冲沙闸泄洪闸

1、5.3.2 闸孔设计5.3.2.1 冲沙闸的设计流量计算：q1=10%15%q设计=（10%15%）*2720 m3/s=272408 m3/sq2=2*q引用=2*46.6 m3/s=93.2 m3/sq设计设计洪水流量；q引用电站引用流量。 鉴于以上计算结果，选定在设计洪水位的过流量为q冲沙闸=350m3/s。流速计算： v=2gh= m/s=25.81 m/s v设计洪水位下冲沙闸的流速； g重力加速度； h设计洪水位下冲沙闸的流速水头。由 得=16.95 m2从而确定冲沙闸的闸孔尺寸为：闸孔宽为4 m，闸孔高为5 m。5.3.2.2 泄洪闸的设计在正常水位为897.00m，泄洪冲沙闸堰

2、顶高程为863.0m，=4610 m3/s，=350 m3/s。=-=4610-350 m3/s=4260 m3/s.（1）泄洪闸闸孔尺寸的估算 由于泄洪闸泄流时为闸孔出流，故按闸孔出流公式计算： （1）通过泄洪闸的总流量（m3/s）；闸孔数；闸孔净宽（m）；流量系数；闸孔开度（m）；重力加速度；堰上水头（m）。根据上面的公式可求出闸孔总过水面积为：206.28 m2我国大、中型水闸的宽度一般采用812 m。同时本设计闸孔总面积较小，闸孔数不宜过多。在闸孔较少时，为便于闸门对称开启，使过闸水流均匀，避免由于偏流造成闸下局部冲刷和使闸室结构受力对称，孔数宜采用单数。当采用3孔泄洪闸时，单孔闸门面

3、积=68.76 m2 当采用5孔泄洪闸时，单孔闸门面积=41.26 m2 在坝址选择时已确定泄洪冲沙孔闸坝段长50m，故选用3孔泄洪闸+1孔冲沙闸的布置形式。（2）泄洪闸闸孔尺寸的必选及确定由=68.76 m2，选取一下4种方案进行比较，选择其中较优方案作为泄洪闸的最终尺寸。方案一：闸孔宽8 m，闸孔高8 m，均为潜孔。方案二：闸孔宽8 m，闸孔高9 m，均为潜孔。方案三：闸孔宽8 m，闸孔高10 m，均为潜孔。方案四：闸孔宽8 m，闸孔高11 m，均为潜孔。方案比较：方案一：按公式（1）计算泄洪闸的过流能力： = =3965.14 m3/s方案二：按公式（1）计算泄洪闸的过流能力： = =4

4、460.78 m3/s方案三：按公式（1）计算泄洪闸的过流能力： = =4956.43 m3/s方案四：按公式（1）计算泄洪闸的过流能力： = =5452.07 m3/s通过水力学计算，四种方案中除方案一过流能力不满足要求外，其它三种方案都满足泄流能力的要求。考虑闸门尺寸增大的同时会使钢材的使用量和启闭设备的投入增大，相对投资大，故选择方案二。5.3.2.3 泄流能力的计算泄水建筑物由3孔泄洪+1孔冲沙闸组成，为3级建筑物，相应洪水标准为：设计洪水流量（p=1%） q=2720m3/s校核洪水流量（p=0.1%） q=4610m3/s当洪水来流量小于400m3/s时，泄流量为3孔泄洪+1孔冲沙

5、闸泄流量和进水闸的引用流量。当洪水来流量大于400m3/s时，电站停止发电，泄流量为3孔泄洪+1孔冲沙闸泄流量。泄洪闸冲砂闸泄流能力按以下公式计算：式中：流量（m3/s）；堰流淹没系数；侧收缩系数；流量系数,取0.360；闸孔数；闸孔净宽（m）；计入行近流速水头的堰上水头（m）。泄洪闸由于布置为潜孔，当泄流时为堰流时（e/h0.75）按照上述的堰流公式进行泄流计算，当泄流时为孔流时（e/h0.75），泄流能力按闸孔出流公式计算：式中：流量系数；e闸孔开度（m）。其余符号同前。（1） 当洪水流量=4610 m3/s时；1）在校核洪水流量时，3孔泄洪闸+1孔冲沙闸全部开启泄放洪水。假设校核洪水位为

6、894.00 m，则泄洪闸e1/h=9/32=0.280.75，冲沙闸e2/h=5/32=0.160.75。故这时泄洪闸和冲沙闸均属于孔流。=4259.44 m3/s=394.39 m3/s=+=4653.83 m3/s4610 m3/s2）在校核洪水流量时，3孔泄洪闸+1孔冲沙闸全部开启泄放洪水。假设校核洪水位为893.00 m，则泄洪闸e1/h=9/30=0.300.75，冲沙闸e2/h=5/30=0.170.75。故这时泄洪闸和冲沙闸均属于孔流。=4190.18 m3/s=387.98 m3/s=+=4578.16 m3/s4610 m3/s3）在校核洪水流量时，3孔泄洪闸+1孔冲沙闸全

7、部开启泄放洪水。假设校核洪水位为893.50 m，则泄洪闸e1/h=9/30.5=0.300.75，冲沙闸e2/h=5/30.5=0.160.75。故这时泄洪闸和冲沙闸均属于孔流。=4224.95 m3/s=391.20 m3/s=+=4616.15 m3/s4610 m3/s4）在校核洪水流量时，3孔泄洪闸+1孔冲沙闸全部开启泄放洪水。假设校核洪水位为893.45 m，则泄洪闸e1/h=9/30.45=0.300.75，冲沙闸e2/h=5/30.45=0.160.75。故这时泄洪闸和冲沙闸均属于孔流。=4221.49 m3/s=390.88 m3/s=+=4612.37 m3/s4610 m

8、3/s5）在校核洪水流量时，3孔泄洪闸+1孔冲沙闸全部开启泄放洪水。假设校核洪水位为893.42 m，则泄洪闸e1/h=9/30.42=0.300.75，冲沙闸e2/h=5/30.42=0.160.75。故这时泄洪闸和冲沙闸均属于孔流。=4219.41 m3/s=390.69 m3/s=+=4610.09 m3/s=4610 m3/s故校核洪水位为893.42 m。（2） 当洪水流量=2720 m3/s时；1）在此洪水流量时，3孔泄洪闸全部开启泄放洪水。假设校核洪水位为883.00 m，则泄洪闸e1/h=9/20=0.450.75，冲沙闸e2/h=5/20=0.250.75。故这时泄洪闸属于孔

9、流。=3421.27 m3/s=0 m3/s=+=3421.27 m3/s2720 m3/s2）在此洪水流量时，3孔泄洪闸全部开启泄放洪水。假设校核洪水位为878.00 m，则泄洪闸e1/h=9/15=0.60.75。故这时泄洪闸属于孔流。=2650.10 m3/s=0 m3/s=+=2962.90 m3/s2720 m3/s3）在此洪水流量时，3孔泄洪闸全部开启泄放洪水。假设校核洪水位为876.00 m，则泄洪闸e1/h=9/13=0.690.75。故这时泄洪闸属于孔流。=2758.31 m3/s=0 m3/s=+=2758.31 m3/s2720 m3/s4）在此洪水流量时，3孔泄洪闸全部

10、开启泄放洪水。假设校核洪水位为875.50 m，则泄洪闸e1/h=9/12.5=0.720.75。故这时泄洪闸属于孔流。=2704.75 m3/s=0 m3/s=+=2704.75 m3/s2720 m3/s5）在此洪水流量时，3孔泄洪闸全部开启泄放洪水。假设校核洪水位为875.60 m，则泄洪闸e1/h=9/12.6=0.710.75。故这时泄洪闸属于孔流。=2715.55 m3/s=0 m3/s=+=2715.55 m3/s2720 m3/s6）在此洪水流量时，3孔泄洪闸全部开启泄放洪水。假设校核洪水位为875.65 m，则泄洪闸e1/h=9/12.65=0.710.75。故这时泄洪闸属于

11、孔流。=2720.93 m3/s=0 m3/s=+=2720.93 m3/s2720 m3/s7）在此洪水流量时，3孔泄洪闸全部开启泄放洪水。假设校核洪水位为875.64 m，则泄洪闸e1/h=9/12.64=0.710.75。故这时泄洪闸属于孔流。=2719.85 m3/s=0 m3/s=+=2719.85 m3/s=2720 m3/s故设计洪水位为875.64 m。（3） 当洪水流量=2370 m3/s时；1）在此洪水流量时，3孔泄洪闸全部开启泄放洪水。假设此时洪水位为875.00 m，则泄洪闸e1/h=9/12=0.75=0.75。故这时泄洪闸属于孔流。=2650.10 m3/s=0 m

12、3/s=+=2650.10 m3/s2370 m3/s2）在此洪水流量时，3孔泄洪闸全部开启泄放洪水。假设此时洪水位为874.00 m，则泄洪闸e1/h=9/11=0.820.75。故这时泄洪闸属于堰流。= m3/s=0 m3/s=+= m3/s2370 m3/s（4） 当洪水流量=2120 m3/s时；（5） 当洪水流量=1920 m3/s时；（6） 当洪水流量=1590 m3/s时；（7） 当洪水流量=1040 m3/s时；（8） 当洪水流量=500 m3/s时；（9） 当洪水流量=400 m3/s时；（10） 当洪水流量=350 m3/s时；（11） 当洪水流量=300 m3/s时；（1

13、2） 当洪水流量=200 m3/s时；泄流能力计算成果表频 率（%）洪水流量q（m3/s）泄洪闸泄洪流量（m3/s）冲沙闸泄洪流量（m3/s）上游水位（m）下游水位（m）200862.95300863.48350863.70400863.91500864.2533.31040865.92101590865.1751920867.823.32120868.1822370868.631272027200875.64869.190.146104219.32390.68893.42871.505.3.2.4 坝顶高程确定闸坝坝顶高程计算表工 况上游水位(m)安全加高(m)计算超高(m)坝顶高程(m)正

14、常情况897.000.41.30校核情况893.420.30.84设计情况0.41.295.3.3 消能放冲设计消能防冲采用70m长的混凝土护坦与下游河道衔接，护坦底坡3%，护坦上部设0.6m厚的c40hf耐磨砼，护坦尾部设24m长的钢筋笼装大卵（块）石回填保护。左岸非溢流坝长48m，最低建基面高程为856.0m，坝顶宽7.0m。最大坝高43.0m，重力坝上游面为铅直，下游面在高程894.0m以下采用1:0.7放坡，为c15混凝土重力式结构。右岸非溢流坝长72.00m，最低建基面高程为856.0m，坝顶宽7.0m。最大坝高43.0m，为c15混凝土重力式结构。右岸坝肩砼防渗墙坝段长57.00m

15、，防渗墙平洞长约54m，防渗墙最低高程为878.50m，防渗墙底部采用水泥帷幕灌浆。右坝肩布置26m长的灌浆平洞。左坝肩布置42m长的灌浆平洞。闸坝基础防渗根据基础不同采用两种方式，基岩部分采用水泥帷幕灌浆，伸入相对隔水层5lu以下3m，帷幕灌浆孔距1.5m，最大孔深48m，右岸覆盖层基础部位采用混凝土防渗墙。5.3.4 防渗排水设计青松水电站工程上坝址处河谷形态为不对称的“v”型谷，在上坝址河段左岸陡右岸缓，左岸多为基岩岸坡，坡度一般4550，右岸有阶地分布，呈台阶状地形。河床地面高程859.92863.1m，覆盖层厚度为3.46.4m，为漂卵砾石夹砂。下伏岩体为石龙洞组工区第二、三层（12

16、sl、12sl）的灰岩和白云质灰岩，岩体强、弱风化带铅直厚度为1.411.2m、14.124.8m。据地zk4号钻孔压水试验资料，强风化带岩体渗透系数k=6.310-3lu，属强透水层；弱风化带岩体透水率q=2030lu，属弱中等透水层；新鲜岩体透水率q=3.943lu，属弱中等透水层。透水带（q5lu）厚度4869m。闸坝基础防渗根据基础不同采用两种方式，基岩部分采用水泥帷幕灌浆，伸入相对隔水层5lu以下3m，帷幕灌浆孔距1.5m，最大孔深48m，右岸覆盖层基础部位采用混凝土防渗墙。左坝肩基岩的防渗采用帷幕灌浆，灌浆平洞长42m，河床泄洪冲沙闸坝段和非溢流坝段基础采用帷幕灌浆，按单排帷幕设计

17、，孔距1.5m，帷幕底线深及相对不透水层以下3m，右坝肩沿坝轴线方向向山体打防渗墙平洞54m，往里布置灌浆平洞26m，覆盖层打砼防渗墙，以下采用帷幕灌浆。闸坝基础建在强风化基岩上，对该部位基础底部进行固结灌浆，间、排距为3.0m，梅花型布置，深约8m。5.3.5 闸室布置（1）底板（2）闸墩（3）闸门 首部枢纽建筑物基础泄洪冲沙潜孔坝段放在强风化基岩上。泄洪冲沙潜孔坝段沿坝轴线长50.00m，顺水流向长55.00m。设3孔宽8m、高11m的泄洪冲沙闸，采用平底坎堰型，堰顶高程863.00m，建基面高程为856.00m；3孔闸共布置3扇工作弧门和1扇平板检修门，检修门采用单向门机启闭，工作弧门采

18、用设在排架平台上的固定式卷扬机启闭。在中间闸墩分缝，边墩宽5m，中墩宽8m，分缝后两边各4m。消消能防冲采用70m长的混凝土护坦与下游河道衔接，护坦上部设0.6m厚的c40hf耐磨砼，护坦尾部设24m长的钢筋笼装大卵（块）石回填保护。5.3.6 闸室稳定计算 5.3.7 闸室底板设计由于西溪河为山区性河流，推移质较多，加上库区不定期泄洪排沙，汛期大量推移质过闸，泄洪建筑物需采用抗冲耐磨保护措施。在泄洪冲沙闸室底板设c40hf钢筋混凝土保护。5.3.8 非溢流坝段设计及稳定计算（1）非溢流坝段的设计1）非溢流坝段坝型的选择 非溢流坝段建于稳定的岩基之上，为了与泄洪坝段更好的连接，故选择重力坝作为

19、非溢流坝段。 2）重力坝的剖面选择 剖面选择比较常用的形态，即上游坝面铅直（2）非溢流坝段稳定计算1）闸坝抗剪强度计算公式：式中：抗滑稳定安全系数；接触面以上的总铅直力； 接触面以上的总水平力； 作用在接触面上的扬压力； 接触面间的摩擦系数，取0.4。2）闸坝抗剪断计算公式： 式中：抗滑稳定安全系数；接触面以上的总铅直力； 接触面以上的总水平力； 作用在接触面上的扬压力； 抗剪断摩擦系数； 凝聚力。5.3.9 进水闸的设计左岸进水闸布置在挡水建筑物的上游，靠岸布置。进水闸采用“正向泄洪冲沙、侧向取水”的布置方式，与闸坝轴线平行。水库正常蓄水位897.00m，死水位896.00m，水库消落深1.

20、0m。在其前沿设置一拦沙坎，拦沙坎高3m，进水口设置一道拦污栅和一孔事故闸门。拦污栅闸底板高程884.00m，比泄洪冲沙闸底板高21.0m，拦污栅高16.50m、宽8.00m，闸顶高程899.00m。一孔进水闸，宽4.4m、高4.4m，底板高程884.00m，建基高程882.50m。进水闸后通过一长8.00m的方圆渐变段与引水隧洞相接方案一：2孔泄洪冲沙闸+非溢流坝；闸孔宽10.5m，孔高14m，均为潜孔。方案二：3孔泄洪冲沙闸+非溢流坝；闸孔宽8m，孔高11m，均为潜孔。方案比较：方案一：校核洪水下的单宽流量q单=（q校核-q冲沙闸）/d1=（4610-350）/（2*10.5） m3/s=

21、202.9 m3/s 设计洪水下的单宽流量q单=（q设计-q冲沙闸）/ d1=（2720-350）/（2*10.5） m3/s=112.9 m3/s方案二：校核洪水下的单宽流量q单=（q校核-q冲沙闸）/ d2=（4610-350）/（3*8） m3/s=177.5 m3/s 设计洪水下的单宽流量q单=（q设计-q冲沙闸）/ d2=（2720-350）/（3*8） m3/s=98.8 m3/s通过水力学计算，两方案的泄流能力相当，方案一闸坝总长度为41.00m，校核和设计洪水的单宽流量分别为202.9 m3/s和112.9 m3/s。方案二闸坝总长为50.00m，校核和设计洪水的单宽流量分别1

22、92.1m3/s和113.3m3/s。方案二闸坝的基础处理、开挖、混凝土、钢筋和金结的工程量均比方案一稍大，相对投资大；但方案一在各级洪水下的单宽流量均较大，而下游河床抗冲刷能力较差，较大的单宽流量消能困难，在不宜建消力池的情况下，枢纽应控制单宽流量，以减小下游的边坡防护难度，方案一运行调度灵活性较差，经综合分析比较，推荐方案二。（2）计算闸孔总净宽1）计算流速：= m/s=17.74 m/s = m/s=25.74 m/s2）水流呈孔流，计算跃后水深:由水力学书中167页公式（8-40）= （8-40）其中=，=11 m，求得= = =21.64 m3）水流呈孔流，计算总净宽： = (1)

23、= (2) = (3) = (4)式中 孔口高度（m）； 孔流流量系数，可按公式（2）计算求得或由水闸设计规范中55页表a.0.3-1查的； 孔流流速系数，可采用0.951.0； 孔流垂直收缩系数，可由公式（3）计算求得； 计算系数，可由公式（4）计算求得，该公式适用于00.25 范围; r胸墙底圆弧半径（m）,初选r=0.5m； 孔流淹没系数，可由水闸设计规范中55页表a.0.3-2查得，表中为跃后水深（m）。4）由以上公式求得闸门总净宽： =5）方案比较：2孔 3孔 4孔6）方案选择：根据水工建筑物书306页中：根据治理海河工程的经验，当河（渠）道宽 m时，两者的比值；当 m时，。查青松水电站上坝址坝下100m水位流量关系曲线得：=2720 m3/s时，=869.08-863.00 m=6.08 m；=4610 m3/s时，=871.5