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职业教育水利水电建筑工程专业
水闸工程综合实训指导书
《水闸实训包》项目组
2015年3月
水闸工程综合实训指导书
一、水闸初步设计
(一)了解任务书、阅读分析基本资料
1.明确设计任务
2.分析基本资料
(二)闸孔尺寸确定
A.闸孔型式的选择
本水闸为进水闸,引取流量不大,为简便起见,拟采用自由泄流的平底板结构。为防止泥沙入渠,底板高程宜高于渠道底高程。
B.闸孔尺寸确定
1.计算闸孔总净宽
(1)淹没系数:
根据此值判定淹没度,查表得相应
当≤0.8时,为自由出流=1.0
当0.8时,为淹没出流,查表求值。
上式中,分别为上下游相对于闸底板高程的总水头及下游水深。
(2)侧收缩系数ε:
ε与孔口尺寸等因素有关,计算时先假定ε值。
(3)流量系数:
直角进口平底板时,
式中:P,H分别为坝高及上游水头。
(4)由堰上总水头
式中:上游行进流速,
2.闸孔孔数n及单孔净宽b
(1)单孔宽度b:
根据水闸使用要求,闸门型式及启闭机容量等因素,并参照闸门尺寸选定,单孔宽度b大中型常为8~12m;
(2)孔数n:n=,孔数在闸孔数目较少时(为6~8孔以下),宜取奇数孔,以利对称开启,改善闸下游水流条件。
3.闸孔泄流能力校核。
(1)闸墩、边墩形状与尺寸:
根据闸孔尺寸及上部结构布置,拟定闸边墩形状与尺寸,闸墩上游头部宜为曲线形,以改善水流条件;闸墩厚度一般不小于1.0m,并应保证门槽处闸墩最小厚度不小于0.5m。
(2)侧收缩系数ε计算。
侧收缩系数ε可根据已设计的闸墩、边墩形状以孔口尺寸,查《水闸设计规范》确定。
(3)闸孔泄流能力校核
是否在(0.95~1.05)Q设之间。
4.闸孔总宽B
式中:d:闸墩厚度
t:边墩厚度
(三)水闸消能防冲设计
水闸闸孔的闸门开启时,下泄水流具有较高能量,为防止高速水流及波状水跃的冲刷等不利作用,闸下应采取消能防冲措施。
A.消能型式
水闸上下游水头一般较低,下游一般为土基,所以宜采用底流式消能。因此,消能设计的主要任务是确定下游消力池深度、长度,护坦形式与构造、海漫长度与构造以及防冲槽等。
B.消力池设计
1.消力池设计依据:
当过闸流量不变时,上游较高水位时往往是消能设计的依据,而实际运行中,流量却是变化的,因而,消能设计依据应是上游为较高水位,下游为较低水位,通过某一流量,下泄水流能量最大时,相应的数据即为消力池设计依据。
2.消力池深度d计算
具体计算公式参见《水闸设计规范》,也可按以下步骤计算。
计算第二共轭水深及下游水深
式中:水跃淹没系数,取=1.10
:出池水面落差
式中:动能改正系数,取=1.0~1.05
:流速系数取=0.95
3.消力池长度
闸底板与消力池护坦之间以1:4~1:5坡度相连。
则池长按下列经验公式计算
4.消力池底板厚度t
(1)消力池构造
为减少作用于闸底板扬压力,消力池底板即护坦做成透水的护坦,厚度可按抗冲要求确定,即:
式中k:护担厚度计算系数
q:消能设计单宽流量
H:上下游水位差
(2)护坦构造
护坦一般可用浆砌石或砼建成,下设0.1~0.15m的卵石垫层,透水护坦应设排水孔,孔径5~0cm,孔距1~2m,梅花状布置孔,底部设反滤层。
C.防冲加固措施
1.海漫
为消除消力池后水流剩余能量,池后渠底设置保护措施即海漫。
①海漫长度计算:见课本或水闸设计规范。
②海漫构造:海漫应具有一定粗糙性,透水性及率性,宜用干砌石或浆砌石建成,厚0.3~0.6m,下设0.1~.15m砂卵石垫层。
2.防冲槽
海漫与下游渠道相交处,应设防冲槽,以保护海漫免受冲刷。防冲槽深度按下式计算:
t″=1.1
式中:河(渠)床土质不冲流速
t:海漫末端水深。
槽底宽可根据施工要求,边坡1:2~1:3左右
(四)水闸防渗排水设计
A.水闸防渗结构
1.底板
底板既是闸室基础,又有防渗及防冲作用,因此适应满足上部结构布置及闸室稳定及强度要求。
(1)底板长度L应根据地基应力要求,并应满足上部结构布置即工作桥及交通总宽度要求。初选根据地基土的类型确定。
(2)底板厚度应根据强度及刚度条件计算确定,设计时可按(1/5~1/8)单孔净宽度拟取。
2.铺盖:
(1)型式:常用有粘土铺盖,砼或铪铺盖,应根据上下游水大小,地基条件及当地材料情况选择相应型式。
(2)长度:根据防渗要求确定,通常可取上下游最大水头差的(3~5)倍
(3)厚度及构造
1)粘土铺盖:厚度S=△H/〔J〕,其中△H为铺盖顶底部水头差;〔J〕为土料允许比降,粘土〔J〕=4~8。上游端厚度不小于0.5m,向闸室方向逐渐加厚。
铺盖顶面应设砌石保护层
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