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H江水利枢纽工程

毕 业 设 计 任 务 书

( 重点泄水闸设计)

(
水利水电
工程专业函授生用)
农田水利

河海大学水电学院

目 录
第一部分 总则
一、 设计目的及要求 2
二、 设计方法 2
第二部分 设计任务
一、 泄水闸的工程设计 2
二、 连接建筑物的设计 3
三、 设计内容和时间安排 3
四、 设计成果要求 4
第三部分 枢纽设计资料
一、 兴建缘由和效益 4
二、 工程等级及设计标准 5
三、 枢纽地形、 地质及当地材料 5
四、 基本资料 6
五、 建筑物的设计参数 6
六、 附图 8
七、 参考文献 8

第一部分 总 则
一、 设计目的及要求
1. 巩固和加深学生的基本理论和专业知识
经过实际的枢纽工程总体布置和主要建筑物( 泄水闸) 设计, 使学生掌握枢纽布置的原则; 泄水建筑物的结构选型、 尺寸拟定、 工作条件、 作用荷载及设计依据、 内容、 方法、 步骤等。从而达到较全面、 系统地巩固、 充实。提高所学的基础理论和专业知识。
2. 培养学生独立工作、 解决实际问题的能力
学生在全面了解设计任务和熟悉给定资料的基础上, 学会查找规范、 手册、 技术文献等参考资料集前人经验, 结合工程实际, 在教师指导下, 独立进行工程设计。
3. 训练学生的基本技能
基本技能是指工程计算、 编制微机电算程序、 绘图和说明书的文字表示能力等。
4. 培养学生认真负责、 实事求是和刻苦钻研的工作作风
二、 设计方法
1. 由于设计时间短、 任务紧, 应尽量避免重做或返工。但必须认识到, 设计工作是逐步深入的。因此某些重做是正常的甚至是必要的。
2. 每个阶段设计中, 趁进入角色之机, 应及时收集资料, 草写阶段设计说明并备全草图, 这样既可及时校对、 发现错误, 尤为最后的文字成果整理提供了素材。
3. 在学生与教师研讨问题时, 学生应在充分钻研的基础上, 先提出自己的看法和意见, 不能请老师代做和决断。教师只向学生提出启发性的意见。解决问题的途径和工作方向、 建议等。在采纳教师建议时, 也必须自我消化、 理解, 但不强求一定纳用。在设计过程中, 提倡开拓精神, 鼓励提出新的方案或看法, 同时也要遵循严肃认真的科学态度。
4. 为保质、 按时完成设计任务, 学生应了解各阶段的设计内容份量和比重, 结合自己的实际情况, 参考下列建议的安排时, 作出自己的控制性计划。
第二部分 设计任务
设计的题目是函江渠化航运工程中一个梯级通航枢纽, 它是以航运为主, 兼有泄洪、 发电、 灌溉等综合效益的枢纽工程。根据本专业特点, 设计任务主要是针对该枢纽中的泄水扎进行全面的结构选型设计和定性的论证枢纽总体布置方案。现将设计任务和具体要求分述如下。
一、 泄水闸的工程设计
( 一) 闸孔设计
① 确定堰型、 堰顶高程;
② 计算闸孔净宽、 校核泄流能力;
③ 进行分孔、 分缝, 拟定墩厚, 确定闸室总宽。
( 二) 消能防冲设计
① 计算消力池、 海漫、 防冲槽的尺寸、 构造;
② 拟定闸门控制运用方式。
( 三) 防渗排水设计
① 合理拟定地下轮廓线;
② 渗流计算: 计算底板渗透压力。验算出逸坡降及水平坡降;
③ 反滤构造和布置。
( 四) 闸室布置
① 确定闸底板长度和主门槽位置;
② 选用闸门启闭方式( 直升门或升卧门) ;
③ 确定闸墩外形轮廓及墩顶高程;
④ 确定工作桥面高程和公路桥、 检修便桥位置;
⑤ 计算启闭力, 选择启闭机型号, 选择工作桥, 主横梁的平面尺寸位置。
( 五) 枢纽布置
根据所给基本资料, 在1:5000地形图上进行泄水闸、 船闸、 电站等主要建筑物的布置。确定自己认为较理想的布置方案。初估船闸和泄水闸的相对距离。确定公路桥面的顶高程。
( 六) 闸室稳定计算
① 荷载计算: 绘制闸室受力分布图。注明荷载位置编号。荷载重量采用列表计算( 表应留有计算式栏) , 以防出错;
② 计算情况: 暂计算完建期和正常运用期或非正常运用期) 两种情况;
③ 校核:
安全系数
平均基底压力
应力不均匀系数
( 七) 底板结构计算( 专科不作要求)
① 闸墩、 底板剪力分配细算计算;
② 闸室不平衡剪力计算;
③ 底板作用荷载计算;
④ 底板内力及钢筋计算。
二、 连接建筑物的设计
( 一) 岸墙和翼墙的总体布置;
( 二) 岸、 翼墙的结构造型、 尺寸拟定;
( 三) 岸墙的作用荷载: 自重、 土压力和汽车活载;
( 四) 岸墙的稳定计算( 完建期和使用期) ;
( 五) 岸墙的结构计算。
三、 设计内容和时间安排
毕业设计时间共计十一( 七) 周, 建议时间安排如下:
设计内容
建议时间安排( 周)
了解任务及熟悉资料
0.2 ( 0.2)
枢纽总体布置及建筑物结构选型
1.3 ( 0.5)
主要建筑物设计
4.0 ( 2.5)
其它建筑物设计
1.0 ( 0.5)
绘图机成果整理
3.5 ( 2.3)
评阅、 答辩
1.0 ( 1.0)
合 计
11.0周 ( 7.0)
四、 设计成果要求
( 一) 文字成果
设计说明书( 计算书) 是毕业设计的主要成果, 是表示设计者的设计思想、 方法和分析解决问题的体现; 计算书也是表示设计者的计算程序和计算成果的来源。因此要求:
1. 对总体布置的选定方案和结构选型要有论证。
2. 要分章分节, 并对各章设计成果要有简要的表格归纳或文字分析。
3. 对采用的参数要说明其依据。
4. 凡计算公式或参数来源应在纸张的右端统一部位注明出处。
5. 计算过程要表格化, 成果要有汇总表。
6. 微机电算部分: 要有程序编制说明( 含程序流图) 和程序清单。计算公式中的符号、 变量与程序中使用的符号、 变量要有对照表及含义说明。
7. 首页要有目录, 末页要列写参考文献, 必要时要写后记。
( 二) 图纸成果
工程设计图是工程师的语言, 是设计成果的重要表示式。学生应严格按照”水利水电工程制图标准”进行绘制。具体要求是: 制图投影正确, 布局合理, 比例适当, 线条清晰, 高程、 尺寸齐全及简要的注解说明, 绘制设计图的张数要求如下:
1. 枢纽总体平面位置图( 在1:5000地形图上绘制) 壹张。
2. 主要建筑物结构布置图壹张。
3. 其它建筑物结构图壹张。
4. 结构配筋图壹张( 专科不要求) 。
第三部分 枢纽设计资料
一、 兴建缘由和效益
函江位于中国华东地区, 流向自东向西北, 全长375km, 流域面积176万km2, 是鄱阳湖水系的重要支流, 也是长江水系水路运输网的组成部分。该流域气候温和, 水量充沛, 水面平缓, 含沙量小, 对充分开发这一地区的水路运输具有天然的优越条件。
流域内有耕地700多万亩, 土地肥沃, 矿藏资源十分丰富, 工矿企业发达, 有国家最大的有色金属冶炼工程铜基地及腹地内的建材轻工、 电力等工业部门和十多个粮食基地; 原料及销售地大部分在长江流域各省、 市地区, 利用水运的条件十分优越。
流域梯级开发后, 将建成一条长340km通航千吨级驳船的航道和另一条50km通航300吨级驳船的航道, 并与长江、 淮河水系相互贯通形成一个江河直达的内河水路运输网, 同时也为沿江各县市扩大自流灌溉创造条件, 对促进沿河地区的工农业发展具有重要的作用, 该工程师以航运为主体, 兼有泄洪、 发电、 灌溉、 供水和适应战备需要的综合开发工程, 她在经济上将会具有非常显著的效益。
二、 工程等级及设计标准
1. 工程等级
本枢纽定为三等工程; 主要建筑物按3级建筑物设计; 次要建筑物按4级建筑物设计。
2. 洪水标准
设计洪水按50年一遇标准; 校核洪水按3 一遇标准; 最大通航洪水按5年一遇标准。
三、 枢纽地形、 地质及当地材料
1. 闸址地形
闸址左岸与一座山头相接, 山体顺流向长700m, 垂直向长 m, 山顶主峰标高110m, 靠岸边山顶标高65m; 山体周围是河漫滩冲积平原, 滩面标高( 185~200) m; 沿河两岸筑有防洪大堤, 堤顶宽4m, 堤顶标高245m; 闸址处河宽700m, 主河槽宽500m, 深泓区偏右。河床底标高( 130~140) m, 右岸滩地标高185m。
2. 闸址地质( 见闸轴线地质剖面图)
闸址河床土质, 主要有砂砾卵石层组成, 表层为中细砂层, 层厚( 2~5) m, 左厚右薄并逐步消失, 河床中层主要是砂砾卵石层, 卵石含量30%~50%, 粒径2~13cm, 层厚( 10~20) m, 属于强透水层渗透系数K=1.84×10-1~5×10-2( cm/s) , 允许坡降J=0.15~0.25; 河床底层为基岩, 埋深标高从左标高10m向右增深至标高-15m以下。其岩性为上古生界二迭长兴阶灰岩及硅质岩。
河床土质有关资料如下:
中砂: Dr=0.6, E0=310 kg/cm2, N6 3.5=20
砂砾石: Dr=0.66, E0=360kg/cm2
3. 当地建筑材料
块石料: 在闸址左岸的山头上, 有符合质量要求的块石料场, 其储量50万方, 平均运距1.0km。
砂砾料: 闸址上、 下游均有宽阔的冲积台地, 在上、 下游( 3~5) km的沙滩台地上, 均有大量的砂砾料, 可满足混凝土的粗、 细骨料之用, 且水运方便。
土料: 闸址上游2km有刘家、 八圩土料场, 储料丰富, 符合均质土料质量要求。还有可作为土坝防渗体的粘性土, 其质地良好。
四、 基本资料
( 一) 地形: 1:5000地形图一张
( 二) 地质: 闸轴线地质剖面图一张
( 三) 气象
洪水期多年平均最大风速: 20.7m/s
风向: 按垂直坝轴线考虑
吹程: 3km
( 四) 水文
1. 设计洪水
各设计频率洪水流量及相应坝下水位表
设计频率( %)
0.33
2
20
洪水流量Q( m3/s)
12350
9540
5730
坝下水位H下
23.80
23.40
22.25

2. 水位流量关系曲线( 参见H下~Q曲线)
水位( m)
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
流量( m3/s)
50
300
650
1200
1800
2480
3200
4140
5340
7700
13800
( 五) 地震
本地区地震基本烈度为6度。
( 六) 回填土
回填土力学性质
指标名称
力学指标
土
质
名称

干容重γ干
( T/m3)
湿容重
( T/m3)
饱和容重
( T/m3)
内摩擦角
φ
黏聚力c
kg/cm2
含水量ω
%
砂性土
1.55
1.85
2.05
27°
0

粘性土
1.50
1.92

18°
0.2
28

五、 建筑物的设计参数
( 一) 船闸( 五级通航标准)
1. 水位: 最高通航水位▽22.32m, 最低通航水位▽19.0m; 正常蓄水位▽19.0m; 下游最低水位▽14.25m。
2. 船型、 船队: 船型——300吨驳船, 单驳尺度35×9.2×1.3m( 长×宽×吃水深) ; 船队——300马力÷2×300吨, 船队尺度91×9.2×1.3m( 长×宽×吃水深) 。
3. 船闸、 引航道尺寸及高程: ①闸室有效尺寸——闸室顶高程▽24.0m, 室底高程▽10.5m; 长×宽×槛上水深=135×12×2.5m。②上闸首平面尺寸——长×宽=18×24m; 墩顶高程▽25.0m( 注: 该高程控制公路桥面高程) , 门槛高程▽16.5m, 基底高程▽8.5m。③下闸首平面尺寸——长×宽=17×24m; 墩顶高程▽24.5m, 门底高程▽10.5m, 基底高程▽7.0m。④上、 下游导墙段长度50m。⑤上、 下游引航道直线段长度应满足倍设计船队长度, 引航道底宽35m; 边坡1:2.5; 引航道底高程: 上游▽15.0m, 下游▽11.0m;引航道转弯半径倍设计船队长度; 进出口轴线与主河流基本流向的交角。
4. 闸上公路桥设在上闸首的上游端。
( 二) 电站
1. 机型
水轮机型号: GE(F02)-WP-380机型;
发电机型号: SFG200-70/3960;
总装机: 3×2200KW。
2. 水头
设计水头3.5m; 最高水头7.0m; 最小水头2.0m; 最大引用流量225m3/s。
3. 主厂房平面尺寸及高程
主厂房底板长度48m; 总宽36.2m; 机组进水室宽7.6m; 中墩厚3.4m; 边墩厚2.8m; 进口高程▽7.50m, 出口高程▽7.80m; 基底最低高程▽2.0m; 基底平均开挖高程▽5.0m; 进水口前混凝土铺盖长10m, 并以1:5反坡向上游与原河床高程衔接, 并在上游端应设拦沙槛。尾水出口后设混凝土护坦, 护坦水平段15m, 并用1:5的倒坡段与尾水渠相连。
上部厂房宽15m( 顺流向) , 长36.2m。厂房地面高程▽24.5m, 水轮机安装高程▽10.5m, 厂房屋顶高程▽37.0m, 厂房边墙距底板上游端15.0m。
4. 站上的公路桥设在厂房上游端。
( 三) 泄水闸
1. 水位:
正常蓄水位▽19.0m, 灌溉水位▽19.5m;
设计洪水Q2%=9540m3/s, 相应闸下水位H下=23.40m;
校核洪水Q0.33%=12350m3/s, 相应闸下水位H下=23.80m。
2. 计算水位组合
① 砸孔净宽计算水位
设计流量Q2%=9540m3/s, 相应闸下水位H下=23.40m
设计水位差△H: 甲组——△H=0.25m( H上=23.65m)
校核流量Q0.33%=12350m3/s, 相应闸下水位H下=23.80m
计算闸上壅高水位H上( 供墩顶高程用)
② 消能计算水位
闸上水位H上=19.50m
闸下水位H下: 甲组——H下=14.50m
乙组——H下=14.20m
下泄流量: 以闸门开启度e=0.5m~1.0m, 以及全开时的流量。
③ 闸室稳定计算水位( 关门)
闸上设计水位H上=19.50m, 甲: H下=14.50m
乙: H下=14.20m
闸上校核水位H上=20.0m( 与门顶平齐)
甲: H下=14.50m
乙: H下=14.20m
3. 其它参数
① 单孔净宽( 8~12) m
② 门型结构: 平板钢闸门
③ 闸门类型: 甲组——直升门
乙组——升卧门
④ 底板与中砂的摩擦系数f=0.4
⑤ 闸孔的允许单宽流量[q]=30m3/s/m
( 四) 公路桥
公路桥载重汽车按汽—20设计, 挂100校核, 双车道桥面净宽7.0m, 两侧人行道2×1.0m, 总宽9m, 采用T型结构。梁高1.0m, 梁腹宽0.2m, 梁翼宽1.6m, 涌根组梁组成, 两侧人行道为悬臂式。每米延长重量按8T/m计。
六、 附图
( 一) 下游水位~流量关系曲线 一张
( 二) 闸轴线地质剖面图 一张
( 三) 闸址地形图1:5000 一张
七、 参考文献
1. 水闸设计规范SD133-84
2. 水闸设计规范SD133-84编制说明
3. 水闸设计( 上、 下) 华东水利学院 上海科学出版社
4. 水闸设计 谈松曦编 水利电力出版社
5. 水闸 张世儒编 水利出版社
6. 水利计算手册 武汉水利电力学院编 水利出版社
7. 闸门与启闭机 水利出版社
8. 升卧式平板闸门 水利电力出版社
9. 有限深弹性梁计算用表 张裕恰编 水利出版社
10. 水工钢筋混凝土结构( 下) 华东水利学院、 大连工学院、 西北农学院编
水利电力出版社
11. 水工建筑物 任德林 张志军编著 河海大学出版社
12. 水力学( 下) 第二版 华东水利学院编 科学出版社
13. 水工设计手册( 6) 泄水与过坝建筑物 水力电力出版社
14. 小型水利电力工程设计图集 水闸分册
15. 计算语言( BASIC等)