水闸课程设计全解

水闸课程设计

第一章总述

第一节概述

本工程是西通河灌区第一级抽水站的拦河闸，其主要任务是拦蓄西通河的河水，抬高水位满足抽水灌溉的需要; 洪水期能够宣泄洪水，保证两岸农田不被洪水淹没。

第二节基本资料

(一) 闸的设计标准

根据《水闸设计规范.》SD133-84(以下简称SD133-84),该闸按IV级建筑物设计。

(三) 地形资料

闸址附近，河道顺直，河道横部面接近梯形，底宽18米，边坡1:1.5，河底高程195.00米，两岸地面高程199.20米。

(四) 闸基土质资料

闸基河床地质资料柱状图如图所示

(五) 其他资料

1.闸上交通为单车道，按汽-10设计，带-50校核。桥面净宽4.0m，总宽为4.4m。

2.闸门采用平面钢闸门，有3米，4米，5米三种规格闸门。

3.该地区地震设计烈度为4度。

4.闸址附近河道有干砌石护坡。

5.多年平均最大风速12米/秒，吹程0.15公里。

第三节工程综合说明书

本工程为Ⅳ级拦河闸。设计采用开敞式水闸。

水闸由上游连接段、闸室段、下游连接段三部分组成。

闸室段位于上、下游连接段之间。是水闸工程的主体。其作用是控制水位、调节流量。包括闸门、闸墩、边墩、底板、工作桥、检修便桥、交通桥、启闭机等。

上游连接段的作用是将上游来水平顺地引进闸室。包括两岸的翼墙、护坡、铺盖、护底和防冲槽。

下游连接段的作用是引导过闸水流均匀扩散。通过消能防冲设施。以保证闸后水流不发生有害的冲刷。包括消力池、海漫、防冲槽以及两岸的翼墙和护坡。

第二章 水力计算

第一节 闸室的结构型式及孔口尺寸确定

﹙一﹚闸孔型式的选择

该闸建在天然河道上，河道横部面接近梯形，因此采用开敞式闸室结构。该闸建在天然河道上，为了满足泄洪、冲沙、排污的要求，宜采用结构简单，施工方便，自由出流范围较大的无坎宽顶堰，考虑到闸基持力层是粘细砂，土质一般，承载能力不好，并参考该地区已建工程的经验，根据一般情况下，拦河闸的底板顶面可与河底齐平。即闸底板顶面（即堰顶）与西通河河底齐平，所以高程为195.00 m 。

（二）闸孔尺寸的确定

初拟孔口尺寸，该闸的尺寸必须满足拦洪灌溉以及泄洪的要求。

1.计算闸孔总净宽0B

(1)在设计情况下： ①、上游水H=198.36-195=3.36m

②、下游水深s h =198.15-195.00=3.15m ③、下泄流量Q=61.403/m s

则上游行近流速：

V 0=Q/A

根据和断面尺寸：

A=﹙b ＋mH ﹚H =﹙18+1.5×3.36﹚×3.36＝77.4m 2 其中b 为河道宽：b=18m m 为边坡比：m=1:1.5 V 0=Q/A =61.40/77.41=0.793m/s

H 0=H ﹢αv 2/2 （取α＝1.0﹚ =3.36﹢0.7932/﹙2×9.81﹚ ＝3.39m 则

s

h H =3.15/3.39=0.929>0.8 故属于淹没出流。

(2)校核情况： ①、上游水H=198.9-195=3.9m

②、下游水深s h =198.65-195=3.65m ③、下泄流量Q=79.703/m s

则上游行近流速：

V 0=Q/A

根据和断面尺寸：

A=﹙b ＋mH ﹚H =﹙18+1.5×3.9﹚×3.9＝93.02m 2 其中b 为河道宽：b=18m m 为边坡比：m=1:1.5 V 0=Q/A =79.7/93.02=0.86m/s

H 0=H ﹢αv 2/2g ﹙取α＝1.0﹚ =3.9﹢0.862/﹙2×9.81﹚ =3.94m 则

s

h H =3.65/3.94=0.93>0.8 , 故属于淹没出流。 (3)确定闸孔宽度

由以上结果可得，则按水流成堰流时并且为淹没出流，计算根据《水工建筑物》，由宽顶堰淹没出流公式：

根据

s

h H ，查SL-265-2001,附录A.01，查得淹没系数=0.74，对无坎宽顶堰：m=0.385 假设侧收缩系数 =0.90

g

v 220

H

H 1

s h

在设计情况下： 由公式 0

所以，在设计情况下

=8.66m

在校核情况下：

=9.0m

整理上述计算如下表 计算情况 上游水深 H 下游水深

s h 流量 Q

行进流速 行进水头0H

淹没系数б 流量系数m 侧收缩系

数ε

0B

设计情况下

3.36

3.15

61.40 0.793 3.39 0.74

0.385 0.90

8.66

校核情况下

3.90 3.65 79.70 0.86 3.94 0.74 0.385 0.90 9.0

2.闸孔孔数n 及单孔净宽0b

单孔宽度0b 根据水闸使用要求，闸门型式及启闭机容量等因素，并参照闸门尺寸选定。由01B >02B 比较得，取净宽较大的值，则取0B =9.0m 。

以上为0B 的第一次近似值，据此可计算 的第二次近似值，按0H h s =0.93，及闸墩边形状，查《水力学》，得=0.502 ，=0.70。侧收缩系数按式计算为：

=1-0.2×[0.7+（3-1）×0.502]×3.9/9 =0.85

净宽0B 的第二次计算近似值为

=9.5m

再将净宽0B 的第二次近似值代入式中，可得ε=0.86，再次试算后仍得

ε=0.86，计算得出02B =9.4m ,根据所给闸门的型号尺寸，则选择孔数n=3，每孔净宽0b =3.2m ，则闸孔总净宽0B =3.2×3=9.6m ,

3.闸孔泄流能力校核

中墩采用钢筋混凝土结构，根据设计规范SL265-2001,取中墩厚d=1.5m ,墩首、墩尾均采用尖圆形。边墩厚度为1.0m ，墩首、尾采用半圆形。

根据拟定的闸孔尺寸净宽0B =9.6m ，用设计情况进行检验。根据堰流公式：

3/20.860.740.38529.819.6Q =⨯⨯⨯⨯⨯3.39⨯实

=64.283/m s

则:=|（64.28-61.40）/61.40|×100％=4.7％＜5％

实际过流能力满足泄水的设计要求

由此得该闸的孔口尺寸确定为：选择孔数n=3，每孔净宽0b =3.2m ，2个中墩各厚d=1.5m ，边墩厚度为1.0m ，闸孔总净宽0B =9.6m ，闸室总长度B=3×3.2+2×1.5=12.6m 。