闸坝结构布置

6闸坝结构布置
6.1闸室底板高程确定
底板高程与水闸承担的任务、泄流或引水流量、上下游水位及河床地质条件等因素有关。

闸底板应置于较为坚实的土层上，并应尽量利用天然地基。

在地基强度能够满足要求的条件下，底板高程定得高些，闸室宽度大，两岸连接建筑物相对较低。

对于小型水闸，由于两岸建筑物在整个工程中所占比重较大，因而适当降低底板高程，常常是有利的。

当然，底板高程也不能定的太低，否则，由于单宽流量加大，将会增加下游消能防冲的工程量，闸门增高，启闭设备的容量也随之增大。

另外，基坑开挖也较困难。

选择底板高程前，首先要确定合适的最大过闸单宽流量。

它取决于闸下游河渠的允许最大单宽流量。

允许最大过闸单宽流量可按下游河床允许最大单宽流量的1.2~1.5倍确定。

根据工程实践经验，一般在细粉质及淤泥河床上，单宽流量取5~10m3/（sm）；在砂壤土地基上取10~15m3/（sm）；在壤土地基上取15~20m3/（sm）；在黏土地基上取20~25m3/（sm）。

下游水深较深，上下游水位差较小和闸后出流扩散条件较好时，宜选用较大值。

设计闸底板高程根据坝址原水面线高程及比降推算过来确定:
H=1844.50m
整体式底板，闸墩与底板浇筑成整体即为整体式底板。

其顺流向长度可根据闸身稳定和地基应力分布较均匀等条件来确定，同时应满足上层结构布置的需要。

水头愈大，地基愈差，底板应愈长。

初拟底板长度时，对于砂砾石、砂壤土地基可取（1.5~2.5）H，对于粘壤土地基可取（2.0~3.0）H，对于粘土地基可取（2.5~4.0）H，H为上下游最大水头差。

底板厚度必须满足强度和刚度的要求。

大中型水闸可取闸孔净宽的1/6~1/8，一般为1~2m，最薄不小于0.6m，底板内配置钢筋。

底板混凝土强度等级应满足强度，抗渗及防冲要求，一般选用C15或C20。

根据底板构造要求，初拟底板长30m，底板厚拟为2.5m，砼强度等级C20。

6.2闸顶高程确定
挡水时,闸顶高程应不低于水闸正常蓄水位(或最高挡水位)加波浪计算高度与相应安全超高值之和;泄水时,闸顶高程不应低于设计洪水位(或校核洪水位)与相应安全超高值之和。

闸顶高程计算见表5—4。

表6-1闸顶高程的计算
运用情况水位/m 相应级
别相应安全
超高/m
波浪高/m 计算闸顶高程/m
挡水正常蓄水
位1873.00
3 0.
4 1.6 1875.00
泄水设计洪水
位1852.69
3 0.7 0 1853.39
校核洪水
位1854.21
3 0.5 0 1854.71
考虑到两岸建筑的连接及交通桥梁布置的需要,闸顶高程1875.00m和非溢流坝段齐平。

6.3闸室堰型选择
根据《水闸设计规范》，结合薛城水电站的大流量引流发电以及工作运行主要为发电、挡水高度较小、闸槛高程较高，河床深切的特点，本设计就宽顶堰和实用堰进行了对比计算。

经计算得出，使用宽顶堰或者实用堰均能满足泄流要求，达到预计的电站运行指标，但是，由于宽顶堰更有利于泄洪、冲沙、排污、排冰，且泄流能力比较稳当，结构简单，施工方便；实用堰施工难度较大，不利于泄洪排沙、排污等综合考量，最终拟定使用宽顶堰。

图6-1 闸室布置
闸室选用开敞式。

该拦河闸门不考虑过船，灌溉，漂木，过鱼等其他利用因素。

综合上述因素，并结合泄流能力计算，初步拟定冲沙闸、泄洪闸布置在主河床，冲沙闸一孔，紧邻取水口；冲沙闸左侧为3孔泄洪闸，其中1#、2#、3#泄洪闸为同一闸段。

冲沙闸和泄洪闸底板高程均为1844.5m ，闸前钢筋混凝土铺盖。

闸下游设混凝土护坦，其后接钢筋混凝土柔性海漫。

在冲沙闸和排污闸之间的上游设置一道束水墙，迎水面倾斜设置，墙顶高程1850.5m 。

6.4闸孔尺寸确定
根据《水闸设计规范》，闸孔总净宽应根据泄流特点、下游河床地质条件和安全泄流的要求，结合闸孔和孔数的选用，经技术经济比较后确定。

具体计算如下：
(1)．由已知上、下游水位及闸底板高程，由公式（6—1）、式（6—2）可求得上游水头及下游水深 。

0v =Q/A （6—1） H 0=H+v 02/2g （6—2） 其中 0v ——行进流速，m/s ； Q ——过流流量，m3/s ；
A ——过水断面面积，m2；
H0——含有行进流速水头在内的闸前水头，m 。

推算的上游水头及下游水深见表5—1。

表6—2 上游水头计算
(2)．判别出流流态
流量Q （m 3
/s ） 下游水深 h s （m ）
上游水深 H （m ）
过水断面积A （m 2
） 行进流速
v 0（m/s ）
v 02
/2g
上游水头 H 0（m ）
设计流量
1270 7.8
8.19 245.7 5.17 1.36 9.55
校核流量
1640
8.73
9.71 291.3 5.63 1.62 11.33
闸门全开泄洪时，一般属于淹没条件下的水流，所以采用平底板宽顶堰堰流公式，根据设计，校核情况下的上、下游水位及流量进行计算。

对于宽顶堰，其淹没条件为：:
hs ≥0.8H0 （6—3） 式中： hs ——下游水深，m ；
H0——含有行进流速水头在内的闸前水头，m 。

根据公式（6—3）判别是否为淹没出流，其判别计算见表6—3。

表6—3 淹没出流判别计算
计算情况 下游水深h s （m ） 上游水头H 0（m ）
h s /H 0 流态 设计水位 7.8 8.19 0.95 淹没出流 校核水位
8.73
9.71
0.89
淹没出流
(3)．确定闸门总净宽
对于平底板宽顶堰，《闸门设计规范》中推荐的堰流公式为： ε
σ2
3
002B m H g Q
= （6—4）
式中 ：0B 为闸孔总净宽，m ；Q 为设计流量，s m /3；0H 为计入行进水头在内的堰顶水头，m ；σ、ε、m 分别为淹没系数、侧收缩系数和流量系数，可由SL265-2001《水闸设计规范》的附录表中查得；g 为重力加速度，2/s m 。

nb
H n K 0
0]
)1([2.0-1ξξε-+= (6—5) 设计流量下m=0.351，校核流量下m=0.372。

表6—4 闸孔总净宽计算
流量Q （m 3
/s ）
上游水头 H 0（m ）
上游水深 H （m ）
下游水深 s h （m ）
侧收缩系
数侧收缩系数
设ε
孔流淹没
系数
σ
B 0（m ）
设计流量
1270 9.55
8.19
7.8
0.87
1
32.83
校核流量
1640
11.33
9.71
8.73
0.87
1
31.19
由公式（6—4）、(6—5)求校核ε和B
取0B =34m
（4）.闸孔尺寸的选择
闸室单孔宽度应根据闸的地基条件、运用要求、闸门结构形式、启闭机容量以及闸门等因素，进行综合比较确定。

根据《闸门设计规范》中闸孔尺寸和水头系列标准，选定泄洪闸单孔净宽b=10m ，选用3孔，冲沙闸1孔，单宽b=4m ，因此闸孔总数为4孔。

闸孔布置如图6—2所示：
图6
—2 闸孔尺寸布置图 （单位：dm ）
校ε
设计情况 0B （m ）
0.87 设计水位 32.83 0.87
校核洪水位
31.19
闸孔总宽度为：
B=（3×10）+4+（3×2+2×6+1×4.5）
=56.5（m ）
根据闸址的地形条件及枢纽建筑物泄洪能力和冲沙的要求，并重点考虑冲排水库沉积的淤沙需要，结合泄洪计算成果，确定孔口尺寸为：泄洪闸3孔，单孔尺寸10.00m×7.00m （宽×高），孔顶以上设胸墙；冲沙闸1孔，孔口尺寸4.00m×10.00m （宽×高），孔顶以上设胸墙。

6.5泄流能力复核
《水闸设计规范》中堰流的计算公式为：
Q=23
00H g 2mB εσ （6—6）
式中 B 0=nb0（n 为闸孔数，b0为单孔净宽），分别按设计、校核两种情况确定计算参数，求出相应的实际过闸流量Q1，校核过流能力。

一般其相对差值不应超过5%。

设
‘
设
设Q Q Q -≤5% （6—7）
校
‘校
校Q Q Q -≤5% （6—8）
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》（2-2），结果与假定接近，根据选定的孔口尺寸与上下游水位，进一步换算流量如下表所示：
表5—7 过流能力校核计算
计算情况 （m 3
/s ）
堰上水头 H 0（m ）
m σ ε
Q （m 3
/s ）
校核过
流能力
设计流量1270 9.55
0.351 1 0.87 1283.4 1.05%
校核流量1640
11.33
0.372 1 0.87 1684.28 2.7%
两种情况下过流能力都小于5%，说明孔口尺寸的选择较为合理，所以不再进行调整。

泄洪闸闸孔选3孔，单孔净宽为10m ，冲砂闸1孔，单孔净宽4m 。