水闸毕业设计计算书

广东水利电力职业技术学院毕业设计计算书MD水闸改建工程初步设计专业：水利水电建筑工程（工程管理方向）班级：08工管2姓名：钟剑锋学号：080311233指导教师：曾越1水力计算1.1闸室的结构型式及孔口尺寸的确定（1）闸型选择：带胸墙式开敞式水闸（2）堰型选择：宽顶堰（3）闸底板高程的确定：根据地质条件可知，选择平底板，底板高程与渠底同高。取-1.0m（4）闸顶高程确定：闸顶高程不应少于设计洪水位与安全超高（按珠江三角洲经验取2m）之和：5.54+2=7.54m1.2消能防冲设计由于本闸位于平原地区，河床的抗冲刷能力较低，所以采用底流式消能。本水闸的最大引水流量Qmax=15m³/s(1)消力池的池深流量按《水力学》闸孔出流公式计算2sQbegH2()ccVgHh'che28112cccchVhgh式中e——闸孔开度（m）e/H——闸门相对开度H——上游水深(m)H取3mε’——垂直收缩系数，根据e/H值查《水力学》表8-1hc——收缩水深(m)Vc——收缩断面流速(m/s)——闸孔流速系数取0.97σs——淹没系数查《水闸设计规范》表A.0.3-2ch——共轭水深(m)μ——闸孔流量系数，0.60.18eH，适用范围为0.1eH0.65；当e/H=0.1,1chHQ——流量（m3/s）ht——下游水深ht=1.8mb——闸孔净宽b=4.5m闸底坎为平顶坎时，0.1＜e/H≤0.65,为闸孔出流；e/H＞0.65，为堰流。下游水深小于收缩水深的共轭水深，即hthc”，为自由出流，反之为淹没出流。分别计算当开度e=0.3,e=0.5,e=0.78的流量当e=0.78时，H=3m,97.0,b=4.5m由e/H=1/9.08=0.110.65,故为闸孔出流。查《水力学》表8-1得垂直收缩系数'=0.616，流量系数'0，hc='e取H0=H,则：)(200chHgbeQ14.86根据初步计算的流量，求行进流速v0=Q/BH=1.1m/s则H0=H+V02/2g=3.06m,Q=15.05m3/s按式002gHbeQ，55.0181.06.00He,取H0=3,002gHbeQ=14.88m3/s,v0=Q/BH=1.1m/s则H0=H+V02/2g=3.06m,Q=15.04m3/s,基本结果相同。当不同开度时如下表：ee/H出流方式hcQ1BHOQ对比Q0.30.1闸孔出流0.18455.984.53.015.996.0330.50.16闸孔出流0.3099.794.53.029.849.8750.70.23闸孔出流0.434713.454.53.0513.5813.580.780.26闸孔出流0.485114.864.53.0615.0515.040.80.26闸孔出流0.498415.234.53.06415.4315.39判断是否要建消力池eqQhchc''hs水跃方式是否建0.300.621.346.030.181.321.62淹没式水跃N0.500.622.199.870.311.631.68淹没式水跃N0.700.623.0213.590.431.861.74远离式水跃Y0.780.623.3415.040.491.941.80远离式水跃Y试算消力池池深：根据公式由上表可见，在消能计算中，闸门开度大于0.7，跃后水深均大于相应的下游水深，出闸水流是自由出流，为了稳定水跃，需建消力池。《水力学》中池深的计算公式为22222cttcdhhzqqzghghQqb式中d——消力池深度（m）σ——水跃淹没系数σ=1.05Q——流量Q取接近引水量，Q=14.884m3/sch——跃后水深，取与Q相应的值，1.915chm——水流动能校正系数1.0q——过闸单宽流量（m2/s）Δz——出池落差（m）ht——出池河床水深——闸流流速系数b——闸孔净宽b=4.5mdHTO0；181232''cccghqhh；0222203gqhThcc；,,cshZdhedHhsqgbvv2/2gT0hc3hc''△Zσ0.70.231.83.029.84.51.110.063.260.441.840.031.100.70.2431.83.029.84.51.110.063.300.441.850.031.120.70.1931.83.349.84.51.110.063.250.491.910.041.060.780.231.83.349.84.51.110.063.260.491.920.041.060.780.2531.83.349.84.51.110.063.310.491.930.041.080.780.331.83.349.84.51.110.063.360.481.940.041.100.780.531.83.349.84.51.110.063.560.471.990.051.18经计算得池深当开度为0.78时，d=0.2--0.3满足σ=1.05--1.1按构造取池深d=0.5（2）消力池的长度：消力池池长按照《水闸设计规范》公式计算6.9()sjsjjccLLLLhh式中sjL——消力池长度（m）sL——消力池斜坡段水平投影长度（m）——水跃长度校正系数，=0.75jL——水跃长度（m）经计算，消力池长度sjL=9.5m(3)消力池底板厚度计算消力池底板厚度可根据抗冲和抗浮要求分别按《水闸设计规范》公式计算，并取其大值。由于本水闸闸底板是整体式，因而不用计算抗浮。抗冲计算公式为'1tkqH式中t——消力池底板始端厚度（m）'H——闸孔泄水时的上、下游水位差（m）1k——消力池底板计算系数1k=0.15经计算，取消力池底板厚为0.3m，前后等厚。在消力池底板的后半部设排水孔，孔径为5cm，间距为1m，孔下铺设反滤层，排水孔呈梅花形布置，孔内填以砂、碎石，消力池与闸底板连接处留一宽为1.0m的平台，以便更好地促成出闸水流在池中产生水跃。（4）海漫设计《水闸设计规范》中海漫长度计算公式为'ssLpkqH式中pL——海漫长度（m）sq——消力池末端单宽流量，sk——海漫长度计算系数，本工程河床土质为粉质黏土，因而9sk经计算，取海漫的长度为17.5m.取海漫长度为17.5m,使用厚度为40cm的块石材料，前8m采用浆砌石，后9.5m采用干砌石，浆砌石海漫上设排水孔，干砌石海漫上设浆砌块石埂，断面尺寸为40cm60cm，底部铺设15cm厚的砂砾垫层。（5）防冲槽设计《水闸设计规范》中海漫末端河床冲刷深度计算公式为'01.1sqdhV式中'd——海漫末端河床冲刷深度（m）q——海漫末端单宽流量q=3.308m2/s0V——河床土质允许不冲流速（m）海漫末端的可能防冲刷深度d=.541'1.10tvqm为保护海漫头部，故在海漫末端板桩防冲，深度为1.6m（6）消力池、海漫、防冲槽布置图消力池海漫板桩2水闸防渗及排水设计2.1闸底轮廓布置对于粘性土地基，通常不采用垂直板桩防渗。故地下轮廓主要包括底板和防渗铺盖。（1）底板：底板顺水流方向长度L.底板既是闸室的基础，又兼有防渗、防冲刷的作用。它既要满足上部结构布置的要求，又要满足稳定及本身的结构强度等要求。根据闸上结构布置及地基承载力两方面的要求综合考虑，闸底板长度可按《水利水电工程专业毕业设计指南》中的经验公式计算LAH式中A——系数，对于砂砾石地基可取1.5～2.0，对于砂土、砂壤土地基可取2.0～2.5，对于粘壤土地基可取2.0～4.0，对于黏土地基可取2.5～4.5，本工程地基为粉质黏土，取A=4H——上、下游最大水头差（m）L=4H=21m，所以顺水流方向长度L=21m。（2）厚度d:根据经验底板厚度为（1/6~1／8）单孔静跨。所以取d=1m底板构造，底板采用钢筋混凝土结构，上下游两端各设0.5m深的齿墙插入地基，底板分缝中设以V型铜片止水。(3)铺盖:铺盖采用钢筋混凝土结构，其长度一般为2~4倍闸上水头或3~5倍上下游水位差，取27m。铺盖厚为0.4m,铺盖上游设0.5m深齿墙嵌入地基，其头部不再设防冲槽，为了防止上游河床的冲刷，铺盖上游设块石护底，厚0.3，其下设0.2厚的砂石垫层。(4)排水、止水：为了减小作用于闸底板上的渗透压力，在整个消力池底板下布设砂砾石排水，其首部紧抵闸底板下游齿墙。闸底板与铺盖、铺盖与上游翼墙、上游翼墙与边墙之间的永久性缝中，均设以铜片止水。闸底板与消力池、消力池与下游翼墙、下游翼墙与边墙之间的永久性分缝，虽然没有防渗的要求，但为了防止闸基土与墙后填土被水流带出，缝中铺贴沥青油毛毡。(5)防渗长度验算:《水工建筑物》中的闸室理论防渗长度计算公式为：LCH式中C——允许渗径系数，查《水工建筑物》表7-1当反滤有效时，C=7；当反滤失效时，C=11。取C=9H——上下游最大水头差（m）因此，95.2547.25Lm。实际闸基防渗长度L‘，即闸基轮廓线防渗部分水平段和垂直段长度的总和。L‘=21+27=48mL‘＞L，防渗满足要求。闸底轮廓布置图：-1.00-1.40-1.90-2.50-1.00-2.002.2防渗和排水设计及渗透压力计算(采用改进阻力系数法进行渗流计算。)（1）地下轮廓线简化-1.00-1.40-1.90-2.50-1.00-2.00（2）确定地基有效深度：根据钻探资料，闸基透水层深度很大。故在渗流计算中必须取一有效深度，代替实际深度。由地下轮廓线简化图知：地下轮廓的水平投影长度L0=27+21=48m，地下轮廓的垂直投影长度S0=1.5-0.4=1.1m,L0/S0=48/1.1=43.65m《水工建筑物》中地基的有效深度计算公式为00000000当5时,0.55当5时,1.62eeLTLSLLTLSS}式中eT——土基上水闸的地基有效计算深度（m）0L——地下轮廓的垂直投影长度（m）0S——地下轮廓的垂直投影长度（m)故地基的有效深度Te=0.5L0=24m（3）渗流区域的分段和阻力系数的计算:过地下轮廓的角点、尖点将渗流区域分成八个典型段（I、VIII段为进出口段，IIIVVVII四段为内部垂直段，IIIVI为内部水平段。）《水工建筑物》中计算各典型段的阻力系数公式为进、出口段：3201.50.441ST式中0——进、出口段的阻力系数S——板桩或齿墙的入土深度（m）T——地基透水层深度（m）内部垂直段：2ln14ySctgT式中y——内部垂直段的阻力系数水平段：120.7xLSST式中x——水平段的阻力系数L——水平段长度（m）12、SS——进、出口段板桩或齿墙的入土深度（m）进口段阻力系数为ζI=1.5（s/t）3/2+0.441=0.444内部垂直段阻力系数为ζII=2/πln(cotπ/4(1-0.5/24)=0.021内部水平段阻力系数为ζIII=（L-0.7（0.5+1.1））/24=1.078内部垂直段阻力系数为ζIv=2/πln(cotπ/4(1-1.1/24)=0..046内部垂直段阻力系数为ζv=2/πln(cotπ/4(1-0.5/23.4)=0.021内部水平段阻力系数为ζvI=（L-0.7（0.5+0.5））/23.4=0.868内部垂直段阻力系数为ζvII=2/πln(cotπ/4(1-0.5/23.4)=0.021出口段ζVIII=1.5（0.9/22.9）3/2+0.441=0.453(4)计算渗透压力各段水头损失的计算情况各段水头损失的计算《水工建筑物》中计算各典型段的水头损失公式为81iiiih《水工建筑物》中进出口段水头损失修正系数的计算公式为211.211220.059TSTT式中S——底板埋深与板桩入土深度之和