水闸课程设计

水利水电工程建筑物课程设计（二）水闸课程设计

编写:田明武

水利工程系

四川水利职业技术学院

二零零三年八月

水闸课程设计任务书

一、课程设计的目的

课程设计是学生把所学的理论和生产实践相结合的重要环节，所以通过课程设计要达到以下的目的：

1、根据理论知识的学习，使所学的专业技能得到巩固、扩大、深入和系统化。

2、培养综合运用所学知识解决实际工程问题的能力，初步掌握水利工程设计的方法和步骤。

3、训练和提高编写设计文件，进行各种计算和绘制水利工程图的能力和技巧。

4、提高独立钻研问题的能力，培养严肃认真，实事求是，刻苦钻研的工作作风。

二、设计的任务：

根据所给地形、地质、水文和其它有关资料及相应的规划成果，在给定的闸轴线上进行开敞式水闸设计。

1、闸孔型式选择。

2、通过水力计算，确定水闸闸孔尺寸、孔数及消能防冲形式和尺寸。

3、按防渗要求布置闸基地下轮廓线。拟定防渗排设备的形式，尺寸和构造。计算渗透压力。

4、参照已建成类似工程，拟定底板、闸墩、边墩、闸门、启闭机、启闭机桥、公路桥及检修桥的形式和尺寸。

5、闸室稳定计算及地基应力验算。

6、拟定上、下游翼墙及护坡的形式、构造及尺寸。

7、细部构造拟定。

三、设计成果及要求

设计成果包括设计图，设计说明书，其要求如下。

1、设计图：一律铅笔绘制或采用CAD制图，要求制图正确，图面饱满，绘制清晰、比例适当、尺寸齐全。

2、图幅规定为1号图，内容为水闸总体布置平面图与纵剖面图。…… 1张

3、设计说明书：

说明书的内容应包括本建筑物的设计原始资料。设计原理和基本构思以及各部分结构型式和尺寸。计算部分应列出使用的公式和参数并附有计算简图。计算结果尽可能以表格形式表达。

四、课程设计时间安排：

1、了解任务书及熟悉资料………………………………………半天

2、水力学计算及渗流计算………………………………………半天

3、闸室布置及稳定计算及上下游联接建筑物布置…………1天半

4、画图…………………………………………………………2天

5、整理报告……………………………………………………半天

合计…………………………………………………………5天

水闸课程设计基本资料

一、题目：拦河闸及进水闸枢纽

二、内容：

1、拟定拦河闸的闸室结构型式、孔口型式、孔口尺寸、孔数。闸室总长度，进水闸的孔口尺寸。正常挡水位、设计洪水位、校核洪水位。

2、确定拦河闸（进水闸）闸底板高程。顶部高程，拟定闸室各部分结构尺寸

3、选定下游消能方式，拟定消力池结构尺寸。

4、进行防渗布置，进行渗流计算（任选一种计算方法）。

5、进行闸室稳定计算及地基承载力验算。

6、闸室结构计算。

7、绘制平面布置图一张（在地形图上布置），工程图一张（50×75cm方格纸），包括上游立面图，纵剖面图（拦河闸及进水闸）细部构造图。

8、整理计算书，编写课程设计说明书。

三、任务：

除第6项选作外，每人必须完成上述所有内容，在进行荷载组合时，分两组，一组按基本组合计算，另一组按特殊组合计算。

四、基本资料

1、气象资料

闸址为四川省峨边彝族自治县境内某河上，流域多年平均气温16.2℃，极端最低气温-3.2℃，极端最高气温为35.7℃。多年平均年降水量为841.5mm，多年平均相对湿度为77%，最小相对湿度为11%，多年平均蒸发量1257mm，多年平均风速2.1m/s，历年最大风速17.3m/s。

2、地形、地质资料

工程区位于四川省盆地西南部边缘地带，区内冲沟发育，地形切割深而陡竣，沟深数十米至上百米，属构造剥蚀形成的高中山地形和河谷下切而形成的构造侵蚀地形。

闸址河床宽13～25m。谷底覆盖层度0.5～2.5m，以砂砾卵石为主，夹少量漂石，石质以砂岩、灰岩为主，结构稍～中密，透水性强。

谷底下伏基岩为侏罗系砂溪庙组粉细粒砂岩与砂质泥岩互层。岩体较完整，弱风化带厚度10～15m，透水性中等。岸坡坡角30～35°。堆积层为亚粘土夹块碎石，结构松散，厚度1～3m。高程1930m以上为岩质边坡。两岸无不良物理地质作用，边坡稳定。

岩体强风化带厚度6～8m，弱风化带15～20m。

地震设计基本烈度7度。

3、相关技术指标及参数

1）、水闸基本参数：

进水闸底板顶面高程：1907.50m；

进水闸设计引用流量：2.5m3/s；

2）、洪水资料：

P=0.5%，Q=268m3/s；P=1%，Q=232m3/s；P=2%，Q=189m3/s；P=3.333%，Q=173m3/s；P=5.0%，Q=152m3/s。

3）、洪水标准及建筑物级别

根据《SL252－2000》的规定，本工程属5等小二型工程，根据《水闸设计规范》，主要建筑物及次要建筑物均按照5级建筑物设计。

根据规范，本工程按三十一遇洪水设计，一百年一遇洪水校核。

4）、地质相关参数

闸基与砂卵石地基之间摩擦系数：f＝0.5；

闸基与岩石地基之间摩擦系数：f＝0.6；

]=0.25Mpa;

地基允许承载力：[R

土

]=10Mpa;

地基允许承载力：[R

岩

凝聚力：C=0；

渗透系数：K=20～30m/d；

=0.16；

允许渗透比降：J

允

开挖边坡：m=1:1；

允许单宽流量：q=16 m3/s。

5）、1:500地形图一张，闸轴线已在图中表明。

水闸课程设计指导书

一、资料分析

了解本工程在国民经济中的作用,熟悉各种水位特征及相应的流量等规划成果。研究地形、地质、水文气象，分析这些条件对水闸设计和施工的影响。

二、闸室型式的选定

在给定的轴线上，根据运用要求选定闸室的型式。

三、水力计算

1、闸孔口尺寸设计

(1) 闸底板高程的确定：根据水闸下游的地质条件及水闸工程量的经济比较，确定闸底板高程。本次设计建议采用平底板。

(2) 闸孔总宽度的计算：根据水闸的上下游水位及闸底高程判断过闸水流的性质。按相应的水力学公式计算闸孔总宽度。

(3) 孔数及孔宽的选定：根据计算和遵照“水利水电工程钢闸门的设计规范”（SL282—2000）的规定选定合理的单孔宽及相应的孔数。

(4) 水闸泄流能力验算：根据初步确定的孔数，孔宽及相应的水位验算孔口泄流能力。

2、消能防冲设计

根据水闸闸址区地形、地质条件，建议采用消力池消能。本设计需要确定消能防冲各设计尺寸及构造。

(1) 确定消能控制情况及消力池尺寸：

根据情况分析，在闸门局部开启时多为最不利的消能情况，应根据列表试算法来确定消力池的各项尺寸。

(2)护坦的厚度根据公式并参考相似的已建工程确定。

(3)海漫及防冲槽尺寸及构造的确定：可按教材中所介绍公式及参考已建工程确定。

四、防渗设计

1、闸底轮廓布置：

渗径长度应满足防渗要求，渗径系数应大于5～7。

2、建议采用浆砌石或混凝土铺盖，长度在(3～5)倍水头范围内选取。参考教材及已建工程实例拟定铺盖的各项尺寸及构造

3、排水及反滤层的布置参教科书

4、侧向防渗布置：

两岸防渗布置必须与闸室防渗相配合，两岸各个可能的渗径都不得小于闸室渗径。

5、闸底板渗透应力计算：建议采用改进的阻力系数法计算。

五、闸室布置

1、闸室建议采用整体式平底板，底板顺水流方向不宜过长，主要根据上部结构布置要求及满足闸室稳定的需要。

2、闸门及闸墩型式的选择和尺寸的拟定：建议采用钢筋混凝土平板闸门，可参考教材根据水闸的运用要求确定闸墩高度。

3、交通桥宽：无交通要求

4、工作桥的型式和尺寸可参考已建工程和运用要求确定。

5、按比例绘制闸室布置草图并注明尺寸。

六、闸室稳定及地基应力验算

1、地基应力验算：按完建无水及关门挡水，下游无水两种情况计算，要求： []0min min

max ?≤σησσ ][2.10m ax 地基P ≤≤σ

2.稳定计算 (1)正常情况按关门挡水时下游无水(可认为地下水位与闸底板齐平)闸室稳定计算。

(2)校核情况，按上游正常洪水位，下游相应水位验算稳定情况。

以上稳定计算均要求满足规范规定的抗滑稳定安全系数，如不能满足时应采用相应的措施解决。

七、闸室与两岸连接建筑物的布置

参考已建工程及教材。

八、细部构造处理

止水构造等

九、主要参考书

教材

水工建筑物设计手册

水闸设计规范

水利水电工程等级划分及洪水标准

十、编写设计说明书参考提纲

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寸确定；第二节消能防冲设计

第三章水闸防渗及排水设计

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；第二节工作桥、公路桥、检修便桥；第三节闸门和启闭机；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

第六章渠道及沉砂池设计

第七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