查本地区附近有较丰富的粘土材料。3.闸址处有足够多的砂料。（3）水文气象(一)气温：本地区年最高气温42度，最低气温为-18度。(二)风速：最大风速V=20米／秒，吹程D=0.6公里。(三)降雨量：非汛期(1～6月及10一12月)九个月最大流量为130米3／秒。年平均最大流量Q=36.1米3／秒，最大年径流总量为9.25亿米3。年平均最小流量Q=15.6米3／秒，最小年径流总量为0.42亿米3。(四)冰冻：颖河流域冰冻时间短，冻土很薄，不影响施工。(五)上下游河道断面（4）批准的规划数据和成果1.此工程等别为III等，拦河闸按3级建筑物设计。2.根据河道断面图，可知河底宽68m，河床高程51.92m，两岸高程61.50m。河道断面是复式断面，河床糙率是0.0225，滩地糙率是0.03。3.灌溉用水季节，拦河闸的正常挡水位为58.72米，下游无水。4.洪水标准：设计洪水位50年一遇，相应的洪峰流量1144.45m3／s，闸上游的洪水位为59.5米，相应的下游水位59.35米。校核共水位力200年一遇，相应洪峰流量1642.35m3，闸上游水位6l.00米，闸下游水位60.82米。5.闸室稳定计算水位：正常情况按关门挡水时上游为正常水位58.72米，下游无水(可认为地下水位与闸底板齐平)；校核情况，按上游正常洪水位59.50m，下游相应水位59.35m验算稳定情况。6.交通桥宽6m，其中人行道宽lm，两边设栏杆混凝土路面。1.3综合说明书颖河拦河闸位于郾城县境内，闸址位于颖河京广铁路桥上游和吴公渠入颖河口下游之间，流域面积2234平方公里，流域内耕地面积288万亩。农作物以种植小麦、棉花等经济作物为主，河流平均纵坡1/6200。本工程属三级建筑物，拦河闸按3级建筑物设计。本工程投入使用后，在正常高水位时，可蓄水2230万立米。上游5个县25个乡已建成提灌站42处，有效灌溉面积25万亩。闸上游开南、北两干渠，配支干23条，修建各种建筑物1230座，可自流灌溉下游三县21万农田，效益巨大，解决颖河流域农田的灌溉动脉，同时，也是解决颖河地区浅层地下贫水区的重要水源。第二章水力计算2.1闸室的结构型式及孔口尺寸确定水力设计主要包括两个方面的内容，即闸孔设计和消能防冲设计。一闸孔设计闸孔设计的主要任务是；确定闸室结构型式，选择堰型，确定堰顶高程及孔口尺寸。1.闸室结构型式该闸建在郾城县境内，闸址位于颍河京广线铁路桥上游和吴公渠的入颍河口下游之间。属于拦河闸，故宜采用开敞式闸室结构。2堰型选择及堰顶高程的确定该闸建在粉土质壤土上，厚度约25m，其下为不透水层，根据上部结构布置要求及满足闸室稳定要求的需要，闸室采用整体式平板。闸底板顶面（即堰顶）与颍河的河底齐平，高程为51.92m。3.孔口尺寸的确定一、设计情况（1），防洪时上游水深H=59.5-51.92=7.58m下游水深H=59.35-51.92=7.43mQ=1144.45m3/s上游行近流速v0=Q/WW=(b+mh1)h1+[b+2mh1+2b+mh2]h2=[68+2×6.58]×6.58+[68+2×2×6.53+13×2+2×1]×1=656.35m/sv0=Q/W=1145.45/653.35=1.744m/sH0=H+ɑv02/2g=7.58+1×1.7442/(2×9.8)=7.74mhs/h0=7.43/7.74=0.960.8因此属于淹没出流查SD133-84附表2-3，淹没系数…s=0.61由宽顶堰淹没出流公式2302HgmBQs对无坎宽顶堰取.0.385m假设侧收缩系数为0.96则013202sQBmgH321145.4553.250.610.3850.9629.87.74m二、校核情况..上游水深H=61-51.92=9.08m下游水深H=60.82-51.92=8.9mQ=1642.35m3/s上游行近流速v0=Q/WW=(b+mh1)h1+[b+2mh1+2b+mh2]h2'=[68+2×6.58]×6.58+[68+2×2×6.53+13×2+2×2.5]×2.5=847.33m2v0=Q/W=1642.35/847.33=1.938m/sH0=H+ɑv02/2g=(61-51.92)+1×1.9382/(2×9.8)=9.27mhs/h0=8.9/9.27=0.960.8因此属于淹没出流查SD133-84附表2-3，淹没系数…s=0.61.、0.385m、0.96023202sQBmgH321642.3558.300.610.3850.9629.89.27m比较计算结果、B01,B02，故取B02所以B0=58.30m根据闸孔设计宜大不宜小，闸孔取奇数的原则，将闸孔分为7孔，净宽为8m,则闸孔实际总净宽为B0=56.00m,由于闸基土质条件好，不仅承载力较大，而且坚硬，紧硬、紧密，为了减少闸孔总宽度，节省工程量，中墩采用钢筋混泥土结构，厚度1.5m墩土。墩质均采用半圆形半径为0.75m(2)复核过闸流量，根据初拟尺寸，由于中孔b0=8m.bs=b0=8+1.5=9.5m,b0//bs=8/9.5=0.842,查表SD133-84附表2-2得0.973z对于边孔，b0=8m，b0//bx0.2查SD133-84附表2.2得0.909b(1)0.973(71)0.9090.9647znbN根据SD133-84附表2-1，对于无坎平底堰m=0.385,则3322020.610.3850.9645629.89.2721584.688sQmBgHm3/s1584.6881642.38=3.5%5%1642.35QQQ实实际过堰能力满足饮水灌溉、防洪的设计要求。因此，该闸的孔口尺寸确定为；共7孔，每孔净宽6.5m,4个中墩各厚1.5m，闸孔总净宽为56m,闸室总宽度为65m。一消能防冲设计消能防冲设计设施包括消力池、海漫及防冲设槽设计三部分。1.消力池的设计确定消能控制情况及消力池尺寸。根据情况分析，在闸门局部开启的时候多为最不利的消能情况，应根据列表来确定消力池的各项尺寸，表格形式如下开启孔数开启高度e∈'过闸流量Qhsɑ单宽流量qhchc△z流态池深LjLk备注10.80.61645.513.041.055.70.493.430.04自由出流12.035.6210.61857.083.051.057.10.623.780.101.62.188.151.20.61968.604.061.058.60.744.130.011.62.348.271.50.62186.034.081.0510.80.934.570.071.92.519.61池深控制20.624115.312.11.0514.40.2512.960.012.28.7215.7830.80.616136.53.141.055.70.493.410.03自由出流12.025.6110.618171.23.191.057.10.623.790.071.62.198.151.20.619205.84.261.058.60.744.12-0.01淹没出流1.62.338.271.50.621258.14.371.0510.80.934.570.0320.624345.85.571.0514.41.255.20-0.05通过计算，为了节省工程造价，防止消力池过深，对开启1孔开启高度为2.0米限开，得出开启1孔开启高度为1.9米为消力池的池深控制条件。3.3.2消力池尺寸及构造1、消力池深度计算根据所选择的控制条件，估算池深为1.9m，式计算挖池后的收缩水深hc和相应的出池落差ΔZ及跃后水深hc″，验算水跃淹没系数符合在1.05～1.10之间的要求。01.94.080.071.324.57scdhZh显然，选择不合理。选用开启1孔开启高度为2.2米为消力池的池深控制条件02.212.10.011.112.96scdhZh在1.05～1.10之间符合要求2、消力池池长根据池深为2.2m，计算出相应的消力池长度为15.78ｍ。3、消力池的构造采用挖深式消力池。为了便于施工，消力池的底板做成等厚，为了降低底板下部的渗透压力，在水平底板的后半部设置排水孔，孔下铺设反滤层，排水孔孔径为10cm，间距为2m，呈梅花形布置。根据抗冲要求，按式3-16计算消力池底板厚度。其中1k为消力池底板计算系数，取0.18；q为确定池深时的过闸单宽流量；H为相应于单宽流量的上、下游水位差。0.1814.47.585.960.77tm，取消力池底板的厚度0.8tm。2、海漫设计1、海漫长度计算psLksqHq=1144.45/[56+1.56+tg10(15.78+1)2]=16.14m3/(s.m)H=7.58-7.43=0.15mKs为海漫长度计算系数，因为改该地基为粉质壤土，所以取Ks=12psLksqH=1214.47.587.43=28.3取海的长度为28m2、海漫的布置与构造。由于下游水深较大，为了节省开挖量，海漫布置成水平的，海漫用厚度为40sm的块石材料，前10m采用浆砌块石，后18m采用干砌块石浆砌块石海漫上设排水孔。2、防冲槽设计防冲槽的尺寸：根据《水闸设计规范》SL265—2001建议公式1.1mmmqdhv，计算海漫末端的课可能冲刷深度md。计算结果见表2—3。由于计算出来的深度小于零，所以根据已建工程确定2.0mdm。防冲槽深度计算表流量Q下游水位sh海漫末端的水深mh过水面积0A海漫末端的流速v单宽流量q湿周水力半径R0vmd设计洪水1144.45059.359.130709.131.6149.480125.0315.6721.0800.524校核洪水1642.50060.8210.600871.801.88412.974131.6056.6241.1232.108第三节、防渗排水设计3.4.1闸底地下轮廓线的布置1、防渗设计的目的防止闸基渗透变形；减小闸基渗透压力；减少水量损失；合理选用地下轮廓尺寸。2、布置原则防渗设计一般采用防渗和排水相结合的原则，即在高水位侧采用铺盖、板桩、齿墙等防渗设施，用