水工建筑物课程设计.doc

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1、 甘甘肃肃广播广播电视电视大学大学 “人才培养模式改革和开放教育人才培养模式改革和开放教育试试点点”水利水水利水电电工程工程专业专业课 程 设 计题题 目目: :_ _ 水工建筑物课程设计水工建筑物课程设计 学学 号号: :_ _ _姓姓 名名: :_ _ _ _ _指指导导教教师师 : :_ _ _ _ _ _教教 学学 班班: : _分校工作站分校工作站: :_甘肃广播电视大学甘肃广播电视大学“人才培养模式改革和开放教育试点人才培养模式改革和开放教育试点”水利水电工程专业课程设计成绩评定表水利水电工程专业课程设计成绩评定表教学点： 酒泉电大 班级代号： 姓名专业课程名称设计时间何锋水利水电

2、工程水工建筑物2013 年 11 月设计题目双桥坝渠首排砂闸除险加固工程设计指导教师 评语及评 分签 字（盖章） 年 月 日分校、工作 站集中实践 环节领导小 组鉴定意见签 字（盖章） 年 月 日省电大集中 实践环节指 导委员会审 核意见签 字（盖章） 年 月 日说明： 1.此表由分校、工作站自行复制 2.此表附于课程设计封面之后初评成绩：目目 录录第一部分 设计资料（1）一、设计资料（1）二、设计依据（2）第二部分 工程布置（4）一、闸址选择的原则择（4）二、闸址必选（4）三、拦河闸布置（4）第三部分 建筑物设计（6）一、进水闸设计（6）二、冲砂闸设计（6）三、溢流坝设计（6）四、防洪堤设计

3、（6）五、拦河闸水力（7）1第一部分第一部分 设计资料设计资料一、设计资料一、设计资料1、概 况双桥坝渠首位于肃州区临水河下游，建于 1987 年，同年年底完工。多年来由临水水管所负责对其先后进行了多次维修加固后运行至今。2010 年 7 月 28 日，河道暴发洪水，洪峰流量达 344 m3/s，对渠首造成了严重破坏，根据现场调查：上下游连接段、河道右岸护岸堤防、溢流坝右侧砼边墩水毁，堰后部分护坦坍塌，下游底部已被掏空，造成主流改道偏向右岸，左岸引水闸、冲砂闸闸前淤积严重，工程现已失去引水排砂功能。2、工程任务和规模对双桥坝渠首排砂闸进行除险加固，使其恢复工程功能，根据水闸设计标准确定该水闸为

4、等中型水闸，主要建筑物为 3 级，次要建筑物为 4 级。渠首引水冲砂闸防洪标准为：20 年一遇设计，设计洪峰流量 396m3/s，50 年一遇校核，校核洪峰流量519m3/s 。3、工程地质工程区主要位第四系全新统砂卵砾石层，在局部河漫滩表层由细粉砂，在 I 级阶地表面有厚 12.5m 的粉质壤土。砂卵砾石层(Q4pl-al)为洪冲积，颗粒组成以卵砾石为主，卵砾石的岩石组成主要为岩石、花岗岩、灰岩及深色变质岩石等，该层结构疏散，无胶结，略有分选，在砂砾石层中分布有厚 1025cm 的中细砂及砂层透镜体，层厚1030cm.。根据中国地震动参数区划图 （GB183062001 1/400 万） ，

5、本区 50 年超越概率为 10%时地震动峰值加速度为 0.15g，地震反应谱特征周期为 0.40s，对应的地震基本烈度为度。所有建筑物均按度设防。4、水文、气象（1）水文：临水河属洪水河中游段。洪水河地处河西走廊中部，发源于酒泉市南部的祁连山区，出山口以上地势高亢，海拔 4500m 以上，终年积雪，有现代冰川分布，山地年降水量约 300mm，河川径流主要以降水和冰雪融水补给，出山口多年平均径流量 2.37 亿 m3，控制流域面积 1581km2。洪水河出山后流经山前洪积带，沿酒泉市区东南边进入中游洪临灌区，与灌区内泉水出露的临水河交织，在西下坝汇入北大河，流经夹山后进入鸳鸯池水库。2经计算洪水

6、河出山口水量扣除洪水河东、西干渠年均引入灌区的水量 1.43 亿 m3，能流入临水河与灌区回归出露泉水不重复的地表径流量为 0.94 亿 m3。根据工程规模和等级, 计算双桥坝渠首 20 年一遇设计洪水流量为 396 m3/s、50 年一遇校核洪水流量 519m3/s。（2）气象：临水河地处中游走廊区，根据酒泉气象站资料统计：工程区多年平均气温 7.5, 极端最高气温 36.6，极端最低气温-29.8，降水量 87.8mm，主要集中在69 月，占年降水量的 72.7%，蒸发量 2004.9mm，日照时数 3030.7h，平均风速2.2m/s，最大风速 25.7m/s，风向多西北，霜日数 102

7、d，最大冻土深 177cm。主要自然灾害为干旱、风灾、霜冻、雹灾和洪水。二、设计依据二、设计依据1、工程等别和标准双桥坝坝渠首排砂闸最大过闸流量为 519m3/s，根据水利水电工程等级划分及洪水标准(SL2522000)兼顾考虑水闸的重要性，确定引水拦河闸排砂闸工程按等中型水闸设计，主要建筑物设计级别 3 级，次要建筑物 4 级, 临时建筑物按 5 级设计。对应的地震基本烈度为度，所有建筑物均按度设防。2、枢纽组成建筑物根据设计洪水流量，本次设 3 孔冲砂闸，型式为开敞式，闸底板高程 1368.10m，每孔孔口尺寸为 44m（宽 X 高） ，设计洪水时，泄流量 108.45 m3/s，校核洪水

8、时，泄流量 127.95 m3/s；据引水流量，设 1 孔带胸墙进水闸，同冲砂闸呈 30 夹角，闸底板高程 1368.90m，孔口尺寸为 2.53.2m（宽 X 高） 。根据正常挡水位，垂直河道设置溢流坝，宽 85m，堰顶高程 1369.60m，型式为 WES 堰，设计洪水时，泄流量 289.86 m3/s，校核洪水时，泄流量 393.44 m3/s；根据渗流及消能计算，溢流坝上游设置铺盖长 10m，冲砂闸前铺盖长 10m；溢流坝下游设置消能护坦，长 28m；冲砂闸后设置消力池，长度 12m，池深 1m；消力池后设海曼 28m，护坦及海漫后 10.25m 范围抛填防冲卵石，深度为 5.5m，卵

9、石粒径大于 80cm。3、建筑材料（1）砼用粗、细骨料临水河河床储藏有丰富的砼骨料，水闸上下游河床未淤积区出露有大范围的砂卵砾石层，无用层厚度较小，有用层厚度较大，地下水位埋深较小，地表 1m 以下属水下开采。3依据水利水电工程天然建筑材料勘察规程SL251-2000 的要求，勘察中取样进行了实验表明：砼骨料含砾率（粒径 1505mm）平均占 62.59%，含砂率（粒径50.08mm）平均占 33.79%，含泥量（粒径0.08mm）平均占 2.72%。控制粒径 d60平均为 17.2mm；中值粒径 d30平均为 2.04mm；有效粒径 d10平均为 0.29mm；不均匀系数 Cu 为 58.4

10、4（5） ；曲率系数 Cc 为 0.822（不在 1-3 之间） 。颗分成果见表 1-1，颗分曲线见图 1-1-1。由表 1-2、1-3 可看出，砼粗骨料除粒度模数偏小需调整后方可使用，其余各指标均能满足规范的要求。细骨料各指标均能满足规范的要求。（2）块石料本次勘测中，在工程区 20Km 范围内无合适、可开采的块石料场，由于本阶段工程所需块石料用量小，建议购买使用。（3）施工用水工程施工用水可利用河道水解决，据水质分析成果资料，水源水质均符合施工用水标准。45砼骨料场砂卵砾石颗分成果表砼骨料场砂卵砾石颗分成果表 表表 1-1 颗粒级配成果 粒径 试 样 编 号150150 8080 4040

11、 2020 1010 55 2.52.5 1.21.2 0.60.6 0.30.3 0.150.15 0.08=1.25，max/min=1.05，max/min2.5；地基允许承载力： =0.200.35Mpa。结合工程实际，计算工况为：基本组合完建情况：自重+土压力正常蓄水位情况：自重+水重+静水压力+扬压力+土压力+泥沙压力+风压力浪压力20设计洪水位情况：自重+水重+静水压力+扬压力+土压力+泥沙压力+风压力浪压力冰冻情况：自重+水重+静水压力+扬压力+土压力+泥沙压力+风压力冰压力土的冻胀力特殊组合施工情况：自重+土压力检修情况：自重+静水压力+扬压力+土压力+泥沙压力+风压力浪压力

12、校核洪水位情况自重+水重+静水压力+扬压力+土压力+泥沙压力+风压力浪压力地震情况自重+水重+静水压力+扬压力+土压力+泥沙压力+风压力浪压力地震力（2）闸室稳定计算抗滑稳定计算公式：Kc=fG/H；式中：f闸室基底面与地基之间的摩擦系数，砂砾石 f=0.400.50；G作用在闸室上的全部竖向荷载（包括闸室基础底面上的扬压力在内，KN） ；H作用在闸室上的全部水平向荷载（kN） ；（3）地基应力计算地基应力计算工况与闸室稳定分析情况相同。闸室应力计算公式：Pmax(min)=G/AM/W；式中：Pmax闸室基底应力的最大值或最小值（KPa） ；G作用在闸室上的全部竖向荷载（包括闸室基础底面上的

13、扬压力在内，KN） ；M作用在闸室上的全部竖向和水平向荷载对于基础底面垂直水流方向的形心轴的力矩（kN.m） ；A闸室基底面的面积（m2） ；W闸室基底面对于该底面垂直水流方向的形心轴的截面矩（ m3） ；枢纽各闸体抗滑稳定安全系数及基底面应力计算成果见表 3-4、3-5。21溢流坝稳定安全系数及地基应力计算表溢流坝稳定安全系数及地基应力计算表 3-4 抗滑稳定安全系数基底应力（MPa）下游 min工况主要荷载情况计算值规范允 许值上游 max0.072max/min完建情况稳定0.080.055 设计洪水位情况2.710.0580.041正常蓄水位情况1.690.050.045基本组合冰冻情

14、况1.661.250.0620.0422.0施工情况1.720.0420.04 0.07检修情况1.6400.05校核洪水位情况2.310.0670.05特殊组合地震情况1.431.050.410.322.5冲砂闸稳定安全系数及地基应力计算表冲砂闸稳定安全系数及地基应力计算表 3-5 抗滑稳定安全系 数基底应力（MPa）下游 min工况主要荷载情况 计算值规范允 许值上游 max0.072max/min完建情况稳定0.1310.066 设计洪水位情况2.930.120.073正常蓄水位情况1.680.120.11基本组合冰冻情况1.831.250.0670.0432.0施工情况1.710.1260.102 0.124检修情况1.7200.106校核洪水位情况2.610.120.075特殊组合地震情况 （+80）1.491.050.1160.1142.5从计算成果看，枢纽各闸体基底面应力满足规范要求，枢纽各闸体抗滑稳定安全系数均满足规范要求。在附加地震荷载条件下，K 特K 特殊允许=1.05，抗震满足规范要求。22