节制闸初步设计模板.doc
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1、节制闸初步设计732020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
2、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69月降雨量占全年的70%80%,年际变化大,年最大与年最小相差24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
3、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69.92m73.07m。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平均厚度/m4.92.75.54.95.94.33.23.4最大揭露厚度8.5m层底高程/m62.5166.5856.4557.0855
4、.0063.8860.5662.3054.7058.0651.9857.8049.0956.8045.4946.6536.99m以下av0.1-0.2(MPa-1)0.3640.2650.2930.2720.3300.3000.2800.220Es0.1-0.2 (MPa)6.4510*6.436.097.985.396.346.008.54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承载力基本容许值fao(kPa)12013080110120150160170200C(kPa)12.007.612.021.022.0()20.035.018.
5、024.020.020.0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5.0m11.2m之间,水位高程在61.80m62.00m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1m4m,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质现象,适宜于
6、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80120kpa。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2300m3/s,闸址断面相应水位为70.90m。超5
7、0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,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
8、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
9、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69.7469.442300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+27.9)7.9=1325.62;行进流速v=Q/A=2300/1325.62=1
10、.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=0.940.8,因此为淹没出流。且hs/ H0=0.940.9,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/ H0=7.6/8.08=0.940.8,为淹没出流,查水闸设计规范2表A.0.2,如下表2-2:表2-20值Hs/H00.900.910.920.930.940.950.960.970.980.990.9950.99800.9400
11、.9450.9500.9550.9610.9670.9730.9790.9860.9930.9960.998得0=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=106m。(2)确定孔宽和孔数由水工建筑物1305页知道,中国大、中型水闸的单孔宽度l0一般取812m,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=11010=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,
12、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。2.4.3 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41.6=6.4m;中墩总宽为61.2=7.2m;边墩总宽为21=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
13、,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,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
14、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Ne(m)H(m)e/H2Q(m3/s)设计情况10.87.90.1010.6150.58257.95411.67.90.2030.6200.564112.36012.47.90.3040.6250.547163.21813.27.90.4050.6310.529210.52714.07.90.5060.6460.511254.28814.87.90.6080.6630.49
15、3294.5003.2.2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hcQ(m3/s)e(m)2hc(m)vc(m/s)hc(m)57.9540.80.6150.49211.7793.495112.3601.60.6200.99211.3274.624163.2182.40.6251.50010.8815.317210.5273.20.6312.01910.4265.759254.2884.00.6462.5849
16、.8415.970294.5004.80.6633.1829.2546.0343.2.3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
17、0.764117.32338.1690.75558.000155.4182.730自由出流112.3601.133174.86140.7221.113112.000157.0693.491自由出流163.2181.419219.72742.2451.388163.000158.3463.898自由出流210.5271.656257.21743.3201.614211.000159.4064.103自由出流254.2881.850288.12144.1071.798254.000160.2764.120自由出流294.5002.024315.79544.7511.961295.000161.05
18、04.011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Ne(m)H(m)Q(m3/s)hc(m)h0(m)hc-hs(m)状态设计情况10.87.957.9543.4950.7642.730自由出流1.67.9112.3604.6241.1333.491自由出流2.47.9163.2185.3171.4193.898自由出流3.27.9210.5275.7591.6564.103自由出流47.9254.2885.9701.8
19、504.120自由出流4.87.9294.5006.0342.0244.011自由出流30.87.9173.8633.4951.4762.019自由出流1.67.9337.0814.6242.1912.433自由出流2.47.9489.6545.3172.7402.576自由出流3.27.9631.5825.7593.1902.569自由出流47.9762.8645.9703.5692.401自由出流4.87.9883.5006.0343.8962.138自由出流50.87.9289.7723.4952.0031.492自由出流1.67.9561.8024.6242.9741.650自由出流2
20、.47.9816.0905.3173.7151.602自由出流3.27.91052.6365.7594.3241.435自由出流47.91271.4395.9704.8351.135自由出流4.87.91472.5016.0345.2780.757自由出流70.87.9405.6813.4952.4491.045自由出流1.67.9786.5234.6243.6360.989自由出流2.47.91142.5265.3174.5400.777自由出流3.27.91473.6905.7595.2800.479自由出流47.91780.0155.9705.9050.065自由出流4.87.92061
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