水闸课程设计全解

水闸课程设计

第一章 总述

第一节概述

本工程是西通河灌区第一级抽水站的拦河闸，其主要任务是拦蓄西通河的河 水，抬高水位满足抽水灌溉的需要；洪水期能够宣泄洪水，保证两岸农田不被洪 水淹没。

第二节基本资料

（一）闸的设计标准

根据《水闸设计规•》SD133-84（以下简称SD133-84）,该闸按IV级建筑物设

计。

（二）水位流量资料

运用情况 上游水位（米） 3

下游流量（m/s ）

正常畜水 198.00 0

设计洪水 198.36 61.40

校核洪水 198.90 79.70

下游水位流量关系见表

H 下（n） 195.00 196.00 197.00 197.50 198.00 198.15 198.50 198.65

3 Q(m/S) 0.00 8.63 27.96 41.07 55.40 61.40 73.98 79.70

（三）地形资料

闸址附近，河道顺直，河道横部面接近梯形，底宽 18米，边坡1:1.5，河

底高程195.00米，两岸地面高程199.20米。

（四）闸基土质资料

闸基河床地质资料柱状图如图所示

J] w

4 B J a a

\ 1 J—f -f JK. js-r ■ !■ a ■■ ・■" ・ J ■ 4 n ・ a ■ a a B a ■

・=』■•■・ a u. 4 u

l -iRIII-lli lllil- ifilril-rili

fa ! 4 .| | a |. 4 |. .| a ! 4 t 4 a | J

・ 』 - ・ -

il:

层序 高程（M 土质摡况

I 195.00-191.8 细砂

II 191.8 —183.32 组砂

III 183.32 粘土

闸址附近缺乏粘性土料，但有足够数量的混凝土骨料和砂料。闸基细砂及墙后回 W W

土 18.0 n 填砂料土工试验资料如下表；

天然容重 饱和容重 摩擦角 凝聚力 不均匀系数 相对密实度

细砂

0.46 18.64 20.61 22 0 12

砂土料

0.62 18.20 20.21 32 0 15

细砂允许承载力为150KN/m，其与混凝土底板之间的摩擦系数f=0.35

（五）其他资料

1•闸上交通为单车道，按汽-10设计，带-50校核。桥面净宽4.0 m，总宽

为 4.4 m o

2•闸门采用平面钢闸门，有3米，4米，5米三种规格闸门。

3. 该地区地震设计烈度为4度。

4. 闸址附近河道有干砌石护坡。

5. 多年平均最大风速12米/秒，吹程0.15公里。

第三节工程综合说明书

本工程为W级拦河闸。设计采用开敞式水闸。

水闸由上游连接段、闸室段、下游连接段三部分组成。

闸室段位于上、下游连接段之间。是水闸工程的主体。其作用是控制水位、 调节流量。包括闸门、闸墩、边墩、底板、工作桥、检修便桥、交通桥、启闭机 等。

上游连接段的作用是将上游来水平顺地引进闸室。包括两岸的翼墙、护坡、 铺盖、护底和防冲槽。

下游连接段的作用是引导过闸水流均匀扩散。 通过消能防冲设施。以保证闸 后水流不发生有害的冲刷。包括消力池、海漫、防冲槽以及两岸的翼墙和护坡。

第二章水力计算

第一节 闸室的结构型式及孔口尺寸确定

（一） 闸孔型式的选择

该闸建在天然河道上，河道横部面接近梯形，因此采用开敞式闸室结构。该 闸建在天然河道上，为了满足泄洪、冲沙、排污的要求，宜采用结构简单，施工 方便，自由出流围较大的无坎宽顶堰，考虑到闸基持力层是粘细砂，土质一般， 承载能力不好，并参考该地区已建工程的经验，根据一般情况下，拦河闸的底板 顶面可与河底齐平。即闸底板顶面（即堰顶）与西通河河底齐平，所以高程为 195.00 m。

（二） 闸孔尺寸的确定

初拟孔口尺寸，该闸的尺寸必须满足拦洪灌溉以及泄洪的要求。

1.计算闸孔总净宽Bo

⑴ 在设计情况下： ①、上游水H=198.36-195=3.36 m

② 、下游水深 hs=198.15-195.00=3.15 m

③ 、下泄流量Q=61.40m3/s

A=( b+ mH )H = ( 18+1.5 >3.36)X3.36

其中b为河道宽：b=18m m 为边坡比：m=1:1.5

V0=Q/A =61.40/77.4仁0.793m/s

2

H=H+a v/2 (取 a= 1.0 )

=3.36 + 0.793 7 ( 2 >9.81 )

=3.39 m

⑵ 校核情况： ①、上游水H=198.9-195=3.9 m

② 、下游水深 hs=198.65-195=3.65 m

③ 、下泄流量Q=79.70m3/s

则上游行近流速:

V0=Q/A

根据和断面尺寸： 则上游行近流速:

V0=Q/A

根据和断面尺寸:

=77.4 m

hs

H。 =3.15/3.39=0.929>0.8 故属于淹没出流 A=( b+ mH )H = ( 18+1.5 >3.9 )X3.9 = 93.02m2其中b为河道宽：b=18m m 为边坡比：m=1:1.5

V0=Q/A =79.7/93.02=0.86m/s

2

H=H+a v/2g (取 a= 1.0 )

2 =3.9 + 0.86 / ( 2 >9.81 )

=3.94 m

(3)确定闸孔宽度

由以上结果可得，则按水流成堰流时并且为淹没出流， 计算根据《水工建筑 物》，由宽顶堰淹没出流公式：田些石日詳

根据匹，查SL-265-2001，附录A.01，查得淹没系数「=0.74，对无坎宽顶

H 0

堰： m=0.385 假设侧收缩系数 =0.90 hs

H。 =3.65/3.94=0.93>0.8 , 故属于淹没出流

在设计情况下:

79.7 0.74 x 0.90 XO.3S5 x 3,94s/aX

=9.0 m

整理上述计算如下表

计算 上游 下游 流量 行进 行进 淹没 流量 侧收 B。

情况 水深 水深 Q 流速 水头 系数 系数m 缩系

H hs

H0 6

数&

设计 3.36 3.15 61.40 0.793 3.39 0.74 0.385 0.90 8.66

情况

下

校核 3.90 3.65 79.70 0.86 3.94 0.74 0.385 0.90 9.0

情况

下

2.闸孔孔数n及单孔净宽bo

单孔宽度bo根据水闸使用要求，闸门型式及启闭机容量等因素，并参照闸 所以，在设计情况下

61.4

0.74x9.90 XO.305X 3.39s/\2 x 9.31

在校核情况下: =8.66 m 门尺寸选定。由BOI>B°2比较得，取净宽较大的值，则取 B°=9.0m。

以上为BO的第一次近似值，据此可计算 的第二次近似值，按hs H 0=0.93 ,

及闸墩边形状，查《水力学》，得一_ =0.502，- =0.70。侧收缩系数按式计算为：

=1-0.2 >{0.7+ (3-1 ) >0.502] >3.9/9

=0.85

净宽BO的第二次计算近似值为

79.7

0.74X 0.85 X 0.385 X 3.943^2 x 9：61

=9.5 m

再将净宽BO的第二次近似值代入式中，可得 =0.86，再次试算后仍得

=0.86，计算得出BO2 =9.4 m ,根据所给闸门的型号尺寸，则选择孔数 n=3，每

孔净宽bo=3.2 m，则闸孔总净宽BO=3.2 >3=9.6 m ,

3.闸孔泄流能力校核

中墩采用钢筋混凝土结构，根据设计规 SL265-2001,取中墩厚d=1.5m ,墩

首、墩尾均采用尖圆形。边墩厚度为 1.0 m，墩首、尾采用半圆形。

根据拟定的闸孔尺寸净宽Bo=9.6m，用设计情况进行检验。根据堰流公式：

=64.28 m3 / s

则：|平卜迦％=1 （64.28-61.40 ） /61.40| X100% =4.7 %< 5% Q实 0.86 0.74 0.385 、2 9.81 3/2 9.6 实际过流能力满足泄水的设计要求

由此得该闸的孔口尺寸确定为：选择孔数 n=3,每孔净宽bo=3.2m, 2个中 墩各厚d=1.5m，边墩厚度为1.0 m，闸孔总净宽B°=9.6 m，闸室总长度B=3X 3.2+2 X.5=12.6

m。

第二节消能防冲型式

水闸闸门开启时，下泄水流具有较高能量，为防止高速水流及波状水跃的冲 击等不利作用，闸下应采取防冲措施。

（一） 消能型式

水闸上、下游水头一般较低，下游一般为土基，宜采用底流式消能。因此， 消能设计的主要任务是确定下游消力池深度与长度，护坦型式与构造、海漫长度 与构造一集防冲槽等。

（二） 消力池设计

1 •消力池设计依据

当过闸流量不变，上游水位较高时往往是消力池设计的依据，而实际运行中， 流量却是变化的。因而，消能设计依据应是上游为较高水位、下游为较低水位时， 通过某一流量，下泄水流能量 E=Y qAH最大时，相应的数据即为消力池设计依 据。为了降低工程造价、确保水闸安全运行，可以规定闸门的操作规程，本次设 中孔开启。分别开启不同高度进行计算，找出消力池池深和池长的控制条件。 闸