1、第一章 工程设计资料1.1 工程概况栖儒港属大冶湖水系，起点堰铺桥，终点下袁，栖儒港流域面积105.8km2，干流长 21km，纵坡 3.0。该流域涉及到大冶市的金湖街办、14 个行政村，总人口 2.8 万人。栖儒港流域地处鄂东南长江中游南岸，属低山丘陵区，处在长江中游平原与幕阜山脉的过渡地带，总地势南高北低，中部平坦，一般海拔 120383m，最低为大冶湖 14m。栖儒水闸位于栖儒港下游，水闸以上干流河长 18.59km，控制流域面积 103 km2。栖儒水闸始建于 1976 年，是栖儒村区域内目前较大的集排水、灌溉、防洪于一体的中型水闸，灌溉 2000 余亩农田。水闸总宽度约 40 米，由
2、 6 孔自动翻板门和 1 孔平板钢闸门泄水闸组成，每孔自动翻板门宽 6.0m，门净高 2.0m，泄水闸高 3.1m，宽 3.3m，与下游简易交通桥连为一体。由于栖儒水闸工程已运行 30 多年，工程的严重老化病害、众多安全隐患严重影响水闸的安全运行，鉴于栖儒水闸的重要作用，为保证本地区经济的持续发展，决定报废重建。1.2 工程地质及水文地质1.2.1 地质概况1.地理位置及地形地貌闸址及库区位于低山丘陵地貌和长江冲积平原过渡带，属丘陵平原两种地貌单元类型。境内诸峰分布在南部和西南部，系幕阜山之余脉。最高点太婆尖海拔高程 840 米，最低点保安湖海拔高程仅 11 米，平均海拔高程 26 米，地形分
3、布大体上是南山、北丘、东西湖，南高、北低、东西平，中部多为岗岭相间的平畈坝地。东有大冶湖，西北有保安湖、三山湖、港叉纵横、塘堰水库星布，地表径流分别经大冶湖、保安湖、梁子湖、富水四条水系注入长江，山水资源丰富。栖儒港属大冶湖水系。2.地层岩性工程区位于淮阳山字型前弧西翼与鄂东南新华夏系构造复合部位，是地处扬子准地台下扬子台坪大冶台褶带的大冶复式向斜核部。区内地层岩土层较为复杂，岩土层地质时代跨度较大，火成岩、沉积岩、沉积变质岩多种岩石类型均有不同程度出露，简述如下：下古生界志留系（S）黄绿色砂页岩、上古生界泥盆系（D） 、石炭系（C） 、二叠系（P）砂页岩及石灰岩。大冶复式向斜核部，以中生界地
4、层为主，主要是三叠系（T 1-2）的大冶灰岩、白云质灰岩、泥灰岩、砂页岩；三叠系中晚期，本区有大面积的花岗岩侵入，与海相沉积岩产生接触变质作用，造成局部矿产的富积，如铜录山的铜矿，铁山的铁矿等。侏罗系（J 2）的砂页岩；白垩系（K）灵乡组的砾岩、砂岩、页岩等，上覆火成杏仁状安山岩，流纹岩、玄武岩；新生代老第三系（E）泥质粉砂岩和粘土岩等。第四系发育较齐全，岩性复杂，厚度变化也大，闸址区以河流冲积物及湖积物为主，也发育一定厚度的残坡积粘性土及人工填土。（3）地质构造工程区位于淮阳山字型弧顶西翼与鄂东南华夏系构造复合部位，地处扬子准地台下扬子台坪大冶台褶带的大冶复式向斜核部。区内地壳受燕山运动南北
5、向挤压应力的作用，地层发生了强烈的褶皱，形成了一系列近东西向的紧密线性褶皱以及与之相匹配的压性、扭性和张性断裂。其中 NWW 向的襄樊广济深大断裂在黄石以北通过，距工程区约 25 公里，活动性较强的 NNE 向的麻城团风断裂在工程区西南通过，距工程区约 30 公里。上述两条活动性在断裂均距工程区较远，对场地的稳定性不造成不利影响，场地处于相对稳定的地段。（4）水文地质条件工程区地下水类型主要有：第四系孔隙水和基岩裂隙水。1）第四系松散岩（土）层孔隙水赋存于第四系松散堆积物中，主要有孔隙潜水，地下水的补给来源于在大气降水，向河流及低洼处排泄。受地层厚度及其岩性透水性影响。2）基岩裂隙水主要赋存于
6、下伏白垩系（K）的砾岩中，其裂隙不发育，水量很少。（5）区域稳定与地震据全国历史地震编辑委员会提供的地震资料，区域内自公元 319 年以来共发生 M4.75 级地震达 26 次，对本区影响均不足度。本区最大地震为 1917元月 24 日安徽省霍山 M=6.25 级地震，对本区造成影响烈度约度。区域构造上襄樊广济深大断裂和麻城团风断裂均距工程区较远，无诱发地震的因素，故区域稳定性是稳定的。根据国家标准 1/400 万中国地震动参数区划图 （GB18306-2001） ，工程区地震动峰值加速度为 0.05g，地震动反应谱特征周期 0.35s，相应地震基本烈度为度。1.2.2 闸址区工程地质条件1.
7、地形地貌栖儒水闸位于大冶市金湖街办汪拳村栖儒港，闸址附近的栖儒港宽约40m，流向北东。闸址附近原河道较弯曲，修水闸时经裁弯取直，微地貌为岗地。2.地层岩性根据钻探及区域地质资料，闸址区主要出露和分布以下地层：（1）第四系素填土（Q 4ml）, 地层代号：黄褐色壤土，土性呈可塑状，土质不均匀。主要分布在水闸两侧的河堤上，厚 2.52.9m。土的比重 2.73，含水率 26.9，干密度 1.58g/cm3，孔隙比 0.73，塑限 17.9，塑性指数16.7，液性指数 0.54，压缩系数 0.29MPa-1，压缩模量 6MPa，抗剪强度指标 C为 24.5kPa， 为 11.8，渗透系数 1.610
8、-3 cm/s。（2）第四系全新统残坡积层（Q 4el+dl）, 地层代号：黄褐色粘土，含有灰白色高岭土团块，可塑硬塑状态，厚 3.1m。分布于闸右肩，为闸右肩基础。土的比重 2.74，含水率 28.1，干密度 1.55g/cm3，孔隙比 0.77，塑限17.5，塑性指数 20.4，液性指数 0.42，压缩系数 0.29Mpa-1，压缩模量8MPa，抗剪强度指标 c 为 22.6kPa， 为 15.6，渗透系数 2.510-5 cm/s。（3）白垩系强风化砾岩（K） ，地层代号-1：灰色，钙质胶结，强风化，砾石成分以灰岩为主，夹石英砂岩、红砂岩，厚 010m。主要分布在闸基的右侧。从闸中部向右
9、岸逐步增厚。（4）白垩系砾岩（K） ，地层代号-2：灰色，钙质胶结，块状，弱风化，砾石成分以灰岩为主，夹石英砂岩、红砂岩。发育“X”型裂隙,产状 12577、32577。闸左肩至闸中部均有出露，为该段闸基。3.物理力学指标建议值1） 室内物理力学试验统计根据对现场采取的各层的原状土样进行统计，得出闸址区主要地层的物理力学指标建议值结果见表 2.1：表 2.1 闸址区主要地层的物理力学指标建议值快剪层号岩土名称时代成因 状态含水量%天然密度g/cm3孔隙比压缩模量MPa承载力特征值kPa凝聚力kPa内摩擦角渗透系数cm/s允许 J素填土Q4ml 可塑,松散 11 13 1.610-3 粘土 Qe
10、l+dl 可塑 28 1.9 0.8 6.0 140 18 14 2.510-50.48-1砾岩 K 强风化 2.3 400-2砾岩 K弱风化 2.4 1200（4）水文地质的条件1） 地下水埋藏条件工程区地下水主要有上层滞水、基岩裂隙水。上层滞水主要赋存于第层填土中，主要受大气降水补给，并向沟渠排泄。较深的地层在旱季接受河水的补给。无统一的地下水位，地下水位埋深随季节变化。勘察期间地下水埋深 1.52.3m。基岩裂隙水主要赋存于下伏的第层砾岩裂隙中。现场调查表明，砾岩中裂隙不发育，且以剪性裂隙为主，基岩裂隙水不发育。2） 岩土的渗透性勘探期间，对层闸肩填土进行 2 段注水试验，渗透系数分别为
11、 1.710-3 cm/s 和 1.510-3 cm/s，渗透系数建议值 1.610-3cm/s。对右闸基下的层残坡积粘土进行 1 段注水试验，渗透系数为 2.510-5 cm/s，渗透系数建议值 2.510-5cm/s。3）地下水的腐蚀性为了评价地下水对混凝土的腐蚀性，我们在闸址区的河段采取了水样，根据试验结果，按岩土工程勘察规范 （5002-2001）第 12.2 条的规定，评价结果为，闸址区的河水及地下水对混凝土结构无腐蚀性；对钢筋混凝土中的钢筋无腐蚀性；对钢结构有弱腐蚀性。1.2.3 闸址工程地质评价闸室持力层为第层粘土和-2 白垩系弱风化砾岩，其中靠左端 3/5 部份设置在-2 弱风
12、化砾岩上，靠右端 2/5 部份设置在层粘土上。持力层层粘土为残坡积成因，呈可塑硬塑状态，湿，土性较粘，强度一般，标准贯入击数 511 击，具中等压缩性。层厚 03.1m，承载力特征值为 140kPa，快剪凝聚力为 18kPa。内摩擦角为 14。其下卧层为-1 白垩系强风化砾岩，承载力特征值 400 kPa，强度较高 。持力层-2 层白垩系弱风化砾岩，天然密度 2.4g/cm3 ，承载力特征值1200 kPa 。勘察表明，闸基下有第层粘土、第-1 层强风化砾岩和第-2 层弱风化砾岩，其中层粘土渗透系数为 2.510-5 cm/s，其渗透性满足要求，允许水力坡降建议采用 0.48。闸室抗滑稳定的验
13、算主要考虑第层粘土、第-2 层砾岩。根据水闸设计规范 ，闸基底面与粘土之间的摩擦系数建议采用 0.3，闸基底面与砾岩之间的摩擦系数建议采用 0.5。1.3 水文气象1.3.1 气象资料本流域具大陆性东亚气候特征：历年平均气温 16.9，极端高温 40.3，极端低温-11。多年平均降雨量 1385.8mm，年最大降雨 2683.5mm。全年7080%的雨量集中在 49 月份，多年平均蒸发量为 1466.7mm。大陆性季风气候较强，春天以东、东南风为主，秋、冬盛行西南风与西北风，风力一般 34级。1.3.2 水文资料栖儒港水闸对洪水无调蓄作用，属拦河节制闸，主要作用为抬高水位以满足灌溉需求。经单位
14、线汇流计算，得各频率洪水过程线，洪峰成果见表 3.1。表 3.1 各频率洪峰流量成果表P (m3/s)mQP=2% 628.28P=3.33% 569.45P=5% 522.21P=10% 440.22第二章 栖儒水闸布置2.1 闸址选择2.1.1 闸址的基本要求闸址应根据水闸的功能、特点和运用要求，综合考虑地形、地质、水流、潮汐、泥沙、冻土、冰情、施工、管理、周围环境等因索，经技术经济比较后选定。闸址宜选择在地形开阔、岸坡稳定、岩土坚实和地下水水位较低的地点。闸址宜优先选用地质条件良好的天然地基，避免采用人工处理地基。节制闸或泄洪闸闸址宜选择在河道顺直、河势相对稳定的河段，经技术经济比较后也
15、可选择在弯曲河段裁弯取直的新开河道上。进水闸 、分水闸 或分洪闸闸址宜选择在河岸基本稳定的顺直河段或弯道凹岸顶点稍偏下游处，但分洪闸闸址不宜选择在险工堤段和被保护重要城镇的下游堤段。排水闸 （排涝闸）或泄水闸 （退水闸）闸址宜选择在地势低洼、出水通畅处，排水闸 （排涝闸）闸址宜选择在靠近主要涝区和容泄区的老堤堤上。闸址应选择在水流流态平顺，河床、岸坡稳定的河段。泄洪闸宜选在河段顺直或截弯取直的地点；分洪闸应选在被保护城市上游，河岸基本稳定的弯道凹岸顶点稍偏下游处或直段，闸孔轴线与河道水流方向的引水角不宜太大；挡潮闸宜选在海岸稳定地区，以接近海口为宜，并应减少强风强潮影响，上游宜有的冲淤水源。水
16、流流态复杂的大型防洪闸闸址选择，应有水工模型试验验证。若在铁路桥或 I 、l 级公路桥附近建闸 ，选定的闸址与铁路桥或 I 、l 级公路桥的距离不宜太近。选择闸址应考虑材料来源、对外交通、施工导流、场地布置、基坑排水、施工水电供应等条件。选择闸址应考虑水闸 建成后工程管理维修和防汛抢险等条件。选择闸址还应考虑下列要求：1. 占用土地及拆迁房屋少；2. 尽量利用周围已有公路、航运、动力、通信等公用设施；3. 有利于绿化、净化、美化环境和生态环境保护；4. 有利于开展综合经营。2.1.2 闸址的确定栖儒闸闸址及库区位于低山丘陵地貌和长江冲积平原过渡带，属丘陵平原两种地貌单元类型。境内诸峰分布在南部
17、和西南部，系幕阜山之余脉。最高点太婆尖海拔高程 840 米，最低点保安湖海拔高程仅 11 米，平均海拔高程 26 米，地形分布大体上是南山、北丘、东西湖，南高、北低、东西平，中部多为岗岭相间的平畈坝地。东有大冶湖，西北有保安湖、三山湖、港叉纵横、塘堰水库星布，地表径流分别经大冶湖、保安湖、梁子湖、富水四条水系注入长江，山水资源丰富。栖儒港属大冶湖水系。根据工程规模和枢纽地形、地质条件，从水能利用、满足改善乡村水环境的要求以及下游灌区用水要求等方面综合考虑，可拟定多个闸址方案进行闸址比选。根据分析对比拟定闸址方案的地形、地质条件、枢纽布置、施工、工程量及投资、上游淹没面积等方面，对闸址进行技术经
18、济比选，选择最优方案。2.2 枢纽总体布置2.2.1 枢纽布置方案的确定水闸枢纽布置应根据闸址地形、地质、水流等条件以及该枢纽中各建筑物的功能、特点、运行要求等确定，做到紧凑合理、协调美观，组成整体效益最大的有机联合体。节制闸的轴线宜与河道中心线正交，其上、下游河道直线段长度不宜小于 5 倍水闸进口处水面宽度。栖儒水闸位于大冶市金湖街办汪拳村栖儒港，闸址附近的栖儒港宽约40m，流向北东。闸址附近原河道较弯曲，修水闸时经裁弯取直，微地貌为岗地。根据栖儒水闸地形图可取水闸正常蓄水位为 22.5m，根据水闸设计规范（SL265-2001）取设计洪水（P=3.33%）相应洪峰流量 Qm=569.45m
19、3/s，校核洪水（P=2%）相应洪峰流量 Qm=628.28m3/s。选定枢纽布置方案为：栖儒闸设计为平底板开敞式，呈“一”字形布置，闸轴线总长 40.0m，其上设置交通桥，主要用于人畜通行。2.2.2 工程建筑物及等级划分平原区水闸枢纽工程应根据水闸最大过闸流量及其防护对象的重要性划分等别，其等别应按表 2.1 确定。表 2.1 平原地区水闸枢纽工程分等指标工程等别 规模 大（1 ）型 大（2 ）型 中型 小（1 ）型 小（2 ）型最大过闸流量（m 3/s） 5000 5001000 1000100 10020 20 防护对象的重要性 特别重要 重要 中等 一般 注：当按表列最大过闸流量及防
20、护对象重要性分别确定的等别不同时，工程等别应经综合分析确定。水闸枢纽中的水工建筑物应根据其所属枢纽工程等别、作用和重要性划分级别，其级别应按表 2.2 确定。表 2.2 水闸枢纽建筑物级别划分永久性建筑物级别工程等别主要建筑物 次要建筑物 临时性建筑物级别I 1 3 2 2 3 3 3 4 4 4 5 5V 5 5 注：永久性建筑物指枢纽工程运行期间使用的建筑物。主要建筑物指失事后将造成下游灾害或严重影响工程效益的建筑物。次要建筑物指失事后不致造成下游灾害或对工程效益影响不大并且易于修复的建筑物。临时性建筑物指枢纽工程施工期间使用的建筑物。2.2.3 洪水标准平原区水闸的洪水标准应根据所在河流
21、流域防洪规划规定的防洪任务，以近期防洪目标为主，并考虑远景发展要求，按表 2.3 所列标准综合分析确定。表 2.3 平原区水闸洪水标准水闸级别 1 2 3 4 5设计 10050 5030 3020 2010 10洪水重现期(a)校核 300200 200100 10050 5030 30202.2.4 栖儒闸设计指标和建筑物等级栖儒港水闸对洪水无调蓄作用，属拦河节制闸，主要作用为抬高水位以满足灌溉需求。根据河道规划及运行要求，确定该闸设计指标为：设计洪水重现期：30 年，相应流量 569.45m3/s。相应上游水位 22.5m，下游水位 21.8m。校核洪水重现期：50 年，相应流量 628
22、.28m3/s。相应上游水位 22.7m，下游水位 21.9m。设计河底高程：20.7m河底宽：40.0m，河道边坡为：1:3闸正常当水位：22.5m闸底板高程：20.7m栖儒闸位于长江中游平原与幕阜山脉的过渡地带，属于平原区水闸枢纽工程。根据水闸设计规范有其工程等别及建筑物级别见下表：表 2.4 水闸枢纽建筑物级别划分永久性建筑物级别工程等别主要建筑物 次要建筑物临时性建筑物级别 3 4 5据全国历史地震编辑委员会提供的地震资料，区域内自公元 319 年以来共发生 M4.75 级地震达 26 次，对本区影响均不足度。本区最大地震为 1917元月 24 日安徽省霍山 M=6.25 级地震，对本
23、区造成影响烈度约度。区域构造上襄樊广济深大断裂和麻城团风断裂均距工程区较远，无诱发地震的因素，故区域稳定性是稳定的。根据国家地震局 2001 年颁布的中国地震动参数区划图(GB18306-2001)，工程所在区域内地震动峰值加速度小于 0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s，相当于地震基本烈度为 VI 度，可不作地震设防。根据在闸址区的河段采取的水样进行试验，根据试验结果，按岩土工程勘察规范 （5002-2001）第 12.2 条的规定，评价结果为，闸址区的河水及地下水对混凝土结构无腐蚀性；对钢筋混凝土中的钢筋无腐蚀性；对钢结构有弱腐蚀性。可不做防腐设计。2.3 水闸的孔口设计2.3.1
24、 设计条件设计孔口时，首先要分析水闸在进流期间可能出现的最不利情况，以此作为设计条件。水闸的过水能力与上下游水位、底板高程和闸孔总净宽等是相联的，设计时，需要通过对不同方案进行技术经济比较后最终确定。闸孔总净宽应根据泄流特点、下游河床地质条件和安全泄流的要求，结合闸孔孔径和孔数的选用，经技术经济比较后确定。计算时分别对不同的水流情况，根据给定的设计流量、上下游水位和初拟的底板高程及堰型来确定。闸底板高程应满足运行要求，并结合地质和经济条件一并考虑。由栖儒水闸地形图可知闸址高程为 20.0m-23.0m，平均高程在 20.7m。由于闸址区以河流冲积物及湖积物为主，也发育一定厚度的残坡积粘性土及人
25、工填土，需做简易的地基处理。而闸室持力层为第层粘土和-2 白垩系弱风化砾岩，其中靠左端 3/5 部份设置在-2 弱风化砾岩上，靠右端 2/5 部份设置在层粘土上。第层粘土分布于闸右肩，为右肩基础。-2 白垩系弱风化砾岩，闸左肩至闸中部均有出露，为左肩闸基。闸底板高程初步拟定为 20.7m。水闸正常蓄水位为 22.5m，设计洪水（P=3.33%）相应流量为 569.45m3/s，相应上游水位为 22.5m，下游水位为 21.8m，校核洪水（P=2%）相应流量为628.28m3/s，相应上游水位为 22.7m，下游水位为 21.9m。2.3.2 闸孔形式闸孔形式是指闸底板的形式（堰形）和是否设置胸
26、墙。一般情况下要用不设胸墙的孔口，其优点是结构简单、施工方便，又利于排泄冰块等漂浮物，也能满足过木及通航等要求。水闸底板的形式（堰形）中，以宽顶堰应用较广，这是由于其具有自由出流范围大，泄洪能力较大而且比较稳定的优点，但是流量系数小。综合考虑水 闸 底 板 （ 堰 型 ） 采 用 宽 顶 堰 形 式 ， 闸 孔形 式 选 用 宽 顶 堰 孔 口 。2.3.3 堰顶高程如何确定堰顶高程，是闸孔设计的关键。若将堰顶高程定得底些，则可加大过闸水深，从而加大过闸单宽流量，闸室宽度可以减小，但是，水闸高度将有所增加；若将堰顶高程定得高些，则情况相反。因此，应进行综合比较，以求经济合理。选择堰顶高程还需考
27、虑选定的过闸单宽流量是否合适。在水闸的可行性研究阶段，q 值可按下列数据选用：粉砂、细砂、粉土及淤泥，q=510m 3/(s.m)；砂壤土，q=1015m 3/(s.m)；壤土，q=1520m 3/(s.m)；黏土，q=1525m 3/(s.m)。另外，进水闸的过闸单宽流量一般不超过渠道单宽流量的1.21.5 倍。由 2.3.4 闸孔总宽度计算有单宽流量分别为 16.75m3/(s.m)和18.48 m3/(s.m)，满足要求。工程实践中，进水闸一般都采用宽顶堰型底板，堰顶高程与下游渠底齐平或稍高。对于拦河闸，特别是平原地区上、下游水位差较小的情况下，堰顶高程尽可能定得底些，以便获得较大的过闸
28、流量。一般情况下，堰顶高程与河底同高或略高，如比河底低得多，则有可能产生淤积现象。根据河渠底高程、水流、泥沙、闸址地形和地质、水闸施工及运行等条件，结合选用的堰型，门型及闸孔总净宽等，经经济技术比较，可取堰顶高程与河底齐平，堰顶高程为 20.6m。2.3.4 闸孔总宽度及孔数对于平底板，当为堰流时，闸孔总净宽可按以下公式计算：0= 2320公式 2.1计算示意图 2.1 如下图所示：图 2.1 闸孔净宽计算示意图多孔闸，闸墩墩头为圆弧形时=(1)+公式 2.2=1-0.171(1 00+)4 00+公式 2.3=1-0.1711 00+24 00+2公式 2.4=2.310(10)0.4公式
29、2.5式中 闸孔总净宽（m） ；0过闸流量（ m3/s） ；H0计入行近流速水头的堰上水深（m） ；重力加速度，可采用 9.81（m/s 2） ；g堰流流量系数，可采用 0.385；m堰流侧收缩系数，对于多孔闸可按公式 2.2 计算求得；闸孔净宽（ m） ；0上游河道一半水深处得宽度（m ） ；闸孔数；中闸孔侧收缩系数，可按公式 2.3 计算求得或由表 2.5 查得，但表中 为 ； 0+2中闸墩厚度(m)：边闸孔侧收缩系数,可按公式 2.4 计算求得或由表 2.5 查得,但表中 bs 为 ； 0+2边闸墩顺水流向边缘线至上游河道水边线之间的距离(m)；堰流淹没系数 ,可按公式 2.5 计算求得
30、或按表 2.6 查得；由堰顶算起的下游水深(m)。表 2.5 值b0/bs 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 0.909 0.911 0.918 0.928 0.940 0.953 0.968 0.983 1.000表 2.6 值Hs/H0 0.72 0.75 0.78 0.80 0.82 0.84 0.86 0.88 0.90 0.911.00 0.99 0.98 0.97 0.95 0.93 0.90 0.87 0.83 0.80Hs/H0 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.99 0.995 0.9980.77
31、0.74 0.70 0.66 0.61 0.55 0.47 0.36 0.28 0.19由于孔径是未知数，故侧收缩系数 不能直接查表或按有关公式计算，此时可先假定 ,流量公式中的 也可暂用堰前水深代替。=0.95 01正常工况0= (+)=569.451.840=7.909m/s0=+202=1.9+7.909229.81=4.9880=21.820.74.988=0.221由于 小于 0.72，查表 2.6 可取0 =10= 2320= 569.4510.950.38529.814.98832=31.552小型水闸的孔径一般为 13m，大型水闸宜采用 8m 以上的孔径。参考水利水电工程钢闸门
32、设计规范（DL/T5039-1995）初步选定单孔净宽为 6.5m，孔数为 5 孔。取闸室边墩厚 1m，墩头为 1/4 圆形，中墩厚为 1.2m，墩头为半圆形。边孔侧收缩系数：=1-0.1711 00+24 00+2=0.976中孔侧收缩系数：=10.171(1 00+)4 00+=0.974故=(1)+ =0.974此时实际流量601.3=03202=10.9740.38532.54.9883229.81=7m3/s由于实际流量略大于水闸最大流量，满足设计要求。所以闸孔数为 5，每孔宽度为 6.5m。2. 非常工况0= (+)=628.28240=7.854m/s0=+202=2+7.854
33、229.81=5.1430=21.920.75.143=0.233由于 小于 0.72，查表 2.6 可取0 =1由正常工况有 =0.974此时实际流量629.6=03202=10.9740.38532.55.1433229.81=2m3/s由于实际流量略大于水闸流量，故满足设计要求。综上有闸孔净宽为 6.5m，闸孔数为 5 孔，闸孔总净宽度为 32.5m。闸室总宽B =0+(1)+232.5+41.2+1=39.32.3.5 闸顶高程闸顶高程通常是指闸室胸墙或闸门挡水线上游闸墩和岸墙的顶部高程，应根据挡水和泄水两种运行情况确定。挡水时，闸顶高程不应低于水闸正常蓄水位（或最高档水位）加波浪计算
34、高度与相应安全超高之和；泄水时，闸顶高程不应低于设计洪水位（或校核洪水位）与相应安全超高之和。水闸安全超高下限值见表 2.7。表 2.7 水闸安全超高下限值(m)水闸级别运用情况 1 2 3 4,5正常蓄水位 0.7 0.5 0.4 0.3挡水时最高挡水位 0.5 0.4 0.3 0.2设计洪水位 1.5 1.0 0.7 0.5泄水时校核洪水位 1.0 0.7 0.5 0.4闸顶超高按下式计算：y=+e+式中 y闸顶超高，m；R最大波浪在坝坡上的爬高，m；e最大风雍水面高度，m；A安全加高，m。1.最大风雍水面高度最大风雍水面高度按下式计算：e=22cos式中 e风雍水面高度，m；K综合摩擦阻
35、系数，取 ;=3.6106W计算风速，取 W 正 =1.5V=22.5m/s，W 非 =15m/s；D风区长度， m，取 D=200m；水域的平均深度，m；计算风向与坝轴线法向的夹角，取 。 =002.波浪爬高平均波浪爬高采用莆田实验站公式计算： mWLhKR2m1其中： 7.0245.027.022 .13.813.0WgHthDtgHthWg mmm 0.5mm48T2gL式中 y堤顶超高（m） ；R最大波浪在坝高上的爬高（m） ；e最大风壅水面高度（m） ；A安全加高（m） 。K综合摩阻系数，取 ；=3.6106W计算风速 W 正 =1.5V=22.5m/s，W 非 =15m/s， ；D
36、风区长度（ m） ，取 D=200m；水域的平均深度（m） ；H计算风向与坝轴线法向的夹角（） ，取 ；=00平均波高（m） ；h平均波长（m） ；L平均波周期（s） ；T平均波浪爬高（m） ；R斜坡的糙率渗透性系数，草皮护坡取 ；K=0.85经验系数，由风速、坡前水深、重力加速度确定；Wg重力加速度，取 9.81（m/s）经过以上计算，求得波浪平均爬高，再按相应累计概率，并考虑斜向来波影响即可求得波浪爬高 R。表 2.8 hp/hm值p(%)hm/Hm1 2 5 10 200.0 2.42 2.23 1.95 1.71 1.430.1 2.26 2.09 1.87 1.65 1.410.2
37、2.09 1.96 1.76 1.59 1.370.3 1.93 1.82 1.66 1.52 1.340.4 1.78 1.68 1.56 1.46 1.370.5 1.63 1.56 1.46 1.37 1.25波浪累积频率 p(%)如下表 2.9 所示：表 2.9 波浪累积频率 p(%)水闸级别 1 2 3 4 5p(%) 1 2 5 10 20计算结果见下表：表 2.10 闸顶高程计算成果表运行情况 护坡型式设计爬高R(m)风雍水面高 e（m）安全加高A(m)水位（ m）闸顶高程（m）挡水情况 0.3 0.009 0.4 22.5 23.21泄水情况草皮0.2 0.004 0.5 22
38、.6 23.30参考参考水利水电工程钢闸门设计规范 （DL/T5039-1995）可定闸门高为 3m，闸顶高程为 23.7m。2.4 底板按底板与闸墩的连接方式不同，底板可分为整体式及分离式两种。按底板结构形式的不同，主要分为平底板、底堰式两种。此工程中选用整体式平底板。2.4.1 底板长度地板长度（顺水流方向）一般受上部结构布置控制，但要满足闸室抗滑稳定和地基压力分布较均匀等要求。初拟地板长度 L 时，除满足闸室上部结构布置的要求外，参考L 约为上游水深的 1.52.5 倍，坚实地基取下限值，松散地基取上限值；L 约为上、下游最大水位差的 1.54.5 倍，在相同的最大水位差情况下，砂土地基
39、 L 稍小些，黏土地基 L 稍大些。参考老工程 L 可取 9m。2.4.2 底板厚度底板厚度必须满足强度和刚度要求，对于大、中型水闸，可取为 1/81/6的闸孔净宽，一般为 1.0 2.0m，最薄也不宜小于 1.0m，此工程闸底板厚度取为 0.8m。在底板上、下游两端一般均设有浅齿墙，深度为 0.51.5m，以增加闸室的稳定性和延长防渗长度此工程浅齿墙深度取为 0.5m。底板为钢筋混凝土结构。2.5 闸墩闸墩的作用主要是分隔闸门，同时也支承闸门、胸墙、工作桥及交通桥等上部结构。2.5.1 闸墩长度闸墩长度应满足上部结构布置等要求，一般情况下，该值等于底板长度，也可以大于底板长度，但伸出的闸墩悬
40、臂长度不宜超过闸室底板厚度的 1 倍。此工程闸墩长度取与闸底板长度相等，即闸墩长度为 9m。2.5.2 闸墩厚度闸墩外部形状应使水流平顺，减小侧收缩影响，以提高闸孔过水能力，但也要考虑到施工方便、不易损坏等因素。上游墩头采用半圆形，下游墩头采用流线形。闸墩厚度必须满足稳定和强度的要求，混凝土闸墩厚度约为0.91.4m 。闸墩在门槽处得厚度不宜小于 0.4m。该工程的边墩厚度取 1.0m，中墩厚度取 1.2m。2.5.3 闸墩的外形轮廓设计闸墩结构形态计算：墩头设计为半圆形半径为 0.5d，墩尾设计为流线型，半径为 1.708d。对于中墩：d=1.2 ，则有 0.5d=0.6m，1.7d=2.0
41、4m ；对于边墩：d=1，则有 0.5d=0.5m，1.7d=1.7m 。中墩和边墩的结构尺寸如下图 1 和图 2 所示：平面闸门的门槽尺寸应根据闸门尺寸及支承方式而定。工作闸门的门槽宽深比宜取 1.61.8，门槽深度一般为 0.20.3m。此工程门槽深度取 25cm，宽度取 40cm。检修门槽与工作门槽之间的净距一般为 1.5m2.0m，以便闸门安装与进人检修，同时也有利于启闭机的布置与运行。此工程检修门槽与工作门槽之间的净距取 2.0m。2.6 工作桥工作桥高度视闸门和启闭设备的形式及闸门高度而定。一般应使闸门开启后，门底高于上游最高水位，以免阻碍过闸水流。对于一般的平板闸门，若用固定启闭
42、设备，工作桥横梁底部高程与闸室底板高程的差值约等于闸门高度的2 倍再加 1.01.5m 的富余高度，且工作桥梁底高程高出最高洪水位 0.5m 以上。工作桥横梁底部高程取 28.2m，工作桥梁高度取 1.2m，则工作桥桥面高程为29.4m。工作桥除应满足启闭设备所需的宽度外，还应在桥的两侧各留 0.61.2m以上的富余宽度，以供工作人员操作及设置栏杆之用，桥面总宽度约为35m ，此处工作桥宽度取 4.5m。2.7 交通桥交通桥的位置放在低水位一侧，以免桥身过高与两岸连接发生困难。考虑闸门检修，墩顶以上工作桥高度为：1 倍门高+1m 富裕高度+工作桥梁高=3+1+1.2=5.2m。检修桥桥面高程=
43、5.2+20.7=26.4m。一般公路桥单车道净宽 4.5m，双车道净宽 7.0m。此处取单车道，即交通桥净宽为 4.5m。第三章 水闸的消能防冲水闸消能设计的基本原则是：促使水跃发生在闸下一定范围内，最大限度地通过河床表面水滚消能，避免造成下游河床冲刷。水闸多采用底流消能方式。在底流消能中，水跃发生区域的水流非常紊乱，只有将水跃限制在指定位置，对其底部采取专门的保护措施，才能保护河床不被冲刷。这种特殊保护措施就是护坦板。护坦板一般是钢筋混凝土结构，要求能够抗浮抗冲。为了将水跃位置固定在护坦板上，将护坦板高程下降并低于下游河床的尾坎使之形成消力池。消力池就是形成水跃、消刹能量的地方，消力池两侧设边墙保护两岸。出消力池的水流仍然具有相当的余能，需要设置海曼、防冲槽，防止河床被冲刷，进而保护水闸闸室的安全。3.1 消力池的计算图 3.13.1.1 消力池深度的计算消力池深度可按公式 3.13.8 计算，计算示意图见图 3.1.
