水闸设计计算

一、初步设计

兴化闸为无坝引水进水闸，该枢纽主要由引水渠、防沙设施和进水闸组成，本次设计主要任务是确定兴化闸的型式、尺寸及枢纽布置方案；并进行水力计算、防渗排水设计、闸室布置与稳定计算、闸室底板结构设计等，绘出枢纽平面布置图及上下游立视图。

二、设计基本资料

1. 概述

兴化闸建在兴化镇以北的兴化渠上，闸址地理位置见图。该闸的主要作用有：

防洪：当兴化河水位较高时，关闸挡水，以防止兴化河水入侵兴化渠下游两岸农田，保护下游的农田和村镇。

灌溉：灌溉期引兴化河水北调，以灌溉兴化渠两岸的农田。

引水冲淤：在枯水季节，引兴化河水北上至下游的大成港，以冲淤保港。

河

兴化镇

闸址位置示意图（单位：m）

2.规划数据

兴化渠为人工渠道，其剖面尺寸如图所示。渠底高程为，底宽，两岸边坡均为1:2。该闸的主要设计组合有以下几方面：

兴化渠剖面示意图（单位：m）

孔口设计水位、流量

根据规划要求，在灌溉期由兴化闸自流引兴化河水灌溉，引水流量为300m3/s，此时闸上游水位为，闸下游水位为；在冬季枯水季节由兴化闸自流引水送至下游大成港冲淤保港，引水流量为100m3/s，此时相应的闸上游水位为，下游为。

闸室稳定计算水位组合

（1）设计情况：上游水位，浪高，下游水位。

（2）校核情况：上游水位，浪高，下游水位。

消能防冲设计水位组合

（1）消能防冲的不利水位组合：引水流量为300m3/s，相应的上游水位，下游水位为。

（2）下游水位流量关系

下游水位流量关系见表

3.地质资料

闸基土质分布情况

根据钻探报告，闸基土质分布情况见表

根据土工试验资料，闸基持力层为坚硬粉质粘土，其内摩擦角ϕ=190

，凝聚力C=；天然孔

隙比e=，天然容重γ=m 3

，比重G=，变形模量0E =4

104⨯KPa ；建闸所用回填土为砂壤土，其

内摩擦角ϕ=260

，凝聚力C=0，天然容重γ=18KN/m 3

；混凝土的弹性模量E h =7

10.32⨯KPa 。

4. 闸的设计标准

根据《水闸设计规范》SL265-2001，兴化闸按Ⅲ级建筑物设计。

5. 其它有关资料

闸上交通

根据当地交通部门建议，闸上交通桥为单车道公路桥，按汽-10设计，履带-50校核。桥面 净宽为，总宽 ，采用板梁式结构，见图，每米桥长约重80KN 。

交通桥剖面图 （单位：cm ）

该地区“三材”供应充足。闸门采用平面钢闸门，尺寸自定，由于厂设计加工制造。 该地区地震烈度设计为6度，故可不考虑地震影响。

该地区风速资料不全，在进行浪压力设计时，建议取l l h 10 L 计算。

三、枢纽布置

兴化闸为无坝引水进水闸。整个枢纽主要由引水渠、防沙设施和进水闸等组成。 1. 防沙设施

闸所在河流为少泥沙河道，故防沙要求不高，仅在引水口设拦沙坎一道即可。拦沙坎高，底部高程，顶高程，迎水面直立，背流坡为1:1的斜坡，其断面见图

枢纽布置图

2. 引水渠的布置

兴化河河岸比较坚稳，引水渠可以尽量短（大约65m ），使兴化闸靠近兴化河河岸。为了保证有较好的引水效果，引水角取35°，并将引水口布置在兴化河凹岸顶点偏下游水深较大的地方。为了减轻引水口处的回流，使水流平顺的进入引水口，引水口上、下游边角修成圆弧形。引水渠在平面上布置成不对称的向下游收缩的喇叭状，见图3-1。

3. 进水闸布置

进水闸（兴化闸）为带胸墙的开敞式水闸。共5孔，每孔净宽5m 。胸墙底部高程为，闸顶高程为，闸门顶高程为。 闸室段布置

闸底板为倒∏型钢筋混凝土平底板，缝设在底板中央。底板顶面高程为，厚，其顺水流方向长16m 。

闸墩为钢筋混凝土结构，顺水流方向长和底板相等，中墩厚，边墩与岸墙结合布置，为重力式边墙，既挡水，又挡土，墙后填土高程为。闸墩上设有工作门槽和检修门槽。检修门槽距

闸墩上游边缘，工作门槽距闸墩上游边缘，胸墙与检修门槽之间净距为。

闸门采用平面滚轮钢闸门，尺寸为×。启闭设备选用QPQ-63卷扬式启闭机。工作桥支承为实体排架，由闸墩缩窄而成。其顺水流长，厚,底面高程，顶面高程，排架上设有活动门槽。

公路桥设在下游侧，为板梁式结构，其总宽为。公路桥支承在排架上，排架底部高程。

上游连接段布置

铺盖为钢筋混凝土结构，其顺水流方向长20m,厚。铺盖上游为块石护底，一直护至引水口。

上游翼墙为浆砌石重力式反翼墙，迎水面直立，墙背为1:的斜坡，收缩角为15°，圆弧半径为。墙顶高程为，其上设高的混凝土挡浪板。墙后填土高程为。翼墙底板为厚的钢筋混凝土板，前趾长，后趾长。翼墙上游与铺盖头部齐平。

翼墙上游为干砌块石护坡，每隔12m设一道浆砌石格埂。块石底部设15cm的砂垫层。护坡一直延伸到兴化渠的入口处。

下游连接段布置

闸室下游采用挖深式消力池。其长为,深为。消力池的底板为钢筋混凝土结构，其厚度为。消力池与闸室连接处有1m宽的小平台，后以1:4的斜坡连接。消力池底板下按过滤的要求铺盖铺设厚的砂、碎石垫层，既起反滤、过渡作用，又起排水作用。

海漫长24m，水平设置。前8m为浆砌块石，后16m为干砌块石，并每隔8m设一道浆砌石格埂。海漫末端设一构造防冲槽。其深为，边坡为1:2。槽内填以块石。由于土质条件较好，防冲槽下游不再设护底。

下游翼墙亦为浆砌石重力式反翼墙。迎水面直立，墙背坡度为1:，其扩散角为10°，圆弧半径为。墙顶高程为，其上设高的挡浪板，墙后填土高程为。下游翼墙底板亦厚钢筋混凝土板，其前趾长，后趾长。翼墙下游端与消力池末端齐平。

下游亦采用干砌块石护坡，护坡至高程处。每隔8m设一道浆砌石格埂。护坡延伸至与防冲槽下游端部齐平。

四、水力计算

水力设计主要包括两方面的内容,即闸孔设计和消能设计。

1.闸孔设计

闸孔设计的主要任务:确定闸室结构形式、选择堰型、确定堰顶高程及孔口尺寸。

闸室结构形式

该闸建在人工渠道上,故宜采用开敞式闸室结构。