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渠首进水闸设计说明书

取水枢纽进水闸设计计算说明书

—一工程概况：

某灌区总灌溉面积97.6万亩，灌区分布在河道两岸，两岸灌溉面积大致相等。

根据河流的水沙情况及取水要求，经过综合比较，修建由拦河坝，冲沙闸，进水闸组成的冲沙槽式U等取水枢纽。

拦河闸横跨河道修建，于主河道正交，闸地质河宽270m拦河闸底板高程与河床平均咼程相同，为31.5m,两岸堤坝咼程39.8m,闸上游限制最咼洪水位38.8m,冲沙闸布置在拦河闸两侧，地板高程31.5m,进水闸为了满足两岸灌溉要求，采用两岸布置方案。

枢纽平面布置如图1所示：

ft：

拦河闸与冲沙闸均为三孔一联F拦河闸

共五联，冲沙闸共两联，境头均为半圆形

二工程资料：

1.气象：

多年平均气温7.5°C。

月平均最搞气温20.3°C，月平均最低气温-18°C，冻层深度1.0—1.5m，多年平均风速4.1m/s，汛期最大风速8.4m/s。

2.水文：

表1:

拦河闸闸地址河流不同频率的洪峰流量表（单位：

m3/s）

频率

0.1%

10.33%

0.5%

1%

2%

5%

10%

25%

75%

流量

6150

r5300

5000

4520

4020

3320

2820[

2000

r280「

表2:

建闸前闸址处水位一流量关系表（单位：

m3/s）

水位

31.5

33.1

33.85

34.7

36.0

36.8

37.4

37.7

38.0

38.8

流量

0

r200

r500

1000

2000

3000

4000[

5300：

6150:

7000：

进水闸以5%的洪水作为停水标准，灌溉临界期相应的河道流量Q=400m3/s，闸址处平均含沙量1.8kg/m3，实测最大含沙量4.74kg/m3。

3.地质情况：

渠道附近属于第四纪沉积岩，厚度较大，两岸滩地为粉质壤土及粉沙，其下为砾质中沙，次下为砾质粗沙：

沿河一带地下水埋藏深度随地形变化，一般在2.5m左右，因土质透水性强，地下水位变化受河道水位影响大，丰水期河水补给地下水位较高，枯水季节，地下水补给河水。

4.地基土设计指标：

地基允许承载能力[（T]=250KN/m；地基应力分布允许不均匀系数n=2〜3；砼与中砂摩擦系数f=0.4;

3

砼容重丫=24KN/m;

回填土：

尽量以透水性良好的砂质中砂或粗砂回填，回填土壤容重丫干=16KN/m3;丫湿=10KN/丫饱=20KN/m3;C=0填土与墙后摩擦角3=0

5.地震：

本地区不考虑地震影响

6.工程材料：

石料场距闸址不远，石料抗压指数2500KN/cm左右，容重：

丫=24KN/卅;采石场用粗细骨料及砂料，距渠首2.5—3.0km

7.交通：

进水闸有交通要求，要求桥面总宽三设计资料：

1.渠道设计资料：

渠首底板高程32.10m;

每年最大引水流量C=78m3/s;灌溉期正常挡水位35.00m;相应下游水位34.80m;

渠道纵坡I=1：

3500;渠道边坡1.75;

渠道底宽B=26m渠道顶部高程37.5m;

渠道顶部宽度6m

2.确定设计流量与水位：

以水闸最大引水流量78m/s作为设计流量。

因所设计进水闸为有坝式引水，根据有坝引水上游水位的确定办法，进水闸的上游水位是有拦河坝（闸）控制的。

闸的上游设计水位，即拦河坝（闸）应该壅高的水位。

其他时期的水位决定于相应时期拦河坝（闸）泄流时的坝顶（闸前）溢流水位。

所以上游水位是正常挡水位

3

m；

O

5m。

34.80m。

3.泄流计算资料:

渠道附近地质剖面图

35.00m,相应下游水位

特征洪水

频率（％）

流量（m3/s）

上游洪水位（m

设计洪水

0.5

P5000—

37.84

停止引水

5

3320

37.15

四设计容及步骤：

＜一＞枢纽和建筑物等级确定：

根据引水流量划分枢纽和建筑物等级，所设计的水闸最大引水流量78mVs，根据《灌溉与排水工程设计规》的要求，灌溉流量在50〜200m3/s，故该枢纽为U等枢纽，其主要建筑物为二级建筑物。

＜二＞闸孔设计：

1.堰型选择：

因为宽顶堰构造简单，施工方便，适用于广大灌区建筑物众多，技术力量分散的情况。

所以水闸底板（堰型）采用宽顶堰形式。

由于闸上游水位变幅较大而在最高水位时要求挡水，所以采用胸墙孔口。

2.堰顶咼程：

灌溉渠系中各种水闸的堰顶高程于渠底高程有密切关系，进水闸的堰顶高程常等于

或略等于闸后渠底，且比闸前河床至少高一米，以防止推移质泥沙入渠。

所设计的水闸闸前河底高程31.5m，闸后渠首渠底高程32.1m。

水闸底板高程一般应高于渠首渠底高程。

综合考虑以上因数，确定闸底板顶部高程为32.5m。

1）计算行进流速V。

：

初步拟定闸前渠宽为Bo=26m

Vo

78

0.857m/s

（HP）B。

（2.5

2）计算行进水头：

2

0V0

1）26

H。

H药2.5

2

1.00.857

2.537m

29.8

3）为了加大流量系数，堰顶头部设计为圆角形i-

H

右04，圆角形半径取为

r05

r’0'5m，故H2502。

查相关资料得宽顶堰流量系数

m=0.374。

4）求

s（淹没系数）：

hs34.8

2.357

3250.9070.8,查相关资料得s=0.832

5）假设侧收缩系数1.0

则孔口总净宽L0

78.0

Q

3

m.2gH]0.8261.00.374219.6

314.012m

2.357'

4.单孔宽度与闸室总宽度及孔数:

初步拟定为3孑L，则单孔净宽b014竺4.67，即单孔宽度

3

b。

5m，取闸室边墩厚

0.65m，

墩头为1/4圆形，中墩厚为

1.30m,墩头为半圆形

边孔侧收缩系数:

4b（1B）

0.2

/H

0.1

（0.1常数）

10.20.4

4

\6.95

0.96667

中孔侧收缩系数:

5

0.96667

5

（1653）°9749

故:

（n

n

1）

此时实际流量：

Q'

由于实际流量略大于水闸最大流量，但小于

5m。

闸室总宽L1nl

209749

0.97490.9722

3

3

m2gH?

B0.8320.97220.3744.4274.041581m3/s

5%,所以可以闸孔数3,每孔宽度为

0（n1）d35（31）1.317.6

＜三＞消能防冲设计:

1.设计工况确定:

闸门孔口为3孔，在只开启2孔情况下，计算不同开度e下的泄流能量，确定最不利情况下对应流量作为确定消力池深度的设计流量。

设计条件为上游水位37.15m,下游水位为34.80m。

e

对于孔口出流3.02,二e<3.02H。

堰上总水头H=37.15-32.5=4.65m，二e<3.02

H

X4.65=14.04m。

堰上总水头：

H0H-°V°H—[Q]24.75m

2g2g°B（RH）J

（由上游水位37.15m，查表得Q=3083riVs）。

孔口出流流量Qsb0e.2gH0,其

中对于平板闸门：

e

0.600.1760.600.0378e，b05.0m，先设s1.0，则

H

Q48.244e。

设当闸孔有两孔开启一孔关闭情况下，随e开度不同，单宽能量

EqH的变化现列表计算如下

e（m

e

H

2

Q

q

he

▽下

ht

n

he

△H

E

0.5

0.1075

0.6154

0.5812

28.04

2.804

0.3077

33.70

1.60

2.13

3.45

94.8

1.0

0.2150

0.6206

0.5622

54.24

5.424

0.6206

34.30

2.20

2.81

2.85

151.5

1.3

0.2796

0.6238

0.5508

69.09

6.909

0.8109

34.60

2.50

3.08

2.65

172.6

1.48

0.6261

0.6261

0.5440

77.68

7.768

0.9261

34.80

2.70

3.21

2.35

178.9

1）计算过程:

竺0.1075,查表得平板闸门垂直收缩系数20.6154,

4.65

H37.1533.73.45m

2）由上表可知，在只开两孔时，随e增大，单宽能量增大，即当流量达到最大引水流量Q=78mVs，E最大，即消力池设计流量亦取Q=78mVs。

此时ht2.7mhC3.21m，将发生远驱式水跃，由于hth；约1.0m，故采用降低护坦高程形式的消力池。

h；1

1.0

0.85

0.84

h；1

0.85

0.84

0.84

do

贝UEoi=&+do=R+H）+do=32.5-32.1+4.75+0.6=5.75m。

根据hd，迭代计算hd值:

j2g（E°1hd）

邑[18q21]3.458m，htjhC1.053.4543.627

2'、ghc

0.50.2577.76、0.50.25

tK0qH0.2（）2.350.51m，取t=0.6m。

18

（Kc――经验系数，q――单宽流量，H――上下游水位差）。

在护坦下面设置反滤层和排水孔，渗透压力很小。

护坦依靠自重可满足稳定性要求，故不需进行抗浮验算。

4.海漫的布置构造：

在前1/3利用浆砌石，并在部设置排水孔，底部设反滤层，垫层，后2/3段利用干砌块

石，用卵石和毛砂组成垫层，末端为31.5m，应满足粗糙，透水，柔性的要求：

根据《水闸设计》底流消能后海漫长度可有：

LxKq1/2H1/4114.321/22.351/428m，厚度取0.4m。

K――与河床土质有关的经验系数。

q――消力池出口处单宽流量。

H――上下游水位差。

5.防冲槽的布置构造：

根据工程经验，防冲槽采用宽浅式，深度取2.0m，底宽取5.0m,上游坡率取m=2,

下游吩3,采用粒径大于如的抛石，冲刷深度t取伽。

由经验公式t1嚅ht，

qQ=77.76=3.0,[v]对砂质取0.8,ht=34.8-32.1=2.7m。

二t1.4m，取2.0m。

B闸26

根据工程经验槽底宽取（2.5〜3）t即取4m

＜四〉闸室布置及构造：

1.

闸底板:

考虑到闸墩，胸墙，闸门，交通桥整体布置的需要，取13m。

整体平底板的厚度约为

单孔净跨的1/5〜1/7,即2.6m〜1.85m。

考虑到闸址处地质情况不太好，处于软基之

上，平底板厚度取为2.0m。

底板在上下游两端设置浅齿墙深1.0m

2•闸墩:

闸墩的长度，等于底板长度，即13m。

闸墩顶部高程的确定：

把停止引水的水位37.15m作为设计洪水位。

校核洪水位为38.80m。

多年平均风速

v=4.1m/s,设计情况下，二级建筑物安全加高hc=0.5，校核情况下hc=0.4m

吹程D=5B=5<26=0.13Km，

22

hi3.140.162

L1.616

hh1hzhc0.1620.0510.50.712

•••▽=37.15+0.712=37.862m。

校核情况下：

多年平均风速v=4.1m/s，

hL0.0136V03/2D1/30.01364.13/20.131/30.057m

0.575m，

L0.389V0D1/20.3894.10.131/2

•••▽=38.80+0.475=39.28m。

二者取较大，故墩顶高程为39.28m,取39.40m

3.胸墙:

胸墙顶部高程与边墩高程相同取为39.4m。

在正常挡水位35.00m时，为了保证闸门全

开后，过闸水流量是堰流而非孔流，胸墙得衬底高程应高出正常挡水位0.2m,即胸墙底

部高程为35.2m,胸墙厚度为0.3m,这样闸门的高度35.00-32.5+0.3=2.8m,取为3m

4.交通桥及工作桥：

交通桥：

采用板式，宽5m,厚0.35m。

两侧护拦高1.2m,截面0.1X0.1，间隔1m横

杆0.1X0.1X12

工作桥：

米用板式结构，桥咼=2X闸门咼度+hc=2X3+1.5=7.5m。

桥底咼程▽=32.5+7.5+0.4+2.5=42.9m。

宽5m厚0.35m,栏杆高1.2m，间隔取1m断面0.1X0.1

y厂

煨0

5.闸门与启闭机：

闸门宽为闸孔口净宽+2槽宽，闸门高度由最大孔口开度+超高确定,即H=2.5+0.3二2.8m,取H=3m。

根据闸门自重选用QP©—25T的启闭机，闸门选用平板式钢闸门。

＜五＞防渗排水设计：

1.防渗长度的初步拟定值按下列公式计算。

L=gH,式中L为初拟防渗长度。

△H为上下游水位差。

C为渗透系数，对于本闸门的防渗计算，上游水位取防渗限制水位38.8m,此时闸门全关，先假定水闸下游无水，△H=38.8-32.6=6.2m，在中砂

壤土中C取6.0，贝UL=C^H=6X6.2=37.2m。

防渗长度L为上图中各点顺次连接起来的总长度：

L=1.5+0.5X2+20+0.5+1.6+4.5+0.5+0.5X.2+0.5+10+0.5+.2+9.0+2+2.0=

54.826m>37.2m,所以满足防渗长度要求。

二Te=0.5Lq=0.5X40=20m。

对③④⑥段，由Inctg（1S）得出。

24T

T=20mS=1,a11.5（丄）1.50.4410.46；

20

Si=0,S2=1.0,T2=19.5丄=27,/•227°.7（01.0）1.35

19.5

Si=0.6,T3=19.5,二3Inctg（10.03

2419.5

1.0

S=0.6,T3=18.4,•••4lnctg

（1）0.05

2418.4

Si=1.0,S2=1.0,T4=18.4,L=13,•513。

〃⑴01.0）0.630

18.4

10

S=1.0,T6=18.4,•6-lnctg—（1—°）0.05

2418.4

T=20mS=1,.・.71.5（丄）1.50.4410.46

20

n

i12345670.461.350.030.050.630.050.463.03

i1

各段水头损失：

水闸正常运用时，上游水位为37.15m，下游水位为34.8m，总水头

H=37.15-34.8=2.35m。

校核情况时上游水位为最高洪水位38.3m,下游水位为32.6m,总水头H=38.8-32.6=6.2m。

a,设计情况

进口段:

h0

，hi

0.53

0.35

0.186m,

h（1

）hi

（10.53）0.35

0.168m

出口段:

h

'hi

0.46

0.35

0.161m,

h（1

'）hi

（10.46）0.35

0.193m

Thx

1.045

h

0.168,

•-hx

hxh

1.349

0.168

1.517,（进口）

■-hx

0.488

h

0.193,

•-hx

hxh

0.488

0.193

0.681,（出口）

b,校核情况

进口段:

h。

，hi

0.53

0.94

0.492m,

h（1

'）hi

（10.53）0.94

0.444m

出口段:

h0

'hi

0.46

0.94

0.426m,

h（1

'）hi

（10.46）0.94

0.510m

Thx

2.756

h

0.444,

•-hx

hxh

2.756

0.444

3.190,（进口）

•-hx

1.288

h

0.510,

•-hx

hxh

1.288

0.510

1.798,（出口）

渗透水头修正值如下表（单位：

m

H1

H2

H3

H4

H5

H6

H7

H8

设计情况

「2.35

2.16

0.95

0.93

:

0.88

0.20

0.16

0d

校核情况

6.3

5.81

2.62

2.57

2.46

0.66

0.51

0

出口段渗流坡降J;进口段渗流坡降Jh0,

S

正常运用时J0160.16，校核情况下：

J0兰0.43

1.01.0

由《水工建筑物》P298表6—3出口段容许坡降值J<（0.40〜0.45）,所以渗流满足要求<六>闸室稳定校核及应力分析：

1.稳定校核

Pt

（1）正常情况

1水重：

G=（37.15-32.6）X16.8X5X9.81=3749.4kN

G2=（34.8-32.6）X11.6X8X9.81=2900.6kN

2水的水平推力：

R=1/2X49.5X（4.55+0.5）X16.8=2101.5kN

P2=1/2（34.82+56.38）X2.1X16.8=1608.8Kn

P3=1/2X47.1X（34.8-30）X16.8=1898.6kN

3扬压力：

P=1/2（56.38+52.74）X13X16.8=11916.0kN

4浪压力：

设计情况下，H=4.55mhL=0.17m,L1=0.59m,h°=0.02m。

波浪波长，波高均很小，可知浪压力很小，可忽略不计。

5闸室各部件的重量如下页列表：

假定地基表层滑动，利用纯摩公式，求出稳定系数：

0.4（1860°39493829006211916013.101.3

190615951795

部件名称

重量（kN）

力臂

力矩

备注

3

丫砼=24kN/m，

底板

9596

1.2m高栏杆每

闸墩

6003

米长的容重

胸墙

—565.6

2.1

1187.7

r3

丫=24kN/mi，

公路桥

1444.6

3.0

4333.9

启闭机重量包

工作桥

P370.5

1.4

500.2

括其下砼重机

检修桥

1359.3

4.0

1437

座，钢闸门

钢闸门

125.4

1.4

169.2

丫=6.34kN/m3

启闭机

56.9

1.4

76.8

合计

18521.3

962.6

•••闸室满足抗滑稳定

（2）校核情况。

1水重：

G=（38.8-32.6）X16.8X5X9.81=5109.5kN

G2=0kN

2水的水平推力：

R=1/2X65.27X（38.8-32.6+0.5）X16.8=3699.1kN

P2=1/2（27.95+49.5）X2.1X16.8=1366.9Kn

P3=1/2X25.5X2.6X16.8=557.1kN

3扬压力：

P=1/2（49.5+31.2）X13X16.8=8821.1kN

4浪压力：

设计情况下，H=6.2m2hc=0.11m,Lc=1.2m,h°=0.03m。

波浪波长，波高均很小，可知浪压力很小，可忽略不计。

5闸室各部件的重量如下页列表：

假定地基表层滑动，利用纯摩公式，求出稳定系数：

Kc匚2生卩"0.4（5109.918500跖21.1）1.31[Kc]1.05

P（RP2P3）3699.121366.9557.05

•••校核情况下，闸室满足抗滑稳定

2.地基应力计算

1刚竣工期，此时上游无水，作用荷载仅是水闸自重，此处计算地基应力要加入汽车荷载。

汽车重量取10吨，即98.1kN，力矩M=98.1X3.0=294.3kN.m，

故G1850098.118600kN,M962.57294.31256.87kNm，由于在竣工期没有扬压力，闸室有最代地基应力。

1G1860032

-（maxmin）85.25kN/m[允]250kN/m

2Lb16.813

2正常情况：

浪压力及其力矩忽略不计，其余力矩见下页：

正常情况下的地基应力计算：

max

709

1.13[]2.03

min

62.7

112

[maxmin]（70.962.7）66.8[]允=250kN/m

22

•正常情况下地基应力满足要求。

3校核情况

计算列表如下页：

力的名称

垂直力（kN）

水平力（kN）

力臂

力矩（kN.m）

—

（m

水闸自重

G0

18619.4:

1257|

Pi

3699.1

1.9

7028

水平压力

F2

1366.9

1.5

2050.4

P3

557.0

1.67

930.3]

水重

G

5109.5

4.0

20438

G2

扬压力

Ff

23728.9

8821.1

0.73

6439

合计

23728.9:

8821.1

5066.0

557.0「

22488

15655J

14907.8J

4509.0—

6833.4

G

max

6M

14907.8

66833.4

70.73

LB

min

Lb2

16.8

13

16.8132

65.9

max

70.7

1.07

[]

2.03

min

65.9

!

[

max

2

i]1min亠

2

（70.7

65.9）