试析新华拦河闸防冲消能设计
时间：2022-04-12 09:50:38 浏览次数：次
摘要:依据新华拦河闸,分析闸后防冲消能计算。
关键词:鹤立河;水利枢纽;拦河闸;消力池;海漫;防冲槽
新华拦河闸是新华农场鹤立河灌区渠首工程中的一部分,位于鹤立河下游南北两堤防之间,对应南堤桩号为26+029。地理位置北纬47°8′,东经130°27′。鹤立河河道比降在1/1000～1/3500,河面宽度在800～1000m。鹤立河在该段面的水位为86.1m时,来水流量为143 m3/s。水位差为2.3m,本地区地震基本烈度为Ⅵ度。兴建渠首工程,可拦蓄地表径流,补充地下水,保护生态环境,还可抬高地下水位,调节水的流量、水位,满足六个生产队的水田在水稻各生育期的灌溉任务。
通过充分利用地表水资源,减少地下水的开采量,即可改变水田供水紧张的局面,优化水资源构成,提高作物单产和作物品质,增加农民收入,促进农场经济发展,又有利于区域水环境和生态环境稳定,保障灌区经济可持续发展的基本条件。
水闸是一种低水头水工建筑物,具有挡水、泄水的双重作用,在水利工程中应用十分广泛。其主要作用除了通过闸门的启闭控制流量和调节水位外,还负担着防止潮水倒灌以及汛期排泄洪(涝)水的功能。
因此,为保证水闸的安全运行,对该拦河闸的闸后防冲消能进行了合理的分析。
1 消能计算
消能计算主要内容包括消力池计算、海漫计算、防冲槽设计。
1.1消力池计算
消力池计算,主要是计算消力池的深度和长度。
① 消力池深度的确定
要求消力池的深度,首先计算出不同单宽流量时的hc和hc″,并定出相应的下游水深hs,求出(hc″-hs)的差值最大时的流量,做为消力池的设计流量。
由上表计算,可知(hc″-hs)的差值始终为负值,说明为淹没出流,不需要修建消力池,但实际运行中,当洪水没来之前闸门一直挡水以满足引水要求,当来水超过五年一遇时,才开闸放水,所以在开闸一瞬间,下游没水,为自由出流当水流稳定以后,才为淹没出流,所以按构造要求修建消力池,取消力池深为0.5m。
② 消力池长度
消力池长度的设计流量为最大流量Q=240m3/s。
(1)水跃长度计算
(2)消力池长度
LS=(3~4)d=4×0.5=2.0m
Lsj=LS+?茁Lj=2.0+0.8*7.7=8.16m
取消力池长度为12m
Lsj-消力池长度(m);
Ls-消力池斜坡段水平投影长度(m);
β-水跃长度校正系数,可采用0.7～0.8(根据《水闸设计规范》(SL265-2001)查得);
Lj-水跃长度(m)
③ 消力池底板厚度计算
(1)根据抗冲要求,消力池底板始端厚度可按下式计算
q=Q/B=240/50=4.8m3/s-m
△H=86.64-86.36=0.28m
=0.18(4.8)0.5(0.28)0.25=0.28m,
式中∶
t1-消力池底板始端厚度(m);
△H-闸孔泄水时的上、下游水位差(m);
q-过闸单宽流量(m3/s-m);
消力池底板厚度应取按上述两式求得的值中大值并要求 ,所以消力池厚取0.8m。
为降低护坦底部的渗透压力,可在护坦下设铅直排水孔,并在护坦底部铺反滤层,排水孔不宜设在水跃前半部,以免滤层因上下压差过大而被吸出,排水孔直径一般 5～10cm,间距1.0～2.0m。
护坦与闸室,岸墙及翼墙间需用沉陷缝分开,以适应不均匀沉降,护坦在平行水流方向也设沉陷缝,一般平行水流方向的缝宜与闸墩对齐,有防渗要求的缝中需设止水。缝间距地基较好时取15～20m,地基中等时取10～15m,地基差时取8～12m。
1.2 海漫与防冲槽计算
① 海漫计算
(1)海漫长度
=11(4.8)0.5(0.28)0.25=17.53(m)
取海漫长18m。
ks-海漫长度计算系数,与河床土质有关, 河床土质为中砂ks为11～12;
q/-消力池末端单宽流量(m/s2);
△H/-闸孔泄水时上、下游水位差(m)。
上述海漫长度计算公式适用范围为 。
(2)海漫布置和构造
海漫前段5m水平段,上层采用20cm厚素砼,下层采用10cm砂砾垫层和一层土工布;后段13m做成倾斜段,坡度1:10,上层采用30cm干砌块石,下层铺10cm砂砾垫层和一层土工布。
② 防冲槽计算
海漫末端的河床冲刷深度∶dm=1.1qm/v0-hm=1.1×4.8÷0.8-(86.36-83.9)=4.14m
故需设置护冲槽,取防冲槽深度1.5m,槽顶高程与海漫末端齐平,防冲槽底宽取2m,上、下游边坡系数m取0.5。
式中:dm-海漫末端的河床冲刷深度(m);
qm-海漫末端单宽流量(m2/s);
hm-海漫末端的河床水深(m);
v0-河床土质允许不冲流速, v0为0.65～0.85(m/s),(根据《水闸设计规范》(SL265-2001)查得);