进水闸设计

1工程概况

1.1 基本资料

本闸位于某中型灌区干渠渠首，为渠首取水水工建筑物。

1.2 建筑物级别

根据水闸设计过水流量和水闸设计规范（SL-265-2001）的平原区水闸枢纽工程分等指标知本工程规模属于小（1）型，水闸级别为IV级，其建筑物级别为1级。

1.3 孔口设计水位

孔口设计水位组合见表1-1

表1-1闸孔设计时水位及流量组合

1.4 消能防冲设计水位

消能防冲设计水位组合见表1-2

表1-2 消能防冲设计水位组合表

1.5 闸室稳定计算

闸室稳定计算水位组合见表1-3

表1-3 闸室稳定计算水位组合表

1.6 地质资料

建筑物底板下土层为粉质粘土，土层物理力学指标为：凝聚力kPa 32=C ，擦角

︒=18ϕ，地基土允许承载力[]kPa 220=R 。

1.7 回填土资料

回填土采用砂壤土，假设其内摩擦角︒=28ϕ，C =0，湿容重18kN/m 3，饱和容重为20 kN/m 3，浮容重10 kN/m 3。

1.8 地震设计烈度

地震设计烈度：7°，设计基本地震加速度值为0.10g 。

1.9 其他

上下游河道断面相同均为梯形，河底宽20.0m ，河底高程▽3.0m ，边坡1：2.5，外河堤顶高程▽10.5m ，干渠渠顶高程▽6.0m 。两岸路面高程▽10.5m 。交通桥荷载标准：公路－Ⅱ级，交通桥总宽8.0m ，净宽7.0m 。

2 孔口宽度设计

2.1 闸孔形式的确定

根据水闸设计规范（SL-265-2001），当闸槛高程较低，挡水高度较大，挡水水位高于泄水运用水位或闸上水位变幅较大且有限制过闸单宽流量要求时选用胸墙式水闸。本工程河底高程3.0m，挡水最高水位为8.5m，则挡水高度为5.5m较大。综上，本工程选用胸墙式水闸。

2.2 孔口设计水位组合

孔口设计水位见表2-1

表2-1 孔口设计水位组合表

2.3 堰型及堰顶高程的确定

2.3.1 堰型的确定

本工程的主要任务是拦蓄上游河水，确保灌溉用水，应具有较大的泄水能力，在洪水时期还应担负着泄洪的任务，对于灌溉水质有一定的要求，便于排砂排淤，所以采用无底坎宽顶堰孔口。

2.3.2 堰顶高程的确定

本水闸将堰顶高程定的与河底同高，高程为3.0m。

2.4 闸孔宽度的确定

2.4.1 过水断面确定

根据资料，上下游河道断面为河底宽20.0m，边坡1:2.5，河底高程 3.0m，外河堤顶高程▽10.5m，干渠渠顶高程▽6.0m，画出过水断面如图2-1所示：

a

b

图2-1 a 、b 为上、下游河道断面图 （单位：m ）

故过水断面面积为：

2

()(2.5320)382.5A mh L h m =+=⨯+⨯=

2.4.2 闸孔净宽确定

（1）、上游行进流速：m/s 73.05.82600===A Q v

计入行进流速的上游水深：

3.03m 9.8

20.730.1322

2

0=⨯⨯+=+

=g v H H α 式中：H ——

上游水深，为6.0-3.0=3.0m ；

α——流速系数，取1.0；

（2）、由于水闸闸槛高程较低、挡水高度较大，闸上水位变幅较大，所以闸式结构选用胸墙式。设置胸墙底高程为5.80ｍ。由于闸孔设计时外河水位▽6.00ｍ，高于胸墙底高程，所以为孔流。

根据《水闸设计规范》，采用下列公式计算：

0B

=

160.42.718

e

r h λ=

'ε= μϕε= 式中：h ——孔口高度，为5.8-3.0=2.8m ；

r ——胸墙底圆弧半径，取0.2m ；

λ——计算系数，计算得0.128；

'ε——孔流垂直收缩系数，计算得0.886；

ϕ——孔流流速系数，可采用0.95—1.0，本设计取0.95； μ

——孔流流量系数，计算得0.350； σ——淹没系数。

由于孔流淹没系数σ和0B 都是未知的，不能直接求得，需要用迭代的方法试算。先假设'σ=0.50，具体计算见表2-2.

表2-2 闸空总净宽计算表

注：q =Q /B 0，022c c

q E h gh =+，⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+=181232

c

c ''c /gh q h h ，由''s c c h h H h --查《水闸设计规范》表A.0.3-2得'σ。跃前水深的迭代公式为1ci h +=

，迭代计算见表2-3。

表2-3 跃前水深c h 计算表

2.4.3 水闸闸孔数确定

为了保证闸门对称开启，防止不良水流形态，选用3孔闸，取中墩厚1m ，边墩厚

0.8m 。

则单个闸空净宽为：0015.56 5.193

B b m N =

==，取净宽0b =5m 闸孔实际总净宽为：0=15m B 实

闸孔总宽为：18.6m 28.020.115=⨯+⨯+=B

2.4.4 水闸实际流量确定

水闸实际流量：

''0=Q B h σμ实实

150.550.35 2.6=⨯⨯⨯ /s m 9.573= 检验Q 实是否满足要求：

57.960

3.5%5%60

Q Q Q

--=

=<实，满足要求。 2.4.5 闸孔布置图

闸孔布置如图2-2所示

80

500

100

500

100

500

80

1:2.5

1:2

.518602000

图2-2 闸孔布置图 （单位：cm ）