学位论文-—水工建筑物课程设计.doc

合肥工业大学课程设计报告 水利水电工程2009级

课程设计报告

课设题目 临淄节制闸初步设计

姓 名

学 号

专业班级 水利水电工程专业2009级

指导教师

院系名称 土木与水利工程学院

临淄节制闸初步设计
1 基本资料
本工程位于流过山东省淄博市境内的淄河中游，距齐鲁石化进水闸的下游约2公里处设置的节制闸。目的是拦截淄河水流，抬高水位，以确保国家重点企业齐鲁石化和近数十万亩农田灌溉的供水。
淄河由沂蒙山脉为源头，从南至北，经临朐、青州、淄博、广饶汇入小清河，再流入渤海。淄河是一条季节性河流，汛期时来水流量较大，通常约600m3/s；枯水期时河流干涸，河床能行人。每当汛期山洪暴发，水流夹带大量泥砂，河床沉积着较厚的砂砾，而两岸的地表土为亚粘土。
1. 1 规划
流域面积：1670平方公里。
设计流量（5年一遇）：Q=560m3/s，相应的闸上水位：34.55m，闸下水位：33.75m。
校核流量（20年一遇）：Q=1300m3/s，相应的闸上水位：36.35m，闸下水位：35.62m。蓄水期水位：
1． 正常蓄水位：闸上34.55m，闸下29.98m（闸下无水）。
2． 最高蓄水位（校核水位）闸上35.90m，闸下31.98m。
3． 恶劣放水水位：闸上35.90m，闸下30.98m。
表1-1 闸下水位与流量关系
流量Q（m3/s）
0
50
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
水位H（m）
29.98
30.26
30.78
31.50
32.00
32.71
33.12
33.75
34.18
34.71
34.99
35.24
35.44
35.56
35.62
1.2 闸址的选定
经地质查勘，选定在淄博市临淄区以南，距齐鲁石化进水闸约2km处淄河的左岸河湾里。该处地势开阔，地质条件较好，便于多方案的比较，以便选出理想的闸址。
1. 3 闸址处的地质资料
根据钻探孔（见地形图）的地质资料看出，因受河流冲积影响，土层变化情况较复杂。具体如下：
1# 钻孔：位于淄河左岸上，自地面高程约36.00m向下至28.50m为亚粘土，土质坚实；高程28.50m至26.00m为粉质粘土，较坚实；高程26.00m至21.00m为粉土；高程21.00mm至15.00m为粉质粘土。
2#、3#、4#、5# 钻孔：同1# 钻孔地质资料。
6# 钻孔：位于淄河主河槽中，自河底高程29.98m至27.40m为冲积的砂砾；高程27.40m 至26.20m为粉质粘土；高程26.20m至21.50m为粉土；高程21.50m至15.20m 为粉质粘土。
7#、8#、9#、10#钻孔：基本同6#钻孔地质资料。
表1-2 地基土物理力学指标
土质
容量
(g/cm3)
饱和容量
(g/cm3)
渗透参数
k(cm/s)
允许渗透
坡降[J]
压缩模量
E(KN/cm3)）
孔隙比
e
抗剪指标
磨擦角
(度)
凝聚力
C(N/cm2)
亚粘土
1.81
2.0
4×10-5
1.1
600
0.8
18
1.6
粉质粘土
1.68
1.91
3×10-4
1.0
800
0.85
16
1.1
粉土
1.56
1.84
1×10-4
0.8
1200
0.9
14
0.9
参照附近水利工程抗冲流速的资料：亚粘土的抗冲流量V0=1.9m/s，粉质粘土的抗冲流速V0=1.7m/s，粉土的抗冲流速V0=1.0m/s。
1. 4 工程设计标准
根据该闸的规模及用途为Ⅱ级建筑物。

1. 5 交通要求及其他
1． 公路桥面高程为37.18m，双车道。桥面净宽为9m，按公路II级荷载标准设计。
2． 淄河无通航要求，不设船闸，也不设鱼道。
2 闸设计
2. 1 闸的选址与选型
2.1.1 闸址的选择
淄河是一条季节性河流，汛期时来水流量较大，通常约600m3/s；枯水期时河流干涸，河床能行人，因此有必要修建一处节制闸。节制闸是在拦河或者在渠道上修建，用于拦泄、调节水位以满足上游的齐鲁石化的引水需要。根据下游临淄用水需要，调节放水流量和控制下泄流量，并保证下游河道的安全。
为了同时满足齐鲁石化和临淄的用水需要，须根据水利条件、地质条件、水闸的功能发挥、施工条件以及美观效果等一系列条件来确定水闸的位置。在原河道上修建节制闸，为解决施工导流问题，常将闸址选在弯曲河道的凸岸，利用原河道导流，裁弯取直。根据临淄闸址的地形图，拟选取4个方案（详见地形图1），其中原河道上布置两个方案，河道的凸岸布置三个方案，通过比选，确定出最合理的方案。
方案一：在9#钻孔处布置水闸，水闸标记为I；
方案二：在7#钻孔处布置水闸，水闸标记为II；
方案三：在3#钻孔出开挖渠道并布置水闸，渠道标记为III；
方案四：在1#钻孔和2#钻孔之间开挖渠道并布置水闸，渠道标记为IV。
下面从水流、地质、施工条件、美观角度这四个方面个进行方案的比选：
从水流方面：过闸水流的形态是选择闸址的重要因素。要求做到以下几点：
1． 过闸水流平顺，流量分布均匀，不出现偏流和危害性冲刷或淤积；
2． 节制闸宜选在河道顺直、河道相对稳定的河段，闸的轴线宜于河道的中心线正交，并且闸的上游引河长多不宜过长；
3． 位于弯曲河段的节制闸宜布置在靠近河道深泓的岸边。
根据这三点对在原河道与新开挖河道上的方案进行必选。在原河道上修建水闸，虽然可以保证入闸水流较为平顺，但水闸的上下游连接段无法保证顺直；在水闸施工的过程中，需要设置围堰并修建临时导流渠道，保证下游的需水；在9#钻孔处修建的水闸I距齐鲁石化较近，而距临淄较远，在7#钻孔处修建的水闸II也会出现同样的问题，这也就不能够经济合理的满足两地对淄河水资源的利用。但是在原河道上修建水闸整个工程量较少。通过裁弯取直，在河道凸岸出选择2处开挖渠道并修建水闸。对于渠道3的选址，虽然渠道的开挖量较少，但原河道的水流并不能较平顺的流入，并会产生危害性的冲刷或者淤积。对于渠道4，此处的进水口流态较为平顺，流量分布均匀，不会产生偏流。虽然开挖量较大，但是对于修建优化水资源配置的工程，资金已经不是闸址选择的决定性因素。通过对水流这方面的考虑，发现在渠道4上修建水闸，较为合理。
从地质方面：7#、9#钻孔：在淄河主河槽中，自河底高程29.98m至27.40m为冲积的砂砾；高程27.40m 至26.20m为粉质粘土；高程26.20m至21.50m为粉土。在弯曲河道的凸岸的1#钻孔、2#钻孔处，自地面高程约36.00m向下至28.50m为亚粘土，土质坚实；高程28.50m至26.00m为粉质粘土，较坚实；高程26.00m至21.00m为粉土。通过看表1-2，不难发现亚粘土的渗透系数、孔隙比、压缩模量比粉质粘土、粉土的较小，抗剪指标又较优。从地基土物理力学指标看，宜在河道的凸岸修建水闸。
从施工条件方面：在河道上修建水闸，施工期间还要设置围堰，因此必须开挖临时导流渠道。对于方案三、四，新开挖的渠道可以作为新的河道，而原河道可以作为施工期间的临时导水渠道。
从美观角度方面，方案一、二只是满足了水闸功能，并未考虑美观效果。方案三、四修建后，除了能满足水闸的功能发挥外，新河道和原河道之间的河湾处距离临淄和青州等地区不远，并且这里山清水秀，非常适合建造建造一些度假区，供游人度假。因此从美观角度来说，方案三、四较优。
从水流水利条件，地质条件、施工条件以及美观效果这四个方面的综合考虑，方案四位最理想的方案。
虽说新渠道的位置已经确定，但是在该渠道的何处修建水闸仍需多个方案的比选。方案a，新渠道的上游；方案b；闸上的公路桥与原道路重合；方案c，济青路的下游。对于方案a，由于济青路与河道上游坡岸之间的距离过较短，不能同时满足水闸的上游连接段、下游连接段和闸室的总长度，因此不宜建造水闸。对于方案b，把闸上的交通桥当做济青路的一部分，那么在水闸施工的工程中，需要建一段临时道路，来维持道路的通行。由于临时的道路要与原道路有相同的交通流量，虽然不用修建施工道路，但该方案的施工量仍较大。对于方案c，修建在离济青路的北边。这样只需要修建一条施工道路，原道路仍正常通行，这样施工量就较小。新河道的下游也够长，能够满足水闸的总长度和水流的消能。综上所述，方案c较优。
通过各个方案的比选，就确定了新河道的位置，以及水闸的位置。新河道的断面形式为梯形，边坡为1:2.5，槽底的宽度为60m。
2.1.2 闸孔设计
1堰型选择
常用的堰型有：宽顶堰和低实用堰。
宽顶堰有利于泄洪、冲刷、排污、排冰，且泄流能力较为稳定，结构简单，施工方便，但在下游易产生波状水跃和折冲水流。低实用堰自由泄流时流量系数较大，水流条件较好，但泄流能力受尾水位变化 的影响较为明显，当以后，泄流能力将急剧下降，不如宽顶堰泄流时稳定，同时施工也较宽顶堰复杂。通过比较，则选择宽顶堰。
宽顶堰又可以分为有坎宽顶堰和无坎宽顶堰。因为此处修建的是节制闸，淄河里的大量泥砂，必须随着水流进入渠道，底板必须是无坎的。
这样确定的堰型就是无坎的宽顶堰。
2底板
底板可以分为整体式底板和分离式底板。对于承载能力较差的地基常常采用整体式底板。在坚硬、紧密或中等坚硬、紧密的地基上，常采用分离式底板。除此之外，分离式底板的造价要小于整体式底板。根据这两点，通过对河岸凸处地址的分析，该底板应选择分离式底板。底板的高程应该与河床持平，通过在地形图上测量，底板的高程取29.9m。
3闸门
闸门的结构选型布置应根据其受力情况控制运用要求、制作、运输、安装维修条件等，结合闸室结构布置合理选定。因为该处的闸门需要有足够的自重，并且有足够的强度，宜采用材质为混凝土的平面闸门。又因为该处水闸是节制闸门，河流是季节性河流，因此不需要设置检修闸门。
4闸墩
闸墩主要承受自重和水压力等荷载。闸墩的结构形式应根据闸室结构的抗滑稳定性和闸墩纵向刚度要求确定，一般常采用实体式。闸墩应满足在上游端使水流平顺，减小孔口水流的的侧收缩，下游端应减小墩后水流的水冠和冲击波等要求。故上游墩头多采用半圆形，下游墩头也采用半圆形。
2.2 孔口设计
1闸墩的尺寸
闸墩的厚度与闸门的形式有关，当采用平面闸门时，工作闸门的槽深取0.3m，宽取0.5m,中墩的厚度取1.2m,因此墩头的半径为0.6m，边墩的厚度取0.8m。详见图（2-1），单位m。
图2-1 闸墩的具体尺寸

2闸门的高度
闸门的高度是取决于校核水位时对应的水位，所以闸上的最高水位是6.45m，考虑的安全超高，闸门的高度为6.8m，水槽的高度取7.1m。则上游岸坡的高度为37m，下游岸坡的高度比上游的低0.2m，即为36.8m。
3 闸孔总净宽
该处河床的总宽度为60m，对于节制闸，闸孔的净距不宜过小。不妨先假设闸门为6孔，中墩的厚度取1.2m，槽深取0.3m，又因为河道的宽度为60m，每孔的净距为9m。
通过假设的闸门的个数来校核初步假设是否满足。原理是：根据已经假设的闸孔净距，可以求出通过该闸室的总流量Q0，Q0必须大于校核流量1300m3/s，这样才能满足要求。
已知该河道的校核流量为1300m3/s，对应的闸上水位为36.35m，闸下水位为35.62m，又因为闸底板的高程为29.9m，所以上下游的水深分别为6.65m，5.92m。
则过水断面面积
(2.1)

式中： b～河槽的宽度，m；
h～上游的水深，m；
m～上游边坡的坡度
通过公式求出A=510m2，则行进流速V0=Q/A=1300/510=2.55m3/s>V0=1.9m3/s，因此河段应该做相应的防止冲刷处理。行进水头V02/2g=0.33m，所以上游水头H0=0.33+6.45=6.78m，下游水头为5.72m，则需判断是不是为淹没出流。宽顶堰的淹没出流条件为hs>0.8H0，0.8H0=6.78*0.8=5.42<5.72，故为淹没出流。
计算闸孔净宽需用下式

（2.2）

式中：L0～闸孔总净宽，m；
Q～设计流量，m3/s；
H0～计入行进流速水头在内的堰顶水头，m；
m～宽顶堰的流量系数；
ε～侧流量收缩系数；
σ～淹没系数。
对于侧收缩系数和淹没系数可按下公式计算

(2.3)
(2.4)
（2.5）
式中：H0-～计入行近流速水头的堰上水深(m)；
　g～重力加速度,可采用9.81(m/s2 )；
　ε～堰流侧收缩系数；
　b0～闸孔净宽(m)；
εz～中闸孔侧收缩系数 ；
　dz～中闸墩厚度(m)
　εb～边闸孔侧收缩系数；
　bb～边闸墩顺水流向边缘线至上游河道水边线之间的距离(m)；
　 σ～堰流淹没系数；
　 通过上式可以求出此时的中墩及边墩系数，分别为εx=0.981,εb=0.989,然后再通过（2.6）式这样就可以求出整个闸室的侧收缩系数。

（2.6）

求出侧收缩系数后，可以通过式（2.5）求出淹没系数σ=0.927，这样就通过各个参数，就可以求出通过整个闸门的流量
Q0=0.927*54*0.982*0.385*6.78(6.78*2*9.81)½=1476m3/s>1300m3/s，

算出的流量值大于校核流量1300m3/s，但计算误差范围是不是在3%～5%内，但该处的校核流量选择是20年一遇的流量，为了安全储备，设计的过水流量可以稍大些，因此该闸孔的设计能够满足要求。
再分别假设闸门的个数为4个、5个、7个、8个、9个、10个，用同样的方法进行试算，详见附表1。通过进行试算，可以得出不同净距下的对应的流量，虽然得出在8个闸墩的情况下，误差范围在0～5%以内，但是此时净距过小，对于大中型水闸不合适。因此得出闸孔的个数选择6个较为合适。
2.3 工作桥
为了安装启闭设备和便于操作管理，需要在闸室上设置工作桥。因为该水闸闸室的总宽度为60m，中间有6个闸墩，桥梁的采用板式。板的大小一般取99cm35cm。桥的板底高程应高出最高洪水位0.5以上；若有流冰，应该高出流冰面以上0.2m。对于启闭设备采用活动式启闭机。
2.4 分缝方式和止水设备
2.4.1 分缝
为了防止和减少因地基不均匀沉降、温度变化及混凝土干缩引起的底板断裂和裂缝，对于多空水闸需要沿着轴线每个一定距离设置永久缝。建在土基上的水闸，缝距不宜大于35m，缝宽一般为2cm～3cm。该处闸室的底板为分离式，因此就不设缝，这样就可以减少工程量。除了在地板上设缝，在底板与铺盖、底板与消力池之间、铺盖、消力池与两岸翼墙之间、边墩与上下游翼墙及岸墙连接处均应设分缝。此外，混凝土及消力池本身也需设缝、分块。
2.4.2止水设备
凡具有防渗要求的缝，都应该设置止水。止水分铅直止水及水平止水两种。前者设置在边墩与翼墙间以及上游翼墙本身；后者设置在铺盖、消力池与底板和翼墙、底板和闸墩间，以及混凝土铺盖及消力池本身的温度沉降缝内。
2.5闸室的尺寸
闸室的尺度与河槽的宽度相等，即为60m。闸室的长度为闸墩的长度，根据上面所设计的可以求出闸墩的长度。闸墩上的公路桥是双行车道，每一车道的机动车道的标准长度为3.75m,人行车道的长度为1.5~2m，机动车道与人行车道之间还得有至少为0.5m的安全余量。所以每一车道的最小长度为5.75m，不妨取6m，所以整个公路桥的长度为12m。槽身处的尺寸为为0.5m，距离墩头必须有1m的安全量。墩头的直径为1.2m，则可以知道整个闸墩的长度为：0.6*1+1+0.5+1+12+1=16.1m。取整个闸室的长度为16.5m，详见图（2-1）。
3 消能防冲及防渗计算
3.1 消力池
水闸泄水时，部分势能转化为动能，流速增大，往往会产生波状水跃或者是折冲水流，为了不危害建筑物的安全，闸下必须设置消能防冲的措施。该处的水闸由于水头较低，下游水位变幅大，一般常采用底流式消能。底流消能工的作用是通过在闸下产生一定淹没深度的水跃消除余能，保护水跃范围内的河床免遭冲刷。在闸门出口出首先设置消力池，池底与闸室底板之间用斜坡连接，斜坡的坡度不宜小于1:4。消力池的末端一般布置尾水坎，用于调整流速分布，减小出水池水流的底部流速，并可防止坎后发生冲刷。在消力池的末端设置圆弧形翼墙。消力池的参数包括：消力池的长度、消力池的深度、消力池的厚度，下面就分个计算各参数。
消力池的长度、深度等参数是在某一给定的流量和相应的下游水深条件下确定的。设计时，应该选择几个泄流流量分别计算其跃后水深，并与实际尾水位比较，选取最不利情况对应的流量作为确定消力池参数的流量。
图3-1 消力池

3.1.1 消力池的深度
消力池的长度取决于最不利的工况下需要的防冲长度。因此需要求出最不利的工况。不妨先假设开启2个闸门，闸门的开度为1m，则闸门开度e与闸前的水头H的比值为0.17，又可通过下表3.1内插法查出平板闸门门的垂直收缩系数ε=0.619。
表3.1 平板闸门的垂直收缩系数ε
e/H
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
ε
0.615
0.18
0.620
0.622
0.625
0.628
0.630

e/H
0.45
0.50
0.55
0.60
0.65
0.70
0.70
ε
0.638
0.645
0.650
0.660
0.675
0.690
0.705
这样就可以求出收缩断面的水深hc=ε*e/H=0.619。宽顶堰型闸孔自由出流的流量系数μ可以通过南京水利科学研究所的经验公式计算，即：

(3.1)

此时μ=0.571，求出各个参数后即可求出通过水闸的总流量Q。

(3.2)

即 ：Q=0.5821*18*0.6*（2*9.81*6）½=111.45m3/s，
又因为是打开了2个闸门，闸门的总净宽为18m,则单宽流量为q=Q/b=111.45/18=6.19m3/s。求出单宽流量后，又知道收缩水深，则通过式（3.3）可以求出收缩水深hc的共轭水深hc”：

（ （3.3）

所以hc “=2.64m>1.08m，仍然为自由出流。这样在求出两共轭水深后，通过公式（3.4）、（3.5）可以求出消力池的深度d。
（3.4）

（3.5）

式中: ΔZ为出池落差(m)
h's 为出池河床水深(m)
σ0为水跃淹没系数,可采用1.05～1.10
φ为流速系数，对于无坎的，可取φ=0.95～1。
d为消力池深度，m。
当闸门打开2个，水闸的开度为1m时，所求出迟落差Δz=2.4m，d=0.32m。同理可以求出在开启不同闸门个数，不同开度的情况下的消力池深度，取其中工况最差的情况，即开启4个闸孔，闸门开度为1.5m，此时的d=1.4m，不妨取d=1.5m。
3.1.2消力池的深度
求出两共轭水深后，通过公式（3.6）可以求出消力池的长度。

（ （3.6）

式中　LsJ为消力池长度(m)；
　LS为消力池斜坡段水平投影长度(m)；
　β为水跃长度校正系数,可采用0.7～0.8；
　LJ为水跃长度(m).
因为消力池上游侧有斜坡段，则消力池的长度应为斜坡水平段投影长度Ls与水平段长度之和，斜坡段的坡度不宜陡于1:4，此处选1:4，所以投影段的长度为4d=4*1.5=6m，则消力池的总长度为：
L=Ls+βLJ=6+12.53=18.53m
同理可以求出在闸门开启的个数不同，开启的开度不同的条件下消力池的长度，取其中最不利的条件，即LsJ=21.99m，不妨取LsJ=22m。详见附表2
消力池的材料为钢筋混凝土，混凝土的标号为C20，消力池上必须设置排水孔，排水孔成梅花状排列，孔径为15cm，间距为2m。消力池的末端为齿墙，齿墙的宽度为t/2=0.75m。
3.1.3消力池的厚度
消力池底板的厚度可以根据抗冲要求来确定。
抗冲

（3.7）

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)；
k为消力池底板计算系数,可采用0.15～0.20。
当打开2个闸孔时，闸门的开度为1m，时，可以求出消力池底板的厚度，
即：
t=0.2*[6.19*(6-0.96)½]=0.75m
同理可以求出在开启不同闸门个数，不同开度的情况下的消力池的厚度，取其中工况最差的情况，即开启2个闸孔，闸门开度为4.5m，此时t=1.27m，不妨取t=1.3m。对于消力池末端的厚度，可采用t/2=0.65m。
3.1.4消力池的构造
消力池底板一般采用标号C15或C20混凝土浇筑而成，并配置φ10～12mm，＠25～30cm的构造钢筋，对于该节制闸，消力池底板的顶、底面均需配筋。为了加强护坦板的整体稳定，护坦板垂直水流方向上一般不分缝，顺水流向分缝，并应与闸室分缝间错布置，缝距为8～15m，该处没有防渗的要求，不需要设置止水。在消力池与闸室底板、翼墙及海漫之间，均应设置沉降缝。
3.2 海漫
水流经过消力池，虽已经消除了大部分能量，但仍有一定的剩余能量，特别是流速分布不均匀，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措施，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。
3.2.1海漫的布置
一般在海漫起始段做5～10m长的水平段，其顶面高程可与护坦齐平或在消力池尾坎顶一下约0.5m，水平段后做成不陡于1:10的斜坡，以使水流均匀扩散，调整流速分布，保护河床不受冲刷，此处选择海漫的坡度为1:15。海漫的结构常采用干砌石海漫和浆砌石海漫。浆砌石海漫一般由块径大于30cm的块石砌成，厚度为0.4～0.6m，下面铺设碎石，粗砂垫层，厚10～15cm。为加强其抗冲刷能力，课每隔6～10m设一砌浆石梗。干砌石海漫常用在海漫的后段。浆砌石海漫的柔性和透水性较差，一般常用于海漫的前部约10m的范围内。
3.3.2海漫的长度
海漫的长度L应根据可能出现的最不利水位和流量的情况进行设计，它与消力池出口的单宽流量及水流扩散情况、上下游水位差、地质条件尾水深度及海漫本身的粗糙程度等因素有关，常用式（3.8）进行估算。

（3.8）

式中　L---海漫长度(m)；
　q---消力池末端单宽流量(m2 /s)；
　Ks ---海漫长度计算系数,可由表3.1查得.
表3.2海漫长度计算系数
河床土质
粉砂,细砂
中砂,粗砂,粉质壤土
粉质粘土
坚硬粘土
K s
14～13
12～11
10～9
8～7

当＝1～9,且消能扩散良好时,海漫长度可按公式(3.8)计算。在不同的工况下，经计算海漫的最大长度L=35.54m,不妨取L=36m。
3.3 防冲槽
水流经过海漫后，尽管多余能量得到进一步消除，流速分布接近河床水流的正常状态，但在海漫的末端仍有冲刷现象。为保证安全和节省工程量，常在海漫末端设置防冲槽。
在海漫末端预留足够的块径大于30cm的石块，当水流冲刷河床，冲刷坑向预计的深度发展时，预留在海漫末端的石块将沿着冲刷坑的斜坡陆续滚下，散铺在冲坑的上游斜坡上，自动形成护面，使冲刷不致再向上游侧扩展。防冲槽大多采用宽浅式，其深度t”一般取1.5～2.5m，宽度b取2～3倍的深度，上游坡率m1=2～3，下游坡率m2=3,防冲槽的深度按公式（3.9）计算
（ （3.9）

式中 t”～海漫末端河床冲刷深度(m)；
　q’～海漫末端单宽流量(m2 /s)；
　 ［v0］～河床土质允许不冲流速(m/s)；
　t～海漫末端河床水深(m)。
通过公式计算可得当闸门开启4个，开度为4m时，此时需要的防冲槽最深，t”=2.8m，又因为防冲槽内常常会有抛石，在水流的作用下，石头会向上冲刷，会降低冲刷作用，因此防冲槽的深度可以略小一点，即取2m。
防冲槽的单宽抛石量V应该满足护盖冲坑上游坡面的需要，按公式（3.10）计算
V=At” （3.10）
式中：A为经验系数，一般采用2～4。
则V=2*3*3*2=36m3/s，所以单宽的抛石量为36m3/s。
4 水闸的防渗
水闸建成后，由于上、下游水位差作用会在闸基及边墩和翼墙的背水一侧形成渗流。渗流不仅降低闸室及两岸连接建筑物的稳定性，还可能会引起地基破坏，甚至是水闸失事，因此必须做好水闸的防渗、排水设计。防渗、排水设计的主要任务是在于拟定水闸的地下轮廓线和做好防渗、排水设施的构造设计。
4.1　防渗长度的确定
上游铺盖、板桩及底板都是相对不透水的，护坦上因设有排水孔，所以不阻水，在水头H的作用下，闸基内的水流，将从护坦上的排水孔等处溢出。不透水的铺盖，板桩及底板与地基的接触线，及是闸基渗流的第一根流线，即长度为水闸的防渗长度。为了水闸的安全，初步拟定水闸的防渗长度应满足式（4.1）
(4.1)
式中：L～闸基的防渗的总长度，m；
H～为上下游的水位差，m；
C～允许渗径系数，粘土的系数为2～3。
经计算 2*4.92≈10m。
而实际的出防渗长度，就是渗流路径的总和。下面就是确定各要素的尺寸。因为已知闸室的总长度为16.5m，已经比初步假设的大。则铺盖的不用取太长。铺盖选用钢筋混凝土，铺盖的长度取2倍的水头，即为9.84m,取10m。铺盖的厚度不宜小于0.4m此处取0.5m，在与底板连接处应加厚至0.8～1m，此处取1m，并用沉降缝分开，缝中设止水。板桩仍采用钢筋混凝土板，因为该地址的透水性能较差，板的深度一般取0.6～1的水头，此处取4m，宽度取0.1m。齿墙的深度为1m，宽度为0.5m。具体尺寸标记在（4-1）图中。通过（4-1）图，可以知道实际的渗流路径的总长度为： 0.5+4+10+1+16.5+0.5+1.5=34m>10m，满足要求。
图4-1 水闸闸底尺寸

为了校核防渗长度，常常采用的方法：改进的阻力系数法。基本原理：对于比较复杂的地下轮廓，可以从板桩与底板或铺盖相交处和桩尖画等势线，将整个流域划分为几个典型的流段。通常分为进口段和出口段，内部垂直段，内部水平段。只要知道各个流段内的阻力系数，即可算出任一流段内的水头损失。将各段的水头损失由出口向上依次叠加，即可求得各段分界线处的渗流压力。
当地基不透水层埋藏较深时，需要一个有效计算深度Te来代替实际深度
当时, 　　　　 (4.2)
当时, (4.3)
式中：Te～土基上水闸的地基有效深度(m)；
　 L0～地下轮廓的水平投影长度(m)；
　 S0～地下轮廓的垂直投影长度(m).
因为L0=26.5m，S0=5.5m，所以L0/S0=5.5/26.5=0.21<5，明显用公式（4.3）所以Te=5*26.5/(1.6*26.5/5.5+2)=13.6m<14.9m。当计算的Te 值小于地基实际深度时，就应该按照Te 的采用，取14m。
1　进、出口段(见图C.2.2-1)：
（4.4）
式中　a0 ---进,出口段的阻力系数，见表4-1；
　S---板桩或齿墙的入土深度(m)；
　T---地基透水层深度(m).
则进口段、出路口段的阻力系数：

2　内部垂直段和水平段
(4.5)

式中　ay ---内部垂直段的阻力系数；
ax---水平段的阻力系数；
Lx ---水平段长度(m)；
S 1 ,S2 ---进,出口段板桩或齿墙的入土深度(m)。
所以内部水平段：

内部垂直段：

所以进口段、内部垂直段、内部水平段、出口段的水头损失分别为：、、、、、、
则各分段水头损失值可按公式(C.2.3)计算：
(4.6)
式中：hχ ---各分段水头损失值(m)；
　 ai ---各分段的阻力系数；
n---总分段数.
所以，，，，，，。
又因为进、出口水力坡降呈急变曲线形式，由上式计算出的水头损失与实际情况相比，误差较大，需进行必要的修正。修正后的水头损失h0’：
(4.7)
(4.8)
式中　h'0～进,出口段修正后的水头损失值(m)；
h 0 ～进,出口段水头损失值(m)；
　β'～阻力修正系数,当计算的β′≥1.0时,采用β′＝1.0；
　S'～底板埋深与板桩入土深度之和(m)；
　T'～板桩另一侧地基透水层深度(m).
经计算β'=1.04>1，此时β'取1，即水头损失不需要修正。
3溢出坡降的计算
为了防止渗流变形保证闸基的抗渗稳定性，要求出口段溢出坡降必须小于规定的容许值。出口处的溢出坡降J为：
（4.9）
防止流土破坏，对于粘土来说，出口段容许的坡降值[J]必须在0.50～0.60内。经计算。故满足要求。

5、实习心得
这次的水工建筑物的课程设计是我们学习完闸门、水工建筑物等专业知识后的一次综合的练习。通过这次的课程设计我更加明白了专业知识的重要性，以前总认为书本太脱离实际，特别是向我们这样要进入施工单位的学生。但是通过这次的课程设计与学习，我明白的任何的工作都学要理论去指导，然后实践中不断的去消化知识，从而达到学以致用的目的。
通过这次的课程设计使得我对整个水利枢纽，特别是节制闸的选择与闸室的布置等环节有了更多的了解。在这次的设计过程中，除了对上学期学习知识的回顾，还把所学的知识运用到实际当中，这也就达到了这次课设的目的。这次课程设计是有我们的汪哲荪、陈菊香老师指导，在课程的过程当中，老师他们给了我们许多指导。在此在此感谢他们。

参考文献
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