闸坝毕业设计计算说明书终结版Word文档格式.doc
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7.2.2.4静水压力 39
7.2.2.5浪压力 39
7.2.2.6泥沙压力 40
7.2.2.7地基承载力的验算 40
7.2.2.8抗滑稳定分析 42
7.2.2.9抗浮稳定分析 42
7.2.3设计洪水位的验算 43
7.2.3.1自重 43
7.2.3.2水重 43
7.2.3.3扬压力 43
7.2.3.4静水压力 48
7.2.3.5浪压力 48
7.2.3.6泥沙压力 49
7.2.3.7地基承载力的验算 49
7.2.3.8抗滑稳定分析 51
7.2.3.9抗浮稳定分析 51
7.2.4校核洪水位的验算 51
7.2.4.1自重 51
7.2.4.2水重 52
7.2.4.3扬压力 52
7.2.4.4静水压力 57
7.2.4.5浪压力 58
7.2.4.6泥沙压力 58
7.2.4.7地基承载力的验算 59
7.2.4.8抗滑稳定分析 60
7.2.4.9抗浮稳定分析 61
4
第一章设计依据
1.1工程等级及建筑物级别及设计标准
1.1.1工程等级
*水电站位于**省*市严道镇庙岗乡境内。
给定正常高水位750.00米，发电引用流量52m³
／s。
电站装机容量6400kw。
根据工程基本资料和《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252—2000（表1—1），确定：
*水电站工程等级属于V，小
（2）型规模。
表1-1水利水电工程分等指标
工程等别
工程规模
水库总库容
防洪
治涝
灌溉
供水
发电
（108m3）
保护城镇及工矿企业的重要性
保护农田
治涝面积
灌溉面积
供水对象重要性
装机容量
（104亩）
（104kw）
Ⅰ
大
（1）型
≥10
特别重要
≥500
≥200
≥150
≥120
Ⅱ
大
（2）型
10～1.0
重要
500～100
200～60
150～50
120～30
Ⅲ
中型
1.0～0.10
中等
100～30
60～15
50～5
30～5
Ⅳ
小
（1）型
0.10～0.01
一般
15～3
5～0.5
5～1
Ⅴ
小
（2）型
0.01～0.001
<
5
3
0.5
1
注:
①水库总库容指水库最高水位以下的静库容；
②治涝面积和灌溉面积均指设计面积。
1.1.2建筑物等级
根据工程基本资料和《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252—2000（表1—2），确定：
工程等级为V
查表1-2及1-3可知：
永久性水工建筑物中主要建筑物等级为5，次要建筑物等级为5。
临时水工建筑物等级为5。
表1-2水工建筑物级别
永久性建筑物级别
主要建筑物
次要建筑物
2
表1-3临时水工建筑物的级别
级别
保护对象
失事后果
使用年限（年）
临时性水工建筑物规模
高度（m）
库容（亿m³
）
有特殊要求的一级永久性水工建筑物
淹没重要城镇，工矿企业，交通干线或推迟总工期及第一台（批）机组发电，造成重大灾害和损失
＞3
＞50
＞1.0
1级，2级永久性水工建筑物
淹没一般城镇，工矿企业或影响总工期及第一台（批）机组发电，造成较大经济损失
3~1.5
50~15
1.0~0.1
3级，4级永久性水工建筑物
淹没基坑，但对总工期及第一台（批）机组发电影响不大，经济损失小
＜1.5
＜15
＜0.1
1.1.3洪水标准
根据资料可知库区洪水标准：
二十年一遇设计洪水流量为1700m³
／s，相应的下游水位746.9米。
一百年一遇校核洪水流量为2080m³
／s，相应的下游水位747.566米。
防洪限制水位751.00米。
故洪水标准为：
拦河坝设计洪水标准为20年一遇，校核洪水为100年一遇。
1.2设计基本资料
1.2.1水文资料
1.2.1.1洪峰流量
*河流域内曾设有经河、荥河、*河水文站。
本次设计使用*水文站观测资料进行设计。
表1-4*电站设计年径流成果表单位：
m3/s
时段
Q0
P（%）
10
50
90
年
38.2
45.4
37.9
31.9
11~4月
20.4
23.4
20.3
17.5
表1-5*电站设计年径流年内分配表单位：
代表年
六
七
八
九
十
十一
十二
一
二
三
四
五
丰水年
104
97.3
81.0
40.8
27.6
17.9
14.1
14.3
23.3
40.5
35.1
中水年
64.1
108
69.0
34.3
29.9
16.4
13.6
14.7
22.3
22.6
枯水年
46.4
63.0
35.8
22.7
16.3
13.4
20.0
28.0
26.5
表1-6设计洪水成果表单位：
均值
各种频率设计值
P=1%
P=2%
P=3.3%
P=5%
P=10%
P=20%
1090
2080
1920
1880
1700
1520
1330
根据表1-6可知建筑物洪水标准与流量（见表1-7）
表1-7永久性主要建筑物洪水标准与洪峰流量
频率
建筑物
P＝5％
P＝1％
流量（m3/s）
拦河坝
1.2.1.2气象
1.多年平均降水量1253.0mm
2.设计风速26.5m/s，
3.校核风速18.0m/s，
4.吹程2.2km，
5.风向北风（沿吹程方向）
1.2.1.3泥沙特征
1.输出率1.56kg/s
2.淤沙浮容重0.75t/m3
3.淤沙内摩擦14°
4.悬移质含沙量1.2kg/m3
1.2.2.地质资料
闸址处河谷为U型河谷，河床宽70~120m，河床高程为741.5~743.5m。
左坝肩段：
地面高程742~747m，为Ⅰ级阶地及前缘，阶地表层为粉土,厚0.5~1.2m，下部为（漂）卵砾砂，结构稍密~中密为主，厚12~13m，下伏基岩为沙溪庙组之粉砂质泥岩夹砂岩，岩体强弱风化厚度分别为2~3、3~4m，基岩顶高程733~734m。
坝基段：
经河河床较平缓，中部发育一高漫滩，地面高程为741~744m。
河床中漂卵砾石夹砂层厚3~7m，结构松散~稍密。
下伏岩体为J2s层粉砂质泥岩夹泥质粉砂岩、砂岩及F2断层破碎带，其处露顶板高程为735~739m。
J2s层泥质粉砂岩、粉砂质泥岩夹砂岩岩体强弱风化带厚度分别为2~3m、4~5m。
右坝肩段：
下坝线区域存在笔夹石滑坡，滑坡发生在坝线上游老婆弯山坡上，位于坝轴线上游右岸，主要为浅层堆积层滑坡，地形总体呈斜坡，微圈椅状。
滑坡体长55~60m、宽60~65m、厚2~8m，高程750~753m，斜坡下为一陡坎，基岩裸露；
后缘高程为777~780m，发育有阶坎状小平台，宽3~6m，坎高1~3m，后缘壁为基岩，由沙溪庙组（J2s）之砂泥岩互层组成；
滑坡左侧发育一小冲沟，夏季有流水；
滑坡右侧为一侧微凹地形。
据调查，近几十年来，滑坡体未见有明显变形及滑动现象，天然状态下稳定性较好。
表1-8坝址基岩物理力学性质指标
名称
指标
容重
T/m3
弹性模量
Kg/cm3
软化系数
摩擦系数
承载力
抗压强度
柏松比
砂岩
2.55（干）
2.57（湿）
6×
0.51
0.60
2.5（压）
1（拉）
500
0.25
页岩
2.54（干）
2.60（湿）
9000
0.35
8（压）
160
0.31
砂砾石
1.1（浮重）
2000
注：
岩石与混凝土接触面的抗剪断强度指标f=0.9；
C=0.7Mpa（7kg/cm2）
1.2.3建筑材料
表1-9砼与石料物理力学指标
浆砌体
干砌毛条石
干砌块石
混凝土
2.3
1.9
1.65
2.45
Kg/cm2
4×
2.8×
0.65砌体与砂体
0.60砌体与砂岩
0.35毛条石与
0.35与页岩
0.7
20
抗拉强度
孔隙率
%
25
35
弹性抗力系数
T/m2
顶为0.00
坝基为25.00
μ
0.167
粘结力
0.65
第二章设计洪水位和校核洪水位计算
2.1堰型的选择
水闸常用的堰型有宽顶堰和实用堰两类。
宽顶堰自由泄流范围较大，泄流能力比较稳定。
故此次设计采用结构简单，施工方便的宽顶堰。
*水电站的任务是某县城的防洪，发电。
故为方便排沙，采用平底板宽顶堰。
2.2闸底板高程
*水利枢纽工程闸址处河谷为U型河谷，河床宽70~120m，河床高程为741.5~743.5m。
此次设计，我设计的是下坝。
根据《水闸设计规范》SL265-2001，将闸底板高程修筑与原河底齐平，即闸底板高程为741.5m。
。
由于堰型采用平底板宽顶堰。
故闸底采用宽顶堰，工作闸门和检修闸门也采用平板闸门
2.3水闸过闸流态的判别
水闸过闸流态出闸孔出流和堰流两种形态。
主要是根据过闸水面是否受闸门或胸墙的影响来区分，此工程水闸需完全开启闸门泄水，所以按堰流形态对闸口尺寸进行设计。
2.4闸孔总净宽计算
对于平底板，当为堰流时，闸孔中净宽可按下列公式计算：
其中：
B0——闸孔总净宽（m）；
Q——过闸流量（m3/s）；
g——重力加速度（可采用9.81m/s2）；
m——堰流流量系数，可采用0.385；
ε——堰流侧收缩系数，可由表2-1查得；
其中b0为闸孔净宽（m），bs为上游河道一半水深时的宽度（m）；
σ——堰流淹没系数，可由表2-2查得；
其中H0为计入行进流速水头的堰上水深（m）；
hs为由堰顶算起的下游水深（m）；
ε堰流侧收缩系数：
表2-1ε值的选取
b0/bs
≤0.2
0.3
0.4
0.6
0.8
0.9
1.0
ε
0.909
0.911
0.918
0.928
0.940
0.953
0.968
0.983
1.000
σ堰流淹没系数：
表2-2σ值的选取
hs/H0
≤0.72
0.75
0.78
0.80
0.82
0.84
0.86
0.88
0.90
0.91
σ
1.00
0.99
0.98
0.97
0.95
0.93
0.87
0.83
0.92
0.94
0.96
0.995
0.998
0.77
0.74
0.70
0.66
0.61
0.55
0.47
0.36
0.28
0.19
在拟定的四种方案中，b0/bs均小于0.2，故ε为0.909。
根据工程资料，库区洪水标准为：
20年一遇设计洪水流量为1700m3/s，相应下游水位746.90米，100一遇校核洪水流量为2080m3/s，相应下游水位为747.566米，防洪限制水位751.00米。
设计洪水位计算式时取1700m3/s,校核洪水位取2080m3/s。
故过闸流量Q和hs的取值见表2-3
表2-3上游水头计算
计算情况
流量（m3）
原河道底高程（m）
下游水位（m）
下游水深hs（m）
设计洪水
741.5
746.8
5.3
校核洪水
747.6
6.1
*水电站为宽顶堰，又此工程的目的是为了防洪，故为自由溢流。
hs/H0，＜0.80。
取σ时，假定σ为1，通过总净宽公式求得H0，再求得hs/H0的之，查表中相应的σ是否满足σ为1。
.
由上述条件可求得计入行近流速水头的堰上水深H0。
再根据公式：
H0=H+v2/2g
V=Q/BH0
求得各个闸孔尺寸方案下的设计洪水位和校核洪水位。
经行比较分析，选出最优方案。
在检查所设方案是否满足过流能力。
初步拟定四组方案：
方案一：
6孔，每孔7米；
方案二：
6孔，每孔7.5米；
方案三：
6孔，每孔8米；
方案四：
6孔，每孔8.5米。
各方案所得结果见表1-4，表1-5，表1-6和表1-7.
闸孔总净宽为42m，6孔，单孔净宽7m
洪水标准P（%）
洪水流量（m3/s）
堰流侧收缩系数ε
5.4
6.066
堰上水深H0（m）
8.80
10.07
堰流淹没系数σ
堰流流量系数m
0.385
水位水头（m）
7.72
8.84
设计（校核）洪水位（m）
749.22
750.34
闸孔总净宽为45米，6孔，单孔净宽7.5米
8.40
9.62
7.37
8.44
748.87
749.94
8.05
9.21
7．08
8.08
748.52
749.58
闸孔总净宽为48米，6孔，单孔净宽8米
闸孔总净宽为45米，6孔，单孔净宽8.5米
7.73
6.78
7.76
748.28
749.26
方案比较：
*电站正常发电水位为750.00m，防洪限制水位为751.00m，综合比较上述四种方案，为能够使洪水宣泄，便于冲砂，方案一中，经验算得出设计洪水位为749.22m，校核洪水位为750.34m。
设计洪水接近正常发电水位，校核洪水位高于正常水位。
满足要求。
方案二，方案三和方案四中设计和校核洪水位低于正常发电水位。
不能满足条件。
综合以上，方案一是最优化的，所以水库的设计洪水位是749.22m，校核洪水位是750.34m。
2.5泄流能力验算
由上可知，设计的拦河闸有6孔。
为了方便于防洪，且在闸孔低于8孔的时候最好取单数的条件，故设5孔泄洪、1孔冲砂。
此设计为平底板宽顶堰，泄流能力公式为
3/2
式中：
Q——下泄流量（m3/s）
σ——堰流淹没系数
m——流量系数
——侧收缩系数
BO——闸孔净宽（m）
H0——计入行近流速水头的堰上水头（m）
根据计算结果，当闸孔全开渲泄洪水时，设计洪水流量1700m3/s（P=5%）时，闸前水位749.22m；
渲泄校核洪水流量2080m3/s（P=1%）时，闸前水位750.34m。
均满足要求。
第三章闸室的布置
*水利枢纽工程泄洪闸选择开敞式闸室。
3.1闸门高度设计计算
表3-1水闸安全超高下限值
水闸级别
45
挡水时
正常蓄水位
最高挡水位
0.2
泄水时
设计洪水位
1.5
校核洪水位
由《水闸设计规范》SL265-2001知：
闸门高度=闸前水位+超高-闸槛高程
正常蓄水位时：
h=750.00+0.3-741.5=8.8m
设计洪水位时：
h=749.22+0.2-741.5=7.92m
校核洪水位时：
h=750.34+0.2-741.5=8.94m
由此将闸门高度定为9m，闸门尺寸为7×
9m。
3.2闸顶高程的确定
由于水闸是兼有挡水和泄水双重作用的水工建筑。
水闸闸顶高程应根据挡水和泄水两种运用情况确定：
挡水时：
闸顶高程不应低于水闸正常蓄水位（或最高挡水位）加波浪计算高度与相应安全超高值之和；
泄水时：
闸顶高程不应低于设计洪水位（或校核洪水位）与相应安全超高值之和。
闸顶高程的确定还应考虑下列因素：
1.软弱地基上闸基沉降的影响；
2.多泥沙河流上、下游河道变化引起水位升高或降低的影响；
3.防洪（挡潮）堤上水闸两侧堤顶可能加高的影响等。
故闸门高度的确定如下：
Δh=2h1+h0+hc
Δh——防浪墙顶至正常蓄水位或校核洪水位的高差（m）；
h1——波浪高度（m）；
h0——波浪中心线高出静水位高度（m）；
hc——安全超高，按《混凝土重力坝设计规范》规定。
可查表3-1知。
3.2.1挡水时的闸顶高程
由于水闸的安全级别为5级，查表3－1得,正常蓄水位时0.3m。
因为*电站为山区峡谷电站，风速为18m/s，D取为2.2km。
采用官厅水库公式
=0.8m
又==8.7m
∴0.23m
故正常蓄水位时H=750m+0.23m+0.8m+0.3m=751.33m。
3.2.2泄水时的闸顶高程
3.2.2.1设计洪水位时坝顶高程
水闸的级别为5级，查表3－1得,0.5m。
由于*电站为山区峡谷电站，风速D=2.2Km<
20Km，按官厅水库公式计算，如下式所示：
=
=1.3m
又=12.83m
∴0.41m
∴H=749.22+1.3+0.41+0.5=751.43m.
3.2.2.2校核洪水位时坝顶高程
查表3－1得,0.4m。
同上，由于D=2.2Km<
∴H=750.34+0.8+0.23+0.4=751.77m。
综上计算可得：
取闸顶高程取752.0m
3.3闸墩尺寸的确定
根据《水闸设计规范》，闸墩形式应根据闸室结构抗滑稳定性和闸墩纵向刚度要求，一般宜采用实体式。
闸墩的外形轮廓设计应能满足过闸水流平顺、侧向收缩小、过流能力大的要求。
闸墩厚度应根据闸孔孔径、受力条件、结构构造要求和施工方法等确定。
根据工程特点，结合《水闸设计规范》要求，闸墩尺寸确定如下：
3.3.1闸墩厚度
闸墩的厚度应满足强度和稳定性的要求，视闸墩高度、上下游水位差、闸孔宽度、闸
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