拦河闸设计

第一章基本资料
第一节工程概况
该取水枢纽位于清河东明市附近河段，以清河明山水库为水源，除工业、城市及电站用水外，由该库及明山至东明市区间水量供给灌溉用水7.07亿立方米。

渠首工程的主要任务是保证大明、东光两灌区全部净灌溉88.3万亩。

其中大明灌区为48.8万亩。

东光灌区为39.5万亩。

第二节地形资料
清河及东陵以上为山谷河道，距离主要灌区大明、东光较远。

西苏堡以下因河道弯曲、水位较低、控制面积过小，故灌区的渠须在东陵和西苏堡之选择。

该河道长约39.0公里，河道纵坡1/4000～1/2100之间，东陵至浑河堡为1/1400，浑河堡至永清公路桥为1╱2000，公路桥至西苏堡为1/2100。

东陵以上河槽宽浅、河道紊乱，且多河叉。

东陵以下至曹仲屯，河道逐渐规整，一般主河槽宽400米。

曹促屯至西苏堡段河宽250～300米,沿河两岸有广阔滩地,宽约1～2公里,除局部地区有沙滩外,多为耕地。

清河自东陵至永清公路河段右岸为东明市防洪大堤，全长27.7公里，左岸仅有曹仲屯至前漠家堡段有堤防2.9公里。

以下重点给出李官堡及漠家堡附近河道的情况。

李官堡附近河道情况：河道顺直段长1.5公里,因有东清铁路控制,河道比较稳定,河槽宽400～420米,河底高程34.20米,深槽靠近左岸,右岸为河漫滩,两岸滩地高程38.0～38.5米,右岸距堤防160米,左岸无堤,河床比降1/2000,洪水比降1/2500。

漠家堡附近河道情况：此段河道规整，顺直段长2.5公里,河槽宽270～300米,深槽靠近右岸,河底高程最深处31.3米,一般为32.0米河岸较陡,高约4.0米,两岸滩地高程35.0～36.0米,多为耕地,左岸距堤防300米,堤高2.0米,堤顶宽2.0米,内外边坡1:1.5,较为薄弱。

右岸堤防距河槽1200米，堤高2.5为，堤顶宽4.5米，迎水坡1：2.5，背水坡1：3.0，右岸滩地有隐约低洼沟一条，蜿蜒下伸达后漠家堡村北，长约3公里，河道自1991年以来尚无变动，自修永清公路路基之后情况更为稳定。

按防洪总体规划要求，闸址右岸大堤顶高程为百年一遇洪水位（见表1-1）加超高2米即39.74米。

左岸堤顶高程为百年一遇洪水加超高1.5米即39.24米。

为
便于堤防维护，保证在100年一遇～1000年一遇洪水威胁下，东明市区的安全，希望两岸堤高不高于4米。

第三节 工程地质及水文地质
在推荐渠首处,河道顺直,河床宽270米左右,河床部分均为砾质粗砂,右30米内,由上到下可分为:
砾砂含卵石，厚4.7～11.9米； 砾质粗砂含砾石及土，厚6～18米； 以下为粗砂含土。

河床两岸滩地表层为松散粉砂及中砂覆盖，厚2.4～4.5米，其下仍为砾质粗砂。

地下水埋深分布随地形变化，一般在2.5米左右，风积沙丘附近较深，大于3.5米；洼地较浅，约1.5米，因土透水性较强，地下水位变化受河道水位影响，丰水期河水补给地下水，水位较高，枯水期地下水补给河水，水位较低。

第四节 水文资料
一、道处河道水位——流量关系，见表1-1。

二、泥沙资料：
根据现有泥沙资料估算，灌溉保证率7５%的推移质（d cp =1.0mm ）来量为16.735万立方米/年，洪水期推移质（d cp =5.0mm ，d max =6～10mm ）来量：W 10%=85800m 3,W 2%=1727000 m 3.。

设计中必须考虑冲砂问题。

（表1-1）
三、气象资料：
推荐渠首距东明气象站较近，该站观测项目较完整。

降雨、风速、地温、气温等均可采用其资料。

1、降雨：年平均降雨量729mm，大部分集中在7、8月份，占全年降雨量的48.8%。

水稻生长期5～9月上旬，降雨量552.5mm，占全年降雨量的75.5%。

平均月雨量最大者为7、8两个月，均为160mm以上，最小者为1
2、1、2月，不足10mm。

2、风速：年平均风速4.1m/s，各月平均风速以3～5月为大，极端最大风速发生于1954年4月22日，达29.7m/s，汛期最大风速21.0m/s，多年平均最大风速8.4m/s。

3、气温：根据1905～1955年资料统计，年平均气温7.5°C,7月份最高,月平均气温24.8°C,1月份气温最低,月平均气温-12.8°C,月平均最高气温为7月,达30.2°C,月平均最低气温为1月份,达-18.6°C。

4、冻层深度：1.5m。

四、补充资料：
1、进水闸后引水干渠底部高程33.1m，边坡1：1.75，干渠底宽26.0m，纵坡1:3500；
2、最大引水流量78m3/s,闸下相应水位35.8m。

两岸引水量相同，引水条件相似；
3、拦河闸上交通桥按二级公路桥设计，桥面宽按双车道考虑（净宽7.0m,总宽9.0m）；
4、本枢纽为二等工程，枢纽中主要建筑物为2级建筑物，次要建筑物为3级，临时建筑物为4级；设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为1000年一遇；
5、拦河闸闸址下游河道流量——水位关系，见附图：漠家堡处河道Q——H关系图。

第二章枢纽位置选定与总体布置
第一节枢纽位置的选定
一、主要考虑的问题：
⑴从两岸引水的角度看：本枢纽的作用是给两个灌区供水（东明、东光灌区），灌溉面积接近，引水流量相等，均为78m3/s，为满足两灌区的用水要求，需两岸引水。

⑵从防洪的角度看：枢纽位于东明市附近，为市区安全，枢纽建成后壅水不能过高，否则会影响市区防洪安全或加强防洪负担。

⑶从经济性角度看：永清公路在枢纽附近，跨过清河，为了节省造价，把桥建在闸上。

二、枢纽位置选定的基本原则：
根据河流的河势情况，最大限度满足上面所述的基本要求，综合考虑二者。

㈠从两岸引水角度来看，枢纽应选择在以下地方：
1、河流顺直、稳定；
2、主河槽较窄、两岸陡；
3、水流在两岸靠岸。

㈡从河道地形上看：把东陵以上、西苏堡垒以下排除，从李官堡与漠家堡之间来考虑，现分析如下：
1、东陵以上属山谷河道，枢纽布置不便，而且距灌区较远，因此引渠较长，所以排除在此修建枢纽。

2、西苏堡以上河道弯曲，不便于两岸引水且河流水位低，可控制的灌溉的
面积小，做有坝建筑物或拦河建筑物工程量大，所以排除在此处建枢纽。

据以上分析，枢纽的位置应选在东陵与西苏堡之间的河道上。

在东陵与西苏
堡之间有以下三处可选：
1、浑家堡段属弯道段，也不适宜建两岸取水枢纽，所以排除在此建
枢纽。

2、枢纽的位置应在李官堡与漠家堡之间选择，因素比较如下：
（1）李官堡：
a、顺直段长1.5km,河道稳定；
b、河宽400～420m；
c、河底高程34.2m。

（2）漠家堡：
a、河道顺直段长2.5km，河道稳定，且从1911
年至今尚无变化；
b、主河槽宽270～300m；
c、河底高程32.0m。

比较上述因素：从两岸引水而言，顺直段越长，越有利，主河槽宽度越小，水流两侧靠岸的程度较好；从河底高程角度而言，河底高程越低，在河流同样来水的情况下，对上游的水位壅高越小，对市区的防洪越有利。

综合上述因素，选择漠家堡处河段作为枢纽位置。

拦河闸的轴线见地形图。

第二节枢纽的型式选定
一、从运用的要求考虑：
本枢纽为东明、东光两灌区供水，每侧引水流量均为78m3/s，引水保证率P=75%。

根据灌区的水利计算，要求进水闸出水口处水位为35.8m。

二、从河道来水情况考虑：
对应于P=75%的情况来看，河流来水量Q=400m3/s ,大于78×2=156m3/s。

因此，流量上满足要求。

三、从河流的水位上看：
对应于P=75%的情况来看：河道水位33.9m小于引水水位，不能满足自流引水的要求，需建立拦河建筑物壅高水位。

综上所述，本枢纽应采用有坝引水枢纽。

第三节拦河建筑物的型式
对于有坝取水枢纽，拦河建筑物有两种型式：（1）壅水坝（2）拦河坝下面对这两种型式作技术与经济比较而定。

一、壅水坝：
（一）从技术上来看：坝位于河中央，两端须设冲沙闸，冲沙闸的作用是为
进水闸定期冲沙。

壅水坝易引起以下几方面不利因素：
1、坝前淤沙往往严重，而不易冲走，甚至会淤平坝顶，容易引起河流上游主流摆动，使一侧取水口被堵，不能够正常引水。

2、洪水期不能够通过闸门来调节上游的壅水水位，因此对市区防洪不利。

3、要下泄同样的洪水流量，由于堰顶高于河床，所以泄水时比设泄洪闸需要的过水宽度大，坝长大，工程量大，相应的防渗措施、防冲消能措施也会增加。

（二）从经济（施工）上来看：
坝的施工比闸的施工简单些，但工程量可能会大些，但不需要年运行费用。

二、拦河闸：
（一）从技术性上看：
1、枯水期可以观察闸前壅水及调节水位，满足引水要求。

2、洪水期，可以开闸泄洪，且通过泄洪来冲刷闸前淤沙，也可稳定主河槽。

3、由于闸底板高程低于壅水坝坝顶高程，所以泄洪的单宽流量大，过水宽度可以小些，闸长可以小于坝长。

（二）从经济性上看：
1、过水宽度小，可能会省一些工程量，但建筑物的高度会大一些；
2、对于泄水闸会增加每年的运行管理费用。

综合上述因素，从保证引水、防洪、冲沙、泄洪等方面考虑，拦河建筑物选用拦河闸。

第四节枢纽防沙措施
一、来沙情况：
根据资料，引水时，即P=75%时，河流推移质（d
cp
=1.0mm）来沙量为16.735
万m3/年，洪水期推移质（d
cp =5.0mm，d
max
=6～10mm）来沙量分别是W
10%
=85.8万
m3，W
2%
=172.7万m3，所以枢纽需要设防沙措施。

二、防沙设施型式：
根据工程经验，枢纽内防沙设施有两种形式：①沉沙槽②冲沙廊道
下面对以上两种情况分析如下：
1、对于沉沙槽，它属于定期冲沙，运用于山区及平原河道，应用较广。

2、对于冲沙廊道，它属于连续冲沙，冲沙时用水量大，适用于冲积形河道，
不适宜于推移质较多的山谷河道。

由于东陵以前属山谷河道，推移质多，且冲沙廊道结构复杂，所以采用沉沙槽式的防沙设施。

第五节枢纽建筑物组成及基本设计参数与设计条件
一、枢纽建筑物的组成：综合前面数节内容，主枢纽包含建筑物有：拦河闸、进水闸（两个）、沉沙槽（两个）、冲沙槽（两个）。

二、建筑工的基本设计参数和设计条件：
1、进水闸
①、引水率：u=Q
s1/Q
s2
|p=75%=78×2/400=39%
②、引水角：即进水口的水流方向与河道主流的夹角α,一般α=30°～60，
α合适，可以减免入口处水流产生的横向环流。

本枢纽的α=30°。

根据印度的经验，引水口边缘与拦河闸夹角β=105°～110°时，防沙入渠效果最好。

本枢纽取β=103°。

③、进水闸上、下游水位有以下四种情况：
a、正常引水时，▽
下
35.8m，引取Q=78m3/s，闸上、下游水位差△H=0.2m，
所以上游水位▽
上
=36.0m。

b、c、当遭遇设计设计洪水和校核洪水时，进水闸关闭不引水，拦河闸开启泄洪，特征水位如下：
ⅰ设计洪水▽
上=37.74m, ▽
下
=▽
渠底
=33.1m(见下面)
ⅱ校核洪水▽
上=38.35m, ▽
下
=33.1m
④、对于进水闸消能防冲设计不利情况的水位：
考虑到水闸可能在来水量较大的丰水年引水，来水的频率1%＜P＜75%，但为不常遇到情况，对灌区引水。

此时，上游水位较高，下游水位可能较低或水位与渠底齐平，对于进水闸的消能防冲是不利的。

本设计取P=10%作为消能防冲的设计条件。

此时，▽
上=▽
河
|P=10%=36.1m，▽
下
取最不利情况，即下游无水时，▽
下
=
▽
渠底
=33.1m。

综合上述四种特征水位：⑴a作为闸孔尺寸设计的条件；⑵bc作为闸顶高程
设计条件；⑶▽
下=▽
渠底
=33.1m作为进水闸消能防冲设计条件。

⑤、闸底板的形式与高程：
a、底板形式：采用平底板（宽顶堰），它的优点是洪水泄水稳定，构造简单，施工方便。

b、底板高程：取与进水口拦河坝齐平，对于多泥沙的大、中河流，▽
坝顶
应比设计水位下的河底平均高程高出1m至2m（或取沉沙槽水深的1/3），本枢纽取
1.1m,所以：▽
坝顶=▽
进闸底
=32.0+1.1=33.1m
⑥、闸孔形式：因为闸前水位变化幅度较大，▽
引水=36.0m，▽
最高
=▽
校核
=38.35m。

为了降低闸门高度及启闭设备容量，孔口设胸墙，墙底高程应高出引水水位(36.0m)，取36.2m，墙顶高程与闸顶高程齐平，取39.5m。

（见后）
2、拦河闸:
①、底板形式与底板高程:
a、底板形式:因为河道纵坡较小,宜采用平底板,且有利于加快排沙与泄洪。

b、底板高程：取与河床平均高程齐平，即▽
拦底
=32.0m。

c、孔口形式：为了加快泄洪，减少洪水期对上游水位的壅高，采用开敞式（不设胸墙）。

②、对拦河闸有以下六种特征水位：
A、正常引水时：▽
上=36.0m, ▽
下
=▽|
Q=78×2
=33.6m
B、通过设计流量Q=4020m3/s, ▽
下=37.74m, ▽
下
=37.78m,
C、通过校核流量Q=5000m3/s, ▽
下=38.35m, ▽
下
=37.78m,
D、进水闸全部检修，P=75%相应Q=400m3/s,全部由拦河闸下泄，相应上、
下游水位为：▽
上=36.0m, ▽
下始
=|
Q=2440m3/s
=33.6m。

E、在引水期遇到校核洪水，进水闸关闭，拦河闸泄洪，上、下游水位为：
▽
上=38.35m, ▽
下
=33.6m.
F、在引水期遇到设计洪水时，进水闸关闭，拦河闸泄洪，上、下游水位为：
▽
上=37.74m, ▽
下
=33.6m。

综合上述六种特征水位：（1）A作为门高设计条件；（2）B、C作为闸孔宽度
和闸顶高程设计条件；（3）D、E、F作为防冲消能设计条件。

③、拦河闸适宜宽度：根据水闸设计规范（SD133-84）编制说明，拦河闸闸
孔宽度B
闸与河道宽度B
河
适宜的比值B
闸
/B
河
=0.85。

（当B
河
＞200m时）所以拦河
闸适宜宽度B
闸
=0.85×(270～300)=230m～255m。

④、容许过闸的单宽流量[q]：[q]根据河床地质情况确定，河床面以下4.7～
11.9m属砾沙含卵石，11.9m以下属于砾质粗砂含砾石及土，厚18m，根据以上地质情况，[q]=20～30m3/s.m。

⑤、交通桥：按二级公路的标准设计，净宽不小于7.0m，设计验算荷载汽车-20。

验算荷载挂车-100。

3．冲沙闸：
①、闸孔宽度取1/3～1/10或1/5～1/20的宽，与冲沙槽末端宽度相同。

②、冲沙闸的特征水位：取冲沙时的水位，冲沙方式采用拦河闸进水闸及另一侧的冲沙闸全部关闭，对应P=75%的流量Q=400m3/s全由一个冲沙槽下泄。

▽
上=36.0m, ▽
下
=▽|
Q=244m3/s
=33.6m,以上述的条件作为冲沙闸消能防冲的设计条件。

4．防洪墙：
上游防洪墙：为100～1000年一遇洪水时，枢纽不被淹没，进水闸上游胸墙
与永清公路基构上游防洪堤，堤顶高程应满足以下两点要求：
与堤顶防洪高程协调一致；
枢纽不被洪水淹没。

所以堤顶高程取为39.5m.。

下游防洪堤：由进水闸背水一侧及冲沙槽下游胸墙构成，堤顶高程应使枢纽不被淹没的条件是：▽堤顶=38.5m比▽校下=37.87m高出0.63m。

第三章拦河闸设计
主要内容：闸孔设计、消能防冲设计、防渗排水设计、闸室布置、闸室稳定计算、两岸连接建筑物计算。

第一节闸孔设计
主要内容：闸孔宽度、闸孔高度、闸门计算
一、闸孔的形式
1、孔口采用开敞式，不设胸墙。

2、底板采用平底板（无坎宽顶堰），▽
底板
=32.0m。

二、闸孔宽度
（一）净宽nb：
1、设计条件：要求枢纽通过：Q
设=4020m3/s(设计洪水流量)；Q
校
=5000m3/s(校
核洪水流量)。

2、计算公式：采用淹没宽顶堰公式：Q=mεσb√2gH
3/2
3、计算孔宽nb:
R=A/X=(285+2×5.74) ×5.74/(285+2×5.74×√1+22)=5.48
C=1/nR1/6=1/0.0225×5.481/6=59
V=C√RJ=59×√5.48×1/2000=3.04m3/s
h
t
=37.38-32.0=5.38m
H=37.74-32.0=5.74m
所以H
=0.87查得σ=0.93
则：nb=Q/mεσ√2gH
3/2
=4020/0.93×0.385×0.9×√2×9.8×6.213/2
=4020/22.08=182.06m
式中：m：无侧面收缩的流量系数，取0.385。

ε：侧收缩系数。

取0.9
σ：淹没系数。

取0.93
即nb 取190m。

因为n=20，所以b=190/20=9.5m
4、分缝分孔确定闸墩的形状与厚度：
①分孔：取20孔，每孔宽9.5m。

②墩厚：两边墩取1.0m，缝墩取1.6m，中墩取1.2m。

③墩形：中墩采用半圆形，边墩采用方形。

④因孔宽9.5m，且平面闸门的水压力较大，会相应增加启闭机容量，所
以采用弧形闸门。

⑤采用两孔一联为拦河闸的形式，两孔一联和一单孔为冲沙闸的形式，因两孔一联，其结构布置匀称，基底压力偏心距小，整体性、抗震性均较好，可以有效减少不均匀沉降，且砼铺盖长度为20～30m，如果用三孔一联，砼铺盖长度已接近30m，铺盖过长会降低单位长度的防渗效果，所以综合上述因素，采用两孔一联。

5、求ε：
ε实=1-0.2[(n-1)δ0+δk]H0/nb
=1-0.2×[(20-1)×0.66+0.7]×6.21/182.06
=1-0.2×13.24×0.034
=0.91
6、验算实际过流能力：
Q=ε
实mσnb√2gH
3/2
=0.91×0.385×0.93×190/√2×9.8×6.213/2
=4241m3/s
∵4241m3/s＞4020m3/s ∴满足要求
7、验算校核情况下过流能力：
ht=37.87-32=5.87m
H=38.35-32=6.35m
K=A/x=(285+2×6.38)×6.38/（285+2×6.38×√1+22）=6.06 C=1/nR1/6=1/0.0225×6.061/6=60
V=C√RJ=60×√6.06×(1/2000)=3.3m3/s
H
=H+V2/2g=6.35+3.32/2×9.8=6.91m
由h
t /H
=5.87/6.91=0.85查出σ=0.96
Q=ε
实mσnb√2gH
3/2
=0.91×0.385×0.96×190√2×9.8×6.913/2
=5138m3/s
∵5138m3/s＞5000m3/s
∴满足要求
（二）、每孔宽度：
B
孔
=nb+10×1.6+9×1.2
=190+16+10.8
=216.8m
（三）、验算闸孔宽及河宽比：据《水闸》设计规范SD133-84知：
B河＞200m
B孔/B河=216.8/285=0.76＜0.85
B孔=216.8＜285×0.85
∵0.85为经验值
∴验算结果接近它就认为满足要求。

（四）、验算过闸单宽流量q：据《水利计算手册》查得[q ]=25m3/s.m ①通过设计流量时：
q=Q
设/B
孔
=4020/216.8=18.54m3/s.m＜25m3/s.m
②通过校核流量时：
q= Q
校/B
孔
=5000/216.8=23.06m3/s.m＜25m3/s.m
∴满足要求
三、闸顶高程：
根据规范，闸顶高程应满足下列两种情况：
泄水时：▽
顶=▽
设计洪水
+A
设
=37.74+1.0 =38.74m
▽
顶=▽
校核洪水
+A
校
=38.37+0.7 =39.08m
所以，应取▽
顶
=39.08m考虑，枢纽防洪应该和两岸顶一致，也可取为39.5m。

闸孔高度=39.5-32=7.5m.
四、闸门高度
由于闸门作用是在枯水期壅高水位供进水闸取水，所以▽
顶
应不低于36.0m，为了防止水流漫过闸顶，锈蚀闸门结构，门顶高程应该高于36.0m。

所以：▽
门顶=36.0+d
浪
=36.0+0.5
=36.5m
第二节拦河闸消能防冲设计
消能的方式与简单的设计内容：
方式：根据资料，河床抗冲能力较差，所以采用底流消能，消能工的形式采用挖深式消力池。

设计内容：池深d、池长L
K 、护坦厚t、海漫长L
漫
、防冲槽W、两岸护坡护
底及构造设计。

二、闸门的开启运用方式及操作规程
1、运用方式：对于20孔水闸有多种运用方式。

如：各孔同步均匀分级开启，隔孔对称均匀分级开启等。

2、规程应遵守：对称性（指孔数、开度、对称性）、均匀性、分级开启（指每级开度一般不超过半米，与流量等因素有关）。

三、消能防冲设计条件：（d、L
K 、t、L
漫
、t
p
等不利情况的确定）。

（一）池深d:
1、不利情况:按照水利学水跃理论，闸下泄Q产生远驱水跃，需设d，当h
c -h
t
差最大时，d 最大，最不利，所以d的设计条件指h
c -h
t
最大时。

2、设计要求：对于最不利情况设计d，使下泄水流过池内发生稍淹淹没没水跃，使初始水面衔接满足：
σh c''=(d+ht+△z)/ h c''=1.05～1.1
△z与池内水量有关系。

式中：h
c
''——跃后水深。

h
c
——下游水深。

d——池深。

σ——淹没安全系数。

△z——消力池出口处水面落差。

（二）池长L
K
：
1、不利利情况：挖池深d以后，按1:3～1:4边坡与底板连接，据实验结果，池内水跃始断面在斜坡末端，池内水跃长度是自由水跃长度的0.7～0.8倍。

L K =（3～4）d+(0.7～0.8)L
j
所以，最不利的情况是自由水跃L
j
最大时。

2、计算公式：L
j =6.9(h
c
＂-h
c
)
式中：L
j
——自由水跃
h
c
——收缩水深
根据经验，当通过最大流量时，L
j
最大。

（三）护坦厚t：
1．计算公式：按抗冲要求t=k√q′√△H
式中：k—经验系数，取0.175—0.2
q′—入消力池单宽流量
△H—上、下游水位差
2．不利情况：q′√△H最大时是最不利的情况。

（四）海漫长L
漫
1．计算公式：按抗冲要求：
L
漫
=K √q′√△H
式中：k——海漫长度计算的经验系数，取12。

q′——出池的单宽流量。

△H——上、下游水位差。

2．不利情况：q′√△H最大时是最不利的情况。

（五）冲刷坑深：
1．计算公式：t
p
=1.1q′/[V]
式中：q′——出池的单宽流量。

[V]——下游河床流量，取0.8m/s---1.0m/s .
2.不利情况: q′最大时是最不利的情况.
四、d、L
k 、L
漫
、t等不利情况与水闸计算工况及闸门开启方式之间的关系.
（一）关系：
1．d、L
k 、L
漫
、t等不利情况可能发生在某一种工况下，某一种闸门的开启
方式下的某一个开度下。

2．d、L
k 、L
漫
、t等不利情况没有同步性，d最不利不一定就是Lk、L
漫
、t
等的最不利情况。

（二）计算内容：
应该是对于每一种的闸门开启方式下的每一个开度进行计算，对最不利情况进行计算。

五．本设计采用计算工况及闸门开启方式：
本设计只对于一种工况及一种闸门开启方式来计算。

1．计算工况：选校核洪水
对应的上游水位▽
上=38.38m.▽
下始
=33.6m.
闸门的初始开度:e
=0.3m
Q=uenb√2gH
2.闸门的开启方式:
各孔闸门是同步分级均匀开启,每级开度可以取e
=0.3m—0.5m。

六、计算公式：
（一）求各开度下的流量：
1．孔流：e/H＜0.65
Q= uσenb√2gH
式中：u——流量系数.
σ——淹没系数.
e——开度.
nb——净宽.
H
——堰顶全水头.
h t ＞h
c
″(淹没出流). h
t
＜h
c
″(自由出流) σ′=1.
2.堰流: e/H＜0.65
Q=εmσnb√2gH
3/2
式中: ε——侧面收缩系数.
m——无侧面收缩的流量系数.
σ——淹没系数.
nb——净宽.
H
——流速水头.
h t ＜0.8H（自由出流） h
t
≥0.8H(淹没出流)
（二）单宽流量q:
1.入池流量q:
q=Q/B
孔
2．出池流量q′:
q′=Q/B
河宽（三）求跃前跃后水深：
1．跃前水深：
h
c
=ε′e
式中：ε′——垂直收缩系数. e——开度.
2.跃后水深：
h
c ″=h
c
√1+8aq2/gh
c
3-1/2
式中：q——入池流量
h
c
——跃前水深
(四)临界水深h
k:
h
k
=3√q2/g
(五)求下游水深h
t
:
①先求出流量模数：k
=Q/√i
②再求出B
河2.67/nk
.推出h
t
.
(六)自由水跃L
j
:
L
j =6.9(h
c
″-h
c
)
(七)护坦厚t:
t=k √q √△H
式中:k ——经验系数，取0.175---0.20.(中小型取小值). q ——入池单宽流量. √△H ——上、下游水位差. （八）求海漫L 漫
L 漫=K √q ′√△H
式中：K ——海漫长度计算系数，取12。

q ′——出池单宽流量。

（九）冲刷坑深度tp: tp=1.1q ′/﹝v ﹞
式中： q ′——出池单宽流量。

﹝v ﹞——河渠土壤允许平均流速，取1.0m/s. 七、计算方法和步骤
1、可以列表来计算不利情况。

（见表3-1）
表3-1
Q max =5000m 3
/s (h c ＂-h t ) max =1.337m Lj max =23.58m t max =0.747m L 漫max ＝41.783m t pmax =19.25m 2.根据下列不利情况d 、L k 、t 等 八、计算结果：由表3-1知：
t max =0.747m 取 t max =0.7m t pmax =19.25m 取t pmax =19m
Lj
max =23.58m 取 Lj
max
=24m
L
漫max ＝41.783m 取 L
漫max
＝42m
(h
c ＂-h
t
)
max
=1.337m 取(h
c
＂-h
t
)
max
=1.34m
所对应的h
c ＂=40417m h
t
=2.81m q=7.843m3/s.
九、求池深d:
由表3-1知：Ht
max /H
kmax
由《水力学》附录表查得
d=0.92m 十、求池长L
k
:
L
k =(3～4)d+(0.7～0.8) Lj
max
=3×0.92+0.7×24
=19.56m
十一、布置海漫：
1．海漫的作用：
海漫能够削减水流剩余流量，使水流均匀地扩散，调整流速分布，减小底部冲刷。

2．海漫布置：
海漫的布置一般接消力池，前面宜设置5～10m有水平段。

（取10m）。

首端适当加厚，为了加大水深减小流速，接水平段向下游砌筑1：10的斜坡，海漫全长42m.
3.构造设计：（见图3-1）
①使用材料：水平段的流速较大，冲刷能力强，故水平段采用浆砌石砌筑，斜坡段采用干砌石砌筑。

②厚度0.3～0.5m 取0.4m
③垫层：为了改善地基应力和排水能力，采用碎石垫层10～15m, 取10cm.
4.两岸的护坡材料，厚度、垫层都与河底海漫相同，护坡顶伸到岸坡内0.5m，护坡底做齿墙。

十二、冲刷坑
从槽顶算起冲坑深：t
冲=t
冲max
-h
t
″
h t 由表3-1所对应的t
冲max
得出：h
t
=5.87m
Δ=L海漫/10=42/10=4.2m
h
t
″=5.87+4.2=10.07m
t=19.25-10.07=9.18m
十三、冲坑上游需要堆石面积：
W
石=δ√t
冲
2+（mt
冲
）2
式中：m——冲刷坑上游边坡系数，取3。

δ——护坡堆石厚，取0.5m。

W
石
=0.5√9.182+(3×9.18)2
=0.5×29.03
=14.51m2
十四、防冲槽（见图3-2）
设h
槽=1～2m，取h
槽
=2m
b
槽=（1～2）h
槽
，取b
槽
=1×2=2m
上游坡度：m
1=2～3，取2。

下游坡度：m
2
=3
W
槽
=﹝（2×2+4+3×2）+4﹞/2×2=18m2
∵W
槽=18m2＞W
石
=14.51m2
∴满足要求。

十五、构造要求
（一）消力池：（见图3-3、3-4、3-5）
1、材料：采用砼C15
2、分缝：顺水方向分缝，缝距20～30m，位置不可在孔内。

3、排水：护坦上设排水孔，直径5～10cm，间距1～2m，交错布置，成梅花状布置。

（Ф取7cm，а取2m），下游设反滤层，粒径5～10cm，厚0.5m。

4、尾水坎：高程：▽=32m或▽=32.5m
厚度：与护坦末端相同或稍薄。

（二）、防冲槽：（见图3-6）
内设堆石，粒径20～30cm。

（三）、护坡
海漫防冲槽段内的护坡与底相同，槽末以后护坡长(4～6)H.。

第四章拦河闸结构布置
一、闸门
（一）型式尺寸
1、型式：因为跨度大于8～10米，所以采用双主横梁式弧形钢闸门。

2、尺寸：宽×高=9.5×4.5m
（二）面板支承结构：支臂、肢杆二支，支承右横梁，底梁距闸底处等于0.1～0.2倍的门高（取0.9m），顶横梁距闸顶处等于0.4倍的门高（取1.8m），吊耳在底横梁处。

（三）支铰高程：取高于下游最高水位约0.5m。

∴37.74+0.5=38.24m
（四）支臂长度：取1.1～1.5倍门高。

此处为8m。

（五）牛腿尺寸：宽：0.5～0.7m,取0.6m。

长：0.8～1.0m,取1.0m。

斜率为：1﹕2.5～1﹕3.5,取1﹕3.5。

（六）支臂与门面板连接：采用斜撑式连接，悬臂长为b/5，取1.9m。

（七）支撑铰：支撑铰采用圆锥铰。

（八）弧门自重：∵B≤10m, ∴G=k
c ×k
b
H0.42B0.33H
s
式中：B——孔口宽度。

B=9.5m.
H——孔口高度。

H=39.5-32=7.5m.
H
S ——设计水头。

H
S
=38.35-32=6.35m.
K
C ——材料系数。

普通低碳钢K
C
=1.0，低合金K
C
=0.8.此处K
C
=1.0
K
b ——孔口宽度系数。

5m≤B≤10m，K
b
取0.472。

G=K
C K
b
H0.42B0.33H
s
=1.0×0.472×7.50.42×9.50.33×6.35
=14.67吨
（九）止水布置：
1、侧止水：采用P型橡皮止水，止水挤压宽b′=6～10cm。

长为面板弧曲线长，个数2个。

2、底止水：采用胶木，橡皮均可。

长度等于闸门的宽度。

二、启闭机：取3倍的门重。

（主要参数见表4-1，4-2，图4-1）
F
Q
=3×14.67=44.01吨表4-1
表4-2
二、闸墩
（一）、墩头形状、厚度见第三章第一节。

（二）、闸门布置：
1、工作闸门
2、检修闸门：平面叠梁式闸门。

3、两门间距：1.5～2.0m.
（三）、检修桥：宽1.5～2.0m.
（四）墩长：要满足布置检修桥、工作桥（3～ 5m）、交通桥（9 m）要求。

（五）、墩顶高程：
1、检修桥：39.5 m
2、工作桥：要满足两项要求：①闸门全开，底缘高出上游最高洪水Δr+超高（0.1 ～0.2）；②闸门全开，顶缘要低于工作桥纵梁底部0.5 ～1 m。

3、交通桥：▽39.5m。

也可放低一点。

三、工作桥（见图4-2）
（一）总长：L总=nb+∑d
z +∑d
f
+2d
B
=190+9×1.2+10×1.6+2×1 =218.8m
（二）工作桥跨度：1、中孔：L
0=2b+d
z
+d
f
=2×9.5+1.2+1.6 =21.8m
2、边孔：L
0=b+d
B
+d
f
/2
=9.5+1+1.6/2
=11.3m
（二）桥结构型式：由于L
＞8～10m，所以采用梁式双T型式。

（四）尺寸：1、宽度：一般为3～5m，取4.5m。

2、高度：h
L =(1/8～1/10)L
=1～1.2m ，取1.0m。

（五）桥面高程：43.0+1+0.2=44.2m
四、交通桥（见图4-3）
（一）宽、长及L
同工作桥。

（二）结构型式：5T型梁式桥，纵梁门间距是1.5～2.0m，取1.6m。

（三）高度：h
交=（1/8～1/10）L
=1.3～1.5 取h
交
=1.5m
（四）人行道：单侧宽0.8m，栏杆0.2cm，高出行车道0.2m，栏杆高1.0m。

（五）路面：高铺装，砼采用C
20
，厚6～8 cm，取8 cm。

（六）横坡：i=1.5 ～2.0％，取i=2％。

（七）纵坡：i=2.0 ～3.0％，取i=3％。

两侧在行车道边缘每隔10 m设排水孔。

五、便桥（见图4-4）
（一）总长：跨度同工作桥。

（二）结构型式：双T型梁式桥。

（三）桥高：h
便=(1/8 ～1/10)L
=1.1 ～1.4m，取h
便
=1.2m
（四）桥面高程：39.5+h+铺层厚，碎石厚0.1m
=39.5+1.2+0.1=40.7m
则：▽
桥面
（五）铺层：碎石，厚0.1m。

（六）栏杆：高取1.0m。

六、底板
（一）结构型式：整体式平底板。

（二）底板厚：t=(1/5 ～1/8)b=1.2 ～1.9m，取1.5m。

（三）齿墙：（见图4-5）
第五章拦河闸的防渗排水设计
第一节地下轮廓线设计
一、设计要求：地下轮廓线长满足L
1-14
＜CH
其中：C——粗砂。

取C=4.5。

H——最大的水位差。

（指闸上、下游）取引水时H=36-32=4.0m ∴CH=4.5×4=18 m
L
1-14
=1+0.5×2+0.7×4+13+1+1×2+15+2=37.8m
∵L
1-14
=37.8＞CH=18m ∴满足设计要求。

二、型式（见图5-1）
1、材料：钢砼铺盖。

铺盖+底板防渗
2、尺寸：长：（2 ～4）H ，H=4.0m，取长=16 m
齿墙为（0.8 ～1.0）m，取1.0m，底板长取18 m
3、垫层：采用砼C5，铺盖与底板各设10 cm。

第二节渗透计算
一、内容：1、底板下渗透压力分布图形。

2、形验算溢出坡降小于允许坡降值。

3、验算J
x ≤〔J
x
〕
二、方法：采用直线法。

三、计算步骤：1、先作渗压水头分布图。

（见图5-2）
2、底板下的渗透压力分布图。

（见图5-3）。