分类号编号华北水利水电学院继续教育学院North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power课程设计题目：退水闸设计专业水利水电工程层次专升本姓名马莹学号080620747指导教师张保同2010 年08月 25日退水闸设计一、退水闸工程基本资料1、退水闸工程布置退水闸位于水库东南部，布置在水库堤防上，向东距护城大堤约 180 m,向南距公路约160m。退水闸工程总长120m，分上游引渠段、闸室控制段、闸后消力池 段和尾水渠段共四部分。（1）上游引渠段进口引渠段长度8m。引渠横向呈矩形断面，平面上呈八字形喇叭 口，引渠渠底兼起混凝土防渗铺盖作用。引渠渠底净宽度由首端5m渐 变到末端的2.5m。两侧翼墙及底板为整体式结构，均采用C20混凝土。 渠底设计高程72.40m,厚0.50m,下设0.10m厚C10混凝土垫层。翼 墙底宽0.80m，顶宽0.50m，首端墙顶高程75.0m，末端高程76.70m， 与闸墩顶持平。（2）闸室控制段闸室控制段顺水流向长度8.0m。闸室为开敞式宽顶堰结构，工作 闸门采用平面钢闸门，启闭机采用固定卷扬式启闭机。工作闸门上游 设一检修钢闸门，用于工作闸门及埋件的检修。工作闸门平时处于垂 直挡水状态；在灌溉季节，门体全部开启，达到敞泄的要求。闸室共1孔，总长8m。闸孔净宽2.5m，为矩形槽整体结构。闸墩 为梯形断面，顶宽0.60m，底部厚度0.9m，闸室总宽度4.30m。闸墩迎 水面根据闸门结构要求向内凹进30cm作为门槽。闸墩顶高程为76.7m， 与水库周边堤防顶持平。闸底板高程72.4m，底板厚度为0.81.1m， 闸底板前趾及后趾均设0.3m深混凝土齿槽，既可以延长渗流渗径，又 结合了闸室整体稳定。灌溉季节门体全部开启，水库库水退入改线后 的马家河北支。闸墩顶靠上游侧设一 3.0m宽C25砼人行桥，将闸室左 右两端的水库堤防相连接。闸墩顶设启闭操纵室，启闭平台高程81.70m。操纵室支撑结构采 用排架结构，排架与闸墩直接现浇在一起。（3）消力池段消力池底宽2.5m,采用下挖式结构，经消能计算，消力池深0.6m, 池长8 m。消力池采用矩形槽结构，混凝土强度等级C25。消力池底高 程71.80m,底板厚度0.60m，底板设竖向排水孔，梅花型布置。消力 池底板末端设0.50m宽混凝土齿坎，顶高程72.40m。消力池底部由下 至上依次设一层土工布（规格350g/m2）、150mm厚中粗砂层和200mm 厚粒径d=40mm80mm碎石反滤层。消力池采用斜坡面与闸底板相连 接，坡度1： 4。斜坡面段总长4.0m，其中含1.6m长的水平段，斜坡 水平投影长2.4m;顶高程由72.40m渐降至71.80m。（ 4）尾水渠段消力池后为出口扭曲渐变段，长8.0 m,底高程72.40m,底宽由首 端2.5m渐扩至末端的4.0m。扭曲渐变段底部采用30cm厚C20混凝土 护底，并由下至上依次设一层土工布（规格350g/m2 ）、150mm厚中粗 砂层和及150mm厚碎石反滤层。渐变段两侧为M7.5浆砌石直线扭曲 面,重力式挡墙型式,顶部高程 74.50m。尾水渠长约70m，梯形断面，渠底宽度4.0m，两岸边坡1： 2,采 用30cm厚M7.5浆砌块石护坡。尾水渠渠底纵坡1： 1000,渠底采用 30cm厚浆砌块石护底。二、闸孔净宽度计算根据工程总体布置，正常蓄水位75.00m，作为退水闸闸前水位。 根据工程规划，本退水闸退水流量10 m3/s,因此，过闸流量按10 m3/s 计算闸孔净宽度。根 据 水 闸 设 计 规 范 ， 该 闸 下 游 水 深 与 堰 上 水 深 之 比hs/H=0.4760.9,因此按平底闸，堰流公式计算闸孔宽度计算。S计算公式如下：B =03cs mj2gH 2电0式中： Q 过闸流量 (m3/s)；B闸孔总净宽度(m);对单孔闸B0=b0。H0一计入行近流速水头的堰上水深(m); 2.6m。g一重力加速度(m/s2)；m堰流流量系数，采用0.385；s 堰流侧收缩系数，单孔闸可按下式计算：b bs 二 1 - 0.171(1 f b 4 bss式中：b 一闸孔净宽(m);0b 上游河道一半水深处的宽度( m) ;s经计算，b 二 B = 2.50m，拟取 2.5m。00三、消能计算本退水闸的运用工作情况：一是灌溉季节，闸门开启，退水入河 二是在非灌溉季节，闸门关闭，水库蓄水。前者闸上游为水库正常蓄 水位，闸下水位低，此时闸门开启泄流，出现消能最不利情况。退水 闸下游首先接一段尾水渠道，水流再汇入河。经计算退水渠内过 10 m3/s 流量时，渠内水深1.19m，据此进行退水闸消能计算。据水闸设计规范，计算消力池采用深挖式消力池。1消力池深度计算计算公式：d 二 c h - h - AZ0 c sH二丄（-1 + 叱）-1）（竹）0.25c 2gh 3bfc2h 3 - Th 2 +f 二 0cc 2gP2AZUq 2 Uq 22gP 2h22gh2sc式中：d消力池深度（m）水跃淹没系数，o0=1.05;he” 一跃后水深（m）;he收缩水深（m）;a水流动能校正系数，采用1.0;q过闸单宽流量（m2/s）；耳一消力池首端宽度（m）;b2消力池末端宽度（m）;T由消力池底板顶面算起的总势能（m）;AZ出池落差（m）;hs出池河床水深（m）。 具体采用我院编制的水闸消能计算软件进行，经计算，消力池深 度 0.58m。2消力池长度计算 计算公式：L二L +0Lsj s jL = 6.9（h” 一 h ）jc c式中：L.消力池长度；sjLs消力池斜坡段水平投影长度；0 水跃长度校正系数，可采用0.70.8;L.水跃长度。j经计算，消力池长度为 7.3m。消力池深度和长度，最终取池深0.6m，池长8m。3海漫长度计算L 二 K -q v AHPS s式中:Lp 海漫长度（m）;消力池末端单宽流量（m2/s ）； 4AH-闸孔泄水时的上、下游水位差（m），1.41mKs -海漫长度计算系数，查规范1211。 经计算，海漫长度L =26.15m，取28m长。p四、闸室整体稳定计算闸孔为单孔，左右对称布置，底板与闸墩整体式浇注结构，计算 考虑闸孔顺水流向稳定计算。1计算参数砼与基础综合摩擦系数f=0.35，地基允许承载力110KPa，回填重 粉质壤土干容重1.65t/m3，湿容重1.93 t/m3，综合内摩擦角=25 。根据水工建筑物抗震设计规范（SL20397），闸址区地震基本 烈度为 7 度，按 7 度进行抗震计算。2计算工况 闸室稳定按基本荷载组合和特殊荷载组合进行计算。荷载组合见 表 4-1 。表 4-1 闸室稳定计算工况及荷载组合荷载组合结构自重水重静水 压力扬压力土压力波浪 荷载地震 荷载基本荷载组合1完建期基本荷载组合2正常蓄水位75.00m, 下游水位73.69m特殊荷载组合I检修期，闸前水位75.00m,闸后无水特殊荷载组合II正常水位+地震3计算公式1) 抗滑稳定安全系数计算公式式中：K沿闸室基底面的抗滑稳定安全系数；f闸室基底面与地基之间的摩擦系数，采用=0.35;工G作用于闸室上的全部竖向荷载kN);XH作用在闸室上的全部水平荷载kN);2) 闸室基底压力计算公式6e 6e A ( B _ B 丿xy式中：工G作用在基底上的全部竖向荷载；。一基底压力(kN/m2)；A基底面积(m2);e、e 偏心距(m) (x向，y向)； xyB、B 基底宽度(m) (x向，y向); xy3) 基底压力不均匀系数n=o / o .max min式中：n一不均匀系数;omax，min一最大及最小应力值(kPa)；抗滑稳定安全系数，按水闸设计规范(SL265-2001 )规定，4 级建筑物基本组合k=1.20,特殊组合I, k=1.05,特殊组合II, k=1.00； 土基上闸室基底应力最大值与最小值之比的允许值，中等坚实地基上， 基本组合n=2，特殊组合n=2.5。闸室稳定计算成果见表 4-2。计算得基底应力小于允许承载力，不 均匀系数也小于允许值，满足要求。表 4-2 退水闸闸室稳定计算成果表何载组合基本组合特殊组合组合1组合2组合I组合II抗滑稳定安全系数8.426.514.13平均基底压力(kPa)83.6374.9982.2481.80基底压力a 1(kPa)90.1086.3698.81105.73基底压力a 2(kPa)77.1663.6265.6757.86基底压力a 3(kPa)90.1086.3698.81105.73基底压力a 4(kPa)77.1663.6265.6757.86不均匀系数耳1.171.361.501.828备注4 |3!21五、闸室结构计算退水闸闸室为单孔矩形槽整体结构，建筑物等级 4 级，闸室结构 的强度安全系数：基本荷载组合时取 1.40，特殊荷载组合时取 1.35； 结构构件的抗裂安全系数为 1.05。1计算参数计算参数同闸室稳定计算。2计算工况闸室结构计算工况及荷载组合见表 5-1。表 5-1 退水闸闸室结构计算工况及荷载组合表荷载组彳结构自重水重静水 压力扬压力土压力地震 荷载基本荷载组合1完建期基本荷载组合2正常运用期特殊荷载组合I检修期特殊荷载组合II地震情况3计算方法及计算成果按结构力学方法分别计算各工况下闸室结构受力。内力计算结果 见表 5-2，结构配筋计算结果见表 5-3。表 5-2 退水闸闸室结构内力计算成果表部位底板边墩端部跨中底部完建期无水M(kN m)153.6272.51153.62Q (kN)103.010104.7N(kN)104.7104.7/设计水位M(kN m)99.03-17.9199.03Q（kN）103.01067.52N(kN)67.5267.52/正常水位检修M(kN m)179.6998.58179.69Q（kN）103.010122.5N(kN)122.5122.5/设计水位+地震M(kN m)124