水闸毕业设计(7)

4 1﹟闸坝的设计

ε—侧向收缩系数; m—流量系数;

H0—包括行近流速在内的堰顶水头(m)。 B0?312.31?0.991?0.3419.61.99932=73.97m 现设计为70m。

4.2.2 消能、水跃计算

此种情况下的出闸水流属闸孔出流,其计算公式为:

Q??be2gH0 （17）

得: e?Q?b2gH

0 式中: Q—引水流量(m3s); ?—流量系数; b—闸孔总净宽(m); e—闸门开度(m);

H0—相应水位下的包括行近流速在内的堰顶总水头(m)。 计算: e?312.30.481?70?2?9.8?3.5?1.12m

收缩断面的水深hc:

hc??2e 式中: hc—收缩断面的水深(m);

（e ?2—垂直收缩系数,经查表,

H?0.35),?2?0.628;

e—闸门开度(m)。 计算: hc?0.628?1.12?0.703m 其共轭水深hc,即跃后水深可按下式计算:

hc?\\\hc2(1?8Frc?1) （18）

2 式中: hc—跃后水深(m);

hc—收缩断面水深,即跃前水深(m);

25 青海大学水电系

青海大学本科毕业设计：巴音河（德令哈市区段）河道治理工程

Frc—收缩断面的弗汝德数。

v2[312.3?2计算: Frc?(0.703?70)]2ghc29.8?0.703?5.85

hc\?0.703[1?8?5.85?1]?2.08m

下游水深ht: ht?2980.15?2978.22?1.93m

因为ht〈hc\故下游产生远驱式水跃衔接，为了使下游产生淹没式水跃衔接，现拟设计一降低护坦高程的平底消力池。

4.2.3 消力池的设计

消力池布置在闸室之后，池底与闸室底板之间用1：4的斜坡连接。引水流量未312.3 m3/s，上游水位为2981.72m，下游水位为2980.15m。 4.2.3.1 消力池深度计算

q?312.3m

3临界水深hk?3q2g?3312.39.82?1.54m

hc?0.703m hc?2.08m ht?1.93m

''先由下式估算池深的数值：d??jhc?ht 式中：?j ---水跃淹没系数，可采用1.05—1.10

d?1.10?2.08?1.93?1.03m 设d=1.00m，于是

H?H?d?3.19?1.00?4.19'''

式中：H'----加入消力池深的堰上水头；

H-----堰上水头； d---消力池深 ?0?4.19m1.54m?2.72m

''由水力学附图1查得：hc?1.74m

?z?q22g(?ht)[1'2?1(?jhc1)''2] （19）

式中：?---消力池流速系数取0.95；

26 青海大学水电系

'4 1﹟闸坝的设计

?j---水跃淹没系数，可采用1.05—1.10；

hc----护坦高程降低后收缩水深的跃后水深； ?z---水面跌落值；

''计算得：?z=0.03m

d??jhc?(ht??z)?1.00m

''与原假设符合，故所求池深为d=1.00m。 4.2.3.2 长度的计算 可参照下列公式进行计算

Lsj??Lj （20）

Lj?6.9(hc?hc) （21）

\式中: Lsj—-消力坎至闸底板的距离(m); ?—-水跃长度校正系数,一般为0.7～0.8; Lj—-水跃长度(m); hc,hc—水跃前后水深(m)。

因为消力池上游侧有斜坡段，所以消力池的长度应为斜坡段水平投影长度与水平段长度之和，

Lsj=LS+?Lj

\式中：LS---斜坡段水平投影长度 如图4.4：

1:4

图4.4 消力池示意图

计算: LS=

11/4=4m LJ=6.9（hc-hc）=6.9?（2.08-0.703）=9.5m

''Lsj=LS+?Lj =4+0.7?9.5=12.3m取为12.5m。

4.2.3.3 消力池厚度(即护坦厚度)的确定

青海大学水电系

27 青海大学本科毕业设计：巴音河（德令哈市区段）河道治理工程

消力池的厚度应根据抗浮和抗冲要求确定,分别按下列计算公式进行计算:

抗冲: t1?k1q?H （22） 抗浮: t2?k2U?W?Pm?b （23）

式中: t1,t2—消力池(即护坦)底板始端厚度(m); q—过闸单流量(m3s);

?H—闸孔泄水时上下游水头差(m);

k1—消力池底板计算系数,可采用0.15～0.20; k2—消力池底板安全系数,可采用1.1～1.3; U—作用在消力池底板底面的扬压力(kPa); W—作用在消力池底板顶面上的水重(kPa);

Pm—作用在消力池底板上的脉动压力(kPa),其值可取跃前收缩断面流速水头值的5%;通常计算消力池底板前半部分的脉动压力时取“+”号,计算消力池底板后半部分的脉动压力时取“-”号;

?b—消力池底板 的饱和重度(kN/m3)。 注:消力池末端厚度,可采用计算: ① 抗冲要求: t1?0.18? ② 抗浮要求: t2?0.42m

t?max(t1,t2)?t1?50cm 即护坦厚度为50cm。

312.3702981.68?2980.15?0.50m

t2,但不宜小于0.5m。

4.2.4 海漫的设计

对水流经过消力池，虽已消除了大部分多余能量，但仍能有一定的剩余动能，特别是流速分布不均，脉动仍较剧烈，具有一定的冲刷能力。因此，护坦后仍需设置海漫等防冲加固设施，以使水流均匀扩散，并将流速分布逐渐调整到接近天然河道的水流形态。 海漫采用干砌石,其厚度为30cm。

海漫长度的计算公式:

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4 1﹟闸坝的设计

L?k2qH （23）

式中: L—海漫长度(m); k2—河床土质系数;

q—消力池出口处单宽流量(m3（s?m)); H—上下游最大水位差(m)。 估算: L?2.5?312.379?1.53?5m

4.3防渗与排水设计

4.3.1 防渗、排水体的布置

(1) 闸基防渗长度的初步拟定可以根据下面的公式估算:

L?C?H （24）

式中: L—闸基防渗长度,即地下轮廓线的长度(m); C—允许渗径系数,见下表;

?H—闸门上、下游最大水位差(m)。

表 4-2 允许渗径系数值表

地基类别排水条件 粉砂 有滤层 细砂 中砂 中砂 轻粉质 轻砂 壤土 粘土 细砾 13～9 9～7 7～5 4～3 —

—

—

砂壤土 壤土 11～7 9～5 5～3 3～2 —

—

7～4 4～3

无滤层 —

注:当闸基设板桩时,表中取小值。

闸基防渗长度L为:L?7?(2981.68?2980.15)?10.71m?11m ⑵铺盖的设计:

为了延长渗径，增加闸室的稳定性在闸底板上游设置铺盖。因为当地缺少适宜的粘性土壤，现选择采用钢筋混凝土铺盖，这种铺盖上游段的厚度约为0.25～0.4米，在底版处加厚，现设计为0.4米，铺盖的长度一般是闸上下游水头差的3～5倍。

L=（3～5）（2981.68-2980.15）=(4.71～7.85)m 现设计为5米。 铺盖上游端厚度设计为50cm,在与底板连接处加厚为100cm。 (3) 齿墙的设计:

闸底板的上、下游设置浅齿墙，按照规范：齿墙深度取为1.0m，除了防渗,齿墙的另一作用就是提高闸室的抗滑稳定性。 ⑷板桩的设计：

板桩的深度h?(0.6~1.0)H?(0.6~1.0)?(2981.68?2978.49)?1.914m~3.19m

29 青海大学水电系

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