新華閘課程設(shè)計(jì)

1、課 程 設(shè) 計(jì)設(shè)計(jì)題目：前進(jìn)二閘樞紐新華閘初步設(shè)計(jì)（2-13）學(xué) 院： 水利與土木工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)年級(jí)： 農(nóng)業(yè)水利工程 指導(dǎo)教師： 蘇艷平 職 稱(chēng)： 講師 （2012年07月）中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)教務(wù)處制第一章 基本資料1.1 工程概況原前進(jìn)二閘樞紐位于臨河城北前進(jìn)干渠上，該樞紐建于1966年，樞紐設(shè)計(jì)流量77.6m3/s，主要任務(wù)是引水灌溉，灌溉面積128萬(wàn)畝。建筑物包括前進(jìn)第二節(jié)制閘、西樂(lè)進(jìn)水閘、新華進(jìn)水閘、甜菜支渠進(jìn)水閘及林場(chǎng)支渠進(jìn)水閘五座建筑物，其中西樂(lè)進(jìn)水閘、新華進(jìn)水閘的分水角均為30，甜菜支渠進(jìn)水閘及林場(chǎng)支渠進(jìn)水閘的分水角均為16。樞紐上游以扭曲面與兩岸連接，各閘室之間采用圓形裹頭連接方式；

2、下游均以隔墻型式與兩岸渠堤連接。前進(jìn)二閘樞紐中的節(jié)制閘、西樂(lè)及新華進(jìn)水閘的設(shè)計(jì)流量分別為28m3/s、22m3/s及23m3/s，閘室結(jié)構(gòu)型式均為開(kāi)敞式，閘下游設(shè)交通橋，橋面凈寬4.5m，汽8級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。閘門(mén)為鋼筋混凝土平板門(mén)，起閉機(jī)為螺桿式起閉機(jī)。該樞紐建成至今已有42年，在工程運(yùn)用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了許多問(wèn)題：一是建筑物長(zhǎng)期受凍脹破壞，致使各閘的翼墻、閘前鋪蓋及閘下消力池護(hù)坦等部位存在破損問(wèn)題，漏水現(xiàn)象十分嚴(yán)重，直接威脅建筑物自身的安全；二是工程管理設(shè)施落后，不能滿(mǎn)足工程管理現(xiàn)代化的要求；三是組成樞紐的各建筑物均以超過(guò)經(jīng)濟(jì)使用年限，隱患嚴(yán)重。根據(jù)該樞紐工程現(xiàn)狀及上級(jí)的要求，決定將原前進(jìn)二閘樞紐拆除后重

3、建。1.2 水文氣象前進(jìn)二閘樞紐工程處于干旱半干旱地帶，大陸性氣候特征明顯，冬季嚴(yán)寒少雪，夏季高溫干熱。年降水量139222mm，且70%的降雨集中在79月份，年蒸發(fā)量20002300mm，47月份蒸發(fā)量最大，約占全年的40%以上，根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀笳径嗄曩Y料，多年平均氣溫68，最低氣溫在一月份為-33.1，最高氣溫在七月份達(dá)到37.4，每年11月下旬開(kāi)始封凍，直到翌年5月中旬凍層全部消退，封凍期長(zhǎng)達(dá)180天左右，凍土最大深度1.11.3m，無(wú)霜期為135150天。一般冬春兩季為多風(fēng)季節(jié)，風(fēng)向多以西北風(fēng)和西風(fēng)為主，冬季風(fēng)力強(qiáng)，春季持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，多年最大月平均風(fēng)速19.6m/s。1.3 工程地質(zhì)1.3

4、.1 地層巖性分布閘址區(qū)屬黃河沖積洪積平原，第四紀(jì)沉積較厚，根據(jù)鉆孔揭露，地層主要以灰色粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)粘土和淺灰色細(xì)砂層為主?，F(xiàn)分述如下：粉質(zhì)壤土呈飽和狀態(tài)，可塑，沉積厚度0.54.0m，屬中等壓縮性土，內(nèi)摩擦角31.2，滲透系數(shù)4.01×10-5cm/s；粉質(zhì)粘土呈飽和狀態(tài)，可塑，沉積厚度0.22.0m，屬中等壓縮性土，滲透系數(shù)1.09×10-6 cm/s；中砂、細(xì)砂層均呈飽和狀態(tài)，主要成分石英、長(zhǎng)石、云母、中密，滲透系數(shù)2.65×10-31.22×10-3 cm/s。1.3.2 工程地質(zhì)前進(jìn)二閘樞紐地層較為復(fù)雜，主要為中粉質(zhì)土、重粉質(zhì)土、粉質(zhì)粘土、中

5、砂、細(xì)砂，呈飽和狀態(tài)，粘性土多由可塑至軟塑，屬中等壓縮性土；砂土由松散密實(shí)，顆粒級(jí)配較為均勻，屬中等壓縮性土；比較適合建筑物的持力層。1.3.3 工程地質(zhì)評(píng)價(jià)（1） 地基承載力的確定根據(jù)土的孔隙比、塑性指數(shù)、液性指數(shù)等指標(biāo)確定粉質(zhì)壤土的允許地基承載力為140Kpa，粘土的允許地基承載力為150Kpa。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)和密實(shí)度，中細(xì)砂的允許承載力為180Kpa。（2） 砂土的液化評(píng)價(jià)前進(jìn)二閘樞紐位于臨河地區(qū)，該區(qū)地震烈度為6°，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)判別法和砂土相對(duì)密度判別法，確定在地震力作用下可能發(fā)生液化。由于閘室上、下游存在一定的水力坡降，所以存在滲透破壞的可能，當(dāng)水力坡降超過(guò)0.2

6、2時(shí)，飽和細(xì)砂將發(fā)生流土破壞。1.3.4 結(jié)論（1）建議地基土的容許承載力采用150Kpa。（2）閘基地層細(xì)砂屬容易產(chǎn)生液化的地層，為避免動(dòng)水壓力造成的滲透液化，建議實(shí)際水力坡降最好控制在允許水力坡降范圍之內(nèi)。閘基存在振動(dòng)液化的可能，需采取防振動(dòng)液化的措施。（3）閘基地下水位埋深較淺，建筑物基礎(chǔ)埋置地下水位以下，建議施工時(shí)應(yīng)采取排水措施。1.4 設(shè)計(jì)依據(jù)1.4.1 工程等別按照水利部水規(guī)總院的審查意見(jiàn)，前進(jìn)干渠主要建筑物為3級(jí)建筑物，所以前進(jìn)二閘樞紐按3級(jí)建筑物設(shè)計(jì)。1.4.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)（1）樞紐各閘上下游斷面前進(jìn)干渠：渠底寬50m，邊坡m=2，縱坡i=1/12000，糙率n=0.015，渠底

7、高程1035.5m。新華閘：下游渠底寬15m，邊坡m=2，縱坡i=1/8500，糙率n=0.015，吹程0.8km。（2）樞紐各閘設(shè)計(jì)指標(biāo)前進(jìn)二閘樞紐建筑物設(shè)計(jì)指標(biāo)表名稱(chēng)設(shè)計(jì)情況加大情況流量（m3/s）上游水位（m）下游水位（m）流量（m3/s）上游水位（m）下游水位（m）節(jié)制閘281037.41035.5301037.51035.70新華閘231035.7251035.9西樂(lè)閘221037.10241037.2甜菜閘41037.25.51037.3林場(chǎng)閘0.60.8（3）閘基土物理性質(zhì)地基允許承載力：150Kpa地基土內(nèi)摩擦角31.2° 、土層凝聚力15KN/m2 。土壤濕容重18

8、 KN/m3 、飽和容重20 KN/m3、土的浮容重10 KN/m3。砼與地基土的摩擦系數(shù)： 0.3（4）邊墩后回填土部分內(nèi)摩擦角14° 、土層凝聚力5KN/m2 。土壤濕容重18 KN/m3 、飽和容重20 KN/m3、土的浮容重10 KN/m3。（5）其他指標(biāo)地震設(shè)計(jì)烈度：6° 第二章 樞紐布置2.1 樞紐任務(wù)及組成 前進(jìn)二閘樞紐進(jìn)水閘的作用是從河道、水庫(kù)或湖泊岸邊引水。水閘由閘室、上游連接段和下游連接段三部分組成。閘室是水閘的主體，包括閘門(mén)、閘墩、邊墩（岸墻）、底板、胸墻、工作橋、檢修便橋、交通橋、啟閉機(jī)等。上游連接段包括兩岸的翼墻和護(hù)坡以及河床部分的鋪蓋，有時(shí)為保護(hù)

9、河床免受沖刷，還加做防沖槽和護(hù)底。用以引導(dǎo)水流平順地進(jìn)入閘室，保護(hù)兩岸及河床免遭沖刷，并與閘室等共同構(gòu)成防滲地下輪廓，確保在滲透水流作用下兩岸和閘基的抗?jié)B穩(wěn)定性。下游連接段包括護(hù)坦、海漫、防沖槽以及兩岸的翼墻和護(hù)坡等。用以消除過(guò)閘水流的剩余能量，引導(dǎo)出閘水流均勻擴(kuò)散，調(diào)整流速分布和減緩流速，防止水流出閘后對(duì)下游的沖刷。2.2 樞紐建筑物選型 當(dāng)從天然河道直接取水（即無(wú)壩取水）時(shí)，為保證能引進(jìn)需要的流量和盡量減少泥沙進(jìn)入引水渠道，進(jìn)水閘宜建于河流彎道凹岸的頂點(diǎn)稍偏下游處；并需慎重研究選定引水渠軸線與河道軸線的交角（即引水角），該角的大小視引水流量與河道來(lái)水流量的比值及泥沙來(lái)量而定。為防止推移質(zhì)泥

10、沙被挾帶入渠，在滿(mǎn)足正常引水要求的前提下，進(jìn)水閘底檻高程應(yīng)比河底高程高一些。水利樞紐中的進(jìn)水閘，是整個(gè)樞紐的一個(gè)組成部分，應(yīng)根據(jù)樞紐工程的性質(zhì)、任務(wù)及綜合利用要求，統(tǒng)一考慮進(jìn)水閘與樞紐其他工程的合理布置。為減少泥沙入渠，進(jìn)水閘前常設(shè)沖沙閘和導(dǎo)沙坎，進(jìn)水閘閘底檻高程要比沖沙閘底檻高程高一些。進(jìn)水閘一般采用開(kāi)敞式，當(dāng)上游水位變幅較大，擋水位高于取水位，為減少閘門(mén)高度，也可采用胸墻式或涵洞式。為便于管理運(yùn)用和當(dāng)引取較小流量時(shí)能對(duì)稱(chēng)開(kāi)啟閘門(mén)而不致產(chǎn)生偏流，進(jìn)水閘閘孔宜布置成三孔或三孔以上的單數(shù)孔。第三章 設(shè)計(jì)詳細(xì)計(jì)算書(shū)3.1 閘址選擇和閘孔設(shè)計(jì)3.1.1 閘址的選擇閘址、閘軸線的選擇關(guān)系到工程的安全可

11、靠、施工難易、操作運(yùn)用、工程量及投資大小等方面的問(wèn)題。在選擇過(guò)程中首先應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)、水流、施工管理應(yīng)用及拆遷情況等方面進(jìn)行分析研究，權(quán)衡利弊，經(jīng)全面分析比較，合理確定。本次設(shè)計(jì)是將原前進(jìn)二閘樞紐拆除后重建，故新華閘的閘址不變。3.1.2 閘型確定本工程主要任務(wù)是引水灌溉，工程位于凍脹劇烈區(qū)，應(yīng)具有較強(qiáng)的抗凍脹能力，故采用不設(shè)胸墻的開(kāi)敞式水閘。各閘室之間采用圓形裹頭連接方式，上游以扭曲面與兩岸連接，下游以隔墻型式與兩岸渠堤連接。同時(shí)，河床表面覆蓋粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)粘土和中砂，它們都處于飽和狀態(tài)。其中，粉質(zhì)壤土和粉質(zhì)粘土是中等壓縮性土，其冰凍期凍脹破壞作用大，故閘基清基時(shí)應(yīng)將其挖除。參照閘址地質(zhì)剖

12、面圖，閘基高程應(yīng)低于1027.0m。由于河槽蓄水，閘前淤積對(duì)洪水位影響較大，為便于排出淤沙，閘底板高程應(yīng)盡可能低。因此，采用無(wú)底坎平頂板寬頂堰，堰頂高程略比河床高一點(diǎn)，閘底板高程取1035.75m。3.1.3 閘孔尺寸和閘墩厚度3.1.3.1 計(jì)算閘孔總凈寬B0根據(jù)規(guī)范，堰流式閘孔總凈寬計(jì)算公式為：閘孔總凈寬，（m）；設(shè)計(jì)過(guò)閘流量，（m3/s）；計(jì)入行進(jìn)流速水頭的堰上水頭，（m）；重力加速度，可采用9.81（m/s3）；、分別為堰流的流量系數(shù)、側(cè)收縮系數(shù)和淹沒(méi)系數(shù)。（1）淹沒(méi)系數(shù)。根據(jù)值判定淹沒(méi)度，查表得相應(yīng)：當(dāng)hs/H00.8時(shí)，為自由出流=1；當(dāng)hs/H00.8時(shí)，為淹沒(méi)出流，查表求值。其

13、中，H0、hs分別為上、下游相對(duì)于閘底板高程的總水頭及下游水深。本次設(shè)計(jì)淹沒(méi)系數(shù)取=1 。 （2） 側(cè)收縮系數(shù)。與孔口尺寸等因素有關(guān)，計(jì)算時(shí)須先假定。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)現(xiàn)假定取1 。（3） 流量系數(shù)m 。對(duì)于直角寬頂堰(此式用于)當(dāng)3時(shí)，m可視為常數(shù)，即m=0.32，取P1=0.15m，H=上游水位渠底高程堰頂超高=1.90.15=1.75m，帶入上式計(jì)算得m=0.376。流速 ,，表3流量Q（m3/s）上游水深H（m） 下游水深（m）過(guò)水?dāng)嗝娣e（m2） 行近流速（m3/s） 上游水頭H0（m） 設(shè)計(jì)流量23 1.750.5538.000.605 0.0187 1.769 校核流量25 1.851.00

14、40.320.6200.01961.870計(jì)算情況上游水頭（m）下游水深 （m）流態(tài)設(shè)計(jì)水位1.7690.550.5501.495自由出流校核水位1.9691.001.0001.576自由出流按照閘門(mén)總凈寬計(jì)算公式，根據(jù)設(shè)計(jì)洪水和校核洪水兩種情況分別計(jì)算如下表：表4流量Q（m3/s）上游水頭 （m） 下游水深（m） 淹沒(méi)系數(shù) B0（m） 設(shè)計(jì)流量231.7690.5515.86校核流量25 1.8691.0015.87 閘孔孔數(shù)n及單孔凈寬b0(1)單孔寬度b0根據(jù)水閘使用要求、閘門(mén)型式及啟閉機(jī)內(nèi)容等因素，并參照閘門(mén)尺寸選定。(2)孔數(shù)?？讛?shù)在數(shù)目少時(shí)，宜取奇數(shù)孔，以利于對(duì)稱(chēng)開(kāi)啟，改善閘下游水

15、流條件。根據(jù)閘門(mén)設(shè)計(jì)規(guī)范中閘孔尺寸和水頭系列標(biāo)準(zhǔn)，閘總凈寬選取6m，同時(shí)為了保證閘門(mén)對(duì)稱(chēng)開(kāi)啟，防止不良水流形態(tài)，選用3孔（各2.0m），閘孔總寬度為：L= 0.8×21×26=9.6m由于閘基為軟基河床，選用整體式底板，中墩厚1m，邊墩厚0.8m。閘門(mén)及閘孔布置圖如CAD圖所示：3.1.3.2 校核泄洪能力 根據(jù)孔口與閘墩的尺寸可計(jì)算側(cè)收縮系數(shù)： , =0.1，P=0.15，H=1.769對(duì)于中孔 ， 對(duì)于邊孔 ， 所以用公式計(jì)算設(shè)計(jì)情況下的流量。與假定接近，根據(jù)選定的孔口尺寸與上下游水位，進(jìn)一步換算流量如下表所示： 表5 過(guò)流能力校核計(jì)算表計(jì)算情況 堰上水頭H0（m） （

16、m3/s）校核過(guò)流能力(%)設(shè)計(jì)流量231.7690.29410.95622.661.478%校核流量25 1.8690.50810.95624.004% 設(shè)計(jì)情況符合規(guī)定5%的要求，說(shuō)明孔口尺寸合理，所以不必進(jìn)行孔口尺寸的調(diào)整。3.2 水閘的防沖、消能設(shè)計(jì)3.2.1消能防沖設(shè)計(jì) 水閘泄水時(shí)水流具有較大的動(dòng)能，而土質(zhì)河床的抗沖能力低，必將對(duì)下游河床產(chǎn)生不同程度的沖刷。為了保證水閘的正常運(yùn)行，防止河床沖刷，一方面盡可能消除水流的動(dòng)能，消除波狀水躍，并促使水流橫向擴(kuò)散，防止產(chǎn)生折沖水流；另一方面要保護(hù)河床及河岸，防止剩余動(dòng)能引起的沖刷。 水閘消能有方式有底流式、面流式和挑流式等三種，底流式是應(yīng)用比

17、較廣泛的基本消能方式。根據(jù)節(jié)制閘實(shí)際情況，可采用底流式消能。這種消能形式由消力池、海漫和防沖槽等三部分組成。 消力池（1）判斷下游水躍銜接形式 查表確定=0.90。m3/（s·m）當(dāng)=2.4m3/（s·m）時(shí)，可求得：m由水力計(jì)算手冊(cè)中躍后水深求解曲線查得，則m。同理，可算不同單寬流量下相應(yīng)的，如下表3-4所示： 表3-4 不同單寬流量對(duì)應(yīng)的下游共軛水深計(jì)算表qvhkE00c"hc"10.6050.47 1.7693.79 2.85 0.34 20.6050.74 1.7692.39 2.50.88 30.6050.97 1.7691.82 2.21.4

18、4 40.6051.18 1.7691.50 2.12.01 50.6051.37 1.7691.30 22.58 60.6051.54 1.7691.15 1.923.15 70.6051.71 1.7691.03 1.853.72 80.6051.87 1.7690.95 1.84.29 90.6052.02 1.7690.88 1.74.86 將表中的及的對(duì)應(yīng)數(shù)值繪在圖3-3中，得曲線與曲線 圖3-3 各水深與單寬流量關(guān)系曲線00.20.40.60.811.21.41.600.511.522.53單寬流量m³/(s·m)水深(m) 從圖3-3可以看出，在所討論的流量范

19、圍內(nèi)，大部分都大于，即下游會(huì)產(chǎn)生遠(yuǎn)驅(qū)式水躍銜接，為使下游產(chǎn)生淹沒(méi)水躍銜接，需要修建消力池。（2）消力池的結(jié)構(gòu)形式 底流式消能布置一般有挖深式消力池、檻式消力池和綜合式消力池，若下游水深不足，用降低護(hù)坦高程形成消力池，是水閘設(shè)計(jì)中常用的型式，當(dāng)下游水深略小于或等于躍后水深時(shí)，可采用檻式消力池。如果降低護(hù)坦高程挖方過(guò)大，施工困難較多，增加工程造價(jià)時(shí)，可采用淺挖方低檻式綜合式消力池。結(jié)合本工程特點(diǎn)，新華進(jìn)水閘采用挖深式消力池。（3）消力池的深度計(jì)算 根據(jù)圖3-3的曲線和曲線，可求出最大時(shí)=1.23/（s·m）。故消力池的設(shè)計(jì)流量為1.2m3/（s·m）相應(yīng)于 m3/（s·

20、;m）時(shí)，m， ，m，m。首先按近似公式約估池深數(shù)值m設(shè)d=0.3m，于是躍后水深： 下游正常水深：。池深： 水躍長(zhǎng)度：水面跌落Z：消力池長(zhǎng)度： 取80% 。0.26，取為0.3m。取最大流量計(jì)算消力池池長(zhǎng)。計(jì)算公式為 式中：消力池長(zhǎng)度(m)； 水躍長(zhǎng)度(m)；水躍長(zhǎng)度校正系數(shù)可采用0.70.8m=4.65m取消力池長(zhǎng)度為5m（5）消力池底板的厚度 水閘泄水時(shí)，消力池內(nèi)水流紊亂，消力池底板承受水流沖擊力，水流脈動(dòng)壓力和底部揚(yáng)壓力等作用，受力條件復(fù)雜，一旦破壞就會(huì)影響到水閘的安全.因此，護(hù)坦厚度的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮自身具有足夠重量、強(qiáng)度和抗沖耐磨的能力。根據(jù)抗沖和抗浮要求，根據(jù)SL2652001水閘設(shè)計(jì)

21、規(guī)范抗沖和抗浮兩公式計(jì)算，并取其大值。滿(mǎn)足抗沖要求： （3-7）滿(mǎn)足抗浮要求： （3-8） 式中 t消力池底板始端厚度(m)；H 閘孔泄水時(shí)的上下游水位差(m)；K1消力池底板計(jì)算系數(shù)，可采用0.150.20；K1消力池底板安全系數(shù)，可采用1.11.3；U作用在消力池底板底面的揚(yáng)壓力(kPa)；W作用在消力池底板頂面的水重(kPa)；Pm作用在消力池底板上的脈動(dòng)壓力(kPa)，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)；d消力池底板的飽和重度(kN/m3)； 按抗浮要求計(jì)算底板厚度時(shí)，因?yàn)橄Τ氐撞吭O(shè)反濾層，中后部設(shè)排水孔，滲透壓力為零，

22、即消力池上作用的揚(yáng)壓力與水重大小相等，相互抵消；而Pm的值很小，即消力池底板厚度不必考慮抗浮要求，只需計(jì)算抗沖要求下底板厚度。m，則底板厚度取為0.5m。為了降低護(hù)坦底部的滲透壓力，在護(hù)坦中后部設(shè)鉛直排水孔，孔徑10cm，間距2m；設(shè)置反濾層以保護(hù)地基土，防止土粒被滲流帶入排水，在護(hù)坦底部設(shè)3層粒徑不同的反濾層，層次大體與滲流方向正交，各層厚度依次為10cm、6cm和4cm。 海漫（1）海漫長(zhǎng)度計(jì)算 海漫長(zhǎng)度取決于水流余能大小，消力池末端單寬流量、上下游水位差、水流擴(kuò)散情況及河床土質(zhì)等。根據(jù)SL2652001水閘設(shè)計(jì)規(guī)范公式計(jì)算 。式中 Lp海漫長(zhǎng)度（m）；qs消力池末端單寬流量m3/s；H上

23、下游水位差；Ks海漫長(zhǎng)度計(jì)算系數(shù)，可由表3-5查得；表3-5 Ks 表河床土質(zhì)粉砂、細(xì)砂中砂、粗砂、粉質(zhì)壤土粉質(zhì)粘土堅(jiān)硬粘土Ks14-1312-1110-98-7H=1.7m，qs=25/9.6=2.6m3/（s·m），節(jié)制閘土質(zhì)主要有粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)粘土、中砂，因此取Ks=11，則：m即取海漫長(zhǎng)度為24 m。（2）海漫結(jié)構(gòu) 一般在海漫起始段做510m的漿砌石水平段；水平段后做成不陡于1：10的干砌石斜坡段，以使水流均勻擴(kuò)散，調(diào)整流速分布，保護(hù)河床不受沖刷。海漫水平段取9m，斜坡段15m，坡度為1:15，厚度為0.5m，下面鋪15cm厚的砂墊層。 圖3-4 海漫布置圖 防沖槽 水流經(jīng)過(guò)

24、海漫后，能量雖能進(jìn)一步消除，但海漫末端水流仍具有一定的沖刷能力，河床仍受沖刷，故需在海漫末端采取加固措施，即設(shè)計(jì)防沖槽。常見(jiàn)的防沖槽有拋石防沖槽和齒墻或板樁式防沖槽，平原地區(qū)一般采用拋石防沖槽。在海漫末端處挖槽拋石預(yù)留足夠的石塊，當(dāng)水流沖刷河床沖至最深時(shí)，預(yù)留在槽內(nèi)的石塊沿斜坡會(huì)陸續(xù)滾下，鋪蓋在沖坑的上游斜坡段，防止沖刷破壞向上游擴(kuò)展，保護(hù)海漫安全。拋石體積可根據(jù)下游河床沖至最深時(shí)，石塊坍塌在沖坑上游面所需的方量定。根據(jù)SL2652001水閘設(shè)計(jì)規(guī)范海漫末端河床沖刷深度為：式中 dm海漫末端河床沖刷深度（m）；qm海漫末端單寬流量（m3/s·m）v0河床土質(zhì)允許不沖流速（m/s）hm

25、海漫末端河床水深（m）qm=25/15=1.67 m3/（s·m），V0取0.8 m/s，hm=1.95m，則：m<1.0m 海漫末端有沖刷存在，須將防沖槽開(kāi)挖成倒梯形斷面，取防沖槽深度為1.0m，采用寬淺式，低寬取2.0m，上游坡率為2，下游坡率為3，出槽后做成坡率為5的斜坡與下游河床相連。 圖3-5 防沖槽布置圖第四章閘室布置4.1 底板閘室底板有整體式和分離式兩種，對(duì)軟弱地基上或地震區(qū)的水閘多采用整體式底板，而在堅(jiān)硬、緊密或中等堅(jiān)硬、緊密的地基上宜采用分離式底板。節(jié)制閘地基土以粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)粘土和中砂為主，承載力不大，故選用整體式結(jié)構(gòu)。底板沿順?biāo)鞣较虻拈L(zhǎng)度，取決于上部結(jié)

26、構(gòu)布置并滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和抗滑穩(wěn)定要求。底板長(zhǎng)度可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)擬定，砂土和砂壤土地基，可取（2.04）H，（H為上下游最大水位差）即（2.04）×2=48m，因此取底板長(zhǎng)為8m。底板厚度必須滿(mǎn)足剛度和強(qiáng)度要求，大中型水閘可取(1/61/8)b0(b0為閘孔凈寬)，一般為1.02.0m，最薄不小于0.7m。但小型水閘也有用到0.3m的. 而新華進(jìn)水閘屬于小型閘，因此閘底板厚度取0.5m。在底板上下游設(shè)置齒墻，根據(jù)規(guī)范齒墻一般為梯形斷面，深取0.5m，底寬取0.5m，坡比取1:1，底板下鋪設(shè)0.1m厚的素混凝土墊層，齒墻內(nèi)填充砂礫石墊層。底板尺寸見(jiàn)下圖4-1所示：4-1 底板尺寸示意圖4.2 閘

27、墩 閘墩尺寸及形狀閘墩的作用主要是分隔閘門(mén)，同時(shí)也支承閘門(mén)、胸墻、工作橋以及交通橋等上部結(jié)構(gòu)。閘墩長(zhǎng)度應(yīng)滿(mǎn)足上部結(jié)構(gòu)的布置要求，該值一般等于底板長(zhǎng)度，也可小于底板長(zhǎng)度，因此取閘墩長(zhǎng)8m。閘墩分中墩和邊墩兩種。閘墩厚度必須滿(mǎn)足穩(wěn)定和強(qiáng)度的要求，混凝土和少筋混凝土閘墩厚0.91.4m，漿砌石閘墩厚0.81.5m。漿砌石常用在小型水閘中，因此取中墩厚1.0m，邊墩厚0.8m。選擇閘墩外部形狀時(shí)主要考慮水流平順的基本條件，以減小側(cè)收縮的影響，提高閘孔過(guò)水能力，但也要考慮到施工簡(jiǎn)便、不易損壞等因素。閘墩頭尾部均采用半圓形。門(mén)槽深度取0.2m，寬度取0.5m；檢修門(mén)槽深度取0.2m，寬度取0.2m。具體尺

28、寸如圖4-2所示。圖4-2 閘墩尺寸示意圖 閘頂高程水閘閘頂高程應(yīng)根據(jù)擋水和泄水兩種運(yùn)用情況確定。擋水時(shí)，閘頂高程不應(yīng)低于水閘正常蓄水位加波浪計(jì)算高度與相應(yīng)安全超高值之和；泄水時(shí)，閘頂高程不應(yīng)低于設(shè)計(jì)洪水位與相應(yīng)安全超高值之和。兩種情況下的安全保證條件應(yīng)同時(shí)滿(mǎn)足，因此分別在設(shè)計(jì)水位和校核水位下計(jì)算墩頂高程，并取其較大值。式中 平均波高（m），根據(jù)SL2652001水閘設(shè)計(jì)規(guī)范莆田試驗(yàn)站公式計(jì)算；安全超高（3級(jí)水閘安全超高下限值：正常蓄水位取0.4m，校核洪水位0.5m）（1） 設(shè)計(jì)情況下平均波高計(jì)算公式（莆田試驗(yàn)站公式）：式中 平均波高（m）計(jì)算風(fēng)速，可采用當(dāng)?shù)貧庀笳咎峁┑亩嗄昶骄畲箫L(fēng)速D風(fēng)

29、區(qū)長(zhǎng)度(m)風(fēng)區(qū)內(nèi)的平均水深（m）V0=19.6m/s，D=0.8km，Hm=1.7m，則（2）校核情況下V0=19.6m/s，D=0.8km，Hm=1.9m，則由莆田試驗(yàn)站公式得：0.0122m，則，故取墩頂高程為1038.01m，閘墩高1038.0-1035.5=2.5m4.3 閘門(mén)及啟閉機(jī)閘門(mén)形式的選擇，應(yīng)根據(jù)運(yùn)用要求、閘孔跨度、啟閉機(jī)容量、工作造價(jià)等條件比較確定。工作閘門(mén)采用鋼筋混凝土平板門(mén)，單孔閘門(mén)寬度為2.5m，高為2.7m，距閘墩上游邊緣2.5m。檢修閘門(mén)門(mén)槽深0.2m，寬0.2m，距閘墩上游邊緣0.8m。啟閉機(jī)設(shè)在工作橋上，采用螺桿式啟閉機(jī)提升閘門(mén)。4.4 工作橋、交通橋、檢修

30、橋小型水閘的工作橋一般采用板式結(jié)構(gòu)，高度視閘門(mén)和啟閉設(shè)備的形式及閘門(mén)高度而定。采用固定式啟閉機(jī)的平面閘門(mén)閘墩，由于閘門(mén)開(kāi)啟后懸掛的需要，橋高應(yīng)為門(mén)高的兩倍再加1.01.5m的富裕高度；取工作橋?qū)?m,厚度0.5m，高度取6.5m。交通橋在閘室下游，凈寬4.5m，汽.8標(biāo)準(zhǔn)，高度3.5m。檢修便橋設(shè)在閘室上游，寬度1.5m，兩側(cè)采用鋼管欄桿，高度0.1m。第五章 地下輪廓布置及防滲排水設(shè)計(jì)5.1 地下輪廓線布置 防滲長(zhǎng)度擬定地下輪廓線的布置原則是“上防下排”或“高防低排”，即在上游高水位一側(cè)布置鋪蓋、板樁等防滲設(shè)施，用以延長(zhǎng)滲徑，使?jié)B透坡降不超過(guò)土壤的允許坡降，并降低閘底板下的滲透壓力；而在下游

31、低水位一側(cè)布置排水及反濾層，將已滲入閘基的滲流順暢的排走，以減小底板下滲透壓力，增加閘自身抗滑穩(wěn)定性，并防止?jié)B流出口處產(chǎn)生滲透變形。地下輪廓的布置，因地基土質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件而定。新華進(jìn)水閘地基屬于粉質(zhì)壤土，為了增加滲徑長(zhǎng)度，在閘底板上游設(shè)鋪蓋，鋪蓋設(shè)在緊靠閘室的上游河床，其主要作用是延長(zhǎng)滲徑，降低滲透壓力和滲透坡降，同時(shí)具有上游防沖作用。因本水閘當(dāng)?shù)厝狈φ惩粒赃x用鋼筋混凝土鋪蓋，可以幫助底板抗滑，鋼筋混凝土鋪蓋板厚一般為0.40.6m，新華進(jìn)水閘屬于小型水閘，選0.25m，鋪蓋長(zhǎng)度選（35）H=（35）1.3 =3.96.5m，取鋪蓋長(zhǎng)為5 m，鋪蓋前后端設(shè)齒墻，齒墻深0.25m，寬度

32、0.25m，坡比1：1，為了減輕鋪蓋對(duì)翼墻的不利影響，鋪蓋與翼墻底板之間設(shè)沉陷縫，并在縫中設(shè)止水；在閘底板前端設(shè)置板樁，深度為0.5m，板樁距底板前沿0.25m 。 根據(jù)SL2652001水閘設(shè)計(jì)規(guī)范，在工程規(guī)劃和可行性研究階段，閘基防滲長(zhǎng)度初擬值可按下式確定：式中 L閘基防滲長(zhǎng)度，即閘基輪廓線水平段和垂直段的總和（m）； 上下游水位差（m）； C允許滲徑系數(shù)值，見(jiàn)表5-1，當(dāng)閘基設(shè)板樁時(shí)，可采用表列規(guī)定值的小值表5-1 允許滲徑系數(shù)值 地基類(lèi)別排水條件粉砂細(xì)砂中砂粗砂中礫細(xì)砂粗礫夾卵石輕粉質(zhì)砂壤土輕砂壤土壤土粘土有反濾層1399775544332.5117955332無(wú)反濾層7443。 地下

33、輪廓布置當(dāng)水閘防滲長(zhǎng)度初步擬定后，即可依據(jù)地基情況并參照條件相近的已建工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行水閘地下輪廓布置，總的布置原則是防滲與導(dǎo)滲相結(jié)合。為提高閘室抗滑穩(wěn)定，在閘底板上游設(shè)置水平鋪蓋，上下游設(shè)板樁。鋪蓋長(zhǎng)度取14m，鋪蓋前后端設(shè)齒墻，齒墻深0.25m，寬度0.25m，坡比1:1。在閘底板前端設(shè)置板樁，深度為1m。水閘防滲布置圖如圖5-1所示。圖5-1 水閘防滲布置示意圖5.2 滲透計(jì)算驗(yàn)算防滲長(zhǎng)度 L實(shí)=0.5+(0.25+0.25/sin45°)×2+(4-0.25×4)+(0.5+0.5/ sin45°)×2+(8-0.5×4)+

34、3×2+0.5=18.611.9，滿(mǎn)足防滲要求。采用改進(jìn)的阻力系數(shù)法計(jì)算地下輪廓線上各處的滲透壓力。（1）計(jì)算阻力系數(shù)確定有效深度 LO=6+8=14m SO=0.5+0.5+1=2m 故m 小于T，所以用Te代替T。表5-2 阻力系數(shù)計(jì)算表區(qū)段名稱(chēng)各段阻力系數(shù)計(jì)算公式S(m)T(m)L(m)各段阻力系數(shù)(m)各段水頭損失值進(jìn)口段0.57-0.4690.057內(nèi)部垂直段0.256.75-2.7550.335內(nèi)部水平段S1=0.25S2=1.256.7560.7330.089內(nèi)部垂直段1.256.75-2.8610.348內(nèi)部垂直段1.06.5-2.8370.345內(nèi)部水平段S1=1.

35、0S2=0.56.581.0690.130內(nèi)部垂直段0.56.5-2.7820.338出口段0.56.5-0.4720.057合計(jì)-13.9781.7（5）進(jìn)、出口段水頭損失修正進(jìn)、出口水力坡降呈急變曲線形式，上表得出的水頭損失與實(shí)際情況有較大誤差，需要進(jìn)行必要的修正。依林繼鏞水工建筑物P317，修正公式如下：, 其中式中 按公式計(jì)算出的水頭損失，m； 阻力修正系數(shù)；底板埋深與地面以下板樁入土深度之和，m；板狀上游側(cè)底板下的地基透水層深度，m；對(duì)于進(jìn)口段：=7 m，=0.5m，=7-0.25=6.75 m，則=0.74 <1.0，即取=0.62，可得=0.62×0.057=0.

36、0353 m,修正后的水頭損失減少值=0.057-0.035=0.022m；<，則第段水頭損失需要修正為：=0.335+0.022=0.357 m。對(duì)于出口段：=6.5m，=0.5 m，=6.5 m，則=0.675 <1.0，即取=0.675 ，可得=0.675×0.057=0.038m，修正后的水頭損失減少值=0.057 -0.038） =0.019 m，<，則第段水頭損失需要修正為：=0.338 +0.019=0.357 m。則修正后的各段水頭損失值為： 表 12 區(qū)段hi（修正前）0.0570.335 0.089 0.348 0.345 0.130 0.338

37、 0.057 hi（修正后）0.0350.357 0.089 0.348 0.345 0.130 0.357 0.038 （6）計(jì)算各角點(diǎn)、尖點(diǎn)的滲壓水頭由上游進(jìn)口段開(kāi)始，逐次向下游從總水頭H=1.7 m減去各分段水頭損失值，即可求得各角點(diǎn)和尖點(diǎn)的滲透壓力值： H1=1.7 m ，H2=1.665 m，H3=1.308 m，H4=1.219 m，H5=0.871 m，H6=0.526 m，H7=0.396 m，H8=0.038 m，H9=0。繪制滲壓水頭分布圖 根據(jù)以上算得的滲壓水頭值，并認(rèn)為沿水平段的水頭損失呈線性變化，即可繪出如圖5-3所示的滲壓水頭分布圖。圖5-3 滲壓水頭分布圖5.3

38、驗(yàn)算閘基抗?jié)B穩(wěn)定節(jié)制閘所在位置地層以粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)粘土和中砂層為主，根據(jù)SL2652001水閘設(shè)計(jì)規(guī)范（表5-3）水平段和出口段的滲流坡降規(guī)定值分別為：0.100.13和0.350.40?？紤]到滲流出口處設(shè)置有反濾層，將上值加大30%為0.130.169和0.4550.52。表5-3 水平段和出口段允許滲透坡降值地基類(lèi)別允許滲流坡降值水平段出口段粉砂0.050.070.250.30細(xì)砂0.070.100.300.35中砂0.100.130.350.40粗砂0.130.170.400.45中礫、細(xì)礫0.170.220.450.50粗礫夾卵石0.220.250.500.55砂壤土0.150.250

39、.400.50壤土0.250.350.500.60軟粘土0.300.400.600.70堅(jiān)硬粘土0.400.500.700.80極堅(jiān)硬粘土0.500.600.800.90水平段滲流坡降為小于規(guī)定值；出口段滲流坡降為小于規(guī)定值；所以閘基符合滲流穩(wěn)定性要求。5.4 排水設(shè)施設(shè)計(jì)為了減小滲透壓力，增加閘室的抗滑穩(wěn)定性，需要在閘室下游側(cè)設(shè)置排水設(shè)施。水閘的排水設(shè)施一般為平鋪式，通常在地基表面鋪設(shè)反濾層或墊層，設(shè)置反濾層是防止地基土產(chǎn)生滲透變形的關(guān)鍵性措施。在排水與地基接觸處，應(yīng)做好反濾層，反濾層布置與消力池下的反濾層相同。第五章閘室穩(wěn)定計(jì)算5.1 荷載計(jì)算 進(jìn)水閘所在地區(qū)地震烈度為6°，地震力相對(duì)較小，可不考慮地震荷載，且渠道波浪壓力可忽略不計(jì)，所以作用在水閘結(jié)構(gòu)上的主要荷載有：自重、水重、水平水壓力和揚(yáng)壓力。鋼筋混凝土容重取25 kN/m3，素混凝土容重取24 kN/m3，沙礫石墊層容重取18 kN/m3。計(jì)算各種荷載大小并對(duì)閘底板中心取力矩，荷載按5-1至5-3公式計(jì)算，具體計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5-1。自重=材料容重×體積 （5-1）水壓力=靜水壓強(qiáng)分布圖面積×閘孔總凈寬 （5-2）揚(yáng)壓力=揚(yáng)壓力分布圖面積×底板長(zhǎng) （5-3）表5-1 荷載計(jì)算表荷載鉛直力（kN）水平力（kN）力臂（m）力矩（kN·m）