颍河拦河坝课程设计

颖河拦河闸设计说明书

目 录

第一章 总论

第一节 概述 第二节 基本资料 第三节 工程综合说明书

第二章 水力计算

第一节 闸室的结构型式及孔口尺寸确定 第二节 消能防冲设计

第三章 防渗排水设计

第一节 闸底轮廓布置。

第二节 防渗和排水设计及渗透压力计算 第三节 防渗排水设施和细部构造

第四章 闸室布置

第一节 闸底板、闸墩

第三节 闸门第四节 闸室的分缝和止水设备

第五章 闸室稳定计算

第一节 荷载及其组合 第二节 地基应力验算 第三节 闸室稳定验算

第六章 上下游连接建筑物

第一节 上游连接建筑物 第二节 下游连接建筑物

第一章 总 论

1.1概述

颖河拦河闸位于郾城县境内，闸址位于颖河京广铁路桥上游和吴公渠入颖河口下游之间，流域面积2234平方公里，流域内耕地面积288万亩。工程等别为III等，拦河闸按3级建筑物设计。工程效益巨大，可以解决颖河流域农田的灌溉动脉，同时也是解决颖河地区浅层地下贫水区的重要水源。

1.2基本资料

（1）地质资料

（一）根据地质钻探资料，闸址附近地层中粉质壤土，厚度约25m，其下为不透水层，其物理力学性质如下：1、湿重度r湿=20.0KN/m，土壤干重度r干=16.0KN／m，饱和重度r饱=22.0KN／m，浮重度r浮=10.0KN／m 2.自然含水量时，内摩擦角φ=230，饱和含水量时，内摩擦角φ=200，土壤的凝聚力C=0.1KN／m2 3.地基允许承载力[d]=150KN／m2 4.混凝土、砌石与土基摩擦系数f=0.36 5.地基应力的不均匀系数[η]=1.5～2.0 6.渗透系数K=9.29×103厘米／秒

(二)本地区地震烈度为6度以下 （2）建筑材料

1.石料：本工程位于平源地区、山丘少，石料需从外地供给，距京广线很近，交通条件较好。

2.粘土：经调查本地区附近有较丰富的粘土材料。 3.闸址处有足够多的砂料。 （3）水文气象

(一)气温：本地区年最高气温42度，最低气温为-18度。 (二)风速：最大风速V=20米／秒，吹程D=0.6公里。

(三)降雨量：非汛期(1～6月及10一12月)九个月最大流量为130米3／秒。 年平均最大流量Q=36.1米3／秒，最大年径流总量为9.25亿米3。 年平均最小流量Q=15.6米3／秒，最小年径流总量为0.42亿米3。 (四)冰冻：颖河流域冰冻时间短，冻土很薄，不影响施工。 (五)上下游河道断面

3

3

3

3

（4）批准的规划数据和成果

1.此工程等别为III等，拦河闸按3级建筑物设计。

2.根据河道断面图，可知河底宽68m，河床高程51.92m，两岸高程61.50m。河道断面是复式断面，河床糙率是0.0225，滩地糙率是0.03。

3.灌溉用水季节，拦河闸的正常挡水位为58.72米，下游无水。

4.洪水标准：设计洪水位50年一遇，相应的洪峰流量1144.45m3／s，闸上游的洪水位为59.5米，相应的下游水位59.35米。校核共水位力200年一遇，相应洪峰流量1642.35m3，闸上游水位6l.00米，闸下游水位60.82米。

5.闸室稳定计算水位：正常情况按关门挡水时上游为正常水位58.72米，下游无水(可认为地下水位与闸底板齐平)；校核情况，按上游正常洪水位59.50m，下游相应水位59.35m验算稳定情况。

6. 交通桥宽6m，其中人行道宽lm，两边设栏杆混凝土路面。

1.3综合说明书

颖河拦河闸位于郾城县境内，闸址位于颖河京广铁路桥上游和吴公渠入颖河口下游之间，流域面积2234平方公里，流域内耕地面积288万亩。农作物以种植小麦、棉花等经济作物为主，河流平均纵坡1/6200。

本工程属三级建筑物，拦河闸按3级建筑物设计。本工程投入使用后，在正常高水位时，可蓄水2230万立米。上游5个县25个乡已建成提灌站42处，有效灌溉面积25万亩。闸上游开南、北两干渠，配支干23条，修建各种建筑物1230座，可自流灌溉下游三县21万农田，效益巨大，解决颖河流域农田的灌溉动脉，同时，也是解决颖河地区浅层地下贫水区的重要水源。

第二章 水 力 计 算

2.1 闸室的结构型式及孔口尺寸确定

水力设计主要包括两个方面的内容，即闸孔设计和消能防冲设计。

一闸孔设计

闸孔设计的主要任务是；确定闸室结构型式，选择堰型，确定堰顶高程及孔口尺寸。

1.闸室结构型式

该闸建在郾城县境内，闸址位于颍河京广线铁路桥上游和吴公渠的入颍河口下游之间。 属于拦河闸，故宜采用开敞式闸室结构。

2堰型选择及堰顶高程的确定

该闸建在粉土质壤土上，厚度约25m，其下为不透水层，根据上部结构布置要求及满足闸室稳定要求的需要，闸室采用整体式平板。闸底板顶面（即堰顶）与颍河的河底齐平，高程为51.92m。 3.孔口尺寸的确定 一、设计情况

（1），防洪时

上游水深 H=59.5-51.92=7.58m 下游水深 H=59.35-51.92=7.43m

Q=1144.45m3/s

上游行近流速 v0=Q/W

W=(b+mh1) h1+[b+2m h1+2b+mh2] h2

=[68+2×6.58]×6.58+[68+2×2×6.53+13

×2+2×1] ×1=656.35 m/s

v0=Q/W=1145.45/653.35=1.744 m/s

H0=H+ɑv02/2g=7.58+1×1.7442/(2×9.8)=7.74m hs/ h0=7.43/7.74=0.96>0.8 因此属于淹没出流 查SD133-84附表2-3，淹没系数…s=0.61

3

由宽顶堰淹没出流公式 QsmB2gH02

对无坎宽顶堰取. m0.385假设侧收缩系数为0.96 则

B01

Q

3



1145.45

3

53.25m

s02

0.610.3850.967.742

二、校核情况..

上游水深 H=61-51.92=9.08m 下游水深 H=60.82-51.92=8.9m

Q=1642.35m3/s 上游行近流速 v0=Q/W

W=(b+mh1) h1+[b+2m h1+2b+mh2] h2'

=[68+2×6.58]×6.58+[68+2×2×6.53+13

×2+2×2.5] ×2.5=847.33 m2

v0=Q/W=1642.35/847.33=1.938 m/s

22

H0=H+ɑv0/2g=(61-51.92)+1×1.938/(2×9.8)=9.27m hs/ h0=8.9/9.27=0.96>0.8 因此属于淹没出流

查SD133-84附表2-3，淹没系数…s=0.61.、m0.385、0.96

B02

Q

3



1642.35

3

58.30m

s02

0.610.3850.969.272

比较计算结果、B01,

根据闸孔设计宜大不宜小，闸孔取奇数的原则，将闸孔分为7孔，净宽为8m,则闸孔实际总净宽为B0=56.00m,由于闸基土质条件好，不仅承载力较大，而且坚硬，紧硬、紧密，为了减少闸孔总宽度，节省工程量，中墩采用钢筋混泥土结构，厚度1.5m墩土。墩质均采用半圆形半径为0.75m

(2)复核过闸流量，根据初拟尺寸，由于中孔b0=8m .

bs= b0=8+1.5=9.5m, b0// bs=8/9.5=0.842, 查表SD133-84附表2-2 得z0.973

对于边孔，b0=8m，b0// bx



z(

n1)



b

N



0.973(71)7

0.909

0.96 4

根据SD133-84附表2-1，对于无坎平底堰m=0.385,则

3

3

Qs20

0.610.3850.96456

1642.38

=3.5%

1642.35

9.27221584.688m/s

5 %

3

Q实QQ



1584.688

实际过堰能力满足饮水灌溉、防洪的设计要求。

因此，该闸的孔口尺寸确定为；共7孔，每孔净宽6.5m,4个中墩各厚1.5m，闸孔总净宽为56m,闸室总宽度为65m。

一消能防冲设计

消能防冲设计设施包括消力池、海漫及防冲设槽设计三部分。 1. 消力池的设计

确定消能控制情况及消力池尺寸。根据情况分析，在闸门局部开启的时候多为最不利的消能情况，应根据列表来确定消力池的各项尺寸，表格形式如下

开

开启

过闸 单宽 启

备孔

高∈'

流量hs

ɑ

流量hc

hc"

△z

流态 池深

数

度 Q

q

e

0.8 0.616 45.51 3.04 1.05 5.7 0.49 3.43 0.04 1 1 0.618 57.08 3.05 1.05 7.1 0.62 3.78 0.10

1.6 自

1

1.2 0.619 68.60 4.06 1.05 8.6 0.74 4.13

0.01 由

1.6 出

流

1.5 0.621 86.03 4.08

1 .05

10.8 0.93

4.57

0.07

1.9

2

0.624 115.3 12.1

1.05 14.4 0.25 12.96

0.01 2.2 0.8 0.616 136.5 3.14 1.05 5.7 0.49 3.41 0.03 自 由 1 1

0.618 171.2 3.19

1.05

7.1

0.62 3.79

0.07

出 流

1.6

淹 1.2 0.619 205.8 4.26 1.05 8.6 0.74 4.12

-0.01

没

3

出 1.6 流 1.5 0.621 258.1 4.37

1.05 10.8 0.93 4.57 0.03

2 0.624 345.8 5.57

1.05 14.4

1.25 5.20

-0.05

通过计算，为了节省工程造价，防止消力池过深，对开启1孔开启高度为

Lj

Lk

注

2.03 5.62

2.18 8.15

2.34 8.27

池

深

2.51 9.61

控

制

8.72 15.78 2.02 5.61 2.19 8.15

2.33 8.27

2.0米限开，得出开启1孔开启高度为1.9米为消力池的池深控制条件。 3.3.2 消力池尺寸及构造

1、消力池深度计算

根据所选择的控制条件，估算池深为1.9m，式计算挖池后的收缩水深hc和相应的出池落差ΔZ及跃后水深hc″，验算水跃淹没系数符合在1.05～1.10之间的要求。

0

dhsZ

hc



1.94.080.07

4.57

1.32

显然，选择不合理。选用开启1孔开启高度为2.2米为消力池的池深控制条件

0

dhsZ

hc



2.212.10.01

12.96

1.1在

1.05～1.10之间符合要求

2、消力池池长

根据池深为2.2m，计算出相应的消力池长度为15.78ｍ。 3、消力池的构造

采用挖深式消力池。为了便于施工，消力池的底板做成等厚，为了降低底板下部的渗透压力，在水平底板的后半部设置排水孔，孔下铺设反滤层，排水孔孔径为10cm，间距为2m，呈梅花形布置。

根据抗冲要求，按式3-16计算消力池底板厚度。其中k1为消力池底板计算系数，取0.18；q为确定池深时的过闸单宽流量；H为相应于单宽流量的上、下游水位差。

t0.77

m，取消力池底板的厚度t0.8m。

2、海漫设计

1、海漫长度计算

Lpq=1144.45/[56+1.56+tg10(15.78+1)2] =16.14 m3/( s.m)

H

=7.58-7.43=0.15m

Ks为海漫长度计算系数，因为改该地基为粉质壤土，所以取Ks=12

Lp

取海的长度为28m

2、海漫的布置与构造。由于下游水深较大，为了节省开挖量，海漫布置成水平的，海漫用厚度为40sm的块石材料，前10m采用浆砌块石，后18m采用干砌块石浆砌块石海漫上设排水孔。

2、防冲槽设计

防冲槽的尺寸：根据《水闸设计规范》SL265—2001建议公式

dm1.1

qm

v

hm，计算海漫末端的课可能冲刷深度dm。计算结果见表2—3。由

于计算出来的深度小于零，所以根据已建工程确定dm2.0m。

第三节、防渗排水设计

3.4.1 闸底地下轮廓线的布置

1、防渗设计的目的

防止闸基渗透变形；减小闸基渗透压力；减少水量损失；合理选用地下轮廓尺寸。

2、布置原则

防渗设计一般采用防渗和排水相结合的原则，即在高水位侧采用铺盖、板桩、齿墙等防渗设施，用以延长渗径减小渗透坡降和闸底板下的渗透压力；在低水位侧设置排水设施，如面层排水、排水孔排水或减压井与下游连通，使地下渗水尽快排出，以减小渗透压力，并防止在渗流出口附近发生渗透变形。

3、地下轮廓线布置

对于粘性土地基，通常不采用垂直板桩防渗，故地下轮廓线主要包括底板和铺盖

1. 底板

底板是闸室的基础，又兼有防渗，放冲刷的作用，它既要满足上部结构布置的要求，又要满足稳定及本身的结构强度的等要求。

（1），底板顺水流方向的长度L，为了满足上部结构布置的要求，L必须大于交通桥宽，工作桥宽，工作桥宽及其之间间隔的总和，即L约为12.0m 从稳定方面的地基承载力的要求来考虑，L按经验公式来估算 L=（H+2h +a）(1+0.1H)K

因为H=7.58m，2h=0.5m, a=0.5.H=5.2m K=1.0， 则 L=13.04m

综合上述，取底板顺水流方向长度为L为13.04m

(2)底板厚度d，根据经验，底板厚度为（1/5-1/7）单孔净跨，一般为 1.0-2.0m，故初拟d=1.2m。

（3）底板构造，底板采用钢筋混泥土结构，混泥土为C15，上下游两端各设0.5m深的齿墙，底板以V型钢板止水

2.铺盖

铺盖采用钢筋混凝土结构，其长度一般为2-4倍闸上水头或3-5倍上下游水位差，拟取20m，铺盖厚度为0.4m,铺盖上游段设0.5m深的小齿墙，其上部不再设防冲槽，为了防止上游河床上冲刷，铺盖上设块石护底，厚0.3m，其下设0.2m的块石护底，垫层，

3向防渗

侧向防渗主要靠上游翼墙和边墩，上游翼墙为反翼墙，故收缩角取为15度，延伸至铺盖头部一半径问6.6m的圆弧插入岸坡。

，4.排水，止水

为了减少作用于闸底板上的渗透压力，在整个消力池地板下布砂砾石排水，其首部紧抵闸底板下游翼墙，闸底板与铺盖，铺盖与上游翼墙，上游翼墙与边墙之间的永久性缝中，均为以铜片止水，闸底板与消力池，消力池与下游翼墙，上游翼墙与边墩之间的永久性分缝，虽然没有防渗的要求，但为了防止闸基与墙后填土被水流带出，缝中铺盖贴沥青油毛毡止水设备：横缝间设置水平止水，闸室分缝：在闸室孔口中心位置设置横缝，缝距位10m，缝宽为

20.0mm

图4—5：横缝水平止水

。

5.防渗长度验算

初步拟定的闸基防渗长度应满足：LCH。对于地基位中粉质土，允许渗径系数C7.0。取校核洪水位为59.2m，下游没水来设计防渗。则上下游水位差H7.58m。

于是LCH7.07.5853.06m。

上游铺盖采用粘土，其长度L铺盖4.0H4.07.5830.32m。取

L铺盖30.m0

。

与底板相接处的厚度取1.2m，铺盖上游厚度取0.4m。

底板顺水流方向的长度L底板3.0H3.07.2821.84m，取L20.0m，厚度t

18l0

18

121.5m，其中l0为闸孔净宽。

齿墙深度取0.5m。

则防渗长度L0.530.020.021.052.5m。满足要求。

3.2防渗排水设计及渗透压力计算

采用改进的阻力系数法计算地下轮廓线的坡降线，把齿墙简化为竖板来计算，。

L0302050.0m，S01.51.02.5m 水平投影长度为：垂直投影长度为：

L0S0

255，Te0.5L025m

不透水层深度为：T25.0m，所以T025.0m。 各段阻力系数计算公式如下：

S

进口段：01.5

T

3/2

0.441

内部垂直段：y

lnctg42S

1 T

内部水平段：x

L0.7S1S2

T

H

n

各段的水头损失为：hii

i



i1

然后对进出口水头损失修正，修正结果及计算结果如表3—1所示。 验算逸出坡降：J满足要求。

：

0.832.50

0.332J，对于中粉质壤土J0.50~0.60

，

第四章 闸 室

稳 定 计 算

5.1 荷载及其组合

水闸承受的荷载主要由：自重、水重、水平水压力、扬压力、浪压力、地震等。本地区地震烈度在6级以下，不用考虑地震。荷载组合分基本组合和特殊组合。基本组合按完建无水及关闭挡水情况，特殊组合按关闭挡水校核情况。

2 地基应力验算和闸室稳定验算

5.2.1 完成建设无水的情况

闸室的荷载主要有永久设备的自重。钢筋混凝土容重取25kN/m3，混凝土容重取23kN/m3，砖石容重取5.19kN/m3，水重取10kN/m3。取两条横缝之间的闸室为分析对象，底板顺水流反向长13.04m，垂直水流反向长26.0m。底面积

A480m

2

完建无水情况荷载计

算表

计算结果见下表：

由公式max

min

W

A



6MAB

计算最大及最小应力，验算地基应力。

min上游

35403.4520



66985.2352020

68.42kPa

max下游

35403.4520

2



66985.2352020

75kPa

平均应力：

maxmin

80kpa150kPa

不均匀系数：

maxmin



76.8164.01

1.21.5

5.2.2 关闭挡水的设计情况

闸室荷载除了永久设备的自重，还包括水重、水压力、扬压力、浪压力等。上游水位为58.7m。下游没水。

荷载计算表、计算荷载见下表

关闭挡水时荷载计算表



由公式max

min



W

A

6MAB

计算最大及最小应力。

验算闸室基地的应力。

min下游

36818.26520



68813.3652020

65.72kPa

max上游

36818.26520

2



68813.3652020

75.89kPa

平均应力：不均匀系数：



maxmin

72.7963.07

maxmin

70.80kpa150kPa

1.151.5

5.2.3关闭挡水的校核情况

校核情况为：上游水位为59.2m，下游没水。荷载计算表见下表

由公式max

min

W

A



6MAB

计算最大及最小应力。

验算闸室基地的应力：

max上游

36989.8652035942.78520

2

623042.2852020622668.0152020

84.43kPa 57.84kPa

min下游

平均应力：

maxmin

80.16kpa150kPa

不均匀系数：

maxmin



81.3355.18

1.421.5

验算闸室的抗滑稳定：

Kc

主要参考文献

1. 《水闸设计规范》（SL265－2001）

2. 《水闸设计规范》（SL 265-2001实施指南） 3. 《水利水电工程钢闸门设计规范》（SL74—95） 4.《中小型水利水电工程典型设计图集：水闸》 5.《水工建筑物荷载设计规范D0031》

6.《水利水电工程制图标准-基础制图》（SL73.1-95） 7.《水力计算手册》（2006年第二版）

8.《水力学》 9.《水工手册》(泄水与过水建筑物) 10. 《水闸设计》 11. 《水工钢筋混凝土结构》 12. 《水闸》（取水与过水物建筑物丛书）

附图：设计图纸2张,选用A3图幅，内容为水闸总体布置平面图与水闸纵剖面图。

tg0Wc0A

P



tg2335492.780.1520

10261.83

1.87Kc1.05

图5—1：荷载计算示意图。

验算闸室的抗滑稳定： Kc

tg0Wc0A

P



tg2336818.260.1520

9163.83

1.71Kc1.25

颖河拦河闸设计说明书

目 录

第一章 总论

第一节 概述 第二节 基本资料 第三节 工程综合说明书

第二章 水力计算

第一节 闸室的结构型式及孔口尺寸确定 第二节 消能防冲设计

第三章 防渗排水设计

第一节 闸底轮廓布置。

第二节 防渗和排水设计及渗透压力计算 第三节 防渗排水设施和细部构造

第四章 闸室布置

第一节 闸底板、闸墩

第三节 闸门第四节 闸室的分缝和止水设备

第五章 闸室稳定计算

第一节 荷载及其组合 第二节 地基应力验算 第三节 闸室稳定验算

第六章 上下游连接建筑物

第一节 上游连接建筑物 第二节 下游连接建筑物

第一章 总 论

1.1概述

颖河拦河闸位于郾城县境内，闸址位于颖河京广铁路桥上游和吴公渠入颖河口下游之间，流域面积2234平方公里，流域内耕地面积288万亩。工程等别为III等，拦河闸按3级建筑物设计。工程效益巨大，可以解决颖河流域农田的灌溉动脉，同时也是解决颖河地区浅层地下贫水区的重要水源。

1.2基本资料

（1）地质资料

（一）根据地质钻探资料，闸址附近地层中粉质壤土，厚度约25m，其下为不透水层，其物理力学性质如下：1、湿重度r湿=20.0KN/m，土壤干重度r干=16.0KN／m，饱和重度r饱=22.0KN／m，浮重度r浮=10.0KN／m 2.自然含水量时，内摩擦角φ=230，饱和含水量时，内摩擦角φ=200，土壤的凝聚力C=0.1KN／m2 3.地基允许承载力[d]=150KN／m2 4.混凝土、砌石与土基摩擦系数f=0.36 5.地基应力的不均匀系数[η]=1.5～2.0 6.渗透系数K=9.29×103厘米／秒

(二)本地区地震烈度为6度以下 （2）建筑材料

1.石料：本工程位于平源地区、山丘少，石料需从外地供给，距京广线很近，交通条件较好。

2.粘土：经调查本地区附近有较丰富的粘土材料。 3.闸址处有足够多的砂料。 （3）水文气象

(一)气温：本地区年最高气温42度，最低气温为-18度。 (二)风速：最大风速V=20米／秒，吹程D=0.6公里。

(三)降雨量：非汛期(1～6月及10一12月)九个月最大流量为130米3／秒。 年平均最大流量Q=36.1米3／秒，最大年径流总量为9.25亿米3。 年平均最小流量Q=15.6米3／秒，最小年径流总量为0.42亿米3。 (四)冰冻：颖河流域冰冻时间短，冻土很薄，不影响施工。 (五)上下游河道断面

3

3

3

3

（4）批准的规划数据和成果

1.此工程等别为III等，拦河闸按3级建筑物设计。

2.根据河道断面图，可知河底宽68m，河床高程51.92m，两岸高程61.50m。河道断面是复式断面，河床糙率是0.0225，滩地糙率是0.03。

3.灌溉用水季节，拦河闸的正常挡水位为58.72米，下游无水。

4.洪水标准：设计洪水位50年一遇，相应的洪峰流量1144.45m3／s，闸上游的洪水位为59.5米，相应的下游水位59.35米。校核共水位力200年一遇，相应洪峰流量1642.35m3，闸上游水位6l.00米，闸下游水位60.82米。

5.闸室稳定计算水位：正常情况按关门挡水时上游为正常水位58.72米，下游无水(可认为地下水位与闸底板齐平)；校核情况，按上游正常洪水位59.50m，下游相应水位59.35m验算稳定情况。

6. 交通桥宽6m，其中人行道宽lm，两边设栏杆混凝土路面。

1.3综合说明书

颖河拦河闸位于郾城县境内，闸址位于颖河京广铁路桥上游和吴公渠入颖河口下游之间，流域面积2234平方公里，流域内耕地面积288万亩。农作物以种植小麦、棉花等经济作物为主，河流平均纵坡1/6200。

本工程属三级建筑物，拦河闸按3级建筑物设计。本工程投入使用后，在正常高水位时，可蓄水2230万立米。上游5个县25个乡已建成提灌站42处，有效灌溉面积25万亩。闸上游开南、北两干渠，配支干23条，修建各种建筑物1230座，可自流灌溉下游三县21万农田，效益巨大，解决颖河流域农田的灌溉动脉，同时，也是解决颖河地区浅层地下贫水区的重要水源。

第二章 水 力 计 算

2.1 闸室的结构型式及孔口尺寸确定

水力设计主要包括两个方面的内容，即闸孔设计和消能防冲设计。

一闸孔设计

闸孔设计的主要任务是；确定闸室结构型式，选择堰型，确定堰顶高程及孔口尺寸。

1.闸室结构型式

该闸建在郾城县境内，闸址位于颍河京广线铁路桥上游和吴公渠的入颍河口下游之间。 属于拦河闸，故宜采用开敞式闸室结构。

2堰型选择及堰顶高程的确定

该闸建在粉土质壤土上，厚度约25m，其下为不透水层，根据上部结构布置要求及满足闸室稳定要求的需要，闸室采用整体式平板。闸底板顶面（即堰顶）与颍河的河底齐平，高程为51.92m。 3.孔口尺寸的确定 一、设计情况

（1），防洪时

上游水深 H=59.5-51.92=7.58m 下游水深 H=59.35-51.92=7.43m

Q=1144.45m3/s

上游行近流速 v0=Q/W

W=(b+mh1) h1+[b+2m h1+2b+mh2] h2

=[68+2×6.58]×6.58+[68+2×2×6.53+13

×2+2×1] ×1=656.35 m/s

v0=Q/W=1145.45/653.35=1.744 m/s

H0=H+ɑv02/2g=7.58+1×1.7442/(2×9.8)=7.74m hs/ h0=7.43/7.74=0.96>0.8 因此属于淹没出流 查SD133-84附表2-3，淹没系数…s=0.61

3

由宽顶堰淹没出流公式 QsmB2gH02

对无坎宽顶堰取. m0.385假设侧收缩系数为0.96 则

B01

Q

3



1145.45

3

53.25m

s02

0.610.3850.967.742

二、校核情况..

上游水深 H=61-51.92=9.08m 下游水深 H=60.82-51.92=8.9m

Q=1642.35m3/s 上游行近流速 v0=Q/W

W=(b+mh1) h1+[b+2m h1+2b+mh2] h2'

=[68+2×6.58]×6.58+[68+2×2×6.53+13

×2+2×2.5] ×2.5=847.33 m2

v0=Q/W=1642.35/847.33=1.938 m/s

22

H0=H+ɑv0/2g=(61-51.92)+1×1.938/(2×9.8)=9.27m hs/ h0=8.9/9.27=0.96>0.8 因此属于淹没出流

查SD133-84附表2-3，淹没系数…s=0.61.、m0.385、0.96

B02

Q

3



1642.35

3

58.30m

s02

0.610.3850.969.272

比较计算结果、B01,

根据闸孔设计宜大不宜小，闸孔取奇数的原则，将闸孔分为7孔，净宽为8m,则闸孔实际总净宽为B0=56.00m,由于闸基土质条件好，不仅承载力较大，而且坚硬，紧硬、紧密，为了减少闸孔总宽度，节省工程量，中墩采用钢筋混泥土结构，厚度1.5m墩土。墩质均采用半圆形半径为0.75m

(2)复核过闸流量，根据初拟尺寸，由于中孔b0=8m .

bs= b0=8+1.5=9.5m, b0// bs=8/9.5=0.842, 查表SD133-84附表2-2 得z0.973

对于边孔，b0=8m，b0// bx



z(

n1)



b

N



0.973(71)7

0.909

0.96 4

根据SD133-84附表2-1，对于无坎平底堰m=0.385,则

3

3

Qs20

0.610.3850.96456

1642.38

=3.5%

1642.35

9.27221584.688m/s

5 %

3

Q实QQ



1584.688

实际过堰能力满足饮水灌溉、防洪的设计要求。

因此，该闸的孔口尺寸确定为；共7孔，每孔净宽6.5m,4个中墩各厚1.5m，闸孔总净宽为56m,闸室总宽度为65m。

一消能防冲设计

消能防冲设计设施包括消力池、海漫及防冲设槽设计三部分。 1. 消力池的设计

确定消能控制情况及消力池尺寸。根据情况分析，在闸门局部开启的时候多为最不利的消能情况，应根据列表来确定消力池的各项尺寸，表格形式如下

开

开启

过闸 单宽 启

备孔

高∈'

流量hs

ɑ

流量hc

hc"

△z

流态 池深

数

度 Q

q

e

0.8 0.616 45.51 3.04 1.05 5.7 0.49 3.43 0.04 1 1 0.618 57.08 3.05 1.05 7.1 0.62 3.78 0.10

1.6 自

1

1.2 0.619 68.60 4.06 1.05 8.6 0.74 4.13

0.01 由

1.6 出

流

1.5 0.621 86.03 4.08

1 .05

10.8 0.93

4.57

0.07

1.9

2

0.624 115.3 12.1

1.05 14.4 0.25 12.96

0.01 2.2 0.8 0.616 136.5 3.14 1.05 5.7 0.49 3.41 0.03 自 由 1 1

0.618 171.2 3.19

1.05

7.1

0.62 3.79

0.07

出 流

1.6

淹 1.2 0.619 205.8 4.26 1.05 8.6 0.74 4.12

-0.01

没

3

出 1.6 流 1.5 0.621 258.1 4.37

1.05 10.8 0.93 4.57 0.03

2 0.624 345.8 5.57

1.05 14.4

1.25 5.20

-0.05

通过计算，为了节省工程造价，防止消力池过深，对开启1孔开启高度为

Lj

Lk

注

2.03 5.62

2.18 8.15

2.34 8.27

池

深

2.51 9.61

控

制

8.72 15.78 2.02 5.61 2.19 8.15

2.33 8.27

2.0米限开，得出开启1孔开启高度为1.9米为消力池的池深控制条件。 3.3.2 消力池尺寸及构造

1、消力池深度计算

根据所选择的控制条件，估算池深为1.9m，式计算挖池后的收缩水深hc和相应的出池落差ΔZ及跃后水深hc″，验算水跃淹没系数符合在1.05～1.10之间的要求。

0

dhsZ

hc



1.94.080.07

4.57

1.32

显然，选择不合理。选用开启1孔开启高度为2.2米为消力池的池深控制条件

0

dhsZ

hc



2.212.10.01

12.96

1.1在

1.05～1.10之间符合要求

2、消力池池长

根据池深为2.2m，计算出相应的消力池长度为15.78ｍ。 3、消力池的构造

采用挖深式消力池。为了便于施工，消力池的底板做成等厚，为了降低底板下部的渗透压力，在水平底板的后半部设置排水孔，孔下铺设反滤层，排水孔孔径为10cm，间距为2m，呈梅花形布置。

根据抗冲要求，按式3-16计算消力池底板厚度。其中k1为消力池底板计算系数，取0.18；q为确定池深时的过闸单宽流量；H为相应于单宽流量的上、下游水位差。

t0.77

m，取消力池底板的厚度t0.8m。

2、海漫设计

1、海漫长度计算

Lpq=1144.45/[56+1.56+tg10(15.78+1)2] =16.14 m3/( s.m)

H

=7.58-7.43=0.15m

Ks为海漫长度计算系数，因为改该地基为粉质壤土，所以取Ks=12

Lp

取海的长度为28m

2、海漫的布置与构造。由于下游水深较大，为了节省开挖量，海漫布置成水平的，海漫用厚度为40sm的块石材料，前10m采用浆砌块石，后18m采用干砌块石浆砌块石海漫上设排水孔。

2、防冲槽设计

防冲槽的尺寸：根据《水闸设计规范》SL265—2001建议公式

dm1.1

qm

v

hm，计算海漫末端的课可能冲刷深度dm。计算结果见表2—3。由

于计算出来的深度小于零，所以根据已建工程确定dm2.0m。

第三节、防渗排水设计

3.4.1 闸底地下轮廓线的布置

1、防渗设计的目的

防止闸基渗透变形；减小闸基渗透压力；减少水量损失；合理选用地下轮廓尺寸。

2、布置原则

防渗设计一般采用防渗和排水相结合的原则，即在高水位侧采用铺盖、板桩、齿墙等防渗设施，用以延长渗径减小渗透坡降和闸底板下的渗透压力；在低水位侧设置排水设施，如面层排水、排水孔排水或减压井与下游连通，使地下渗水尽快排出，以减小渗透压力，并防止在渗流出口附近发生渗透变形。

3、地下轮廓线布置

对于粘性土地基，通常不采用垂直板桩防渗，故地下轮廓线主要包括底板和铺盖

1. 底板

底板是闸室的基础，又兼有防渗，放冲刷的作用，它既要满足上部结构布置的要求，又要满足稳定及本身的结构强度的等要求。

（1），底板顺水流方向的长度L，为了满足上部结构布置的要求，L必须大于交通桥宽，工作桥宽，工作桥宽及其之间间隔的总和，即L约为12.0m 从稳定方面的地基承载力的要求来考虑，L按经验公式来估算 L=（H+2h +a）(1+0.1H)K

因为H=7.58m，2h=0.5m, a=0.5.H=5.2m K=1.0， 则 L=13.04m

综合上述，取底板顺水流方向长度为L为13.04m

(2)底板厚度d，根据经验，底板厚度为（1/5-1/7）单孔净跨，一般为 1.0-2.0m，故初拟d=1.2m。

（3）底板构造，底板采用钢筋混泥土结构，混泥土为C15，上下游两端各设0.5m深的齿墙，底板以V型钢板止水

2.铺盖

铺盖采用钢筋混凝土结构，其长度一般为2-4倍闸上水头或3-5倍上下游水位差，拟取20m，铺盖厚度为0.4m,铺盖上游段设0.5m深的小齿墙，其上部不再设防冲槽，为了防止上游河床上冲刷，铺盖上设块石护底，厚0.3m，其下设0.2m的块石护底，垫层，

3向防渗

侧向防渗主要靠上游翼墙和边墩，上游翼墙为反翼墙，故收缩角取为15度，延伸至铺盖头部一半径问6.6m的圆弧插入岸坡。

，4.排水，止水

为了减少作用于闸底板上的渗透压力，在整个消力池地板下布砂砾石排水，其首部紧抵闸底板下游翼墙，闸底板与铺盖，铺盖与上游翼墙，上游翼墙与边墙之间的永久性缝中，均为以铜片止水，闸底板与消力池，消力池与下游翼墙，上游翼墙与边墩之间的永久性分缝，虽然没有防渗的要求，但为了防止闸基与墙后填土被水流带出，缝中铺盖贴沥青油毛毡止水设备：横缝间设置水平止水，闸室分缝：在闸室孔口中心位置设置横缝，缝距位10m，缝宽为

20.0mm

图4—5：横缝水平止水

。

5.防渗长度验算

初步拟定的闸基防渗长度应满足：LCH。对于地基位中粉质土，允许渗径系数C7.0。取校核洪水位为59.2m，下游没水来设计防渗。则上下游水位差H7.58m。

于是LCH7.07.5853.06m。

上游铺盖采用粘土，其长度L铺盖4.0H4.07.5830.32m。取

L铺盖30.m0

。

与底板相接处的厚度取1.2m，铺盖上游厚度取0.4m。

底板顺水流方向的长度L底板3.0H3.07.2821.84m，取L20.0m，厚度t

18l0

18

121.5m，其中l0为闸孔净宽。

齿墙深度取0.5m。

则防渗长度L0.530.020.021.052.5m。满足要求。

3.2防渗排水设计及渗透压力计算

采用改进的阻力系数法计算地下轮廓线的坡降线，把齿墙简化为竖板来计算，。

L0302050.0m，S01.51.02.5m 水平投影长度为：垂直投影长度为：

L0S0

255，Te0.5L025m

不透水层深度为：T25.0m，所以T025.0m。 各段阻力系数计算公式如下：

S

进口段：01.5

T

3/2

0.441

内部垂直段：y

lnctg42S

1 T

内部水平段：x

L0.7S1S2

T

H

n

各段的水头损失为：hii

i



i1

然后对进出口水头损失修正，修正结果及计算结果如表3—1所示。 验算逸出坡降：J满足要求。

：

0.832.50

0.332J，对于中粉质壤土J0.50~0.60

，

第四章 闸 室

稳 定 计 算

5.1 荷载及其组合

水闸承受的荷载主要由：自重、水重、水平水压力、扬压力、浪压力、地震等。本地区地震烈度在6级以下，不用考虑地震。荷载组合分基本组合和特殊组合。基本组合按完建无水及关闭挡水情况，特殊组合按关闭挡水校核情况。

2 地基应力验算和闸室稳定验算

5.2.1 完成建设无水的情况

闸室的荷载主要有永久设备的自重。钢筋混凝土容重取25kN/m3，混凝土容重取23kN/m3，砖石容重取5.19kN/m3，水重取10kN/m3。取两条横缝之间的闸室为分析对象，底板顺水流反向长13.04m，垂直水流反向长26.0m。底面积

A480m

2

完建无水情况荷载计

算表

计算结果见下表：

由公式max

min

W

A



6MAB

计算最大及最小应力，验算地基应力。

min上游

35403.4520



66985.2352020

68.42kPa

max下游

35403.4520

2



66985.2352020

75kPa

平均应力：

maxmin

80kpa150kPa

不均匀系数：

maxmin



76.8164.01

1.21.5

5.2.2 关闭挡水的设计情况

闸室荷载除了永久设备的自重，还包括水重、水压力、扬压力、浪压力等。上游水位为58.7m。下游没水。

荷载计算表、计算荷载见下表

关闭挡水时荷载计算表



由公式max

min



W

A

6MAB

计算最大及最小应力。

验算闸室基地的应力。

min下游

36818.26520



68813.3652020

65.72kPa

max上游

36818.26520

2



68813.3652020

75.89kPa

平均应力：不均匀系数：



maxmin

72.7963.07

maxmin

70.80kpa150kPa

1.151.5

5.2.3关闭挡水的校核情况

校核情况为：上游水位为59.2m，下游没水。荷载计算表见下表

由公式max

min

W

A



6MAB

计算最大及最小应力。

验算闸室基地的应力：

max上游

36989.8652035942.78520

2

623042.2852020622668.0152020

84.43kPa 57.84kPa

min下游

平均应力：

maxmin

80.16kpa150kPa

不均匀系数：

maxmin



81.3355.18

1.421.5

验算闸室的抗滑稳定：

Kc

主要参考文献

1. 《水闸设计规范》（SL265－2001）

2. 《水闸设计规范》（SL 265-2001实施指南） 3. 《水利水电工程钢闸门设计规范》（SL74—95） 4.《中小型水利水电工程典型设计图集：水闸》 5.《水工建筑物荷载设计规范D0031》

6.《水利水电工程制图标准-基础制图》（SL73.1-95） 7.《水力计算手册》（2006年第二版）

8.《水力学》 9.《水工手册》(泄水与过水建筑物) 10. 《水闸设计》 11. 《水工钢筋混凝土结构》 12. 《水闸》（取水与过水物建筑物丛书）

附图：设计图纸2张,选用A3图幅，内容为水闸总体布置平面图与水闸纵剖面图。

tg0Wc0A

P



tg2335492.780.1520

10261.83

1.87Kc1.05

图5—1：荷载计算示意图。

验算闸室的抗滑稳定： Kc

tg0Wc0A

P



tg2336818.260.1520

9163.83

1.71Kc1.25