1、 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 合肥工业大学课程设计报告 水利水电工程 2009级2013 年 03 月 10 日合肥工业大学课程设计报告 水利水电工程 2009级目 录1 基本资料 .11. 1 规划 .11.2 闸址的选定 .11. 3 闸址处的地质资料 .21. 4 工程设计标准 .21. 5 交通要求及其他 .32 水闸设计 .32. 1 水闸的选址与选型 .32.1.1 闸址的选择 .32.1.2 水闸的选择 .52
2、.2 孔口设计 .62.3 公路桥 .92.4 分缝方式和止水设备 .92.4.1 分缝 .92.4.2 止水设备 .92.5 闸室的尺寸 .93 消能防冲及防渗计算 .103.1 消力池 .103.1.1 消力池的深度 .103.1.2 消力池的长度 .123.1.3 消力池的厚度 .123.1.4 消力池的构造 .133.2 海漫 .133.2.1 海漫的布置 .133.3.2 海漫的长度 .133.3 防冲槽 .144 水闸的防渗 .155 课设心得 .19参考文献 .20附 录 .21合肥工业大学课程设计报告 水利水电工程 2009级1临淄节制闸初步设计1 基本资料本工程位于流过山东省
3、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/
4、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（m 3/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 3
5、5.56 35.62合肥工业大学课程设计报告 水利水电工程 2009级21.2 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
6、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。抗剪指标土质容量 (g/cm3)饱和容量(g/cm3)1渗透参数k(cm/s
7、)允许渗透坡降J压缩模量E(KN/cm3)）孔隙比e 磨擦角(度)凝聚力C(N/cm2)亚粘土 1.81 2.0 410-5 1.1 600 0.8 18 1.6粉质粘土 1.68 1.91 310-4 1.0 800 0.85 16 1.1粉土 1.56 1.84 110-4 0.8 1200 0.9 14 0.9合肥工业大学课程设计报告 水利水电工程 2009级31. 4 工程设计标准根据该闸的规模及用途为级建筑物。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 水闸设计2. 1 水
8、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） ，
9、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： 合肥工业大学课程设计报告 水利水电工程 2009级41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
10、，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
11、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
12、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
13、，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。合肥工业大学课程设计报告 水利水电工程 2009级5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
14、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 水闸的选择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
15、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Hs6.0h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合肥工业大学课程设计报告 水利水电工程 200
16、9级6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
17、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 闸墩的具体尺寸合肥工业大学课程设计报告 水利水电工程 2009级72 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
18、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，Q 0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 6.45m，5.72m。 则过水断面面积(2.1) hmbA)(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/sV0=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hs0.8H0，0.8H 0=6.78*0.8=5.425.72，故为淹没出流。计算闸孔净宽需用下式：（2.2）2300mHgLQ式中：L 0闸孔总净宽，m；Q设计流量，m 3/s；
