函江水利枢纽工程毕业设计_泄水闸设计(编辑修改稿)

函江水利枢纽工程毕业设计_泄水闸设计(编辑修改稿)内容摘要：

工设计手册》第 6册过坝与泄水建筑物； 《水工钢筋混凝土设计手册》 1999年； 《水利水电钢闸门设计规范》 DL/T 503995； 《水利水电工程初步设计报告编制规 程》（ DL502193） 设计基本资料 一、水位 正常蓄水位： 灌溉水位： 设计洪水 Q2%=9540m3/s，相应闸下水位 H 下 = 校核洪水 %=9540m3/s，相应闸下水位 H 下 = 二、计算水位组合 闸孔净宽计算水位 设计洪水 Q2%=9540m3/s，相应闸下水位 H 下 =； 设计水位差△ H＝ （ H 上 ＝ ）； 校核洪水 %=9540m3/s，相应闸下水位 H 下 =； 计算闸上雍高水位 H 上 （供墩顶高程用） ； 17 消能计算水位 闸上水位 H 上 ＝ ； 闸下水位 H 下 ＝ ； 下泄流量：以闸门开启度 e＝ 、 e＝ 以及全开时的泄量。 闸室稳定计算水位（关门） 闸上设计水位 H 上 ＝ ， H 下 ＝ ； 闸上校核水位 H 上 ＝ ， H 下 ＝ ； 三、地震设防烈度 本地区地震基本烈度为Ⅵ度，不考虑地震设防。 四、安全系数 安全超高 水闸为 3级混凝土建筑物，根据《水闸设计规范》（ SL 265─ 2020）安全超高下限值： 泄洪时 (设计洪水位 )， (校核洪水位 )； 关门时 (设计洪水位 )， (校核洪水位 )。 抗滑稳定安全系数 土基上的 3级混凝土建筑物，基本组合（设计）为 ；特殊组合（核校）为。 五、其它资料 单孔净宽： 8～ 12m； 门型结构：平面钢闸门； 闸门类型：直升门； 18 底板与中砂的摩擦系数 f＝ ； 闸孔的允许单宽流量 q＝ 30m3/s/m； 六、公路桥 公路桥载重按汽 20 设计，挂 100 校核，双车道桥面净宽 ，两侧人行道 2179。 ，总宽 ，采用 T 型结构。 梁高 ，梁腹宽 ，梁翼宽 ，用 5 根组梁组成，两侧人行道为悬臂式，每米延长重量按8T/m 计。 工程总体布置 函江枢纽的主要建筑物有船闸、泄水闸和水电站三部分组成。 船闸的通航能力，按照五级航道标准进行设计。 水电站总装机为 6600Kw，设计水头为 ，水闸的泄洪能力为 13000m3/s。 根据设计任务书提供的地形地质资料，以及功能要求，枢纽总体布置如下： 船闸的布置 船闸的通航能力，按照五级航道标准进行设计。 船闸布置在函江的左岸，船闸本身由三部分组成：上游引航道、闸室和下游引航道。 上游引航道：长度 不小于 5 倍设计船队的长度，根据经验五级航道标准的设计船队的长度为 91m，故上游引航道的长度为 455m，设计时取为500m；上游引航道的底宽度为 35m，两岸采用浆砌石护坡，边坡采用 1：；上游引航道的底高程为。 下游引航道：长度不小于 5 倍设计船队的长度，根据经验五级航道标 19 准的设计船队的长度为 91m，故下游引航道的长度为 455m，设计时取为600m；下游引航道的底宽度为 35m，两岸采用浆砌石护坡，边坡采用 1：；下游引航道的底高程为。 闸室：闸室的长度为 135m，宽度为 ；闸 室的顶高程为 ，底高程为。 上下闸首控制船只的进出。 水电站的布置 考虑河床的主槽比较靠近右岸，上下游不容易发生淤积，为最大的可能提高水电站的出力，发挥水电站的效益，将水电站布置在函江的右岸。 水电站的厂房的平面尺寸：主厂房的长度为 米，上下游方向的宽度为 米，主厂房总高度为 米。 水轮机的型号为： GE(F02)WP380 发电机的型号为： SFG20070/3960 总装机： 3179。 2200KW 设计水头： 最高水头： 最小水头： 最大引用流量 225m3/s。 泄水闸的布置 泄水闸布置在水电站和船闸之间。 泄水闸主要有三部分组成：上游连接段、闸室段和下游连接段。 20 主要建筑物（泄水闸） 闸孔设计 水闸闸孔设计主要是确定闸孔型式、尺寸河设置高程，以保证水闸在设计水位组合情况下有足够的过流能力。 一、堰型和堰顶高程确定 根据设计任务书提供的资料显示，函江流域水面平缓，含砂量少，本水闸的主要功能为挡水灌溉和泄水，故 本次设计采用堰流式闸室，堰型采用无槛宽顶堰。 这种型式闸室对于泄洪较为有利，它能使闸前漂浮物随着水流下 泄，而不会阻塞闸孔而影响泄洪。 根据资料提供的地形图，考虑水闸的运行、河道冲刷淤积以及闸孔允许单宽流量和工程造价等因素，本次设计取堰顶高程与河床底高程齐平为。 二、闸孔净宽计算、泄流能力校核 水位 Q2%＝ 9540m3/s， H 上 ＝ ， H 下 ＝ ； %＝ 12350m3/s， H 上 ＝待算， H 下 ＝ ； 闸孔净宽计算 闸孔总净宽的确定，主要涉及两个问题：一个是 过闸单宽流量的大小；另一个是闸室总宽度与河道总宽度的关系。 如果采用的闸孔总净宽过小，使过闸单宽流量过大，将增加闸下游消能布置的困难，甚至影响水闸工程的安全；反之，如果采用的闸孔总净宽过大，使过闸单宽流量过小，工程 21 量加大，造成浪费。 根据设计任务要求，闸孔允许单宽流量不大于 30m3/s， 初步拟定闸孔总净宽为 倍主河槽宽为 350m，闸孔 分成 35 孔，每孔宽 10m，中墩厚，缝墩厚。 水闸底板为无槛宽顶堰，闸孔泄流能力计算公式如下： 2300 2 HgmBQ  (《水闸设计 规范》以下简称《规范》附 A） 式中： Q—— 过闸流量（ m3/s）； ς —— 淹没系数，根据上下游的堰上水深查得； ε —— 侧收缩系数； m—— 流量系数； B0—— 闸孔总净宽（ m）； H0—— 堰顶以上上游总水头（ m）。 ①堰上总水头 H0 H1（上游水头） =－ = Hs（下游水头） =－ = 行近流速 V0=Q/A=9540/[700179。 (－ )]＝ H0=H1+V2/2g=+(2179。 )= ②淹没系数ς hs/H0=查《规范》附表 ， 得ς＝ ； 22 ③流量系数 m 按 P/H0=0 查表得 m＝ ； ④侧收缩系数ε 水闸中墩厚度取为 ，缝墩取 ，根据《规范》附录 公式 计算得ε = 根据以上公式可以试算出闸孔总净宽 2300 2 HgmQB =9540/( 179。 179。 179。 179。 )=333m 一般来说，采用的闸孔总净宽要略大于计算值，本次设 计闸孔总净宽取 350m，相应单宽流量为 ，小于闸孔允许单宽流量 30 m3/s/m，满足要求。 但校核工况下，水闸单宽流量为 ，大于闸孔允许单宽流量 [q]=30m3/s/m，若本次设计水闸总净宽以校核工况下通过闸室的单宽流量为控制，水闸规模将偏大，工程量加大，与消能工造价比较而言，会造成浪费。 校核工况稍大于允许单宽流量，可能会出现局部破坏，但只要工程消能防冲设施得当，个人认为是能满足工程安全运行要求。 因此，经综合考虑本次设计水闸总净宽取 350m，闸孔总数为 35 孔，单孔 净宽为 10m。 根据规范的要求，中墩厚取 ，缝墩厚取。 因此水闸总宽度为： B=350+36179。 = 校核工况上游水位 23 根据水闸泄流能力计算公式，可以试算出校核情况下的上游水位。 设△ H＝ ，则 H 上 ＝ +＝ ； hs=－ =； 行近流速 V0=Q/A=12350/[700179。 (－ )]＝ ； H0=H+V2/2g=(－ )+(2179。 )=； hs/H0=，查《规范》附表 得ς＝ ； 按 P/H0=0 查表 得 m＝ ； ε＝ ； Q 试 ＝ Bςε m(2g)178。 H3/2 =350179。 179。 179。 179。 (2179。 )179。 =11589m3/s %＝ 12350m3/s； 假设不符，重新假设试算。 经试算，当△ H＝ 时， Q 试 ≈ %＝ 12350m3/s。 相应上游洪水位 H 上 =。 消能防冲设计 消能防冲设计主要 包括消能防冲设备形式的选择、以及各种消能设施尺寸设计和上下游两岸护坡的设计。 本工程消能形式采用消力池消能，消力池后布置一定长度的海漫，海漫末端设置柔性防冲槽。 一、消力池尺寸拟定 消能水力计算 消能计算水位： H 上 ＝ ， H 下 ＝ ； 24 1）单宽流量计算 a． e= e/H=，为孔口出流。 根据上、下游水位可假定为自由出流。 根据孔流公式： q=μ 0e(2gH0)1/2 其中μ＝ － （《水计算手册》 336 水利出版 社） ＝ － 179。 ； 因孔流状态 e 很小，行近流速 V0较小，在计算时可不计入，即 H0≈ H，因此， q=μ 0e(2gH)1/2＝ 179。 179。 (2179。 179。 )1/2 ＝ ； b． e＝ e/H=，为孔口出流。 根据上、下游水位可假定为自由出流。 μ 0＝ － ＝ － 179。 ； q=μ 0e(2gH)1/2 ＝ 179。 179。 (2179。 179。 )1/2 ＝ ； c．闸门全开 出流情况属堰流。 q＝ς178。 ε178。 m178。 (2g)178。 H3/2 ＝ 179。 179。 179。 (2179。 )1/2179。 25 ＝ ； 2）判别下游水流衔接形式 经计算当水闸闸孔全开时，闸后将发生淹没式水跃，无需建消力池；从运行角度来讲，泄水时只开启 1 孔闸门也是不符实际的。 经分析比较，结合水闸运行特点，本次设计考虑水闸 1/7 闸孔开启作为本次设计工况。 由上述计算结果，判别水闸开启 1/7 闸孔（开 5 扇闸门）时下游水流衔接形式。 当 e= 时 3 2gqhk  =(2/)(1/3)= 用试算法计算收缩水深 hc，试算公式如下： 2220 2 cc hgqhT = 《水力学教材》 113 经试算 hc= 将该值代入水跃方程可得 )181(2 32 ccc ghqhh = 查 H 下 ～ Q 曲线， H 下 ＝ ， ht=； 同理 ,可算出当 q=、 ,相应的 hc” 、 hk，计 算结果列入下表： q hk hc hc ht hc ht(m 3 /) (m) (m) (m) (m) (m)e= e= 闸门全开 4 计算工况 26 从表中可以看出，当上游水位为 、水闸开启 1/7 孔时，闸门开度 e=、 以及全开时， hc” ht，说明都发生远离式水跃衔接，故需修建消力池。 当 q=， (h” ht)值最大。 因此，应按该流量设计消力池。 消力池深度计算 e＝ ， q＝ ， hc=， hc” =， ht=； 按近似公式估算池深 d，即 d=ς hc” ht=179。 = 设 d＝ ，则上游总水头为 T0‘ =+=； 由公式2220 239。 cc hg qhT = 试算 求得 hc=； hc” =((1+8α q2/(qhC3))1/2－ 1) hC/2 水跃方程 =((1+8179。 (179。 ))1/2－ 1)179。 =； 消力池的流速系数ψ ’ =，则池中水流得水面降落Δ Z 为 Δ Z=q2[1/(ψ ’ht)2— 1/(ς ht”)2]/2g 《水力学教材》 1111 =[1/(179。 )2— 1/(179。 )2]/2/ = 将该值代入公式 d=ς hc” （ ht+Δ Z） 《水力学教材》 119 =179。 (+)= 27 与假设数据不符，故需重新试算。 经试算，假设 d= 时 ,d 试 =，两者数据接近， 故取消力池深度 d=。 消力池长度计算 水跃长度按公式： Lj=（ hc” － hc）计算 《规范》 Lj=179。 （ － ） =； 消力池长度按公式： Lsj＝ Ls＋β Lj计算 《规范》 水平长度β Lj＝ 179。 =，取 Lj=15m 斜坡段 Ls按 1： 4 放坡，取。 消力池底板厚度计算 t=k1(qΔ Hˊ ) ＝ 179。 (179。 ())＝ ； 取消力池底板厚度为。 二、海漫。