水闸设计课程设计成果书.docx
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水闸设计课程设计成果书
湖南水利水电职业技术学院
HunanTechnicalCollegeofWaterResourcesandHydroPower
课程设计指导书
设计项目名称水闸设计
姓名
专业：
水利工程
班级：
学号：
指导老师：
任务下达日期：
2015年05月18日
设计完成日期：
2015年05月24日
一、要求2
二、设计项目简介2
三、参考文献2
四、设计内容2
（一）闸址的选择2
（二）闸底板及闸型确定2
（三）工程等级及防洪标准3
（四）拟定闸孔尺寸及闸墩厚度3
（五）消能设施4
（六）闸底地下轮廓线的布置7
2、布置原则6
3、地下轮廓线布置6
校核地下轮廓线的长度6
地下轮廓线简图。
6
计算你所画图的地下轮廓线的长度，与要求的L比较。
7
（七）防渗计算8
（八）闸墩高程确定9
（九）实训心得10
一、要求
1.通过对水闸的课程设计，使学生初步掌握水闸设计的内容、方法、步骤，以及一般原则，加深和巩固水利工程建筑设计技术专业课的基础理论知识，培养学生独立工作和分析、解决实际工程问题的能力。
2.通过课程设计，培养学生的正确设计思想、严谨的工作作风、塌实肯干和求实奋进的精神。
3.通过课程设计，使学生在设计、计算、查阅参考文献及资料、绘图和编写说明书等方面提高能力，掌握技巧。
二、设计项目简介
在沩水河河道上修建一水闸。
闸址处河床宽120m，坝轴线处河床最低高程为92.0m，河床覆盖层上层为砂卵砾石，厚7.0m，属强透水层；其下为砂砾岩，为弱透水岩层。
根据水文计算，水闸的水位为已知。
当地有足够建土石坝的填筑土料，其物理力学性质见表格。
三、参考文献
主要参考文献及规范、规程（由指导教师选定）
（1）《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）；
（2）《水闸设计规范》（SL265-2001）。
四、设计内容
（一）闸址的选择
闸址、闸轴线的选择关系到工程的安全可靠、施工难易、操作运用、工程量及投资大小等方面的问题。
在选择过程中首先应根据地形、地质、水流、施工管理应用及拆迁情况等方面进行分析研究，权衡利弊，经全面分析比较，合理确定。
本次设计中闸轴线的位置已给出。
闸址处河床宽120m。
（二）闸底板及闸型确定
根据规划成果采用不设胸墙的开敞式水闸。
无底坎平顶板宽顶堰，堰顶高程与河床同高，即闸底板高程为92.0m。
（三）工程等级及防洪标准
依据规划成果。
《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）；
（四）拟定闸孔尺寸及闸墩厚度
由于已知上、下游水位，可推算上游水头及下游水深。
闸门全开泄洪时，为平底板宽顶堰堰流，根据公式
判别是否为淹没出流。
按照闸门总净宽计算公式，根据设计洪水和校核洪水两种情况分别计算闸孔总净宽B。
其中
为堰流侧收缩系数，先假定最终数据要试算确定；
为堰流流量系数，取0.385。
根据《闸门设计规范》中闸孔尺寸和水头系列标准，选定单孔净宽b0和孔数n（设计情况和校核情况综合考虑后确定）。
拟定墩厚d。
计算闸室总宽度L。
根据孔口与闸墩的尺寸可计算侧收缩系数，查《水闸设计规范》分别计算中墩及边墩的侧收缩系数，然后计算总的侧收缩系数，直到与原来假定的相同为止。
复核泄洪能力：
根据单孔净宽b0、孔数n和相应系数计算设计情况和校核情况两种情况下的过流量Q，并计算该值与设计流量（1420m3/s）、校核流量（1832m3/s）间的误差，误差不超过5%。
流量Q计算式如下：
Q=
水闸闸门设计
设计情况
Q
ε
6
m
H0
B0
b0
n
d
εz
εb
ε
1420
1
0.9
0.385
5.43
72.4
10.35
7
1.5
0.98
0.988
0.98
1420
0.98
0.9
0.385
5.43
73.9
10.50
7
1.5
0.98
0.988
0.98
校核情况
1832
1
0.83
0.385
5.8
91.7
10.20
9
1.5
0.98
0.988
0.98
1832
0.980
0.83
0.385
5.8
93.6
10.50
9
1.5
0.98
0.988
0.98
1848.4
0.008
闸址河床
120m
上游水位
97.43
下游水位
96.66
河床
92
hs
4.66
上游水位
97.8
下游水位
97.18
hs
5.18
设计情况超过了规定5%的要求，说明孔口尺寸有些偏大，但根据校核情况满足要求，所以不再进行孔口尺寸的调整。
闸孔布置:
每孔净宽10m，共布置9孔。
闸室总宽度94。
（五）消能设施
1、消力池尺寸及构造
采用底流式消能，闸前为正常高水位96.50m，部分闸门局部开启，只宣泄较小流量时，下流水位不高，闸下射流速度较大，才会出现严重的冲刷河床现象，需设置相应的消能设施。
为了保证无论何种开启高度的情况下均能发生淹没式水跃消能，所以采用闸前水深H=4.5m，闸门局部开启情况，作为消能防冲设计的控制情况。
根据工况组合计算得出：
泄洪闸当闸门开9孔时，下泄单宽流量12.7
时，
-
最大，对应下泄流量300.00m3/s。
此时对应下游水深为1.74m，消力池深度根据以下公式进行计算：
式中d—消力池深度（m）；
—水跃淹没系数采用1.05；
hc″—跃后水深（m）；
hc—收缩水深（m）；
α—水流动能校正系数，可采用1.0～1.05；
q—过闸单宽流量（m2/s）
b1—消力池首端宽度（m）
b2—消力池末端宽度（m）
T0—由消力池底板顶面算起的总势能（m）
△Z—出池落差（m）
hs′--出池河床水深（m）
消力池长度计算公式采用：
式中
—消力池长度（m）
—消力池斜坡段水平投影长度（m），斜坡段坡度取1:
4；
—水跃长度校正系数，可采用0.7～0.8，计算时取0.8；
—水跃长度（m）
消能池尺寸计算
g
σ0
q
hs'
T0
α
φ
hc
hc''
▲z
d
Lj
上游水位
96.5
10.00
1.05
12.70
1.74
4.50
1.00
0.95
1.83
3.38
2.25
-0.44
10.71
下游水位
93.74
-0.01
0.50
▲H'
2.76
消力池底板厚度根据抗冲和抗浮的要求，分别按以下公式进行计算，并取大值
抗冲
式中
—消力池底板始端厚度（m）
—闸孔泄水时的上、下游水位差（m）
—消力池底板计算系数采用0.15～0.20
采用挖深式消力池。
为了便于施工，消力池的底板做成等厚，为了降低底板下部的渗透压力，在水平底板的后半部设置排水孔，孔下铺设反滤层，排水孔孔径为10cm，间距为2m，呈梅花形布置。
消力池深0.5m，长10m。
2、海漫设计
根据《水闸设计规范》，海漫长度计算采用公式
式中
—海漫长度（m）
—海漫长度计算系数，按照河床砂卵石基础选用，
=11；
—消力池末端单宽流量（m2/s）
—上下游水位差（m）
β
Ls
Lsj
k1
t
Lp
0.80
2.00
10.57
0.20
0.92
22.42
q
2.5
24.00
ks
海漫长度24m。
因为对海漫的要求为有一定的粗糙度以便进一步消除余能，有一定的透水性，有一定的柔性。
所以选择在海漫的起始段为7米长的浆砌石水平段，因为浆砌石的抗冲性能较好，其顶面高程与护坦齐平。
后17米做成坡度为1：
10的干砌石段，以使水流均匀扩散，调整流速分布，保护河床不受冲刷。
海漫厚度为0.6米，下面铺设15cm的砂垫层。
3、防冲槽设计
海漫末端河床冲刷坑深度按公式19计算，其中河床土质的不冲流速可按下式计算。
按不同情况计算如表3所示。
式中
—河床土质的不冲流速，m/s；
—查《水力学》可知此处取0.8m/s；
—水力半径，
；
—海漫末端河床水深，m。
根据计算确定防冲槽的深度为1.50m。
采用宽浅式，底宽取3.0m，上游坡率为2，下游坡率为3，出槽后作成坡率为5的斜坡与下游河床相连。
如图2所示。
图2海漫防冲槽构造图（单位：
m）
（六）闸底地下轮廓线的布置
1、防渗设计的目的
防止闸基渗透变形；减小闸基渗透压力；减少水量损失；合理选用地下轮廓尺寸。
2、布置原则
防渗设计一般采用防渗和排水相结合的原则，即在高水位侧采用铺盖、板桩、齿墙等防渗设施，用以延长渗径减小渗透坡降和闸底板下的渗透压力；在低水位侧设置排水设施，如面层排水、排水孔排水或减压井与下游连通，使地下渗水尽快排出，以减小渗透压力，并防止在渗流出口附近发生渗透变形。
3、地下轮廓线布置
（1）闸基防渗长度的确定。
L计算公式。
L≧CH
（2）防渗设备由于闸基土质以粘性土为主，防渗设备采用粘土铺盖，闸底板上、下游侧设置齿墙，为了防止砂卵石层漏水，设置砼防渗墙防渗，防渗墙的底部高程86.5m。
（3）防渗设备尺寸和构造。
粘土铺盖的长度（（3~5）倍的上、下游水位差）。
闸底板厚度和齿墙尺寸。
校核地下轮廓线的长度
地下轮廓线简图见图
根据以上设计数据，实际的地下轮廓线布置长度应大于理论的地下轮廓线长度。
（七）防渗计算
1、渗流计算的目的：
计算闸底板各点渗透压力；验算地基土在初步拟定的地下轮廓线下的渗透稳定性。
2、计算方法有直线比例法、流网法和改进阻力系数法，由于阻力系数法计算结果精确，采用此种方法进行渗流计算。
3、计算渗透压力
（1）地基有效深度的计算。
（2）分段阻力系数的计算。
水闸防渗计算
位置
S
T
S1
S2
L
§进出
§水平
§垂直
1~2
1.00
9.00
0.50
2~3
8.00
1.00
2.00
4.00
0.24
3~4
1.00
8.00
0.13
4~5
7.00
0.00
5.00
0.25
-0.46
5~6
5.00
7.00
0.94
6~7
5.00
7.00
0.94
7~8
7.00
2.50
0.00
5.75
0.57
8~9
1.30
8.30
0.53
L
10
Σ§
3.85
S
7
▲H
4.5
Te
9.00
π
3.14
H1
3.92
h1
0.58
H2
3.64
h2
0.28
H3
3.49
h3
0.15
H4
3.49
h4
-0.54
H5
2.39
h5
1.10
H6
1.29
h6
1.10
H7
0.62
h7
0.67
H8
0.00
h8
0.62
（八）闸墩高程确定
采用以下三种方法计算取较大值。
1）
=校核洪水位时水深+安全超高
2）
=设计洪水位时水深+安全超高
3）
=正常挡水位时水深+波浪计算高度+安全超高
实训心得
实训是大学里必不可少的一项内容，一直以来，我们作为学生，只是一味地获取知识，真正实践的机会是很少的。
通过实训，我深切感触到了我们所学知识过于浅薄，还不能解决工程中遇到的技术难题和算数中的公式应用。
在工程应用中实践经验太少。
由此看来，进一步深造和在社会这个人生的大舞台中不断提高自己无疑是我们要面临的两种选择。
人生的路还很漫长，事业路上的坎坎坷坷谁都不能预测，但是我们却要牢记优胜劣汰这条亘古不变的原则，在这个处处充满挑战的社会我们只能让自己不断加强。
确定好自己的人生目标，扎扎实实的工作，把自己融入社会，让自己适应社会的发展需求。
这次实训的时间虽然不是很长，但我得到了很好的实践机会，同时更为自己以后的工作和学习作了很好的铺垫。
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