广东水利电力职业技术学院毕业设计计算书MD水闸改建工程初步设计专业：水利水电建筑工程（工程管理方向）班级： 08工管2姓名：***学号： *********指导教师：曾*1水力计算1.1 闸室的结构型式及孔口尺寸的确定（1）闸型选择：带胸墙式开敞式水闸 （2）堰型选择：宽顶堰（3）闸底板高程的确定：根据地质条件可知，选择平底板，底板高程与渠底同高。
取-1.0m （4）闸顶高程确定：闸顶高程不应少于设计洪水位与安全超高（按珠江三角洲经验取2m ）之和：5.54+2=7.54m1.2 消能防冲设计由于本闸位于平原地区，河床的抗冲刷能力较低，所以采用底流式消能。
本水闸的最大引水流量Qmax=15m ³/s (1)消力池的池深流量按《水力学》闸孔出流公式计算s Q σμ=c V ='c h e ε="1ch =式中 e ——闸孔开度（m ）e/H ——闸门相对开度H ——上游水深 (m) H 取3mε’——垂直收缩系数，根据e/H 值查《水力学》表8-1 h c ——收缩水深 (m)V c ——收缩断面流速 (m/s)ϕ ——闸孔流速系数 ϕ取0.97σs ——淹没系数 查《水闸设计规范》表A.0.3-2"c h——共轭水深 (m)μ ——闸孔流量系数，0.60.18eHμ=-，适用范围为0.1<e H <0.65；当e/H=0.1,μμ= Q ——流量 （m 3/s ）h t ——下游水深 h t =1.8m b ——闸孔净宽 b=4.5m闸底坎为平顶坎时，0.1＜e/H ≤0.65,为闸孔出流；e/H ＞0.65，为堰流。
下游水深小于收缩水深的共轭水深，即h t < h c ”，为自由出流，反之为淹没出流。
分别计算当开度e=0.3,e=0.5,e=0.78的流量 当e=0.78时，H=3m,97.0=ψ,b=4.5m由e/H=1/9.08=0.11<0.65,故为闸孔出流。
查《水力学》表8-1得垂直收缩系数'ε=0.616，流量系数'0ψεμ=，hc='εe 取H0=H,则：=-=)(200c h H g be Q μ14.86根据初步计算的流量，求行进流速v0=Q/BH=1.1m/s 则H0=H+V02/2g=3.06m,Q=15.05m3/s按式002gH be Q μ=，55.0181.06.00=-=H eμ,取H0=3,02gH be Q μ==14.88m3/s,v0=Q/BH=1.1m/s则H0=H+V02/2g=3.06m,Q=15.04m3/s,基本结果相同。
当不同开度时如下表：试算消力池池深：根据公式由上表可见，在消能计算中，闸门开度大于0.7，跃后水深均大于相应的下游水深，出闸水流是自由出流，为了稳定水跃，需建消力池。
《水力学》中池深的计算公式为"222"22c t t cd h h zq q z g h gh Qq bσααϕ=--∆∆=-=式中 d ——消力池深度 （m ） σ ——水跃淹没系数 σ=1.05Q ——流量 Q 取接近引水量，Q=14.884 m 3/s"c h ——跃后水深， 取与Q 相应的值，"1.915c h m =α ——水流动能校正系数 1.0α=q ——过闸单宽流量 （m 2/s ） Δz ——出池落差 （m ） h t ——出池河床水深ϕ ——闸流流速系数b ——闸孔净宽 b=4.5mdH T O +=0；⎪⎪⎭⎫⎝⎛-+=181232''c cc gh q h h ；0222203=+-ϕg q h T h c c ；,,cs h Z d h ∆++=δ经计算得池深当开度为0.78时，d=0.2--0.3满足σ=1.05--1.1 按构造取池深d=0.5（2）消力池的长度：消力池池长按照《水闸设计规范》公式计算"6.9()sj s j j c c L L L L h h β=+=-式中 sj L ——消力池长度 （m ）s L ——消力池斜坡段水平投影长度 （m ） β ——水跃长度校正系数，β=0.75j L ——水跃长度 （m ） 经计算，消力池长度sj L =9.5m(3)消力池底板厚度计算消力池底板厚度可根据抗冲和抗浮要求分别按《水闸设计规范》公式计算，并取其大值。
由于本水闸闸底板是整体式，因而不用计算抗浮。
抗冲计算公式为t k =式中 t ——消力池底板始端厚度 （m ） 'H ∆ ——闸孔泄水时的上、下游水位差 （m ）1k ——消力池底板计算系数 1k =0.15经计算，取消力池底板厚为0.3m ，前后等厚。
在消力池底板的后半部设排水孔，孔径为5cm ，间距为1m ，孔下铺设反滤层，排水孔呈梅花形布置，孔内填以砂、碎石，消力池与闸底板连接处留一宽为1.0m 的平台，以便更好地促成出闸水流在池中产生水跃。
（4）海漫设计《水闸设计规范》中海漫长度计算公式为Lp k =式中 p L ——海漫长度 （m ） s q ——消力池末端单宽流量，s k ——海漫长度计算系数，本工程河床土质为粉质黏土，因而9s k =经计算，取海漫的长度为17.5m.取海漫长度为17.5m,使用厚度为40cm 的块石材料，前8m 采用浆砌石，后9.5m 采用干砌石，浆砌石海漫上设排水孔，干砌石海漫上设浆砌块石埂，断面尺寸为40cm ⨯60cm ，底部铺设15cm 厚的砂砾垫层。
（5）防冲槽设计《水闸设计规范》中海漫末端河床冲刷深度计算公式为[]"'"01.1s q d h V =-式中 'd ——海漫末端河床冲刷深度 （m ）"q ——海漫末端单宽流量 "q =3.308m 2/s []0V——河床土质允许不冲流速 （m ）海漫末端的可能防冲刷深度d=[].541'1.10=-t v q m 为保护海漫头部，故在海漫末端板桩防冲，深度为1.6m（6）消力池、海漫、防冲槽布置图2水闸防渗及排水设计2.1闸底轮廓布置对于粘性土地基，通常不采用垂直板桩防渗。
故地下轮廓主要包括底板和防渗铺盖。
（1）底板：底板顺水流方向长度L. 底板既是闸室的基础，又兼有防渗、防冲刷的作用。
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等要求。
根据闸上结构布置及地基承载力两方面的要求综合考虑，闸底板长度可按《水利水电工程专业毕业设计指南》中的经验公式计算L A H=⨯式中 A——系数，对于砂砾石地基可取1.5～2.0，对于砂土、砂壤土地基可取2.0～2.5，对于粘壤土地基可取2.0～4.0，对于黏土地基可取2.5～4.5，本工程地基为粉质黏土，取A=4H——上、下游最大水头差（m）L=4H=21m，所以顺水流方向长度L=21m。
（2）厚度d:根据经验底板厚度为（1/6~1／8）单孔静跨。
所以取d=1m底板构造，底板采用钢筋混凝土结构，上下游两端各设0.5m深的齿墙插入地基，底板分缝中设以V型铜片止水。
(3)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，取27m。
铺盖厚为0.4m,铺盖上游设0.5m深齿墙嵌入地基，其头部不再设防冲槽，为了防止上游河床的冲刷，铺盖上游设块石护底，厚0.3 ，其下设0.2 厚的砂石垫层。
(4)排水、止水：为了减小作用于闸底板上的渗透压力，在整个消力池底板下布设砂砾石排水，其首部紧抵闸底板下游齿墙。
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，均设以铜片止水。
闸底板与消力池、消力池与下游翼墙、下游翼墙与边墙之间的永久性分缝，虽然没有防渗的要求，但为了防止闸基土与墙后填土被水流带出，缝中铺贴沥青油毛毡。
(5)防渗长度验算:《水工建筑物》中的闸室理论防渗长度计算公式为：L C H=∆式中C——允许渗径系数，查《水工建筑物》表7-1当反滤有效时，C=7；当反滤失效时，C=11。
取C=9∆——上下游最大水头差（m）H因此，9 5.2547.25L=⨯=m。
实际闸基防渗长度L‘，即闸基轮廓线防渗部分水平段和垂直段长度的总和。
L‘=21+27=48m L‘＞L，防渗满足要求。
闸底轮廓布置图：2.2 防渗和排水设计及渗透压力计算(采用改进阻力系数法进行渗流计算。
)（1）地下轮廓线简化（2）确定地基有效深度：根据钻探资料，闸基透水层深度很大。
故在渗流计算中必须取一有效深度，代替实际深度。
由地下轮廓线简化图知：地下轮廓的水平投影长度L 0=27+21=48 m ，地下轮廓的垂直投影长度S 0=1.5-0.4=1.1m, L 0/S 0=48/1.1=43.6>5 m《水工建筑物》中地基的有效深度计算公式为000000当5时,0.55当<5时, 1.62e e L T L S L L T L S S ≥==+} 式中 e T ——土基上水闸的地基有效计算深度 （m ） 0L ——地下轮廓的垂直投影长度 （m ） 0S ——地下轮廓的垂直投影长度 （m) 故地基的有效深度Te=0.5 L 0=24m （3）渗流区域的分段和阻力系数的计算:过地下轮廓的角点、尖点将渗流区域分成八个典型段（I 、VIII 段为进出口段，II IV V VII 四段为内部垂直段，III VI 为内部水平段。
）《水工建筑物》中计算各典型段的阻力系数公式为 进、出口段：320 1.50.441S Tζ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭式中 0ζ ——进、出口段的阻力系数 S ——板桩或齿墙的入土深度 （m ） T ——地基透水层深度 （m ） 内部垂直段：2ln 14y S ctg T πζπ⎡⎤⎛⎫=- ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦式中 y ζ ——内部垂直段的阻力系数 水平段：()120.7x L S S Tζ-+=式中 x ζ ——水平段的阻力系数 L ——水平段长度 （m ）12、S S ——进、出口段板桩或齿墙的入土深度 （m ）进口段阻力系数为ζI =1.5（s/t ）3/2+0.441=0.444 内部垂直段阻力系数为ζII =2/π ln(cot π/4(1-0.5/24)=0.021 内部水平段阻力系数为ζIII =（L-0.7（0.5+1.1））/24=1.078 内部垂直段阻力系数为ζIv =2/π ln(cot π/4(1-1.1/24)=0..046 内部垂直段阻力系数为ζv =2/π ln(cot π/4(1-0.5/23.4)=0.021 内部水平段阻力系数为ζvI =（L-0.7（0.5+0.5））/23.4=0.868 内部垂直段阻力系数为ζvII=2/π ln(cot π/4(1-0.5/23.4)=0.021 出口段ζVIII=1.5（0.9/22.9）3/2+0.441=0.453 (4)计算渗透压力各段水头损失的计算情况各段水头损失的计算《水工建筑物》中计算各典型段的水头损失公式为 81ii ii h ζζ==∑《水工建筑物》中进出口段水头损失修正系数的计算公式为211.211220.059T S T T β'=-⎡⎤''⎛⎫⎛⎫++⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎣⎦式中 S ' ——底板埋深与板桩入土深度之和 （m ） T ' ——板桩另一侧地基透水层深度 （m ）T——地基透水层深度 （m ）校核情况：1）H ∆=5.25 且∑=ni i1ξ=2.952则hI=0.79m hII=0.04m hIII=1.92m hIV=0.08m hV=0.04m hVI= 1.54m hVII =0.04m hVIII=0.81m2）进出口段损失的修正 进口段修正系数1259.0'<=β, 应修正,进口段的水头损失修正量为h'=l h ⨯'β=0.19修正量应转移到相邻各段，则 hII '=0.04+0.04=0.08hIII'=1.92-0.6+0.04=2.48同样对出口段损失的修正 进口段修正系数为β2=1.21-(1/[12(T'/T+2) [S/T+0.059 ] )=0.33<1.0 应修正,进口段的水头损失修正为hVIII'=β2hVIII=0.27修正量4.5027.081.0=-=∆h hVII '=0.35+ 0.252=0.602 3) 计算各角偶点的渗压水头：由上游进口段开始，逐渐向下游从总水头6.8m 相继减去各分段水头损失值，即可求得各角点的渗压水头值。