水闸课程设计

中墩采用钢筋混凝土结构，根据设计规范 SL265-2001,取中墩厚 d= m ,墩首、 墩尾均采用尖圆形。边墩厚度为 m ，墩首、尾采用半圆形。
根据拟定的闸孔尺寸净宽 B0 = m ，用设计情况进行检验。根据堰流公式：
0
Q实 0.860.740.385 29.813/2 9.6 = m3 / s
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
dm
1 .1
qm
v0
hm
海漫末端水
流量 Q
单宽流 qm
深 hm
v0
dm
设计洪水 校核洪水 根据计算防冲槽的深度太大，如按计算深度作为防冲槽深度、很不经济、施工也 困难。故取防冲槽深度为 m ，槽顶高程与海漫末端齐平，底宽取5 m 。上游边坡 系数为2，下游边坡系数为3。
第三章 水闸防渗及排水设计
第一节 防渗设施及闸底轮廓布置
=×[+（3-1）×]×9 = 净宽 B0 的第二次计算近似值为
=m
再将净宽 B0 的第二次近似值代入式中，可得 =，再次试算后仍得 =，计算
得出 B02 = m ,根据所给闸门的型号尺寸，则选择孔数 n=3，每孔净宽 b 0 = m ，则
闸孔总净宽 B0 =×3= m , 3.闸孔泄流能力校核
收缩水深： h c e
消能计算公式： h c1
T0
T0
T0
q2 2g 2
h
'' c
hc 2
1 8q 2 ghc3
1
b1 b2
0.25
出池落差: Z
q 2
q 2
2g 2hs' 2ghc''2
消力池长： Lsj = LS Lj 其中消力池与闸底板以 1:4 的斜坡段连接
门的开度拟分三级开启。第一级泄流量 m3 s ；待下游水位稳定后，开度增大至设
计流量 m3 s ；最后待下游水位稳定后，再增大开度至最大下泄流量 m3 s 。
开启 垂直 泄
收缩 流
高度
系数 量
e
Q
消力池尺寸计算表
消
单
力水
收缩 跃后 下游
宽
池池跃
流 量
水深
hc
水深
h
'' c
水深 流 态
hs
h c1
h '' c1
水流经过消力池，虽已消除了大部分多余能量，但仍留有一定的剩余动能， 特别是流速分布不均、脉动仍较剧烈，具有一定的冲刷能力。因此??护坦后仍需 设置海漫等防冲加固设施，以使水流均匀扩散，并将流速分布逐渐调整到接近天 然河道的水流形态。
（1）海漫的长度计算由式： Lp K s qs H
K s 为海漫长度计算系数，根据闸基土质为河床为细砂取 K s =，qs 为消力池出
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。
则： h c1
T0
T0
T0
=
=m
0.02 4.4 0.02
.4 0.02 4.4
h
'' c
hc 2
1 8q 2 ghc3
1
b1 b2
0.25
=
0.07
2
1
8 0.682 9.81 0.073
1
=m
水跃长度： Lj 6.9 hc'' hc = m 消力池与闸底板以 1:4 的斜坡段连接，
水跃长度： Lj 6.9 hc'' hc
h
' s
是出池河床水深
T0 是从消力池底板顶面算起的总势能
为水流动能校正系数取。β为水跃长度校正系数取。水跃淹没系数 0 =。
流速系数 0.95。 2．消力池深度 d 及消力池长度的计算
结论：通过计算上述计算可知，当闸孔开度为 m 时满足控制条件，其余两组 都不满足条件，根据下列计算：
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 B0
(1)在设计情况下： ①、上游水 H== m
②、下游水深 h s = m 、下泄流量 Q= m3 / s
则上游行近流速：
根据和断面尺寸：
V0=Q/A
A=﹙b＋ mH ﹚H =﹙18+×﹚×＝ m
其中 b 为河道宽：b=18 m
口处的单宽流量。 海漫长度计算表
流量 ( m3/s )
上游 水深 (m)
下游水 深
h
' s
(
m
)
q
（
s
m3
/s·m
）
H ( m )
Ks qs H
Lp (m )
计算取表中最大值 L p =24 m ，河床宽度为18 m 。
（2）海漫构造。海漫使用厚度45cm的块石材料，海漫起始段做10m 长的水平段 浆砌块石，其顶面高程与护坦齐平。水平段后做成1：10 的斜坡干砌块石，以使 河流均匀扩散，调整流速分布，保护河床不受冲刷。浆砌块石海漫上设排水孔， 干砌块石上设浆砌块石格埂。海漫底部铺设20cm厚的砂粒垫层。 2．防冲槽 海漫与下游渠道相交处，应设防冲槽，以保护海漫免受冲刷。按下列公式：
以下泄流量 Q= m3 / s 作为确定消力长度的计算依据。 （1）消力池力池深 依据 SL265-2001,附表,则计算出消力池的相关参数:
Z q2 q2 2g 2hs' 2ghc''2
=
0.72 1 2 9.8112 12
0.72 1 2 9.81 0.912
=m
其中
Z
为出池落差、
h
' s
为出池河床水深、
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 m。 （二）闸孔尺寸的确定
单孔宽度 b 0 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 B01 > B02 比较得，取净宽较大的值，则取 B0 = m 。
以上为 B0 的第一次近似值，据此可计算 的第二次近似值，按 hs H 0 =，及
闸墩边形状，查《水力学》，得 = ， =。侧收缩系数按式计算为：
水闸的地下轮廓是指水闸底板与地基的接触部分，由不透水和透水部分组 成，对于砂土层地基通常采用直板桩和铺盖增加防渗长度，地下轮廓的设计主要 包括底板，防渗铺盖，板桩等的设计。 1.底板
层序
高程（M）
土质摡况
I
细砂
II
—
组砂
III
粘土
闸址附近缺乏粘性土料，但有足够数量的混凝土骨料和砂料。闸基细砂及墙后回
填砂料土工试验资料如下表；
天然容重 饱和容重 内摩擦角 凝聚力 不均匀系数 相对密实度
细砂
22
0
12
砂土料
32
0
15
细砂允许承载力为 150KN/m2， 其与混凝土底板之间的摩擦系数 f=。
设侧收缩系数 =
v02 2g
H H1
hs
在设计情况下：
由公式
0
所以，在设计情况下
=m 在校核情况下：
=m 整理上述计算如下表
计算 情况
上游 水深
H
下游 水深
hs
流Байду номын сангаас Q
行进 行进 淹没 流量 侧收 流速 水 头 系 数 系数 m 缩 系 B0
б H0
数ε
设计 情况 下
校核 情况 下
2.闸孔孔数 n 及单孔净宽 b 0
m 为边坡比：m=1:
V0=Q/A ==0.793m/s H0=H﹢αv2/2 =﹢﹙2×﹚
（取α＝﹚
＝m
则 hs ==> H0
故属于淹没出流。
(2)校核情况： ①、上游水 H== m
②、下游水深 h s == m
③、下泄流量 Q= m3 / s
则上游行近流速： V0=Q/A
根据和断面尺寸： A=﹙b＋ mH ﹚H =﹙18+×﹚×＝93.02m2
深
d
长 度
长
Lj
q
L sj
远 离 式 水 跃 淹 没 式╲ ╲╲╲╲ 水 跃 淹 没 式╲ ╲╲╲╲ 水 跃
其中按以下公式计算 垂直收缩系数 与闸孔相对开度 e / H 有关，查《水力学》表9-8可得。
泄流量：Q= eB0 2gH
流量系数： 1 e H
消力池深度: d
0
h
'' c
hs'
Z
则:
=|（）/|×100％=％＜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 b 0 =，2 个中墩各 厚 d= m ，边墩厚度为 m ，闸孔总净宽 B0 = m ，闸室总长度 B=3×+2×= m 。
第二节 消能防冲型式
水闸闸门开启时，下泄水流具有较高能量，为防止高速水流及波状水跃的冲 击等不利作用，闸下应采取防冲措施。 （一）消能型式
为水流动能校正系数取。
则
d
0
h
'' c
hs'
Z
=×+
=m
则计算出消力池池深 d= m ，但为了稳定泄流时的水流，根据规范取池深 d= m 。
（2）消力池长度计算:
由前面的计算，以下泄流量 m3 / s 作为确定消力池长度计算的依据。略去行 进流速 v0，则：
根据公式
T0 H d =+= m
其中： q2 = 0..68 2 0.02 2g 2 2 9.81
单宽流量的上、下游水位差。 此结构按抗冲条件计算得:
t k1 q H
消力池底板厚度计算表
流量 上游水 ( m3 / s ) 深( m )
下游水 深
h
' s
(
m
)
q（ m3 /s·m ） H ( m )
t (m )
计算取最大值 t = ，故取消力池池底厚度取 t= m 。 （2）消力池构造 消力池一般可用浆砌石或混凝土建成，下设 m 的卵石垫层，透水底板设排水孔， 孔径 m ，孔距 2 m ，梅花状布置，底部设反滤层。为使出闸水流在池中产生水跃， 在消力池与闸底板连接处留一宽为 m 的平台，为了增强护坦班的抗滑稳定性在消 力池的末端设置齿墙，墙深 1 m ，宽为 m （三）防冲加固措施 1.海漫
Ls = dp =×4=2 m ，则消力池长度：
所以取消力池长度为 m 。 3．消力池底板厚度 t
Lsj = LS Lj =2+×= m
（1）消力池底板厚度，为减少作用于底板扬压力，消力池底板可以做成透水的， 始端厚度可按抗冲和抗浮要求确定。
抗冲
t k1 q H
抗浮
t
k2
U
W 1
PM
其中 k1 为消力池底板计算系数取， q 为消力池进口处的单宽流量， H 为相应于
其中 b 为河道宽：b=18 m m 为边坡比：m=1:
V0=Q/A ==0.86m/s
H0=H﹢αv2/2g =﹢﹙2×﹚ =m
﹙取α＝﹚
则 hs ==> , 故属于淹没出流。 H0
(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：
0
根据 hs ，查 SL-265-2001,附录，查得淹没系数 =，对无坎宽顶堰：m= 假 H0
(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 m ，总宽为 m 。
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 ，吹程公里。
第三节 工程综合说明书
设计。
(二) 水位流量资料
运用情况
上游水位（米）
下游流量（m3/s）
正常蓄水
0
设计洪水
校核洪水
下游水位流量关系见表 H 下(m)
Q(m3/S)
(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:，河底高
程米，两岸地面高程米。
(四) 闸基土质资料 闸基河床地质资料柱状图如图所示
水闸上、下游水头一般较低，下游一般为土基，宜采用底流式消能。因此， 消能设计的主要任务是确定下游消力池深度与长度，护坦型式与构造、海漫长度 与构造一集防冲槽等。 （二）消力池设计 1．消力池设计依据
当过闸流量不变，上游水位较高时往往是消力池设计的依据，而实际运行中， 流量却是变化的。因而，消能设计依据应是上游为较高水位、下游为较低水位时， 通过某一流量，下泄水流能量 E=γq△H 最大时，相应的数据即为消力池设计依 据。为了降低工程造价、确保水闸安全运行，可以规定闸门的操作规程，本次设 中孔开启。分别开启不同高度进行计算，找出消力池池深和池长的控制条件。闸