水闸课程设计电子稿(共31页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上水闸课程设计任务书及指导书水利水电工程适用农业水利工程河北农业大学城乡建设学院水利系20010年3月进水闸课程设计任务书及指导书一、设计任务于某河石岸设计一座进水闸，每年311月按要求供给灌区210万亩土地灌溉用水。（据规范，灌溉面积大于150万亩为一等工程，主要建筑物为一级建筑物）二、设计资料1、建筑物的级别及枢纽组成：经初步设计，本建筑物为级建筑物，引水枢纽包括栏沙潜堰、闸前引水段、进水闸、闸后衔接段、沉沙池五部分，为满足农业生产用水的需要，先按无坝引水设计。其工程布置见附图。2、水文水利资料（1）灌期引水量及相应的闸前闸后水位，见附表。（2）灌期闸前闸后水位过程

2、线，见附图。（3）闸下游流量水深表，见附表。（4）闸下游流量水深关系曲线，见附图。（5）设计洪水位17.00m（6）校核洪水位18.50m（7）消能设计水位15.00m（是按枯水期曾出现的最高水位考虑的），洪水期如仍拟引水，在水位15.0017.00m之间时可制定闸门操作规程控制引水。（8）设计引水量为120m3/s3、初步设计拟定数据根据水工模型试验，进水闸引水角为40进水闸闸底高程9.5m海漫起点高程9.5m引水段渠底高程9.5m引水段长度150m（边坡m=2）下游衔接长度150m下游衔接段渠底高程10.2m衔接段渠底宽度b62m衔接段渠底坡度i1/10000衔接段糙率m0.02衔接段边坡

3、内坡1:2外坡1:2.5闸前渠道堤顶宽度10.0m闸前渠道堤顶高程19.2m闸后渠道堤顶宽度4.0m闸后渠道堤顶高程14.0m进水闸附近地形平坦，一般地面高程13.5m闸上设公路桥，标准为汽15级双车道公路桥路面宽度（不算人行道）7.0m（另加每侧人行道宽1.0m）公路桥桥面高程18.3m启闭设备：采用启闭机启闭（一门一机，手电两用式卷杨机，机重2T/台）。闭门型式：平面直升式钢闸门（设胸墙时按潜孔闸门公式计算门重）4、浪压力：根据渠首水文站观测，浪高仅0.20.3m，影响不大，可不考虑。5、冰压力：一般情况下不考虑冰压力，由管理部门及时破冰，负责保护。6、地震力：根据中国科学院地球物理研究所

4、分析，本地区属六级地震范围以内，按规范规定，可以不考虑。7、地基土壤特性：闸基为均一土壤，其特性数据，详见下表：地基土壤名称单位符号项目壤土平均地基承载力pT/m220干容重干T/m31.65湿容重湿T/m31.8浮容重浮T/m31.02自然状态内摩擦角度22自然状态粘聚力CT/m23.0饱和状态内摩擦角度20饱和状态粘聚力CT/m20空隙率n0.37土壤不均匀系数8渗透系数Km/d0.4加权平均摩擦系数砼与土土与土f0.4专心-专注-专业附表 灌期闸前后水位及引水流量表（保证率75%）月份项目三四五六七八九十十一河道水位12.212.612.5212.413.013.713.41.213.1

5、水位落差（考虑闸前引水段损失）0.0830.090.080.10.0850.0910.0810.080.082相应闸前水位12.1212.5112.4312.3012.9113.6113.3213.1213.02灌期引水流量76.710484.312081.2104.163.7075.4相应闸后水位11.5012.0011.8012.2511.7012.0011.2010.2011.40引水枢总体布置示意图（附图一）附表闸下游流量水深表（海漫起点处） 水深t（m）0.71.01.251.551.752.13流量（m3/S）010.524.750.171.6120.0闸前闸后水位过程线（附图二）

6、闸下游流量水深关系曲线（相应海漫处）（附图三）三、设计要求1、水力计算（1）确定闸孔尺寸，即闸顶高程、闸门顶高程及胸墙底高程、门高、闸孔总净宽、每孔净宽及孔数等。（2）消能防冲设计，即确定消力池深度、长度、护坦进取度及海漫、防冲槽尺寸构造。2、地下轮廓尺寸设计（渗透计算）（1）选择防渗排水设备的型式及布置。（2）确定防渗设备的主要尺寸和构造。（3）用直线比例法校核所拟定的地下轮廓线长度是否能满足要求。（4）计算闸底渗压。（5）按抗浮稳定校核护坦厚度。（6）如采用粘土铺盖，按J校核铺盖厚度。3、闸室布置（1）闸墩：长度、厚度、高度、墩头形状、闸门槽位置和尺寸、闸墩的分缝等。（2）底板：选定结构形

7、式拟定长度和厚度，底板分缝形式等。（3）胸墙：选定胸墙的底、顶高程形式及结构尺寸。（4）公路桥、工作桥、边墩的布置形式及尺寸。4、上下游连接段及两岸布置（1）上下游翼墙的布置结构形式及尺寸。（2）铺盖长度、厚度及构造。（3）护坦及海漫的结构形式及尺寸。（4）防冲槽的深度及各部尺寸。5、闸室与两岸连接的形式及尺寸。6、绘图及计算说明书。（1）要求用5075cm方格纸绘制设计图二张（包括水闸平面图、纵剖面图及上下游立视图，比例尺1:200）。（2）编写计算说明书一份。包括设计任务、设计资料及以上所述六个部分。要求列出设计条件、计算依据、计算过程、计算公式及计算成果（尽可能用表格表示），并附有必要的

8、计算草图和说明。文字力求简洁，说明问题，用统一的说明书用纸，加封面，从侧边装订成册。四、参考书1、水力学（教科书）2、水工砼结构（下册）华东水院第三院校编（1975年版）3、水工建筑物（下册或修订版）武汉水利电力学院4、水闸（灌区水工建筑物丛书）（第一版或第二版）张世儒等编5、水力计算手册武汉水利电力学院6、水闸设计（上、下册）华东水利学院 编7、“水利工程制图”及“桥梁”教科书五、课程设计进度安排1、资料分析及水力计算1.5天2、渗透计算与地下轮廓尺寸确定1.0天3、闸室布置与闸室稳定计算2.0天4、绘制水闸平、剖面图及上下游立视图2.5天5、整理说明书、答辩2.0天共计1.5周蓄水闸课程设

9、计任务书一、设计任务某区三面环水，一面接高地，形成封闭的洼地区。为上游的沥水归宿地。雨季排水以机排为主，如机排不及时，易发生涝灾。旱季河道枯干，旱情严重，为解决旱涝问题，据在排水干渠上修建中型蓄水闸一座，这样既可减轻下游机排负担，又能蓄水灌溉，补充地下水，缓解水资源供需矛盾。二、设计资料工程规划成果及有关资料如下：1、地形资料地面高程：3.6m渠底高程：2.0m渠道底宽：60.0m渠道边坡：1:3渠道纵坡：i=1/200002、地质资料及工程材料自地表至1.8m为黄色粉质壤土，1.8m3.2m及4.36.1m为灰色粘土，3.2m4.3m为灰色粉质壤土。根据、C值折算出综合摩擦系数f=0.25。

10、渠道糙率n=0.025。地基允许承载力R=50Kpa回填土湿容重湿=KN/m3浮容重浮=10.2KN/m3干容重干=16.5KN/m3混凝土等级：闸室各部分均采用C15混凝土容重：砼=24KN/m33、水位及流量资料排沥情况：上游水位2.66m，下游水位2.56m，设计流量233m3/S蓄水情况：蓄水位2.56m，闸后无水。4、工程等级根据水利水电工程等级划分标准（平原滨海部分）本工程主体建筑物等级为级。5、其它资料（1）闸上设立通桥，桥宽5.0m，净宽4.0m（2）机架桥桥宽3.5m（3）地震烈度为6度（4）浪压力较小，计算时可忽略三、设计内容1、水力计算（1）确定闸孔尺寸：包括闸底高程、闸

11、顶高程、闸孔总净宽、孔数、每孔净宽等。（2）消能防冲设计：拟定消能设计条件，确定消力池深度、长度、护坦厚度、海漫及防冲槽的尺寸与构造。2、闸室布置（1）闸墩：拟定闸墩长度、厚度、高度、墩头形状、闸门槽位置和尺寸、闸墩分缝等。（2）底板：选定结构形式、拟定长度和厚度。（3）胸墙：确定是否需设胸墙、选定胸墙的底部高程、顶部高程、位置、尺寸与闸墩的连接形式。（4）公路桥、工作桥、边墩的布置形式及尺寸。3、地下轮廓设计（1）选择防渗设备的形式。（2）地下轮廓布置。（3）确定渗设备的主要尺寸与构造。（4）用直线比例法核算地下轮廓长度。（5）计算闸底渗压，并进行验算。4、上下游翼墙设计（1）选择翼墙的平面

12、布置形式。（2）选择翼墙的结构形式。（3）拟定翼墙尺寸5、闸室稳定及基底压力验算6、结图：要求用50cm70cm方格绘制设计图两张，包括水闸平面、纵剖面、上下游立面图。比例尺为1:2007、编写计算说明书：包括设计任务、设计资料、设计说明、计算公式、计算简图、计算成果等。文字力求简洁、书写清楚、从侧面装订成册。四、参考书1、水力学（教科书）2、水闸（灌区水工建筑物丛书）张世儒等 著3、水工建筑物祁庆和 主编4、水闸设计谈松曦 编5、水力计算手册武汉水电学院 编6、水工钢筋混凝土结构（下册）华东水院等三校编五、课程设计与进度安排1、资料分析与闸孔设计1.0天2、消能防冲设计2.0天3、地下轮廓设

13、计1.0天4、闸室布置及稳定验算1.5天5、翼墙设计0.5天6、绘图2.5天7、编写说明书1.0天8、答辩0.5天共计2周水闸设计指导书附录一 拟定闸基防渗长度的方法拟定闸基防渗长度可按下式计算：L=CH（附1.1）式中：L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）；H上、下游水位差（m）；C渗径系数。见附表1.1。附表1.1C值表粉砂细砂中砂粗砂中砾细砾粗砾类卵石轻松质砂壤土砂壤土壤土粘土有反滤层无反滤层913/79/57/45/34/2.53/79/57/3547233-4注：当闸基设板桩时，C值可采用小值附录二 水力计算公式一、闸孔总净宽计算1、当为堰流时，闸孔部净

14、宽可接下式计算（计算示意图，如附图2.1）（附2.1）式中B0闸孔总净宽（m）；Q过闸流量（m3/s）；H0计入行近流速水头的堰上水头（m）；m堰流流量系数，可查附表2.1。附图2.1堰流侧收缩系数，可查附表2.2；堰流淹没系数，可查附表2.3或附表2.4。附表2.1m值表P/H0m00.3850.050.4050.10.4240.20.4450.30.4590.40.4690.50.4740.60.4770.70.4800.80.482P/H0m0.90.4841.00.4851.20.4861.40.4861.60.4881.80.4892.00.4902.50.4913.00.492注：

15、表中P为堰高（米）。P/Hb0/bs附表2.2值表00.050.10.20.30.40.50.60.70.20.9090.9150.9200.9270.9330.9370.9400.9420.9450.30.91109180.9230.9300.9350.9400.9420.9440.9460.40.9180.9240.9290.9350.9400.9430.9460.9490.9510.50.9280.9330.9370.9430.9470.9500.9580.9550.9560.60.9400.9440.9470.9520.9560.9580.9600.9600.9640.70.9530.

16、9560.9590.9630.9650.9670.9690.9700.9720.80.9680.9700.9720.9740.9760.9780.9790.9800.9800.90.9830.9850.9850.9870.9880.9880.9890.9900.9901.01.0001.0001.0001.0001.0001.0001.0001.0001.000值表续表P/Hb0/bs0.80.91.01.21.41.61.82.02.53.00.20.9470.9480.9500.9520.9540.9560.9580.9590.9620.9640.30.9480.9500.9510.954

17、0.9560.9570.9590.9600.9630.9650.40.9520.9540.9550.9570.9590.9610.9620.9630.966.0.9680.50.9580.9590.9600.9620.9640.9650.9670.9680.9700.9710.60.9650.9660.9670.9690.9700.9710.9720.9730.9750.9760.70.9730.9730.9740.9750.9770.9770.9780.9790.9800.9810.80.9810.9820.9820.9830.9840.9840.9850.9850.9860.9870.90

18、.9900.9910.9910.9910.9920.9920.9220.9930.9930.9931.01.0001.0001.0001.0001.0001.0001.0001.0001.0001.000注：1、表中H为堰上水头（m），b0为闸孔每孔净宽（m）；2、对于单孔闸，值可直接从表中查得；3、对于多孔闸N为闸孔数，、分别为中闸孔及边闸孔的侧收缩系数，均可以表中查得。对于中闸孔，表中bs值为b0+，为闸墩厚度（m）。对于边闸孔，表中bs值为b0+bb，bb为边闸墩边缘线至上游河道水边线之间的距离（m）。附表2.3宽顶堰值表hs/H00.801.000.840.990.820.9950.8

19、30.980.840.970.850.960.860.950.870.930.880.900.890.87hs/H00.900.840.910.810.920.780.930.740.940.700.950.650.960.590.970.500.980.400.990.28注：表中hs为堰顶以上的下游水深（米）。附表2.4曲线型低堰值表hs/H00.301.000.400.990.500.980.600.960.700.940.720.930.740.920.760.90hs/H00.780.880.800.860.820.830.840.800.860.760.880.710.900.65

20、0.910.62hs/H00.920.580.930.540.940.500.950.450.960.390.970.330.980.260.990.172、当为孔流时，闸孔总净宽可按下式计算（计算示意图，如附图2.2所示）：（附2.2）式中he孔口高度（m）；宽顶堰上孔流流量系数，可查附表2.5；宽顶堰上孔流淹没系数，可查附表2.6。附图2.2消能计算自由孔流公式为判别孔口出流状态：e/HPZ，则可能产生流土破坏，看PZSPZ则可能产生管涌破坏。3、出口段允许坡降可按附表3.3采用。附表3.2水平段允许坡降值表地基土质排水条件粉砂细砂中砂粗砂中细砾粗砂或卵石砂壤土壤土软粘土软坚实粘土坚实粘土

21、有反滤层0.070.100.100.140.140.180.180.240.240.310.310.390.210.350.350.490.420.560.560.700.700.84无反滤层0.250.350.300.400.400.500.500.60附表3.3出口段允许坡降值表渗流破坏形式排水条件地 基 土粉砂细砂中砂粗砂中细砾粗砂夹卵石砂壤土壤土软粘土软坚实粘土坚实粘土管涌有反滤层0.350.420.420.450.490.560560.630.630.700.700.770.560.700.700.840.840.980.980.120.121.26无反滤层0.500.600.600

22、.700.700.800.800.90流土有反滤层0.270.320.320.370.370.420.420.520.420.530.530.630.630.740.740.840.840.950.740.840.840.95无反滤层0.380.450.450.530.530.600.600.68附录四 闸顶高程的计算闸顶高程（指胸墙或岸墙顶高或闸墩前端高）。泄洪时应高于设计或校核洪水位加安全超高值；关门时应高于设计或校核洪水位加波浪计算高度和安全超值，安全超高下限值见表4.1所示。闸顶高程的确定，还需考虑下列因素：1、在有泥沙沉积的河（渠）道上，应考虑泥沙沉积后水位有可能抬高的影响；2、对于

23、挡潮闸应考虑关闸潮位壅高的影响；3、修建在软弱地基上应考虑地基沉降的影响；4、防洪大堤上的水闸闸顶高程应不低于两侧堤顶高程。表4.1安全超高下限值表单位：m运用条件水闸级别水位泄 洪 时关 门 时123123设计洪水位校核洪水位1.51.01.00.70.90.50.70.50.50.40.40.3开敞式水闸的闸门顶高应在可能出现的最高档水位以上至少0.3米。附录五 水闸荷载组合及稳定计算的一般要求第一节 荷载及其组合作用在水闸上的荷载分为基本荷载和特殊荷载两类。一、基本荷载1、水闸结构及其上部填料和永久设备的自重；2、正常挡水位组合或设计洪水位组合时的静水压力；3、相应于正常挡水位组合或设计

24、洪水的水位组合时的扬压力（包括浮托力和浮透压力）；4、土压力；5、淤沙压力；6、相应于正常挡水位组合或设计洪水位组合时的波浪压力；7、其它出现机会较多的荷载。二、特殊荷载1、校核洪水位组合时的静水压力；2、相应于校核洪水位组合时的扬压力；3、相应于校核洪水位组合时的波浪压力；4、地震荷载；5、其它出现机会较少的荷载。水闸结构及其上部填料的自重应按其几何尺寸及材料容重计算。闸门、启闭机及其它永久设备应尽量采用实际质量。作用在水闸上的静水压力应根据水位组合条件计算。对于多泥沙河流，应考虑含沙量对水容重的影响。作用在水闸基础底面的扬压力应根据地基类别、防渗排水布置、水位组合条件计算。作用在水闸上的土

25、压力，土基上一般按主动土压力计算，岩基上一般按静止土压力计算。对于多泥沙河流上的水闸应根据可能淤积的情况计算泥沙压力。确定作用在水闸上的波浪压力时，应首先计算波浪的高度和长度。波浪的计算参见水闸设计规范。作用在水闸上的地震荷载及其它荷载。可按有关设计规范的规定计算。施工过程中各个阶段的监时荷载应根据工程实际情况确定。设计水闸时，应将可能同时作用的各种荷载进行组合。荷载组成分为基本组合和特殊组合两类。基本组合由基本荷载组合；特殊组合由基本荷载中的恒截和一种或几种特殊荷载组成。但地震荷载一般不与设计或校核洪水位组合。计算闸室稳定和应力时的荷载组合应按表5.1的规定的采用。必要时还应考虑其它可能的不

26、利组合。表5.1荷载组合表荷载组合计算情况荷 载说 明自 重静水压力扬 压 力土 压 力泥沙压力波浪压力地震荷载其 它基本组合完建情况必要时，可考虑地下水产生的扬压力正常挡水位情况按正常挡水位组合计算静水压力、扬压力及波浪压力设计洪水位情况按设计洪水位组合计算静水压力、扬压力及波浪压力特殊组合施工情况应考虑施工过程中各个阶段的监时荷载检修情况按正常挡水位组合，必要时可按设计洪水位组合或冬季低水位条件计算静水压力、扬压力及波浪压力特殊组合校核洪水位情况按校核洪水位组合计算静水压力、扬压力及波浪压力地震情况按正常挡水位组合计算静水压力、扬压力及波浪压力。有论证时可另作规定计算岸墙、翼墙稳定和应力时

27、的荷载组合可按表6.1.9的规定采用，但就着重验算施工、完建和检修期墙前无水时的情况。第二节 稳定计算闸室稳定计算宜取两相邻吸水流向永久缝之间的闸段作为计算单元。土基上的闸室稳定计算应满足下列要求：1、各种计算情况下要求闸室平均基底压力不大于地基容许承载力，最大基底压力不大于地基允许承载力的1.2倍。2、基地压力的最大值与最小值之比不大于规定的容许值（见附录五附表5.1）。3、抗滑稳定安全系数不小于表5.2规定的容许值。闸室基底压力应根据结构布置和受力情况。分别按下列规定进行计算：1、对于结构布置及受力情况对称的闸孔按下式计算：（附5.1）式中闸室基底压力的最大值或最小值（T/m2）G作用在闸

28、室上的全部竖向荷载（包括闸室基底面上的扬压力在内）（T）；M作用在闸室上的全部竖向和水平向荷载对于基础底面垂直水流方向的形心轴的力距（T-m）；A闸室基础底面的面积（m）；W闸室基础底面对于该底面垂直水流方向的形心轴的截面矩（m）2、对于结构布置及受力情况不对称的同闸孔按双向偏心受压公式计算。土基上的闸室沿基础底面的抗滑稳定，应按下列两式之一计算：（附5.2-1）式中Kc抗滑稳定安全系数；f基础底面与地基土之间的摩擦系数；H作用在闸室上的全部水平向荷载（T）。（附5.2-2）式中基础底面与土基土的摩擦角（）C0基础底面与地基土之间的粘结力（T/m2）f或、C0的采用值，参见附录五。对于大型大闸，应作现场地基土对混凝土板的抗滑试验加以验证。对于粘性土地基上的大型水闸，应按公式（附5.2-2）计算。当闸室受双向水平力作用时，应验算其合力方向的抗滑稳定性。土