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1、 节制闸初步设计 73 2020年4月19日 文档仅供参考 景观节制闸初步设计 1基本资料 1.1工程概况 为继续加快城市化进程，完善城市建设，拟建水闸工程作为近年城建重点工程，目的就是抬高流域河流的蓄水位，扩大市区水面，形成水上旅游风光带，利用水上旅游线路，将流域河流两岸文字博物馆、袁林、洹园、殷墟博物苑等景点联系在一起，把流域河流沿岸打造成为具有鲜明地方文化特色、开放性的滨河历史文化景观带，推进安阳市旅游发展步伐。 因此，拟建水闸工程为一座景观节制闸。主要任务是经过建设拦蓄工程抬升河道蓄水位，满足流域河道水上旅游要求。 1.2水文气象
2、 工程所在流域属温带大陆性气候区，冬季受蒙古、西伯利亚高气压控制，天气寒冷干燥且多风沙，夏季由于冷暖气团交接而多暴雨。多年平均最高气温32.2℃（6月）。全年无霜期200天，日照累计时数2388小时，日照率53%。冬春多北风，夏秋多南风，最大风速22m/s，汛期多年平均最大风速9.9m/s。多年平均水面蒸发量约 mm，陆面蒸发量520mm，年际变化不大。多年平均降雨量600mm，年内分布极不均匀，汛期6～9月降雨量占全年的70%～80%，年际变化大，年最大与年最小相差2～4倍。 按设计洪水计算，流域河道50年一遇洪水洪峰流量为2300m3/s，1 一遇洪水洪峰流量为4000m3/s。 流
3、域泥沙大部分在汛期产生，水闸汛期敞泄，泥沙随洪水下泄到下游，非汛期闭门蓄水，蓄水水量大部分为水库弃水，含沙量小。流域闸址处淤积很小，可忽略不计。 1.3区域地质 闸址位于洹河桩号34+720处，该区地处流域冲积平原，地势较为平坦开阔。地面高程一般为69.92m～73.07m。场地地貌单元属冲积平原地貌。本场地内无全新活动断裂，属稳定场地。 在勘探深度范围内，地层由第四系全新统（Q4al）、上更新统（Q3al）冲积物组成。根据不同时代、成因类型和工程地质性能，将地层划分为九个工程地质单元，见表1-1和表1-2。 表1-1各单元地基土情况及压缩系数和压缩模量建议值 单元 ① ② ③
4、 ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ 平均厚度/m 4.9 2.7 5.5 4.9 5.9 4.3 3.2 3.4 最大揭露厚度8.5m 层底高程/m 62.51～66.58 56.45～57.08 55.00～63.88 60.56～62.30 54.70～58.06 51.98～57.80 49.09～56.80 45.49～46.65 36.99m以下 av0.1-0.2 (MPa-1) 0.364 0.265 0.293 0.272 0.330 0.300 0.280 0.220 Es0.1-0.2 (MPa) 6.4
5、5 10* 6.43 6.09 7.98 5.39 6.34 6.00 8.54 压缩性评价 中等 中等 中等 中等 中等 中等 中等 中等 表1-2 各层土的承载力特征值及抗剪强度建议值表 单元 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ 承载力基本容许值fao（kPa） 120 130 80 110 120 150 160 170 200 C（kPa） 12.0 0 7.6 12.0 21.0 22.0 φ(°) 20.0 35.0 18.0 24.0 20.0 20.0
6、 工程所在区域为区域构造稳定性较好地区，根据国家质量技术监督局 发布的《中国地震参数区划图》及《建筑物抗震设计规范》（GB50011- ），该地区地震基本烈度为6度，地震动参数为0.20g，建筑物按6度设防，地震动反映谱特征周期0.35s。 勘探期间，在30.0m的勘探深度范围内，各钻孔均见地下水，地下水位埋深在5.0m～11.2m之间，水位高程在61.80m～62.00m之间。地下水类型属潜水，主要由河水下渗、侧渗补给，地下水变化幅度为1m～4m，多年动态变化主要受大气降水控制。 1.4地质评价 （1）拟建水闸场地地层左右岸差异大，地基土不均匀，总体上来说无明显的不良工程地
7、质现象，适宜于本工程的建筑。 （2）根据当地气象局资料，本场地土的标准冻结深度为0.4m。 （3）本场地地震动峰值加速度为0.20g，对应的地震基本烈度为6度，地震动反映谱特征周期0.35s。综合构造物地表以下20.0m深度范围内的土层，本场地可综合评定为Ⅱ类场地土。 （4）闸底板高程61.84m，基础位于（2）～（5）单元地基土中，地基承载力特征值80～120kpa。根据拟建构筑物及该场地地层岩性结构情况，拟采用复合地基进行加固处理。 （5）地质报告中提出第（2）、（3）单元土不存在地震液化问题。 1.5工程规模 根据当地防洪标准，节制闸按50年一遇洪水流量设计，流量为2300m
8、3/s，闸址断面相应水位为70.90m。超50年一遇洪水走分洪道，不再按1 一遇洪水流量校核。水闸设计蓄水位69.74m，蓄水高度7.9m。水闸为大（2）型工程，工程等别为Ⅱ等，主要建筑物级别为2级。闸室上部设工作桥一座，考虑设备吊装及维修启重车辆，设计荷载标准采用公路Ⅱ级。另外，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》上游翼墙等次要建筑物按3级建筑物设计，临时工程按照4级建筑设计。 2 闸孔设计 2.1闸址选择 基本资料中已经选定了闸址位置并给出了闸基地质资料、址地形资料和闸址处的渠道断面为梯形，边坡系数m=2，渠道糙率n=0.025，渠道纵比降i=0.0002，渠底高程为61.84m，
9、渠底宽度为152m。 2.2堰型及堰顶高程的确定 2.2.1闸孔形式的确定 本节制闸主要任务是正常情况下拦截河水抬升河道蓄水位，以满足流域河道水上旅游要求，而当洪水来临时，开闸泄水，以保证防洪安全。由于是在平原河道上修建节制闸，应具有较大的超泄能力，并利于排除漂浮物、泥沙，因此采用宽顶堰。 2.2.2堰顶高程的确定 地板应置于较为坚实的土层上，并应尽量利用天然地基。在地基强调能够满足要求的条件下，底板高程定得高些，闸室稳定得高些，闸室宽度大，两岸连接建筑物相对较低。对于小型水闸，由于两岸连接建筑在整个工程中所占比重较大，因而总的工程造价可能是经济的，在大型水闸中，由于闸室工程量所占比
10、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，由于单款流量加大，将会增加下游效能防冲的工程量，闸门增高，启闭设备的容量也随之增大。 一般情况下，节制闸的底板顶面可与河床齐平。因此本设计采用堰顶高程与河床同高，即底板高程取61.84m。 2.3孔口设计水位组合 孔口设计水位见表2-1。 表2-1孔口设计水位组合表 计算情况 闸上水位（m） 闸下水位(m) 过水流量(m3/s) 设计情况 69.74 69.44 2300 校核情况 同上 2.4闸孔宽度的确定 2.4.1拟定闸孔宽度 （1）计算孔口净宽B0 设计情况下计算示意
11、图如下图2-1。 图2-1 计算示意图 过水断面面积A=(B+mh)h=(152+2×7.9)×7.9=1325.62㎡； 行进流速v=Q/A=2300/1325.62=1.74(m/s)； 行进水头v2/2g=1.742/19.6=0.15m； 堰上总水头H0=H+v2/2g=0.15+7.9=8.05m； 堰顶算起的下游水深hs=69.44-61.84=7.6m； hs/ H0=7.6/8.05=0.94＞0.8，因此为淹没出流。 且hs/ H0=0.94＞0.9，查《水闸设计规范》[2]，可采用如下堰流公式计算 (2-1) 式中：(2-2)。 由hs/ H
12、0=7.6/8.08=0.94>0.8，为淹没出流，查《水闸设计规范》[2]表A.0.2，如下表2-2： 表2-2μ0值 Hs/H0 0.90 0.91 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.99 0.995 0.998 μ0 0.940 0.945 0.950 0.955 0.961 0.967 0.973 0.979 0.986 0.993 0.996 0.998 得μ0=0.961。 则闸孔总净宽 B0===105.62m 校核情况同设计情况，因此闸孔净宽为：B0=105.62m，取整B0=
13、106m。 （2）确定孔宽和孔数 由《水工建筑物》[1]305页知道，中国大、中型水闸的单孔宽度l0一般取8～12m，且水闸孔总净宽不应大于设计算出总净宽的3%--5%，这里取B0=110m，闸孔单宽l0=10m，闸孔个数n=110÷10=11个，闸墩12个。由资料知闸基承载力较好，确定采用整体式底板，依据 《水闸设计规范》[2]土基上的分段长度不宜超过35m，确定两边采用两孔一联，中间三孔一联，共五联，因此缝墩4个，中墩6个，边墩2个，它们的厚度依次是1.6m、1.2m、1m。 2.4.2计算闸孔实际过流能力 设计情况下 =2395.5 m3 ，满足设计排洪安全要求。 2.4.
14、3 闸孔布置图 根据上面计算结果可推算出闸室总宽 闸孔总净宽为110m； 缝墩总宽为4×1.6=6.4m； 中墩总宽为6×1.2=7.2m； 边墩总宽为2×1=2m； 闸室总宽=闸孔总净宽+缝墩总宽+中墩总宽+边墩总宽 =110+6.4+7.2+2=125.6m 综上所述，闸孔11个，两边采用两孔一联，中间采用三孔一联，共5联。 闸孔布置如图2-2。 图2-2 闸室布置图（单位：m） 3消能防冲设计 3.1 消能防冲设计的控制情况 由于本闸位于平原地区，一般水头低下游水位变幅大，又因为河床抗冲刷能力较低，因此采用底流式消能。 之前经过计算可知当设计洪水位和校核洪水时
15、闸门全开宣泄洪水为淹没出流，此时无须消能。闸前为设计水位7.9 m，部分闸门局部开启，只宣泄较小流量时，下流水位不高，闸下射流速较大，才会出现严重的冲刷河床现象，必须设置相应的消能设施。这里用设计水位7.9 m 闸门局部开启情况，作为消能防冲的设计控制情况。 为了确保水闸安全运行，能够规定闸门按 1、3、5、7、9、11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，找出消力池深度和池长的控制条件。 3.2闸门不同开度下出闸水流情况 3.2.1 闸门不同开度e下出闸流量Q 闸孔出闸流量计算 当≤0.65为闸孔出流，计算采用公式 （3-1） 式中：b为闸孔宽度，m； 为
16、闸前水深，m； n为开闸孔数； e为闸孔开度； 为流量系数，。 以开孔数N=1时为例，具体计算结果如表3-1。 表3-1 闸门不同开度e下出闸流量Q 参数 N e（m） H（m） e/H ε2 μ Q（m3/s） 设计情况 1 0.8 7.9 0.101 0.615 0.582 57.954 1 1.6 7.9 0.203 0.620 0.564 112.360 1 2.4 7.9 0.304 0.625 0.547 163.218 1 3.2 7.9 0.405 0.631 0.529 210.527 1
17、 4.0 7.9 0.506 0.646 0.511 254.288 1 4.8 7.9 0.608 0.663 0.493 294.500 3.2.2闸后水跃 闸后跃后水深计算按如下公式 （3-2） 式中：——收缩水深，m，； ——垂直收缩系数，取值查《水力学》[3]表7-12（P252）； ——收缩断面流速，m/s，。 以开孔数N=1时为例，如表3-2（接表3-1）。 表3-2出闸流量Q对应闸后跃后水深hc'' Q（m3/s） e（m） ε2 hc（m） vc（m/s） hc''（m） 57.954 0.8 0.615 0.492
18、 11.779 3.495 112.360 1.6 0.620 0.992 11.327 4.624 163.218 2.4 0.625 1.500 10.881 5.317 210.527 3.2 0.631 2.019 10.426 5.759 254.288 4.0 0.646 2.584 9.841 5.970 294.500 4.8 0.663 3.182 9.254 6.034 3.2.3下游渠道水深及出流情况 （1）泄水时下游水深hs的确定 下游渠道按均匀流流量公式计算，经过试算法计算出下游水位hs。计算按
19、如下流量公式 （3-3） 式中：，m1/2/s； R为水力半径，m； i为渠道纵比降，i=0.0002； n为渠道糙率，n=0.025。 （2）水闸出流情况 当hs≤时，为自由出流；当hs≥时，为淹没出流。 以开孔数N=1时为例，如表3-3（接表3-2）。 表3-3流量Q下渠道下游水深hs及出流情况 Q (m3/s) hs (m) A (m2) C (m1/2/s) R (m) Q (m3/s)） X (m) hc''-h0 (m) 状态 57.954 0.764 117.323 38.169 0.755 58.000 155.
20、418 2.730 自由出流 112.360 1.133 174.861 40.722 1.113 112.000 157.069 3.491 自由出流 163.218 1.419 219.727 42.245 1.388 163.000 158.346 3.898 自由出流 210.527 1.656 257.217 43.320 1.614 211.000 159.406 4.103 自由出流 254.288 1.850 288.121 44.107 1.798 254.000 160.276 4.120 自由出流
21、 294.500 2.024 315.795 44.751 1.961 295.000 161.050 4.011 自由出流 3.2.4多种开启方式下开启高度对出流状态影响 闸门按 1、3、5、7、9、11孔对称方式开启。 对于闸门不同开启孔数，以及不同开启度进行组合计算，得到表3-4，方法同前。 表3-4 多种开启方式下的出流状态 参数 N e (m) H (m) Q (m3/s) hc'' (m) h0 (m) hc''-hs (m) 状态 设计情况 1 0.8 7.9 57.954 3.495 0.764 2.7
22、30 自由出流 1.6 7.9 112.360 4.624 1.133 3.491 自由出流 2.4 7.9 163.218 5.317 1.419 3.898 自由出流 3.2 7.9 210.527 5.759 1.656 4.103 自由出流 4 7.9 254.288 5.970 1.850 4.120 自由出流 4.8 7.9 294.500 6.034 2.024 4.011 自由出流 3 0.8 7.9 173.863 3.495 1.476 2.019 自由出流 1.6 7.9 337
23、081 4.624 2.191 2.433 自由出流 2.4 7.9 489.654 5.317 2.740 2.576 自由出流 3.2 7.9 631.582 5.759 3.190 2.569 自由出流 4 7.9 762.864 5.970 3.569 2.401 自由出流 4.8 7.9 883.500 6.034 3.896 2.138 自由出流 5 0.8 7.9 289.772 3.495 2.003 1.492 自由出流 1.6 7.9 561.802 4.624 2.974 1.6
24、50 自由出流 2.4 7.9 816.090 5.317 3.715 1.602 自由出流 3.2 7.9 1052.636 5.759 4.324 1.435 自由出流 4 7.9 1271.439 5.970 4.835 1.135 自由出流 4.8 7.9 1472.501 6.034 5.278 0.757 自由出流 7 0.8 7.9 405.681 3.495 2.449 1.045 自由出流 1.6 7.9 786.523 4.624 3.636 0.989 自由出流 2.4 7.9
25、1142.526 5.317 4.540 0.777 自由出流 3.2 7.9 1473.690 5.759 5.280 0.479 自由出流 4 7.9 1780.015 5.970 5.905 0.065 自由出流 4.8 7.9 2061.501 6.034 6.442 -0.407 淹没出流 9 0.8 7.9 521.590 3.495 2.846 0.649 自由出流 1.6 7.9 1011.244 4.624 4.220 0.404 自由出流 2.4 7.9 1468.962 5.317
26、5.269 0.048 自由出流 3.2 7.9 1894.745 5.759 6.128 -0.369 淹没出流 4 7.9 2288.591 5.970 6.852 -0.882 淹没出流 4.8 7.9 2650.501 6.034 —— —— —— 11 0.8 7.9 637.499 3.495 3.205 0.290 自由出流 1.6 7.9 1235.965 4.624 4.756 -0.131 淹没出流 2.4 7.9 1795.398 5.317 5.934 -0.617 淹没出流 3
27、2 7.9 2315.799 5.759 —— —— —— 4 7.9 2797.167 5.970 —— —— —— 4.8 7.9 3239.501 6.034 —— —— —— 3.3 消力池设计 3.3.1 消力池形式的选定 消力池有三种类型：1、挖深式消力池，适用于闸下尾水深度小于跃后水深1.0~1.5m的情况。2、突槛式消力池，适用于闸下尾水深度略小于跃后水深的情况。3、综合式消力池，适用于闸下尾水深度小于跃后水深1.5~3.0m的情况。本工程采用挖深式消力池。 3.3.2 消力池池深的计算 （1）水位组合 由计算表3-4分析知
28、闸门开1孔，开度e=4m时，下游出流状态最不好。因此取闸门开1孔，初始开度e=4m，初始流量Q=254(m3/s)时，为消力池的设计情况。消力池池深计算水位组合见表3-5。 表3-5消力池池深计算水位组合表 计算情况 闸上水位（m） 闸下水位(m) 初始流量(m3/s)() 设计情况 7.9 1.85 254 校核情况 同上 （2）消力池池深计算 消力池池深计算步骤如下 首先假设=0.5m； 1)闸前流速=（3-4），m/s； 2)闸前总水头H0 =H+（3-5），m； 3)由消力池底板顶面算起的总势能T0= H0+d（3-6），m； 4)过闸单宽流量q=
29、Q/B（3-7），m2/s； 5)由公式（3-8）迭代计算收缩断面水深，=（3-9），m，（流速系数由《水学力》[3]查得取0.98）； 6)跃后水深（3-10），m，（近似为1）； 7)出池落差（3-11），m； 8)池深（3-12），m，(若取,若带入此时的d值重新计算)。 式中： 为出池河床水深，m； 为水跃淹没系数，可采用1.05-1.10,取1.05； 为消力池首段宽度，m； 为消力池末段宽度，m； 为水流动能矫正系数，可采用1.0-1.05，取1。 计算结果列表如表3-6。 表3-6消力池池深计算 参 数 A (m2) Q (m3) V
30、 (m/s) H0 (m) Q (m3/m·s) d0 (m) T0 (m) hc (m) (m) △Z (m) D (m) 设计情况 1326 254.3 0.19 7.9 25.43 0.5 8.4 2.39 6.33 9.21 -4.4 设计情况是指：先假设消力池池深为0.5m带入计算最后求得d＜0.5m。因此取d=0.5m。 3.3.3 消力池长度的计算 （1）按设计情况计算 1）水跃长度的计算 L J＝6.9(h"C-hC) （3-13） 由表3-6可知-最大为h"C-hC=3.94m，则LJ ＝6.9×3.9
31、4=27.2m。 2）消力池长度的计算 LsJ＝Ls+βLJ（3-14） 式中：β为水跃长度校正系数,可采用0.7～0.8，取β=0.8； Ls为消力池斜坡段长度。 本设计斜坡段采用1:4的坡度，则Ls为2m； 则LsJ＝Ls+βLJ=2+0.8×27.2=23.8m。 （2）校核情况同设计情况。 3.3.4 消力池底板厚度的计算 根据抗冲要求，计算消力池底板厚度，计算按如下公式 （3-15） 式中：t为消力池底板始端厚度，m； ΔH'为闸孔泄水时的上,下游水位差，m； k1为消力池底板计算系数,可采用0.15～0.20，取0.2。 q、ΔH'，设计情况同计算消力池
32、池深情况，可知q=25.4，ΔH'=5.51m； 则=1.54m，取1.6 m。 为了便于施工，消力池的底板作成等厚。为了增强护坦板的抗滑稳定，在消力池末端设置齿墙，齿墙深度取为0.7m，齿墙底宽取0.7m，斜坡比取1:1。 3.4 海漫设计 3.4.1海漫长度的计算 当=1～9，且消能扩散良好时，海漫长度计算可按公式 （3-16） 式中：为海漫长度，m； 为消力池末端单宽流量，m2/s； 为闸孔泄水时上下游水位差，m； 为海漫长度计算系数，按下表3-7查得，取Ks=10。 表3-7海漫长度计算系数 河床土质 粉砂、细沙 中砂、粗砂粉质壤土 粉质粘土 坚硬粘土
33、 14～13 12～11 10～9 8～7 设计情况下时，Q=2300m3/s，对应下游水深为hs=6.87m，水面宽度为b=179.48m，则qs=12.8m3/m.s，△H=1.03m。 分设计与校核两种情况计算取大值，计算结果如表3-8所示。 表3-8海漫长度计算表 参数 Q (m3/s) hs(m) b(m) (m3/s.m) (m) (m) 设计情况 2300 6.87 179.48 12.8 1.03 10 36 3.6 校核情况 同上 因此确定海漫长度为Lp=36m。 3.4.2海漫构造的确定 因为对海漫要求有一定
34、的粗糙度，以便进一步消除余能，并有一定的透水性、有一定的柔性，因此选择在海漫的起始段为10m长的浆砌石水平段，因为浆砌石的抗冲性能较好，其顶面高程与护坦齐平。后26m做成坡度为1:10的干砌石段，以使水流均匀扩散，调整流速分布，保护河床不受冲刷。海漫厚度为0.6m，下设反滤层，其中上部为30cm厚的大砾石层，中间为20cm厚的小砾石层，下部为10cm厚的砂层。 3.5冲刷坑及防冲槽设计 3.5.1 冲刷坑深度的计算 海漫末端的河床冲刷深度计算可按公式 （3-17） 式中：为海漫末端河床冲刷深度，m； 为海漫末端单宽流量，m2/s； 为河床土质允许不冲流速，m/s，由《水力学》[3
35、]表6-5查得该渠道=0.8m/s； 为海漫末端河床水深，m。 设计情况下，海漫末端河床水深=6.87+20/10=8.87m，其它数据同表3-8。 海漫末端的河床冲刷深度计算如表3-9。 表3-9冲刷坑深度的计算 参数 Q(m3/s) b(m) ( m2/s) (m/s) (m) (m) 设计情况 2300 179.48 12.8 0.8 8.87 8.73 校核情况 同上 3.5.2 防冲槽尺寸的确定 一般=1.5～2.0m，即当1.5～2.0m，取=1.5～2.0m。由于计算出的=8.73m＞2m，取=2m。底宽b=(2～3)，取b=3×=6m
36、上游坡率m1=2~3，取m1=2，下游坡率m2=3。防冲槽的断面面积，根据下游河床冲至最深时，石块坍塌在冲刷坑上游坡面所需要的面积A确定，应满足A=（为堆石自然形成的护面厚度，取用>0.5m；n为上游边坡系数），A的最小值应为A===2.24m2。初定防冲槽深度为=2m，底宽b=6m。上游边坡m1=2，下游边坡m2=3，则其断面面积为A=22 m2，满足要求。 4防渗排水设计 4.1 地下轮廓线布置 4.1.1 防渗设计目的 防止闸基渗透变形，减小闸基渗透压力，减小水量损失，合理选用地下轮廓尺寸。 4.1.2 布置原则 防渗设计一般采用防渗和排水相结合的原则，即在高水位侧采用
37、铺盖、板桩、齿墙等防渗设备，用以延长渗径、减小渗透坡降和闸底板下的渗透压力；在低水位侧设置排水设施，如面层排水、排水孔排水或减压井与下游连通，使地下渗水尽快排出，以减小渗透压力，并防止在渗流出口附近发生渗透变形。 4.1.3 地下轮廓线的确定 （1）防渗长度的拟定 防渗长度初拟值按如下公式计算 L=C·（4-1） 式中：L为闸基防渗长度，包括水平段、铅直段及倾斜段； 为上、下游最大水位差，m； C为允许渗径系数，按《水闸设计规范》[2]表4.3.2选用，如下表4-1。 表4-1允许渗径系数 地基类别 排水条件 粉砂 细砂 中砂 粗砂 中砾 细砾 粗砾 夹
38、卵 石 轻粉质砂壤土 轻砂 壤土 壤土 粘土 有虑层 13～9 9～7 7～5 5～4 4～3 3～2.5 11～7 9～5 5～3 3～2 无虑层 7～4 4～3 设计情况下的最大水位差=7.9m，本水闸持力层为粘土。由表4-1查得允许渗径系数C=3。则=C·=3×7.9=23.7m。 （2）防渗设备 由于闸基土质以黏性土为主，防渗设备采用黏土铺盖，闸底板上、下游侧设置齿墙，为了避免破坏天然的黏土结构，不宜设置板桩。 (3）防渗设备尺寸及构造 1）闸底板顺水流方向长度L=·A，据闸基土质为粉质黏土，从《水利水电
39、工程专业毕业设计指南》[8]，知道A取2.5～4.0，取A=2.5；为上下游最大水头差，取7.9m。闸底板顺水流方向长度L=2.5×7.9=19.8m，经综合考虑上部结构布置及地基承载力等要求，确定闸底板长度为20m； 2）底板厚度必须满足强度和刚度的要求，大、中型水闸可取（1/6～1/8）l0(l0为闸孔净宽)，一般为1.0～2.0m,最薄不宜小于0.6m，则闸底板厚度取1.5m； 3）闸室底板的上、下游端均宜设置齿墙,齿墙深度可采用0.5～1.5m，齿墙深度取为0.7m，齿墙底宽取0.7m，斜坡比取1:1。 4）铺盖长度3～5倍上下游最大水头差,取24m，为便于施工，上游端厚取为0.
40、6m，末端取为1.5m，铺盖下游齿墙深度采用0.7m，以便和闸底板连接。 （4）校核地下轮廓线的长度 实际的地下轮廓线布置长度应大于理论的地下轮廓线长度。根据以上设计数据，则，闸基防渗长度=铺盖长度+闸底板长度+齿墙长度=24+20+5.8m=49.8m＞23.7m，经过校核，满足要求。 4.2排水设施、止水设备布置 4.2.1排水设施的作用 采用排水设备，可降低渗透压力，排除渗水，避免渗透变形，增加下游的稳定性。排水的位置直接影响渗透压力的大小和分布，应根据地质情况和水闸的工作条件，做到既减小渗压又避免渗透变形。 4.2.2排水设施设计 （1）铅直排水 为了降低底板下部的的渗
41、透压力，本工程在护坦设排水孔，孔距为2m，孔径为10cm，呈梅花形布置，孔后设反滤层。 （2）水平排水 水平排水为加厚反滤层中的大颗粒层形成平铺层。排水反滤层一般由2—3层不同粒径的沙砾石组成。层次排列尽量与渗流的方向垂直，各层次的粒径则按渗流方向逐层增大。反滤层的材料应该是能抗风化的砂石料，并满足被保护土壤的颗粒不得穿过反滤层，各层的颗粒不得发生移动，相邻的两层间，较小一层的颗粒不得穿过较粗的一层的空隙，反滤层不能被阻塞，应具有足够的透水性，以保证排水通畅，同时还应该保证耐久、稳定，其工作性能和效果应不随时间的推移和环境的改变而改变。 本设计中的反滤层由碎室、中砂、和细砂组成，其中上部
42、为30cm厚的大砾石层，中间为20cm厚的小砾石层，下部为10cm厚的砂层。 4.2.3止水设备设计 凡是有防渗要求的缝，都应设止水设备。止水分铅直止水和水平止水两种。前者设在闸墩中间、边墩与翼墙间以及上游翼墙铅直缝中，后者设在黏土铺盖保护层上的温度沉降缝、消力池与底板温度沉降缝、翼墙和消力池本身的温度沉降缝内。 本水闸设计中铅直止水采用在铅直缝间设置紫铜片和沥青油毛毡，水平止水采用温度沉降缝间设置止水片，缝下采用沥青麻布封底止水。 4.3 渗流计算 4.3.1渗流计算的目的 计算闸底板各点渗透压力，验算地基土在初步拟定的地下轮廓线下的渗透稳定性。 4.3.2 计算方法 计算方
43、法有直线法、流网法和改进阻力系数法，由于改进阻力系数法方便实用，采用此种方法进行渗流计算。 4.3.3计算地基有效深度 地基有效深度确定可用公式 当，Te=0.5L0（4-2） ，（4-3） 式中： L0为地下轮廓的水平投影长度； S0为地下轮廓的垂直投影长度。 当计算的Te值大于地基实际深度时，Te值应按地基实际深度采用。 本设计中地下轮廓的水平投影长度L0=铺盖长+闸底板长度=24+20 =44m，地下轮廓的垂直投影长度S0=2.2m。 因为，则地基有效深度T e =0.5×44=22m。 由于Te大于实际地基透水层T=11.2m，则取T e=11.2m。 4.3.
44、4计算各典型段的阻尼系数 （1）分段 经过地下轮廓的各角点与尖端将渗流区域分成9个典型段，九个典型段中 1、9 段为进出口段3、5、7 段为内部垂直段2、4、6、8段为内部水平段。如图4-1。 图4-1 改进阻力系数法分区示意图 （2）各典型段的几何特征及阻尼系数计算见表4-2。 表4-2 各典型段阻尼系数计算表 段号 段别 S（m） T（m） L（m） 备注 1 进口段 0.6 11.2 —— 0.46 各典型段阻尼系数计算公式： ①进、出口段 ②内部垂直段 ③内部水平段 2 内部水平段 0 0.7 10.15 23.3
45、 2.25 3 内部垂直段 0.7 10.15 —— 0.07 4 内部水平段 0 0 9 1.4 0.16 5 内部垂直段 0.7 9.7 —— 0.07 6 内部水平段 0.7 0.7 9.7 18.6 1.82 7 内部垂直段 0.7 9.7 —— 0.07 8 内部水平段 0 0 9 0.7 0.08 9 出口段 1.5 11.2 —— 0.51 ∑ 5.6 44 5.49 4.3.5各典型段渗压水头损失计算 各典型段渗压水头损失按公式（4-4）计算，由于设计与校核情况相同
46、因此只需按照其中一种情况计算即可，各典型段渗压水头损失具体计算结果见表4-3。 表4-3各典型段渗压水头损失计算表 计算 情况 分段 编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 (m) 0.46 2.25 0.07 0.16 0.07 1.82 0.07 0.08 0.51 7.9 （m） 0.66 3.24 0.10 0.23 0.10 2.62 0.10 0.12 0.73 4.3.6进、出口段修正及各区段渗压水头损失调整 （1）阻力修正系数，进、出口水头损失与修正后水头损失值的计算按公式 （4-5） 其中：
47、4-6）； 为进、出口水头损失，m； 为修正后的进出后损失值，m； 为阻力修正系数，当1时，取=1.0； 为底板埋深与板桩入土深度之和，或为齿墙外侧埋深，m； 为板桩另一侧地基透水层深度,或为齿墙底部至计算深度线的垂直距离，m； ——地基透水层深度，m。 则修正后进、出口段水头损失将减少△h=（1-）（4-7）。 具体计算结果如表4-4。 表4-4进、出口水头损失与修正后水头损失值计算表 计算情况 (m) (m) (m) (m) (m) △h(m) 进口 0.6 11.2 11.2 0.58 0.66 0.38 0.28 出口 2.2
48、 11.2 11.2 0.93 0.73 0.68 0.05 （2）其它各段休整后的水头损失 进口段后一段水头损失，先用进口段后一段水头损失与进口段损失减少值相比较；出口段前一段水头损失，先用出口段前一段水头损失与出口段损失减少值相比较。 若hx≥△h，则按hx’=hx+△h修正； 若hx＜△h，则与进或出口段的后或前二段水头损失的和相比较； 若hx+hy≥△h，则按hx’=2hx，hy’=hy+△h-hx修正； 若hx+hy＜△h，则按hx’=2hx，hy’=2hy,，hCD’=hCD+△h-(hx+hy)修正； hCD为与进出口段相邻的第三个典型流段的水头损失。
49、h2=3.24≥△h1=0.28，则按h2’=h2+△h=3.24+0.28=3.52m修正； h8=0.12≥△h1=0.05，则按h8’=h8+△h=0.12+0.05=0.17m修正； 其它段不变。 （3）修正后的各典型段渗压水头损失 则修正后的各典型段渗压水头损失见表4-5。 表4-5修正后的各典型段渗压水头损失计算表 计算情况 分段 编号 （1） (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (m) 0.46 2.25 0.07 0.16 0.07 1.82 0.07 0.08 0.51 7.9 （m
50、 0.38 3.52 0.10 0.23 0.10 2.62 0.10 0.17 0.68 4.3.7各渗流角点处的渗压水头的计算 用前面算得的各段的水头损失进行计算，总的水头差为7.9m。各段后角点渗压水头=该段前角点渗压水头—此段的水头损失值，计算结果见表4-6。 表4-6各渗流角点处的渗压水头的计算表 渗压水头(m) 设计情况 7.9 7.52 4 3.9 3.67 3.57 0.95 0.85 0.68 0 根据各角点处的渗压水头，作闸底渗压水头力分布图如图4-2。 图4-2 闸底板渗透压
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