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1、颖河拦河闸设计说明书目 录第一章 总论第一节 概述第二节 基本资料第三节 工程综合说明书第二章水力计算第一节闸室的结构型式及孔口尺寸确定第二节消能防冲设计第三章 防渗排水设计第一节闸底轮廓布置。第二节防渗和排水设计及渗透压力计算第三节防渗排水设施和细部构造第四章闸室布置第一节 闸底板、闸墩第三节 闸门第四节 闸室的分缝和止水设备第五章闸室稳定计算第一节 荷载及其组合第二节 地基应力验算第三节 闸室稳定验算第六章 上下游连接建筑物第一节 上游连接建筑物第二节 下游连接建筑物第一章 总 论1.1概述颖河拦河闸位于郾城县境内，闸址位于颖河京广铁路桥上游和吴公渠入颖河口下游之间，流域面积2234平方公
2、里，流域内耕地面积288万亩。工程等别为III等，拦河闸按3级建筑物设计。工程效益巨大，可以解决颖河流域农田的灌溉动脉，同时也是解决颖河地区浅层地下贫水区的重要水源。1.2基本资料（1）地质资料（一）根据地质钻探资料，闸址附近地层中粉质壤土，厚度约25m，其下为不透水层，其物理力学性质如下：1、湿重度r湿=20.0KN/m3，土壤干重度r干=16.0KNm3，饱和重度r饱=22.0KNm3，浮重度r浮=10.0KNm3 2.自然含水量时，内摩擦角=230，饱和含水量时，内摩擦角=200，土壤的凝聚力C=0.1KNm2 3.地基允许承载力d=150KNm2 4.混凝土、砌石与土基摩擦系数f=0.
3、36 5.地基应力的不均匀系数=1.52.0 6.渗透系数K=9.29103厘米秒(二)本地区地震烈度为6度以下（2）建筑材料1.石料：本工程位于平源地区、山丘少，石料需从外地供给，距京广线很近，交通条件较好。2.粘土：经调查本地区附近有较丰富的粘土材料。3.闸址处有足够多的砂料。（3）水文气象(一)气温：本地区年最高气温42度，最低气温为-18度。(二)风速：最大风速V=20米秒，吹程D=0.6公里。(三)降雨量：非汛期(16月及10一12月)九个月最大流量为130米3秒。年平均最大流量Q=36.1米3秒，最大年径流总量为9.25亿米3。年平均最小流量Q=15.6米3秒，最小年径流总量为0.
4、42亿米3。(四)冰冻：颖河流域冰冻时间短，冻土很薄，不影响施工。(五)上下游河道断面（4）批准的规划数据和成果1.此工程等别为III等，拦河闸按3级建筑物设计。2.根据河道断面图，可知河底宽68m，河床高程51.92m，两岸高程61.50m。河道断面是复式断面，河床糙率是0.0225，滩地糙率是0.03。3.灌溉用水季节，拦河闸的正常挡水位为58.72米，下游无水。4.洪水标准：设计洪水位50年一遇，相应的洪峰流量1144.45m3s，闸上游的洪水位为59.5米，相应的下游水位59.35米。校核共水位力200年一遇，相应洪峰流量1642.35m3，闸上游水位6l.00米，闸下游水位60.82
5、米。5.闸室稳定计算水位：正常情况按关门挡水时上游为正常水位58.72米，下游无水(可认为地下水位与闸底板齐平)；校核情况，按上游正常洪水位59.50m，下游相应水位59.35m验算稳定情况。6. 交通桥宽6m，其中人行道宽lm，两边设栏杆混凝土路面。1.3综合说明书颖河拦河闸位于郾城县境内，闸址位于颖河京广铁路桥上游和吴公渠入颖河口下游之间，流域面积2234平方公里，流域内耕地面积288万亩。农作物以种植小麦、棉花等经济作物为主，河流平均纵坡1/6200。本工程属三级建筑物，拦河闸按3级建筑物设计。本工程投入使用后，在正常高水位时，可蓄水2230万立米。上游5个县25个乡已建成提灌站42处，
6、有效灌溉面积25万亩。闸上游开南、北两干渠，配支干23条，修建各种建筑物1230座，可自流灌溉下游三县21万农田，效益巨大，解决颖河流域农田的灌溉动脉，同时，也是解决颖河地区浅层地下贫水区的重要水源。第二章 水 力 计 算2.1 闸室的结构型式及孔口尺寸确定水力设计主要包括两个方面的内容，即闸孔设计和消能防冲设计。一闸孔设计闸孔设计的主要任务是；确定闸室结构型式，选择堰型，确定堰顶高程及孔口尺寸。 1.闸室结构型式该闸建在郾城县境内，闸址位于颍河京广线铁路桥上游和吴公渠的入颍河口下游之间。 属于拦河闸，故宜采用开敞式闸室结构。2堰型选择及堰顶高程的确定 该闸建在粉土质壤土上，厚度约25m，其下
7、为不透水层，根据上部结构布置要求及满足闸室稳定要求的需要，闸室采用整体式平板。闸底板顶面（即堰顶）与颍河的河底齐平，高程为51.92m。 3.孔口尺寸的确定 一、设计情况（1），防洪时 上游水深 H=59.5-51.92=7.58m 下游水深 H=59.35-51.92=7.43m Q=1144.45m3/s 上游行近流速 v0=Q/W W=(b+mh1) h1+b+2m h1+2b+mh2 h2=68+26.586.58+68+226.53+132+21 1=656.35 m/sv0=Q/W=1145.45/653.35=1.744 m/s H0=H+v02/2g=7.58+11.7442/
8、(29.8)=7.74m hs/ h0=7.43/7.74=0.960.8 因此属于淹没出流 查SD133-84附表2-3，淹没系数=0.61由宽顶堰淹没出流公式 对无坎宽顶堰取. 假设侧收缩系数为 则 二、校核情况.上游水深 H=61-51.92=9.08m 下游水深 H=60.82-51.92=8.9m Q=1642.35m3/s 上游行近流速 v0=Q/W W=(b+mh1) h1+b+2m h1+2b+mh2 h2=68+26.586.58+68+226.53+132+22.5 2.5=847.33 m2v0=Q/W=1642.35/847.33=1.938 m/sH0=H+v02/2
9、g=(61-51.92)+11.9382/(29.8)=9.27mhs/ h0=8.9/9.27=0.960.8 因此属于淹没出流 查SD133-84附表2-3，淹没系数=0.61.、 比较计算结果、B01,B02，故取B02所以B0=58.30m根据闸孔设计宜大不宜小，闸孔取奇数的原则，将闸孔分为7孔，净宽为8m,则闸孔实际总净宽为B0=56.00m,由于闸基土质条件好，不仅承载力较大，而且坚硬，紧硬、紧密，为了减少闸孔总宽度，节省工程量，中墩采用钢筋混泥土结构，厚度1.5m墩土。墩质均采用半圆形半径为0.75m (2)复核过闸流量，根据初拟尺寸，由于中孔b0=8m . bs= b0=8+1
10、.5=9.5m, b0/ bs=8/9.5=0.842, 查表SD133-84附表2-2 得对于边孔，b0=8m，b0/ bx 0.2 查SD133-84附表2.2 得 根据SD133-84附表2-1，对于无坎平底堰m=0.385,则m3/s 实际过堰能力满足饮水灌溉、防洪的设计要求。因此，该闸的孔口尺寸确定为；共7孔，每孔净宽6.5m,4个中墩各厚1.5m，闸孔总净宽为56m,闸室总宽度为65m。一消能防冲设计消能防冲设计设施包括消力池、海漫及防冲设槽设计三部分。1. 消力池的设计确定消能控制情况及消力池尺寸。根据情况分析，在闸门局部开启的时候多为最不利的消能情况，应根据列表来确定消力池的各
11、项尺寸，表格形式如下开启孔数开启高度e过闸流量Qhs单宽流量qhchcz流态池深LjLk备注10.80.61645.51 3.041.055.7 0.493.43 0.04 自由出流12.035.6210.61857.08 3.051.057.1 0.623.78 0.10 1.62.188.151.20.61968.60 4.061.058.6 0.744.13 0.01 1.62.348.271.50.62186.03 4.081.0510.8 0.934.57 0.07 1.92.519.61池深控制20.624115.3 12.11.0514.4 0.2512.960.01 2.28.
12、7215.7830.80.616136.5 3.141.055.7 0.49 3.41 0.03 自由出流12.025.6110.618171.2 3.191.057.1 0.62 3.79 0.07 1.62.198.151.20.619205.8 4.261.058.6 0.74 4.12 -0.01 淹没出流1.62.338.271.50.621258.1 4.371.0510.8 0.93 4.57 0.03 20.624345.8 5.571.0514.4 1.25 5.20 -0.05 通过计算，为了节省工程造价，防止消力池过深，对开启1孔开启高度为2.0米限开，得出开启1孔开启高
13、度为1.9米为消力池的池深控制条件。3.3.2 消力池尺寸及构造1、消力池深度计算根据所选择的控制条件，估算池深为1.9m，式计算挖池后的收缩水深hc和相应的出池落差Z及跃后水深hc，验算水跃淹没系数符合在1.051.10之间的要求。 显然，选择不合理。选用开启1孔开启高度为2.2米为消力池的池深控制条件在1.051.10之间符合要求2、消力池池长根据池深为2.2m，计算出相应的消力池长度为15.78。3、消力池的构造采用挖深式消力池。为了便于施工，消力池的底板做成等厚，为了降低底板下部的渗透压力，在水平底板的后半部设置排水孔，孔下铺设反滤层，排水孔孔径为10cm，间距为2m，呈梅花形布置。根
14、据抗冲要求，按式3-16计算消力池底板厚度。其中为消力池底板计算系数，取0.18；为确定池深时的过闸单宽流量；为相应于单宽流量的上、下游水位差。m，取消力池底板的厚度m。2、海漫设计1、海漫长度计算q=1144.45/56+1.56+10(15.78+1)2=16.14 m3/( s.m)=7.58-7.43=0.15mKs为海漫长度计算系数，因为改该地基为粉质壤土，所以取Ks=12 =28.3取海的长度为28m2、海漫的布置与构造。由于下游水深较大，为了节省开挖量，海漫布置成水平的，海漫用厚度为40sm的块石材料，前10m采用浆砌块石，后18m采用干砌块石浆砌块石海漫上设排水孔。2、防冲槽设
15、计防冲槽的尺寸：根据水闸设计规范SL2652001建议公式，计算海漫末端的课可能冲刷深度。计算结果见表23。由于计算出来的深度小于零，所以根据已建工程确定。防冲槽深度计算表流量下游水位海漫末端的水深过水面积海漫末端的流速单宽流量湿周水力半径设计洪水1144.45059.359.130709.131.6149.480125.0315.6721.0800.524校核洪水1642.50060.8210.600871.801.88412.974131.6056.6241.1232.108 第三节、防渗排水设计3.4.1 闸底地下轮廓线的布置1、防渗设计的目的防止闸基渗透变形；减小闸基渗透压力；减少水量
16、损失；合理选用地下轮廓尺寸。2、布置原则 防渗设计一般采用防渗和排水相结合的原则，即在高水位侧采用铺盖、板桩、齿墙等防渗设施，用以延长渗径减小渗透坡降和闸底板下的渗透压力；在低水位侧设置排水设施，如面层排水、排水孔排水或减压井与下游连通，使地下渗水尽快排出，以减小渗透压力，并防止在渗流出口附近发生渗透变形。3、地下轮廓线布置对于粘性土地基，通常不采用垂直板桩防渗，故地下轮廓线主要包括底板和铺盖1. 底板底板是闸室的基础，又兼有防渗，放冲刷的作用，它既要满足上部结构布置的要求，又要满足稳定及本身的结构强度的等要求。（1），底板顺水流方向的长度L，为了满足上部结构布置的要求，L必须大于交通桥宽，工
17、作桥宽，工作桥宽及其之间间隔的总和，即L约为12.0m从稳定方面的地基承载力的要求来考虑，L按经验公式来估算 L=（H+2h +a）(1+0.1)K因为H=7.58m，2h=0.5m, a=0.5.=5.2m K=1.0， 则 L=13.04m综合上述，取底板顺水流方向长度为L为13.04m(2)底板厚度d，根据经验，底板厚度为（1/5-1/7）单孔净跨，一般为 1.0-2.0m，故初拟d=1.2m。（3）底板构造，底板采用钢筋混泥土结构，混泥土为C15，上下游两端各设0.5m深的齿墙，底板以V型钢板止水2.铺盖铺盖采用钢筋混凝土结构，其长度一般为2-4倍闸上水头或3-5倍上下游水位差，拟取2
18、0m，铺盖厚度为0.4m,铺盖上游段设0.5m深的小齿墙，其上部不再设防冲槽，为了防止上游河床上冲刷，铺盖上设块石护底，厚0.3m，其下设0.2m的块石护底，垫层，3向防渗侧向防渗主要靠上游翼墙和边墩，上游翼墙为反翼墙，故收缩角取为15度，延伸至铺盖头部一半径问6.6m的圆弧插入岸坡。 ，4.排水，止水为了减少作用于闸底板上的渗透压力，在整个消力池地板下布砂砾石排水，其首部紧抵闸底板下游翼墙，闸底板与铺盖，铺盖与上游翼墙，上游翼墙与边墙之间的永久性缝中，均为以铜片止水，闸底板与消力池，消力池与下游翼墙，上游翼墙与边墩之间的永久性分缝，虽然没有防渗的要求，但为了防止闸基与墙后填土被水流带出，缝中
19、铺盖贴沥青油毛毡止水设备：横缝间设置水平止水，闸室分缝：在闸室孔口中心位置设置横缝，缝距位10m，缝宽为20.0mm图45：横缝水平止水 。5.防渗长度验算初步拟定的闸基防渗长度应满足：。对于地基位中粉质土，允许渗径系数。取校核洪水位为59.2m，下游没水来设计防渗。则上下游水位差。于是。上游铺盖采用粘土，其长度。取。与底板相接处的厚度取，铺盖上游厚度取0.4m。底板顺水流方向的长度，取，厚度，其中为闸孔净宽。齿墙深度取0.5m。则防渗长度。满足要求。3.2防渗排水设计及渗透压力计算采用改进的阻力系数法计算地下轮廓线的坡降线，把齿墙简化为竖板来计算，。 水平投影长度为：，垂直投影长度为：，不透
20、水层深度为：，所以。各段阻力系数计算公式如下：进口段：内部垂直段：内部水平段：各段的水头损失为：然后对进出口水头损失修正，修正结果及计算结果如表31所示。验算逸出坡降：，对于中粉质壤土，满足要求。 ：渗流计算表流段修正后1进口段25.000.600.451.050.322水平段24.500.002.0013.041.172.673.43内部垂直段24.502.000.080.180.114内部垂直段23.501.000.040.200.105水平段23.501.001.0013.040.791.62.106内部垂直段23.501.000.040.120.127出口段25.002.500.491
21、.500.62小计3.066.987.20 第四章 闸 室 稳 定 计 算5.1 荷载及其组合 水闸承受的荷载主要由：自重、水重、水平水压力、扬压力、浪压力、地震等。本地区地震烈度在6级以下，不用考虑地震。荷载组合分基本组合和特殊组合。基本组合按完建无水及关闭挡水情况，特殊组合按关闭挡水校核情况。荷载组合表荷载组合计算情况自重静水压力扬压力浪压力基本组合完建无水关闭挡水设计情况特殊组合关闭挡水校核情况2 地基应力验算和闸室稳定验算5.2.1 完成建设无水的情况闸室的荷载主要有永久设备的自重。钢筋混凝土容重取，混凝土容重取，砖石容重取5.，水重取。取两条横缝之间的闸室为分析对象，底板顺水流反向长
22、13.04m，垂直水流反向长26.0m。底面积计算结果见下表：完建无水情况荷载计算表类型体积容重重量垂直力力臂弯矩（向下为正）（对底板中心）（指向上游为正）闸底板968.3625246592465900闸墩41225103001030000闸门444.37444.370.25111.09合计35403.4-6985.23由公式计算最大及最小应力，验算地基应力。平均应力：不均匀系数：5.2.2 关闭挡水的设计情况闸室荷载除了永久设备的自重，还包括水重、水压力、扬压力、浪压力等。上游水位为58.7m。下游没水。荷载计算表、计算荷载见下表关闭挡水时荷载计算表 类型体积容重重量水平力垂直力力臂弯矩（指
23、向下游为正）（向下为正）（对底板中心）（指向上游为正）闸底板863.225215802158000闸门444.37444.370.25111.09水重1414.161014112.614141.65.2574243.4上游水压力891.26108912.598912.59-2.76-24125.8130.46101304.551500.550.74969.15下游水压力21.5810-215.8-215.80.83-179.83浪压力204.29102042.922042.92-6.02-12299.8-176.2410-1762.44-1762.44-5.8310266.72渗透压力535.
24、610-5356-535600551.210-5512-55123.33-18356.3浮托力431.610-4316-431600合计10477.8236989.8630628.62 由公式计算最大及最小应力。验算闸室基地的应力。平均应力：不均匀系数： 5.2.3关闭挡水的校核情况 校核情况为：上游水位为59.2m，下游没水。荷载计算表见下表 关闭挡水校核情况荷载计算表类型体积容重重量水平力垂直力力臂弯矩（指向下游为正）（向下为正）（对底板中心）（指向上游为正）闸底板863.225215802158000闸墩384259600960000闸门444.37444.370.25111.09水重1
25、414.161014141.614141.65.2574389.4上游水压力891.26108912.598912.59-2.76-24598.8130.46101304.551300.550.74969.15下游水压力21.5810-215.8-215.80.83-179.83浪压力204.29102042.922042.92-6.02-12299.8-176.2410-1762.44-1584.44-5.8310266.72渗透压力535.610-5356-535600551.210-5512-55123.33-18373.3浮托力431.610-4316-431600合计10455.82
26、30581.9730284.62由公式计算最大及最小应力。验算闸室基地的应力：平均应力：不均匀系数：验算闸室的抗滑稳定： 主要参考文献1. 水闸设计规范（SL2652001）2. 水闸设计规范（SL 265-2001实施指南）3. 水利水电工程钢闸门设计规范（SL7495）4.中小型水利水电工程典型设计图集：水闸5.水工建筑物荷载设计规范D00316.水利水电工程制图标准-基础制图（SL73.1-95）7.水力计算手册（2006年第二版） 8.水力学 9.水工手册(泄水与过水建筑物) 10. 水闸设计 11. 水工钢筋混凝土结构 12. 水闸（取水与过水物建筑物丛书） 附图：设计图纸2张,选用A3图幅，内容为水闸总体布置平面图与水闸纵剖面图。 图51：荷载计算示意图。验算闸室的抗滑稳定：