鋼壩閘的初步設(shè)計(jì)摘要本畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是鋼壩閘的初步設(shè)計(jì)，本工程位于王家河，長約5.35km，河道現(xiàn)狀為排澇河道，根據(jù)河道現(xiàn)狀條件和城市規(guī)劃，結(jié)合《防洪標(biāo)準(zhǔn)》，排澇標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇，設(shè)計(jì)流量46.1m3/s，對應(yīng)設(shè)計(jì)水位為49.09m，景觀水位48.0m。其所擔(dān)負(fù)的任務(wù)是：正常情況下攔河截水，抬高水位，以利灌溉，洪水時(shí)開閘泄水，以保安全。本工程建成后，調(diào)蓄水至兩岸，大量補(bǔ)給地下水，有利于進(jìn)灌，為耕地和林地提供足夠的水源，同時(shí)對改善環(huán)境，美化城鄉(xiāng)都是極為有利的。關(guān)鍵詞：堰頂高程、流量、消力池、防滲長度、地下輪廓線、穩(wěn)定計(jì)算、閘室、連接建筑目錄第一節(jié)閘位概述 31.1工程概況 3第二節(jié)基本資料與工程勘察報(bào)告 31.2.1沿線周邊環(huán)境及地形地貌 31.2.2地層結(jié)構(gòu)與巖性 31.2.3巖土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo) 51.2.3.2靜三軸試驗(yàn)統(tǒng)計(jì) 61.2.3.3各層土滲透系數(shù)結(jié)果統(tǒng)計(jì) 61.2.4場地水文地質(zhì)條件 81.2.4.1沿線場地環(huán)境類型 81.2.4.2沿線地表水特征 81.2.4.3沿線地下水類型、深度、幅度 81.2.4.4場地不良地質(zhì)作用及地下埋藏物 81.2.5巖土工程條件分析、評價(jià) 91.2.5.1場地穩(wěn)定性與建設(shè)適宜性評價(jià) 91.2.6場地土承載力特征值、壓縮模量及壓縮性評價(jià) 91.2.6.1各層土承載力特征值及壓縮模量和壓縮性 91.2.7場地地震效應(yīng)評價(jià) 91.2.7.1建筑場地類別和建筑抗震地段劃分 91.2.7.2抗震設(shè)防烈度，設(shè)計(jì)基本加速度和設(shè)計(jì)特征周期 101.2.7.3地基土震陷可能性分析 101.2.7.4液化判別 101.2.8河道工程分析與評價(jià) 101.2.9天然建筑材料 111.2.10土料 11第三節(jié)畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的與要求 111.3.1畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的 111.3.2主要內(nèi)容 121.3.3重點(diǎn)研究問題 13第三節(jié)工程綜合說明 13第二章閘址及形式選擇 19第一節(jié)閘址選擇 19第二節(jié)擬定各部分的結(jié)構(gòu)型式和尺寸 21第三章水力計(jì)算 233.1確定堰頂高程 233.2閘孔總寬度及孔數(shù) 233.3流量計(jì)算 253.4消能防沖設(shè)計(jì) 253.6消能防沖方式選擇 273.7消力池設(shè)計(jì) 27第四章防滲設(shè)計(jì)與地下輪廓線的布置 334.1防滲設(shè)計(jì)的原因與目的 334.2防滲排水的布置原則 334.3防滲設(shè)施 344.4確定地下輪廓線 354.4.1閘基滲流計(jì)算 354.4.2地基有效深度計(jì)算 354.4.3分段阻力系數(shù)計(jì)算 364.4.3.1各分段水頭損失 374.4.3.2進(jìn)出口水頭損失的修正 374.4.4出逸坡降的計(jì)算 384.4.5抗?jié)B穩(wěn)定性驗(yàn)算 384.4.6排水孔設(shè)計(jì) 39第五章閘室穩(wěn)定分析 415.1荷載計(jì)算及組合 415.1.1重力 415.1.2水的重力 415.1.3水平水壓力 415.1.4波浪壓力 425.1.5揚(yáng)壓力 425.2閘室穩(wěn)定分析 435.2.1完建（未放水）情況： 435.2.2設(shè)計(jì)洪水情況： 445.2.3抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算： 445.2.4地基表層滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算 445.2.5地基承載力計(jì)算 45第六章水閘與兩岸連接建筑物的布置 476.1連接建筑物的作用 476.2邊墩和岸墻 486.3翼墻 496.4刺墻 526.5布置結(jié)果 536.5.1上游連接建筑物 536.5.2下游連接建筑物 536.5.3閘室與岸坡連接建筑物 53第一章緒論第一節(jié)閘位概述1.1工程概況項(xiàng)目位于王家河，全長約5.35km。這條河的現(xiàn)狀是排澇河道。根據(jù)河道現(xiàn)狀及城市規(guī)劃，結(jié)合防洪標(biāo)準(zhǔn)，排水標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇，設(shè)計(jì)流量46.1m3/s，相應(yīng)設(shè)計(jì)水位49.09m，景觀水位48.0m。鋼閘大壩主要包括上游的鋪蓋水道段、下游的閘房段、滅電池和上游的海漫水道段。第二節(jié)基本資料與工程勘察報(bào)告1.2.1沿線周邊環(huán)境及地形地貌擬建場地地形較平坦，跨度較大，部分為現(xiàn)狀河道，地面高程約49.55-51.20m。項(xiàng)目沿線主要為耕地和林地。本次對孔口高程的測量均采用絕對高程測量,各個(gè)孔口高程可參見勘查點(diǎn)的平面位置圖。根據(jù)地貌形態(tài)和成因。場地地貌單元為黃淮沖積平原。1.2.2地層結(jié)構(gòu)與巖性根據(jù)勘查深度范圍內(nèi)的鉆探現(xiàn)場情況描述、靜力觸摸試驗(yàn)以及巖土實(shí)際試驗(yàn)結(jié)論,場地區(qū)域的地層均屬第四系全新統(tǒng)以及上一次更新統(tǒng)。按照場地土壤的物理動(dòng)力學(xué)性質(zhì)與工程地質(zhì)特點(diǎn),將該項(xiàng)目的場地土壤劃分出6個(gè)單元的地質(zhì)層。自上而下的劃分層次描述表達(dá)式如下:第（1）層：粉土（Q4al）黃褐黃色,稍濕,略密,土中縫隙出現(xiàn)的黃土可見多條黃褐色網(wǎng)狀條紋和細(xì)小黑點(diǎn),韌性較弱,干硬黃土強(qiáng)度相對較低,砂感強(qiáng),局部黃土夾雜白色粉土,無明顯的黃色光澤和熱反應(yīng),搖震快和響應(yīng)快。頂部0-40cm多為耕地。該層在現(xiàn)場局部存在。（1）-1層：粉砂（Q4al）褐色至黃色或白~甚至灰黃色,稍潮濕,略微干燥,成分以云母石英、長巖長石碎塊顆粒為主,云母長巖碎塊顆粒數(shù)量較多次之,顆粒的密度級數(shù)分配一般,局部部分是白色粉土的片狀薄層。頂部0-40cm多為耕地。該層在現(xiàn)場局部存在。第（2）層：粉土（Q4al）褐色或黃色,稍潮濕,略密,夾有褐色或黃色的粉狀條紋和一層灰白色的泥狀條紋,韌性較弱,干燥后硬度低,搖震力和反應(yīng)快,夾有白色薄層的泥狀粉質(zhì)稱為黏土。站點(diǎn)中本地缺少此層。層(3):粉質(zhì)粘土(Q4al)灰棕色,軟塑~可塑,土中帶有銹色的條紋、灰綠色的條紋和深黑點(diǎn),韌性中等,干硬強(qiáng)度中等,少量為鈣質(zhì)結(jié)核。此層在施工區(qū)域內(nèi)的分布是相對穩(wěn)定的。第(3)-1層:粉土(Q4al)褐色或黃色,稍潮濕,略密,夾有褐色或黃色的粉狀條紋和一層灰白色的泥狀條紋,韌性較弱,干燥后硬度低,搖震力和反應(yīng)快,夾有白色薄層的泥狀粉質(zhì)稱為黏土。站點(diǎn)中本地缺少此層。(4)層:粉質(zhì)粘土(Q4al)灰棕色或黃~褐色或灰色,可塑,土中粗糙的土有銹色網(wǎng)狀條紋和細(xì)小黑點(diǎn),韌性中等,干硬泥土強(qiáng)度中等,略帶白色光澤,無酸性搖振氧化反應(yīng),含鈣質(zhì)不易結(jié)核,粉土土壤表面較薄。該層在場地內(nèi)分布相對穩(wěn)定。第(5)層:細(xì)砂(Q4al)棕黃色，灰黃色,略潮濕,中密細(xì)致;礦物性成分以石英、長巖灰泥為主,云母片次之,顆粒級別匹配一般,局部多為薄層粉土或細(xì)微的粉質(zhì)黏土。該層在勘察深度內(nèi)不會(huì)有出露,最大的出現(xiàn)厚度約5.5m。場地的地層厚度、樓面基礎(chǔ)埋深、標(biāo)高等級的統(tǒng)計(jì)圖見下表2.3場地地層厚度、層底埋深、標(biāo)高統(tǒng)計(jì)表表2.3層號厚度(米)層底深度(米)層底標(biāo)高(米)最小值最大值平均值最小值最大值平均值最小值最大值平均值11.703.002.341.703.002.3446.5548.2847.411-12.103.902.832.103.902.8346.2147.8047.0920.502.201.463.204.503.8145.1346.6045.9630.602.901.584.106.805.1943.2345.9144.623-10.903.501.825.306.906.1542.6544.6643.6143.105.504.129.4010.8010.1838.7540.5639.635該層未揭穿1.2.3巖土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)1.2.3.1各層土的常規(guī)物理力學(xué)性質(zhì)統(tǒng)計(jì)表根據(jù)室內(nèi)土工實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,對各層建筑土的化學(xué)、動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了綜合統(tǒng)計(jì)和研究。在土工試驗(yàn)方面,首先要針對土工實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行初選,剔除異常值,然后針對正常值進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)。分別給出每層砼的各項(xiàng)物理動(dòng)力學(xué)特征的范圍數(shù)、平均值、變化系數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差、尺寸值及樣品個(gè)數(shù)。鉆孔土樣統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2.4.1。1.2.3.2靜三軸試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)通過對三軸不固結(jié)不排水試驗(yàn)所得的、φ值并結(jié)和直剪試驗(yàn)進(jìn)行篩選，去掉異常值，綜合分析后，統(tǒng)計(jì)出每層土的三軸不固結(jié)不排水抗剪強(qiáng)度指標(biāo)uu、φUU見表2.4.2三軸不固結(jié)不排水抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值一覽表表2.4.2層號巖性指標(biāo)個(gè)數(shù)最小值最大值平均值標(biāo)準(zhǔn)差變異系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值（1）粉土CUU(kPa)610.514.112.61.50.1211.3φUU(度)614.917.615.81.80.1214.2（1）-1粉砂CUU(kPa)//////0φUU(度)//////20(2)粉土CUU(kPa)611.514.113.21.10.0912.2φUU(度)615.917.616.71.60.1015.3（3）粉質(zhì)黏土CUU(kPa)615.317.816.51.20.0715.3φUU(度)68.213.310.92.40.228.7（3-1）粉土CUU(kPa)812.514.113.20.50.0412.9φUU(度)817.919.618.70.60.0318.3（4）粉質(zhì)黏土CUU(kPa)715.617.616.60.90.0615.7φUU(度)79.412.811.31.40.139.9注，第（1）-1層粉砂為地區(qū)經(jīng)驗(yàn)值。1.2.3.3各層土滲透系數(shù)結(jié)果統(tǒng)計(jì)對基坑開挖范圍內(nèi)的各層土的滲透試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì),統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2.4.3。滲透試驗(yàn)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表表2.4.3層號土層名稱最小值（cm/s）最大值（cm/s）平均值平均值標(biāo)準(zhǔn)差變異系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值（cm/s）(cm/s)(m/d)=1\*GB2⑴粉土3.14E-045.38E-044.30E-040.3700.2612.61E-04=1\*GB2⑴-1粉砂1.17E-032.37E-031.92E-031.600.1981.67E-03⑵粉土2.36E-043.81E-043.37E-040.2900.2022.59E-04⑶粉質(zhì)黏土4.54E-057.48E-055.77E-050.04900.1715.15E-05⑶-1粉土2.36E-043.81E-043.20E-040.2700.1902.50E-04=4\*GB2⑷粉質(zhì)黏土5.82E-057.56E-056.42E-050.05500.1235.51E-051.2.4場地水文地質(zhì)條件1.2.4.1沿線場地環(huán)境類型根據(jù)相關(guān)氣象資料,本場地的干燥含水率指數(shù)一般應(yīng)小于1.5,屬濕潤地帶,場地的土壤含水率一般應(yīng)小于30%。按照我國的《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021-2001及2009年修訂版)的附錄G表G.0.1,綜合分析可以判定該路段的沿線施工場地的環(huán)境等級是否屬Ⅱ類。1.2.4.2沿線地表水特征擬建工程為老河道整治工程?，F(xiàn)有河流周圍的主要地表水為河水?？辈炱陂g，該河僅有少量地表水，水深小于0.5m。1.2.4.3沿線地下水類型、深度、幅度擬建工程項(xiàng)目沿線的土壤地下水主要屬于土壤孔隙深地潛水,賦要儲(chǔ)存在當(dāng)?shù)赝寥赖纳顚恿严都巴寥揽紫吨?主要就是通過當(dāng)?shù)卮髿庀到y(tǒng)中的天然降水供應(yīng)進(jìn)行氧氣補(bǔ)給。地下水庫的排泄物主要成分來源于雨水蒸發(fā)。地下室的水位主要還是受到氣候季節(jié)性和當(dāng)?shù)貧夂虻囊蛩赜绊??？辈炱陂g地下基層水位平均設(shè)計(jì)埋深4.30～4.50m（絕對高程約45.67m）。根據(jù)觀測資料，地下水位年變化范圍約為2.0～3.0m，歷史最高地下水位絕對高程為49.5m（距天然水面以下0.0～1.5m），抗浮水位高程可考慮為49.5m。1.2.4.4場地不良地質(zhì)作用及地下埋藏物經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查,不可能存在危巖、崩塌、采空區(qū)、活斷層等可能影響項(xiàng)目工程安全和穩(wěn)定的不良地質(zhì)條件作用;未檢查到的河道、墳?zāi)?、防空孔洞、巨石等埋藏物?.2.5巖土工程條件分析、評價(jià)1.2.5.1場地穩(wěn)定性與建設(shè)適宜性評價(jià)根據(jù)現(xiàn)場勘察及區(qū)域性地質(zhì)數(shù)據(jù),本次沿線地質(zhì)勘察未能找到可能會(huì)直接影響該高速公路施工的活動(dòng)性斷裂。不可能存在山體滑坡、山體崩塌、水泥石流、人防工程、舊河道等對工程安全穩(wěn)定產(chǎn)生的不好地質(zhì)影響。確定施工場地是否穩(wěn)定,適合工程建設(shè)。1.2.6場地土承載力特征值、壓縮模量及壓縮性評價(jià)1.2.6.1各層土承載力特征值及壓縮模量和壓縮性根據(jù)動(dòng)態(tài)式靜力接觸、土工測試等方法和指標(biāo),結(jié)合本區(qū)域?qū)嶋H經(jīng)驗(yàn),綜合考慮確定了各層土的承載力學(xué)特征值、壓縮模量和壓縮系數(shù),見下表3.2.1。各層土的承載力特征值及壓縮模量、壓縮系數(shù)表3.2.1層號（1）（1）-1（2）（3）（3-1）（4）（56）巖性粉土粉砂粉土粉質(zhì)黏土粉土粉質(zhì)黏土細(xì)砂kPa1009590100120140200Es0。1～0。2（MPa）6.65.05.64.78.26.118.0a1-2（Mpa-1）0.28/0.260.390.210.30/壓縮性中中中中中中低1.2.7場地地震效應(yīng)評價(jià)1.2.7.1建筑場地類別和建筑抗震地段劃分根據(jù)項(xiàng)目工程等效地質(zhì)測量數(shù)據(jù)分析估算,該項(xiàng)目工程在20m以上深度覆蓋區(qū)域內(nèi)等效地質(zhì)剪切面的波速厚度應(yīng)嚴(yán)格控制在208m/s,且不同工程使用場地不同覆蓋層間的厚度間距應(yīng)不得大于50m。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2010)第4.1.3條,建筑物屬于使用抗震區(qū)域的建筑場地抗震分類等級應(yīng)當(dāng)被作為Ⅲ級,根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第4.1.1條,擬建的建筑場地分類應(yīng)當(dāng)同時(shí)歸入高層建筑物的抗震工程設(shè)計(jì)總體的剖面。1.2.7.2抗震設(shè)防烈度，設(shè)計(jì)基本加速度和設(shè)計(jì)特征周期工程區(qū)抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g，設(shè)計(jì)特征周期為0.45s。1.2.7.3地基土震陷可能性分析1.2.7.4液化判別1.2.8河道工程分析與評價(jià)根據(jù)目前擬建的地區(qū)沿河干流河道鉆孔黏土揭露的具體情況,擬建的沿河流河道鉆孔揭露深度1米范圍內(nèi)的黏土地層主要由(1)-1層砂質(zhì)粉土、(1)層砂質(zhì)粉土、(2)層不含粉質(zhì)粘土和(3)層不含粉質(zhì)土的黏土地塊組成。開挖區(qū)土質(zhì)較穩(wěn)定、均勻，土體粘聚力一般，河道開挖容易；除上部淤泥外，滲透系數(shù)較小，有利于河道防滲處理。河道開挖所需各土層三軸剪切試驗(yàn)參數(shù)見表2.4.2，滲透系數(shù)見表2.4.3。1.2.9天然建筑材料本工程所需土料可在當(dāng)?shù)厝〉?，建議購買人工骨料和塊石。1.2.10土料土壤材料可以從當(dāng)?shù)孬@得。河流兩岸廣泛分布有大量粉土、粉質(zhì)粘土，厚度穩(wěn)定，分布均勻，儲(chǔ)量充足。第三節(jié)畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的與要求1.3.1畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的1.鞏固、拓展和提高理論知識(shí)，使之系統(tǒng)化。2.培養(yǎng)了大學(xué)生在專業(yè)中綜合應(yīng)用所有專業(yè)知識(shí),解決現(xiàn)場工程技術(shù)中存在的問題等方面的能力,初步熟練掌握了施工組織設(shè)計(jì)的操作方法與步驟。3.通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的理論與實(shí)踐,提升了大學(xué)生對于畢業(yè)設(shè)計(jì)的獨(dú)立思維、研究、解決問題的意識(shí)。4.通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)練習(xí),使得學(xué)生進(jìn)一步地樹立正確的畢業(yè)設(shè)計(jì)理念和對待政策的看法;進(jìn)一步牢固樹立我們對于熱愛中華民族社會(huì)主義祖國及對于我們祖國的水利、電力建設(shè)的崇高情操;培養(yǎng)大學(xué)生敢于爬上高峰,刻苦努力學(xué)習(xí),實(shí)事求是,謙虛謹(jǐn)慎,認(rèn)真負(fù)責(zé)的人格和工作做法。5.研究的成果共計(jì)15000多字的畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書及4張畢業(yè)設(shè)計(jì)示意書。6、要充分發(fā)揮自己獨(dú)立思維的能力,創(chuàng)造性地完成所需要的設(shè)計(jì)工作。我們要嚴(yán)格按照相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,盡量引進(jìn)國內(nèi)外的先進(jìn)技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)。7.要有認(rèn)真細(xì)致的工作作風(fēng),使設(shè)計(jì)成果更上一層樓,從中得到鍛煉。8、要充分地高度重視和認(rèn)真閱讀熟悉工程相關(guān)設(shè)計(jì)資料,了解其設(shè)計(jì)規(guī)范及對設(shè)計(jì)技術(shù)的基本要求,認(rèn)真地研究設(shè)計(jì)其中的具體內(nèi)容,明確所有必需的各項(xiàng)設(shè)計(jì)技術(shù)任務(wù),并在工程規(guī)定的施工時(shí)間內(nèi)順利地設(shè)計(jì)完成各項(xiàng)所需的設(shè)計(jì)內(nèi)容。1.3.2主要內(nèi)容1. 確定水閘位置并進(jìn)行平面布置；2. 擬定各部分的結(jié)構(gòu)型式和尺寸；3. 進(jìn)行水力計(jì)算；(1) 閘孔寬度的確定；a. 計(jì)算條件的選擇；b. 水流計(jì)算；（2）消能防沖設(shè)計(jì)；確定消能形式和消力池計(jì)算4. 防滲設(shè)計(jì)(1) 防滲布置；(2) 滲流壓力計(jì)算；5. 閘室穩(wěn)定計(jì)算6. 兩岸連接建筑物布置7. 繪制設(shè)計(jì)圖和編寫設(shè)計(jì)說明書8. 英文翻譯1.3.3重點(diǎn)研究問題1.水力計(jì)算，堰型、堰頂高程和水閘總寬度的確定；2.防滲設(shè)計(jì)，地下輪廓線布置；3.閘室穩(wěn)定計(jì)算，閘室整體穩(wěn)定和沉降計(jì)算；4.消能防沖設(shè)計(jì)；上下游連接段的設(shè)計(jì)方案及穩(wěn)定和強(qiáng)度計(jì)算分析。第三節(jié)工程綜合說明隨著我國水利工程科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步以及對城市園林、自然資源建設(shè)、環(huán)保管理、灌溉和發(fā)電等領(lǐng)域的需求,近年來鋼閘壩已經(jīng)在河道綜合整治項(xiàng)目中得到了大規(guī)模的應(yīng)用,已基本替換了橡膠壩。主要原因之一就是鋼閘壩克服或者避免了橡膠大壩運(yùn)營管理復(fù)雜、安全性差、可靠度高的問題,橡膠大壩容易出現(xiàn)老化,質(zhì)量事故的發(fā)生率很高。鋼閘壩屬于一種新型可調(diào)節(jié)式溢流壩,由土建結(jié)構(gòu)、固定軸承鋼壩體、驅(qū)動(dòng)器和設(shè)施所組成。該類建筑物特別適用于寬的河口(10m-100m)及小的水位偏差(1m-6m)。因此,鋼閘壩在施工中的設(shè)計(jì)范圍是可以說得更廣。沈陽市棋盤山泗水河污水防護(hù)處理工程兩座鋼鐵壩寬度各限38m和40m,可以同時(shí)節(jié)省許多橋墩。因此,結(jié)構(gòu)簡單,可以節(jié)省大量的土建投資,還有的時(shí)候可通過建造立壩來蓄水,靠壩放水,利用流經(jīng)壩頂?shù)挠晁纬梢粋€(gè)人工瀑布的風(fēng)光和景觀效果,結(jié)合其成型的經(jīng)驗(yàn)及在建筑工程中的實(shí)際運(yùn)用,對新型施工鋼閘壩的特點(diǎn)進(jìn)行了初步的分析。1.鋼閘壩使用年限根據(jù)制造商提交的設(shè)計(jì)材料,鋼閘門大壩的規(guī)模和設(shè)計(jì)利用年限最高可達(dá)50-60年,世界上規(guī)模和利用年限最長的有近100年。福建省最早的小溪式水電站始建于1958年,至今還保留著。解放前也曾經(jīng)有人使用過同樣的鋼結(jié)構(gòu),到目前為止,已經(jīng)有人使用了很多的案例。影響鋼閘門大壩使用壽命的影響因素有很多,但直接關(guān)系到鋼閘門壩的損壞和維護(hù)。鋼閘門壩的閘門運(yùn)行部件采用特殊的復(fù)合材料。這種材料不需要加潤滑油,在水下運(yùn)行幾年也不會(huì)生銹。另外,鋼閘大壩在正常運(yùn)行中不易被尖銳物體破壞;洪水過后的泥石流對環(huán)境并沒有產(chǎn)生很大破壞,也沒有嚴(yán)重影響風(fēng)光和景觀的效果。綜合考慮上述幾個(gè)因素,鋼閘壩的安裝和使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于橡膠橋梁和液壓式自動(dòng)翻板閘門。2.鋼閘壩運(yùn)行2.1運(yùn)行時(shí)間沈陽棋盤山泗水河污水治理項(xiàng)目有兩座大型鋼壩,孔口寬度為38m×2米、40米×采用yjq-q型液壓集成啟閉機(jī),啟閉功率2臺(tái)×800kn,2個(gè)×1500kn,工作電機(jī)運(yùn)行行程2.6m和4.0m,開度0.5-0.8m/min,電機(jī)功率2.5m×15kw、2臺(tái)×22kw,采用液壓式啟閉機(jī)進(jìn)行啟閉大型鋼門壩,在不到5分鐘的時(shí)間內(nèi)就已經(jīng)即可以輕松地完成了大壩的上下升降和垮塌,有效地保證了各種特殊情況下的突發(fā)性洪水及時(shí)排放和泄洪。橡膠大壩主要是通過曝氣或者充水等方式進(jìn)行升壩,一般每天需要2-3個(gè)小時(shí)以上才能完全進(jìn)行升壩或垮土。隨著使用次數(shù)和年限的增加,大壩結(jié)垢導(dǎo)致曝氣(水)和排氣(水)時(shí)間增加。2.2啟閉機(jī)運(yùn)行方式正常運(yùn)行時(shí)，全行程啟閉閘門；在調(diào)試和事故期間，閘門可就地啟閉。2.3啟閉機(jī)控制方式機(jī)電一體化的啟閉機(jī)是采用電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行同步操作,實(shí)現(xiàn)對閘門的啟閉控制,實(shí)現(xiàn)就地控制。傳感器實(shí)時(shí)地采集了閘門的開啟信號,并在儀表上顯示了系統(tǒng)正常運(yùn)行的狀態(tài);閘門的打開與關(guān)閉地點(diǎn)位置均可以通過儀表來確定。閘門移動(dòng)時(shí),到達(dá)規(guī)定的位置后自動(dòng)進(jìn)入閘門停止;閘門的上、下端應(yīng)有限位開關(guān),保障閘門操作安全。當(dāng)閘門異步誤差超過設(shè)定值,電機(jī)就會(huì)自動(dòng)停止并產(chǎn)生聲光報(bào)警信號,保證了設(shè)備安全正常運(yùn)行。2.4運(yùn)行可靠性2.4.1鋼閘壩采用機(jī)械鎖緊，可任意角度鎖緊，當(dāng)大壩坍塌、上升或調(diào)整水位時(shí)不移動(dòng)。2.4.2鋼閘橋體水壩溢流能夠從鋼閘橋體上下部向壩體橋頂上部進(jìn)行長一段時(shí)間的大口徑流量水壩溢流,形成瀑布式的鋼閘水壩溢流效應(yīng)。2.4.3鋼閘大壩的自動(dòng)化水平程度很高,能夠?qū)崿F(xiàn)先進(jìn)的水力自動(dòng)控制。2.5安全性和可靠性鋼閘壩上部設(shè)2套液壓開啟閉合機(jī)一體化驅(qū)動(dòng)。這種驅(qū)動(dòng)器是一種全新的、高性能的驅(qū)動(dòng)器。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,操作方便,不用擔(dān)任油管、水泵和機(jī)械設(shè)備的輔助。另外,這種帶有自動(dòng)控制的驅(qū)動(dòng)器件配有一個(gè)手動(dòng)控制裝置,可在出現(xiàn)停電或其它事故時(shí)進(jìn)行手動(dòng)控制。操作力僅為5kg,這樣就可以有效保證壩體坍時(shí)塌、升時(shí)高,安全性較好。2.6冬季冰凍在冬季,鋼閘大壩應(yīng)該傾斜一個(gè)相同的角度。此時(shí),如果鋼閘壩結(jié)冰,則其表面可沿著傾斜的角度繼續(xù)向上擴(kuò)展,從而有效地釋放出水結(jié)冰的膨脹能力,使得鋼閘壩免于嚴(yán)重受損。另一方面,由于鋼門壩的硬度,每年春天冰水都能安全地排入到大壩的頂部,而且鋼門大壩也能輕松安全地過冬。2.7防腐鋼閘門大壩壩體面均采用《水利水電工程鋼閘門制造標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》對鋼閘門進(jìn)行了熱鋅涂刷。粘合劑的附著性很好。相關(guān)研究結(jié)果顯示,當(dāng)泥沙流速小于或等于8m/s時(shí),鋅層不會(huì)受到破壞,普通河流的流速達(dá)不到這一流速。3.鋼閘壩解決泥沙問題鋼閘閥門壩采用了一種獨(dú)特的橋梁閘體結(jié)構(gòu)。它沒有底部的門槽或者側(cè)部的門槽。它采用了一種門葉沿著底軸方向旋轉(zhuǎn)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。當(dāng)三峽大壩上升或下降時(shí),上游的止水并不會(huì)從中離開大壩的圓軸線表面,始終處于密封的狀態(tài);基于側(cè)向止水相同的工作原理,止水面上并且不離開胸墻,因此其淤積量并不會(huì)直接影響到鋼閘壩升降。對于淤積很多的河流,在壩前應(yīng)設(shè)置攔污柵,有效地?cái)r擋了大塊砂礫石。。二是在進(jìn)行潰壩泄洪時(shí),增大了壩口的流速,可以有效使得泥砂和水的混合料隨著洪水直接向下游沖去。鋼閘壩在長期蓄水時(shí)容易淤積,但鋼閘壩繞底軸線向下游傾倒,因此當(dāng)大壩垮塌時(shí),淤積的泥沙被水流沖到下游,不可能形成堵塞。此外,還根據(jù)洪水后含沙量分析了門體上的泥沙淤積量,并根據(jù)泥沙量計(jì)算了大壩的升力,充分考慮了大壩升力時(shí)克服泥沙的作用。4．鋼閘壩能耗小，不影響泄洪斷面一座大壩進(jìn)行抬升和潰壩工作僅需要兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)設(shè)備,每臺(tái)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的最高額定容量功率分別為22kw。這樣一個(gè)鋼閘壩的平均用電負(fù)荷僅可以控制在60kw/h左右,每次提水的持續(xù)時(shí)間約一般是2-3min,節(jié)省了相當(dāng)大的用電。鋼門壩底檻與河道同高。大壩垮塌后,會(huì)向下游傾倒,完全可以泄水,不能形成阻水段,不影響泄洪。5．結(jié)論通過以上分析鋼閘壩的設(shè)計(jì),可以清楚地看出,鋼閘壩是一種新型、美觀、實(shí)用的攔河壩。它既充分利用了大自然又不會(huì)破壞人類的生態(tài),既能夠徹底解決大型城市河道和蓄水之間的沖突,又能夠更加有利于對生態(tài)環(huán)境的維護(hù),特別重要的是采用了一體化開關(guān)啟閉機(jī),不但結(jié)構(gòu)緊湊,安全可靠,而且在各個(gè)方向上可以進(jìn)行任何一個(gè)角度的布置。隨著鋼閘壩在河道整治工程中的不斷應(yīng)用和完善,鋼閘壩技術(shù)將越來越成熟,在水工建筑物景觀中發(fā)揮主導(dǎo)作用。第二章閘址及形式選擇第一節(jié)閘址選擇閘址的選取直接影響著工程建設(shè)的完成與失敗以及經(jīng)濟(jì)效益的最大化,這就是水閘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中的重點(diǎn)。根據(jù)各類水閘的作業(yè)功能、性質(zhì)特征和使用需求,結(jié)合本區(qū)域的經(jīng)濟(jì)條件,綜合考慮自然地貌、地質(zhì)、建筑物、交通、水流、潮汐、冰雪、泥沙、施工、管理、周邊環(huán)境等多種影響因素,等進(jìn)行綜合分析考慮,通過科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較來確定。閘址宜設(shè)置在地勢開放、岸邊坡度穩(wěn)定、巖土夯實(shí)、地下水位相對較低等地段。門址宜選擇具有良好的自然地基條件的地質(zhì)環(huán)境。中砂、粗砂、沙粒均適合使用于閘機(jī)的基礎(chǔ)。盡量減少淤泥及其他淤泥、細(xì)砂等地基,必要時(shí)還應(yīng)該做出相應(yīng)的防治和處置措施。鋼壩的水閘宜選擇在河道順直、河勢相對穩(wěn)定、河床單一的河段,也有可選在新建的垂直彎道河段。應(yīng)當(dāng)充分考慮建筑物的資源、外部運(yùn)輸、施工引導(dǎo)、場地設(shè)計(jì)、基坑的排水、建筑用的水電和能源供給等。同時(shí),還要充分考慮到建筑工程的管理和維護(hù)、防洪及水閘建成后的安全和應(yīng)急救援措施。過程和閘道對水流流動(dòng)形態(tài)的變化影響利用是我們在正確選擇利用閘道和地點(diǎn)時(shí)必須首先進(jìn)行考慮的主要一個(gè)影響利用因素。要求必須嚴(yán)格做到:過程閉閘時(shí)保證水流順暢,流量來源分配均勻,不至于允許過閘出現(xiàn)具有偏流及其他有毒物質(zhì)危害的水流沖刷或積水淤積。攔水運(yùn)河攔水閘適當(dāng)選擇挑選在上游河道順直、水流平緩地勢相對穩(wěn)定的上游河道沿岸,閘的河道主體運(yùn)行中心線宜與下游河道主體中心線運(yùn)行方向形成正交,其上、下游兩條河道直接攔水線段的河道長度一般平均不宜控制為河道小于5倍,即在攔水閘的出入口處的兩岸水面直線寬度。進(jìn)行防洪水閘或兩河分洪的水閘適當(dāng)選擇地選在沿著一段河岸上游水位基本穩(wěn)定的彎道順直流向河段或通過彎道流向凹岸的水位頂點(diǎn)略偏下游的河岸地方。進(jìn)入河道水閘工程中心線和進(jìn)出河道工程中央中心線之間的水閘交接口角度相對不宜不得大于2或超過30度,其上游的彎水引河航道工程水閘長度也相對不宜太短;應(yīng)將位于靠近彎水航道河段的水閘入口式或非進(jìn)行式的水閘適當(dāng)?shù)剡x擇布置在一個(gè)靠近彎水河道較深的水潭的岸邊。水閘主體集中連接線的總體布置設(shè)計(jì)要求應(yīng)充分考慮主體到各個(gè)閘室和兩側(cè)不同樓層高的建筑物之間的均衡對稱。一般而言,水閘的深谷中心線位置應(yīng)該與疏通河流過程中的深谷中心線相互交叉重合。在彎曲橋段河道上進(jìn)行修筑新新攔截黃河引水閘,為了有效解決工程施工中渠道導(dǎo)流的復(fù)雜問題,常將新新攔截黃河引水閘址道的設(shè)置地點(diǎn)選在彎曲橋段河道和較大黃河壩體的凸出兩岸,利用黃河原有的彎曲河道進(jìn)行導(dǎo)流,裁剪減彎改曲取直,新新拆開上下游的攔河引水和渠道排泄渠,新新拆開的引水渠道既要盡量減少或大大縮短它們的渠道長度,又一定要使它們的引水進(jìn)出口渠道能夠與原來彎曲橋段河道的導(dǎo)流平順相互緊密銜接。具體布置見鋼壩閘門平面布置圖。第二節(jié)擬定各部分的結(jié)構(gòu)型式和尺寸閘室按結(jié)構(gòu)形式可分為：開敞式水閘和涵洞式水閘。2.2.1開敞式水閘閘室上面采用無填混凝土密閉水閘。一般在具備泄洪、排水、通風(fēng)、過木等需要時(shí),多采用無帶胸圍墻的開啟式水閘,多適合作攔河閘、排冰泵閘等。但是當(dāng)上游由于水位的變幅較大,而對下泄的流量也具有一定的限制性,為了避免閘門太高,常以帶胸墻的開啟式水閘,如進(jìn)出口水閘、排入口水閘、擋潮閥多使用這種類型的形式。2.2.2涵洞式水閘閘體上面為填土密實(shí)封閉水閘,又稱為全封閉水閘。通常被廣泛應(yīng)用在穿堤或者排水等方面。洞內(nèi)的水流量一般可以分為有壓力或者無壓力。綜合考慮本次工程的特點(diǎn),上、下游水位之間的誤差較小,不須嚴(yán)格控制水流,泄洪過程中可能會(huì)出現(xiàn)有漂浮物等情況,可以選擇采用一個(gè)無胸圍墻的全封閉開敞型水閘。2.2.3閘孔形式的選擇閘孔形式一般有寬頂堰型、實(shí)用堰低型和胸墻孔口型三種。1．寬頂堰型。這種結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代水閘中最為普遍廣泛采用的一種新型基層橋式底板水閘結(jié)構(gòu)。主要的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)之一是那就是該泄流設(shè)備整體結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、泄流運(yùn)行性能也相對來說比較穩(wěn)定,有利于有效防止自由泄洪、沖刷泥沙、排淤、通航;它的其他缺點(diǎn)主要在于,當(dāng)自由泄洪溢流運(yùn)行過程中,流量損失系數(shù)很小,容易隨時(shí)發(fā)生溢流波形和漏水。2．實(shí)用堰低型。其中主要包括了柱狀梯形、曲線型及梯形駝峰等。實(shí)用堰體同類型自由堰體泄流時(shí),流量改變系數(shù)相對較大,水流改變情況也比較優(yōu)良,選擇一種比較適宜于改變堰面泄流形態(tài)的大型堰體,這樣就完全可以有效減少泄流波狀堰的積水。但是泄流傳動(dòng)能力在船頭尾水位發(fā)生變化時(shí)所受影響比較明顯,不穩(wěn)定。3．胸墻孔口型。這樣的堰既能夠減小閥門的高度及開啟門力,又能夠降低施工橋高及建筑物的造價(jià)。2.2.4最終結(jié)論根據(jù)不同形式的適用情況和條件,綜合地考慮了該工程的特點(diǎn),河槽進(jìn)行蓄水,閘前基本不會(huì)出現(xiàn)淤積,閘底的高程也應(yīng)盡量下到最低。因此,采用了無底部砍平面的寬頂堰,其壩體高度與河床相等。其中包含上游的連接路線、閘房段和下游的連接路線。上游的連接段主要包括兩岸大沙溝河道和路面鋪蓋段,總長20m,漿砌石護(hù)底長度為10m,c25鋼筋砼閘的底板長度為10m,兩岸干砌石護(hù)底長2.2m,防沖槽長1m。閘室段保留了原閘底板及閘墩的基本尺寸,中間為長15m的C25鋼筋砼閘底板,兩邊分別布置有塑鋼TG402鋼梯,寬為0.8m的鋼筋砼邊墻以及寬為35m的啟閉機(jī)室。下游的海岸連接淡水路段主要設(shè)施有海水消力池、海流泥沙漫游及海水防沖。消力池隧道全長20m,采用雙層鋼筋混凝土主體結(jié)構(gòu),兩側(cè)分別設(shè)置一個(gè)c25混凝土結(jié)構(gòu)重力式排水擋墻;海漫段20m,下游與該區(qū)域的連接段道路總長5m,兩岸的干砌石護(hù)底段長2.2m,防沖槽長1m。具體見鋼壩閘平剖面圖。第三章水力計(jì)算3.1確定堰頂高程一般的正常情況下,攔截黃河攔水閘的主體底板頂面高度應(yīng)該與其他兩岸河底相對平齊,因此水閘堰頂?shù)牡装甯叨纫话銘?yīng)該必須是與其他兩岸河床的底板高度基本相等,也就是說需要攔截黃河攔水閘的堰頂?shù)装甯叨纫话銘?yīng)該至少是48.0m。3.2閘孔總寬度及孔數(shù)(1)攔河閘寬頂堰的出流狀況判別：計(jì)算如下：設(shè)計(jì)流量Q=46.10m3/s；上游堰上水深H=50.2-49.2=1m由堰頂算起的下游水深上游河道斷面面積A==(5+1×1)×1=6上游行進(jìn)流速計(jì)入行進(jìn)流速水頭的堰上水深為流態(tài)判別：>0.8,故為堰流。(2)對于平底閘，當(dāng)為堰流時(shí)，閘孔總凈寬按SL265—2001《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》中(A.0.1-1)、(A.0.1-2)公式計(jì)算得：(3-1)(3-2)(3-3)其中，——閘孔總凈寬(m)；Q——過閘流量(m3/s)；Ho——計(jì)入行近流速水頭的堰上水深(m)；m——堰流流量系數(shù)，采用0.385；ε——堰流側(cè)收縮系數(shù),由表3.1查得;——單孔凈寬(m)；——上游河道一半水深處的寬度(m);б——堰流淹設(shè)系數(shù)，按公式(3-3)計(jì)算求得或由表3.2查得；——由堰頂算起的下游水深。b0/≤0.20.30.40.50.60.70.80.91.0ε0.9090.9110.9180.9280.9400.9530.9680.9831.0000.920.930.40.950.960.970.980.990.9950.998б0.770.740.700.660.610.550.470.360.280.19計(jì)算如下:由查表3.2得σ=0.19ε假設(shè)為0.95，m=0.385,則由公式3-1計(jì)算得：根據(jù)開啟閉機(jī)和閘門的生產(chǎn)制造技術(shù)能力,確定每個(gè)水閘的單孔寬度b=5m,取1孔,總凈寬b=20m.3.3流量計(jì)算《水力計(jì)算手冊》表3-2-4得m=0.385由于m已包含側(cè)向收縮的影響，所以取ε=0.95則由公式3-1得：過流能力滿足設(shè)計(jì)要求。3.4消能防沖設(shè)計(jì)當(dāng)閘下水閘內(nèi)部發(fā)生沖刷泄水時(shí),部分的排水勢能會(huì)被轉(zhuǎn)變成部分動(dòng)能,流速也自然會(huì)隨之增大,而且由于閘下土質(zhì)松軟河床的排水抗沖抗蝕性能較低,所以,閘下水的沖刷溢水現(xiàn)象本身就是一種常見的泄水現(xiàn)象。不會(huì)造成危害整個(gè)工業(yè)建筑物安全的風(fēng)險(xiǎn)沖刷,一般正常情況下都必須是被國家允許禁止使用,但對于有害的安全沖刷,則必須一定要及時(shí)采取妥善的安全風(fēng)險(xiǎn)污染防范和質(zhì)量控制措施。閘下的排水消能、預(yù)沖工程是前進(jìn)水閘主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要技術(shù)內(nèi)容,應(yīng)當(dāng)仔細(xì)地設(shè)計(jì)做好,對于一些關(guān)鍵性排水工程,需要經(jīng)過專業(yè)水工技師模擬的現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)再次檢查予以嚴(yán)格驗(yàn)證。閘下出現(xiàn)沖刷問題的原因可分為很多個(gè)方面,有的可能是由于工藝設(shè)計(jì)不正確而造成的,有些可能是由于操作人員運(yùn)用管理不好而導(dǎo)致的。為了有效防止對河床的有害沖刷,保證水閘的安全正常運(yùn)行,首先必須選擇一個(gè)較為適宜的最高過閘單寬流量;其次就是合理進(jìn)行建筑物的平面布局,以利于控制水流的擴(kuò)散,避免或緩解水流回歸的影響;第三種就是通過消除河道中水流多余的能量并且采取與之相應(yīng)的滅火、防洪沖擊等設(shè)施,保護(hù)好河床和岸坡;第四個(gè)特點(diǎn)就是制訂一套合理的執(zhí)行程序和運(yùn)營方式,并且嚴(yán)格遵守規(guī)定的操作程序。3.5過閘水流的特點(diǎn)3.5.1.水流復(fù)雜初期泄洪時(shí),閘下部水深相對較淺,隨著閘門啟動(dòng)程度的提高,水深逐步加深。閘下的出流將主要發(fā)生在從孔口向堰口,從自由入口向洪水淹沒時(shí)的出流,流型更為復(fù)雜。因此,消能設(shè)備應(yīng)能夠完全滿足任何一種工況的消能需求,并與下游接觸良好。3.5.2.閘門下容易形成波浪形水躍由于海平水閘上下游的船閘水位之間差較小,泄洪時(shí)的船閘水流阻力弗勞德韋爾系數(shù)相對較低(FS=1～1.7),很容易導(dǎo)致發(fā)生洪水釋放式或波浪式的船閘水躍,尤其特別是在低于水平水閘底板的積水情況下。此時(shí)室內(nèi)無強(qiáng)烈的湍流水躍動(dòng)或滾轉(zhuǎn),水面高度輕微起伏,消能震動(dòng)效果差,沖刷震動(dòng)性能大。再者,水流量向局部兩側(cè)單元方向處于緊張的緩急流流動(dòng)狀態(tài),不易向兩側(cè)局部單元方向擴(kuò)散,造成兩側(cè)單元回流,使下游航道有效寬度明顯降低或大幅減小,局部兩側(cè)單元有效寬度的增大水流量明顯增大,對下游局部航道的水流沖刷嚴(yán)重。3.5.3.閘下易破水一般來說,水閘的寬度相對于上下游的河道狹窄,水流在通過時(shí)首先進(jìn)入水閘,再向上擴(kuò)散。若由于工程布局或者運(yùn)行方式不當(dāng),出閘內(nèi)的水流將得到均勻地?cái)U(kuò)散,將會(huì)使干流集中,彎彎曲曲,左右奔騰,形成折流,破壞了消能防沖設(shè)施及下游的河道。3.6消能防沖方式選擇泄洪建筑物下游水流消能防沖有多種形式。3.6.1.底流消能它的主要優(yōu)點(diǎn)之一是可以使河道排出高速流動(dòng)水流在在較短距離內(nèi)通過快速水躍有效率地轉(zhuǎn)化為能成為慢速的流動(dòng)水流,消除了河道剩余的水流能量,并與下游支流河道上的正常流動(dòng)水流緊密相連。平原丘陵地區(qū)上游黃河水閘的底部水頭水位較低,下游船閘水位水平波動(dòng)幅度變化較大,適合底部水閘排水和下游消能。3.6.2.挑流消能在建筑物出口處采用挑流斗將水排向下游,不影響建筑物的安全。適合于山區(qū)灌溉渠道上的回收式水閘和返回式水泵。下游多為堅(jiān)固性巖體,水頭較大。3.6.3.面流消能在下游排洪溝水深較大且穩(wěn)定的條件下,可以考慮采用下游排洪溝中水位相對較低的跌坎,將其排出的高速水流輸至下游的河面,在跌坎后形成底滾,減少了對河床的沖刷,消除了殘余的能量。擬建場地地形平坦，跨度大，部分場地為現(xiàn)狀河道，河床抗沖能力低，采用底流消能。3.7消力池設(shè)計(jì)消力池的功能:閘后由于水流而產(chǎn)生輕微淹沒性或水躍,保護(hù)閘后水躍區(qū)域以內(nèi)的河道不被侵蝕和沖刷。消力池通常布置于閘室后面。消力池底部通常與船閘底板相連接,坡度為1:3-1:4,坡頂位置可以靠近下游端的船閘底板。為了能夠保證無論何種在一次開啟時(shí)的位置和高度都必須能夠同時(shí)防止發(fā)生一次開啟淹沒式的閘門水躍開啟消能,所以一般需要采用閥門閘前部的水深控制h=50.2-48=2.2m,閘門主體局部的一次開啟淹沒狀態(tài)通過情況系數(shù)來控制做為對閘門設(shè)計(jì)過程中的水躍消能和防沖擊的控制。3.7.1判斷下游水躍銜接形式十年一遇規(guī)劃設(shè)計(jì)除澇流量46.1m3/s，即Q設(shè)=46.1m3/s。水閘門在建成后五年內(nèi)每一次遇防雨除澇時(shí)的開閘水位均應(yīng)控制在50.2m。計(jì)算表中各參數(shù)說明如下：=2.31/1=2.31Eo=消力池池深由《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄B式（B.1.1-1）至(B.1.1-4)計(jì)算：(3-4)（3-5）(3-6)(3-7)(3-8)其中,——計(jì)入行進(jìn)流速的堰上水深（m）；——孔流自由出流的收縮系數(shù)，由e/H參閱《水力計(jì)算手冊》得；——孔流流量系數(shù)，由《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》表(A.0.3-1)查得；——孔流流速系數(shù)，可采用0.95～1.0。本設(shè)計(jì)取=0.95;Q——閘孔出流流量();——過閘單寬流量()；——閘孔總凈寬(m);——閘門開度（m）；——重力加速度()；——由消力池底板頂面算起的總勢能(m);——收縮水深(m)，孔流時(shí)計(jì)算得0.499m；——消力池深度(m)；——躍后水深(m)經(jīng)計(jì)算得1.249m；——水流動(dòng)能校正系數(shù)，可采用1.0～1.05。本設(shè)計(jì)=1.0；——水躍淹沒系數(shù)，可采用1.05～1.10。本設(shè)計(jì)=1.10；——出池落差(m)；、——消力池首、末端寬度(m)；——出池河床水深(m)，可根據(jù)下游水位與流量之間的關(guān)系內(nèi)插法求得。消力池的深度計(jì)算按照公式計(jì)算可得，d=0.64m3.7.2消力池的長度計(jì)算根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（B.1.2-1）和（B.1.2-2）計(jì)算（3-9）（3-10）其中，L——消力池長度(m)；Ls——消力池斜坡段水平投影長度(m)；其中，m為消力池斜坡比，取m=3，d為堰頂與消力池池底的高差，即1.0m?！S長度校正系數(shù)，可采用0.7~0.8；本設(shè)計(jì)取0.75L——水躍長度(m);如圖程序計(jì)算可得，L=8.175m3.7.3消力池底板的厚度消力池排水底板(底層即排水防護(hù)坦)在能夠承受較大水流底部沖擊力、水流底部脈動(dòng)脈沖壓力及底部揚(yáng)聲器壓力時(shí),應(yīng)該保證具備一個(gè)足夠的底板體積、強(qiáng)度及其它高抗沖擊的耐磨性。護(hù)坦通常大都是呈中等厚的,也就是用戶可以自由選擇不同護(hù)層厚度,始端的護(hù)層厚度較大,向下游逐步逐漸減小。護(hù)坦的涂層厚度一般可以按照整體抗沖和耐漂的性能要求,分別對其進(jìn)行特殊計(jì)算,并可以選擇其中的最大厚度值。消力池的水閘底板涂層厚度計(jì)算可以根據(jù)水閘抗沖和耐浮的設(shè)計(jì)要求,按照lsl265-2001《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》一文中的水閘抗沖和耐浮兩個(gè)基本計(jì)算公式要求進(jìn)行正確計(jì)算,并正確選擇其最大抗沖值?？箾_：（3-11）抗?。海?-12）其中，t——消力池底板始端厚度(m)；Δ‘——閘孔泄水時(shí)的上下游水位差(m)；——消力池底板計(jì)算系數(shù)，可采用0.15~0.20；——消力池底板安全系數(shù)，可采用1.1~1.3；U——作用在消力池底板底面的揚(yáng)壓力()；W——作用在消力池底板頂面的水重()；Pm——作用在消力池底板上的脈動(dòng)壓力()，其值可取躍前收縮斷面流速水頭值50%，計(jì)算消力池底板前半部的脈動(dòng)壓力時(shí)取正，后半部的脈動(dòng)壓力時(shí)取負(fù)；——消力池底板的飽和重度(KN/m3)。按照消力池的抗浮性能要求來計(jì)算底板厚度時(shí),因?yàn)樵谙Τ氐撞繎?yīng)鋪設(shè)一個(gè)反濾層,護(hù)坦上應(yīng)鋪設(shè)一個(gè)排水孔,其滲透壓力應(yīng)該為零,也就是說消力池上工作的揚(yáng)壓力和水重量的大小都應(yīng)該相等,彼此可以抵消;則的Pm很小,即對于消力池的底板厚度無須考慮到抗浮性的要求,僅僅可以計(jì)算出抗沖性的要求下底板的厚度。=4.01+0.64-0.40=4.25m，取k1=0.175，=m，則底板厚度取為1m。3.8布置海漫3.8.1海漫的作用如下海漫法可以通過減少殘流,使得水流均勻地?cái)U(kuò)散,調(diào)節(jié)其流速和分布,減少底蝕。3.8.2海漫布置海漫的布置一般與消力池連接，前面設(shè)5～10m水平段。為了增加水深和降低流速，海漫全長20m。3.8.3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)A.所用材料:由于水平段的流速高,沖刷性能強(qiáng),故水平段一般采用砂漿砌石或干磚進(jìn)行砌筑B.厚度：0.3~0.5m為0.4mC.墊層:為了有效提高建筑物的地基內(nèi)部應(yīng)力和防滲排水的能力,采用10~15m砂礫作為墊層,取10m。兩岸的防水護(hù)坡物、厚度和防水墊層一樣,同時(shí)在河底都有游泳水中的藍(lán)色海漫。護(hù)坡從屋頂向下傾斜延伸至兩側(cè)岸坡0.5m,護(hù)坡底部需要做成一層鋼筋砌石齒墻。3.8.4構(gòu)造要求3.8.4.1消力池材料：采用砼C25分縫：順?biāo)较蚍挚p，縫距10m，位置不可在孔內(nèi)。排水：護(hù)坦上設(shè)排水孔，直徑5~10cm，間距1~2m，交錯(cuò)布置，成梅花狀布置。下游設(shè)反濾層，粒徑5~10cm，厚0.5m。3.8.4.1防沖槽內(nèi)設(shè)堆石，粒徑20~30cm第四章防滲設(shè)計(jì)與地下輪廓線的布置4.1防滲設(shè)計(jì)的原因與目的水閘建成后,由于上游和下游水位的差異,水閘基礎(chǔ)、側(cè)墩和翼墻的背面出現(xiàn)滲漏。滲漏不利于建筑物的使用,主要表現(xiàn)在:4.1.1.降低了閘室的耐磨性和兩岸機(jī)翼墻、側(cè)墩的橫梁穩(wěn)定性;4.1.2.有可能會(huì)直接引起建筑物地基滲透或者變形,嚴(yán)重時(shí)這種滲透或者變形可能會(huì)直接導(dǎo)致建筑物地基受到損壞甚至是崩潰;4.1.3.失水4.1加速溶解后出現(xiàn)物質(zhì)溶于地基中。防滲排水工程設(shè)計(jì)的目標(biāo)是繪制地上水閘等高線,做好建筑物的防滲排水工程設(shè)施結(jié)構(gòu)。防止閘門基礎(chǔ)的滲透變形;降低閘門基礎(chǔ)的滲透壓力;減少水分流失;應(yīng)合理選擇地下段的尺寸,并應(yīng)擴(kuò)大滲流路徑,防止地基和兩岸的滲漏破壞。4.2防滲排水的布置原則防滲工程的設(shè)計(jì)普遍是采用防滲與排水相協(xié)調(diào)結(jié)合的設(shè)計(jì)原則,即在較高水位側(cè)應(yīng)采用鋪蓋、板樁、齒墻等防滲工程,擴(kuò)大水體的滲徑,降低水體的滲坡下沉,降低閘底板上部的滲壓;在低水位側(cè)應(yīng)設(shè)置排水裝備,如地上的排水、進(jìn)氣管道排水、進(jìn)氣口的排水孔、進(jìn)氣管道排水或減壓井連接到下游,使低水位的滲漏物盡快從進(jìn)氣管中排出,降低滲壓,防止進(jìn)氣管道滲漏物在入口附近產(chǎn)生滲流或變形。4.3防滲設(shè)施按照閘址附近的特殊地質(zhì)條件,確定了相應(yīng)的處理方法。⑤砼的抗?jié)B措施往往選擇水平墊層替代板樁,避免了破壞粘土自然結(jié)構(gòu),形成了板樁和地基之間的下部滲流渠。由于砂土容易產(chǎn)生管涌,所以我們應(yīng)該首先要考慮的一個(gè)重點(diǎn)就是如何防止砂土滲透和變形?？梢允褂妹汉桶鍢兜慕M合。1、鋪蓋法是一種特殊的適用于黏性砂質(zhì)地基的水平面防滲處理措施。2、板樁是指一種適合于砂質(zhì)地基的豎向防滲工程。一般選擇設(shè)置在閘體底板的上游或者鋪蓋層前端,以減少滲透的壓力。3.底板上下游端一般設(shè)置齒形墻，有利于抗滑穩(wěn)定，延長滲徑。由于閘基的土壤主要是粘性土，防滲設(shè)備被粘土覆蓋，齒墻設(shè)置在閘門底板的上游和下游側(cè)。為避免破壞天然粘土結(jié)構(gòu)，不宜采用板樁。鋼壩閘是一種屬于小型的水閘工程,由于其閘基的防滲設(shè)施布置簡便,因此可以采用直線展開方法對其進(jìn)行滲流量的計(jì)算。按照《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL265-2016)規(guī)定的閘基防水滲漏長度必須滿足以下各種式子要求。L≥C?H式中：L——閘基防滲長度；C——允許滲徑系數(shù)，取值可查《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2016），所以取C=7.?H——上、下游最大水位差，取0.2m。計(jì)算可得，閘基防滲長度需要滿足L≥0.2×7=1.4m。4.4確定地下輪廓線地下的基層輪廓和曲線結(jié)構(gòu)布局僅用于考慮覆蓋到地下水平面的基層防滲保護(hù)設(shè)施,由基層鋪蓋及地下基層防水底板連接做成的基層防滲保護(hù)設(shè)施。L'因?yàn)長'4.4.1閘基滲流計(jì)算閘基式滲流法的計(jì)算主要目的就是為了計(jì)算滲流范圍內(nèi)的水體滲流壓力、水體滲流速度、水體滲流坡下沉降率和水體滲流量(大多數(shù)情況下水體滲流量都可以忽略不計(jì))。4.4.2地基有效深度計(jì)算地下輪廓線水平投影長：L0地下輪廓線垂直投影長度：S0防滲長度按改進(jìn)阻力系數(shù)法計(jì)算，按下式計(jì)算:地基有效深度計(jì)算：式中:

Te-土基上水閘的地基有效深度(m);

L0-地下輪廓的水平投影長度(m);

S0-地下輪廓的垂直投影長度(m)。

計(jì)算得由于，則按公式進(jìn)行Te:=0.5L0

計(jì)算，平邑節(jié)制閘地基有效深度為13.5m。4.4.3分段阻力系數(shù)計(jì)算

把實(shí)際地下輪廓全部進(jìn)行了簡化,使之分別變成了垂直與水平的兩個(gè)主要組成部分,根據(jù)所簡化的地下輪廓中不透水的部分以及各個(gè)角度相間的等勢曲線,將地基分為了進(jìn)口段、鋪蓋水平段、牙墻段、閘房水平段、出口段。

①進(jìn)口段、出口段阻力系數(shù)按下式計(jì)算:

式中:

ζ0-進(jìn)、出口段的阻力系數(shù);S-齒墻的入土深度(m)

T-地基透水層深度(m)。

②內(nèi)部垂直段阻力系數(shù)按下式計(jì)算:

式中:ζy--內(nèi)部垂直段的阻力系數(shù)。

③水平段阻力系數(shù)按下式計(jì)算:

式中:

ζx-水平段的阻力系數(shù);

Lx-水平段長度(m)

;

S1、S2-進(jìn)、出口段齒墻的入土深度(m)。4.4.3.1各分段水頭損失?4.4.3.2進(jìn)出口水頭損失的修正?式中?0?0β——修正系數(shù)，按下式計(jì)算：其中S‘T‘4.4.4出逸坡降的計(jì)算出口滲流平均坡降按下式計(jì)算：式中:S‘?0經(jīng)初步計(jì)算，出逸坡降大于允許值，則在底板下游末端打一道深3.5m的短板樁，以降低出逸坡降，此時(shí)出口段修正系數(shù)β>1，無需修正。計(jì)算結(jié)果如下表：經(jīng)過初步計(jì)算，出逸坡降大于允許值，則在底板下游末端打一道深3m的短板樁，從而降低出逸坡降，此時(shí)出口段修正系數(shù)β>1，無需修正。計(jì)算結(jié)果如下表：阻力系數(shù)滲壓水頭損失h水頭損失修正值h'各角隅點(diǎn)滲壓水頭進(jìn)口段0.570.660.50H1=5.20鋪蓋水平段1.341.551.71H2=4.70齒墻垂直段10.140.160.16H3=2.99底板水平段1.551.801.80H4=2.83齒墻垂直段20.060.070.07H5=1.03齒墻平行段0.060.070.07H6=0.96出口段0.780.890.89H7=0.89和值4.115.205.20H8=04.4.5抗?jié)B穩(wěn)定性驗(yàn)算滲流出口處平均坡降計(jì)算為：J0=?底板水平段平均滲透坡降為：Jx=?4‘4.4.6排水孔設(shè)計(jì)在消力池末端至消力池首端1/3消力池池長處打一排排水孔，間距為0.5m，孔徑0.1m，孔深2.0m。第五章閘室穩(wěn)定分析當(dāng)水閘的建設(shè)全部完成后,地基上的土壤壓力最高,沉降也很嚴(yán)重。過大沉降,尤其是不均勻的沉降,會(huì)導(dǎo)致使閘室上升和傾斜,影響到水閘的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此,當(dāng)?shù)鼗系暮奢d太高,超過了它們所允許的承載能力,那么整個(gè)土壤都會(huì)被毀。水閘是指在水平或者淺層推力的作用下,在水平或深層滑動(dòng)的運(yùn)行中,可能是沿著地表滑動(dòng)。因此,有必要針對水閘在剛開始建成、運(yùn)營、維護(hù)、施工周期等各種不同條件下的安全和穩(wěn)定性做出驗(yàn)算。對于孔少無接縫的小型水閘,可以整個(gè)水閘房(其中包括側(cè)墩)作為校核單元;對于孔道數(shù)量相對較多、沉降裂縫相對較多的水閘,應(yīng)該選擇兩縫之間的水閘單位來進(jìn)行試驗(yàn)。5.1荷載計(jì)算及組合5.1.1重力它們包含了閘室部位的主體結(jié)構(gòu)和其上所有的填筑土地和永久裝置的重力,包含了底板的重力、閘墩的重力、胸墻的重力、閘門的重力、開關(guān)式閉合器的重力、控制間隙的重力。重力根據(jù)各個(gè)零件的大小尺寸和材料的重度進(jìn)行計(jì)算可知,本設(shè)計(jì)選用鋼筋混凝土的重度取為25KN/m3,重力分別作用于各自的重心處。5.1.2水的重力計(jì)算方法與結(jié)構(gòu)重力一樣，水的重度取9.81KN/m3。5.1.3水平水壓力閘前為鋼筋混凝土進(jìn)行鋪蓋時(shí),上游的排水壓力按以下式來計(jì)算:PP式中：H2pc?‘下游水壓力參照以上公式進(jìn)行計(jì)算。5.1.4波浪壓力本設(shè)計(jì)取浪高0.6m，波長5.0m，據(jù)此計(jì)算波浪壓力。根據(jù)已有數(shù)據(jù)，H=5.20m>HLj=2沿單位寬度上的波浪壓力PL（KN/P?HLj式中?0HL5.1.5揚(yáng)壓力參照滲流計(jì)算部分進(jìn)行計(jì)算。本設(shè)計(jì)計(jì)算基底壓力時(shí)，以底板底面上游端點(diǎn)為矩心，計(jì)算全部荷載對其的力矩之和M0e從而上下游端的基底壓力為：pa.完建（未放水）情況下作用荷載和力矩計(jì)算表如下：部位重力（KN）力臂力矩底板3570621420閘墩7920647520胸墻1699.281568.32啟閉機(jī)4149.63974.4閘門4259.64080控制室435.759.64183.2合計(jì)13496.8584069.21b．設(shè)計(jì)洪水情況下作用荷載和力矩計(jì)算表如下：荷載名稱垂直力水平力力臂力矩豎直向下豎直向上水平向右水平向左順時(shí)針逆時(shí)針閘室自重13496.8584069.21上游水壓力2788.12.276328.987535.60.5267.858.90.3319.437下游水壓力29.40.823.521400.90.25350.22558.40.211.68浮托力1525.969155.4滲透壓力257.70.12532.2125450.34.672102.9011220.867324.8水重力7979.34.7437821.8810411.21249.2和值22517.153454.73382.61488.7129756.519000.7419062.451893.9110755.77755.2閘室穩(wěn)定分析5.2.1完建（未放水）情況：e=P=13496.8512Pmax=73.8（KN/㎡），Pmin=58.6（Kη=96.973.858.65.2.2設(shè)計(jì)洪水情況：e=P=19062.512Pmax=102.3（KN/㎡），Pmin=84.6（Kη=161.383.15.2.3抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算：P=2.5=134.7（KN/㎡）Pmax5.2.4地基表層滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算Kc=tan20°×5.2.5地基承載力計(jì)算tgδ=取R=140KN/㎡，Pmax=102.3（KN/㎡）<R=140K第六章水閘與兩岸連接建筑物的布置6.1連接建筑物的作用水閘就是連接江河兩岸的水閘建筑物或者可說是排水土石壩等在進(jìn)行互相連接的工程時(shí)候,必須一定要在兩個(gè)水閘之間分別設(shè)置一個(gè)互相連接的水閘建筑物,其中一般包括上下游的水閘翼墻和側(cè)墩(或者可說是下游側(cè)墩及上的岸壁),有時(shí)也必須在兩個(gè)水閘之間分別設(shè)置一個(gè)水閘防滲墻。它的作用為：1、兩側(cè)填筑一塊，保持土石壩及兩側(cè)穩(wěn)定。2、水閘泄水或引水時(shí)，上游翼墻主要用于引導(dǎo)水流順利進(jìn)入閘內(nèi)，下游翼墻則使水流從閘內(nèi)均勻擴(kuò)散，減少?zèng)_刷。3、防止閘水流沖刷兩岸或土石壩邊坡。4、與門體相連的岸坡或土石壩，應(yīng)采用門體兩側(cè)防滲的方法防止?jié)B透變形。5、在軟基上設(shè)置獨(dú)立的岸壁時(shí)，可以減小地基沉降對閘體應(yīng)力的影響。在水閘工程中,連接兩側(cè)的結(jié)構(gòu)建筑物占到了整個(gè)工程中很大的比重,有的甚至能夠達(dá)到全部工程總造價(jià)的15%-40%。門的多余數(shù)目越小,所要占用的比重就越多。因此,在水閘的設(shè)計(jì)過程中,連接構(gòu)件和建筑物的位置選擇及其布局應(yīng)該引起足夠的關(guān)注和重視。連接式建筑形態(tài)和布局6.2邊墩和岸墻當(dāng)水閘建在比較小的基礎(chǔ)上,地基可以與兩堤或土石壩直接連接。此時(shí),邊墩圍墻即需要作為墻體擋土墻,承受上中下游面上的混凝雨水滲透壓力、下游面上的混凝泥漿滲水壓力和下游混凝土層的雨水滲透力等壓力,以及自重、揚(yáng)重和壓力等巨大荷載。側(cè)墩與閘門底板之間的連接可以是整體的或分開的,這取決于基礎(chǔ)條件。側(cè)墩可分為重力式、懸臂式或墻承式。重力墻可以用磚石或混凝土建造。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單,施工方便;缺點(diǎn)是它消耗更多的材料。重力墻主要是適用于水閘,其中墻高小于6m。懸臂墻一般是由鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),其適用的高度范圍為6m-10m。支墩墻一般由鋼筋混凝土制成,特別是適合安裝在墻高小于10m的大型水閘。當(dāng)閘門體高、基礎(chǔ)薄弱時(shí),如果側(cè)墩仍直接作為擋土,由于側(cè)墩和閘體基礎(chǔ)之間荷載應(yīng)力差異較大,會(huì)使底板產(chǎn)生較大的不均勻沉降,影響了閘門的開啟和封堵,造成底板應(yīng)力較大,甚至在過程中產(chǎn)生裂縫。此時(shí),可在側(cè)墩背面設(shè)置一道岸壁。邊墩只是用于支撐閘門和上部結(jié)構(gòu),土壓力則由岸壁來承擔(dān)。岸壁可做成懸臂、支墩、空箱或拱形。這種連接方式可以是作用于地基上的荷載從鎖室傳遞到兩岸,從而減小側(cè)墩和底板的應(yīng)力和不均勻沉降。如果原有土石壩修筑地基的河岸承載能力屬于過低,可以考慮維持其河岸原有的穩(wěn)定河岸水平坡度,或?qū)⒃型潦瘔蔚鼗迯?fù)后筑成穩(wěn)定的河岸邊坡,可以考慮采用修筑鋼筋混凝土墻或擋土墻等來連接邊墩和保護(hù)河岸或者也就是修筑土石壩。側(cè)墩不留土。6.3翼墻上游的翼墻不僅有一定的阻力,而且在防洪時(shí),還需要通過引導(dǎo)上游的水流直接進(jìn)入閘室,二者之間配合著鋪蓋以發(fā)揮抗?jié)B的作用。因此,該工程的平面布局應(yīng)與上游的進(jìn)水狀態(tài)及防滲設(shè)施協(xié)調(diào)一致。沿著水流線方向運(yùn)行的長度,應(yīng)該能夠滿足所有的水流情況。上游端宜直接插入岸坡,墻頂宜不得超過最大蓄水量至少0.5-1.0m。為了盡量減少機(jī)場翼墻數(shù)量,當(dāng)泄洪閘的落差很小時(shí),流速很小時(shí),也可以將翼墻頂部淹沒在水下。在鋪蓋梁墻前端搭設(shè)板樁時(shí),