水工建筑物之水闸设计过程

'三、水力计算1.建筑物的布置方案，连接方式，堰型。2.节制闸部分：A.验算分水位时：干渠水位：计算常数项上游(n*Q/i^1/2)^0.612.16335Q35n0.025i0.000185m1.5b152*(（1+m^2)^1/2)3.605551m1.5代入水深h迭代次数计算水深002.3955132.39551312.3181172.31811722.3216282.32162832.3214692.32146942.3214762.32147652.321476干渠水位：计算常数项下游(n*Q/i^1/2)^0.69.081258Q25n0.025i0.00025m1.5b152*(（1+m^2)^1/2)3.60551m1.5 代入水深h迭代次数计算水深001.788511.7885111.7504721.75047221.7516381.75163831.7516021.75160241.7516041.75160451.7516031.75160361.751603干渠水位下游：流量为35m3/s时Q=35　迭代次数htn=0.025002.188608i=0.000252.18860812.126393b=152.12639322.128901m=1.52.12890132.12882.128842.128804支渠水位：计算常数项(n*Q/i^1/2)^0.65.240612Q10n0.025i0.00025m1.5b62*(（1+m^2)^1/2)3.605551m1.5代入水深h迭代次数计算水深001.788511.7885111.65491.654921.6674681.66746831.6662871.66628741.666398干渠上游水深2.32m，干渠下游水深1.75m，支渠水深1.67m 干渠闸前水位高程：H干=908.2+2.32=910.52m支渠闸前水位高程：H支=908.8+1.67=910.47H干-H支=0.05＜5%的支渠水深保证支渠正常引水，以有必要设计节制闸。平板闸。B.确定单宽流量，q闸≤1.6q渠q渠=35/15=2.3q闸≤1.6*2.3=3.68m3/s则B≥35/3.68=9.5m拟定B=12m取m=0.385（查表8-9水力学P248），σs=1hs=1.75=下游干渠水深查表得σs=1对于多孔宽顶堰流的侧收缩系数取边孔和中孔的加权平均值0.980.99——为闸墩头部及堰顶头部的形状系数，当闸墩头部为弧形、堰顶头部为直角形或圆形时=0.10。b——为堰顶溢流净宽B——为上游河渠宽度 n——为堰顶闸孔孔数，这里为3——为边孔的侧收缩系数——为中孔的侧收缩系数则Q=mε1σsB√(2g)H03/2=81m3/s≥35m3/sm——流量系数ε1——侧收缩系数σs——淹没系数B——闸净宽H0——堰上全水头，H0=H+α0v02/2g=2.32+0.034=2.354故取闸总净宽12m。所以单宽流量q=Q/B=2.92则设计为3孔，单孔净宽b0=4m，边墩厚d=0.8m，中墩厚dz=1m闸孔总宽度为：C.分水时闸前水位3.分水闸部分（进水闸）A．确定闸孔尺寸——b闸前堰上水深：，闸后水深：过水断面：上游行近流速：行近水头： 不属淹没出流。查表得σ=0.643由《水闸设计规范》SL265—2001查得当时P/H=0.349，查表得，1由公式取净宽为4m，则设计为1孔，边墩厚d=1m则单宽流量，由地质资料知闸地基处为隔壁砂砾石，故满足要求渠道宽m，闸室总宽度应与渠道宽度相适应，两者的比值为34/50=0.68大于0.6~0.75，符合要求。B．闸前所需要的水头——HC.校核闸下游的冲刷流速，考虑消能措施。4.配合计算部分A 节制闸工作时的开启高度，出流情况（各种闸门开启方法，公式的选择，系数选定）。（1）校核下游的冲刷流速及消能措施的布置B．节制闸下游的消能防冲计算，定消能设施尺寸。3.2消能防冲设计水闸泄水时水流具有较大的动能，而土质河床的抗冲能力低，必将对下游河床产生不同程度的冲刷。为了保证水闸的正常运行，防止河床冲刷，一方面尽可能消除水流的动能，消除波状水跃，并促使水流横向扩散，防止产生折冲水流；另一方面要保护河床及河岸，防止剩余动能引起的冲刷。水闸消能有方式有底流式、面流式和挑流式等三种，底流式是应用比较广泛的基本消能方式。根据节制闸实际情况，可采用底流式消能。这种消能形式由消力池、海漫和防冲槽等三部分组成。3.2.1消力池（1）判断下游水跃衔接形式当过闸流量为35时。由《水力计算手册》P101中表3-4-1查得平板闸门垂直收缩系数（e/H=0.773/2.42=0.319）为0.627由《水力计算手册》P102中表3-4-3查得流速系数为0.97=2.916m3/s当=2.916m3/s时，可求得：m由《水力计算手册》P124图4-2-3中跃后水深求解曲线查得2.55则m。 Q=35　迭代次数htn=0.025002.188608i=0.000252.18860812.126393b=152.12639322.128901m=1.52.12890132.12882.128842.128804故：下游水深=2.13m-=2.43-2.13=0.3当过闸流量为25时=2.08m3/s当=2.08m3/s时，可求得：m由《水力计算手册》P101中表3-4-1查得平板闸门垂直收缩系数（e/H=0.535/2.42=0.221）为0.621。由《水力计算手册》P102中表3-4-3查得流速系数为0.97由《水力计算手册》P124图4-2-3中跃后水深求解曲线查得3.2，则m。-=2.435-1.75=0.685在所讨论的流量范围内，大部分都大于，即下游会产生远驱式水跃衔接，为使下游产生淹没水跃衔接，需要修建消力池。 （2）消力池的结构形式底流式消能布置一般有挖深式消力池、槛式消力池和综合式消力池，若下游水深不足，用降低护坦高程形成消力池，是水闸设计中常用的型式，当下游水深略小于或等于跃后水深时，可采用槛式消力池。如果降低护坦高程挖方过大，施工困难较多，增加工程造价时，可采用浅挖方低槛式综合式消力池。结合本工程特点，新华进水闸采用挖深式消力池。（3）消力池的深度计算可求出最大时=2.08m3/s。故消力池的设计流量为=2.08m3/s,相应于=2.08m3/s时，m，，，m，m。查由《水力计算手册》P126图4-2-5中消能池深图解得池深（4）消力池的长度计算池长的设计流量取单宽加大流量，即m3/（s·m）此时，查图得：0.57，1.58则m，m池长按公式和计算式中Lsj——消力池长度(m)；Ls——消力池斜坡段水平投影长度(m)；Β——水跃长度校正系数，可采用0.7~0.8；Lj——水跃长度（m）； 式中m为消力池斜坡比，取m=5，p为堰顶与消力池池底的高差，即0.21m。则mmm，即消力池长度为5m。（5）消力池底板的厚度水闸泄水时，消力池内水流紊乱，消力池底板承受水流冲击力，水流脉动压力和底部扬压力等作用，受力条件复杂，一旦破坏就会影响到水闸的安全.因此，护坦厚度的设计应考虑自身具有足够重量、强度和抗冲耐磨的能力。根据抗冲和抗浮要求，根据SL265—2001《水闸设计规范》抗冲和抗浮两公式计算，并取其大值。满足抗冲要求：（3-7）满足抗浮要求：（3-8）式中t——消力池底板始端厚度(m)；ΔH‘——闸孔泄水时的上下游水位差(m)；K1——消力池底板计算系数，可采用0.15~0.20；K1——消力池底板安全系数，可采用1.1~1.3；U——作用在消力池底板底面的扬压力(kPa)；W——作用在消力池底板顶面的水重(kPa)；Pm——作用在消力池底板上的脉动压力(kPa)，其值可取跃前收缩断面流速水头值50%，计算消力池底板前半部的脉动压力时取正，后半部的脉动压力时取负；γd——消力池底板的饱和重度(kN/m3)；按抗浮要求计算底板厚度时，因为消力池底部设反滤层，中后部设排水孔，渗透压力为零，即消力池上作用的扬压力与水重大小相等，相互抵消；而Pm的值很小，即消力池底板厚度不必考虑抗浮要求，只需计算抗冲要求下底板厚度。m，则底板厚度取为0.5m。为了降低护坦底部的渗透压力，在护坦中后部设铅直排水孔，孔径10cm ，间距2m；设置反滤层以保护地基土，防止土粒被渗流带入排水，在护坦底部设3层粒径不同的反滤层，层次大体与渗流方向正交，各层厚度依次为10cm、6cm和4cm。C．下游冲刷速度校核。'