水闸设计

第一章设计基本资料

1.1 工程任务和效益

W河水闸仅次于W河与其支流Y河的交汇处下游的200米的位置。该闸是结合河道治理发展灌溉一个拦河水闸枢纽工程。闸上游控制流域面积360平方公里，利用该闸控制水位可灌溉20万亩农田，同时结合河道治理，要求除涝标准为五年一遇的拦洪任务和二十年一遇的排涝任务，排放水量通过水闸排入下一级排水河道内。

1.2 基本资料

1.2.1水文规划资料

1.五年一遇规划设计除涝流量193M3/S，按加大10%

作为本闸Q设=212 M3/S，水闸建成后相应的闸下游水位为39.9米，要求泄洪时闸室上、下游允许上游水面壅高▽h≤0.1米。

2.二十年一遇洪水流量作为校核流量Q校=425 M3/S，

闸上游相应水位41.6米，闸上、下游水位差▽h≤0.2米。

3.正常灌溉水位41米，自闸址处至下级排水河道长

度500米，在次段内无用水要求。

4.治理后闸址处的水位流量关系列表如下：

水位流量关系表

1.2.2闸址处地形情况

W河原河道过水段面较小，不能满足排涝和排洪要求，需将原河道扩宽加深，经治理后闸址处河底高程为36m，河道的底宽扩宽为50m。边坡1：2.5，河两岸地势平坦，地面高程为43m，且河道平直。

1.2.3闸址处地址资料

据当地农民在闸址附近挖井所得资料和取土试验资料推断确定在地表以下10m内为均一黏土层，土层内含有少量僵石。10m以下局部有砂层出现，但主要是亚黏土。

土的物理软力学性质指标确定如下：

1.土壤湿容重为19KN/m3，浮容重10KN/m3。

2.土壤内摩擦角采用ψ1=16°，粘聚力C=10KN/m2。

3.地基允许承载力采用[ζ]=120KN/m3。

4.摩擦系数采用f=0.25。

5.土壤的压缩模量E0=1×104KN/m2。

6.反滤料内摩擦角ψ2=30°。

1.2.4天然建筑材料

1.石料：本地区为平原地区，缺乏石料，需至距本地西面120千米处设采石运料。

2.砂料：在本闸以北的河道中有丰富的砂源，运距5km，多为中、细纱。

3.砖：本地烧制普通砖，但不能作水下结构。

1.2.5施工条件

本闸为乡办工程，基本上由民工施工，但本地区历年来建闸较多，群众积累了丰富的一般施工经验。

闸址处对外交通比较方便，距省级公路4公里，施工所需三材（钢筋、水泥、木材）均从就地的物资供应部门购买，运距均10km以内。

供施工用电由工地附近的电网直接供应（距离2KM）。

施工风、水，在施工现场可就地解决（本着节约的原则来设供风供水系统）。

1.2.6其他

1.计算风速为19m/s，计算风压W00.35KN/m2。

2.工作桥和工作便桥的人群荷载考虑。

取q1=0.2KN/m2，交通桥人群荷载q1=0.3KN/M2。

1.3设计标准

1.工程等级：根据规划定为Ⅲ等，工程规模为中型。

2.闸室抗滑稳定安全系数：根据规范要求，基本荷载组合时不能少于1.20；特殊组合不小于1.05。

3.交通桥：按四级公路桥设计，桥面净宽为

4.5m，两侧人行道各宽0.75m，桥面荷载为—10级。

第二章闸室基本形式和孔口尺寸的确定

2.1选择闸址和确定闸轴线并确定水闸基本形式的一般原则

闸址的选择应根据水闸所承担的任务和目的，经综合考虑地形地质条件和水文条件、施工等因素，通过技术经济的比较，选定最佳方案。本设计拦河闸枢纽工程建在河床稳定、水流顺直的河段上，闸的上下游各有100米左右的平直段。闸中心线选在桩号为WZ0+200.00处。

2.1.1建闸的目的

该闸是结合河道治理发展灌溉一个拦河水闸枢纽工程。闸上游控制流域面积360平方公里，利用该闸控制水位可灌溉20万亩农田，同时结合河道治理，要求除涝标准为五年一遇的拦洪任务和二十年一遇的排涝任务，排放水量通过水闸排入下一级排水河道。

2.1.2确定水闸的基本形式

1、闸室结构形式分为：开敞式和封闭式两种。开敞式水闸又分

为：有胸墙和无胸墙两种，前者用于上游水位变幅较大，水闸净宽又为低水位过闸流量所控制，在高水位时上需用闸门控制流量的水闸。后者用于上游水位变幅不大或有通航、排冰、排污等特殊要求的水闸。由于本设计上游水位变幅不大，故采用开敞式无胸墙形式的水闸。

2、水闸按过水流量大小将水闸分为大、中、小水闸。过闸流量

在1000米3/秒为大型水闸，在100~1000米3/秒的为中型水闸，小于100米3/秒的为小型水闸。本设计流量在100~1000米3/秒之间，所以确定本闸为中型水闸。

2.2确定闸孔型式与尺寸的方法和步骤

2.2.1闸孔形式

常用的闸孔形式有宽顶堰、低实用堰和孔口泄流三种。宽顶堰是水闸中常用的一种形式。它有利于泄洪、排沙、排污、排冰、通航，且泄流能力比较稳定，结构简单，施工方便，但泄流时流量系数较小，容易产生波状水跃。本设计考虑要用泄流能力比较稳定，结构简单，施工方便的，固选用宽顶堰为闸孔形式。

2.2.2闸底板形式

闸底板形式采用平地板。因本工程为中型水闸，闸室工程量较大，所以适当降低底板高程是有利的。故闸底板高程与河底齐平，高程为36.00m。

2.2.3闸室分孔及孔宽确定

1.判别流态

由设计资料可知，经治理后闸址处河底高程为36m，河道的底宽扩宽为50m。边坡1：2.5，河两岸地势平坦，地面高程为43m。闸下游水

深为hs=39.9米，允许上游水面壅高▽h≤0.1米。所以上游设计水深为h0=39.9+0.1=40.0m。

上游总水头H0=h0+v02/2g，

其中，v0=Q/A，A=（b+mh）h，Q由设计资料可知为212m3/s，b=50m，m=2.5，h= h0=4.0m。所以可得：

v0=Q/［（b+mh）h］=212/［（50+2.5×4.0）×4.0］=0.883m/s H0= h0+v02/2g=4.0+0.8832/19.6=4.04m

根据宽顶堰的淹没条件hs/H0是否大于0.8，可判断是否为淹没出流。

由于hs/H0=3.9/4.04=0.965＞0.8，故为淹没出流。

2.计算闸孔宽度

根据水流成堰流时的水利公式：

B0=Q/［ mεб（2g）1/2H03/2］

式中：Q—设计流量，m3/s；

B0—闸孔总净宽，m；

H0—计入行进流速水头在内的堰顶水头，m；

б，ε，m—淹没系数、侧收缩系数和流量系数，

g—重力加速度，m/s2。