1、毕 业 设 计中文题目:西老口泵站灌溉出水闸设计英文题目:Design of the Irrigation Sluice in Xilaokou Pumping学生姓名 系 别 水利工程系 专业班级 指导教师 成绩评定 2013 年 6 月 目 录2第一部分 说明书 .11 概述 .11.1 基本资料 .11.2 气象条件 .11.3 工程地质 .21.4 地震烈度 .21.5 工程任务和规模 .21.6 主要材料特性参数 .32 设计内容 .32.1 水闸总体布置 .32.2 水力设计 .32.3 防渗排水设计 .32.4 稳定计算 .32.5 结构应力分析及配筋计算 .43 闸孔设计 .4
2、3.1 上、下游水位的确定 .43.2 堰型的选择 .43.3 过闸单宽流量的确定 .43.4 闸孔宽度的确定 .44 闸室整体布置 .54.1 底板结构尺寸的确定 .64.2 闸墩结构尺寸的确定 .64.3 闸门结构尺寸及启闭机的选择 .74.4 工作桥结构尺寸的确定 .84.5 上、下游两岸连接段结构尺寸确定 .95 防渗排水设计及闸基渗流计算 .105.1 防渗设施的设计 .105.2 渗流计算说明 .106 稳定分析 .116.1 闸室稳定分析 .116.2 挡土墙的稳定计算 .137 结构计算 .1427.1 涵洞结构计算 .147.2 胸墙结构计算 .177.3 刚架结构计算 .1
3、77.4 工作桥结构计算 .177.5 闸墩结构计算 .177.6 底板结构计算 .188 结构防腐设计 .18第二部分 计算书 .199 水闸的水力设计 .199.1 闸孔宽度的设计 .199.2 判别出流方式 .199.3 闸孔宽度的确定 .199.4 闸门控制运用方式 .2010 水闸的防渗设计 .2110.1 地下轮廓的布置 .2110.2 闸基渗流计算 .2111 稳定分析 .2211.1 闸室的稳定计算 .2211.2 挡土墙的稳定计算 .2512 涵洞结构计算 .2712.1 完建期涵洞受力分析 .2712.2 正常运行期涵洞受力分析 .3112.3 涵洞强度计算 .3613 胸
4、墙结构计算 .4013.1 荷载计算 .4013.2 内力计算 .4113.3 配筋计算 .4114 刚架结构计算 .43314.1 荷载计算 .4314.2 内力计算与配筋计算 .4315 工作桥结构计算 .4415.1 T 型梁结构计算 .44215.2 桥面板结构计算 .4516 闸墩结构计算 .4616.1 边墩结构计算 .4616.2 中墩结构计算 .4717 底板结构计算 .4818 结论 .49参考文献 .50附录 1：外文文献原文 .52附录 2：外文文献译文 .58附表 .62摘 要2水闸是一种低水头水工建筑物，具有挡水、泄水的双重作用，在水利工程中应用十分广泛。本设计主要任
5、务是对西老口泵站灌溉出水闸进行更新改造设计；通过分析本工程区域地形、地质、水文和其它有关资料及相应的规划成果，进行出水闸设计，主要内容包括：确定闸址位置，选择闸孔型式，对水闸结构形式及闸室主要部位、上下游连接方式和结构尺寸进行确定。根据选择的堰型，通过水力计算确定闸孔尺寸、孔数及消能防冲形式和尺寸；根据地质资料等确定防渗措施，选择防渗设施的形式和尺寸。对闸室的底板、闸墩、闸门及启闭机的形式、机架桥的各部尺寸进行确定并画出闸室结构的图纸，注明各部分尺寸同时确定涵闸上下游翼墙结构形式、尺寸。根据拟订的各部分尺寸，进行闸室和翼墙的稳定性分析及地基应力验算；最后进行水闸主要部位的结构计算；设计出符合要
6、求的建筑物。关键词： 水闸；改造设计；闸孔型式；防渗措施；稳定性分析ABSTRACTSluice is a low head hydraulic structure, has the double functions of water, drain, is widely used in 2hydraulic engineering. The main task of this design is the renovation design of old pump station west irrigation water outlet; through the analysis of the
7、project area terrain, geology, hydrology and other relevant data and corresponding planning results, out of the gate design, the main contents include: to determine the gate access location, select gate hole type, to determine the sluice structure form and the main parts of upper and lower chamber,
8、connecting mode and structure size. According to weir type selection, hydraulic calculation to determine through the gate hole size, hole number and energy dissipation are determined according to the form and size; seepage control measures of geological data, choose the form and size of seepage cont
9、rol. The chamber floor, pier, gate and headstock gear form frame bridge machine, the size of each part are determined and draw the chamber structure drawings, indicate the size of each part and determine the Sluice Downstream wing wall structure form, size. According to the size of each part of elab
10、oration, stability analysis and foundation chamber and wing wall stress checking calculation; finally the main parts of sluice structure designed to meet the requirements of the building. Key words: The Sluice; Retrofit Design; Gate pass type; Seepage control measures; Stability analysis西老口泵站灌溉出水闸设计
11、赵 云 （天津农学院 水利工程系）2第一部分 说明书1 概述1.1 基本资料西老口泵站位于天津市宝坻区西南部。宝坻区位于天津市北部，地处潮白河、蓟运河下游平原，处于北京、天津、唐山三市中心地带。南北长度 65km，东西宽度45km，全区总面积 1450km2，耕地面积 115.8 万亩，全区总人口 66.12 万人，其中农业人口 54.68 万人。西老口泵站是一座中型灌排两用泵站，座落在青龙湾河左堤，1966 年建站，1989 年更新改造。泵站建筑物主要包括排水进水闸、拦污栅桥、前池、进水池及泵房、出水池、穿堤箱涵、排水出水涵闸、灌溉进水涵闸以及配套的房屋建筑（含生产用房和管理用房）等。泵站排
12、涝控制范围为：引滦明渠以西，青龙湾河以北，大白渠以南，西老口排干以东，排涝总面积为 3.84 万亩，排涝标准为十年一遇。灌溉范围与排涝范围基本相同，灌溉引水设计流量 4.0m3/s。多年来西老口泵站在排涝、抗旱减灾等方面发挥了非常重要的作用，但泵站运用至今已 40 多年，经安全鉴定认为，本站机电设备大部分属落后淘汰产品且老化严重、效率降低；金属结构锈蚀、变形严重，操作困难；水工建筑物结构强度降低，局部破损严重。以上诸多问题的存在严重影响泵站的正常运行，鉴于本泵站的重要性对其进行更新改造是非常必要的。根据天津市排涝总体规划，对西老口泵站进行更新改造。1.2 气象条件宝坻区属于北温带半湿润季风区，
13、大陆性气候，四季分明，春季干燥多风，夏季温热多雨，秋季温降快雨量少，冬季寒冷少雪。多年平均气温 11.1，极端最高气温 40.3，极端最低气温-27.0，一月平均气温-5.7，七月平均气温 26。全年日照时数 2609 小时，无霜期年平均 193 天，冻土层深度 0.50.8m。区内多年平均降雨量 614mm，其中夏季 69 月为 510mm，占全年的 83.4。降水量年际间变化大，最大年降水量 1052mm，最小年降水量 384mm，两者相差 2.74 倍。多年平均水面蒸发量 1785mm（20 蒸发皿） 。1.3 工程地质根据勘察表明，30.0 米深度范围内自上而下揭示了人工填土层(Qml
14、)，第四系全新统上组河床- 河漫滩相沉积层(Q41al)，第四系全新统上组湖沼相沉积层(Q41l+h)，第四系全新统中组浅海相沉积层(Q42m)，第四系全新统下组河床-河漫滩相沉积层3(Q41al)及第四系上更新统五组河床-河漫滩相沉积层(Q3eal) 。工程区地下水均为第四系孔隙潜水，地下水动态主要受区域地下水控制，并受河水及临近地区地下水开采程度影响。工程区属 III 类场地环境类型，地下水、地表水水质类型均为 HCO3-.CL-Na+.K+型弱碱- 碱性水。地下水 PH 值 7.85，地表水PH 值 8.44，依据国标岩土工程勘察规范 （GB50021-2001,2009 年版）12.2
15、.112.2.4 条款之规定，在长期浸水及干湿交替条件下，本场地地下水、地表水对混凝土及混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性，对钢结构具微腐蚀性。本场地标准冻结深度为 0.60m。工程区地势基本平坦，施工条件较好，交通较为方便。工程区存在的主要工程地质问题是不均匀沉陷，建议加强基础整体性和上部结构的刚度，以防止不均匀沉陷的发生。在基槽开挖时，建议采用坑内大口井井点降水及重力疏干浅部土层中的地下水，水位至少应降至基础底面以下 1.0 米，结合场地施工条件和地层岩性特征确定合理的施工方案，确保工程质量和施工安全。开槽后应做好钎探（N10 ）及验槽工作，发现不良地质问题须妥善处理。1.4 地震烈度根据中国地
16、震动参数区划图(GB18306-2001) 、 建筑抗震设计规范(GB50011-2010)，工程区抗震设防烈度为 7 度，设计基本地震加速度值为 0.15g，设计地震分组为第二组，属抗震不利地段。本场地为中软场地土，建筑场地类别为类。在抗震设防烈度为 7 度时，拟建场地无地震可液化土层分布。1.5 工程任务和规模本工程的任务是：根据天津市水利科学研究院编制的天津市宝坻区西老口泵站安全检测报告的结论，对鉴定为类的机电设备和金属结构进行更新；对鉴定为类的建筑物进行维修加固；对鉴定为类的建筑物进行拆除重建，最终使泵站枢纽能够正常运行，满足本区域的排灌要求。根据泵站安全鉴定的主要结论并经现场查勘，灌
17、溉出水闸存在的主要问题为：启闭机板梁表面破损严重，出现多条裂缝，罩面砂浆大面积脱落；护坡勾缝砂浆大片剥落，出现裂缝；该建筑物总体上达不到设计标准，技术状态差，存在较大损坏。建议评定为四类建筑物，拆除重建。西老口站排水区属里自沽排水区的一部分，规划设计标准为 10 年一遇，本次更新改造工程仍维持其原设计规模，即设计排涝流量 10.0m3/s。灌溉范围与排涝范围4基本相同，灌溉引水设计流量 4.0m3/s。1.6 主要材料特性参数混凝土的容重 24kN/m；钢筋混凝土容重 25kN/m；浆砌石容重 22kN/m；水容重 10kN/m；钢筋及钢材容重 79kN/m。2 设计内容本次设计内容主要包括：
18、水闸总体布置、水力设计、水闸防渗排水设计、闸室结构布置、闸室稳定计算、挡土墙稳定计算、涵洞结构设计、胸墙结构设计、刚架结构设计、工作桥结构设计、闸墩结构设计、底板结构设计。2.1 水闸总体布置现状灌溉出水闸为 2 孔涵洞式水闸，坐落于出水池左侧与出水渠道相连，闸墩为浆砌石结构，启闭机板梁为混凝土结构。新建灌溉出水闸位于压力水箱左侧，压力水箱左侧墙体开孔，孔口底高程0.80m。通过箱涵与灌溉出水闸相接。灌溉出水闸为涵洞式水闸 ,设计流量为4.0m3/s。涵闸上、下游水位差 0.2m。闸室底高程 0.80m。闸室设铸铁闸门，闸门启闭设备采用手、电两用螺杆启闭机。灌溉出水闸下游翼墙采用八字形重力式挡
19、土墙,浆砌石护底。2.2 水力设计水闸的水力设计内容应包括：闸孔总净宽计算；消能防冲设施的设计计算；闸门控制运用方式的拟定。2.3 防渗排水设计水闸的防渗排水设计应根据闸基地质情况，闸基和两侧轮廓线布置及上、下游水位条件等进行，由地质资料等确定防渗措施，选择防渗排水设施的形式和尺寸。其内容应包括：渗透压力计算；抗渗稳定性验算。2.4 稳定计算水闸稳定计算应根据结构受力条件及工程地质条件进行，其内容应包括：荷载及其组合；闸室、岸墙和翼墙的稳定计算；结构应力分析。荷载计算及组合：作用在水闸上的荷载可分为基本荷载和特殊荷载两类。基本荷载主要有下列各项：水闸结构及其上部填料和永久设备的自重；相应于5正
20、常蓄水位或设计洪水位情况下水闸底板上的水重；相应于正常蓄水位或设计洪水位情况下的静水压力；相应于正常蓄水位或设计洪水位情况下的扬压力(即浮托力与渗透压力之和)；土压力；淤沙压力；风压力；相应于正常蓄水位或设计洪水位情况下的浪压力；冰压力；土的冻胀力；其它出现机会较多的荷载等。特殊荷载主要有下列各项：相应于校核洪水位情况下水闸底板上的水重；相应于校核洪水位情况下的静水压力；相应于校核洪水位情况下的扬压力；相应于校核洪水位情况下的浪压力；地震荷载；其他出现机会较少的荷载等。闸室稳定计算：取两相邻顺水流向永久缝之间的闸段作为计算单元进行计算。岸墙、翼墙稳定计算：取单位长度或分段长度的墙体作为计算单元
21、进行计算。2.5 结构应力分析及配筋计算水闸结构应力分析应根据各分部结构布置型式、尺寸及受力条件等进行。3 闸孔设计3.1 上、下游水位的确定根据任务书及水闸设计规范 SL265-2001 的要求，灌溉出水涵闸设计流量为4.0m3/s，上游出水池设计水位为 4.80m，下游出水渠设计水位为 4.60m，相应上、下游水位差为 0.20m，闸室底高程为 0.80m。3.2 堰型的选择根据水闸设计规范 SL265-2001，常用的堰型有宽顶堰和实用堰两种。宽顶堰流量系数虽然较小，但构造简单，施工方便。所以在灌排系统内的水闸，一般均采用平底板宽顶堰的底板结构型式。在软弱地基上切上部荷载较大时，可采用宽顶堰箱式平底板结构型式。而实用堰适用于大工程，高水头的工程，费用较高。设计该灌溉出水闸时，考虑其实际情况，采用宽顶堰。3.3 过闸单宽流量的确定根据水闸设计规范 SL265-2001，过闸单宽流量 q 与总流量 Q 之间有如下关系：q=Q B。过闸单宽流量应根据下游河床地质条件、上下游水位差、闸室总宽度、闸的结构构造特点等因素选定。此闸过闸单宽流量取 1.33 m3/s。3.4 闸孔宽度的确定闸孔尺寸的设计用以满足进流、排水或控制水位的要求，是主要的水力计算。要做的工作是先确定水闸的出流方式，根据所选堰型选择相应计算公式进行流量计算。3.4.1 判别出流方式
