喀拉沟渠首工程设计报告

'3 新疆农业大学毕业设计（论文）任务书专业水利水电工程班级水工082班学生姓名李学俊一、毕业设计题目喀拉沟渠首工程设计工程：□工程一，√□工程二渠首型式方案：□底栏栅式渠首，√□拦河闸（坝）式渠首洪水流量：□洪水A组，√□洪水B组，□洪水C组设计引水流量：□第1组，□第2组，√□第3组，□第4组二、毕业设计应阅读的文献、资料：1.各类规范[1]SL252-2000，水利水电工程等级划分及洪水标准[S].[2]GB50288-1999，灌溉与排水工程设计规范[S].[3]SL265-2001，水闸设计规范[S].[4]SL/191-1996，水工砼结构设计规范[S].[5]SL74－1995，水利水电工程钢闸门设计规范[S].[6]SL41－1993，水利水电工程启闭机设计规范[S].[7]DL5077—1997,水工建筑物荷载设计规范[S].[8]DL5021—1993，水利水电工程初步设计报告编制规程[S].[9]SL73—1995，水利水电工程制图标准[S].[10]DL/T5088—1999，水利水电工程量计算规定[S].2.参考文献、资料[11]宋祖诏等.渠首工程[M].北京：水利电力出版社，1983.[12]严晓达，刘旭东等.低水头引水防沙枢纽[M].北京：水利电力出版社，1990.[13]新疆水利厅.新疆水利学会.新疆渠首[M].乌鲁木齐：新疆人民出版社，1994.[14]张世儒.水闸（第二版）[M].北京：水利电力出版社，1980.[15]陈德亮主编.水工建筑物（第三版）[M].北京：水利电力出版社，1995.[16]成都科技大学主编.水力学（上、下册）[M].北京：人民教育出版社，1979.[173 ]河海大学，大连理工大学，西安理工大学，清华大学.水工钢筋砼结构学（第三版）[M].北京：中国水利水电出版社，1996.[18]蔡正坤等.闸门与启闭机[M].北京：水利电力出版社，1983.[19]低水头引水防砂枢纽专集（一）、（二）、（三）[C].新疆水利科技,1982.1.[20]周素真等.底栏栅式取水枢纽试验研究[J].水利学报，1983.9.[21]陈树林.梳齿消力槛消能防冲的试验研究[J].水利水电技术，1985.10.注：其它相关规范、参考文献见《白杨河渠首枢纽工程设计基本资料及指导书》中推荐书目。附：[1]新疆农业大学水利专业毕业设计范本(可在学校教务处、本学院网页下载)三、毕业设计（论文）要点：1、掌握确定枢纽的工程等别、各建筑物的级别及设计洪水标准等工程思想方法。2、掌握新疆山区多泥沙河流渠首的设计思想；确定枢纽建筑物的组成及选择建筑物的型式；对两种典型的渠首型式（拦河闸坝式、底栏栅式），进行枢纽平面布置，并对两种方案进行比较。3、掌握单个建筑物（泄洪冲砂闸、进水闸、溢流堰、栏栅坝及引水干渠等建筑物）的设计、计算方法（各种水力计算、稳定分析、结构计算等）。4、能熟练地运用AutoCAD软件绘制工程设计图纸，能准确地、清晰地表达设计思想和设计成果；设计报告应参考《DL5021—1993水利水电工程初步设计报告编制规程》的相关内容要求进行编制。四、毕业设计进程安排：渠首设计组时间进度安排时间各阶段设计工作内容工作日备注2.27～3.4明确设计任务，阅读熟悉资料；撰写专业设计文献综述；在地形图上对引水枢纽工程进行初步方案布置和比较，开展讨论活动；依据设计任务及分工，确定枢纽建筑物的组成及设计参数；73.5～3.14确定工程等别、建筑物级别，根据水文资料进行水力计算，初步确定各建筑物的结构尺寸及高程；103.15～4.8进行渠首枢纽平面布置，手工绘制各建筑物平面、剖面草图，计算各方案工程量和枢纽工程造价，进行方案比较；253 4.9～4.24对选定方案的建筑物进行稳定计算和结构计算，绘制配筋图；15典型工程参观实习（在设计过程中，根据设计进度、天气情况等因素，确定具体的参观实习时间）；14.25～5.15编写设计报告、计算机绘图；215.16～5.17提交毕业设计的初步成果；25.18～5.26设计成果的检查、核对与修改；105.27～5.28提交毕业设计的最终成果；25.29～6.5答辩准备及毕业设计答辩；五、对学生毕业设计（论文）提出明确的工作要求：主要完成：一种渠首型式的枢纽平面布置，渠首枢纽中泄洪冲砂闸、进水闸、溢流堰、下游的防冲消能设施及上下游河道整治段等建筑物的设计；对泄洪冲砂闸进行防渗设计及稳定分析，对某一具体建筑物进行配筋计算；对两种渠首型式的布置方案进行比较；设计成果深度接近初步设计阶段。提交的成果应包括：1、设计报告1份，编写按文献[8]规定进行：设计深度接近初步设计阶段，书写格式见附：[1]；2、枢纽平面布置图及各建筑物的设计图纸（A1图幅，CAD绘制）：提交的设计图纸总数不少于4张；3、计算说明书1份，要求对各计算部分按专题进行编写，电算部分要求有理论依据和相关的参数说明，书写格式见附：[1]。六、毕业设计工作期限：任务书发给日期2012年2月27日设计工作自2012年2月27日至2012年5月30日设计（论文）指导教师：唐新军高强3 本科生毕业设计（论文）题目喀拉沟渠首工程设计学院水利与土木工程学院专业水利水电工程班级水工082班姓名李学俊学号083832210指导教师唐新军高强职称教授讲师2012年5月29日3 目录1综合说明11.1自然地理概况11.2水文径流、洪水及泥沙特征11.3气象资料21.4工程地质31.5工程任务与规模31.6工程布置及主要建筑物41.7金属结构51.8施工组织设计51.9结论及今后工作意见62水文气象72.1流域概况72.2水文72.3气象82.4泥沙83工程地质93.1地形地貌93.2地质特性93.3天然建筑材料103.4工程特性103.5结论124工程任务和规模134.1工程兴建的必要性和迫切性134.2工程任务134.3工程规模135工程布置及主要建筑物设计145.1设计依据145.2闸枢纽轴线的选择及工程总体布置146金属结构206.1平面钢闸门206.2弧形钢闸门206.3启闭机216.4其它部分金属结构2169 7施工组织设计227.1施工条件227.2施工导流227.3主体工程施工安排22谢辞23参考文献24附录1闸室稳定计算25附录2进水闸设计35附录3泄洪冲砂闸及溢流堰设计39附录4下游消能防冲设计44附录5引水干渠设计48附录6侧槽设计51附录7闸底板结构及配筋计算55附录8导流堤设计6569 1综合说明1.1自然地理概况喀拉沟河发源于天山阔科沙岭山脉，流经克孜勒苏柯尔克孜自治州的阿合奇县和阿克苏地区的乌什县，为阿克苏河的主要源流之一；该河流出山口170km处与库马拉克河汇合，称为阿克苏河，最后在阿拉尔附近汇入我国最长的内陆河—塔里木河。喀拉沟河全长361.5km，流域总面积为26582km2，流域内有冰川572条，冰川总面积664.1km2，冰储量52.27km3；流域内冰川多，面积大、分布集中，雪线4050～4300m。流向基本上为由西向东，地势西高东低，海拔高程3000～1100m。1.2水文径流、洪水及泥沙特征1.2.1水文喀拉沟河发源于天山阔科沙岭山脉，流经克孜勒苏柯尔克孜自治州的阿合奇县和阿克苏地区的乌什县，属山溪性河流，冰雪融水及大气降水是地下水和地表水的基本水源。多年平均径流量19.11×108m3，多年平均流量60.6m3/s。喀拉沟河为山间河流，洪枯水量悬殊，洪水期推移质多，洪峰大，且来势迅猛。枯水季径流占年径总流量的10％左右，夏季汛期径流量占年径总量的73％左右，最大洪峰大部分出现在7～8月份。自喀拉沟河1957年建站以来，于1995年5月发生了1300m3/s的特大洪水，1969年8月发生1250m3/s的超大洪水。通过对水文测站观测数据的统计分析，喀拉沟河年径流量逐月分配表（1957～2004年）见表1-1；不同频率的洪水值见表1-2，其中一组数据为工程实际洪水资料，另外二组为虚拟数据，仅供毕业设计之用；表1－1年径流量逐月分配表单位：水量108m3，流量：m3/s注：多年平均径流量19.11×108m3，多年平均流量60.6m3/s。表1－2－1不同频率的洪水流量表（第A组）69 表1－2－2不同频率的洪水流量表（第B组）表1－2－3不同频率的洪水流量表（第C组）注意：在设计时，学生应注意自己的设计分组情况，选择相应的洪水资料。1.2.2泥沙河流泥砂特性：山区河流的泥砂特性与流域地貌条件、河道流经的山谷坡降、河床的地质构造及岩性有密切的关系。河道含砂量变化决定于降雨、冰川和积雪融化历时的长短及洪水量大小。降雨强度历时愈长，洪水流量愈大，含砂量也越高。目前各河流含砂量的测定主要局限于悬移质泥砂，推移质测定工作较少，大卵石的测定更少，一般用河床质取样，代表推移质的颗粒组成特性；这样，取样地点的深度、取样数量，对推移质的颗粒组成特性影响甚大。河道推移质的确定，由于目前缺少实测的资料，采用的推移质以砂砾石为主时，其量估计为泥砂总量的10％左右；而在卵石河道上悬移质来量较小，推移质来量估计为总砂量的15～20％。喀拉沟河属山溪性河流，由于受塔里木盆地极端干旱气候的影响，风化作用较强，风化颗粒较大，该区域盛行山谷风，植被覆盖率很低，所以产沙量大。这就决定了喀拉沟河在洪水期河流含沙量大，而在小水时含沙量又较少。多年平均含沙量2.43kg/m3；实测最大日平均含沙量86.4kg/m3；多年平均悬移质年输沙量464.37万t；多年平均推移质年输沙量92.87万t；河床质颗粒组成见表1－3。表1-3河床质颗粒组成表1.3气象资料喀拉沟河流域属中温带高原干旱气候，年均气温6.2～9.4度，极端最高气温35.5℃，极端最低气温-26.6℃；年降水量91.5～124毫米，无霜期250-286天；69 最大冻土深98cm；历年极大风速25.6m/s（发生在4月份）；历年最高气温35.5℃；历年极端最低气温－26.6℃。1.4工程地质喀拉沟渠首工程位于额得朗峡谷出口处，其上游额得朗峡谷为“V”型谷，东西长约10km，河谷两岸高耸，边坡陡立，左岸相对高差600～1300m，右岸相对高差300～700m，河床宽300～500m，阶地不发育，峡谷纵坡坡降5‰～10‰；引水枢纽下游两岸阶地及河谷均较宽阔，河床一般宽500～1000m，且两岸阶地较发育。引水枢纽区左岸在2352～2380m高程存在一宽阔平台，主要为连续分布的Ⅴ级阶地，在Ⅴ级阶地高程以下，发育不连续的Ⅱ～Ⅳ级阶地，其中Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级阶地河拔高度分别为6.5～7.5m、18～20m、25～30m、50～55m。右岸基岩裸露，边坡近直立，局部可见残留于基岩上的Ⅳ级阶地。喀拉沟河河床内及附近的漫滩上，通过工程开挖和筛分可提供各种粒径混凝土骨料；用做浆砌石的粒径大于30cm以上的卵石，在河床中分布较广，质量均能满足要求，且便于采集。天然河道中，有质地优良的河卵石及砂砾石料，工程施工所需的各种粒径土石材料完全可由现场采得。喀拉沟渠首工程位于克州阿合奇县境内，距离乡政府所在地5km，距离阿合奇县65km，距离阿克苏市220km。项目区周边有306省道通过，对外交通条件较好。工程所需水泥、钢材均可从县城或阿克苏市运入。河道一年四季均流水，可满足施工用水。施工用电可从乡政府接入或靠柴油发电机解决。工程所在的河段，河床开阔，有利于施工导流及建筑物布置。可采用滩地导流法，使用纵、横向围堰进行分期施工；可以保证安全渡汛和施工的进度。枯水期先施工水下部分的建筑物基础及土石方工程，洪水期施工水上部分的建筑物等。1.5工程任务与规模喀拉沟渠首工程位于克州阿合奇县境内，地理位置为东经77°56′，北纬42°52′，是下游径流式电站—喀拉沟水电站（位于喀拉沟渠首下游32km处河床左岸）的首部引水工程，为喀拉沟水电站提供发电流量，以满足经济社会发展对电力电量的需求，喀拉沟渠首工程的兴建迫在眉睫，经河流区域规划和可行性研究决定兴建喀拉沟渠首工程。喀拉沟渠首工程是要在满足下游河道生态用水的前提下，为喀拉沟水电站供水，69 利用喀拉沟河的水量引水发电，以满足经济社会发展对电力电量的需求。根据流域规划，喀拉沟水电站初拟装机容量140MW，单独运行多年平均年发电量5.48亿kW·h，属三等中型。主要建筑物为三级，次要建筑物为四级。设计洪水标准为20年一遇，洪峰流量1110m3/s。校核洪水标准为50年一遇，洪峰流量1420m3/s。根据区域规划和生态平衡条件，本着“以水定地”及“兼顾现状”的原则，喀拉沟河渠首工程设计引水流量55m3/s，加大流量61.6m3/s，引水干渠进口底板设计高程1851.0m。引水干渠底部纵坡1/2000～1/3000。1.6工程布置及主要建筑物1.6.1工程选址本工程属于新建水利枢纽，经过对熟悉地形，地质，洪水特性，含沙量及河床演变规律等情况得分析，拟将闸室轴线确定在河宽较窄的位置（见平面布置图）。1.6.2总体布置方案的选定本工程作了两个方案的比较。即设置溢流侧堰和不设溢流侧堰两个方案。经经济比较，第一个方案略大。第一个方案即河道左侧设置3孔6m进水闸，中部11孔9m泄洪冲砂闸，右侧设置溢流堰。第二个方案在河道左侧设置3孔6m进水闸，中部12孔9m泄洪冲砂闸。新疆河流的特点就是常年流量较小，洪水集中，枯季流量很小，因此，新疆河流水利枢纽一般都采用有溢流侧堰的设计，以束窄河床，利用洪峰冲砂。故选用第一个方案。1.6.3枢纽布置及主要建筑物喀拉沟渠首工程采用拦河闸式布置，主要由左岸进水闸、中部泄洪冲砂闸、右岸溢流侧堰、上、下游整治段及下游消能设施组成。（1）泄洪冲砂闸闸底板高程1851.93m，共11孔，每孔净宽9m，闸室长12m，布置在主河床中部，下游设有裙板消能。总设计泄水量1045m3/s，校核泄水量1271m3/s。（2）左岸进水闸闸底板高程1853.23m，每孔净宽6m，共3孔，闸室长10m。引水角35º，设计引水流量55m3/s，加大流量61.6m3/s。（3）右岸溢流侧堰长102m，顶部高程1855.13m，设计洪峰流量14m3/s，校核泄洪流量95.18m3/s。溢流堰上游接右岸导流堤，堰后设侧槽。（4）上游整治段，左岸由长度为20m的扭面和长度为227m导流堤构成，末端嵌入河岸；右岸由长度为18m的扭面、55m的直线段接半径为30m，圆心角为20º的圆弧，再接141m的直线段构成，末端嵌入河岸,69 上游导流堤末端高程为1857.52m。迎水面与背水面边坡坡比均为1:1.5。堤顶宽3米，迎水坡浆砌石护砌，厚度为0.3米，基础埋深1.5m。（5）下游整治段，左岸由长度为14m的扭面、长度为75m的导流堤以及向河岸延生的57m转折段构成，往下接入引水渠堤；右岸导流堤由圆弧段和长105m的直线段构成，圆弧段，半径30m，圆心角32º,末端嵌入河岸。迎水面与背水面边坡坡比均为1:1.5。堤顶宽3m，迎水坡浆砌石护砌，厚度为0.3米，基础埋深1.5m。（6）引水干渠，本工程采用梯形渠道，底宽6m，边坡为m=1.5，引水渠道总长32km，底坡为1/2500，渠道首段底高程1851.0m，末端接喀拉沟水电站压力前池。1.7金属结构本工程金属结构主要有闸枢纽本身即主体部分和消能裙板两部分。闸枢纽主体部分，设6×1.9m2进水闸平板闸门3扇，配5T手电式螺杆式启闭机三台。设9×3.2m2,的露顶式弧形钢闸门11扇，配6T单吊点QPD卷扬机式启闭机11台。消能裙板长6m，采用废旧铁轨，型号为18。1.8施工组织设计1.8.1施工条件喀拉沟渠首工程位于克州阿合奇县境内，距离乡政府所在地5km，距离阿合奇县65km，距离阿克苏市220km。项目区周边有306省道通过，对外交通条件较好。工程所需水泥、钢材均可从县城或阿克苏市运入。河道一年四季均流水，可满足施工用水。施工用电可从乡政府接入或靠柴油发电机解决。1.8.2施工导流工程所在的河段，河床开阔，有利于施工导流及建筑物布置。采用分段围堰法导流，使用纵、横向围堰进行分期施工；可以保证安全渡汛和施工的进度。枯水期先施工水下部分的建筑物基础及土石方工程，洪水期施工水上部分的建筑物。1.8.3施工方法（1）土方施工以机械为主，在消能段等较深的土方开挖中采用挖掘机、自卸汽车装运。一般挖方采用挖掘机及推土机联合作业，填筑部分需用推土机分层平整，振动碾碾实。（2）混凝土工程施工采用0.4m3搅拌机拌合、人力车运输入仓，在有向上垂直运输部分采用升机提运，人力车入仓。施工顺序应遵循先低后高的原则。（3）浆砌石工程采用粒径大于30cm的卵石，用细粒混凝土人工砌筑。1.8.4施工总布置69 根据闸枢纽水工布置和施工特点，结合附近地形条件，施工临时设施集中布置闸枢纽附近河道左侧阶地，主干道路按“十字”布设，路南闸枢纽顺河道布置沙石料场、混凝土拌和站、水泥仓库、混凝土构件预制场、钢木加工厂、施工机械停放场、油库等。路北布置施工临时住房和仓库，变压器及配电室位于十字路口。项目区周边有306省道通过，对外交通条件较好。工程所需水泥、钢材均可从县城或阿克苏市运入。设备物资调运，十分便利。1.9结论及今后工作意见喀拉沟渠首工程是下游径流式电站——喀拉沟水电站的首部引水工程，在满足下游河道生态用水的前提下，利用喀拉沟河的水量引水发电，以满足经济社会发展对电力电量的需求，对维护当地稳定团结十分必要且万分迫切。该工程建成后，既保证了生态用水，又有利于经济发展，具有较好的社会、生态和经济效益，故此项目的建设是非常必要、切实可行的。喀拉沟河来水年纪变化不大，河道含砂量变化决定于降雨、冰川和积雪融化历时的长短及洪水量大小。降雨强度历时愈长，洪水流量愈大，含砂量也越高。因此，根据实际情况，汛期合理引水，泄洪排砂，确保工程安全，延长工程寿命是本工程建成后调度运行的关键，必须十分重视，严格管理。69 2水文气象2.1流域概况喀拉沟河发源于天山阔科沙岭山脉，流经克孜勒苏柯尔克孜自治州的阿合奇县和阿克苏地区的乌什县，为阿克苏河的主要源流之一；该河流出山口170km处与库马拉克河汇合，称为阿克苏河，最后在阿拉尔附近汇入我国最长的内陆河——塔里木河。喀拉沟河全长361.5km，流域总面积为26582km2，流域内有冰川572条，冰川总面积664.1km2，冰储量52.27km3；流域内冰川多，面积大、分布集中，雪线4050～4300m。流向基本上为由西向东，地势西高东低，海拔高程3000～1100m。2.2水文喀拉沟河发源于天山阔科沙岭山脉，流经克孜勒苏柯尔克孜自治州的阿合奇县和阿克苏地区的乌什县，属山溪性河流，冰雪融水及大气降水是地下水和地表水的基本水源。多年平均径流量19.11×108m3，多年平均流量60.6m3/s。喀拉沟河为山间河流，洪枯水量悬殊，洪水期推移质多，洪峰大，且来势迅猛。枯水季径流占年径总流量的10％左右，夏季汛期径流量占年径总量的73％左右，最大洪峰大部分出现在7～8月份。自喀拉沟河1957年建站以来，于1995年5月发生了1300m3/s的特大洪水，1969年8月发生1250m3/s的超大洪水。通过对水文测站观测数据的统计分析，喀拉沟河年径流量逐月分配表（1957～2004年）见表1-1；表1－1年径流量逐月分配表单位：水量108m3，流量：m3/s注：多年平均径流量19.11×108m3，多年平均流量60.6m3/s。不同频率的洪水值见表1-2表1－2不同频率的洪水流量表（第B组）注:表1-2中数据为按照设计分组情况所选的洪水资料。（B3）69 2.3气象喀拉沟河流域属中温带高原干旱气候，年均气温6.2～9.4度，极端最高气温35.5℃，极端最低气温-26.6℃；年降水量91.5～124毫米，无霜期250-286天；最大冻土深98cm；历年极大风速25.6m/s（发生在4月份）；历年最高气温35.5℃；历年极端最低气温－26.6℃。2.4泥沙河流泥砂特性：山区河流的泥砂特性与流域地貌条件、河道流经的山谷坡降、河床的地质构造及岩性有密切的关系。河道含砂量变化决定于降雨、冰川和积雪融化历时的长短及洪水量大小。降雨强度历时愈长，洪水流量愈大，含砂量也越高。目前各河流含砂量的测定主要局限于悬移质泥砂，推移质测定工作较少，大卵石的测定更少，一般用河床质取样，代表推移质的颗粒组成特性；这样，取样地点的深度、取样数量，对推移质的颗粒组成特性影响甚大。河道推移质的确定，由于目前缺少实测的资料，采用的推移质以砂砾石为主时，其量估计为泥砂总量的10％左右；而在卵石河道上悬移质来量较小，推移质来量估计为总砂量的15～20％。喀拉沟河属山溪性河流，由于受塔里木盆地极端干旱气候的影响，风化作用较强，风化颗粒较大，该区域盛行山谷风，植被覆盖率很低，所以产沙量大。这就决定了喀拉沟河在洪水期河流含沙量大，而在小水时含沙量又较少。多年平均含沙量2.43kg/m3；实测最大日平均含沙量86.4kg/m3；多年平均悬移质年输沙量464.37万t；多年平均推移质年输沙量92.87万t；河床质颗粒组成见表1－3。表1-3河床质颗粒组成表69 3工程地质3.1地形地貌喀拉沟渠首工程位于额得朗峡谷出口处，其上游额得朗峡谷为“V”型谷，东西长约10km，河谷两岸高耸，边坡陡立，左岸相对高差600～1300m，右岸相对高差300～700m，河床宽300～500m，阶地不发育，峡谷纵坡坡降5‰～10‰；引水枢纽下游两岸阶地及河谷均较宽阔，河床一般宽500～1000m，且两岸阶地较发育。引水枢纽区左岸在1870～1910m高程存在一宽阔平台，主要为连续分布的Ⅴ级阶地，在Ⅴ级阶地高程以下，发育不连续的Ⅱ～Ⅳ级阶地，其中Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级阶地河拔高度分别为6.5～7.5m、18～20m、25～30m、50～55m。右岸基岩裸露，边坡近直立，局部可见残留于基岩上的Ⅳ级阶地。3.2地质特性闸址工程地质条件根据地勘资料，对左岸、河床和右岸分别进行评价。①左岸（0+000～0+160m）：该段地貌上为Ⅲ～Ⅳ级基座阶地，基座上部为第四系下更新统洪积（Q1pl）砾岩，厚4～13m，泥钙质半胶结为主，其上部0～5m以钙质强胶结为主，5m以下主要为泥钙质半胶结。基座顶面高程1867m，高于河床约10m左右，基座岩性为上石炭统喀拉自尔加下亚组粉砂质板岩，灰黑色，片理发育，呈细波纹状，产状35°～50°SE∠80°～85°，倾角近直立，河床陡坎边岩体内发育335°～340°SW∠70°～75°和45°～50°SE∠40°～45°的两组裂隙，延伸长度3～10m，裂面大多张开，并充填碎石土，局部顺层结构面较发育，强风化层厚1～2m，弱风化层厚10～15m，局部有顺层风化现象，岩石坚硬，岩体较完整，其走向与河流方向近正交，对防渗有利。②河床段（0+160～0+480m）：据钻探和物探成果，该段覆盖层厚13.2～25m，主要为第四系全新统冲积（Q4al）砂卵砾石，不存在砂层，其上部0～1.2m结构较松散，1.2m以下结构密实。砂卵砾石中粒径大多1～8cm，漂石含量占10.2%，卵石约35.5%，砾石占45.0%，砂占9.3%，卵砾石磨圆度较好，主要呈次圆状～圆状，颗粒级配良好，据钻孔简易抽水试验，该砂卵砾石层渗透系数为37.0m/d，属强透水性地层。0～1.2m砂卵砾石结构较松散，作为闸基础需进行处理，建议砂卵砾石层允许渗透比降取0.15，允许承载力取400KPa，砂卵砾石与闸底板间的摩擦系数取0.50～0.55。另外，在河床左侧0+165～0+247m，高程1840～1848m间分布第四系下更新统洪积（Q1pl）泥钙质胶结砾岩，厚6m左右，以泥质半胶结为主。69 河床段基岩岩性为上石炭统喀拉自尔加下亚组粉砂质板岩，灰黑色，片理发育，片理呈细波纹状，倾角近直立，除局部发育顺层结构面外，岩体内构造不发育，强风化层厚0.6～2.0m，弱风化层厚6.9～11.6m，局部有顺层风化现象，岩石坚硬，岩体较完整，纵波波速一般4500～6000m/s，基岩面以下6m岩体透水率小于10Lu。③右岸（0+480～0+580m）：基岩裸露，岩性为灰黑色粉砂质板岩，片理发育，呈细波纹状，产状为35°～50°NW∠80°～85°，倾角近直立，除局部发育顺层结构面外，岩体构造不发育，强风化层厚0.5～2m，弱风化层厚10～15m，局部有顺层风化现象，岩石坚硬，岩体较完整，岩体走向与河流方向近正交，利于防渗。据渠首闸址探坑揭露，闸址以下0～1.2m一般结构较松散，1.2m以下结构密实。0～4m以卵砾石为主，天然干密度2.20～2.21g/cm3，最大干密度2.29～2.30g/cm3，相对密度0.82～0.86，孔隙比0.65～0.66，结构密实。根据颗粒级配曲线，不均匀系数为71.1，曲率系数4.8，有效粒径0.76mm，级配良好，自然休止角33°～35°，渗透系数37m/d,为强透水层地基。渠首地形图（1/1000）；抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.15g；3.3天然建筑材料喀拉沟河河床内及附近的漫滩上，通过工程开挖和筛分可提供各种粒径混凝土骨料；用做浆砌石的粒径大于30cm以上的卵石，在河床中分布较广，质量均能满足要求，且便于采集。天然河道中，有质地优良的河卵石及砂砾石料，工程施工所需的各种粒径土石材料完全可由现场采得。3.4工程特性喀拉沟河引水枢纽的主要工程特性指标见表1-4所示。表1-4喀拉沟渠首引水枢纽工程特性表序号名称单位数量备注一水文1水文站以上集水面积km271692利用水文系列年限年543代表性流量实测最大流量m3/s1300调查历史最大流量m3/s1300正常运用（设计）洪水标准及流量（P=5%）m3/s1110非常运用（校核）洪水标准及流量（P=2%）m3/s1420施工导流标准及流量（P=100%）m3/s2804泥沙多年平均含砂量kg/m32.4369 多年平均悬移质年输砂量万t464.375水位枢纽上游设计洪水位m1855.32枢纽上游校核洪水位m1855.80枢纽上游设计引水位m1854.93二工程效益指标灌溉面积万亩最大引用流量m3/s61.6三主要建筑物和设备1泄洪冲砂闸地基特性砂砾石地震设计烈度度7闸底板高程m1851.93闸孔净宽m9孔数孔11设计过流量m3/s1045校核过流量m3/s1271消能型式裙板消能弧形钢闸门扇11卷扬式启闭机台118T单吊点QPQ2进水闸闸底板高程m1853.23闸孔净宽m6孔数孔3设计引水流量m3/s55平板闸门扇3螺杆式启闭机台35T手电3上、下游整治段上游左侧整治段平均宽度m13.4下游左侧整治段平均长度m17.5上游右侧整治段平均宽度m17.4下游右侧整治段平均长度m17.54引水干渠渠顶宽度m34溢流侧堰堰顶高程m1855.13堰顶宽度m1溢流堰长度m102四主要工程量1泄洪冲砂闸挖方m36793.2填方m33996C25钢筋混凝土m31729.95C15混凝土m34081.352进水闸m3挖方m3403.269 填方m3360C25钢筋混凝土m3304.46C15混凝土m3459.943溢流侧堰砂砾料填筑m31949.22M10浆砌石m3522.244引水干渠M10浆砌石m31955.1挖方m31674.4填方m310522.25上、下游整治段导流堤土方回填及碾压m331884.6M10浆砌石m31898.16金属结构及设备卷扬式启闭机台118T单吊点QPQ螺杆式启闭机台35T手电平板闸门扇3弧形闸门扇113.5结论（1）拟建渠首——喀拉沟渠首工程位于额得朗峡谷出口处，其上游额得朗峡谷为“V”型谷，东西长约10km，河谷两岸高耸，边坡陡立，左岸相对高差600～1300m，右岸相对高差300～700m，河床宽300～500m，阶地不发育，峡谷纵坡坡降5‰～10‰；引水枢纽下游两岸阶地及河谷均较宽阔，河床一般宽500～1000m，且两岸阶地较发育。（2）喀拉沟渠首工程拟建地，基岩岩性为上石炭统喀拉自尔加下亚组粉砂质板岩，灰黑色，片理发育，片理呈细波纹状，倾角近直立，除局部发育顺层结构面外，岩体内构造不发育，强风化层厚2m以内，弱风化层厚15m以内，局部有顺层风化现象，岩石坚硬，岩体较完整，岩体走向与河流方向近正交，利于防渗。（3）据渠首闸址探坑揭露，闸址以下0～1.2m一般结构较松散，1.2m以下结构密实。勘察结果表明，场地和地基稳定，较适合本工程的建设。（4）抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.15g，根据该区地层岩性特点表明，按《建筑抗震设计规范》规定初判，该场区不会发生地震液化。69 4工程任务和规模4.1工程兴建的必要性和迫切性喀拉沟渠首工程位于克州阿合奇县境内，地理位置为东经77°56′，北纬42°52′，是下游径流式电站—喀拉沟水电站（位于喀拉沟渠首下游32km处河床左岸）的首部引水工程，为喀拉沟水电站提供发电流量，以满足经济社会发展对电力电量的需求，喀拉沟渠首工程的兴建迫在眉睫，经河流区域规划和可行性研究决定兴建喀拉沟渠首工程。该工程建成后，既保证了生态用水，又有利于经济发展，具有较好的社会、生态和经济效益，故此项目的建设是非常必要、切实可行的。4.2工程任务喀拉沟渠首工程建设任务是：在满足下游河道生态用水的前提下，利用喀拉沟河的水量引水发电，以满足经济社会发展对电力电量的需求。4.3工程规模根据流域规划，喀拉沟水电站初拟装机容量140MW，单独运行多年平均年发电量5.48亿kW·h，属三等中型。主要建筑物为三级，次要建筑物为四级。设计洪水标准为20年一遇，洪峰流量1110m3/s。校核洪水标准为50年一遇，洪峰流量1420m3/s。根据区域规划和生态平衡条件，本着“以水定地”及“兼顾现状”的原则，喀拉沟河渠首工程设计引水流量55m3/s，加大流量61.6m3/s，引水干渠进口底板设计高程1851.0m。引水干渠底部纵坡1/2000～1/3000。69 5工程布置及主要建筑物设计5.1设计依据5.1.1工程等别、建筑物级别根据SL252-2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》规定，工程规模的确定主要包括整个枢纽的等别和建筑物级别。水利水电工程和水工建筑物的等级划分，既关系到工程自身的安全，又关系到下游人民生命财产、工矿企业和设施的安全，并对工程效益的发挥、工程造价和建设速度有直接影响。水利水电工程按其规模、效益及其在国民经济中的重要性划分为不同的等别；水利水电工程中的永久建筑物，一般根据工程等别及其在工程中的重要性进行分级；临时建筑物则根据被保护建筑物的级别、本身的规模、使用年限及重要性分级。喀拉沟渠首工程位于克州阿合奇县境内，是下游径流式电站—喀拉沟水电站（位于喀拉沟渠首下游32km处河床左岸）的首部引水工程，其建设任务是：在满足下游河道生态用水的前提下，利用喀拉沟河的水量引水发电，以满足经济社会发展对电力电量的需求。根据流域规划，喀拉沟水电站初拟装机容量140MW，单独运行多年平均发电量5.48亿kW·h。水电站装机容量14万kW，在30～5万kW之间，确定本工程等别为Ⅲ等，工程规模是中型。根据永久性水工建筑物级别划分标准，三等工程对应的主要建筑物为3级，次要建筑物为4级。5.1.2洪水标准根据中华人民共和国行业标准SL265-2001《水闸设计规范》平原区水闸洪水标准，查得3级水闸对应的洪水重现期（a），设计30～20年一遇，校核100～50年一遇。根据水文资料提供的数据，喀拉沟河为山间河流，洪枯水量悬殊，洪水期推移质多，洪峰大，且来势凶猛。枯水季径流占年经总流量的10%左右，夏季汛期径流量占年经总量的73%左右，最大洪峰大部分出现在7～8月份。自喀拉沟河1957年建站以来，于1995年5月发生了1300m3/s的洪水，1969年8月发生1250m3/s的超大洪水。为了经济考虑，本设计洪水重现期设计确定为20年一遇，洪峰流量1110m3/s，校核确定为50年一遇，洪峰流量为1420m3/s。5.2闸枢纽轴线的选择及工程总体布置5.2.1闸枢纽轴线的选择本工程属于新建水利枢纽，经过对熟悉地形，地质，洪水特性，含沙量及河床演变规律等情况得分析，拟将闸室轴线确定在河宽较窄的位置（见平面布置图），该处作为闸址具有以下特点：69 （1）此处河道相对适宜，不但可以减少工程量而且还有利于束水冲砂，便于及时将泥沙排泄。（2）此闸轴线处河床比较稳定，河岸比较坚实的河段。（3）闸址所在河段的断面比较匀称,河道水流垂直于闸轴线，以使过闸水流平顺。（4）在此处的附近还有一定的场地，利于施工，管理及交通运输，且考虑喀拉沟河是一条风化严重的山溪性河流，且砂粒石比较多，故选择具有一定纵坡的地方为便于冲砂。（5）这里的地形有利于后期冲砂，且在此处可以很好的利于后面的天然河沟泄洪，天然河沟多偏向于右岸，而引水渠在左岸，这在一定程度上还减小了洪水对下游渠道的冲刷作用。考虑以上几个因素后，喀拉沟渠首工程家闸室轴线位置选在如图（平面布置图轴线）所示的位置。5.2.2渠首形式选择新疆的渠首主要有弯道式、底栏栅式、拦河闸坝式及分层式等，但根据本工程拟建地地形及多方面因素考虑，较为适用的型式为底栏栅式及拦河闸坝式。底栏栅式渠首虽然构造简单，造价低廉，施工方便，且由于许多建筑物集中在一起，管理也方便，但是由于栏栅的栅隙的存在，如果控制的不适合在很大的程度可能发生被小石子及杂物等堵塞的现象，从而严重的影响取水效率，同时经常需要清理，维修费用也是可观的。而且在冬季流量小、水深浅时，栏栅易被冰屑堵塞或结冰等等。考虑泄洪：虽然校核洪水的频率小，出现的机会少，但是流量比较大，河床比降很陡。这是应用较广的侧面引水、正面排沙的渠首型式。这种型式的引水工程利用拦河闸壅水、泄水，拦河闸坝式渠首基本上可以不改变或较少改变河床的原来流态与冲淤特性；拦河闸在枯水期可控制运行，以保证引水和泄水排沙；在洪水期可敞开闸门宣泄洪水，从而冲刷闸前或库区淤沙。由于拦河闸式引水枢纽具有以上优点，并且布置简单，运行管理方便。而且建设经验丰富，国内外有很多可供参考的工程实例。所以，本渠首工程的布置形式采用拦河闸坝式。以下给出两个方案，通过综合比较确定一种较优方案对该工程进行设计。5.2.2.1方案一喀拉沟渠首工程采用拦河闸坝式渠首，其主要建筑组成有：进水闸、泄洪从砂闸、溢流侧堰及下游消能防冲设施、上下游整治段、引水渠道等。69 (1)进水闸进水闸设计引水流量55m3/s，加大流量61.6m3/s，闸底板高程1853.23m，高于泄洪冲砂闸底板高程1.3m，进水闸主要为下游径流式电站——喀拉沟水电站引水，喀拉沟水电站位于河床左岸，因此进水闸布置在河床左侧，与泄洪冲砂闸轴线呈35º夹角。进水闸设3孔，单孔净宽6米，总宽20米，闸前设1.3米高的挡砂坎，将泥沙导向右侧的泄洪冲砂闸。(2)泄洪冲砂闸泄洪冲砂闸布置于约与河道水流垂直的方向上，闸底板高程为1851.93m（原河床底的高程为1851.63m，为提高冲砂性能，在此基础上抬高0.3m）。泄洪冲砂闸的校核泄洪流量1275m3/s,设计泄洪流量1045m3/s，设11孔，单孔净宽9m，总宽111m。设计洪水位为1855.32。校核洪水位为1856.80。(3)溢流侧堰溢流侧堰采用折线形实用堰，长102m，与泄洪冲砂闸中心线呈50º夹角，堰高5.44m，堰顶高程为1855.13m。(4)上游整治段上游整治段:左岸由长度为20m的扭面和长度为245m导流堤构成，末端嵌入河岸；右岸由长度为19m的扭面、55m的直线段接半径为30m，圆心角为42º的圆弧，再接128m的直线段构成，末端嵌入河岸,上游导流堤末端高程为1857.52m。迎水面与背水面边坡坡比均为1:1.5。堤顶宽3米，迎水坡浆砌石护砌，厚度为0.3米，基础埋深1.5m。下游整治段：左岸由长度为14m的扭面、长度为111m的导流堤构成，末端与引水渠渠堤相接；右岸由15m的扭面，84m的直线段，圆心角为26º，半径为30m的圆弧段和长167m的直线段构成，末端嵌入河岸。迎水面与背水面边坡坡比均为1:1.5。堤顶宽3m，迎水坡浆砌石护砌，厚度为0.3米，基础埋深1.5m。(5)引水渠道本工程采用梯形渠道，底宽6m，边坡为m=1.5，引水渠道总长32km，底坡为1/2500，渠道首段底高程1851.0m，末端接喀拉沟水电站压力前池。5.2.2.2方案二：喀拉沟渠首工程采用拦河闸坝式渠首，其主要建筑组成有：进水闸、泄洪从砂闸69 、下游消能防冲设施及上下游整治段、引水渠道等。（1）进水闸进水闸设计引水流量55m3/s，加大流量61.6m3/s，闸底板高程1853.23m，高于泄洪冲砂闸底板高程1.3m，进水闸主要为下游径流式电站——喀拉沟水电站引水，喀拉沟水电站位于河床左岸，因此进水闸布置在河床左侧，与泄洪冲砂闸轴线呈35º夹角。进水闸设3孔，单孔净宽6m，总宽20m，闸前设1.3m高的挡砂坎，将泥沙导向右侧的泄洪冲砂闸。设计引水位1854.84m。（2）泄洪冲砂闸泄洪冲砂闸布置于约与河道水流垂直的方向上，闸底板高程为1851.93m（原河床底的高程为1851.63m，为提高冲砂性能，在此基础上抬高0.3m）。泄洪冲砂闸的校核泄洪流量1365m3/s,设计泄洪流量1055m3/s，设12孔，单孔净宽9m，总宽120.4m。设计洪水位为1855.15m。校核洪水位为1855.76m。（3）上、下游整治段上游整治段:左岸由长度为20m的扭面和长度为2245m导流堤构成，末端嵌入河岸；右岸由长度为15m的扭面和361m的直线段导流堤构成，末端嵌入河岸,上游导流堤末端高程为1857.52m。迎水面与背水面边坡坡比均为1:1.5。堤顶宽3米，迎水坡浆砌石护砌，厚度为0.3米，基础埋深1.5m。下游整治段：左侧由长度为14m的扭面、长度为111m的导流堤构成，末端与引水干渠渠堤相接；右侧岸由长度为15m的扭面和223m长的导流堤构成，末端嵌入河岸。迎水面与背水面边坡坡比均为1:1.5。堤顶宽3m，迎水坡浆砌石护砌，厚度为0.3米，基础埋深1.5m。5.2.2.3方案比选一般水利工程都需做不同的方案，经过技术经济比较，最终确定最优方案，确定方案后进行进一步设计与施工。工程造价的计算主要包括:基础清理,土方开挖,岸坡段软基开挖,混凝土,浆砌石,土方回填,钢筋制作与安装,启闭机室，水工钢闸门（平板闸门、弧形闸门）的计算等。工程造价计算见表5-1。通过工程造价的计算,得出方案一大概需要538.93万元,方案二大概需要559.54万元,从经济的角度分析,方案一节省投资,为较优方案。69 影响一个水利枢纽的因素有多个，主要是经济、技术以及枢纽所在地的一些地域特色和同类工程的经验，综合考虑以上几个方面的因素，最终确定采用第一个方案进行修建喀拉沟渠首工程。5.2.3工程总体布置布置喀拉沟渠首工程位于额得朗峡谷出口处，其上游额得朗峡谷为“V”型谷，东西长约10km，河谷两岸高耸，边坡陡立，左岸相对高差600～1300m，右岸相对高差300～700m，河床宽300～500m，阶地不发育，峡谷纵坡坡降5‰～10‰；引水枢纽下游两岸阶地及河谷均较宽阔，河床一般宽500～1000m，且两岸阶地较发育。喀拉沟河为山间河流，洪枯水量悬殊，洪水期推移质多，洪峰大，且来势迅猛。枯水季径流占年径总流量的10％左右，夏季汛期径流量占年径总量的73％左右，最大洪峰大部分出现在7～8月份。69 表5-1工程造价计算表序号工程项目工程量单价工程造价（元）备注方案1方案2单位数量单位方案1方案21地基处理　　　　　　　　　基础清理6154.84250.0m311.5元/m370779.648875.0外用0.5公里　土方开挖8870.08806.3m311.5元/m3102005.0101271.9外用0.5公里2岸坡段软基开挖350.0550.0m336.6元/m312810.020130.0挖甩，不运3C15混凝土927.0987.8m3460元/m3426420.0454406.4闸墩4C25钢筋混凝土2034.42142.4m3690元/m31403742.91478256.0钢筋混凝土底板5M10浆砌石4375.44355.8m3320元/m31400140.81393856.0扭面、护坡6土方回填及碾压37363.040800.0m318.5元/m3691215.5754800.0含翻晒7钢筋制作及安装43.346.3T8700元/T376846.3402988.9　8启闭室造价541.0583.4m2750元/m2405750.0437550.0　9水工钢闸门　　　　　　　　　平板闸门4.74.7T13000元/T73320.073320.0安装费用加20%　弧形闸门4.85.0T14500元/T87000.090625.0安装费用加25%10启闭设备　　　　　　　　　螺杆式启闭机　　　　　19008.019008.0安装费用加20%　卷扬式启闭机　　　　　320285.0320285.0安装费用加25%11合计　　　　　5389323.15595372.2　69 6金属结构本工程的金属结构主要包：括平面钢闸门，弧形钢闸门，螺杆式启闭机，卷扬式启闭机等。进水闸采用平面钢闸门，安装螺杆式启闭机；泄洪冲砂闸采用弧形钢闸门，采用卷扬式启闭机。6.1平面钢闸门进水闸3孔，每孔孔口尺寸为6×1.9m2，本工程进水闸采用的是露顶式平面钢闸门：(6-1)式中：H―—孔口高度m,；B——孔口宽度m，；——闸门行走支撑系数；滚动式支撑为1.0，滑动式支撑为0.81，当H<=5m时，孔口宽系数Kg＝0.156；当5m10m3/s时，c0=0.2；当Q<5m3/s时,c0=0.4；当Q=5～10m3/s,c0值随宽深比而变，若b/h>20，c0=0.2，b/h<20，c0=0.40。Q——为流量，m3/s。③渠道不冲流速，由邱秀云主编《水力学》，对混凝土渠道，当渠道流量Q>10m3/s时，不冲流速为。通过表5-1和5-1的计算比较，得出，，所以满足要求。69 5.3渠岸超高一般挖填方渠道，渠岸超高可根据加大水深确定（附5-3）式中：——渠岸超高，m；h——渠道加大水深，m。。5.4渠岸宽度渠岸宽度一般为2～3m且兼作道路时，其宽度应根据公路工程技术标准确定，本工程渠岸宽度定为3m。5.5渐变段长度计算连接矩形与梯形断面断面的渐变段长度由经验公式L=（4～6）h（附5-4）式中：h—渠道的水深，h=2.62m；L=62.62=15.72m，引水干渠渐变段长度定位15m。5.6引水干渠设计成果引水干渠，如附图5-1所示，采用梯形断面，宽浅式，底宽b=6m,边坡m=1.5，渠道深度3.5m，渠岸超高0.855m，渠岸宽度3m。附图5-1引水干渠横断面图69 附录6侧槽设计根据武汉大学陈德亮主编《水工建筑物》（第5版）有关知识进行设计和计算。6.1侧槽设计的有关问题6.1.1断面形式及底宽侧槽横断面常采用梯形。为了适应流量沿程增加的特点，底宽一般沿程逐渐加宽。根据经验，侧槽起始端底宽与末端底宽的比值一般为0.5～1.0。本工程。6.1.2侧槽槽底高程为了减小工程开挖量，槽底高程不宜过低，但又必须保证溢流堰为非淹没堰，以保证溢洪道的泄洪能力。由于侧槽中的水面线为降水曲线，故只要保证槽首断面处堰流不受淹没即可。根据经验在最大设计流量时，侧槽起始断面水面高程与堰顶高程之差hs一般应小于堰上水头H的1/2，hs/H<0.5，以保证为非淹没出流。即本工程侧槽所在河床高程较低，无需考虑。6.1.3侧槽底坡及与泄水槽的为了使水流在侧槽内充分混掺消能，并使流态平稳，侧槽底坡应小于槽末断面的水流临界坡。为使侧槽末端的水位不受泄槽中水流状态的影响，泄槽的底坡应大于临界底坡。由于侧槽内的水流是螺旋流，横断面内水流并不均匀，为调整槽中流态，防止产生强烈的波动，常在侧槽与泄槽之间设置调整段。调整段常采用平底坡。如侧槽内为缓流，侧槽末端水深b0大于侧槽末端断面的临界水深，则调整段末端即为控制断面——临界水深断面。调整段长度l0=(2～3)或更长，本工程为3m,侧槽末端的水深近似取，为调整段末端处临界水深,n的取值见下表：11/21/31/5n1.2～1.31.25～1.351.3～1.41.35～1.4569 6.2侧槽水力计算6.2.1侧槽水面线计算图6.2.2基本公式及参数选定对于等腰梯形横断面，利用一下迭代公式计算临界水深，计算过程如附表6-1。（附6-1）式中：、—临界水深，m；——流量系数，；——通过断面的流量，m3/s；——坡度值，；——底宽，m；——重力加速度，；附表6-1临界水深计算表Qgbm0.550.5596.019.8075.001.500.80由动量方程推得的差分公式69 （附6-2）公式附6-2中第一项为碰撞引起的水头损失，第二项为摩阻水头损失。（附6-3）式中：——计算流段长，m；——计算流段的水位差，m；——侧槽设计底坡，一般为1～5%，本工程为1%，槽内为缓流；——分别为流段两端断面的流量、流速和水深；水面线由下游端算起，某一计算断面x处的过水流量Qx为：（附6-4）式中：q——侧槽末端单宽流量，m3/s-m；——计算流段内摩阻水力坡度，，当计算流段不长、且糙率n<0.018时，可以略去第二项；——平均流速，；——平均水力半径，；——计算流段两端的水力半径；n——糙率，侧槽内的衬砌为浆砌石；g——重力加速度；——侧槽内某一计算断面x处（距离侧槽末端长度为x）的过水流量，m3/s；——侧槽末端处的流量，m3/s。分段进行侧槽内水面线计算，从末端算起，侧槽首端第一段用公式计算，侧槽水面计算过程见附表6-2。69 附表6-2侧槽水面线计算表x(m)bΔZ1(m)ΔZ2(m)Q1(m3/s)Q2(m3/s)v1(m/s)v2(m/s)PJfΔx(m)h1(m)i0h2(m)0750.0620.06283.2196.011.431.570.000729100.7620.010.80010670.0770.07770.4183.211.401.600.000766100.7390.010.76220580.0940.09457.6170.411.331.610.000758100.7330.010.73930500.1020.10244.8057.611.191.540.000659100.7350.010.73340410.1110.11132.0044.801.021.450.000536100.7460.010.73550330.1070.10719.2032.000.751.260.000353100.7530.010.74660250.0880.0886.4019.200.330.980.000153100.7410.010.75370150.0290.0290.006.400.000.540.000029100.6700.010.741注：表中x指的是2断面距侧槽末端的距离69 附录7闸底板结构及配筋计算7.1计算方法对于整体式闸底板,计算方法有倒置梁法、反力直线法及弹性地基梁法。弹性地基梁法在大、中型水闸中应用甚广，该方法在垂直水流方向截取单位宽度的板条作为脱离体（地基梁）进行分析计算，并认为顺水流方向的地基反力仍是直线变化。本工程采用弹性地基梁法。7.2确定不平衡剪力7.2.1选取计算单元体底板在顺水流方向上的弯曲变形较垂直水流方向小的多，这样认为底板主要在垂直水流方向产生弯曲变形，所以在垂直水流方向上选取脱离体。本工程选择靠左案的第二个单元为计算单元，在闸门前距墩头2米处选取单宽1m的脱离体。7.2.2不平衡剪力计算作用在脱离体(板条)上的力底板自重、水重、中墩重及缝墩重（与均包括其上部结构重），在底板底部则有扬压力（包括渗透压力和浮托力）、地基反力以及截条两侧作用的剪力值等，如附图7-1所示。底板自重：水重：扬压力：平均地基反力：中墩重：缝墩重：69 附图7-1应力计算简图根据板条上力的平衡条件,取,即；求得不平衡剪力(↑）。7.2.3不平衡剪力分配假定闸墩和底板顺水流方向为一组合梁，横截面上的剪应力可近似按材料力学公式计算，不平衡剪应力分布计算图见附图7-2。（附7-1）式中：——整个截面对形心轴的惯性矩，m4；——所求剪应力作用层以上（或以下）面积对形心轴的面积矩，m3；b——所求剪应力作用层处的截面宽度。在底板部位，b为一闸段的底板宽；在闸墩部位，b为一闸段各闸墩宽之和。取纵坐标为Y,横坐标为，坐标原点位于断面形心处。为计算方便，计算69 闸墩所承受的剪力时取Y坐标向上为正，计算地板所承受剪应力时Y坐标取向下为正。附图7-2不平衡剪力分布计算图确定截面重心轴位置：用积分法确定闸墩与底板剪力分配系数：69 闸墩剪力分配系数：底板剪力分配系数：分配给闸墩的不平衡剪力（↑）分配给闸底板的不平衡剪力（↑）7.3作用在单宽板条上的荷载7.3.1均布荷载q7.3.2集中荷载中墩(↓)缝墩(↓)7.4底板内力计算7.4.1梁的柔性指数（附7-2）式中：——地基变形模量，；69 ——基础梁的弹性模量，C25混凝土的E取2.85107kN/m2；——基础梁的一半长度，；——基础梁的高度，即底板厚度，。因为t=9.58小于50(均布荷载)，而且小于10（集中荷载），故此梁属于短梁，取t=10；7.4.2梁内弯距计算（因梁上荷载左右对称，只计算右半梁）梁上荷载如附图7-3所示:附图7-3梁上荷载图(1)均布荷载q所引起的弯距：。由《水闸设计》第九章闸底板设计表弹性地基梁的计算表9-4查得,则梁内各截面处弯矩值见附表7-1。附表7-1在均布荷载作用下梁内弯矩计算00.10.30.50.70.910.0630.0620.0550.0420.0240.004029.4328.9625.6919.6211.211.870（2）由集中力所产生的弯距所对应的位置。69 由《水闸设计》第九章闸底板设计表弹性地基梁的计算表9-5（g）查得,则梁内各截面处弯距值见附表7-2。附表7-2在集中力作用下梁内弯矩计算00.10.30.50.70.910.220.170.10.050.0200423.49327.24192.4996.2538.500.000.00（3）由集中力所产生的弯距所对应的位置，。由《水闸设计》第九章闸底板设计表弹性地基梁的计算表9-5（g）查得，则梁内各截面处弯距值见附表7-3。附表7-3在集中力作用下梁内弯矩计算00.10.30.50.70.91左边P2-0.08-0.07-0.05-0.04-0.0100-113.2-99.0-70.7-56.6-14.10.00右边P2-0.08-0.09-0.1-0.09-0.060.020-113.2-127.3-141.5-127.3-84.928.30将由板上荷载q、P1、P2、所产生的弯矩汇总于附表7-4。附表7-4梁上荷载q、P1、P2引起的弯矩值总和00.10.30.50.70.91由q29.4328.9625.6919.6211.211.870由P1423.49327.24192.4996.2538.500.000由左P2-113.2-99.0-70.7-56.6-14.10.00由右P2-113.2-127.3-141.5-127.3-84.928.30　226.6129.96.0-68.0-49.330.20.07.4.3由于边荷载产生的弯矩计算（荷载左、右对称，只算右半梁）根据基坑开挖和回填土的范围以及相邻闸段的平均地基反力，可得边荷载，如附图7-4所示。闸室两侧的边荷载往往是呈均匀分布、三角形或梯形分布的，在计算时将连续分布的梯形边荷载简化为15个集中力。其中P1～P10荷载宽度为，P11～P15荷载宽度为。相邻边闸孔底板上游段在设计水位时平均地基反力为,因此69 附图7-4边荷载计算图由于边载引起梁的内力，可根据从《水闸设计》第九章闸底板设计表弹性地基梁的计算表9-7（g）查出，然后按以下公式计算弯矩。(附7-3)弯矩计算结果见附表7-5（其中为对应于右边边荷载的系数；为对应于左边边荷载的系数）69 附表7-5由边荷载引起弯矩计算表0.000.10.30.50.70.91力P1±1.05-0.039-0.039-0.035-0.041-0.027-0.043-0.018-0.039-0.009-0.026-0.002-0.0060P2±1.150.0290.029-0.027-0.031-0.021-0.032-0.014-0.028-0.007-0.018-0.001-0.0040P3±1.25-0.026-0.026-0.021-0.024-0.017-0.024-0.011-0.021-0.005-0.013-0.001-0.0030P4±1.35-0.019-0.019-0.017-0.02-0.014-0.02-0.009-0.017-0.005-0.01-0.001-0.0020P5±1.45-0.015-0.015-0.014-0.016-0.011-0.016-0.008-0.013-0.004-0.008-0.001-0.0020P6±1.55-0.013-0.013-0.012-0.014-0.01-0.013-0.007-0.011-0.003-0.007-0.001-0.0010P7±1.65-0.011-0.011-0.011-0.012-0.009-0.012-0.006-0.009-0.003-0.006-0.001-0.0010P8±1.75-0.01-0.01-0.009-0.01-0.008-0.01-0.005-0.008-0.003-0.0050-0.0010P9±1.85-0.009-0.009-0.008-0.009-0.007-0.009-0.005-0.007-0.002-0.0040-0.0010P10±1.95-0.008-0.008-0.007-0.008-0.006-0.008-0.004-0.006-0.002-0.0040-0.0010　-0.24-0.35-0.32-0.25-0.14-0.030-9.49-13.56-12.43-9.64-5.64-1.180P11±2.1-0.007-0.007-0.006-0.007-0.005-0.006-0.004-0.005-0.002-0.0030-0.0010P12±2.3-0.005-0.005-0.005-0.006-0.004-0.005-0.003-0.004-0.002-0.0020-0.0010P13±2.5-0.005-0.005-0.004-0.005-0.004-0.004-0.003-0.003-0.001-0.002000P14±2.7-0.004-0.004-0.004-0.004-0.003-0.004-0.002-0.003-0.001-0.002000P15±2.9-0.003-0.003-0.003-0.003-0.003-0.003-0.002-0.003-0.001-0.001000　　-0.05-0.05-0.04-0.03-0.020.000-3.76-3.68-3.21-2.51-1.33-0.160　-13.25-17.25-15.64-12.15-6.98-1.330　50%-6.62-8.62-7.82-6.08-3.49-0.67069 7.4.4弯矩叠加由于整个水闸同时施工两岸还土工作较后，地基为沙壤土，边荷载所引起的弯矩是有利的，故只取其50%进行计算，弯矩叠加结果见附表8-6。附表7-6弯矩叠加结果ε=x/l00.10.30.50.70.91截面至底板中心距离（m）01.023.065.17.149.1810.2板上荷载的弯矩（kN·m）01306-16-2130050%边荷载弯矩（kN·m）0-7-9-8-6-10弯矩总和（kN·m）0123-3-24-272907.5配筋计算7.5.1受力钢筋配置考虑边荷载后最大正弯距为123kN•m，最大负弯距为27kN•m。查《水工混凝土结构设计规范》，《水工建筑物结构安全级别》建筑物级别分为3级，安全级别为Ⅱ级。查《水工混凝土结构设计规范》由于闸地板长期处于水下环境因此为二类环境。查《水工混凝土结构设计规范》混凝土保护层最小厚度二类环境，纵向受拉钢筋合力点至截面受拉边缘的距离（单排钢筋）。Ⅱ级安全级别基本组合时的安全系数K=1.2C25混凝土轴心抗压强度设计值，HRB235钢筋抗拉强度设计值。（1）最大正弯距时()，满足要求。故按单筋矩形截面进行配筋计算按最小配筋率配筋选用Φ14@80（实际）（2）最大负弯距时()69 ，满足要求。故按单筋矩形截面进行配筋计算按最小配筋率配筋选用Φ14@80（实际）7.5.2构造筋的选用每米板宽中分布筋的截面面积不少于受力钢筋截面面积的15%，每米板宽不少于三根，选用Φ12@320（实际）。7.6底板配筋图附图7-5底板配筋图69 附录8导流堤设计导流堤设计包括堤顶高程、迎水背水面坡度和堤基础深度等。堤顶高程由水面线高程加对应超高确定，堤基础深度通过计算，并参考经验值确定。8.1导流堤高程确定将河段近似的看做棱柱体渠道并且根据邱秀云主编《水力学》，棱柱体明渠恒定非均匀渐变流计算河段水面线，并根据计算得的水面线来确定河道导流堤的各断面的高度。8.1.1计算公式（附8-1）（附8-2）（附8-3）（附8-4）（附8-5）（附8-6）（附8-7）（附8-8）（附8-9）式中：——河床底部宽度，m；——河道断面水深，m；——导流堤坡度；——河床断面面积，m2；——断面比能，m；69 ——断面湿周，m；——通过断面的流量，m3/s；——水力坡降；——断面水力半径，m；——平均水力坡降；——断面间距，m；n——河道糙率系数，由邱秀云主编《水力学》查得，n=0.04；——河道坡降。8.1.2上游导流堤高程确定用上述计算公式计算上游水面线即根据划分的断面，，将闸前的水深作为控制水深进行试算，最终确定上游各断面的水深，并确定堤顶高，水力计算见附表8-1。安全超高：。69 附表8-1上游水面线计算表桩号(m)m(m)(m2)(m)(m)Q(m3/s)(m/s)△S(m)河床底高程(m)水面高程(m)河堤高程(m)堤高(m)0+000.0011403.87441.18121.743.621275.002.89　4.30　1851.931855.801857.00　0+010.0014914.04619.01160.443.861312.602.120.00224.27101851.971856.011857.215.240+020.0015114.00620.67162.333.821352.112.180.00284.25101852.011856.011857.215.200+030.0015613.99637.59167.273.811364.202.140.00274.22101852.051856.041857.245.190+040.0016313.97663.04174.233.811376.322.080.00284.19101852.091856.061857.265.170+050.0017113.96692.27182.193.801388.442.010.00294.16101852.131856.091857.295.160+060.0017813.94716.41189.143.791400.581.960.00294.13101852.171856.111857.315.140+070.0019313.93774.44204.123.791412.851.820.00304.10101852.211856.141857.345.130+080.0020913.92835.36220.103.801420.001.700.00324.07101852.251856.171857.375.120+090.002121.53.90848.64226.053.751420.001.670.00324.04101852.291856.191857.395.100+100.002161.53.87857.52229.943.731420.001.660.00324.01101852.331856.201857.405.070+110.002231.53.84878.50236.853.711420.001.620.00333.97101852.371856.211857.415.040+120.002321.53.82907.05245.763.691420.001.570.00333.94101852.411856.231857.435.020+130.002401.53.79930.80253.663.671420.001.530.00333.91101852.451856.241857.444.990+140.002481.53.76953.88261.563.651420.001.490.00343.87101852.491856.251857.454.960+150.002571.53.73980.26270.463.621420.001.450.00343.84101852.531856.261857.464.930+160.002651.53.701001.98278.353.601420.001.420.00343.81101852.571856.271857.474.900+170.002751.53.671030.82288.253.581420.001.380.00343.77101852.611856.281857.484.870+180.002871.53.651066.50300.153.551420.001.330.00353.74101852.651856.301857.504.850+190.003061.53.621127.71319.063.531420.001.260.00353.70101852.691856.311857.514.820+200.003251.53.591187.25337.963.511420.001.200.00363.67101852.731856.321857.524.790+210.003441.53.561245.15356.853.491420.001.140.00363.63101852.771856.331857.534.760+220.003661.53.531312.40378.743.471420.001.080.00363.59101852.811856.341857.544.730+230.003901.53.501385.02402.633.441420.001.030.00373.56101852.851856.351857.554.700+240.002971.53.431035.24309.353.351420.001.370.00353.52101852.891856.321857.524.63注:上表以泄洪冲砂闸进口为0+000.00断面。69 8.1.3下游各断面导流堤堤顶高程确定下流导流堤右岸堤顶高程的确定方法同上游两岸导流堤堤顶高程的确定方法相同，计算时以距泄洪闸闸室39m处河床水深为起算水深，将此处水流视为明渠均匀流，有公式：（附8-10）求的此处水深为1.79m，再将将闸后下游河段分为7个计算断面，分别计算个断面水深，水力计算见附表6-2。安全超高：。附表8-2下游水面线计算表桩号(m)(m)A(m2)(m)(m)Q(m3/s)河堤高程（m）0-051.002141.78386.63220.431.7527.451365.000.0094281855.120-061.002241.74393.44230.261.7127.331365.000.0094281855.120-071.002401.67403.99246.011.6427.151365.000.0094281855.090-081.002571.60414.78262.771.5826.981365.000.0094281855.060-091.002761.53426.38281.521.5126.791365.000.0094281855.030-101.002951.47437.54300.311.4626.621365.000.0094281855.010-111.003131.42447.74318.121.4126.471365.000.0094281855.00注：上表以泄洪冲砂闸进口为0+000.00断面。8.2上、下游导流堤基础深度计算：水流经过消能裙板后能量进一步消除但是任然有一定的淘刷能力，甚至危及到导流堤的稳定，因此要在原河床修筑防淘刷基础。堤基础尺寸可根据《水工建筑物》护坦末端河床冲刷坑深度确定。上、下游淘刷坑深度由下式计算：（附8-11）式中：——海曼末端单宽流量,m3/s-m；——河床土质允许不冲流速,m/s；——海曼末端河床水深,m；说明：附表6-3和6-4中，代替，代替。本工程应用此公式估算上、下游基础套刷坑深度，从而确定堤基础尺寸。根据已知的河床地质资料该河道为粗粒石，不冲允许流速，再根据计算出的水面线可知各断面的水深，计算出各断面的淘刷坑深度，上游各断面淘刷坑深度见附表8-3，下游各断面淘刷坑深度见附表8-4。69 附表8-3上游导流堤基础深度计算表桩号Q(m3/s)bi(m)(m3/s-m)(m)(m/s)(m)0+0001275.0011411.183.874.0-1.630+0101312.601498.814.044.0-2.280+0201352.111518.954.004.0-2.210+0301364.201568.743.994.0-2.240+0401376.321638.443.974.0-2.280+0501388.441718.123.964.0-2.330+0601400.581787.873.944.0-2.360+0701412.851937.323.934.0-2.470+0801420.002096.793.924.0-2.560+0901420.002126.703.904.0-2.560+1001420.002166.573.874.0-2.550+1101420.002236.373.844.0-2.570+1201420.002326.123.824.0-2.590+1301420.002405.923.794.0-2.610+1401420.002485.733.764.0-2.620+1501420.002575.533.734.0-2.630+1601420.002655.363.704.0-2.630+1701420.002755.163.674.0-2.640+1801420.002874.953.654.0-2.660+1901420.003064.643.624.0-2.690+2001420.003254.373.594.0-2.720+2101420.003444.133.564.0-2.740+2201420.003663.883.534.0-2.760+2301420.003903.643.504.0-2.780+2401420.002974.783.434.0-2.47根据上表的计算可以得到上游导流堤基本不需要做防淘刷基础，但是为了安全，将上游导流堤基础部做成深1.5m的浆砌石基础，具体尺寸见堤基础大样图。附表8-4下游导流堤基础深度计算表桩号Q(m3/s)bi(m)(m3/s-m)(m)(m/s)(m)0+0001365.002146.381.784-0.510+0101365.002246.091.744-0.520+0201365.002405.691.674-0.530+0301365.002575.311.604-0.540+0401365.002764.951.534-0.540+0501365.002954.631.474-0.550+0601365.003134.361.424-0.55根据上表的计算可以得到下游导流堤不需要做防淘刷基础，但是为了安全，将下游导流堤基础部做成深1.5m的浆砌石基础，具体尺寸见堤基础大样图。69 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