水闸计算书讲解_1.pdf
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1、 1 第一章 工程选址和闸型的选择 一、工程选址 可考虑三个方案:原闸址上游(第方案);原闸址(第方案);原闸址下游(第方案)。方案比较:方案:优点:闸址上移后减少河两岸堤围的防洪长度。缺点:增加海堤的防潮长度,减少澄海市区的淡水面积,特别是由于现有桥闸上游附近存在大量的取水口,水闸上移新建后势必影响到这些取水口及引水渠系的正常使用,需择址破堤重建。另外,水闸上移新建后势必打乱原有城市的规划框架,导致大量拆迁费用的产生。方案:本方案拟将旧桥闸拆除,并在原址按设计标准重建。工程施工布置 可利用现有河中砂洲经加高后作为纵向围堰分二期二年施工。方案:本方案拟将工程移至原闸址下游约 2.8km 处新建
2、,选择此处作为新闸址是因为澄海市城市规划中有一条城市干道延伸至此且新闸址地处市郊、河面相对开阔,河道水流较为平顺等有利条件。但此时需在河中填筑一道纵向围堰和上、下游两道横向围堰。经上面比较选原闸址(方案)为新建闸址位置。二、桥闸选型(一)闸孔型式及闸底板高程 开敞式及涵洞式两种基本闸型均可以采用,但若考虑运用和检修方便,则采用开敞式平底板较好,闸底板高程根据现有桥闸上下游河床的地形条件(闸上游 30m 处的河床高程-2.50m,闸下游 60m 处的河床高程-4.50m,考虑重建后桥闸的最大 2 过流能力(尽可能减少设计情况下和校核情况下的过闸水头差),重建工程的闸底高程取-1.80m。(二)孔
3、口轮廓尺寸的拟定 从 1:1000 地形图上量得进水口宽度约 360m,河床土质为砂壤土,q=1015(m3/sm)。B0=Q/q=4850/(1015)=485323m 经比较选 B0=360m 以砂洲岛为界闸分东西两闸,东闸 16 孔,西闸 20 孔(其中 4 孔为电站进水口不计水闸泄洪);水闸为宽顶堰,闸底标高-1.80m(珠基,下同),每孔净宽 10m,采用二孔一联结构,中墩厚 1.2m,缝墩厚 0.9m。水闸总净宽 B0=3610=360m 水闸总宽度 B=23.02516=368.4m(三)闸上水位计算 采用 1989 年省设计院韩江行洪控制线报告的成果,各种频率的洪峰流量及相应的
4、闸下游水位资料如下:P(%)1 2 3 Q(m3/s)5410 4850 4110 Z下(m)5.727 5.387 5.017 hs(m)7.527 7.187 6.817 闸上水头 H0=(gmBQ20)2/3 式中 H0计入行近流速水头的堰上水头;3 m堰流流量系数,m=0.385;B0闸孔总净宽,B0=320m;堰流侧收缩系数,对于本水闸闸孔净宽 b0=10m,中缝 bs=11.2m,缝墩(2 个)bs=11.2m。中墩侧收缩系数:sbb0=0.893,查表得=0.982;缝墩侧收缩系数:sbb0=0.847,查表得=0.975;边墩侧收缩系数:sbb0=0.917,查表得=0.986
5、;=41416985.04975.014982.016=0.980 堰流淹没系数,由0Hhs查表得出 从地形图上量得进水口总宽度 B上=460m(不计电站进水口),河床高程 H河=-2.5m。用试算法计算,结果如下表:P Q(m3/s)Z下(m)hs(m)H0(m)H=H0V02/2g(m)Z上(m)Z(m)V0(m/s)1 5410 5.727 7.527 0.4704 7.736 7.634 5.834 0.107 1.411 2 4850 5.387 7.187 0.4530 7.375 7.286 5.486 0.099 1.320 5 4110 5.017 6.817 0.4179
6、6.970 6.899 5.099 0.082 1.176(四)闸顶高程的确定 设计情况(P=2%):5.486+1=6.486m 校核情况(P=5%):5.834+0.7=6.534m 取闸顶高程为+6.6m。4 第二章 消能防冲计算 一、闸下水位流量关系曲线 以 2000 年 3 月初实测的河道断面,采用推水面线的方法求得,并与汕头水文分局的测流成果比较,考虑今后环境变化,人类活动对工程的不利影响,从有利工程安全的角度出发,确定消能防冲计算时选用低潮位与挖砂深 2 米的组合水位流量关系曲线(E 线)。Q(m3/s)0 100 500 1000 2000 3000 4110(P=5%)485
7、0(P=2%)5410(P=1%)Z下(m)-1.56(起堆水位)-1.55-1.39-0.98-0.04-0.82 1.66 2.16 2.52 二、消力池 闸正常蓄水位 2.65m,当来水量较大,超过水闸正常蓄水位时,即开闸放水,泄洪时,闸门开度控制为 he=0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.4、1.8、2.2、2.6、全开等10 级开度。(一)过流计算(1)当 he/H0.65 即 he2.9m 时为孔流,查阅水闸设计规范(H=2.65(-1.8)=4.45m)Q=B0he02gH式中 he闸门开度;流量系数;B0水闸净宽,取 320m;水闸总宽度 B=368.4m;淹没系数。
8、(2)当 he/H0.65 即 he2.9m 时为堰流,查阅水闸设计规范 5 Q=mB0he02gH式中 m堰流流量系数,m=0.98;堰流侧收缩系数,由第一章计算得=0.98;B0水闸净宽,取 320m。(3)各开度过流情况 计算时下游水深 hs采用上一级流量查 HQ 关系曲线得到。零流量闸下水位为-1.56 米,经计算各级开度过流量情况如表:闸门开度流量关系表 he(m)0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.4 1.8 2.2 2.6 全开 Q(m3/s)355 692 1027 1353 1669 2275 2853 3385 3890 5018 Z下(m)-1.56-1.45-1
9、.23-0.95-0.65-0.35-0.20 0.69 1.11 1.49 流态 孔流 堰流 自由出流=1.0=1.0(二)池深及池长计算 消力池采用底流方式消能。利用水利水电工程 PC1500 程序集中消力池水力计算“D3”程序计算得:消力池深 1.2m,消力池Lj 长度取 18m,则池总长Lsj=18+7.6=25.6m(计算过程具体见附录一至十,图形见附图 1)(三)消力池底板厚度计算 查阅水闸设计规范,满足抗冲要求的池底板厚度 t=k1Hq 式中 k1消力池底板计算系数,k1=0.1750.20;q消力池处的单宽流量;H泄洪时上、下游水头差。6 消力池底板厚度计算表 P Q(m3/s
10、)q(m3/sm)Z上(m)Z下(m)H(m)t(m)5%4110 11.16 5.099 5.017 0.082 0.3130.358 2%4850 13.17 5.486 5.387 0.099 0.3560.407 1%5410 14.69 5.834 5.727 0.107 0.3840.438 取 t=0.5 m 三、海漫 查阅水闸设计规范,海漫长度 Lp=ksHq q消力池未端单宽流量;H泄洪时上、下游水头差;ks海漫长度计算系数,ks=1315。海漫长度计算表 P q(m3/sm)H(m)Lp(m)5%11.16 0.082 23.2426.81 2%13.17 0.099 26
11、.4630.53 1%14.69 0.107 28.5032.88 取 Lp=31 m 四、抛石防冲槽(一)海漫未端的平均流速 V=q/th,th=Z下(-3.90)=Z下+3.90 7 河床不冲允许流速V=0.5m/s(细砂)(二)河床冲刷深度 t hvqt 1.1 抛石防冲槽底宽hhmmdtmkb221211 m1、m2防冲槽上、下游边坡系数,m1=2,m2=3;h防冲槽砌置埋深,h=2.0m;d防冲槽上游坡砌置厚度,d=0.5 m;k考虑块石在水流作用下铺砌不均匀的安全系数,k=1.1。防冲槽计算表 P q(m3/sm)th(m)V(m/s)t (m)tZ(m)b(m)5%11.16 8
12、.917 1.25 15.64-19.44 4.62 2%13.17 9.287 1.42 19.69-23.49 7.11 1%14.69 9.627 1.53 22.69-26.49 8.95 8 第三章 闸室结构布置 一、抗渗稳定 渗流计算采用改进阻力系数法。(一)防渗长度计算 计算公式:L=CH L 计算渗径长度;C渗径系数;本水闸闸基为中、粗、细砂,取 C=9;H上、下游水位差 L=CH=92.65(-1.56)=37.89m 计算成果表 计算渗径长度L(m)实际渗径长度 L(m)K=L/L 37.89 40.51 1.07 经计算,抗渗稳定安全系数 k1,故水闸抗渗稳定安全。(二)
13、地下轮廓布置 见附图 2(三)扬压力计算(1)确定地基的有效深度 地下轮廓的水平投影长度 L0=30m,地下轮廓的垂直投影长度 S0=-1.8+4.2=2.4m。L0/S0=30/2.4=12.55,故地基的有效深度 Te=0.5L0=0.530=15m,地基实际深度Tp=-1.8+27.30=25.5m。因 TeTp,所以用 Te进行计算。9 各段渗透压力水头损失 分段编号 分段名称 S S1 S2 T L i hi ih 进口 1.1 15 0.453 0.529 0.315 水平 0 0 13.9 0.5 0.036 0.042 0.084 垂直 1.0 14.5 0.069 0.081
14、 0.162 水平 0 1.9 14.5 20 1.288 1.503 1.594 垂直 1.9 14.5 20 1.288 1.503 1.594 水平 0 0 12.6 1.2 0.095 0.110 0.110 垂直 1.2 13.8 0.087 0.102 0.102 水平 1.2 1.2 13.8 15 0.965 1.126 1.126 垂直 1.2 13.8 0.087 0.102 0.102 水平 0 0 12.6 1.2 0.095 0.110 0.220 出口 1.8 14.4 0.507 0.591 0.481 合计 3.814 4.45 4.45 进出口段的阻力系数修正
15、表 段别 s T 0h h xh 进口段 1.1 13.9 0.596 0.315 0.214 0.052 出口段 2.4 12.6 0.814 0.481 0.110 0.220 闸基各角点渗透压力值 H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 H9 H10 H11 H12 11 =0.0121.01.04.651.65101.85 =10.73t G闸门结构活动部分重量;k支闸门的支承结构特征系数,对于滚轮式支承取 1.0 k材闸门材料系数,普通碳素结构钢制成的闸门为 1.0 H孔口高度,取 4.65m。B孔口宽度,取 10m。平面闸门的总水压力:P=21h2b=219.84.6521
16、0=1060 kN 根据经验公式,初估算:启门力:FQ=(0.100.12)P+1.2G=0.101060+1.2110=238kN 闭门力:FW=(0.100.12)P0.9G=0.1010600.9110=7kN 查水工设计手册,选用电动卷扬式启闭机型号 QPQ225,一门一机。12 第四章 闸室稳定分析 计算时综合考虑了正常运用情况和地震情况两种情况。计算时,水闸上游正常蓄水位+2.65m,下游最低水位-1.56m。一、闸室作用力(采用二孔一联结构,取一联计算)(一)闸室自重(1)缝墩(2 个)W1=29.028.42.5=26.71 t M1=26.717.5(0.914.339.04
17、)=186.44 tm W2=(0.95.50.250.50.330.63)8.42.52=193.92 t M2=207.93.855.256.358.733.488=736.63 tm W3=0.97.77.72.52=266.81 t M3=266.81(27.7+5.5+0.97.5)=733.73 tm W4=29.027.72.5=24.48 t M4=266.81(7.50.52)=170.87 tm(2)中墩(1 个)W1=26.028.42.5=11.87 t M1=11.877.5(0.614.336.04)=84.87 tm W2=(1.25.80.250.520.330
18、.632)8.42.5=132.18 t M2=146.1645.256.358.733.488=520.85 tm W3=1.27.77.72.5=177.87 t 13 M3=177.87(27.7+6.47.5)=489.14 tm W4=26.027.72.5=10.88 t M4=10.887.15=77.79 tm(3)工作桥(共 2 处)W=(0.250.352+1.50.15)2.5232=46 t M=463.35=154.1 tm(4)交通桥 W=(0.10.1223+0.40.5323+80.223+0.30.2523.3+0.850.223)2.5=136.56 t M
19、=136.563.5=477.96 tm(5)启闭机室 底层柱:0.50.56.12.56=22.88 t 首层梁板:(5230.1+0.30.821.52+0.250.543+0.20.54.48+0.20.51.18)2.5=69.3 t 启闭机座:(2.021.5330.524+0.370.20.820.70.90.524)2.5=13.1 t 启闭机:62=12 t 二层柱:0.50.43.162.5=9.3 t 墙体:0.21.221.51.82=18.6 t 屋面梁板:(0.9223+0.250.721.52+0.250.5423+0.20.44.56)2.5=81.1 t 以上合
20、计 W=226.28 t M=226.283.58=810.08 tm 14(6)闸门 W=112=22 t M=223.5=77.0 tm(7)底板 W=22.32232.5=1283.4 t M=0 闸室自重及对底板中心点 O 点力矩合计为:W=2558.96 t M=520.48 tm(二)水重(1)闸前段 W=3.7104.452=329.3 t M=329.3(7.527.3)=1860.5 tm(2)闸后段 W=10.7100.242=51.4 t M=51.42.15=110.5 tm(三)扬压力(1)浮托力 W=22.321.023=513.4 t M=0(2)渗透压力 W=(
21、2.141+0.481)21523=452.3 t M=452.31.58=714.6 tm(四)水压力(1)P1=214.6521023=248.66 t 15 M=248.66(314.65+1.0)=634.1 tm(2)P2=(2.335+2.4+2.141)22.21.023=173.96 t M=173.960.21=36.5 tm(3)P3=2.642211.023=80.15 t M=80.150.32=25.6 tm 合计 P水=342.47 t M=623.2 tm(五)波浪压力(因下游水位极低,波浪压力很小,忽略不计)(1)波高和波长 设计风速 V10=34m/s(69.
22、7.28 台风)吹程 DF=5520=2600m(闸前水面总宽为 520m)闸前风区平均水深H=2.65+1.8=4.45m 210VgDF=22.0 210VHg=0.0377 查水闸设计规范得210VHgL=5.510-3 HL=0.01553429.8=0.65m HHL=0.146 本水闸为二级建筑物,则 PL=2%,LLhh=2.12 hL=2.120.65=1.378m T=4.0Lh=3.22 LL=LLLthLHthTg96.2717.16222 经试算得 LL=15.3m(2)波浪压力(3)临界水深 HLj=LLLLLhLhLL22ln4=1.562m 16 HHLj但H2L
23、L=7.65m 故 闸底处波浪压力剩余强度 PLS=LLLHhh2sec=0.432t/m2 波浪中心线至静水位的高度 hZ=LLlLHhLh2sec2=0.41m P波=(1.242+1.40)0.2/2+(1.40+0.432)4.45/223=99.8t M=6.085.748+93.753.817=392.8 tm(六)风压力 作用于建筑表面的风荷载 W=KKZW0 式中 W0基本风压值,汕头地区 W0=70kg/m2;KZ风压高度变化系数,启闭机室墙中距水面约 12 米,故 KZ=1.06;K风载体型系数,取压力及吸力之和,则 K=1.3 W=1.061.370=96.46 kg/m
24、2(1)启闭机室 迎风面积 S=234.8=110.4m2 P=96.46110.4=10649kg=10.6t M=10.617.0=180.2tm(2)交通桥 迎风面积 S=231.0=23 m2 P=96.4623=2218.58kg=2.2t M=2.29.6=21.2 tm 17(3)闸门 迎风面积 S=234.65=107.0 m2 P=96.46107.0=10316kg=10.3t M=10.33.525=36.3 tm(七)地震水平力(顺水流方向)P=KHCZW 式中 KH水平地震惯性力,对 8 度地震 KH=0.2;CZ综合影响系数,取 1/4;地震加速度分布系数;W建筑物
25、重量;P=0.05W(1)水闸闸墩 P=0.051.5844.72=63.4t M=63.45.22=330.9tm(2)工作桥及交通桥 P=0.052.0182.56=18.3t M=18.39.5=173.85tm(3)启闭机室 底层柱 P1=0.052.6522.88=3.0t M1=3.013.5=40.5tm 首层梁板、机座、启闭机 P2=0.053.394.4=15.6t M2=15.616.5=257.4tm 18 二层柱 P3=0.053.659.3=1.7t M3=1.718.1=30.77 tm 墙体 P4=0.053.4318.6=3.2t M4=3.217.1=54.7
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