水闸工程毕业设计

第一章总论第一节概述一、工程概况涡河发源于河南省中牟县境内，经开封、通许、尉氏、太康、鹿邑等县，在安徽省与惠济河汇合后流入淮河。

汇合口以上流域面积4200km2，涡河在鹿邑县境内属平原稳定型河流，河面宽约200m，深约7——10米。

由于河床下切较深，又无适当控制工程，雨季地表径流自由流走，而雨过天晴经常干旱，加之打井提水灌溉，使地下水位愈来愈低，严重影响两岸的农业灌溉和人蓄用水。

为解决当地40万亩农田的灌溉问题，上级批准的规划确定，在鹿邑县涡河上修建挡水枢纽工程。

本工程位于河南省鹿邑县城北约1Km，距汇合口18Km。

它是涡河梯级开发中最末一级工程，涡河闸控制流域面积4070Km2。

二、拦河闸任务涡河拦河闸所担负的任务是正常情况下拦河截水，抬高水位，以利灌溉。

洪水时开闸泄水，以保安全。

本工程建成后，可利用河道一次蓄水800万m3，调蓄河水两岸沟塘，大量补给地下水，有利于进灌和人蓄用水，初步解决40万亩农田的灌溉问题，并为工业生产提供足够的水源，同时渔业、航运业的发展，以及改善环境，美化城乡都是极为有利的。

第二节基本资料一、地形资料闸址处系平原型河段，两岸地势平坦，地面高程约为左右。

河床坡降平缓，纵坡约为1/10000，河床平均标高约为，主槽宽度约为80—100m，河滩宽平，至复式河床横断面，河流比较顺直。

附闸址地形图一张（1/1000）二、地质资料（一）根据钻孔了解闸址地层属河流冲积相，河床部分地层属第四级蟓更新世Q3与第四纪全新世Q4的层交错现象，闸址两岸地面高程均在43m左右。

闸址处地层向下分布情况如下：1、重粉质壤土：分布在河床表面以下，深约3m。

2、细砂：分布在重粉质壤土以下（河床部分高程约在以下。

）3、中砂：分布在细砂层以下，在河床部分的厚度约为5m左右。

4、重粉质壤土：分布在中砂层以下（深约22m以下）。

5、中粉质壤土：分布在重粉质壤土以下，厚度5—8m。

附闸址附近地址剖面图一张三、土的物理力学性质指标1.物理性质=19kN/m3湿容重γa饱和容重γ=21kN/m3饱浮容重γ=11Kn/m3浮= 27kN/m3细砂比重γg细砂干容重γ=15kN/m3干2．内摩擦角自然含水量时φ=280饱和含水量时φ=2503.土基许可承载力：【δ】=200kN/m34.混凝土、砌石与土基摩擦系数密实细砂层f=5.地基应力不均匀系数粘土（η）=—砂土（η）=6.渗透系数中细砂层k=5×10-3平均厚度约5m以下土层k=5×10-5作为相对不透水层四、工程材料1、石料：本地区不产石料，需从外地运进，距离公路很近，交通方便。

2、粘土：经调查本地区附近有交丰富的粘土材料。

3、闸止处有足够的中细砂。

五、本地区地震烈度在6度以下。

六、水文气象1、气温：本地区年最高气温，最低气温-200C，平均气温。

2、风速：最大风速V=20m/s，吹程。

3、径流量：非汛期（1—6月及10—12月）9个月份涡河月平均最大流量s汛期（7—9）三个月，涡河月平均最大流量为149m3/s，年平均最大流量Q=s，最大年径流总量为亿m3。

4、冰冻：闸址处河水无冰冻现象。

七、河槽整治断面及水位流量关系曲线经批准的规划决定：对原河槽将适当调整，并在两岸作矮堤，以扩大泄洪能力，提高防洪安全的保证率。

规划确定的上下游河道整治后断面如附图。

下游河道水位流量关系曲线见图1—1。

图1—1 上下游河道横断面图（单位：m）八、施工条件1、期为两年2、材料供应电源：有电网供电，工地距电源线公里。

地下水位平均～m九、批准的规划成果1、根据水利电力部《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》（SDJ 12—78）的规定，本枢纽工程为三等工程，其中永久性主要建筑物为3级。

2、灌溉用水季节，拦河闸正常挡水位为。

3、洪水标准。

第三节工程综合说明本工程为拦河闸，建造在河道上。

枯水期用以拦截河道，抬高水位，以利上游取水或航运要求；洪水期则开闸泄洪，控制下游流量。

一、河闸的特点拦河闸既用以挡水，又用于泄水，且多修建在软土地基上，因而在稳定、防渗、消能防冲及沉降方面都有其自身的特点。

1．稳定方面关门拦水时，水闸上、下游较大的水头差造成较大的水平推力，使水闸有可能沿基面产生向下游的滑动，为此，水闸必须具有足够的重力，以维持自身的稳定。

2．防渗方面由于上下游水位差的作用，水将通过地基和两岸的土壤会被掏空，危及水闸的安全。

渗流对闸室和两岸连接建筑物的稳定不利。

因此，应妥善进行防渗设计。

3．能防冲方面水闸开闸泄水时，在上下游水位差作用下，过闸水流往往具有较大的动能，流态也较复杂，而土质河床的抗冲能力较低，可能引起冲刷。

此外，水闸下游常出现波状水夭和折冲水流，会进一步加剧对河床和两岸的淘刷。

因此，设计水闸除应保证闸室具有足够的过水能力外，还必须采用有效的消能防冲措施，以防止河道产生有害的冲刷。

4．沉降方面土基上的建闸，由于土基的压缩性大，抗剪强度低，在闸室的重力合外部荷载作用下，可能产生较大的沉降影响正常使用，尤其是不均匀沉降会导致水闸倾斜，甚至断裂。

在水闸设计时，必须合理选择闸型、构造，安排好施工程序，采取必要的地基处理等措施，以减少过大的地基沉降和不均匀沉降。

二、拦河闸的组成拦河闸通常由上游连接段，闸室段和下游连接段三部分组成。

（一）上游连接段上游连接段的主要作用是引导水流平稳地进入闸室，同时起防冲、防渗、挡土等作用。

一般包括上游翼墙、铺盖、护底、两岸护坡及上游防冲槽等。

上游翼墙的作用是引导水流平顺地进入闸孔并起侧向防渗作用。

铺盖主要起防渗作用，其表面应满足抗冲要求。

护坡、护底和上游防冲槽（齿墙）是保护两岸土质、河床及铺盖头部不受冲刷。

（二）闸室段闸室是水闸的主体部分，通常包括底板、闸墩、闸门、胸墙、工作桥及交通桥等。

底板是闸室的基础，承受闸室的全部荷载，并比较均匀地传给地基，此外，还有防冲、防渗等作用。

闸墩的作用是分割闸孔，并支承闸门、工作桥等上部结构。

闸门的作用是拦水和控制下泻流量。

工作桥供安置起闭机和工作人员操作之用。

交通桥的作用是连接两岸交通。

（三）下游连接段下游连接段具有消能和扩散水流的作用。

一般包括护坦、海漫、下游防冲槽、下游翼墙及护坡等。

下游翼墙引导水流均匀扩散兼有防冲及侧向防渗作用。

护坦具有削能防忡作用。

海漫的作用是进一步消除护坦出流的剩余动能、扩散水流、调整流速分布、防止河床冲刷。

下游防冲槽是海漫末端的防护设施，避免冲刷向上游扩展。

第二章水力计算第一节闸址及形式选择一、闸址选择闸址选择关系到工程建设的成功和经济效益的发挥，是水闸设计中的一项重要内容。

应根据水闸的功能、特点和运用要求，以及区域经济条件，综合考地形、地质、建筑材料、交通运输、水流、潮汐、冰情、泥砂、施工、管理、周围环境等因素，经技术经济比较确定。

闸址应选择在地形开阔、岸坡稳定、岩土坚实和地下水位较低的地点。

闸址应选用地质条件良好的天然地基。

壤土、中砂、粗砂、砂砾石适与作为水闸的地基。

尽量避免淤泥质土和粉砂、细砂地基，必要时，应采取妥善的处理措施。

拦河闸应选择在河道顺直、河势相对稳定和河床断面单一的河段，或选择在弯曲的河段采弯取直的新开河道上。

应考虑材料来源、对外交通、施工导流、场地布置、基坑排水、施工水电供应等条件，同时还应考虑水闸建成后工程管理维修和防洪抢险等条件。

水闸中心线的布置应考闸室与两岸建筑物均匀，对称的要求。

拦河闸的中心线一般应与河道中泓线相吻合。

该拦河闸选在鹿邑县城北约1km处，闸轴线如地形图所示。

二、闸室型式选择闸室按结构形式可分为：开敞式水闸和涵洞式水闸。

（一）开敞式水闸闸室上面不填土封闭的水闸。

一般有泄洪、排水、过木等要求时，多采用不带胸墙的开敞式水闸，多用于拦河闸、排冰闸等。

当上游水位变幅大，而下泄流量又有限制时，为避免闸门过高，常采用带胸墙的开敞式水闸，如进水闸、排水闸、挡潮闸多用这种形式。

（二）涵洞式水闸闸身上面填土封闭的水闸，又称封闭式水闸。

常用于穿堤水或排水的水闸。

洞内水流可以是有压的或无压的。

综合考虑该工程特点，上、下游水位差较小，不须控制流量，泄洪时可能有漂浮物等因素，可采用无胸墙的开敞式水闸。

（三）闸孔形式的选择闸孔形式一般有宽顶堰型、实用堰低型和胸墙孔口型三种。

1．宽顶堰型。

这是水闸最常用的底板结构形式。

主要优点是结构简单、施工方便、泄流能力比较稳定，有利于泄洪、冲沙、排淤、通航等；其缺点是自由泄流时流量系数小，容易产生波状水。

2．实用堰低型。

有梯形、曲线型和驼峰型。

实用堰型自由泄流时，流量系数较大，水流条件较好，选用适宜的堰面形式可以消除波状水。

但泄流能力受尾水位变化的影响较为明显，不稳定。

3．胸墙孔口型。

这种堰可以减小闸门高度和启门力，也可降低工作桥高和工程造价。

根据各种形式的适用条件，综合考虑该工程特点，河槽蓄水，闸前基本没有淤积，闸底高程应尽可能底。

因此，采用无底砍平底版宽顶堰，堰顶高程与河床同高，即闸底板高程为。

第二节闸孔尺寸确定一、底板高程确定底板高程与水闸承担的任务、泄流或引水流量、上下游水位及河床地质条件等因素有关。

闸底板应置于较为坚实的土层上，并应尽量利用天然地基。

在地基强度能够满足要求的条件下，底板高程定得高些，闸室宽度大，两岸连接建筑物相对较低。

对于小型水闸，由于两岸建筑物在整个工程中所占比重较大，因而适当降低底板高程，常常是有利的。

当然，底板高程也不能定的太低，否则，由于单宽流量加大，将会增加下游消能防冲的工程量，闸门增高，启闭设备的容量也随之增大。

另外，基坑开挖也较困难。

选择底板高程前，首先要确定合适的最大过闸单宽流量。

它取决于闸下游河渠的允许最大单宽流量。

允许最大过闸单宽流量可按下游河床允许最大单宽流量的~倍确定。

根据工程实践经验，一般在细粉质及淤泥河床上，单宽流量取5~10m3/（sm）；在砂壤土地基上取10~15m3/（sm）；在壤土地基上取15~20m3/（sm）；在黏土地基上取20~25m3/（sm）。

下游水深较深，上下游水位差较小和闸后出流扩散条件较好时，宜选用较大值。

一般情况下，拦河闸的底板顶面与河床齐平，即闸底板高程。

二、拟定闸孔尺寸及闸墩厚度1．由已知上、下游水位及闸底板高程，由公式（2—1）、式（2—2）可求得上游水头及下游水深。

v=Q/A （2—1）H0=H+v2/2g （2—2）其中v——行进流速，m/s；Q——过流流量，m3/s；A——过水断面面积，m2；H——含有行进流速水头在内的闸前水头，m。

推算的上游水头及下游水深见表2—1。

表2—1 上游水头计算2．判别出流流态闸门全开泄洪时，一般属于淹没条件下的水流，所以采用平底板宽顶堰堰流公式，根据设计，校核情况下的上、下游水位及流量进行计算。

对于宽顶堰，其淹没条件为：:h s ≥（2—3） 式中 h s ——下游水深，m ；H 0——含有行进流速水头在内的闸前水头，m 。