函江水利枢纽工程设计泄水闸设计.docx
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函江水利枢纽工程设计泄水闸设计
毕业设计说明书
函江水利枢纽工程毕业设计
（泄水闸设计）
第一章综合说明..3
1.1工程概况……••….3
1.2毕业设计成果（泄水
闸）4
第二章水
文10
2.1流域概
况10
2.2气
象
..10
2.3洪
水
..10
第三章工程地形、地质
3.1地形地
貌12
3.2闸址地
质12
3.3当地建筑材
料12
3.4地
震…………………………………………………………………13
第四章工程布置及建筑
物14
4.1设计依
据14
4.1.1工程等级及建筑物级
别14
4.1.2设计依
据14
4.1.3设计基本
料15
4.2工程总体布
置17
4.2.1船闸的布
置17
4.2.2水电站的布
置18
4.2.3泄水闸的布
置18
4.3主要建筑物（泄水
闸）18
4.3.1闸设
计18
4.3.2消能防冲设
计22
4.3.3防渗排水设
计27
4.3.4闸室的布
置31
4.3.5闸室稳定计
算36
4.3.6闸室底板结构计
算40
4.3.7两岸连接建筑物设
计45
第五章电机及金属结构
5.1电
气
..49
5.1.1接入系统式......49
5.1.2电气主接
线14
5.1.3主要电气
择15
工程总体布
置17
4.2.1船闸的布
置17
4.2.2水电站的布
置18
4.2.3泄水闸的布
置18
4.3主要建筑物（泄水
闸）18
4.3.1闸设
计18
4.3.2消能防冲设
计22
4.3.3防渗排水设
4.3.4
闸室的布
置
4.3.5
闸室稳定计
算
算
36
4.3.6
闸室底板结构计
算
算
40
4.3.7两岸连接建筑物设
计
45
31
第一章综合说明
1.1工程概况
函江位于我国华东地区。
流向自东向西北，全长375km，流域面积176万km2，是鄱阳湖水系的重要支流，也是长江水系水路运输网的组成部分。
该流域气候温和，水量充沛，水面平缓，含砂量小，对充分开发这一地区的航运具有天然的优越条件。
流域有耕地700多万亩，矿藏资源十分丰富，工矿企业较发达，有最大的有色金属冶炼工程铜基地及腹地的建材轻工。
原材料及销售地大部分在长江流域各省、市地区，利用水运的条件十分优越。
流域梯级开发后，将建成一条长340km通航千吨级驳船的航道和另一条长50km通航300吨级驳船的航道，并与长江、淮河水系相互贯通形成一个江河直达的上游水路运输网。
同时也为沿江各县市扩大直流灌溉创造有利条件。
对促进沿河地区的工农业发展具有重要的作用，社会和经济效益十分显著。
本工程以航运为主体，兼任泄洪、发电、灌溉、供水和适应战备需要的综合开发工程。
1.2毕业设计成果（泄水闸）
1.2.1枢纽总体布置
根据《水闸设计规》SL265-2001第4.1.6条规定：
水闸枢纽中的船闸、泵站或水电站宜靠岸布置，但船闸不宜与泵站或水电站布置在同一岸侧，船闸、泵站或水电站与水闸的相对位置，应能保证满足水闸通畅泄水及各建筑物安全运行的要求。
因此，本设计在枢纽布置时，将泄水闸布置在河床中间，船闸布置在左岸，水电站布置在右岸。
其中：
泄水闸每净宽10m，共35，高12m，直升式平板钢闸门控制，闭闸时拦截江流，稳定上游水位，开闸时泄水，排沙防淤。
设计流量9540m3/s，校核流量12350m3/s。
船闸1座，闸室有效长度为135m，净宽12m，槛上水深2.5m，闸室顶高程24.0m，底高程10.5m。
闸上公路桥设在上闸首的上游端。
水电站厂房宽15m（顺流向），长36.2m。
厂房地面高程24.5m，水轮机安装高程10.5m。
水电站设计水头3.5m，最高水头7.0m，最大引用流量225m3/s，总装机3x2200KW。
站上公路桥设在厂房的上游端。
1.2.2水闸设计
1、水闸水力设计
1）、堰型、堰顶高程闸采用结构简单、施工便的无坎平底宽顶堰（平底水闸属无坎宽顶堰）。
拟定闸底板顶高程为13.0m。
2）、水闸总宽度
闸室总宽度：
10X35+36x1.6=407.6m。
2、水闸消能防冲设计
1）、消力池
消力池采用钢筋砼结构，深1.45m，消力池长L=20.8m，厚度0.8m。
2）、海漫
海漫长度L=40m,海漫水平段长15m,采用60cm厚钢筋混凝土浇筑，斜坡段长25m，1:
10放坡，采用60cm厚浆砌块砌筑。
3）、防冲槽
防冲槽采用梯形断面，槽深2.5m，槽底宽10m，上游设C20钢筋砼齿槽，厚50cm，下游坡比为1：
2.0，单宽体积为37.5m2，冲刷坑采用抛合金钢网兜抛处理。
3、闸室布置
1）、闸室结构
闸室采用开敞式布置，钢筋砼U型结构，闸门选择直升式平板钢闸门，液压启闭，闸上布置净7m交通桥，两侧人行道2x1.0m，总宽9.0m、宽4m工作桥和启闭房，启闭房宽11.0m，底板长度取20m。
底板采用整体式，二一分缝，最中间一，底板长度为20m，顶高程为13.0m，闸底板厚1.5m。
闸墩长度采用与底板同长20m，。
检修门槽深25cm，宽30m；工作门槽深40cm，宽60cm。
闸墩上下游端部均采用半圆形墩头。
闸墩顶高程为25.0m。
闸墩厚度受控于闸门槽处最小厚度为50cm，中墩厚度取1.6m，缝墩厚度为2X0.8m，边墩厚度为1.6m。
公路桥布置在闸门上游侧，公路桥载重按汽-20设计，挂100校核，
双车道桥面净宽7.0m,两侧人行道1x1.0m，总宽9.0m。
公路桥采用T型结构，梁底高程为25.0m，梁高1.0m，梁腹宽0.2m，梁翼宽1.6m，用5根组梁组成，两侧人行道为悬壁式。
2）、上下游翼墙
上游连接采用扶壁式翼墙，圆弧连接，半径为20m，下游翼墙采用扶壁式八字型翼墙加圆弧型翼墙连接，扩散角为8°，圆弧半径为20m。
上游翼墙顶标高为25.0m，下游翼墙顶标高为25.0m。
4、闸基防渗排水设计
由于本工程闸址地基主要由砂砾卵层组成，为强透水土质，故在采用水平防渗措施的同时还必须采取垂直防渗措施。
铺盖采用C25钢筋砼结构，长20m。
铺盖与闸底板之间设水平止水。
在消力池水平段前端与闸底板连接处设置水平止水；消力池末端依次铺设碎垫层和无纺土工布反滤，排水径15cm，间距1.5m，呈梅花形布置，顺水流向长度为7.5m。
5、闸门及启闭机设计
1）、闸门
根据门顶高程及闸底标高，确定平面钢闸门高为7m，闸门净宽10m，毛宽10.6m。
2）、启闭机
启闭机型号：
QPQ2X300
6、闸室稳定计算
1）、闸室整体稳定
水闸整体稳定分别对完建期、正常运用期及非常运用期三种工况进行闸室的偏心距、基底应力、基底应力的不均匀系数及沿闸室底面的抗滑稳定系数计算，均满足规要求。
2）、闸室沉降计算
经分析，本次不必计算闸室的沉降量。
7、闸底板配筋
经计算，面、底层钢筋均按①25@200配置。
8、两岸连接建筑物设计
采用扶壁式挡土墙，上游翼墙顶高程25.00m，底高程12.00m。
下游翼墙顶高程25.00m,底高程10.55〜12.00m。
上游挡墙高13.0m,挡墙壁厚1.0m，墙身垂直，墙身高12m，墙底板厚1.0m。
下游挡墙高13〜14.45m，挡墙壁厚1.0m，墙身高度12〜13.45m，底板厚度1.0m。
翼墙两侧设置1.0X1.0m腋角，两侧悬挑4m，底板总宽11m。
上游翼墙长30m，下游翼墙长36.8m。
翼墙采用C25钢筋砼浇筑。
上游护坡，顶高程为25.0m，底高程13.0m，采用坡比为1:
3，40cm厚浆砌块护坡。
下游护坡，顶高程为25.0m，底高程13.0m，采用坡比为1:
3，40cm厚浆砌块护坡。
9、水闸特性表
综上所述，水闸特性表如下:
水闸特性表
基
础资料
设计依据
工程级别
皿等工程
建筑物级别
主要建筑物3级
次要建筑物4级
临时建筑物5级
设计洪水
P=2%
校核洪水
P=0.33%
水文条件
正常水位
19.00
灌溉水位
19.50
设计流量
9540m3/s
设计洪水位
23.40m
校核流量
12350m3/s
校核水位
23.80m
主要建筑物
水闸闸室
净宽
10x35m
总宽
407.6m
闸底板
长20m,厚1.5m
闸室底高程
13.0
闸室顶咼程
25.0
闸墩
中墩厚1.6m
缝墩厚2x0.8m
边墩厚1.6m
顶高程为25.0
工作桥
4.5m
交通桥
7m+1x2m
闸门板
钢，净宽10m,高7m
上游护底
厚60cm,L=10m
铺盖
厚60cm,L=20m
消力池
d=1.45m,L=15m
上下游
连接段
海漫
厚60cm,L=40m
防冲槽
深2.5m,底宽10m
上游翼墙
圆弧连接，顶高25.0m
下游翼墙
八字型，顶高25.0m
上游护坡
底咼13.0m,顶咼25.0m
下游护坡
底咼13.0m,顶咼25.0m
第二章水文
2.1流域概况
函江位于我国华东地区。
流向自东向西北，全长375km，流域面积176万km2，是鄱阳湖水系的重要支流，也是长江水系水路运输网的组成部分。
该流域气候温和，水量充沛，水面平缓，含砂量小。
流域有耕地700多万亩，矿藏资源十分丰富，工矿企业较发达，有最大的有色金属冶炼工程铜基地及腹地的建材轻工。
原材料及销售地大部分在长江流域各省、市地区，利用水运的条件十分优越。
2.2气象
本区位于北纬25°~30°之间，属亚热带季风气候区，温暖湿润，四季分明，雨水充沛。
热量资源丰富，年平均气温介于13C~20C之间,1
月平均温普遍在0C以上，7月平均温一般为25C左右，冬夏风向有明显变化，年降水量一般在1000毫米以上，主要集中在夏季，冬季较少。
洪水期多年平均最大风速为20.7m/s。
2.3洪水
根据《毕业设计任务书》提供的水文资料,函江50年一遇洪峰流量为9540m3/s,各设计频率洪水流量及相应坝下水位见表2-1。
洪峰流量及相应坝下水位表
表2-1
设计频率（%）
0.33
2
20
洪峰流量Q
12350
9540
5730
坝下水位H下（m）
23.80
23.40
22.25
水位流量关系曲线见表2-2。
水位〜流量关系
表2-2
水位（m）
流量（m3/s）
水位（m）
流量（m3/s）
14
50
20
3200
15
300
21
4140
16
650
22
5340
17
1200
23
7700
18
1800
24
13800
19
2480
第三章工程地形、地质
3.1地形地貌
闸址左岸与一座山头相接，山体顺水流向长700米，垂直水流向长2000米，山顶主峰标高110米，靠岸边山顶标高65米；山体围是河漫滩冲击平原，滩面标高18.5〜20.0米；沿河两岸筑有防洪大堤，堤顶宽4米，堤顶标高24.5米；闸址处河宽700米，主河槽宽500米，深泓区偏右，河床底标高13.0〜13.0米，右岸滩地标高18.5米。
3.2闸址地质
根据《毕业设计任务书》提供的工程地质勘察报告，本工程场区地基以砂砾卵层为主,表层为中细砂层，层厚2〜5米，左厚右薄并逐渐消失；河床中层主要是砂砾卵层，卵含量30%〜50%，粒径2〜13厘米，层厚10〜20米，属于强透水层，渗透系数K=1.84x10-1〜5x10-2（cm/s）,允坡降J=0.15〜0.25;河床底层为基岩，埋深标高从左标高10米向右标高15米以下，其岩性为上古生界二迭长兴阶灰岩及硅质岩。
水闸的防渗处理应重点考虑。
河床土质资料如下：
中砂：
Dr=0.6,E0=310kg/cm2,N63.5=20;
砂砾：
Dr=0.66,Eo=360kg/cm2;
3.3当地建筑材料
块料：
在闸址左岸的山头上有符合质量要求的块料场，其储量50万立米，平均运距1.0公里。
砂砾料：
闸址上、下游均有宽阔的冲积台地，有大量的砂、砾料，可满足混凝土的粗、细骨料之用，运距3〜5公里，且水运极为便利。
土料：
闸址上游约2公里有家、八圩土料场，储量丰富，符合均质土坝质量要求，还有可作为土坝防渗体的粘性土，其质地良好。
3.4地震
根据《中国地震参数区划图》（GB18306-2001），参照工程区地震动峰值加速度分区与地震基本烈度对照表，相应本地区的地震基本烈度为6度。
第四章工程布置及建筑物
4.1设计依据
4.1.1设计依据的标准、规
（1）《水利工程初步设计报告编制规程》（DL5021-93）；
（2）《防洪标准》（GB50286-94）;
（3）《水闸设计规》（SL265-2001）；
（4）《水工建筑物荷载设计规》（DL5077-1997）；
（5）《水工建筑物抗震设计规》（DL5073-1997）；
（6）《水工钢筋混凝土结构设计规》（SL/T191-96）；
（7）《建筑地基基础设计规》（GB50007-2002）；
（8）《堤防工程设计规》（GB50286-98）；
（9）《城市防洪工程设计规》（CJJ50-92）；
（10）《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）；（14）相关法律、法规及有关规。
4.1.2设计依据
函江枢纽的主要建筑物有船闸、泄水闸和水电站三部分组成。
船闸的通航能力，按照五级航道标准进行设计。
水电站总装机为6600Kw，设计水头为3.5m，水闸的泄洪能力为13000m3/s。
根据《毕业设计任务书》，本工程为三等工程，主要建筑物按3级建
筑物设计，次要建筑物按4级建筑物设计。
根据《毕业设计任务书》，泄水闸的设计洪水标准为50年一遇，校
核洪水标准为300年一遇，最大通航洪水标准为5年一遇。
设计依据：
1、函江枢纽毕业设计任务书；
2、《水闸设计规》（SL265—2001）;
3、《水力计算手册》（水利电力学院水力学教研室编）
4、《水工设计手册》第6册过坝与泄水建筑物；
5、《水工钢筋混凝土设计手册》1999年；
6、《水利水电钢闸门设计规》DL/T5039-95；
7、《水利水电工程初步设计报告编制规程》（DL5021-93）
4.1.3设计基本资料
一、水位
正常蓄水位：
19.0m
灌溉水位：
19.5m
设计洪水Q2%=9540m3/s，相应闸下水位H下=23.4m
校核洪水Qo.33%=954Om3/s，相应闸下水位H下=23.8m
二、计算水位组合
1、闸净宽计算水位
设计洪水Q2%=9540m3/s，相应闸下水位H下=23.4m;设计水位差△H=0.25m（H上=23.65m）;
校核洪水Q0.33%=9540m3/s，相应闸下水位H下=23.8m；计算闸上雍高水位H上（供墩顶高程用）；
2、消能计算水位
闸上水位H上=19.5m;
闸下水位H下=14.5m;
下泄流量：
以闸门开启度e=0.5m、e=1.0m以及全开时的泄量。
3、闸室稳定计算水位（关门）
闸上设计水位H上=19.5m,H下=14.5m;
闸上校核水位H上=20.0m,H下=14.5m;
三、地震设防烈度
本地区地震基本烈度为切度，不考虑地震设防。
四、安全系数
1、安全超高
水闸为3级混凝土建筑物，根据《水闸设计规》（SL265—2001）安全超高下限值：
泄洪时0.7m（设计洪水位），0.5m（校核洪水位）；
关门时0.4m（设计洪水位），0.3m（校核洪水位）。
2、抗滑稳定安全系数
土基上的3级混凝土建筑物，基本组合（设计）为1.25；特殊组合（核校）为1.1。
五、其它资料
1、单净宽：
8〜12m;
2、门型结构：
平面钢闸门；
3、闸门类型：
直升门；
4、底板与中砂的摩擦系数f=0.4;
5、闸的允单宽流量q=30m3/s/m;
六、公路桥
公路桥载重按汽-20设计，挂-100校核，双车道桥面净宽7.0m，两侧人行道2X1.0m，总宽9.0m，采用T型结构。
梁高1.0m，梁腹宽0.2m,梁翼宽1.60m，用5根组梁组成，两侧人行道为悬臂式，每米延长重量按8T/m计。
4.2工程总体布置
函江枢纽的主要建筑物有船闸、泄水闸和水电站三部分组成。
船闸的通航能力，按照五级航道标准进行设计。
水电站总装机为6600Kw，设计水头为3.5m，水闸的泄洪能力为13000m3/s。
根据设计任务书提供的地形地质资料，以及功能要求，枢纽总体布置如下：
4.2.1船闸的布置
船闸的通航能力，按照五级航道标准进行设计。
船闸布置在函江的左岸，船闸本身由三部分组成：
上游引航道、闸室和下游引航道。
上游引航道：
长度不小于5倍设计船队的长度，根据经验五级航道标准的设计船队的长度为91m，故上游引航道的长度为455m，设计时取为500m;上游引航道的底宽度为35m，两岸采用浆砌护坡，边坡采用1：
2.5；上游引航道的底高程为15.0m。
下游引航道：
长度不小于5倍设计船队的长度，根据经验五级航道标准的设计船队的长度为91m，故下游引航道的长度为455m，设计时取为600m；下游引航道的底宽度为35m，两岸采用浆砌护坡，边坡采用1：
2.5；下游引航道的底高程为11.0m。
闸室：
闸室的长度为135m，宽度为12.0m；闸室的顶高程为24.0m，底高程为10.50m。
上下闸首控制船只的进出。
4.2.2水电站的布置
考虑河床的主槽比较靠近右岸，上下游不容易发生淤积，为最大的可能提高水电站的出力，发挥水电站的效益，将水电站布置在函江的右岸。
水电站的厂房的平面尺寸：
主厂房的长度为48.0米，上下游向的宽度为36.20米，主厂房总高度为32.0米。
水轮机的型号为：
GE（F02）-WP-380
发电机的型号为：
SFG200-70/3960
总装机：
3X2200KW
设计水头：
3.5m
最高水头：
7.0m
最小水头：
2.0m
最大引用流量225m3/s。
4.2.3泄水闸的布置
泄水闸布置在水电站和船闸之间。
泄水闸主要有三部分组成：
上游连接段、闸室段和下游连接段。
4.3主要建筑物（泄水闸）
4.3.1闸设计
水闸闸设计主要是确定闸型式、尺寸河设置高程，以保证水闸在设计水位组合情况下有足够的过流能力。
一、堰型和堰顶高程确定
根据设计任务书提供的资料显示，函江流域水面平缓，含砂量少，本水闸的主要功能为挡水灌溉和泄水，故本次设计采用堰流式闸室，堰型采用无槛宽顶堰。
这种型式闸室对于泄洪较为有利，它能使闸前漂浮物随着水流下泄，而不会阻塞闸而影响泄洪。
根据资料提供的地形图，考虑水闸的运行、河道冲刷淤积以及闸允单宽流量和工程造价等因素，本次设计取堰顶高程与河床底高程齐平为13.0m。
二、闸净宽计算、泄流能力校核
1、水位
Q2%=9540m3/s,H上=23.65m,H下=23.40m;
Q0.33%=12350m3/s,H上=待算，H下=23.80m;
2、闸净宽计算闸总净宽的确定，主要涉及两个问题：
一个是过闸单宽流量的大小；另一个是闸室总宽度与河道总宽度的关系。
如果采用的闸总净宽过小，使过闸单宽流量过大，将增加闸下游消能布置的困难，甚至影响水闸工程的安全；反之，如果采用的闸总净宽过大，使过闸单宽流量过小，工程量加大，造成浪费。
根据设计任务要求，闸允单宽流量不大于30m3/s，初步拟定闸总净
宽为0.7倍主河槽宽为350m，闸分成35，每宽10m，中墩厚1.6m，缝
墩厚0.8m°
水闸底板为无槛宽顶堰，闸泄流能力计算公式如下：
3
QB。
m..2gH』（《水闸设计规》以下简称《规》附A）
式中：
Q过闸流量（m3/s）;
（7――淹没系数，根据上下游的堰上水深查得；
£——侧收缩系数；
m流量系数；
B。
――闸总净宽（m）;
H。
一一堰顶以上上游总水头（m）°
1堰上总水头Ho
Hi（上游水头）=23.65—13.00=10.65m
Hs（下游水头）=23.40—13.00=10.40m
行近流速V。
二Q/A=9540/[700X（23.65—13.00）]=1.28m/s
Ho二Hi+V2/2g=10.65+1.282/（2X9.81）=10.73m
2淹没系数7
hs/H0=10.4/10.73=0.969
查《规》附表A.0.1-2,
得7=0.556;
3流量系数m
按P/H°=O查表得m=0.385;
4侧收缩系数£
水闸中墩厚度取为1.6m，缝墩取0.8m，根据《规》附录A.0.1-3公式
计算得£=0.860
根据以上公式可以试算出闸总净宽
B。
——Q亍=9540/（0.556X0.860X0.385X4.429Xm2gH0
10.733/2）=333m
—般来说，米用的闸总净宽要略大于计算值，本次设计闸总净宽取
350m，相应单宽流量为27.26m3/s/m，小于闸允单宽流量30m3/s/m,满足要求。
但校核工况下，水闸单宽流量为35.28m3/s/m，大于闸允单宽流量
[q]=30m3/s/m，若本次设计水闸总净宽以校核工况下通过闸室的单宽流量为控制，水闸规模将偏大，工程量加大，与消能工造价比较而言，会造成浪费。
校核工况稍大于允单宽流量，可能会出现局部破坏，但只要工程消能防冲设施得当，个人认为是能满足工程安全运行要求。
因此，经综合考虑本次设计水闸总净宽取350m，闸总数为35，单净宽为10m。
根据规的要求，中墩厚取1.6m，缝墩厚取0.8m。
因此水闸总宽度为：
B=350+36X1.6=407.6m
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