水闸设计步骤
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水闸
一、拟定闸孔形式
比较最高水位与地面高程，确定闸孔结构形式。
二、
根据闸基土质及运行要求，确定堰型
三、利用堰流公式初步拟定闸孔宽度。
渠道断面面积：
平均流速：
平底堰： ＞0.65时为堰流，否则为闸孔出流；
曲线形堰： ＞0.7时为堰流，否则为闸孔出流。
he――闸门开度
计入行进流速的上游水深：
式中：
——上游水深；
收缩断面水深：
流量系数：
收缩断面流速：
收缩断面的共轭水深：
潜孔比：
由《水力学》图8-34查得淹没系数σs=
比较 与 的大小确定出流形式
如闸孔为淹没出流，则流量根据《水力学》（8-24）计算
单孔流量： ；总流量：
以相同的方法设一组不同的闸孔开度e值，求得相应的hc’’－ht最大时，相应的下泄水流的能量最大
五、计算消力池底板的厚度
消力池底板厚度 按《水闸设计规范》（B.1.3-1）计算
式中：
——消力池底板始端厚度；
——闸孔泄流时的上下水位差；
——消力池底板计算系数；
——过闸单宽流量。
考虑到消力池底板的抗浮要求，现取消力池底板厚度为 m。
六、确定消力池的构造
七、计算海漫长度
对于 在1~9之间的情况，可按《水闸设计规范》（B.2.1）计算：
（1）进口处修正系数 ：
进口段水头损失应修正为： ；
进口段水头损失减小值为：
按相应公式修正各段的水头损失值为：
（3）验算闸基及地基的稳定性，包括地基土的抗渗稳定性。
（4）根据稳定和经济合理的要求，对初拟的底下轮廓线进行修改。在修改底下轮廓线的形状和尺寸时，应结合总体布置和闸室的结构布置与设计进行综合考虑。
（二）用渗径系数法初步拟定闸基的防渗长度
按《水闸设计规范》公式（4.3.2）计算：
式中：
——闸基防渗长度；
断面面积：
湿周：
水力半径：
不冲流速：
闸基渗流计算
一、渗流计算水位组合
二、下轮廓线布置，验算防渗长度
（一）地下轮廓线的设计步骤
（1）根据水闸的上下游水位差大小和地基土质条件选择地下轮廓的形状和尺寸。初步拟定其不透水层部分的长度（即防渗长度）时，一般均采用渗径系数法。
（2）选用适当的方法对初步拟定的布置方案进行渗流计算，求出闸底所受 的渗透压力以及渗透坡降，特别时渗流出口处的坡降。
综合以上引水情况和排水情况计算并考虑一定的安全储备确定B=
六、验算闸孔过水能力
淹没系数为：
侧收缩系数为：
ε=
计算流量为： 或
七、画出闸孔宽度布置图
消能防冲设计
一、用孔流公式计算闸门初始开度和出闸水流出使流量
设闸孔开度e为1.0m
根据闸门相对开度： 判别出流形式
由《水利学》表8-7查得平板闸门的垂直收缩系数：
最大流量计算表
1
2
3
4
5
三、计算出闸水流的水跃
消力池宽度：
单宽流量：
上游河道断面面积：
平均流速：
跃前水深 按《水闸设计规范》公式（B.1.1-3）计算：
式中：
——水流动能校正系数，取1.0；
——过闸单宽流量；
——水流动能校正系数，取0.95；
——由消力池底板顶面算起的总势能
移wk.baidu.com得
令
则 ， 即
故
按迭代法计算
式中：
——海谩长度（m）；
——消力池末端单宽流量；
——海漫长度计算系数；
——闸孔泄流时上下水位差。
八、计算冲刷坑的深度，确定防冲槽的尺寸
海漫末端的河床冲刷深度 按《水闸设计规范》公式（B.3.1）计算
式中：
——海漫末端河床深度；
——海漫末端单宽流量
；
——海漫末端河床水深。
——河流土质允许不冲流速
的计算：
设
式中：
跃后水深：
或根据 值查表得共轭水深比 ，则 ＝ ；若 ＞hs则需设消力池。
出池落差
验算淹没安全系数： 应满足 ＝1.0～1.10 的要求
四、计算消力池的长
消力池长度 按《水闸设计规范》公式（B.1.2）计算：
式中：
——消力池坡段水平投影长度；
——水跃长度校正系数，取为0.75；
——水跃长度，6.9（ ）
6
内部水平段
7
内部垂直段
8
内部水平段
9
内部垂直段
10
内部水平段
11
内部垂直段
12
内部水平段
13
内部垂直段
14
内部水平段
15
出口段
计算得：
（三）计算各典型段的渗压水头损失
根据式 计算
式中： ；
表3－2 各典型段渗压水头损失计算表
渗压水头损失
设计正向
设计反向
校核正向
当底板有倾斜段时，阻力系数为
（四）进、出口水头损失值的修正
（二）计算各典型段的阻力系数
表3-1 各渗流区段几何参数和阻力系数表
段号
段别
Si（S1,S2）（m）
Ti（m）
Li（m）
ξi
备注
1
进口段
各渗流区段的阻力系数可根据段别和区段的几何特性（S，T，L）按下列公式计算
1、进出口段：
2、内部垂直段：
3、水平段：
2
内部水平段
3
内部垂直段
4
内部水平段
5
内部垂直段
——渗径系数，查《水闸设计规范》表4.3.2；
——上下游最大水位差。
（三）初步拟定闸室沿水流方向的长度
式中：
——闸室沿水流方向的长度；
——上下游水位差。
则初拟闸底板长度 m；闸底板厚度取闸孔净宽的1/6~1/8可初拟底板厚度为 m，底板上下游的齿墙宽度为m，齿墙深度均为m，上游齿墙的作用是降低闸底板上的渗透压力，下游的齿墙是减小出逸坡降，有助于防止地基产生渗透变形。
——流速系数，取1.00；
——上游行进流速。
A． ＜0.9时用下式计算过流能力：
＞0.72时，σ＝ ；（《水闸设计规范》公式A.0.1-6)
≤0.72时,σ=1
侧收缩系数ε＝１.０，流量系数m=0.385
B= ＝
B． ≥0.9时用下式计算过流能力：
闸孔总净宽： B= ==
时所需的闸孔总净宽小于初拟定的闸宽
三、
采用改进阻力系数法来进行渗流计算。
（一）地基有效深度的确定
当 ≥5时，可按《水闸设计规范》公式（C.2.1-1）计算，有效深度：
当 ＜5时，可按《水闸设计规范》公式（C.2.1-2）计算，有效深度：
式中：
——土基上水闸的地基有效深度（m）；
——地下轮廓的水平投影长度；
——地下轮廓的垂直投影长度。
（四）验算防渗长度
（五）地下轮廓线布置
水闸地基防渗长度初基轮廓线形状及尺寸确定，即进行地下轮廓线的布置。布置的总的原则是滞渗步确定以后，可根据设计要求和地基土壤的特性，并参考已有的类似的水闸工程资料进行闸与导渗相结合。通常在闸室底板上游一侧布置防渗设施（如铺盖、板桩及齿墙等），用来延长渗径、减小底板渗透压力、降低闸基渗流坡降等，这叫滞流；在下游侧布置排水设施，使渗透水流尽快地安全排走，以防止发生渗透变形，并减小底板渗透压力，这叫导流。
一、拟定闸孔形式
比较最高水位与地面高程，确定闸孔结构形式。
二、
根据闸基土质及运行要求，确定堰型
三、利用堰流公式初步拟定闸孔宽度。
渠道断面面积：
平均流速：
平底堰： ＞0.65时为堰流，否则为闸孔出流；
曲线形堰： ＞0.7时为堰流，否则为闸孔出流。
he――闸门开度
计入行进流速的上游水深：
式中：
——上游水深；
收缩断面水深：
流量系数：
收缩断面流速：
收缩断面的共轭水深：
潜孔比：
由《水力学》图8-34查得淹没系数σs=
比较 与 的大小确定出流形式
如闸孔为淹没出流，则流量根据《水力学》（8-24）计算
单孔流量： ；总流量：
以相同的方法设一组不同的闸孔开度e值，求得相应的hc’’－ht最大时，相应的下泄水流的能量最大
五、计算消力池底板的厚度
消力池底板厚度 按《水闸设计规范》（B.1.3-1）计算
式中：
——消力池底板始端厚度；
——闸孔泄流时的上下水位差；
——消力池底板计算系数；
——过闸单宽流量。
考虑到消力池底板的抗浮要求，现取消力池底板厚度为 m。
六、确定消力池的构造
七、计算海漫长度
对于 在1~9之间的情况，可按《水闸设计规范》（B.2.1）计算：
（1）进口处修正系数 ：
进口段水头损失应修正为： ；
进口段水头损失减小值为：
按相应公式修正各段的水头损失值为：
（3）验算闸基及地基的稳定性，包括地基土的抗渗稳定性。
（4）根据稳定和经济合理的要求，对初拟的底下轮廓线进行修改。在修改底下轮廓线的形状和尺寸时，应结合总体布置和闸室的结构布置与设计进行综合考虑。
（二）用渗径系数法初步拟定闸基的防渗长度
按《水闸设计规范》公式（4.3.2）计算：
式中：
——闸基防渗长度；
断面面积：
湿周：
水力半径：
不冲流速：
闸基渗流计算
一、渗流计算水位组合
二、下轮廓线布置，验算防渗长度
（一）地下轮廓线的设计步骤
（1）根据水闸的上下游水位差大小和地基土质条件选择地下轮廓的形状和尺寸。初步拟定其不透水层部分的长度（即防渗长度）时，一般均采用渗径系数法。
（2）选用适当的方法对初步拟定的布置方案进行渗流计算，求出闸底所受 的渗透压力以及渗透坡降，特别时渗流出口处的坡降。
综合以上引水情况和排水情况计算并考虑一定的安全储备确定B=
六、验算闸孔过水能力
淹没系数为：
侧收缩系数为：
ε=
计算流量为： 或
七、画出闸孔宽度布置图
消能防冲设计
一、用孔流公式计算闸门初始开度和出闸水流出使流量
设闸孔开度e为1.0m
根据闸门相对开度： 判别出流形式
由《水利学》表8-7查得平板闸门的垂直收缩系数：
最大流量计算表
1
2
3
4
5
三、计算出闸水流的水跃
消力池宽度：
单宽流量：
上游河道断面面积：
平均流速：
跃前水深 按《水闸设计规范》公式（B.1.1-3）计算：
式中：
——水流动能校正系数，取1.0；
——过闸单宽流量；
——水流动能校正系数，取0.95；
——由消力池底板顶面算起的总势能
移wk.baidu.com得
令
则 ， 即
故
按迭代法计算
式中：
——海谩长度（m）；
——消力池末端单宽流量；
——海漫长度计算系数；
——闸孔泄流时上下水位差。
八、计算冲刷坑的深度，确定防冲槽的尺寸
海漫末端的河床冲刷深度 按《水闸设计规范》公式（B.3.1）计算
式中：
——海漫末端河床深度；
——海漫末端单宽流量
；
——海漫末端河床水深。
——河流土质允许不冲流速
的计算：
设
式中：
跃后水深：
或根据 值查表得共轭水深比 ，则 ＝ ；若 ＞hs则需设消力池。
出池落差
验算淹没安全系数： 应满足 ＝1.0～1.10 的要求
四、计算消力池的长
消力池长度 按《水闸设计规范》公式（B.1.2）计算：
式中：
——消力池坡段水平投影长度；
——水跃长度校正系数，取为0.75；
——水跃长度，6.9（ ）
6
内部水平段
7
内部垂直段
8
内部水平段
9
内部垂直段
10
内部水平段
11
内部垂直段
12
内部水平段
13
内部垂直段
14
内部水平段
15
出口段
计算得：
（三）计算各典型段的渗压水头损失
根据式 计算
式中： ；
表3－2 各典型段渗压水头损失计算表
渗压水头损失
设计正向
设计反向
校核正向
当底板有倾斜段时，阻力系数为
（四）进、出口水头损失值的修正
（二）计算各典型段的阻力系数
表3-1 各渗流区段几何参数和阻力系数表
段号
段别
Si（S1,S2）（m）
Ti（m）
Li（m）
ξi
备注
1
进口段
各渗流区段的阻力系数可根据段别和区段的几何特性（S，T，L）按下列公式计算
1、进出口段：
2、内部垂直段：
3、水平段：
2
内部水平段
3
内部垂直段
4
内部水平段
5
内部垂直段
——渗径系数，查《水闸设计规范》表4.3.2；
——上下游最大水位差。
（三）初步拟定闸室沿水流方向的长度
式中：
——闸室沿水流方向的长度；
——上下游水位差。
则初拟闸底板长度 m；闸底板厚度取闸孔净宽的1/6~1/8可初拟底板厚度为 m，底板上下游的齿墙宽度为m，齿墙深度均为m，上游齿墙的作用是降低闸底板上的渗透压力，下游的齿墙是减小出逸坡降，有助于防止地基产生渗透变形。
——流速系数，取1.00；
——上游行进流速。
A． ＜0.9时用下式计算过流能力：
＞0.72时，σ＝ ；（《水闸设计规范》公式A.0.1-6)
≤0.72时,σ=1
侧收缩系数ε＝１.０，流量系数m=0.385
B= ＝
B． ≥0.9时用下式计算过流能力：
闸孔总净宽： B= ==
时所需的闸孔总净宽小于初拟定的闸宽
三、
采用改进阻力系数法来进行渗流计算。
（一）地基有效深度的确定
当 ≥5时，可按《水闸设计规范》公式（C.2.1-1）计算，有效深度：
当 ＜5时，可按《水闸设计规范》公式（C.2.1-2）计算，有效深度：
式中：
——土基上水闸的地基有效深度（m）；
——地下轮廓的水平投影长度；
——地下轮廓的垂直投影长度。
（四）验算防渗长度
（五）地下轮廓线布置
水闸地基防渗长度初基轮廓线形状及尺寸确定，即进行地下轮廓线的布置。布置的总的原则是滞渗步确定以后，可根据设计要求和地基土壤的特性，并参考已有的类似的水闸工程资料进行闸与导渗相结合。通常在闸室底板上游一侧布置防渗设施（如铺盖、板桩及齿墙等），用来延长渗径、减小底板渗透压力、降低闸基渗流坡降等，这叫滞流；在下游侧布置排水设施，使渗透水流尽快地安全排走，以防止发生渗透变形，并减小底板渗透压力，这叫导流。