5工程布置及建筑物2011.6.7(5)

板厚度3.50m，闸室顺水流方向长度23.50m。泄洪闸闸孔和冲沙闸闸孔均设弧形工作闸门和平板检修闸门各一扇，排污闸闸孔只设一扇平板工作闸门。泄洪闸和冲沙闸的工作闸门由布置在闸顶的固定式卷扬机操纵，平板检修闸门由闸顶排架悬挂的电动葫芦操纵。

为满足下泄2.2m3/s的环保流量，首部枢纽闸门槽坝段布置有直径0.5m的下泄水流钢管。为保证在上游水位变动时下泄流量恒定，通过安装在坝下游的阀门进行控制。

闸室上游设置钢筋混凝土铺盖，铺盖以1：10的坡度倾下游与闸室相连，铺盖长度15.00m，厚度1.50m。为确保进水口“门前清”，在冲沙闸和排污闸之间的上游铺盖上设一道束水墙，墙顶高程1800.00m，长度19.00m，厚度为1.50m。

冲沙闸、排污闸、泄洪闸下游布置32.5m长的斜坡护坦，护坦坡度1：5，后接20.0m长水平护坦，水平护坦顶高程为1785.50。为防止下游冲坑淘刷，在护坦末端设置深齿槽，槽深6.0m，齿槽底高程1779.50m。护坦下设纵、横向排水管，底部设反滤。桩号（闸）0+066.00~（闸）0+076.00m之间边墙由矩形断面渐变为边坡为1:1.5的梯形断面，（闸）0+076.00以后为下游河道整治区，两岸以浆砌块石护坡至（闸）0+200.00m桩号，浆砌块石坡脚底部从桩号（闸）0+066.00m以6°角扩散到（闸）0+116.00m断面，护坦末端桩号为0+076.00m。

进水口侧向布置在河床左岸，前缘与拦河闸轴线呈105°54′25″交角。进水口宽度按引用流量及过栅流速确定为6.0m，闸墩厚2.0 m。底板高程1796.50m，比冲沙闸底板高4.5m。为防止漂浮杂物，进水口设两道工作拦污栅。

由于受左岸地形条件限制，为了平顺水流，改善进水口水流条件，在进水口左侧上游方向设置长约68.75m的挡水墙(兼做导水墙)，并连接至左岸，墙顶高程1808.00m。分为四个坝段，坝顶宽5.00m，坝顶高程1808.00m，最大坝高16.50m。上游面为铅直面到1796.50m高程后以1：1放坡至1793.50 m高程，其下铅直至建基面1791.50m。下游面从1808.00m高程到1804.00m高程为铅直面，1804.00m高程以下以1：0.7放坡到1793.50高程, 水平加大坝底宽度2 m，其下铅直至建基面1791.50m，坝底总宽17.35m。基础置漂（块）卵（碎）砾石层上。底部接防渗墙。

右岸挡水坝段长约61m，采用混凝土重力坝，共分为四个坝段（包括一储门槽坝段），储门槽坝段顶宽9.0m，其余三个坝段坝顶宽6.00m，坝顶高程1808.00m，最大坝高22.00m，上游坝面外挑2.0m后坝面铅直至1806 m高程,1806.00高程以下按1:1边坡减小坝剖面至1804.00高程，其下为铅直面至1795.00高程，1795.00高程以下按1:1加大坝底宽度至1792.00高程，1792.00高程以下铅直至建基面。坝下游由1808.00高程铅直到1805.00，其下以1：0.7放坡至1792.00，1792.00以下铅直至建基面。基础为漂（块）卵（碎）砾石层上。

闸坝基础防渗采用混凝土防渗墙，墙厚0.80m，防渗墙伸入相对隔水层即第Ⅱ层，防渗墙底高程1741.00 m。两岸基岩部分采用帷幕灌浆，帷幕灌浆为1排，间距1.5 m,灌浆深度伸入弱风化、弱卸荷下，左岸灌浆平硐长25.00 m，右岸灌浆平硐长45.00 m，灌浆平洞尺寸为3.0*3.5 m(宽*高).

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5.4.2 拦河闸坝

5.4.2.1 坝顶高程计算

根据《水闸设计规范》（SL265－2001），水闸闸顶高程应根据挡水和泄水两种运用情况确定。

（1）正常蓄水位工况

坝顶高程≥水闸正常蓄水位+波浪计算高度+相应安全超高值 正常蓄水位：▽1806.00m

相应安全超高按3级建筑物查得，为0.4 m

波浪计算高度=波浪高度（2hl）+波浪中心线至静水位的高度（h0）

2hl?0.0166?V?D?1.165

V取为多年平均最大风速的1.5倍，V=1.5×17=25.5（m/s） D为吹程，取为1km

54132hl?0.0166?25.5?1?0.95

54132Ll?10.4?2hl?20.8?10.0

4?hlh0??0.28 2Ll波浪计算高度=0.95+0.28=1.23

闸顶高程≥1806+1.23+0.4=1807.63（m） （2）设计洪水位工况

闸顶高程≥设计洪水位+相应安全超高值 1797.98+0.7=1798.68（m） （3）校核洪水位工况

闸顶高程≥校核洪水位+相应安全超高值 1799.74+0.5=1800.24（m）

以上三种情况取大值，最终确定坝顶高程为：▽1808.00m。

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5.4.2.2 闸孔设计

为尽量保持原河床水沙运动规律，顺畅排沙且不致造成上、下游淤积，泄洪闸冲沙闸底板高程比选定闸线处河滩地平均高程1792.00m略高。如降低闸底板高程，可能因闸底板淤沙而影响闸运行。抬高闸底板高程，则需加大闸地板厚度，增加工程量，同时影响汛期泥沙下泄，汛期大量泥沙可能淤积库内。根据首部枢纽泥沙实验拟定的汛期开闸冲沙的运行方式，泄洪闸尽量布置在靠近河流主河槽，各闸室泄流宽度5.00m。冲砂闸布置在进水口前，以利保持进水口门前清。

本工程闸（坝）顶高程由正常蓄水位控制，正常蓄水位1806.00m加波浪爬高、安全超高等，闸（坝）顶高程为1808.00m。

在孔口尺寸比较中，首先考虑了冲沙闸和泄洪闸采用相同的孔口尺寸，这样虽然可简化闸孔、闸门设计，也可省一道检修闸门，但由于冲沙闸孔过宽，而天然河道来流量有限，在平、枯水期冲沙流量和流速不够、冲沙效果不好；若为提高冲沙流速而局部开启冲沙闸门，则为孔流冲沙，其在闸前形成的冲沙漏斗范围有限。因此，根据多泥沙河流引水防沙的经验，冲沙闸和泄洪闸采用不同的孔口尺寸，冲沙闸孔尺寸选定为2.5×5.0m（宽×高）。

根据闸址河道宽度、泄流能力及水库冲排淤沙的要求，确定采用两孔泄洪闸，泄洪闸型式选择为胸墙式平底板闸，考虑有利于冲沙排沙，经计算泄洪闸孔口尺寸为5.0×5.0m（宽×高）。 （1）泄流能力计算

按结构布置进行泄流计算，闸门全开；

当he/H0?0.65时，泄流能力按无坎宽顶堰堰流公式计算，即：

Q???mB02gH02

式中：he???孔口高度（m）；

3Q???过闸流量（m3/s）；

????淹没系数； ????侧收缩系数；

m???流量系数；

； B0???闸孔总净宽（m）

； H0???包括行进流速水头的堰上水头（m）

当he/H0?0.65时，泄流能力按无坎宽顶堰孔流公式计算，即：

Q??'?heB02gH0

式中：he???孔口高度（m）；

Q???过闸流量（m3/s）；

?'???孔流淹没系数；

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????孔口流量系数；

； he???孔口高度（m）； B0???闸孔总净宽（m）

； H0???包括行进流速水头的堰上水头（m）

流量系数考虑侧收缩后取m=0.36计算，下游为急流衔接，根据护坦末端天然河道水位流量关系曲线，在各种工况下均为自由出流，淹没系数σ=1.0。

计算中考虑电站停机敞泄排沙时拦河闸的泄流能力情况，计算结果见表5-11

出居沟电站闸坝枢纽泄流曲线计算成果表

表5-11 洪水频率 洪水泄量 （％） （m3/s） 0.2 427 2 3.3 20 284 256 151 上游水位 (m) 1799.74 1797.98 1797.58 1795.92 下游水位 (m) 1791.64 1790.93 泄洪闸泄量（m3/s） 342 232 209 123 冲沙闸泄量（m3/s） 85 52 47 28 排污闸泄量（m3/s） 0 0 0 0 进水口引用流量（m3/s） 0 0 0 0 备注 闸孔全开 (2) 抗滑稳定及地基应力计算 ⑴ 主要数据

拦河闸（坝）为三级建筑物，地震设防烈度为7°，主要建筑物有泄洪闸、冲沙闸、排污闸及挡水坝段，闸坝基础物理指标见表5-5，闸坝防渗采用半封闭的混凝土防渗墙和帷幕灌浆。 ⑵ 计算水位 拦河闸：

正常运行：上游水位1806.00m，下游水位1785.50； 设计洪水：上游水位1797.98m，下游水位1795.83m； 校核洪水：上游水位1799.74m，下游水位1796.54m； 挡水坝：

正常运行：上游水位1806.00m，下游1785.50； 设计洪水：上游水位1797.98m，下游水位1790.93m； 校核洪水：上游水位1799.74m，下游水位1791.64m； ⑶ 荷载及其组合

作用在闸（坝）上的荷载有：①建筑物自重；②静水压力；③水重；④扬压力；⑤泥沙压力；⑥浪压力；⑦地震作用力：包括地震惯性力及地震动水压力。

根据《水闸设计规范》（SL265-2001），各种荷载及组合见表5-12。

荷载及组合表

表5-12

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荷 载 荷载计算情况 组合 自重 水重 静水压力 扬压力 淤沙压力 波浪压力 地震荷载 基本正常蓄水 组合 设计洪水 特殊校核洪水 组合 地震 施工完建 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ 说 明 未计地下水产生的扬压力 按正常蓄水位计算 按设计洪水位计算 按校核洪水位计算 按正常蓄水位计算+7°地震

⑷ 计算公式

按上述规范，拦河闸（坝）的沿基底面的抗滑稳定安全系数按抗剪强度公式计算，计算公式为：

Kc?建筑物的基底应力按材料力学公式计算，计算公式为：

f?G?H

P

maxmin?G?Mx?My???AWxWy

式中：Kc—沿闸室基底面的抗滑稳定安全系数； f—沿闸室基底面与地基之间的摩擦系数；

maxPmin —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扬压力，kN）； ∑H—作用在闸室上的全部水平荷载(kN)；

?Mx、?My—作用在闸室上的全部竖向和水平向荷载对于基础形心轴x、y的力矩；

A—闸室基底面的面积（m2）；

?Wx、?Wy—闸室基底面对于该底面形心轴x、y的截面矩（m3）

。

拦河闸（坝）抗滑稳定及地基应力计算成果

拦河闸（坝）抗滑稳定及基底应力计算成果见表5-13

表5-13 建筑物 荷载组合 计算工况 正常蓄水 基本组合 进水口 特殊组合 施工完建 设计洪水位 检 修 校核洪水位 地震情况 正常蓄水 泄洪闸 基本组合 施工完建 设计洪水位 抗滑稳定安全系数 允许值 1.25 1.25 1.25 1.1 1.1 1.05 1.25 1.25 1.25 计算值 上游端 基底应力（KN/ m2） 下游端 应力不均匀系数 7.91 27.60 157.78 18.45 4.18 1.42 --- 10.92 274.58 275.76 233.90 256.27 225.01 229.89 174.25 322.64 264.81 329.28 280.42 286.84 261.72 285.76 354.25 222.77 175.036 95.07 1.20 1.02 1.23 1.02 1.27 1.54 1.28 1.84 2.79 19

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