水闸课程设计电子稿

水闸课程设计任务书

及指导书

水利水电工程适用

农业水利工程

河北农业大学城乡建设学院水利系

20010年3月

进水闸课程设计任务书及指导书

一、设计任务

于某河石岸设计一座进水闸，每年3～11月按要求供给××灌区210万亩土地灌溉用水。（据规范，灌溉面积大于150万亩为一等工程，主要建筑物为一级建筑物）

二、设计资料

1、建筑物的级别及枢纽组成：经初步设计，本建筑物为Ⅰ级建筑物，引水枢纽包括栏沙潜堰、闸前引水段、进水闸、闸后衔接段、沉沙池五部分，为满足农业生产用水的需要，先按无坝引水设计。其工程布置见附图㈠。

2、水文水利资料

（1）灌期引水量及相应的闸前闸后水位，见附表㈠。

（2）灌期闸前闸后水位过程线，见附图㈡。

（3）闸下游流量水深表，见附表㈡。

（4）闸下游流量水深关系曲线，见附图㈢。

（5）设计洪水位17.00m

（6）校核洪水位18.50m

（7）消能设计水位15.00m（是按枯水期曾出现的最高水位考虑的），洪水期如仍拟引水，在水位15.00～17.00m之间时可制定闸门操作规程控制引水。

（8）设计引水量为120m3/s

3、初步设计拟定数据

根据水工模型试验，进水闸引水角为40

进水闸闸底高程9.5m

海漫起点高程9.5m

引水段渠底高程9.5m

引水段长度150m（边坡m=2）

下游衔接长度150m

下游衔接段渠底高程10.2m

衔接段渠底宽度b62m

衔接段渠底坡度i1/10000

衔接段糙率m0.02

衔接段边坡内坡1:2 外坡1:2.5

闸前渠道堤顶宽度10.0m

闸前渠道堤顶高程19.2m

闸后渠道堤顶宽度 4.0m

闸后渠道堤顶高程14.0m

进水闸附近地形平坦，一般地面高程13.5m

闸上设公路桥，标准为汽——15级双车道

公路桥路面宽度（不算人行道）7.0m（另加每侧人行道宽1.0m）

公路桥桥面高程18.3m

启闭设备：采用启闭机启闭（一门一机，手电两用式卷杨机，机重2T/台）。

闭门型式：平面直升式钢闸门（设胸墙时按潜孔闸门公式计算门重）

4、浪压力：根据渠首水文站观测，浪高仅0.2～0.3m，影响不大，可不考虑。

5、冰压力：一般情况下不考虑冰压力，由管理部门及时破冰，负责保护。

6、地震力：根据中国科学院地球物理研究所分析，本地区属六级地震范围以内，按规范规定，可以不考虑。

附表㈠灌期闸前后水位及引水流量表（保证率75%）

4

引水枢总体布置示意图（附图一）

附表㈡闸下游流量水深表

（海漫起点处）

闸前闸后水位过程线（附图二）

闸下游流量水深关系曲线（相应海漫处）（附图三）

三、设计要求

1、水力计算

（1）确定闸孔尺寸，即闸顶高程、闸门顶高程及胸墙底高程、门高、闸孔总净宽、每孔净宽及孔数等。

（2）消能防冲设计，即确定消力池深度、长度、护坦进取度及海漫、防冲槽尺寸构造。

2、地下轮廓尺寸设计（渗透计算）

（1）选择防渗排水设备的型式及布置。

（2）确定防渗设备的主要尺寸和构造。

（3）用直线比例法校核所拟定的地下轮廓线长度是否能满足要求。

（4）计算闸底渗压。

（5）按抗浮稳定校核护坦厚度。

（6）如采用粘土铺盖，按[J]校核铺盖厚度。

3、闸室布置

（1）闸墩：长度、厚度、高度、墩头形状、闸门槽位置和尺寸、闸墩的分缝等。

（2）底板：选定结构形式拟定长度和厚度，底板分缝形式等。

（3）胸墙：选定胸墙的底、顶高程形式及结构尺寸。

（4）公路桥、工作桥、边墩的布置形式及尺寸。

4、上下游连接段及两岸布置

（1）上下游翼墙的布置结构形式及尺寸。

（2）铺盖长度、厚度及构造。

（3）护坦及海漫的结构形式及尺寸。

（4）防冲槽的深度及各部尺寸。

5、闸室与两岸连接的形式及尺寸。

6、绘图及计算说明书。

（1）要求用50×75cm方格纸绘制设计图二张（包括水闸平面图、纵剖面图及上下游立视图，比例尺1:200）。

（2）编写计算说明书一份。包括设计任务、设计资料及以上所述六个部分。要求列出设计条件、计算依据、计算过程、计算公式及计算成果（尽可能用表格表示），并附有必要的计算草图和说明。文字力求简洁，说明问题，用统一的说明书用纸，加封面，从侧边装订成册。

四、参考书

1、水力学（教科书）

2、水工砼结构（下册）华东水院第三院校编（1975年版）

3、水工建筑物（下册或修订版）武汉水利电力学院

4、水闸（灌区水工建筑物丛书）（第一版或第二版）张世儒等编

5、水力计算手册武汉水利电力学院

6、水闸设计（上、下册）华东水利学院编

7、“水利工程制图”及“桥梁”教科书

五、课程设计进度安排

1、资料分析及水力计算 1.5天

2、渗透计算与地下轮廓尺寸确定 1.0天

3、闸室布置与闸室稳定计算 2.0天

4、绘制水闸平、剖面图及上下游立视图 2.5天

5、整理说明书、答辩 2.0天

共计 1.5周

蓄水闸课程设计任务书

一、设计任务

某区三面环水，一面接高地，形成封闭的洼地区。为上游的沥水归宿地。雨季排水以机排为主，如机排不及时，易发生涝灾。旱季河道枯干，旱情严重，为解决旱涝问题，据在排水干渠上修建中型蓄水闸一座，这样既可减轻下游机排负担，又能蓄水灌溉，补充地下水，缓解水资源供需矛盾。

二、设计资料

工程规划成果及有关资料如下：

1、地形资料

地面高程：3.6m

渠底高程：－2.0m

渠道底宽：60.0m

渠道边坡：1:3

渠道纵坡：i=1/20000

2、地质资料及工程材料

自地表至－1.8m为黄色粉质壤土，－1.8m～－3.2m及－4.3～－6.1m为灰色粘土，－3.2m～－4.3m为灰色粉质壤土。根据φ、C值折算出综合摩擦系数f=0.25。渠道糙率n=0.025。

地基允许承载力[R]=50Kpa

回填土湿容重γ湿=KN/m3

浮容重γ浮=10.2KN/m3

干容重γ干=16.5KN/m3

混凝土等级：闸室各部分均采用C15

混凝土容重：γ砼=24KN/m3

3、水位及流量资料

排沥情况：上游水位2.66m，下游水位2.56m，设计流量233m3/S

蓄水情况：蓄水位2.56m，闸后无水。

4、工程等级

根据《水利水电工程等级划分标准》（平原滨海部分）本工程主体建筑物等级为Ⅲ级。

5、其它资料

（1）闸上设立通桥，桥宽5.0m，净宽4.0m

（2）机架桥桥宽3.5m

（3）地震烈度为6度

（4）浪压力较小，计算时可忽略

三、设计内容

1、水力计算

（1）确定闸孔尺寸：包括闸底高程、闸顶高程、闸孔总净宽、孔数、每孔净宽等。

（2）消能防冲设计：拟定消能设计条件，确定消力池深度、长度、护坦厚度、海漫及防冲槽的尺寸与构造。

2、闸室布置

（1）闸墩：拟定闸墩长度、厚度、高度、墩头形状、闸门槽位置和尺寸、闸墩分缝等。

（2）底板：选定结构形式、拟定长度和厚度。

（3）胸墙：确定是否需设胸墙、选定胸墙的底部高程、顶部高程、位置、尺寸与闸墩的连接形式。

（4）公路桥、工作桥、边墩的布置形式及尺寸。

3、地下轮廓设计

（1）选择防渗设备的形式。

（2）地下轮廓布置。

（3）确定渗设备的主要尺寸与构造。

（4）用直线比例法核算地下轮廓长度。

（5）计算闸底渗压，并进行验算。

4、上下游翼墙设计

（1）选择翼墙的平面布置形式。

（2）选择翼墙的结构形式。

（3）拟定翼墙尺寸

5、闸室稳定及基底压力验算

6、结图：要求用50cm×70cm方格绘制设计图两张，包括水闸平面、纵剖面、上下游立面图。比例尺为1:200

7、编写计算说明书：包括设计任务、设计资料、设计说明、计算公式、计算简图、计算成果等。文字力求简洁、书写清楚、从侧面装订成册。

四、参考书

1、《水力学》（教科书）

2、《水闸》（灌区水工建筑物丛书）张世儒等著

3、《水工建筑物》祁庆和主编

4、《水闸设计》谈松曦编

5、《水力计算手册》武汉水电学院编

6、《水工钢筋混凝土结构》（下册）华东水院等三校编

五、课程设计与进度安排

1、资料分析与闸孔设计 1.0天

2、消能防冲设计 2.0天

3、地下轮廓设计 1.0天

4、闸室布置及稳定验算 1.5天

5、翼墙设计0.5天

6、绘图 2.5天

7、编写说明书 1.0天

8、答辩0.5天

共计2周

水闸设计指导书

附录一拟定闸基防渗长度的方法 (12)

附录二水力计算公式 (12)

附录三渗流计算的直线展开法 (19)

附录四闸顶高程的计算 (23)

附录五水闸荷载组合及稳定计算的一般要求 (23)

附录一 拟定闸基防渗长度的方法

拟定闸基防渗长度可按下式计算： L=C ·△H

（附1.1）

式中：L ——闸基防渗长度，即闸基轮廓线防渗部分水平段和垂直段长度的总和（m ）； △H ——上、下游水位差（m ）； C ——渗径系数。见附表1.1。 附表1.1

C 值表

注：当闸基设板桩时，C 值可采用小值

附录二 水力计算公式

一、闸孔总净宽计算

1、当为堰流时，闸孔部净宽可接下式计算（计算示意图，如附图2.1）

02H g m Q

B σε=

（附2.1）

式中B 0——闸孔总净宽（m ）； Q ——过闸流量（m 3/s ）；

H 0——计入行近流速水头的堰上水头（m ）； m ——堰流流量系数，可查附表2.1。

附图2.1

ε——堰流侧收缩系数，可查附表2.2； ζ——堰流淹没系数，可查附表2.3或附表2.4。

附表2.1 m值表

注：表中P为堰高（米）。

注：1、表中H为堰上水头（m），b0为闸孔每孔净宽（m）；

2、对于单孔闸，ε值可直接从表中查得；

3、对于多孔闸

()N

N b

z εεε+-=

1

N 为闸孔数，z ε、b ε分别为中闸孔及边闸孔的侧收缩系数，均可以表中查得。 对于中闸孔，表中b s 值为b 0+δ，δ为闸墩厚度（m ）。

对于边闸孔，表中b s 值为b 0+b b ，b b 为边闸墩边缘线至上游河道水边线之间的距离（m ）。

附表2.3

宽顶堰ζ值表

注：表中h s 为堰顶以上的下游水深（米）。

附表2.4

曲线型低堰ζ值表

2、当为孔流时，闸孔总净宽可按下式计算（计算示意图，如附图2.2所示）：

02gH h Q

B e μσ'=

（附2.2）

式中h e ——孔口高度（m ）；

μ——宽顶堰上孔流流量系数，可查附表2.5；

σ'——宽顶堰上孔流淹没系数，可查附表2.6。

附图2.2

消能计算自由孔流公式为

002gH Be Q μ=

判别孔口出流状态：e/H<0.65（自由孔流） 式中符号查《水力学》或《水力计算手册》。

16

附表2.5

μ值表

注：表中r 为胸墙底缘的圆弧半径（米）

附表2.6 σ'值表

注：表中c h ''为跃后水深（m ）。

二、消能防冲计算（计算示意图，如图2.3所示）

附图2.3

㈠ 消力池计算 1、消力池深度计算 （1）收缩水深可按下式计算

022

2

203=+-φ

αg q h T h c

c

（附2.3）

式中h c ——收缩水深（米）； T 0——总势能（米）；

q ——过闸单宽流量（米3/秒/米）；

δ——水流动能校正系数，可采用1.0～1.05； φ——流速系数，一般采用0.95°。 （2）跃后水深可按下式计算：

)181(23

2-+=''c

c c gh q h h α （附2.4）

（3）出池落差可接下式计算：

2

2

2

2

222c

s

h g q h g q z ''-

'?=

?αφ （附2.5）

式中z ?——出池落差（m ）；

s

h '——出池河床水深（m ）； （4）消力池深度可按下式计算：

z h h d s c

?--''=0σ （附2.6）

式中0σ——水跃淹没系数，可采用1.05～1.10。 2、消力池长度计算：

（1）水跃长度可按下式计算：

)(96c c

j h h L -''?= （附2.7）

（2）消力池长度可按下式计算：

LS j =LS+βL j

（附2.8）

式中LS j ——消力池长度（m ）； LS ——消力池斜坡面投影长度（m ）； β——水跃长度校正系数，可采用0.7－0.8。 3、消力池底板厚度计算：

（1）根据抗冲要求，消力池底板始端厚度可按下式计算：

H q K t '?=1

（附2.9）

式中：t ——消力池底板厚度（米）；

H '?——泄水时的上、下游水位差（米）；

K 1——消力池底板计算系数，可采用0.15～0.20，消力池末端厚度可采用

2

t

（2）当有扬压力作用时，根据抗浮要求，消力池底板厚度可按下式计算：

1

2

γγd

y h p K t ?-= （附2.10）

式中P y ——场压力（吨/米2）； h d ——消力池内水深（米）；

γ——水容重（吨/米3

）

1γ——消力池底板的材料容重（T/m 3）； K 2——消力池底板安全系数，可采用1.1～1.3。

（3）消力池底板厚度的采用，应按上列两式计算值取其大者，且不应小于0.5m 。 ㈡海漫长度计算：

H q Ks L P '?'=

（附2.11）

（适用范围为9~1='?'H q ） 式中LP ——海漫长度（m ）；

q '——消力池末端单宽流量（m 3/s/m ）； Ks ——海漫长度计算系数，可查附表2.7。

附表2.7

Ks 值表

㈢ 海漫末端河床冲刷深度计算：

[]s

h v q d ''-'

'?='01

1 （附2.12）

式中：d ''——海漫末端河床冲刷深度（m ）； q ''——海漫末端单宽流量（m 3/s/m ）；

[]0v ——河床土质的不冲流速（m/s ）

，根据工程具体情况并参照类似工程资料研究确定； s

h ''——海漫末端河床水深（m ）。 附录三 渗流计算的直线展开法

1、地基渗径长度的转化计算

将实际工程中带有板桩，齿墙等垂直渗径的地下轮廓[见附图6（a ）]，转化为不带板桩，齿墙的水平轮廓[见附图3-1（b ）]。

（a ）

（b ） 附图3-1

转化后的水平渗径总长度L 值，可按公式（附3.1计算）：

53222422123221164.0)()(64.0d S L d S L d d S S d L ++++++++++=

（附3-1）

式中：d 1、d 2——上游铺盖的齿墙深度（m ）； d 3——底板与铺盖的齿墙深度（m ）； d 4、d 5——底板的齿墙深度（m ）；

S 1、S 2、S 3——上游、中游、下游板桩深度（m ）； L 1——上游铺盖长度（m ）； L 2——底板顺水方向的长度（m ）。

（1）若无上游板桩，则令S 1=0，代入公式（附27），同时在[附图6（b ）]中B '、C '、D '三个重合为C '点。

（2）若无下游板桩，则S 2=0，代入公式（附27），同时在[附图6（b ）]中B '、U '、V '三点重合为U '点。

（3）若无中间板桩，则在[附图6（b ）]中G '、I '、M '三点重合为I '点，此时可按公式（附3.2）计算：

5323243212221164.0)()(64.0d S L d S L d S S d L +++++++++=

（附3.2）

（4）若铺盖，底板均无齿墙，则令d 1=d 2=d 3=d 4=0代入公式（附27），同时在[附图6（b ）]中A '、B '点重合为A '点，D '、E '点重合为E '、G '点重合为F '点，N '、M '点重合为N '点，P '、R '点重合为P '点，V '、W '点重合为W '点。

2、各点渗透压力计算

各点渗透压力水头H j 值，可按公式（附3.3）计算：

H L X H i j ???

?

????+-=φ)68.084.0(

（附3.3）

式中L ——水平渗径总长度（m ）按公式（附3.1）或（附3.2）计算； X i ——计算点至水平轮廓上游端点的水平距离（m ）；

H ?——上、下游水位差（m ）；

φ?——势函数值，可由附表3.1查得。