水闸水利计算和防渗设计 正文

H 4.70 1.78 2.92m C 根据查表 1—7 得 c4 L CH 4 2.92 11 .68m
3．1．2 闸基防渗排水布置 粘土地基不易发生管涌，但摩檫力较小。故防渗布置应以降低闸基渗透压力，提高闸 室的抗滑稳定性为主要目的。粘土地基不打入板桩，以免破坏粘土的天然结构，造成集中 渗流，因此防渗设施多采用不设板桩平铺式布置。排水设施一般紧领闸底板布置，必要时 可移到闸底板下，以降低底板上的渗透压力，加速地基土固结。见图 3-1
B
其中：
0
0

Q
m 2 g H 0
3
（2—3）
B ——表示闸孔总净宽，m;
Q ——表示闸流量，m3/s；
H
0
——表示计入近流速水头的堰上水深，m;
m ——表示堰流量系数可采用 0.385
——表示堰流侧收缩系数
b
s
0
——表示每孔净宽，m;
b ——表示上游河道一半水深处的宽度，m;
——表示堰流淹没系数
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引水梁 拦沙坝 胜利河
图 2-2 前进闸挡沙坎示意图
2．1．3 沉沙池 沉沙池一般布置在进水闸后适当的地方，通常是将干渠断面加宽加深而成。本渠道中 在前进闸后不远处， 任选一处土质不好处开挖， 在此闸底版高程低 0.5m 处， 宽度不必加宽。
2．2 水利计算
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1．7．8 渗径系数表格资料
表 1-9 渗透系数 K 值 土的类别 粗砾 砂质砾 粗砂 粗质砂 K 10o~5×10-1~ 10-1×10-3 5×10 ~10
-2 -2
(单位 cm/s) K 10-4~10-8 10-6~10-7 10-6~10-8 10-6~10-16
至红星港 闸管所 前进闸
进镇前西
前 进 镇
图 2—1 引水角度示意图
2．1．2 拦砂坝 拦沙坎布置在取水口的前缘， 坎的断面形状多为 “Γ” 形， 坎顶高出渠底约为 0.5-1.0m。 取水口前缘设置拦沙坎后，可使底层水流宽度减少，表层水流宽度增加，从而减少入渠的 泥沙。本设计拦沙坎坎高程约为 0.5m。 （依据安徽水利职工大学，刘家麟主编的〈 〈水工建 筑物〉 〉290 页第八章第二节） 。
2．2．1 前进闸孔口尺寸的确定 红旗渠底高程有图 1—2 可知 H=-0.5m，干渠底宽为 50.0m，边坡 1：2 根据灌溉临界期 有两个：一个是在春灌溉时期，取水口以下的闸前进水位是 1.86m，闸下游水位为 1.80m， 引水流量是 320 m3/s，冬季枯水季节，引水流量是 100 m3/s，闸前水位 1.44m,闸下游水位 为 1.38m，两个时期的引水都不大，引水口处河岸降落值可忽略不计。
表 1-5 灌排渠系建筑物级别分配 建筑物级别 过闸流量 （m3/s） 1 ≥300 2 300-100 3 100-20 4 20-5 5 ≤5
1．7．4 堰流淹没系数资料表格（选自 SL265-2001 实施指南）
表 1-5ε值 ｂ0/ｂs ≤0.2
0.3 0.911
0.4 0.918
0.5 0.928
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3．2 闸基渗流计算
闸基渗流计算的任务是计算闸底板所受的渗透力和验算地基土的抗渗稳定性。计算方 法有全截面直线分布法和该进阻力系数法。本设计采用全截面直线分布法。 因为前进闸闸底处是坚硬粉质粘土，所以不用本桩帷幕灌浆，所以闸底扳面上游端的 渗透压力作为三角形的形成分布。所 3-2 所示。
1:2
1:2
图 2-3 引水渠平面示意图 (1)渠首闸的闸孔计算：根据闸基土质反干渠渠底高程等条件，选用宽顶堰型平底版， 并置堰顶高程于-5.2m。 (2)由上部提示，已知过水断面面积公式：
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A (d 1 d 2) h1
1 2

（2—1）
式中
A ——表示过水断面面积,㎡;
1．2 地质资料
1．2．1 闸基土质分布情况如下表所示
表 1-1 闸基土层分布 层序 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 高程(m) 5.75—-3.60 -3.60—-5.30 -5.30—-21.0 土质概况 重粉质壤土 松散粉质壤土 坚硬粉质粘土 标准贯入击数(击) 9-13 8 15-21
1．2．2 闸基土工试验资料 根据土工试验资料，闸基持力层坚硬粉质粘土的各项参数指标为：凝聚力Ｃ =60.0kpa；内摩擦角 =19°；天然孔隙比 e=0.6g；天然容重 r=20.3KN/ m3。建闸所用 回填土为啥壤土，其内摩擦角 =26°，凝聚力 C=0。天然容前 r=18KN/ m3。
d ——表示水面宽度，m;
1
d
2
——表示渠底宽度，m;
h ——表示渠中水深上游，m;
1
其 d1 根据图 1—2 可知；
d =cos30°×1.86×2﹢50
1
=53.08 m 则 A =91。74 ㎡ （3）红旗渠中流速
Q A
V
故 （4） 闸孔总净宽
0

（2—2)
V
0
=3.16m/s
根据 2005 版水利水电出版的《水工建筑物》中选取
0.6 0.940
0.7 0.953
0.8 0.968
0.9 0.983
1.0 1.000
ε
0.909
1．7．5 堰流淹没系数资料表格（选自 SL265-2001 实施指南 232 页）
1-6σ值宽顶堰 ｈs/Ｈo σ ｈs/Ｈo σ ≤0.72 1.00 0.93 0.77 0.75 0.99 0.94 0.74 0.78 0.98 0.95 0.70 0.80 0.97 0.96 0.64 0.82 0.95 0.97 0.61 0.84 0.93 0.98 0.55 0.86 0.90 0.99 0.47 0.88 0.87 0.995 0.36 0.90 0.80 0.998 0.19
此时相应的水位为：闸上游水位为 1.44m；闸下游水位为 1.38m。
1．5．2 闸身稳定计算水位组合 (1)设计情况：上游水位 4.3m，浪高 0.8m，下游水位 1.0m。 (2)校核情况：上游水位 4.7m，浪高 0.5m，下游水位 1.0m。 1．5．3 消能防冲设计水位组合 根据分析，消能防冲的不利水位组合是：引水流量 300m3/s，相应的上游水位 4.7m， 下游水位 1.78m。 1．5．4 下游水位流量关系
表 1-4 平原水闸工程等级 工程等级 规模 最大过流量 （m /s） 防护对象的 重要性 特别重要 重要 中等 一般 一般
3
Ⅰ 大（1）型 ≥5000
Ⅱ 大（2）型 5000-1000
Ⅲ 中型 1000-100
Ⅳ 小（1）型 100-200
Ⅴ 小（2）型 < 20
1．7．3 灌排渠系建筑物级别分配
表 1-2 下游水位流量关系 Q（m3/s） H（m） 0.0 1.0 50.0 1.20 100.0 1.38 150.0 1.54 200.0 1.66 250.0 1.74 300.0 1.78
1．6 闸的设计标准
根据《水闸设计规范》SI265—2001（以下简称 SI265—2001） ，前进闸按 III 级建 筑物设计。
1．7．7 两段允许渗流坡降{J}值
表 1-8 两段允许渗流坡降{J}值 低级类别 分 段 水 平 段 出 口 段 0.52-0.3 0 0.30-0. 35 0.35-0. 40 0.40-0.4 5 0.50-0. 55 0.40-0. 50 0.50-0. 60 0.60-0. 70 0.70-0. 80 0.80-0. 90 0.052-0. 07 0.07-0. 10 0.10-0. 13 0.132-0. 17 0.22-0. 28 0.15-0. 25 0.30-0. 40 0.30-0. 40 粉砂 细砂 中砂 中砾砂 粗夹砂 砾壤土 壤土 轻壤土 坚硬粘 土 0.40-0. 50 极硬粘 土 0.50-0. 60
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1 基本资料
1．1 背景资料
前进闸建在前进镇以北的红旗渠上，该闸的作用是： 1．1．1 防洪：当胜利河水位较高时，关闸挡水，以防止胜利河的高水入侵红旗渠 下游两岸的低田，保护下游的农田和村镇。 1．1．2 灌溉：灌溉期引胜利河氺北调，以灌溉红旗渠两岸的农田。 1．1．3 引水冲淤：枯水季节，引水北上至下游的红星港，以冲淤保港。
土的类别 粘壤土 淤泥土 粘土 均匀富粘土
2×10-3~10-4
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2 枢纽布置和水力计算
2．1 枢纽布置
2．1．1 引水角度 引水角是进水闸的中心线与河道水流所形成的夹角。一般为锐角，许多试验证明引水 角在 30°- 90°范围变化时，入渠泥砂最大相差不超过 5％-15％，影响不大通常为了使 水流平顺，增大引水流量，以及减轻对下唇的冲刷，引水角应尽量减小，一般采用 30°45°。 本设计采取 4°， 是不对称的喇叭口状。 （依据安徽水利职工大学 刘家麟主编的 〈 〈水 工建筑物〉 〉290 页第八章第二节） 。
1．3 气象资料
1．3．1 气象资料不全
1．4 三材情况
1．4．1 该地区“三材”供应不足。闸门采用平面钢闸门，尺寸字定，由工厂设 计，加工制造。
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1．4．2 该地区地震设计烈度为 6 度，故不可考虑地震影响。
1．5 基本水文资料
1．5．1 孔口设计水位、流量 根据规划要求，在灌溉期前进闸自流胜利河水灌溉，引水量为 320 m3/s 。此时相 应的水位为：闸上游水位为 1.86 m；闸下游水位为 1.80 m。 枯水季节冬季， 由前进闸自流引水送至下游的红星港冲淤保港， 引水流量为 100 m3/s。
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1．7．6 渗径系数表格资料（选自 2001〈 〈水工建筑物〉 〉142 页）
表 1-7 渗径系数值 C 值 排水 条件 粉砂 细砂 中砂 粗砂 地基类别 中砾 细砂 有反 滤层 无反 滤层 ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ 7-4 4-3 13-9 9-7 7-5 5-4 4-3 中砾夹砾 石 3-2.5 轻粉质 砂壤土 11-7 轻砂 壤土 9-5 5-3 3-2 壤土 粘土
hs 0.74 H0
则可知前进闸的流态是属于适度淹没的堰流流态。 由前进闸是在平原区，三级建筑物等，可以初步拟定前进闸的闸孔。 净宽为 10m， 则 b0 =10m。
b =51.54m
s
(已知求得)
故
b / b =0.194<0.2
0 s
所以根据表 1—5 查表可得到
=0.909
又
hs 0.74 H0
1．7 水闸设计应用表格资料
1．7．1 闸身稳定计算水位资料
表 1-3 闸身稳定计算水位资料 设计情况 1 设计情况 2 上游水位 4.3m 上游水位 4.7m 浪高 0.8m 浪高 0.5m 下游水位 1.0m 下游水位 1.0m
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1．7．2 水闸建筑等级分配标准
g ——表示重力加速度，取 9.81m/s 2 ;
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N——表示闸孔数
d
z
——表示中闸墩厚度，m;
h ——表示由堰顶算起的下游水深，m。
s
V H 0 H 20g 1.78 0.57 2.29m
2
h =1.72m
s
(由堰顶高程与水位得到下游) 故 0.65<0.76<0.9
L CH
（3-1）
式中
L ——表示闸基防渗长度，即闸基轮廓线防渗部分水平段和垂直段长度的总和，m； C ——允许渗径系数值， （依据 汤能见主编《水工建筑物》2005 年 8 月 第一版 第
五章 第四节 142 页）
H ——上下游水位差，m。
铺盖
止水铜片
底板
消力池
海漫
防冲槽
图 3—1 水闸地下轮廓示意图
故表 1—6 可得到
=0.990
m =0.385
(已知)
综合上述可以得到
B
0

290 0.990 0.909 0.385 2 9.81 2.433
54.00(m)
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3 水闸的防渗排水设计
3．1 闸基防渗长度及地下轮廓线布置
3．1．1 闸基防渗长度的确定 在上下游水位差的作用下，上游水从河床入渗，绕过上游铺盖、板桩、闸底板经过反 滤层由排水孔排水至下游。其中铺盖、板桩和闸底板等不透水部分与地基的接触线，即图 3—1 中 0-1-2-3…16 的折线是闸基渗流的第一跟流线，称为地下轮廓线。其长度即位闸基 防渗长度（又称渗径长度） 。该长度可按式（3-1）初步拟定。