[知网论文查重摘要]

函江地理位置是在我国华东，从东往西北流淌，长度375km，函江流域整个面积达176km² ，涵江是鄱阳湖水系不可或缺的支流，同时是组成长江水系水路运输网中要环节，该流域水量充沛、含沙量小、气候温和、水面平缓、水路运输得天独厚。通过水运可将流域内700多万亩肥沃耕地产粮，将丰富矿产资源和腹地内的建材轻工的工矿业产品向长江流域各省、市地区销售。

本次设计的是以航运为主，兼有泄洪、灌溉、发电等综合效益的函江渠化航运工程中的函江一个梯级通航枢纽工程。本次任务主要是对函江梯级通航枢纽工程泄水闸的结构选型设计，同时定性论证船闸和电站的布置方案。

本次设计的基本资料如下：本枢纽定为3级工程，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；设计洪水按50年一遇标准，校核洪水按300年一遇标准，最大通航洪水按5年一遇标准；洪水期多年最大风速20.7m/s，风向按垂直坝轴线考虑，吹程3km；本地区地震基本烈度为6度；正常蓄水位▽19.0m，灌溉水位▽19.50m，设计洪水 Q_2%=9540m³/s ，相应闸下水位H_下 =23.40m，闸上水位H_上=23.60m，校核洪水Q_0.33% =12350 m³/s ，相应闸下水位H_下 =23.80m，闸上水位H_上=24.2m，消能计算水位：闸上水位H_上：H_上=19.50m，闸下水位H_下： H_下=14.20m，稳定计算水位：闸上设计水位 H_上=19.50m，H_下=14.20m，闸上校核水位H_上=20.0m（与门顶齐平），H_下=14.20m。

知网论文查重

本次设计的大致内容有：1.闸孔设计：①确定堰型，堰顶高程；②计算闸孔净宽，校核洪水能力；③进行分孔，分缝，拟定墩厚，确定闸室总宽；2.消能防冲设计：①计算选定消力池，海漫，防冲槽尺寸，构造；②拟定闸门控制运用方式；3.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反滤层构造和布置；4.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；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；5.枢纽布置：①在地形图上进行泄水闸，船闸，电站等主要建筑物布置；6.闸室稳定计算：①荷载计算：绘制闸室受力图，注明荷载位置编号，荷载重量采用列表计算；②计算情况：完建期，正常运用期和非常运用期；③校核稳定是否满足要求；7.底板结构计算：①闸墩，底板剪力分配系数计算；②闸室不平衡剪力计算；③底板作用荷载计算；④底板内力及配筋计算；8.连接建筑物的设计：①岸墙和翼墙的总体布置；②岸墙和翼墙的结构选型，尺寸拟定；

本次设计采用的计算方法包括改进阻力系数法，有限深弹性地基梁法等。

本次设计采用手算设计，电算校核的方法。

第2章 枢纽布置

2.1枢纽总体布置

枢纽总体布置：由地形，地质，水流条件，结合建筑物本身，科学规范的安排它们具体的布置方式。函江枢纽中主体建筑物包含：泄水闸，船闸，土石坝，电站。由规范，结合函江水闸枢纽由闸址地形图（图1.1），主体工程布置方式如下：

1、1号桩到3号桩布置电站：左岸砂砾石埋深较浅，下为坚硬石灰岩，地质条件好，开挖深度较小。

2、3号桩到8号桩布置水闸。

3、9号桩到10号桩布置船闸：9号桩到10号桩为滩地，地势平坦

4、8号桩到9号桩布置土石坝：由于在9到10号桩布置了船闸，而船闸不能紧靠泄水闸,因为当泄洪时，致使船闸下游水位被迫抬高，不利于通航，故在船闸和泄水闸之间布置土石坝，以使水面线平缓变化，节省工程量，降低造价。

 

 

 

 

 

 

 

 

第3章 水闸水力计算

3.1设计基本资料

3.1.1计算水位组合

1）闸孔净宽计算水位

计算闸上壅高水位H_上（供墩顶高程用）

2）消能计算水位

3）闸室稳定计算水位（关门）

3.2闸孔设计

3.2.1 堰型选择

闸孔的形式为：宽顶堰、低堰和胸墙孔口三种。通常情况下采纳不设胸墙的孔口，优势如下：整体结构简单，施工操作方便，同时有利于排冰、过木，满足过航的要求；水闸底板的形式中，以宽顶堰应用较广泛，因为其自由出流的范围，泄流的能力较大且较稳定，适合使用在平原地区，流量系数却较小，不容易受下游水位的抬高而出现淹没出流的流态。

因此采用不设胸墙的宽顶堰。由下述3.3.1，宽顶堰的宽度是385m。

3.2.2 堰顶高程的确定

堰顶高程根据水流条件，河底高程，闸址处地形地质，泥沙，水闸的施工运行等条件，结合门型，堰型和闸孔总净宽等，通过技术、经济综合比较确定。

如果堰顶高程低些，则可增大过闸水深，从而增加过闸的单宽流量，减小闸室宽度，但水闸高度将有所增高，如果堰顶高程高些，则情况正好相反。在大中型水闸中，如果条件允许，闸宽较大时，降低堰顶的高程较好，同时因为本流域含沙量小，所以堰顶高程和河底高程相同或者略大比较合适。

由第1章闸址处的地形资料，河底高程（13.0～14.0）m，经上述考虑，初拟堰顶高程13.5m。

3.2.3闸孔总净宽B₀计算

由《水闸设计规范(SL_265-2001)》（下称规范）附录A，闸孔总净宽可按以下公式计算：

（3.1）

式中：

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

闸孔净宽计算水位：设计流量Q_2%=9540m³/s ，对应闸下水位H_下 =23.40m，设计水位差△H=0.20m（H_上=23.60m）

又由闸址地形资料可知，闸址处河宽约700m，即：

式中：

；

；

由规范表A.0.1-2，即表3.1，h_s/H₀=0.972，得出宽顶堰淹没系数σ=0.534

侧收缩系数ε和B₀有关，现在假设B₀，假设：

B₀=310m,320m,330m,340m,350m, 由第1章资料：单孔净宽（8-12）m，取单孔净宽b₀=10m,相应孔数N=31，32,33,34,35。

由规范附录A可知，当水闸为多孔闸,闸墩墩头呈圆弧形时：

（3.2）

（3.3）

（3.4）

式中：

（由边闸墩的布置，无侧收缩）

由孔数N=31，32,33,34,35，算出相应的侧收缩系数

根据公式：，可分别计算出各个B₀值对应的Q_计值。具体计算过程如表3.2：

 

需要满足且单宽流量,所以根据上表，只有B₀=330m的时候， 且。

综上，取水闸孔数：N=33孔；单孔净宽b₀= 10.0m；总净宽B₀=330m。

 

3.2.4 泄流能力校核计算

取闸孔数：N=33孔；总净宽为B₀=330m；侧收缩系数为0.974，Q_校核=12350m³/s,取上下游水位差分别：

0.4m,0.5m,0.6m,0.7m,0.8m,0.9m,1.0m。计算过程如表3.3：

 

 

 

 

由表可知上下游水位差0.4m时，误差4.52%<5%,因此取堰顶高程13.5m，闸孔数33，总净宽为330m，上游校核洪水位是23.8+0.4=24.2m(供墩顶高程)。

3.3消能防冲计算

当水闸过水时水流一般具有较大的动能，对下游河床冲刷，破坏水闸的正常使用。为保证水闸正常使用，避免河床的冲刷，一是尽量消除水流的动能和波状水跃，同时促使水流向横向扩散，避免出现折冲水流；二是要保护河岸和河床，防止剩余的动能冲刷。两种措施，首先为消能，其次为防冲。水闸的消能形式为底流式消能，面流式消能以及挑流式消能三种。底流式，对各类地基，适用于中，低水头的水闸，是最基本消能方式。本次设计使用底流式消能。底流式消能由消力池，海漫，防冲槽组成。闸室后紧跟消力池，在消力池中利用水跃进行消能。消力池分为：下挖式，突槛式和综合式消力池，本次设计采用下挖式，即降低护坦高程，在闸下尾水深小于跃后水深的情况下使用。消力池后为海漫，海漫起到继续消除剩余动能，使水流扩散从而调整流速的分布，用来降低底部流速的作用。海漫末端设置防冲槽。

水位闸上为H_上=19.50m，闸下为H_下=14.20m。

3.3.1 消力池的计算

• 计算消力池深d

①闸孔开度为e=0.6m

，为孔流。由规范的附录A的A.0.3：当平底闸,孔流时,闸孔总净宽可按如下公式计算（计算示意图见下）：

（3.5）

式中：

其他的符号的含义同上。

查表3.4，初拟σ′1.00；

h_e/H=0.1，r=0，查表3.5得μ=0.565；

h_e=0.6m；

B₀=330m；

，；

即

联立求解方程得，Q=1214.207m³/s。

单宽流量：

下面计算消力池深d：

由规范附录B消能防冲计算的B.1.1，消力池深按下式计算(如下为计算示意图)：

（3.6）

（3.7）

（3.8）

（3.9）

式中：

 

 

 

 

下游的河床高13.5m，

初设消力池池深是d=0.7m，

，，通过试算h_c：

h_c=0.33,为0.071；h_c=0.34,为0.296；h_c=0.35,为-0.013；h_c=0.36,为-0.057；h_c=0.347,为0.00016

故取h_c=0.347m

，，故

 

 

消力池深的试算过程如下表3.6：

 

最后取消力池深度：0.614m

上述σ′拟定是1.00，因为，经查表3.4，当σ′为1.00时满足要求。

②闸孔开度为e=1.2m

，故仍为孔流。由规范的附录A闸孔总净宽的A.0.3：对平底闸,孔流时,可按如下公式计算：，公式参数含义同上。

经查表3.4，拟σ′是1.00；

h_e/H=0.2，r=0，经过查表3.5，μ=0.549；

h_e=1.2m；

B₀=330m；

，；

联立解方程得，Q=2361.975m³/s。

单宽流量：

由于e=0.6m，Q=1214.207m³/s，从图1.3可知，H_下=17.01m（闸门开启后稳定的下游水位）

此刻出水池的河床水深为：

， ，通过试算得h_c：

h_c=0.698,为0.00295；h_c=0.697,为0.01075；h_c=0.699,为

-0.000484；

取h_c=0.698m

，，故

 

 

由 《水闸》编者张世儒第67页，当水跃淹没系数满足时候，则池深为合适，不然继续试算。

此时淹没系数1.17偏大，不满足，需要提前开启闸门。

假定下游的水深是16.5m，

，得，得h_c=0.698m

 

 

，属于1.05~1.10中，故满足。

上述拟定σ′是1.00，，经过查表3.4， σ′为1.00时候满足。

③闸孔全开

当e=1.2m，Q=2361.975m³/s的时候，由图1.3可知，得H_下=18.86m（闸门开启后的稳定的下游水位）。

由规范附录A的闸孔总净宽（A.0.1-1）公式可得：

B₀=330m；，经过查表3.1 得宽顶堰σ=0.85；

由3.2.3节可以知；，所以：

由于行近流速改变，需要进行流量试算：

流量试算：，所以取Q=7405.012m³/s

H₀=6.154m,单宽流量

闸门开启从e=0.6m到e=1.2m可认为一个瞬变过程,从e=1.2m到全开，不是瞬变过程，因此从1.2m到全开，单宽流量一个中间值用来计算。

，得，经过试算

 

 

 

因此淹没系数不满足，需要提前开启闸门。

假设下游水深为17.0m，

，

，属于1.05~1.10范围之间，满足条件。

综上，限制闸门的开启，编制如下的闸门开启制度：

a.闸门开启度e=0.6米时，继续开启到e=1.2米时，无需等到下游的稳定水位至17.01m，当下游水位至16.5m就需要提前打开。这能够满足消力池的抗冲，使得泄流在消力池中产生临界水跃（下游水位为16.5米时淹没系数在1.05～1.1之间，所以满足发生临界水跃）因此需提前开启闸门。

b.闸门开启度e=1.2米时，继续到全开时，无需等到下游的稳定水位至18.86m，当下游水位至17.0m就需要提前打开。这能够满足消力池的抗冲，使得泄流在消力池中产生临界水跃（下游水位为17.0米时淹没系数在1.05～1.1之间，所以满足发生临界水跃）因此需提前开启闸门。

2）计算消力池长度

由规范附录B消能防冲计算的B.1.2：消力池的长度如下式计算(计算示意图如图3.3)：

(3.10)

(3.11)

(3.12)

式中：

则：

计算过程如表3.8：

由上表可得，取消力池的池长为20m,斜坡段的水平投影为2.46m，水平段为17.54m。

3)计算消力池底板厚度

由规范附录B消能防冲的B.1.3：消力池底板厚度可分别根据抗冲和抗浮要求计算，并取两者大值：

抗冲                      (3.13)

抗浮                   (3.14)

式中：

P_m—作用于消力池底板的脉动压力(kPa),大小可取跃前收缩断面的流速水头5%；一般在计算消力池底板前半部时候脉动压力取"+"号，后半部取"-"号；

消力池的末端的厚度,可取t/2,但是任不宜小于0.5m。

由于在水闸防渗设计时，于护坦下设置排水系统，即铺设水平滤层（包括排水）在护坦下，而设置排水孔在护坦上。此时作用在护坦底面上的渗压水头基本上为零。所以计算抗冲。

计算过程如表3.9：

故最后取消力池的底板厚度1m（且使用等厚底板）。

4）消力池的计算总结

综上所述，消力池的池深为0.614m，池长度20m，底板厚 1m。消力池首端长B₁，根据第五章5.1.2得，扩散角在7^o～12^o之间,扩散角度取为10^o，所以消力池末端长。

5）消力池的构造

由《水闸》编者张世儒等，因为消力池在运用过程中，需要承受高速水流的冲击、脉动压力、扬压力等力作用，受力复杂，必须具备较好的稳定性，强度以及整体性。选用C20钢筋混凝土作为建筑材料。在护坦下设置排水系统用来降低护坦底渗透压力，做法是护坦底铺设水平滤层（排水），护坦上设排水孔（不宜布置排水孔在护坦斜坡段以及水跃的跃前水深断面，避免滤层因为上下压差过大从而被吸出）。排水孔的孔径为5~10cm，取8cm，间距1.0~2.0m，取2.0m，采取梅花形布置,用3层不同粒径石料：砂、砾石、卵石，组成滤层，每层厚为30cm。排水孔内填充有碎石，用以使渗水通过，同时避免水流中泥沙塞堵住排水孔。同时，护坦和闸室底板，翼墙和海漫都分缝，用以适应沉降以及伸缩产生的变形。护坦顺水流向纵向缝与闸墩对齐，缝宽1.0~2.5cm，取2cm，用柏油油毛毡充填。护坦不设设置横缝，用来确保护坦的整体稳定性。在消力池的末端设置尾坎，作用是稳定水跃，又调整铅直断面的流速分布，同时将水流挑向水面，减小池后水流的底部流速，最终使得水流均匀扩散。而且尾坎采用实体坎（连续坎）。

3.3.2 海漫的计算

1)计算海漫的长度

由规范附录B消能防冲的B.2.1：当＝1～9消能扩散良好的时候,海漫长度可如下式计算：

(3.15)

式中：

表3.10 K_s 值

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

根据第1章兴建资料以及图1.2闸轴线地质剖面图，闸址处河床土质主要为砂砾卵石层，故按照表3.10，K_s取值为12。

计算过程如下表3.11：

根据上表3.11实际取海漫长度为54m。海漫前端水平段13.5m，后倾斜段40.5米，坡比1:20。（海漫斜坡坡比宜等于或缓于1:10）。

2)海漫的构造

由《水闸》编者张世儒，海漫应该具有相当的柔性，透水性以及表面粗糙性，海漫的结构和抗冲能力应该和水流的流速适应。柔性的目的是使海漫能够适应河床的变形；而透水性的目的是消除海漫底部渗透压力；而表面粗糙性的目的是消除水流的余能；最后抗冲是为了使得海漫本身冲刷破坏，保护河床。因为经过水跃后的紊动余能逐渐得向下游衰减，相适应的海漫结构强度逐渐减弱。海漫结构在前段约1/4，一般采用浆砌块石，余下采用干砌块石。海漫厚度浆砌块石段为30~50cm，取40cm，在其底部设滤层或者垫层，此设计设砂砾，碎石垫层，厚度取15cm；干砌块石段厚度取40cm，而块石直径应大于30cm，在其底部设砂砾，碎石垫层，厚度也取15cm，用浆砌石格埂围护，格埂间距10~15m，此设计取为10m，而断面尺寸约为50cm×50cm。

 

3.3.3防冲槽的设计

水流经过海漫后，虽然进一步消除了能量，但是在海漫末端仍有冲刷存在，甚至对护坦的稳定性产生危害。如果使得河床完全没有冲刷存在，必须将海漫做得很长，但是这样既不经济也没必要，所以在海漫末端进行挖槽堆石，形成防冲槽。当冲刷河床后，槽内的石块立即自动坍塌在冲刷坑的上游坡面，用来避免冲刷坑往上游延展从而破坏海漫，当过水断面增大，流速相应的减小，就可防止水流进一步破坏下游的河床。防冲槽里面块石的数量需满足河床冲成坑后，保护冲坑的上游。

由规范附录B消能防冲的B.3.1：海漫的末端河床冲刷深度按照如下公式计算：    （3.16）

式中：d_m —海漫的末端冲刷深度 (m)；

q_m—海漫的末端的单宽流量 (m² /s)；

［v₀］—河床的土质允许下不冲流速(m/s)，这里取0.7；

h_m—海漫的末端的河床水深 (m)；

计算如下表3.12：

当d_m太大时候，开挖起来不经济同时施工较困难，根据《水闸》编者张世儒，可以取防冲槽的深度在1.5~2.0m，此设计取为 d=2.0m；防冲槽的底宽约（1~2）倍槽深，b=2d=4.0m；上游和下游坡度系数为m=2~4，上游坡度为1：2，下游相同也取1：2；最后防冲槽的长度取为12米。