第三章_重力壩10-14

1、3.10 3.10 泄水重力壩泄水重力壩 一、泄水重力壩設(shè)計(jì)要點(diǎn)一、泄水重力壩設(shè)計(jì)要點(diǎn) 1 1、泄水重力壩位置選擇、泄水重力壩位置選擇 避免與其他建筑物相互干擾，其下泄水流不致淘避免與其他建筑物相互干擾，其下泄水流不致淘刷壩基與其他建筑物的地基及岸坡。刷壩基與其他建筑物的地基及岸坡。 2 2、泄水方式的組合與流量分配、泄水方式的組合與流量分配 選擇好組成泄水系統(tǒng)的建筑物類別以及確定各泄選擇好組成泄水系統(tǒng)的建筑物類別以及確定各泄水建筑物的泄流量。水建筑物的泄流量。 3 3、溢流壩堰頂和進(jìn)水口高程的確定、溢流壩堰頂和進(jìn)水口高程的確定 二、溢流重力壩二、溢流重力壩 （一）工作特點(diǎn)（一）工作特點(diǎn) 既是

2、擋水建筑物又是泄水建筑物，應(yīng)滿足：既是擋水建筑物又是泄水建筑物，應(yīng)滿足： 1 1、穩(wěn)定、強(qiáng)度要求；、穩(wěn)定、強(qiáng)度要求； 2 2、泄水要求：、泄水要求： （1 1）泄的下（足夠的孔口尺寸、體形、有較高的）泄的下（足夠的孔口尺寸、體形、有較高的流量系數(shù)）；流量系數(shù)）； （2 2）不破壞（不產(chǎn)生不利的負(fù)壓、振動(dòng)、空蝕現(xiàn)）不破壞（不產(chǎn)生不利的負(fù)壓、振動(dòng)、空蝕現(xiàn)象）；象）； （3 3）保證下游河床安全（不產(chǎn)生危及壩體安全的）保證下游河床安全（不產(chǎn)生危及壩體安全的局部沖刷）；局部沖刷）； （4 4）互不影響（下游流態(tài)平順，不產(chǎn)生折沖水）互不影響（下游流態(tài)平順，不產(chǎn)生折沖水流）；流）； （5 5）便于管理（有

3、靈活控制的閘門、啟閉機(jī)等）。）便于管理（有靈活控制的閘門、啟閉機(jī)等）。（二）孔口設(shè)計(jì)（二）孔口設(shè)計(jì) 1.1.洪水標(biāo)準(zhǔn)洪水標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)根據(jù)水利水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)水利水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（SL2522000SL2522000）選用。）選用。表表3 312 12 山區(qū)、丘陵區(qū)水利水電工程永久性水工建筑物山區(qū)、丘陵區(qū)水利水電工程永久性水工建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)洪水標(biāo)準(zhǔn) 重現(xiàn)期（年）重現(xiàn)期（年） 對(duì)土石壩，如失事后下游將造成特別重大災(zāi)害對(duì)土石壩，如失事后下游將造成特別重大災(zāi)害時(shí)，時(shí)，1 1級(jí)建筑物的校核洪水標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)取可能最大洪水級(jí)建筑物的校核洪水標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)取可能最大洪水（PMFPMF）或）或1

4、000010000年標(biāo)準(zhǔn)；年標(biāo)準(zhǔn)；2424級(jí)建筑物的校核洪水標(biāo)級(jí)建筑物的校核洪水標(biāo)準(zhǔn)，可提高一級(jí)。準(zhǔn)，可提高一級(jí)。 對(duì)砼壩、漿砌石壩，如洪水漫頂將造成極嚴(yán)重對(duì)砼壩、漿砌石壩，如洪水漫頂將造成極嚴(yán)重的損失時(shí)，的損失時(shí)，1 1級(jí)建筑物的校核洪水標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過專門論級(jí)建筑物的校核洪水標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過專門論證并報(bào)主管部門批準(zhǔn)，可取可能最大洪水（證并報(bào)主管部門批準(zhǔn)，可取可能最大洪水（PMFPMF）或）或重現(xiàn)期重現(xiàn)期1000010000年標(biāo)準(zhǔn)。年標(biāo)準(zhǔn)。 2. 2.孔口型式孔口型式 （1 1）開敞溢流式（表孔）開敞溢流式（表孔） QQH H 3/2 3/2成正比，超泄能力大，但不能預(yù)泄；成正比，超泄能力大，但不能預(yù)泄

5、； 還能用于排冰和其他漂浮物；還能用于排冰和其他漂浮物； 閘門啟閉操作方便，易于檢修，工作安全可靠。閘門啟閉操作方便，易于檢修，工作安全可靠。 （2 2）大孔口溢流（中孔）大孔口溢流（中孔） 上部設(shè)胸墻，堰頂高程較低，可滿足預(yù)泄要求；上部設(shè)胸墻，堰頂高程較低，可滿足預(yù)泄要求； 低水位時(shí)低水位時(shí)開敞（自由）溢流；開敞（自由）溢流； 高水位時(shí)高水位時(shí)大孔口泄流，大孔口泄流，QQH H 1/2 1/2成正比，成正比，超泄能力不如開敞溢流式。超泄能力不如開敞溢流式。3.3.孔口尺寸孔口尺寸（1 1）單寬流量的確定）單寬流量的確定0QQQ總溢（m m3 3/s/s）0Q經(jīng)過電站和泄水孔等下泄的流量；經(jīng)過

6、電站和泄水孔等下泄的流量；式中：式中：系數(shù)，系數(shù)， 正常運(yùn)用正常運(yùn)用 0.750.750.90.9， 校核運(yùn)用校核運(yùn)用 1.01.0。LQq/溢 m m3 3 / /（s sm m）設(shè)設(shè)L L為溢流段凈寬，則單寬流量為：為溢流段凈寬，則單寬流量為：單寬流量的選取與地質(zhì)條件有關(guān)，對(duì)單寬流量的選取與地質(zhì)條件有關(guān)，對(duì) 一般軟弱巖石：一般軟弱巖石： q=30q=3050m50m3 3/ /（smsm）；）； 較好巖石：較好巖石： q=50q=5070m70m3 3/ /（smsm）；）； 堅(jiān)固巖石：堅(jiān)固巖石： q=70q=70130m130m3 3/ /（smsm）；）； 近年來，選用的單寬流量在不斷

7、增大，例：近年來，選用的單寬流量在不斷增大，例： 龔嘴龔嘴q=254.2 mq=254.2 m3 3/ /（smsm），安康表孔），安康表孔q=282.7 mq=282.7 m3 3/ /（smsm）；委內(nèi)瑞拉的古里壩）；委內(nèi)瑞拉的古里壩q q300 m300 m3 3/ /（smsm）。）。(2)(2)孔口尺寸孔口尺寸 溢流前沿總長溢流前沿總長L L0 0 若孔口寬度為若孔口寬度為b b，孔口數(shù)，孔口數(shù)n=L/bn=L/b，n n一般取單一般取單數(shù)。令閘墩厚度為數(shù)。令閘墩厚度為d d，則則L L0 0為：為：dnnbL) 1(0 開敞溢流時(shí)開敞溢流時(shí)2/302 HgmnbQ溢2/32設(shè)設(shè)Hg

8、mnbQqa a、孔口高、孔口高 H H3/22gmqH設(shè)設(shè)b b、堰頂高程、堰頂高程 堰正常堰正常H H設(shè)設(shè) 設(shè)閘門；設(shè)閘門； 堰正常堰正常 不設(shè)閘門。不設(shè)閘門。c c、孔口寬、孔口寬 一般情況：一般情況：b b（8 81616）m m； 當(dāng)有排浮要求時(shí)，可加大到（當(dāng)有排浮要求時(shí)，可加大到（18182020）m m。在樞紐。在樞紐布置允許的前提下，閘門宜選用寬而扁，寬高比常采用布置允許的前提下，閘門宜選用寬而扁，寬高比常采用 b/H1.0b/H1.02.02.0；狹窄河道的溢流壩；狹窄河道的溢流壩, ,因溢流前沿寬度受因溢流前沿寬度受限限, ,孔口寬高比小于孔口寬高比小于1 1是經(jīng)濟(jì)合理的是

9、經(jīng)濟(jì)合理的. .d d、校核水位下校核過流量、校核水位下校核過流量 2/32校校HgmnbQ大孔口泄流大孔口泄流)(20aHgnbamQ溢（m3/sm3/s）式中式中閘門開啟高度，閘門開啟高度，mm；孔口垂直收縮系數(shù)，與比值孔口垂直收縮系數(shù)，與比值a a/ /HH有關(guān)，見表有關(guān)，見表3 31212。 a 確定孔口尺寸時(shí)應(yīng)考慮以下因素：確定孔口尺寸時(shí)應(yīng)考慮以下因素：a a、泄洪要求、泄洪要求b b、樞紐布置、樞紐布置 宣泄同一流量，孔口高度越大宣泄同一流量，孔口高度越大, ,單寬流量越大單寬流量越大, ,溢溢流段越短流段越短; ;設(shè)有閘門的孔口寬度越小設(shè)有閘門的孔口寬度越小, ,孔數(shù)越多孔數(shù)越多

10、, ,閘墩閘墩數(shù)也越多數(shù)也越多, ,溢流段總長度也相應(yīng)加大溢流段總長度也相應(yīng)加大; ;孔口寬度越大孔口寬度越大, ,啟門力也越大啟門力也越大, ,工作橋跨度也相應(yīng)增大工作橋跨度也相應(yīng)增大. .c c、下游水流條件、下游水流條件4 4閘門和啟閉機(jī)閘門和啟閉機(jī)（1 1）閘門）閘門 按結(jié)構(gòu)分按結(jié)構(gòu)分 平面閘門平面閘門結(jié)構(gòu)簡單，閘墩受力條件好，共結(jié)構(gòu)簡單，閘墩受力條件好，共用一個(gè)活動(dòng)啟門機(jī)；用一個(gè)活動(dòng)啟門機(jī)； 缺點(diǎn)是：啟門力大，閘墩較厚。缺點(diǎn)是：啟門力大，閘墩較厚。 弧形閘門弧形閘門啟門力較小，閘墩較薄，無門槽、啟門力較小，閘墩較薄，無門槽、水流平順；水流平順； 缺點(diǎn)是：閘墩較長，受力條件較差。缺點(diǎn)是

11、：閘墩較長，受力條件較差。按工作性質(zhì)分按工作性質(zhì)分 工作閘門工作閘門調(diào)節(jié)下泄流量，在動(dòng)水中啟調(diào)節(jié)下泄流量，在動(dòng)水中啟閉，啟門力較大。閉，啟門力較大。 常用平面閘門和弧形閘門；常用平面閘門和弧形閘門； 檢修閘門檢修閘門用于短期擋水，以便進(jìn)行檢用于短期擋水，以便進(jìn)行檢修，靜水中啟閉，啟門力較小。修，靜水中啟閉，啟門力較小。 采用平面閘門、浮箱閘門，也可采用疊梁；采用平面閘門、浮箱閘門，也可采用疊梁； 事故閘門事故閘門是在建筑物或設(shè)備出現(xiàn)事故時(shí)緊是在建筑物或設(shè)備出現(xiàn)事故時(shí)緊急應(yīng)用，要求能在動(dòng)水中關(guān)閉；急應(yīng)用，要求能在動(dòng)水中關(guān)閉； 事故檢修閘門事故檢修閘門 檢修閘門和工作閘門之間應(yīng)留有檢修閘門和工作閘

12、門之間應(yīng)留有1 13m3m的凈距，以的凈距，以便進(jìn)行檢修。便進(jìn)行檢修。 全部溢流孔通常備有全部溢流孔通常備有1 12 2個(gè)檢修閘門，交替使用。個(gè)檢修閘門，交替使用。（2 2）啟閉機(jī)）啟閉機(jī) 活動(dòng)式活動(dòng)式多用于平面閘門，可以兼用于啟吊多用于平面閘門，可以兼用于啟吊工作閘門和檢修閘門。工作閘門和檢修閘門。 固定式固定式固定在工作橋上，多用于弧形閘門。固定在工作橋上，多用于弧形閘門。5 5閘墩和工作橋閘墩和工作橋 (1) (1) 墩形墩形 11半圓曲線；半圓曲線； 22橢圓曲線；橢圓曲線； 33拋物曲線；拋物曲線； 44三圓弧曲線；三圓弧曲線； 55圓弧曲線；圓弧曲線； 66方形方形圖349 常見的

13、閘墩形狀 （2 2）墩厚）墩厚 平面閘門，工作閘門槽深平面閘門，工作閘門槽深0.50.52m2m，寬，寬1 14m4m，門槽處的閘墩厚度門槽處的閘墩厚度1 11.5m1.5m； 弧形閘門閘墩的最小厚度為弧形閘門閘墩的最小厚度為1.51.52m2m； 縫墩，墩厚要增加縫墩，墩厚要增加0.50.51m1m。 （3 3）長度和高度）長度和高度 應(yīng)滿足布置閘門、工作橋、交通橋和啟閉機(jī)械的應(yīng)滿足布置閘門、工作橋、交通橋和啟閉機(jī)械的要求要求。 （4 4）邊墩（邊墻）邊墩（邊墻） 邊墩頂一般高出水面邊墩頂一般高出水面1 1 1.5m1.5m； 底流消能時(shí)，需延長到消力池末端形成導(dǎo)墻；底流消能時(shí)，需延長到消力

14、池末端形成導(dǎo)墻； 挑流消能時(shí)，需延長到挑坎末端；挑流消能時(shí)，需延長到挑坎末端； 當(dāng)溢流壩與水電站并列時(shí)，導(dǎo)墻長度要延伸到廠當(dāng)溢流壩與水電站并列時(shí)，導(dǎo)墻長度要延伸到廠房后一定的范圍。房后一定的范圍。 6 6橫縫橫縫 （1 1）縫在閘墩中間）縫在閘墩中間 優(yōu)點(diǎn)：壩段間產(chǎn)生不均勻沉降時(shí)，不影響閘優(yōu)點(diǎn)：壩段間產(chǎn)生不均勻沉降時(shí)，不影響閘門啟閉，工作可靠；門啟閉，工作可靠； 缺點(diǎn)：閘墩厚度較大，溢流前緣長。缺點(diǎn)：閘墩厚度較大，溢流前緣長。 （2 2）縫在溢流孔跨中）縫在溢流孔跨中 優(yōu)點(diǎn)：閘墩薄，受力條件好，溢流前緣長；優(yōu)點(diǎn)：閘墩薄，受力條件好，溢流前緣長； 缺點(diǎn)：易受地基不均勻沉降的影響。缺點(diǎn)：易受地基不

15、均勻沉降的影響。 圖352 溢流壩段橫縫的布置 （三）高速水流的幾個(gè)問題（三）高速水流的幾個(gè)問題 1 1空化和空蝕空化和空蝕 空化空化水體中含有許多氣核，當(dāng)過壩水流中某點(diǎn)的壓水體中含有許多氣核，當(dāng)過壩水流中某點(diǎn)的壓力降至飽和蒸汽壓強(qiáng)時(shí)，氣核迅速膨脹為小空泡，這種現(xiàn)象稱力降至飽和蒸汽壓強(qiáng)時(shí)，氣核迅速膨脹為小空泡，這種現(xiàn)象稱為空化。為空化。 空蝕空蝕當(dāng)?shù)蛪簠^(qū)的空化水流流經(jīng)下游高壓區(qū)時(shí)，空泡當(dāng)?shù)蛪簠^(qū)的空化水流流經(jīng)下游高壓區(qū)時(shí)，空泡遭受壓縮而潰滅，由于潰滅時(shí)間極為短暫（一般只有千分之幾遭受壓縮而潰滅，由于潰滅時(shí)間極為短暫（一般只有千分之幾秒），會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很高的局部沖擊力（可達(dá)幾千個(gè)大氣壓）。秒），會(huì)產(chǎn)

16、生一個(gè)很高的局部沖擊力（可達(dá)幾千個(gè)大氣壓）。若空泡潰滅發(fā)生在靠近過水壩面，局部沖擊力大于材料的內(nèi)聚若空泡潰滅發(fā)生在靠近過水壩面，局部沖擊力大于材料的內(nèi)聚力時(shí)，可使壩面遭到破壞，這種現(xiàn)象稱為空蝕。力時(shí)，可使壩面遭到破壞，這種現(xiàn)象稱為空蝕。 國內(nèi)外的工程運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)表明，當(dāng)國內(nèi)外的工程運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)表明，當(dāng)v15m/sv15m/s時(shí)，就有可時(shí)，就有可能發(fā)生空蝕破壞，且空蝕強(qiáng)度與水流流速的能發(fā)生空蝕破壞，且空蝕強(qiáng)度與水流流速的5 57 7次方成正比。次方成正比。 水流空化數(shù)水流空化數(shù)gpp2/20式式中中水流未受到邊界局部變化擾動(dòng)處的絕對(duì)壓強(qiáng)水流未受到邊界局部變化擾動(dòng)處的絕對(duì)壓強(qiáng)汽化壓強(qiáng)，汽化壓強(qiáng)

17、，kPakPa；水流未受到邊界局部變化擾動(dòng)處的流速水流未受到邊界局部變化擾動(dòng)處的流速當(dāng)水流空化數(shù)當(dāng)水流空化數(shù)小到某一臨界值時(shí)，邊壁某處小到某一臨界值時(shí)，邊壁某處出現(xiàn)空化，這時(shí)的空化數(shù)稱為該體形的初生空化數(shù)出現(xiàn)空化，這時(shí)的空化數(shù)稱為該體形的初生空化數(shù) , ,只與幾何體形有關(guān)，可由減壓試驗(yàn)求出。只與幾何體形有關(guān)，可由減壓試驗(yàn)求出。0ppii當(dāng)當(dāng)，不會(huì)發(fā)生空化水流，也就，不會(huì)發(fā)生空化水流，也就不會(huì)發(fā)生空蝕；不會(huì)發(fā)生空蝕；當(dāng)當(dāng)，產(chǎn)生空化水流，就可能發(fā)，產(chǎn)生空化水流，就可能發(fā)生空蝕；生空蝕；設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使iii2 2摻氣摻氣 由溢流重力壩下泄的水流，當(dāng)流速超過由溢流重力壩下泄的水流，當(dāng)流速超過78

18、m/s78m/s時(shí)，空氣從時(shí)，空氣從自由水面進(jìn)入水體，產(chǎn)生摻氣現(xiàn)象。自由水面進(jìn)入水體，產(chǎn)生摻氣現(xiàn)象。 高速水流摻氣，對(duì)工程有利有弊。溢流面底部摻氣，可以高速水流摻氣，對(duì)工程有利有弊。溢流面底部摻氣，可以減免空蝕，射流在空氣中擴(kuò)散摻氣和射流在水墊中摻氣，可以減免空蝕，射流在空氣中擴(kuò)散摻氣和射流在水墊中摻氣，可以消耗大部分多余能量，有利于消能防沖。水流摻氣后，水體膨消耗大部分多余能量，有利于消能防沖。水流摻氣后，水體膨脹，水深增加，要求溢流壩邊墻加高；對(duì)明流隧洞要求加大洞脹，水深增加，要求溢流壩邊墻加高；對(duì)明流隧洞要求加大洞頂凈空；水流摻氣后，水滴飛濺，會(huì)形成霧化區(qū)，對(duì)工程、設(shè)頂凈空；水流摻氣后，

19、水滴飛濺，會(huì)形成霧化區(qū)，對(duì)工程、設(shè)備及工作與生活都有不利的影響。備及工作與生活都有不利的影響。2 2摻氣摻氣 溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范（SL2532000SL2532000）規(guī)定：）規(guī)定： 摻氣水深摻氣水深 式中式中 未計(jì)入波動(dòng)及摻氣的水深，未計(jì)入波動(dòng)及摻氣的水深，m m； 未計(jì)入波動(dòng)及摻氣計(jì)算斷面上未計(jì)入波動(dòng)及摻氣計(jì)算斷面上 的平均流速，的平均流速，m/sm/s； 修正系數(shù)，一般修正系數(shù)，一般1.01.01.41.4， 當(dāng)當(dāng)v20m/sv20m/s時(shí)，采用較大值。時(shí)，采用較大值。hha)1001(h3 3水流脈動(dòng)水流脈動(dòng) 泄水建筑物中的水流屬于高度穩(wěn)動(dòng)的水流泄水建筑物中的水流屬于高度穩(wěn)動(dòng)

20、的水流, ,其基其基本特征是流速和壓力隨時(shí)間在不斷變化的本特征是流速和壓力隨時(shí)間在不斷變化的, ,即所謂脈即所謂脈動(dòng)。水流對(duì)泄水建筑物的作用力主要是動(dòng)水壓力。動(dòng)。水流對(duì)泄水建筑物的作用力主要是動(dòng)水壓力。水流脈動(dòng)對(duì)建筑物的影響主要有以下幾方面水流脈動(dòng)對(duì)建筑物的影響主要有以下幾方面: : （1 1）增大作用在建筑物上的瞬時(shí)荷載。）增大作用在建筑物上的瞬時(shí)荷載。 （2 2）脈動(dòng)壓力變化有一定的周期性。如果脈動(dòng)）脈動(dòng)壓力變化有一定的周期性。如果脈動(dòng)壓力頻率與其作用的建筑物固有頻率相接近壓力頻率與其作用的建筑物固有頻率相接近, ,則可能則可能引起建筑物振動(dòng)引起建筑物振動(dòng), ,甚至共振甚至共振。 （3 3

21、）增加空蝕破壞的可能性。）增加空蝕破壞的可能性。4 4沖擊波沖擊波 在高速水流邊界條件發(fā)生變化處，如：斷面擴(kuò)在高速水流邊界條件發(fā)生變化處，如：斷面擴(kuò)大、收縮、轉(zhuǎn)彎處，閘門槽、墩尾等處均是引起沖大、收縮、轉(zhuǎn)彎處，閘門槽、墩尾等處均是引起沖擊波的部位。擊波的部位。 （四）溢流面體形設(shè)計(jì)要求四）溢流面體形設(shè)計(jì)要求 泄流能力大；泄流能力大； 水流平順，不產(chǎn)生不利的負(fù)壓和空蝕破壞；水流平順，不產(chǎn)生不利的負(fù)壓和空蝕破壞； 體形簡單、造價(jià)低、便于施工等。體形簡單、造價(jià)低、便于施工等。 1 1頂部曲線段頂部曲線段 （1 1）開敞式）開敞式 克克奧曲線奧曲線蘇聯(lián)推薦，我國早期采用。蘇聯(lián)推薦，我國早期采用。 缺點(diǎn)

22、：下部斷面較大，因而不經(jīng)濟(jì)；缺點(diǎn)：下部斷面較大，因而不經(jīng)濟(jì)； m m0.480.480.490.49，比，比WESWES曲線曲線m m0.5020.502要??；要??； 無公式控制坐標(biāo)，施工放樣不便。無公式控制坐標(biāo)，施工放樣不便。WESWES曲線曲線流量系數(shù)較大且剖面較瘦，工程量較省，壩面曲流量系數(shù)較大且剖面較瘦，工程量較省，壩面曲線用方程控制，施工較方便，近年來我國采用較多。線用方程控制，施工較方便，近年來我國采用較多。上游段：雙圓弧、橢圓。近年來，提出了三圓弧及下列型式的曲線上游段：雙圓弧、橢圓。近年來，提出了三圓弧及下列型式的曲線85.1625.081.0413.0dddHxHxHy式中式

23、中定型設(shè)計(jì)水頭，一般為校核洪水位定型設(shè)計(jì)水頭，一般為校核洪水位時(shí)堰頂水頭的時(shí)堰頂水頭的75%75%95%95%。 當(dāng)壩體上游面為鉛直時(shí)：當(dāng)壩體上游面為鉛直時(shí)： yHxd85. 085. 10 . 2若上游面不是鉛直的，下游段曲線需做修正。若上游面不是鉛直的，下游段曲線需做修正。dH（2 2）設(shè)有胸墻的大孔口）設(shè)有胸墻的大孔口 當(dāng)最大水頭當(dāng)最大水頭H H max/max/孔口高度孔口高度D D 1.51.5或閘門全開或閘門全開時(shí)仍屬孔口泄流，則應(yīng)按孔口射流曲線設(shè)計(jì)溢流面。時(shí)仍屬孔口泄流，則應(yīng)按孔口射流曲線設(shè)計(jì)溢流面。由平拋運(yùn)動(dòng)公式：由平拋運(yùn)動(dòng)公式：x=vtx=vt221gty 由水力學(xué)知：由水力

24、學(xué)知：dghv2可得曲線方程為：可得曲線方程為：dHxy224dH式中式中定型設(shè)計(jì)水頭，取孔口中心線至定型設(shè)計(jì)水頭，取孔口中心線至校核洪水位時(shí)堰頂水頭的校核洪水位時(shí)堰頂水頭的75%75%95%95%；流速系數(shù)，一般取流速系數(shù)，一般取0.960.96，設(shè)有檢修閘門槽時(shí)取設(shè)有檢修閘門槽時(shí)取0.950.95。當(dāng)當(dāng)1.21.2H Hmaxmax/ /D D1.51.5時(shí)，堰面曲線應(yīng)通過模時(shí)，堰面曲線應(yīng)通過模型試驗(yàn)確定。型試驗(yàn)確定。按按 確定的溢流面曲線：確定的溢流面曲線：dH 當(dāng)當(dāng)H(H(運(yùn)運(yùn)) )HdHd時(shí)，出現(xiàn)負(fù)壓，時(shí)，出現(xiàn)負(fù)壓，QQ，負(fù)壓需控制。，負(fù)壓需控制。要求負(fù)壓值不超過要求負(fù)壓值不超過3

25、36m6m水柱高；水柱高； 當(dāng)當(dāng)H(H(運(yùn)運(yùn)) )H Hd d時(shí)，出現(xiàn)正壓，時(shí)，出現(xiàn)正壓，QQ。2 2中間直線段中間直線段 坡度與非溢流壩段的下游坡相同。坡度與非溢流壩段的下游坡相同。3 3反弧段反弧段 挑流消能：挑流消能：R=R=（4 41010）h hc chchc為校核洪水時(shí)反弧最低點(diǎn)處的水深。為校核洪水時(shí)反弧最低點(diǎn)處的水深。當(dāng)當(dāng)v16m/sv16m/s時(shí)，取下限；時(shí)，取下限；流速大時(shí)，宜采用較大值。流速大時(shí)，宜采用較大值。 當(dāng)采用底流消能，反弧段與護(hù)坦相連時(shí)，當(dāng)采用底流消能，反弧段與護(hù)坦相連時(shí)，宜采用上限值。宜采用上限值。 根據(jù)國內(nèi)外根據(jù)國內(nèi)外6060個(gè)工程資料，反弧半徑的經(jīng)個(gè)工程資料

26、，反弧半徑的經(jīng)驗(yàn)公式為驗(yàn)公式為crhFR2/332crghF4 4剖面設(shè)計(jì)剖面設(shè)計(jì) 上游面，堰頂突出部分的高度上游面，堰頂突出部分的高度h h1 1應(yīng)應(yīng)大于大于0.50.5H H maxmax。 如溢流重力壩較低，其壩面頂部曲如溢流重力壩較低，其壩面頂部曲線段可直接與反弧段連接，無中間直線段。線段可直接與反弧段連接，無中間直線段。 （五）消能防沖設(shè)計(jì)（五）消能防沖設(shè)計(jì) 1 1設(shè)計(jì)原則及型式設(shè)計(jì)原則及型式（1 1）下泄水流對(duì)河床的作用）下泄水流對(duì)河床的作用 由溢流壩下泄的水流具有巨大能量由溢流壩下泄的水流具有巨大能量, ,必須妥善進(jìn)必須妥善進(jìn)行處理行處理, ,否則勢必導(dǎo)致下游河床嚴(yán)重沖刷否則勢必

27、導(dǎo)致下游河床嚴(yán)重沖刷, ,甚至造成甚至造成岸坡坍塌和大壩失事。當(dāng)岸坡坍塌和大壩失事。當(dāng)H H40m40m，q=50mq=50m3 3/s/s，1m1m寬河寬河床內(nèi)的水流動(dòng)能可達(dá)床內(nèi)的水流動(dòng)能可達(dá)240240萬萬kWkW。如：潘家口和丹江口。如：潘家口和丹江口壩的最大泄洪功率均接近壩的最大泄洪功率均接近30003000萬萬kWkW。 水流能量的消耗（耗散）：水流能量的消耗（耗散）： 水流的內(nèi)部損耗，如摩擦、沖擊、紊動(dòng)、水流的內(nèi)部損耗，如摩擦、沖擊、紊動(dòng)、摻混、剪切及旋滾；摻混、剪切及旋滾； 水流與固體邊界和氣體的相互作用，如摩水流與固體邊界和氣體的相互作用，如摩擦、沖刷等；擦、沖刷等； 例：例：

28、【西班牙西班牙】里拜約壩，沖坑深里拜約壩，沖坑深70m 70m 。（2 2）設(shè)計(jì)原則）設(shè)計(jì)原則 盡量使下泄水流的大部分動(dòng)能消耗在水流盡量使下泄水流的大部分動(dòng)能消耗在水流內(nèi)部的紊動(dòng)中，以及水流和空氣的摩擦上；內(nèi)部的紊動(dòng)中，以及水流和空氣的摩擦上； 不產(chǎn)生危及壩體安全的河床或岸坡的局部不產(chǎn)生危及壩體安全的河床或岸坡的局部沖刷；沖刷； 下泄水流平穩(wěn)，不影響樞紐中其他建筑物下泄水流平穩(wěn)，不影響樞紐中其他建筑物的正常運(yùn)行；的正常運(yùn)行； 結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠；結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠； 工程量小。工程量小。 （3 3）常用的消能型式）常用的消能型式 底流消能、挑流消能、面流消能和消力戽消能等。底流消能、挑流消能、

29、面流消能和消力戽消能等。2 2底流消能底流消能 （1 1）特點(diǎn)及措施）特點(diǎn)及措施 工作原理工作原理 底流消能是通過水躍，將泄水建筑物泄出的急流底流消能是通過水躍，將泄水建筑物泄出的急流轉(zhuǎn)變?yōu)榫徚鳎韵嘤鄤?dòng)能的消能方式。消能主要轉(zhuǎn)變?yōu)榫徚?，以消除多余?dòng)能的消能方式。消能主要靠水躍產(chǎn)生的表面旋滾與底部主流間的強(qiáng)烈紊動(dòng)、剪靠水躍產(chǎn)生的表面旋滾與底部主流間的強(qiáng)烈紊動(dòng)、剪切和摻混作用。見教材切和摻混作用。見教材P96P96頁圖頁圖3-593-59。 【中中】公元前公元前300300年；國外在年；國外在1515世紀(jì)。世紀(jì)。17971797年，年，文德里曾論述過水躍的應(yīng)用。文德里曾論述過水躍的應(yīng)用。 優(yōu)

30、點(diǎn)：底流消能具有流態(tài)穩(wěn)定、消能效果較好、優(yōu)點(diǎn)：底流消能具有流態(tài)穩(wěn)定、消能效果較好、對(duì)地質(zhì)條件和尾水變幅適應(yīng)性強(qiáng)以及水流霧化很小，對(duì)地質(zhì)條件和尾水變幅適應(yīng)性強(qiáng)以及水流霧化很小，可適應(yīng)高、中、低水頭?？蛇m應(yīng)高、中、低水頭。 缺點(diǎn)：護(hù)坦較長，土石方開挖量和砼方量較大，缺點(diǎn)：護(hù)坦較長，土石方開挖量和砼方量較大，工程造價(jià)較高。工程造價(jià)較高。產(chǎn)生底流消能的條件產(chǎn)生底流消能的條件 在工程上，要具有一定淹沒度在工程上，要具有一定淹沒度=1.05 =1.05 1.11.1的水的水躍，此時(shí)水躍消能的可靠性大，流態(tài)穩(wěn)定。躍，此時(shí)水躍消能的可靠性大，流態(tài)穩(wěn)定。工程措施：工程措施： 在護(hù)坦末端設(shè)置消力坎，在坎前形成在護(hù)

31、坦末端設(shè)置消力坎，在坎前形成消力池；消力池； 降低護(hù)坦高程形成消力池；降低護(hù)坦高程形成消力池； 既降低護(hù)坦高程，又建造消力坎形成既降低護(hù)坦高程，又建造消力坎形成綜合消力池。綜合消力池。 消力池的長度一般為平底自由水躍長度消力池的長度一般為平底自由水躍長度的的70% 70% 80%80%。 在消力池內(nèi)設(shè)置輔助消能工，可增強(qiáng)消在消力池內(nèi)設(shè)置輔助消能工，可增強(qiáng)消能效果，縮短池長。能效果，縮短池長。 23231Hp在距離收縮斷面在距離收縮斷面Lx)2131(之后：之后：2Hp（2 2）護(hù)坦構(gòu)造）護(hù)坦構(gòu)造1 1）厚度）厚度作用荷載作用荷載a a、自重、自重 W=cW=cb b、水重（壓強(qiáng)）、水重（壓強(qiáng)）

32、 護(hù)坦始端：護(hù)坦始端：c c、揚(yáng)壓力、揚(yáng)壓力 有排水（浮托力）：有排水（浮托力）： )(2Hu 無排水或排水失效：無排水或排水失效： U U要計(jì)入慮滲流壓力。要計(jì)入慮滲流壓力。d d、平均脈動(dòng)壓強(qiáng)、平均脈動(dòng)壓強(qiáng)gAcm22收縮斷面處的平均流速，收縮斷面處的平均流速，sm/m脈動(dòng)壓力系數(shù)，脈動(dòng)壓力系數(shù)，m=0.10=0.100.050.05。 c抗浮穩(wěn)定抗浮穩(wěn)定 令令P P為護(hù)坦頂面的總靜水壓力，為護(hù)坦頂面的總靜水壓力，A A為總脈為總脈動(dòng)壓力，動(dòng)壓力，U U為總揚(yáng)壓力，為總揚(yáng)壓力，W W 為總的砼重，則為總的砼重，則PAUWK K K=1.2 =1.2 1.41.4。 帶錨筋的護(hù)坦厚度帶錨筋的

33、護(hù)坦厚度 當(dāng)當(dāng)KK2.5 2.5 5.05.0。 挑角挑角 坎頂應(yīng)高出下游水位以坎頂應(yīng)高出下游水位以1 12m2m為宜。為宜。 設(shè)計(jì)挑流消能工時(shí)，可用挑射距離設(shè)計(jì)挑流消能工時(shí)，可用挑射距離L與最與最大沖刷坑深度做為指標(biāo)，大沖刷坑深度做為指標(biāo)，一般要求一般要求（2 2）水舌挑射距離由斜拋運(yùn)動(dòng)）水舌挑射距離由斜拋運(yùn)動(dòng)tvxcos12121singttvy可得：水舌挑距可得：水舌挑距 )(2sincoscossin121221121hhggL式中式中1坎頂水面流速，坎頂水面流速，m/sm/s，約為鼻坎，約為鼻坎處平均流速處平均流速 的的1.11.1倍；倍；式中式中1h坎頂平均水深坎頂平均水深h h在

34、鉛直向的投影，在鉛直向的投影，cos1hh 2h坎頂至河床面的高差，坎頂至河床面的高差，m m。25.05.0Hqtk水墊厚度，自水面算至坑底，水墊厚度，自水面算至坑底，m m；沖坑系數(shù)，沖坑系數(shù)， =0.92=0.92。 （3 3）沖坑）沖坑深深H H 上、下游水位差，上、下游水位差，m m；kt （4 4）挑坎體形）挑坎體形 主要有：擴(kuò)散坎、連續(xù)坎、差動(dòng)坎、斜挑坎、扭主要有：擴(kuò)散坎、連續(xù)坎、差動(dòng)坎、斜挑坎、扭曲坎、高低坎、窄縫坎和分流墩等，如圖曲坎、高低坎、窄縫坎和分流墩等，如圖362362所示。所示。4 4面流消能與消力戽面流消能與消力戽 （1 1）面流消流）面流消流 利用鼻坎將主流挑至

35、水面，在主流下面形成反向利用鼻坎將主流挑至水面，在主流下面形成反向旋滾，使主流與河床隔開。主流在水面逐漸擴(kuò)散而消旋滾，使主流與河床隔開。主流在水面逐漸擴(kuò)散而消能，反向旋滾也消除一部分能量。反向旋滾流速較低能，反向旋滾也消除一部分能量。反向旋滾流速較低且沿河床流向壩趾，河床一般無需加固。且沿河床流向壩趾，河床一般無需加固。 適用于尾水較深，流量變化較小，水位變幅不大，適用于尾水較深，流量變化較小，水位變幅不大，或有排冰、漂木要求的情況?；蛴信疟?、漂木要求的情況。 我國富春江、西津、龔嘴等工程都采用這種消能我國富春江、西津、龔嘴等工程都采用這種消能型式。型式。 面流消能雖不需要作護(hù)坦，但因?yàn)楦咚偎?/p>

36、流在表面流消能雖不需要作護(hù)坦，但因?yàn)楦咚偎髟诒砻?，并伴隨著強(qiáng)烈的波動(dòng)，使下游在很長的距離內(nèi)面，并伴隨著強(qiáng)烈的波動(dòng)，使下游在很長的距離內(nèi)（有的可綿延數(shù)里）水流不夠平穩(wěn)，可能影響電站的（有的可綿延數(shù)里）水流不夠平穩(wěn)，可能影響電站的運(yùn)行和下游航運(yùn)，且易沖刷兩岸，因此也須采取一定運(yùn)行和下游航運(yùn)，且易沖刷兩岸，因此也須采取一定的防護(hù)措施。的防護(hù)措施。（2 2）消力戽）消力戽 消力戽的挑流鼻坎潛沒在水下，形不成自由水消力戽的挑流鼻坎潛沒在水下，形不成自由水舌，水流在戽內(nèi)產(chǎn)生旋滾，經(jīng)鼻坎將高速的主流挑舌，水流在戽內(nèi)產(chǎn)生旋滾，經(jīng)鼻坎將高速的主流挑至表面，其流態(tài)如至表面，其流態(tài)如圖圖365365所示（三滾一浪

37、），戽內(nèi)所示（三滾一浪），戽內(nèi)的旋滾可以消耗大量能量，因高速水股在表面，也的旋滾可以消耗大量能量，因高速水股在表面，也減輕了對(duì)河床的沖刷。減輕了對(duì)河床的沖刷。 消力戽適用于尾水較深（大于躍后水深）且變消力戽適用于尾水較深（大于躍后水深）且變幅較小，無航運(yùn)要求且下游河床和兩岸抗沖能力較幅較小，無航運(yùn)要求且下游河床和兩岸抗沖能力較強(qiáng)的情況。高速水流在表面，不需做護(hù)坦，但水面強(qiáng)的情況。高速水流在表面，不需做護(hù)坦，但水面波動(dòng)較大，其缺點(diǎn)與面流消能工相同。波動(dòng)較大，其缺點(diǎn)與面流消能工相同。圖圖3 365 65 消力戽消能消力戽消能1 1戽內(nèi)旋滾；戽內(nèi)旋滾；2 2戽后底部旋滾；戽后底部旋滾；3 3下游表面

38、旋滾；下游表面旋滾；4 4戽后涌浪戽后涌浪 5 5其他新型消能工其他新型消能工（1 1）寬尾墩）寬尾墩 將閘墩尾部逐漸拓寬的閘墩稱為寬尾墩，如圖將閘墩尾部逐漸拓寬的閘墩稱為寬尾墩，如圖367367所示。所示。 閘孔收縮比約為閘孔收縮比約為0.30.30.50.5，墩體收縮角約，墩體收縮角約2020左右。左右。點(diǎn)擊看圖點(diǎn)擊看圖（2 2）臺(tái)階式溢流壩面）臺(tái)階式溢流壩面 如圖如圖368368所示，在溢流堰面曲線下游的壩面，所示，在溢流堰面曲線下游的壩面，設(shè)置一系列的臺(tái)階，以消除下泄水流的多余能量，簡設(shè)置一系列的臺(tái)階，以消除下泄水流的多余能量，簡化下游消能設(shè)施。水流沿壩面臺(tái)階逐級(jí)摻氣、減速和化下游消能

39、設(shè)施。水流沿壩面臺(tái)階逐級(jí)摻氣、減速和消能，其消能率比常規(guī)光滑壩面高消能，其消能率比常規(guī)光滑壩面高40%40%80%80%。一般臺(tái)。一般臺(tái)階高度取階高度取1.0m1.0m左右，寬度略小于高度。左右，寬度略小于高度。 目前國外采用的單寬流量控制在目前國外采用的單寬流量控制在30m30m3 3/ /（smsm）以內(nèi)。以內(nèi)。 我國應(yīng)用寬尾墩與臺(tái)階式溢流壩面聯(lián)合消能我國應(yīng)用寬尾墩與臺(tái)階式溢流壩面聯(lián)合消能點(diǎn)擊看圖點(diǎn)擊看圖點(diǎn)擊返回點(diǎn)擊返回圖368 大朝山工程寬尾墩臺(tái)階式溢流壩面泄流狀況圖返回 福建水東電站碾壓砼重力壩福建水東電站碾壓砼重力壩,57m,57m，采用寬尾，采用寬尾墩墩RCCRCC臺(tái)階溢流壩面臺(tái)階

40、溢流壩面消力戽聯(lián)合消能，設(shè)消力戽聯(lián)合消能，設(shè)計(jì)過壩最大計(jì)過壩最大q=120 mq=120 m3 3/ /（smsm），已經(jīng)受了過壩），已經(jīng)受了過壩q=80mq=80m3 3/ /（smsm）的考驗(yàn)；云南大朝山電站碾壓砼重）的考驗(yàn)；云南大朝山電站碾壓砼重力壩，力壩，111m111m，采用寬尾墩，采用寬尾墩RCCRCC臺(tái)階溢流壩面臺(tái)階溢流壩面消力戽聯(lián)合消能，設(shè)計(jì)過壩最大消力戽聯(lián)合消能，設(shè)計(jì)過壩最大q=193mq=193m3 3/ /（smsm），已經(jīng)受了過壩），已經(jīng)受了過壩q=165mq=165m3 3/ /（smsm）的考驗(yàn)。）的考驗(yàn)。 （3 3）T T形墩形墩 墩頭平面為矩形，其后以一矩形直墻

41、支撐與消墩頭平面為矩形，其后以一矩形直墻支撐與消力池尾坎相連，整體在平面上呈力池尾坎相連，整體在平面上呈T T形，故稱形，故稱T T形墩，形墩，見下頁圖見下頁圖369369。 首先用于印度的布哈伐尼壩；首先用于印度的布哈伐尼壩； 我國澧水三江口水電站溢流壩消力池也采用我國澧水三江口水電站溢流壩消力池也采用了這種型式，消力池長度由平底消力池的了這種型式，消力池長度由平底消力池的50m50m降到降到15m15m。 圖圖3 369 69 三江口水電站溢流壩三江口水電站溢流壩T T形墩消力池（單位：形墩消力池（單位：m m）6 6多種消能工聯(lián)合消能多種消能工聯(lián)合消能 聯(lián)合消能可以是：聯(lián)合消能可以是：

42、多種泄水建筑物的聯(lián)合，包括：壩體的表孔、多種泄水建筑物的聯(lián)合，包括：壩體的表孔、中孔、底孔，岸邊溢洪道及泄洪隧洞等，而以溢流壩中孔、底孔，岸邊溢洪道及泄洪隧洞等，而以溢流壩和岸邊溢洪道為主；和岸邊溢洪道為主； 不同型式消能工的聯(lián)合，如：寬尾墩與挑流聯(lián)不同型式消能工的聯(lián)合，如：寬尾墩與挑流聯(lián)合，寬尾墩與消力池聯(lián)合，寬尾墩、臺(tái)階式溢流壩面合，寬尾墩與消力池聯(lián)合，寬尾墩、臺(tái)階式溢流壩面與消力戽聯(lián)合等。與消力戽聯(lián)合等。7 7下游折沖水流及防止措施下游折沖水流及防止措施 為改善下游流態(tài)，可采取以下措施：為改善下游流態(tài)，可采取以下措施： 在樞紐布置上，盡量使溢流壩的下泄水流與在樞紐布置上，盡量使溢流壩的下

43、泄水流與原河床主流的位置和方向一致；原河床主流的位置和方向一致； 規(guī)定閘門操作程序，使各孔閘門同時(shí)均勻開規(guī)定閘門操作程序，使各孔閘門同時(shí)均勻開啟，或?qū)ΨQ開啟；啟，或?qū)ΨQ開啟； 布置導(dǎo)流墻，使主流充分?jǐn)U散；布置導(dǎo)流墻，使主流充分?jǐn)U散； 進(jìn)行水工模型試驗(yàn)，研究下游流態(tài)及改善措進(jìn)行水工模型試驗(yàn)，研究下游流態(tài)及改善措施。施。 圖圖3 372 72 某工程溢洪壩泄水時(shí)的下游流態(tài)某工程溢洪壩泄水時(shí)的下游流態(tài) 圖圖3 373 73 壩下折沖水流壩下折沖水流三、壩身泄水孔三、壩身泄水孔 （一）作用和工作條件（一）作用和工作條件 1.1.作用作用 宣泄部分洪水宣泄部分洪水( (泄洪泄洪) )； 預(yù)泄庫水，增大水

44、庫的調(diào)蓄能力（預(yù)泄）；預(yù)泄庫水，增大水庫的調(diào)蓄能力（預(yù)泄）； 放空水庫以便檢修（放空）；放空水庫以便檢修（放空）； 排放泥沙，減少水庫淤積（排沙）；排放泥沙，減少水庫淤積（排沙）； 隨時(shí)向下游放水，滿足航運(yùn)或灌溉、生態(tài)等隨時(shí)向下游放水，滿足航運(yùn)或灌溉、生態(tài)等要求（放水）；要求（放水）； 施工導(dǎo)流。施工導(dǎo)流。 2.2.工作條件工作條件 流速高，易產(chǎn)生負(fù)壓、空蝕、振動(dòng)；流速高，易產(chǎn)生負(fù)壓、空蝕、振動(dòng)； 水頭高，壓力大，有的可達(dá)水頭高，壓力大，有的可達(dá)200002000040000kN40000kN，啟門力也相應(yīng)加大；啟門力也相應(yīng)加大； 閘門在水下，檢修較困難；閘門在水下，檢修較困難； 門體結(jié)構(gòu)、止

45、水、啟閉復(fù)雜，造價(jià)高。門體結(jié)構(gòu)、止水、啟閉復(fù)雜，造價(jià)高。 在樞紐中設(shè)置壩身泄水孔、泄洪隧洞或泄水管道，在樞紐中設(shè)置壩身泄水孔、泄洪隧洞或泄水管道，用以放空水庫是非常必要的。我國早期有些工程沒有修用以放空水庫是非常必要的。我國早期有些工程沒有修建這類泄水建筑物，給后來的運(yùn)用和檢修造成很大困難。建這類泄水建筑物，給后來的運(yùn)用和檢修造成很大困難。 例如：某土壩在地震中發(fā)生滑坡，為放空水庫修復(fù)大壩，例如：某土壩在地震中發(fā)生滑坡，為放空水庫修復(fù)大壩，增建了進(jìn)口高程與原河底相近的泄水隧洞。增建了進(jìn)口高程與原河底相近的泄水隧洞。 （二）型式及布置（二）型式及布置 1 1有壓泄水孔有壓泄水孔 工作閘門布置在出

46、口，門后為大氣，可以部工作閘門布置在出口，門后為大氣，可以部分開啟；出口高程較低，作用水頭較大，斷面尺寸分開啟；出口高程較低，作用水頭較大，斷面尺寸較小。較小。 缺點(diǎn)：閘門關(guān)閉時(shí)，孔內(nèi)承受較大的內(nèi)水壓缺點(diǎn)：閘門關(guān)閉時(shí)，孔內(nèi)承受較大的內(nèi)水壓力，對(duì)壩體應(yīng)力和防滲都不利，常需鋼板襯砌。力，對(duì)壩體應(yīng)力和防滲都不利，常需鋼板襯砌。 常在進(jìn)口處設(shè)置事故檢修閘門，平時(shí)兼用來常在進(jìn)口處設(shè)置事故檢修閘門，平時(shí)兼用來擋水。如安砂。擋水。如安砂。點(diǎn)擊看圖點(diǎn)擊看圖2 2無壓泄水孔無壓泄水孔 工作閘門布置在進(jìn)口。為了形成工作閘門布置在進(jìn)口。為了形成無壓水流，需在閘門后將斷面頂部升高。無壓水流，需在閘門后將斷面頂部升高。

47、 閘門可以部分開啟，閘門關(guān)閉后孔道內(nèi)無水。閘門可以部分開啟，閘門關(guān)閉后孔道內(nèi)無水。明流段可不用鋼鈑襯砌，施工簡便、干擾少、有利于明流段可不用鋼鈑襯砌，施工簡便、干擾少、有利于加快施工進(jìn)度；加快施工進(jìn)度； 與有壓泄水孔相比，對(duì)壩體削弱較大。與有壓泄水孔相比，對(duì)壩體削弱較大。 國內(nèi)重力壩多采用無壓泄水孔，如：三門峽、國內(nèi)重力壩多采用無壓泄水孔，如：三門峽、丹江口、劉家峽等。丹江口、劉家峽等。 點(diǎn)擊看圖點(diǎn)擊看圖返回返回返回圖圖3 375 75 無壓泄水孔（單位：無壓泄水孔（單位：m m）1 1啟閉機(jī)廊道；啟閉機(jī)廊道；2 2通氣孔通氣孔3 3雙層泄水孔雙層泄水孔 因受閘門結(jié)構(gòu)及啟閉機(jī)的限制，壩身泄水孔

48、的斷面因受閘門結(jié)構(gòu)及啟閉機(jī)的限制，壩身泄水孔的斷面面積不能太大。為了增大經(jīng)過壩體的泄流量，可將泄水面積不能太大。為了增大經(jīng)過壩體的泄流量，可將泄水孔做成雙層的，或?qū)⑿顾撞贾迷谝缌鲏味??？鬃龀呻p層的，或?qū)⑿顾撞贾迷谝缌鲏味?。采用這種布置時(shí)需要注意兩個(gè)問題：采用這種布置時(shí)需要注意兩個(gè)問題： 雙層泄水時(shí)，對(duì)下層泄水孔泄流能力的影響；雙層泄水時(shí)，對(duì)下層泄水孔泄流能力的影響； 在尾部上、下層水流交匯處容易發(fā)生空蝕。模型在尾部上、下層水流交匯處容易發(fā)生空蝕。模型試驗(yàn)和原型觀測都表明，雙層泄水孔在技術(shù)上是可行的，試驗(yàn)和原型觀測都表明，雙層泄水孔在技術(shù)上是可行的，但應(yīng)開展水工模型試驗(yàn)研究，以便對(duì)可能出現(xiàn)的

49、問題進(jìn)但應(yīng)開展水工模型試驗(yàn)研究，以便對(duì)可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行妥善處理。行妥善處理。圖圖3 376 76 雙層泄水孔（高程：雙層泄水孔（高程：m m）（三）進(jìn)口曲線（三）進(jìn)口曲線 應(yīng)滿足：應(yīng)滿足： 減小局部水頭損失，提高泄水能力；減小局部水頭損失，提高泄水能力； 控制負(fù)壓，防止空蝕。控制負(fù)壓，防止空蝕。 常采用常采用1/41/4橢圓：橢圓：1)(2222AyAx無壓泄水孔無壓泄水孔有壓泄水孔有壓泄水孔 橢圓長軸（橢圓長軸（x x軸）多與孔軸平行。軸）多與孔軸平行。有些試驗(yàn)資料表明，長軸稍向上傾斜約有些試驗(yàn)資料表明，長軸稍向上傾斜約1212左右，不但可以保證良好的壓力分左右，不但可以保證良好的壓力分布

50、，且有較大的泄水能力。布，且有較大的泄水能力。 圓形斷面，式中的圓形斷面，式中的A A為圓孔直徑，為圓孔直徑，矩形斷的頂面曲線，矩形斷的頂面曲線，A A為孔高，為孔高，1/31/41/31/4；例：三門峽，；例：三門峽，A=11m, A=11m, =3.5m, =3.5m, = 0.318 = 1/3.14= 0.318 = 1/3.14。1/41/4；0.300.30。兩側(cè)曲線，兩側(cè)曲線，A A為孔寬，為孔寬，底部邊界線可以采用圓弧。底部邊界線可以采用圓弧。（四）閘門和閘門槽（四）閘門和閘門槽1. 1. 閘門閘門 弧形閘門弧形閘門不設(shè)門槽，雖流速較高，但因邊不設(shè)門槽，雖流速較高，但因邊界平順

51、，水流流態(tài)好，抗空蝕性能強(qiáng)，啟門力較平面界平順，水流流態(tài)好，抗空蝕性能強(qiáng)，啟門力較平面閘門小，運(yùn)用方便。缺點(diǎn)是，閘門結(jié)構(gòu)復(fù)雜，整體剛閘門小，運(yùn)用方便。缺點(diǎn)是，閘門結(jié)構(gòu)復(fù)雜，整體剛度差，閘門支鉸座受力集中，啟閉室所占的空間較大。度差，閘門支鉸座受力集中，啟閉室所占的空間較大。 平面閘門平面閘門具有結(jié)構(gòu)簡單、布置緊湊、啟閉機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、布置緊湊、啟閉機(jī)可布設(shè)在壩頂?shù)葍?yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是，啟門力較大，門槽處可布設(shè)在壩頂?shù)葍?yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是，啟門力較大，門槽處邊界突變，易產(chǎn)生負(fù)壓引起空蝕。邊界突變，易產(chǎn)生負(fù)壓引起空蝕。對(duì)于尺寸較小的泄水孔，亦可以采用閥門。對(duì)于尺寸較小的泄水孔，亦可以采用閥門。2. 2. 門槽門槽

52、 矩形門槽，適用于矩形門槽，適用于v10m/sv5D(R5D(孔徑孔徑) )； 無壓孔，采用拋物線連接。無壓孔，采用拋物線連接。yx5.15一般應(yīng)通過水工模型試驗(yàn)確定曲線型式。一般應(yīng)通過水工模型試驗(yàn)確定曲線型式。平壓管：開啟檢修閘門前先在兩道閘門中間充水，平壓管：開啟檢修閘門前先在兩道閘門中間充水，這樣就可以在靜水中啟吊檢修閘門。平壓管直徑根這樣就可以在靜水中啟吊檢修閘門。平壓管直徑根據(jù)規(guī)定的充水時(shí)間決定。據(jù)規(guī)定的充水時(shí)間決定。當(dāng)充水量不大時(shí)，也可將平壓管設(shè)在閘門上，充水當(dāng)充水量不大時(shí)，也可將平壓管設(shè)在閘門上，充水時(shí)先提起門上的充水閥，待充滿后再提升閘門。時(shí)先提起門上的充水閥，待充滿后再提升閘

53、門。通氣孔：補(bǔ)氣通氣孔：補(bǔ)氣泄流、放空時(shí)；泄流、放空時(shí)； 排氣排氣沖水時(shí)。沖水時(shí)。 （八）平壓管和通氣孔（八）平壓管和通氣孔通氣孔直徑通氣孔直徑d d的確定：的確定：通氣量通氣量 AVQwa09.0通氣孔面積通氣孔面積aaVQa通氣孔直徑通氣孔直徑ad4式中式中wV 水流流速，水流流速，m/sm/s；A A閘門后泄水孔斷面面積，閘門后泄水孔斷面面積，m m2 2；aV通氣孔允許風(fēng)速，一般不超過通氣孔允許風(fēng)速，一般不超過4045m/s4045m/s； （九）泄水孔的應(yīng)力分析（九）泄水孔的應(yīng)力分析 泄水孔附近的應(yīng)力狀態(tài)比較復(fù)雜，屬于三維應(yīng)力狀泄水孔附近的應(yīng)力狀態(tài)比較復(fù)雜，屬于三維應(yīng)力狀態(tài)，可采用三

54、維有限元法或結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)進(jìn)行分析。在態(tài)，可采用三維有限元法或結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)進(jìn)行分析。在泄水孔斷面與壩段斷面之比相對(duì)較小，壩段獨(dú)立工作、泄水孔斷面與壩段斷面之比相對(duì)較小，壩段獨(dú)立工作、橫縫不傳力的情況下，可近似按彈性理論無限域中的平橫縫不傳力的情況下，可近似按彈性理論無限域中的平板計(jì)算孔口應(yīng)力。垂直泄水孔軸線切取截面，設(shè)泄水孔板計(jì)算孔口應(yīng)力。垂直泄水孔軸線切取截面，設(shè)泄水孔中心處在無泄水孔情況下垂直孔軸的應(yīng)力為，將作為均中心處在無泄水孔情況下垂直孔軸的應(yīng)力為，將作為均布荷載作用在板的上、下端，根據(jù)彈性理論公式，可以布荷載作用在板的上、下端，根據(jù)彈性理論公式，可以求得孔周附近的應(yīng)力。對(duì)有壓泄水孔，除

55、上述應(yīng)力外，求得孔周附近的應(yīng)力。對(duì)有壓泄水孔，除上述應(yīng)力外，還應(yīng)計(jì)入由于內(nèi)水壓力引起的孔周附近的應(yīng)力。還應(yīng)計(jì)入由于內(nèi)水壓力引起的孔周附近的應(yīng)力。3.11 3.11 重力壩的地基處理重力壩的地基處理 任務(wù)：任務(wù)： 防滲；提高基巖的強(qiáng)度和整體性。防滲；提高基巖的強(qiáng)度和整體性。一、壩基開挖一、壩基開挖 砼重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范砼重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范（DL51081999DL51081999）要求：）要求： H H100m100m，新鮮、微風(fēng)化或弱風(fēng)化下部基巖上；，新鮮、微風(fēng)化或弱風(fēng)化下部基巖上； H=50H=50100m100m，微風(fēng)化至弱風(fēng)化上部基巖上；，微風(fēng)化至弱風(fēng)化上部基巖上； H H50m50m，弱風(fēng)化中

56、部至上部基巖上；，弱風(fēng)化中部至上部基巖上； 兩岸岸坡較高部位的壩段其利用基巖的標(biāo)準(zhǔn)可適兩岸岸坡較高部位的壩段其利用基巖的標(biāo)準(zhǔn)可適當(dāng)放寬。當(dāng)放寬。 二、固結(jié)灌漿二、固結(jié)灌漿 目的：提高基巖的整體性和強(qiáng)度，降低地基的目的：提高基巖的整體性和強(qiáng)度，降低地基的透水性。透水性。 部位：在應(yīng)力較大的壩踵和壩趾附近，以及節(jié)部位：在應(yīng)力較大的壩踵和壩趾附近，以及節(jié)理裂隙發(fā)育和破碎帶范圍內(nèi)。理裂隙發(fā)育和破碎帶范圍內(nèi)。 孔、排距：從孔、排距：從l0l020m20m開始，采用內(nèi)插逐步加開始，采用內(nèi)插逐步加密法，最終為密法，最終為3 34m4m。 孔深：孔深：5 58m8m，帷幕上游區(qū)的孔深為，帷幕上游區(qū)的孔深為8

57、815m15m。 灌漿壓力：灌漿壓力：0.20.20.4MPa0.4MPa，有時(shí)可達(dá)，有時(shí)可達(dá)0.7MPa0.7MPa，以不掀動(dòng)巖體和蓋重砼為限。以不掀動(dòng)巖體和蓋重砼為限。 三、帷幕灌漿三、帷幕灌漿 目的：降低滲流壓力，防止產(chǎn)生機(jī)械或化學(xué)管涌，目的：降低滲流壓力，防止產(chǎn)生機(jī)械或化學(xué)管涌，減少滲流量。減少滲流量。 材料：材料： 水泥漿，常用；水泥漿，常用； 化學(xué)漿，可灌性好，抗?jié)B性強(qiáng)，但價(jià)格高，化學(xué)漿，可灌性好，抗?jié)B性強(qiáng)，但價(jià)格高，且污染地下水質(zhì)，國外已較少用。日本已禁用。且污染地下水質(zhì)，國外已較少用。日本已禁用。 程序程序: :先進(jìn)行固結(jié)灌漿，帷幕灌漿必須在澆筑一先進(jìn)行固結(jié)灌漿，帷幕灌漿必須在

58、澆筑一定厚度的壩體砼后施工。定厚度的壩體砼后施工。 灌漿壓力：以不破壞巖體為原則，應(yīng)通過試驗(yàn)確灌漿壓力：以不破壞巖體為原則，應(yīng)通過試驗(yàn)確定。表層段定。表層段（l l1.51.5）h h，孔底段，孔底段(2(23)h3)h，h h壩壩前靜水頭。前靜水頭。 帷幕設(shè)計(jì)帷幕設(shè)計(jì)1. 1. 帷幕深度帷幕深度 當(dāng)?shù)鼗鶅?nèi)的透水層厚度不大時(shí)，帷幕可當(dāng)?shù)鼗鶅?nèi)的透水層厚度不大時(shí)，帷幕可穿過透水層深入相對(duì)隔水層穿過透水層深入相對(duì)隔水層3 35m5m。 （DL51081999DL51081999）規(guī)定：相對(duì)隔水層）規(guī)定：相對(duì)隔水層的透水率的透水率q q標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)（1 Lu1 Lu0.01L/(minm)0.01L/(

59、minm)）：）： H H100m100m q=13Lu q=13Lu； H=100H=10050m 50m q=35Lu q=35Lu； H H50m q=5Lu50m q=5Lu。 抽水蓄能電站或水源短缺水庫抽水蓄能電站或水源短缺水庫q q值控值控制標(biāo)準(zhǔn)宜取小值。制標(biāo)準(zhǔn)宜取小值。 （1 1）當(dāng)隔水層不深，灌到隔水層；）當(dāng)隔水層不深，灌到隔水層； （2 2）當(dāng)隔水層很深，灌到相對(duì)隔水層）當(dāng)隔水層很深，灌到相對(duì)隔水層3 35m5m； （3 3）當(dāng)相對(duì)隔水層較深或無規(guī)則分布，）當(dāng)相對(duì)隔水層較深或無規(guī)則分布，L L（0.30.30.70.7）H H； （4 4）當(dāng)無地質(zhì)資料時(shí)，用經(jīng)驗(yàn)公式）當(dāng)無地質(zhì)

60、資料時(shí)，用經(jīng)驗(yàn)公式L LH/3+c (cH/3+c (c8-25m)8-25m)。2.2.帷幕厚度帷幕厚度 應(yīng)當(dāng)滿足抗?jié)B穩(wěn)定的要求，即帷幕應(yīng)當(dāng)滿足抗?jié)B穩(wěn)定的要求，即帷幕內(nèi)的滲流坡降不應(yīng)超過規(guī)定的容許值，即內(nèi)的滲流坡降不應(yīng)超過規(guī)定的容許值，即cJlHJ4， cJHl4； （1 1）單排孔）單排孔 ccl) 8 . 07 . 0(4 （2 2）多排孔）多排孔ccnl14)1(c c孔距；孔距；1c排距；排距；c（0.70.70.80.8）c c。表表3 315 15 防滲帷幕的容許滲流坡降防滲帷幕的容許滲流坡降3.3.孔距、排數(shù)、排距的確定孔距、排數(shù)、排距的確定（1 1）孔距）孔距 c=1.5c=