扎空宽度设计.doc

闸孔总净宽
　　水闸闸孔总净宽的计算条件是在低水位大流量的情况下。为充分发挥闸孔的过水能力，节省工程投资，应考虑满足过闸流量为堰流时的闸孔总净宽。
1、计算简图

2、基本公式
B0=…………………………………………式（4—1）
式中：B0——闸孔总净宽 （m）；
Q——过闸流量 （m3/s）；
H0——计入行近流速的堰顶水头（m）；
m——堰流流量系数；
ε——堰流侧收缩系数；
σ——堰流淹没系数。
3、计算方法
由于闸孔孔径是未知数，ε值不能直接查表或按有关公式计算，因此先假定ε=1；同时，闸孔总宽也是未知数，假定闸孔总宽为270米，可计算得H0=6.06米，其它参数σ、m值查表确定。
应用式（4—1）求得总净宽B0后，即可根据闸门的使用要求进行分孔。然而，ε为假定值，因此，必须对过闸流量进行验算。如果验算后的流量大于过闸流量Q，说明符合设计要求；如果验算后的流量小于过闸流量Q，需调整孔径或堰顶高程，重新拟定B0值，直到满足设计要求为止。
4、堰流流量系数m的确定
已知P=0（P为堰高），P/ H0=0，查《水闸设计规范》附录二中附表2.1得：m=0.385
5、已知堰顶下游水深HS=5.38m，HS/ H0=0.888，查《水闸设计规范》附录二中附表2.1得：σ=0.876。
6、总净宽B0的计算
B0==
= 180.5m
取B0=200m
7、分孔
根据规范，大型水闸闸孔孔径一般为8~12m。同时，参考露顶式水闸闸门孔口的推荐尺寸，取b0=10m，因此，拦河闸的闸孔数n=200/10=20孔。
8、闸墩的拟定
初拟拦河闸的闸墩有边墩、中墩、缝墩三种型式，边墩兼做岸墙 。由资料知，中等跨度（6~12m）闸孔的闸墩厚度一般为：中墩0.8~1.4m；缝墩2×0.6~2×0.8m。本设计中取边墩1.4m，中墩1.2m，缝墩2×1.0m，且边孔冲砂闸取三孔一联，拦河闸边孔取二孔一联，中孔取三孔一联。
9、验算流量
（1）堰流侧收缩系数ε的确定：
① 基本公式： ε=
式中： n —— 闸孔数
εz —— 中闸孔的侧收缩系数
εb —— 边闸孔的侧收缩系数
② 就中闸孔而言： bs = b0+δ=10+1.2=11.2 m
式中： b0 ——闸孔净宽（m）
δ—— 中墩厚度（m）
由b0/bs =0.893及P/H=0，查《水闸设计规范》附录二中附表2.2
得：εz =0.983
③ 就边闸孔而言：bs = b0 + bb
式中： bb——边闸墩边缘线至河道水边线之间的距离（m）
因为河岸坡较陡，且土壤主要是砾质粗砂，故取m = 2，所以：
bb =×（270－200－9×2－1.2×10-1.4×2）+2×5.74+1.4＝33.28(m)
bS=10+33.28=43.28(m)
由b0/bs=10/43.28=0.23及P/H=0，查《水闸设计规范》附录二中附表2.2得： εb=0.910
④ 计算：ε=（（20-1）×0.983+0.910）/20=0.979
（2）H0的确定：
过闸单宽流量：q=Q/ B0=4020/200=20.1(m2/s)
行进流速：v0=q/H=20.1/5.74=3.502(m/s)
H0=H+=5.74+3.5022/（2×9.8）=6.366(m)
（3）σ的确定：
由于HS/ H0=5.38/6.366=0.845，查《水闸设计规范》附录二中附表2.3得：σ=0.965
（4）流量的验算
Q= B0mσεH0
=200×0.385×0.965×0.979××6.366
=5188.69(m3/s)＞4020(m3/s)
即 ：满足设计要求。
10、校核流量
根据工程设计标准，采用1000年一遇的洪水进行校核。
行进流速：v0=q/H=20.1/6.35=3.165(m/s)
H0=H+=6.861(m)
由于HS/ H0=5.87/6.861=0.85，查《水闸设计规范》附录二中附表2.3得：σ=0.96。
Q= B0mσεH0
=200×0.385×0.96×0.979××6.861
=5703.61(m3/s)＞5000(m3/s)
即满足要求。
11、此外，闸孔总净宽的确定还涉及到两个问题：一，过闸单宽流量q大小，根据实践经验，对于大中型水闸，在砂性土地基上q=15~25m2/s,拦河闸的q=4020/200=20.1 m2/s，符合设计要求；二，闸孔总净宽与河道宽度的关系，就底宽大于200m的河道而言，当束窄比率n≥0.85时，布置合理。拦河闸的闸室总宽度=200+1.4×2+2×1.0×9+1.2×10=232.8m，河道总宽度270米，束窄比η=232.8/270=0.86≥0.85，满足束窄比要求。
综上所述，拦河闸的孔数n=20孔，闸孔单宽b0=10m，闸孔总净宽B0=200m。

4.3.5 闸孔宽度：
进水闸闸孔宽度的计算方法、计算公式与拦河闸相同。假定ε=1, H0=H=3m。
（一）堰流流量系数m的确定：
图4.2进水闸计算简图
由于P=0，故P/H0=0，查《水闸设计规范》附录二中附表2.1得m=0.385。
（一） 堰流淹没系数的确定：
已知：hs=35.8-33.1=2.7m
故hs/h0=2.7/3.0=0.9
查《水闸设计规范》附录二中附表2.3得σ=0.840。
（二） B0值的计算：
　　 B0=
　　 取B0=12m。
（三） 分孔：
　　由规范知，当闸孔孔数较少时，宜采用单数孔，目的是便于闸门对称开启，使过闸水流均匀，避免发生偏流而造成的闸下局部冲刷；同时，也可使闸室结构受力对称，利于工程的安全运行。另外，当孔口高度（闸门高度）为3.0 m时，由露顶式水闸闸门孔口推荐尺寸取闸门宽b0=4m。
故孔
（四） 闸墩的确定：
初拟进水闸的闸墩有边墩和中墩二种型式，且边墩厚度取1.2m，中墩厚度取1.0m（不设缝墩）。
（五） 流量验算：
1、ε的确定：
（1） 就中孔而言：bs＝b0＋δ＝4＋1.0＝5.0（米）
　　由b0/bs＝4/5＝0.80及P/H＝0查《水闸设计规范》附录二中附表2.2得
εz＝0.968
（2） 就边孔而言：
　　 bb＝×(26－12－1.0×2-1.2×2)＋3×1.75+1.2＝11.25m
　　 bs＝b0＋bb＝4＋11.25＝15.25m
　　由b0/bs=4/15.25=0.26及P/H＝0查《水闸设计规范》附录二中附表2.2得εb＝0.909
所以，ε==0.948
2、H0的确定：
　　 过闸单宽流量：q=Q/ B0=78/12=6.5(m2/s)
　　 行进流速：v0=q/H=6.5/3=2.167(m/s)
H0=H+=3+=3.24(m)
3、σ的确定：
由于HS/ H0=2.7/3.24=0.833，查《水闸设计规范》附录二中附表2.3得：σ=0.977
4、流量的验算：
Q= B0mσεH0
　 =12×0.385×0.977×0.948××3.24
　 =110.482(m3/s)＞78(m3/s)
即满足要求。
综上所述，闸的孔数n=3孔，闸孔单宽b0=4m，闸孔总净宽B0=12m。