拦河闸设计计算书

目录1 基本资料错误!未定义书签。

工程概况错误!未定义书签。

地质资料错误!未定义书签。

水文气象错误!未定义书签。

建筑材料错误!未定义书签。

批准的规划成果错误!未定义书签。

2 闸孔设计错误!未定义书签。

闸址的选择错误!未定义书签。

闸型确定错误!未定义书签。

拟定闸孔尺寸及闸墩厚度错误!未定义书签。

校核泄洪能力错误!未定义书签。

3消能设计错误!未定义书签。

消能防冲设计的控制情况错误!未定义书签。

消力池尺寸及构造错误!未定义书签。

海漫设计错误!未定义书签。

防冲槽设计错误!未定义书签。

上下游岸坡防护错误!未定义书签。

4防渗排水设计错误!未定义书签。

闸底地下轮廓线的布置错误!未定义书签。

排水设备的细部构造错误!未定义书签。

防渗计算错误!未定义书签。

5闸室布置错误!未定义书签。

底板和闸墩错误!未定义书签。

闸门与启闭机错误!未定义书签。

上部结构错误!未定义书签。

闸室的分缝与止水错误!未定义书签。

6闸室稳定计算错误!未定义书签。

设计情况及荷载组合错误!未定义书签。

完建无水期地基承载力验算错误!未定义书签。

正常挡水期闸室抗滑稳定验算错误!未定义书签。

7上下游连接建筑物错误!未定义书签。

上下游连接建筑物的作用错误!未定义书签。

上游连接建筑物错误!未定义书签。

下游连接建筑物错误!未定义书签。

8 附图错误!未定义书签。

水闸半平面布置图错误!未定义书签。

水闸纵剖面图错误!未定义书签。

9.结束语错误!未定义书签。

1 基本资料工程概况某拦河闸闸址以上流域面积2234平方公里，流域内耕地面积288万亩，河流平均纵坡1/6200。

本工程属三级建筑物。

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，是解决某河流域农田的灌溉动脉，同时，也是解决地区浅层地下贫水区的重要水源。

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=m3=／m3土壤干重度r干饱和重度r=／m3饱=／m3浮重度r浮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=／m23.地基允许承载力[P地基]=150KPa4.混凝土、砌石与土基摩擦系数f=5.地基应力的不均匀系数[η]=～6.渗透系数K=×10-3cm／s(二)本地区地震烈度为60以下水文气象(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=20m／s，吹程D=0.6Km。

(三)降雨量：非汛期(1～6月及10～12月)9个月河流平均最大流量为10m3/s；汛期(7～9月)3个月河流平均最大流量为130m3/s。

年平均最大流量36.1 m3/s，最大年径流总量为亿m3。

年平均最小流量15.6 m3/s，最小年径流总量为亿m3。

(四)冰冻：颖河流域冰冻时间短，冻土很薄，不影响施工。

(五)上下游河道断面建筑材料本工程位于平原地区、山丘少，石料需从外地供给，距京广线很近，交通条件较好。

经调查本地区附近有较丰富的粘土材料。

闸址处有足够多的砂料。

批准的规划成果(一)灌溉用水季节，拦河闸的正常挡水位为58.69m ，下游无水。

(二)洪水标准。

1.设计洪水位50年一遇，相应的洪峰流量1119m 3／s ，闸上游的洪水位为59.5m ，相应的下游水位59.35m 。

2.校核洪水位200年一遇，相应洪峰流量1642.35 m 3／s ，闸上游的洪水位6l.00m ，闸下游水位60.82m 。

2 闸孔设计 闸址的选择闸址、闸轴线的选择关系到工程的安全可靠、施工难易、操作运用、工程量及投资大小等方面的问题。

在选择过程中首先应根据地形、地质、水流、施工管理应用及拆迁情况等方面进行分析研究，权衡利弊，经全面分析比较，合理确定。

本次设计中闸轴线的位置已由规划给出。

闸型确定本工程主要任务是正常情况下拦河截水，以利灌溉，而当洪水来临时，开闸泄水，以保防洪安全。

由于是建于平原河道上的拦河闸，应具有较大的超泄能力，并利于排除漂浮物，因此采用不设胸墙的开敞式水闸。

同时，由于河槽蓄水，闸前淤积对洪水位影响较大，为便于排出淤沙，闸底板高程应尽可能低。

因此，采用无底坎平顶板宽顶堰，堰顶高程与河床同高，即闸底板高程为51.92m 。

拟定闸孔尺寸及闸墩厚度由于已知上、下游水位，根据断面面积公式A=(b+mh)h （b 为河床底宽，m 为边坡系数，h 为水深），可通过计算断面面积。

由资料可得b=80m ，m=2，设计高程：h 上=59.5m 、h 下=59.35 m ， 校核高程：h 上=61m 、h 下=60.82 m 马道以下的面积 A 1=(80+×2)×=㎡马道到设计水位的面积A 2=(80+×2×2+6×2+×2)=㎡ 马道到校核水位的面积A 3=(80+×2×2+6×2+×2)×=㎡ 可得：A 设计= A 1 +A 2=㎡ A 校核= A 1 +A 3=㎡列入下表，如表2-1所示：表2-1 上游水头计算注：考虑壅高15~20cm 。

闸门全开泄洪时，为平底板宽顶堰堰流，根据公式08.0H h s 判别是否为淹没出流。

表2-2 淹没出流判别表计算情况下游水深hs(m)上游水头H0(m)8.0Hhs≥流态设计水位≥淹没出流校核水位≥淹没出流按照闸门总净宽计算公式根据设计洪水和校核洪水两种情况分别计算如下表。

其中ε为堰流侧收缩系数，取；m为堰流流量系数，取。

B设计=1119/×××19.6×55.84 mB校核=×××19.6×61.03m表2-3 闸孔总净宽计算表流量Q(m3/s)下游水深hs(m)上游水头H0(m)Hhs淹没系数σB(m)设计流量1119校核流量根据《闸门设计规范》中闸孔尺寸和水头系列标准，选定单孔净宽b=9m，同时为了保证闸门对称开启，防止不良水流形态，选用7孔，闸孔总宽度为：L＝nb0+(n－1)d= (7×9)+(2×+4×=71m由于闸基为软基河床，选用整体式底板，缝设在闸墩上，中墩厚1.2m，缝墩厚1.6m，边墩厚1m。

如下图所示。

校核泄洪能力根据孔口与闸墩的尺寸可计算侧收缩系数，查《水闸设计规范》(规范表2-2)，结果如下：对于中孔b0/b s =9/(9+=，得9.01=中ε；靠缝墩孔b 0/b s =9/(9+=，得9.02=中ε；对于边孔b 0/b s =9/( b 0 +b b )=9/(9+×2+6+(80-71)/2)=， b b =h 校核—h 底，得9.03=中ε；所以956.0241909.02973.04976.01321332211=++⨯+⨯+⨯=++++=n n n n n n 中中中εεεε(1×+4×+2×/(1+4+2)=与假定接近，根据选定的孔口尺寸与上下游水位，进一步换算流量:利用公式校核得：Q 设计=×××6319.61262.6m 3 | =%Q 校核=×××6319.61695.6 m 3 | =% 列入下表得：表2-4 过流能力校核计算表 计算情况 堰上水头H0(m) 0h h sσεQ校核过流能力 设计流量1119 % 校核流量%设计情况超过了规定5%的要求，说明孔口尺寸有些偏大，但根据校核情况满足要求，所以不再进行孔口尺寸的调整。

3消能设计消能防冲设计的控制情况由于本闸位于平原地区，河床的抗冲刷能力较低，所以采用底流式消能。

设计水位或校核水位时闸门全开渲泄洪水，为淹没出流无需消能。

闸前为正常高水位58.69m ，部分闸门局部开启，只宣泄较小流量时，下流水位不高，闸下射流速度较大，才会出现严重的冲刷河床现象，需设置相应的消能设施。

为了保证无论何种开启高度的情况下均能发生淹没式水跃消能，所以采用闸前水深H=6.77m ，闸门局部开启情况，作为消能防冲设计的控制情况。

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，本次设计按1、3、5、7孔对称方式开启，分别对不同开启孔数和开启度进行组合计算，找出消力池池深和池长的控制条件。

按公式(7)、(8)、(9)、(11)计算：其中，本次设计取σ0=，ψ=，α=，收缩系数ε则通过查表差值可得。

当开孔数n=1，e=时，ε’=，μ=， Q=××9×129.8 6.77⨯⨯= hc=×= q= Q/b=9= hc ″=30.49288 1.02 5.3921+-1=3.26529.80.4928⎫⨯⨯⨯⎪⎪⨯⎭当开孔数n=1，e=时，ε’=，μ=， Q=××9×1×29.8 6.77⨯⨯= hc=×1= q= Q/b=9=hc ″=30.6188 1.02 6.761+-1=3.62829.80.618⎛⎫⨯⨯⨯ ⎪ ⎪⨯⎝⎭同理可算得其它情况的各值，将数据列入表3-3。

下游水深的计算则需要通过水闸所在的横断面图，绘制下游水位和流量关系曲线，并采用明渠均匀流公式计算：由上述三个公式综合得出一个流量公式：3/51/22/31i A Q n χ=此外，由于河床n 1和滩地n 2的糙率不同，且n1< n2，由《水力学上册》209页可得等效糙率的计算公式为： n r =2211221n n χχχ+(当渠道底部的糙率小于侧壁的粗糙系数的糙率时采用)又由于本河道断面有马道，要分两种情况计算：①当下游水深≤4.98m(马道高程-底部高程=4.98m 时，分别取Hs=0、、1、……4、、4.98m ，然后通过上述公式计算可得Q=0、、、……、、， 计算简图如下：将数据代入表3-1，通过这些数据可以绘制出下游水位和流量关系曲线，如图3-1。

表3-1(Hs≤Q b Hsχ1+χ3χ2总湿周n r A8008080808018080808028080808038080808048080808080②当下游水深≥4.98m(马道高程-底部高程=4.98m时，该断面要考虑马道，查《水力学上册》210页可知复式断面明渠均匀流的流量计算方法：即将断面分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个部分，再对每个部分应用公式i RiQⅠ= AⅠC i RQⅡ= AⅡCⅢiRⅡ=KⅡi QⅢ= AⅢCⅢiRⅢ=KⅢi则通过复式断面渠道的流量，应为通过各部分流量QⅠ、QⅡ、QⅢ的总和，于是：Q=(KⅠ+ KⅡ+KⅢ)i 计算简图如下：AⅠ= AⅢ=(b1+m2hI I)hⅠAⅡ=(b1+ mⅡh’)h’+(b2+ 2mⅡh’)hⅠ各部分湿周分别为χ1=χ3= b1+ h21mI+χ2= b221m+C’各部分的水力半径分别为RⅠ=RⅢ= AⅠ/χ1RⅡ= AⅡ/χ1各部分的流量模数分别为KⅠ=KⅢ= AⅠC RI =23 1nA RI IKⅡ= AⅠC RC23 1nA RC C用excel将这些公式编入表格，可设计出这两种情况的流量计算程序，通过变换Hs的值可以得出相应的Q值。