引水樞紐工程設計論文

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1引水樞紐各主要建筑物設計原理

引水樞紐工程主要建筑物包括：上游導流堤、泄洪閘、人工彎道、進水閘、沖沙閘、曲線形懸臂式擋沙坎、消力池、引水渠道。在人工彎道進口處，修建導流堤，并向上延伸與河道兩岸平緩的連接，以便束水導流，使水流平順的進入引水彎道。設置泄洪閘用以泄洪排沙，減少泥沙進入人工彎道，保證引水彎道有良好的進水條件；在洪水季節，泄水排沙，平時可關閉壅水，保證下游工農業用水，在寒冷季節還可將冰凌、漂浮物排向下游。在人工彎道設計時，要充分利用天然穩定的河灣，加以整治，即可作為引水彎道；彎道設計流量要綜合考慮進水閘的流量和含沙量較大季節河灣流量，使彎道內產生較強的橫向環流作用，有利于排沙。進水閘與沖沙閘設置在引水彎道末端，按正面引水側面排沙的原則布置，進水閘與沖沙閘兩軸線的夾角以33度為宜，使沖沙閘各閘孔均勻排沙。進水閘底板高程要高出原河床，這樣可以減少泥沙入渠，并可增大閘前泥沙淤積庫容，有利于定期沖沙。進水閘前設置曲線形懸臂式擋沙坎，可增強橫向環流的作用，還可將泥沙導向沖沙閘，擋沙坎懸臂板末端加寬并延伸到沖沙閘邊孔，有利于引水防沙，引水面做成流線型，以免擾動水流。沖沙閘底板高程也要高于原河床，可增大閘下沖沙水頭，有利于排沙。進水閘下游消能建筑物，多采用底流型降低護坦式的消能方式，消力池緊接閘室布置，在池中利用水躍進行消能，使水流在消力池中發生淹沒水躍，池中布置排水孔，下設砂石反濾層，保證下游引水渠道的安全運行。下游引水渠道根據水力最佳斷面及經濟實用斷面綜合確定，常采用梯形斷面渠道、混凝土板襯砌。

2引水樞紐主要設計內容

樞紐工程總體布置：根據基本資料確定工程的等級、級別、洪水標準，可參考《水閘設計規范》、《水閘》、《取水工程》等文獻，并結合地形及方案比較，確定采用什么類型引水樞紐，這里以人工彎道式引水樞紐為例，根據經驗公式確定彎道的底寬、半徑、中心線長度等參數，根據工程各主要建筑物的作用和設計原理，合理布置建筑物的位置。樞紐工程水力設計：首先，根據水力最佳斷面和經濟實用斷面確定下游引水渠道的斷面尺寸，利用《水力學》中的迭代計算公式確定渠道正常水深；其次，根據《水閘設計規范》確定進水閘、沖沙閘、泄洪閘的閘孔總凈寬及單孔凈寬，利用試算法確定進水閘、沖沙閘、泄洪閘的設計洪水位及校核洪水位；最后，根據《水力學》進行各閘的消能防沖計算。

樞紐工程防滲計算：根據工程的要求，需對進水閘、沖沙閘、泄洪閘設計洪水位和校核洪水位都進行防滲計算，計算過程相似；根據《水工建筑物》擬定各閘室的地下輪廓，采用改進阻力系數法進行滲流計算。首先進行阻力系數的計算，確定滲透壓力，繪制滲壓水頭分布圖，最后計算閘底板水平段滲透坡降和滲流出口處坡降以及允許坡降并進行比較，均要滿足閘基的抗滲穩定要求。閘室穩定分析：首先，確定各閘室荷載，包括：閘底板、閘墩自重、工作橋自重、閘門自重、檢修橋自重、啟閉力、水自重、水平水壓力、揚壓力；根據荷載和偏心受壓公式分別驗算各閘室完建期、設計洪水位期、校核洪水位期的閘室基底應力，結果均要滿足規范要求；根據《水閘》公式，驗算各閘室的抗滑穩定性，結果均要滿足閘室的抗滑穩定要求。

閘室結構設計：首先要驗算各閘的邊墻基底應力及抗滑穩定性，均需滿足規范要求，其次，根據偏心受壓公式，進行閘墩結構設計，對閘墩進行配筋計算；最后，采用彈性地基梁法對各閘底板進行結構計算，確定底板最大彎矩值，利用最大彎矩對底板進行配筋，配筋后對閘底板進行裂縫校核，結果要符合規范要求。閘室工作橋結構計算：首先根據各閘縱梁的跨度，擬定梁、懸臂板的斷面尺寸，確定作用在梁上的荷載，計算彎矩，根據最大彎矩對懸臂板、縱梁進行配筋計算，其中，縱梁還需要進行抗剪腹筋的計算，最后，根據《水工鋼筋混凝土結構學》鋼筋骨架的構造要求，配置腰筋和拉筋，確定工作橋的配筋圖。

作者:湯波單位:石河子天興水利勘測設計院