【水利課巖基上的重力壩

1、第二章 巖基上的重力壩第一節(jié) 概述一、重力壩的工作原理及特點 巖基上重力壩的基本剖面呈三角形，上游面通常是垂直的或稍傾向上游的三角形斷面。 主要依靠壩體的重量，在壩體和地基的接觸面上產(chǎn)生抗滑力來抵抗庫水的推力，以達到穩(wěn)定的要求。 重力壩典型布置參見三門峽水電站鳥瞰圖、萬家寨水電站鳥瞰圖、朱莊水庫砌石重力壩。重力壩的優(yōu)點及缺點：重力壩的優(yōu)點及缺點：優(yōu)點：1、安全可靠。但剖面尺寸較大，抵抗水的滲漏，洪水漫頂，地震或戰(zhàn)爭破壞的能力都比較強，因而失事率較低。2、對地形、地質(zhì)條件適應性強，壩體作用于地基面上的壓應力不高，所以對地質(zhì)條件的要求也較低，低壩甚至可修建在土基上。3、樞紐泄洪容易解決，便于樞紐布

2、置。4、施工方便，便于機械化施工。5、結構作用明確，應力計算和穩(wěn)定計 算比較簡單。缺點： 1、剖面尺寸大，水泥石料等用量多。 2、壩體應力較低，材料強能充分發(fā) 揮。 3、揚壓力大，對穩(wěn)定不利。 4、砼體積大，溫控要求較高。第二節(jié) 重力壩的荷載及組合 作用于得力壩的主要荷載有：自重；靜水壓力；揚壓力；動水壓力；冰壓力；泥沙壓力；浪壓力；地震力；溫度及其他荷載。一、自重 壩體自重由壩體體積和材料的容重算出。初步設計時可取砼c=24kn/m3，施工詳圖階段由現(xiàn)場砼試驗決定，當計算深層滑動時，還應考慮巖體的自重。二、靜水壓力 作用在壩面上的靜水壓力可按靜水力學原理計算，分為水平及垂直力分別進行計算。

3、水平力：p1=(1/2)rh12 p4=(1/2)rh22 垂直力：p2=(1/2)rnh12 p3=(1/2)rmh22 三、揚壓力1、壩底揚壓力，形成原因：上下游水位差；砼、巖石都是透水材料。 由于基巖節(jié)理裂隙很不規(guī)則，難以求出壩底揚壓力的準確分布，故通常加定揚壓力從壩踵到壩趾成直線變化。為揚壓力折減系數(shù)與巖體的性質(zhì)和構造，帷幕深度和厚度，灌漿的質(zhì)量，排水孔的直徑、間距、深度等有關。 規(guī)范規(guī)定：河床壩段=0.2-0.3 岸坡壩段=0.3-0.42、壩身揚壓力（見下右圖）。壩身排水管折減系數(shù)3=0.15-0.3 h1h=h1-h2h2帷幕排水rh1arhrh2浮托力揚壓力滲透力rh3帷幕排水

4、rh4h4h3hhrha3rha3rh四、動水壓力 在溢流面上作用有動水壓力，壩頂曲線和下游面直線段上的動水壓力很小，可忽略不計。只計算反弧段上的動水壓力。 計算時假定水流為勻速流，流速為v，如果忽略水重w，側面水壓力f1和f2，則可以直接由動量議程求出作用于整個反弧上的水壓力水平分量。 ph=rqv(cosa2-cosa1)/g 垂直分量：取v1v2 pv= rqv（sin1+ sin2）/g 五、冰壓力 1、靜冰壓力 2、動冰壓力六、泥沙壓力 水庫蓄水后，入庫水流挾帶泥沙，逐年淤積在壩前，對壩面產(chǎn)生泥沙壓力。 淤積高程，根據(jù)河流的挾沙量和規(guī)定的淤積年限進行估算，年限可取50-100年。 按

5、土力學公式計算，參照一般經(jīng)驗取數(shù)據(jù) pn=nhntg2(45-x/2) pn-泥沙對上游壩面壓力強度 hn-計算點以上淤沙厚度hnhnpp1p2七、浪壓力 浪壓力與風速和水庫吹程有關。中等高度以上的重力壩，浪壓力在荷載中所占比重較小，通常忽略。 重力壓上游面多為鉛直（或接近鉛直），當波浪推進到壩前。由于壩面的反射作用產(chǎn)生駐波，波高為4ll，而波長保持不變。 具體公式見書八、地震荷載 根據(jù)水工建筑物抗震設計規(guī)范地震慣性力和地震動水壓力的計算，一般采用“擬靜力法”，對高度大于150m的壩，宜進行動力分析。九、荷載組合 作用在壩上的荷載，按其性質(zhì)分為基本和特殊兩種組合。1、基本荷載：（1）壩體及設備

6、自重（2）正常蓄水位或設計洪水位時的靜水壓力（3）對應于（2）的揚壓力（4）泥沙壓力（5）相應的浪壓力（6）冰壓力（7）土壓力（8）相應于設計洪水位時的動水壓力（9）其他出現(xiàn)機會較多的荷載 2、特殊荷載（頻率低，作用時間短）（10）校核洪水位（11）相應的揚壓力（12）相應的浪壓力（13）相應的動水壓力（14）地震荷載（15）其他出現(xiàn)機會較少的荷載第三節(jié) 重力壩的穩(wěn)定分析 重力壩主要依靠自身重力維持穩(wěn)定。因此抗滑穩(wěn)定分析是設計中的重要課題。 重力壩可能沿壩基平面滑動，也可能沿地在中緩傾角斷層或軟弱夾層滑動。 按照目前的設計方法，高度h小于100m的重力壩，控制剖面尺寸常常的穩(wěn)定而不是應力。 目

7、前的計算公式大都是半徑驗性的，因為影響因素很多。ks=f(w-u)/ p b、滑動面傾向上游時： ks=f(wcos-u+psin)/ ( psin+wcos)公式評價：本公式不考慮凝聚力，偏于安全，凝聚力作為安全儲備，所以規(guī)定的安全系數(shù)較低。（二）抗剪斷公式 假定：認為砼與基巖接觸良好，直接采用接觸面上的抗剪斷參數(shù)f和c。 公式：ksf(w-u)+c”a/ p 安全系數(shù)ks,設計規(guī)范規(guī)定：不分等級 基本荷載組合：采用3.0 特殊荷載組合：（1）采用2.5；（2）采用不小于2.3。 二、深層抗滑穩(wěn)定分析 深層滑動：深層滑動：地基內(nèi)往往存在著較弱夾層或緩傾角斷層，壩體檔水后，有可能沿這些薄弱面產(chǎn)

8、生滑動，就叫做深層滑動。 目前尚無成熟的方法：（1）單斜面深層滑動的計算（2）雙斜面深層滑動（圖見下頁）三、岸坡壩段的穩(wěn)定分析 壩體在自重的作用下有沿岸坡下滑的趨勢，加上壩體上游面的水壓力，構成三維受力。rh2pu1u2w2w1軟弱面四、提高壩體抗滑穩(wěn)定性的工程措施（1）利用水重（2）將壩基開挖成傾向上游的斜面（3）在壩踵下設齒墻（4）抽水措施（5）加固地基（6）利用預應力第四節(jié) 重力壩的應力分析目的：1、為了檢驗大壩在施工期和運用期是否滿足強度要求；2、為解決設計和施工中的某些問題，如砼分區(qū)，某些部位的配筋等提供依據(jù)。應力分析的過程：1、進行荷載計算及荷載組合2、選擇合適的方法進行應力計算3

9、、檢驗大壩各部位的應力是否滿足強度要求 一、應力分析方法綜述（1）模形試驗方法（2）材料力學方法（3）彈性理論的解析方法（4）彈性理論的差分方法（5）彈性理論的有限單元法二、材料力學方法（一）基本假定（一）基本假定1、壩體砼為均質(zhì)，連續(xù)各向同性的彈性材料。2、取單寬壩體作為固結在地基上的懸臂梁計算，且不受兩側壩體的影響。3、水平斷面上的垂直正應力y是直線分布。（二）邊緣應力的計算（二）邊緣應力的計算1、水平截面上的正應力yu、yd。2、剪應力u和d。壩體應力計算圖p1p2w2w1o(形心)b/2b/2uw3p3h2h1 y x3、水平正應力xu和xd。4、主應力1u，2u和1d，2d。（三）內(nèi)

10、部應力的計算（三）內(nèi)部應力的計算1、壩內(nèi)水平截面上的正應力y假定和y在水平截面上直線分布。2、壩體內(nèi)剪應力。3、壩內(nèi)水平正應力x。4、壩內(nèi)主應力1和2。5、考慮揚壓力時的計算方法。 （四）強度指標（四）強度指標 用材料力學分析壩體應力時，重力壩設計規(guī)范規(guī)定的強度指標。1、壩基面的y應符合下列要求（1）運用期：在各種荷載組合下（地震荷載除外）（2）施工期2、壩體應力要求（1）運用期（2）施工期三、各種因素對壩體應力的影響 壩體應力的實際分布情況比較復雜，受很多因素影響。 1、地基變形模量對壩體應力的影響（如圖） 101硬-100 220er基巖ec壩體庫滿10435軟壩踵 ec/er壩踵y 壩趾

11、 壩趾y 2、地基變形彈模對壩體應力的影響 3、壩體異彈模對壩體應力的影響 4、縱縫對壩體應力的影響 5、分期施工對壩體應力的影響(見下圖) 6、壩踵斷裂對壩體應力的影響 初期蓄水p1w1u1初期斷面p2二期斷面w2u2123y1y2初期應力y1y3y2二期應力二期應力y1y2y3第六節(jié) 重力壩的剖面及優(yōu)化設計一、設計原則1、滿足穩(wěn)定和強度要求2、工程量少3、便于施工4、運用方便二、基本剖面 因為作用于上游面的水壓力呈三角形分布,所以重力壩面是三角形。 當a90時，即上游面為倒坡。庫空時，三角形重心可能超過底邊三分點在下游面產(chǎn)生拉應力，而且倒坡不便施工。 當a70m的高壩，必須建在新鮮、微風化

12、或弱風化的巖石上。 3070m的中壩，必須建在微風化或弱風化的巖石上。同一工程中，兩岸較高部位的壩段，可比河床段適當放寬。 二壩基的固結灌漿目的：提高基巖的強度和整體性，降低地基的透水性。固結灌漿設計內(nèi)容：決定灌漿范圍：高壩或巖基裂隙發(fā)育，全壩基灌漿；一般情況下在壩踵壩趾處灌漿（為什么？）。灌漿孔的深度：一般58m；帷幕上游區(qū)815m灌漿孔的間距：孔距、排距 36m灌漿孔的排列形式：平面上作梅花形或方格形。 灌漿孔的鉆孔方向：與主要裂隙面正交。灌漿的壓力：在不擾動基巖的前提下盡量大。無混凝土蓋重時為0.20.4mpa有混凝土蓋重時為0.40.7mpa三帷幕灌漿目的：降低滲水壓力，防止壩基內(nèi)產(chǎn)生

13、機械或化學管涌，減小壩基滲透水量。灌漿材料：水泥漿、化學灌漿 四壩基排水目的：進一步降低壩底面的滲透壓力。設置：1.設于防滲帷幕后 2.有時設有壩基面排水。五斷層、軟弱夾層和溶洞的處理第九節(jié) 重力壩的材料及構造一混凝土水工混凝土除要求有足夠的強度以外，還有有一定的抗?jié)B性、抗侵蝕性、抗凍性、抗磨性和低熱性等。（一）混凝土的強度指標按抗壓強度，水工混凝土分為75、100、150、200、250、300及400等標號，75#混凝土只能用在某些不重要的、應力很小的部位，僅作回填及壓重用。 壩體混凝土的抗壓齡期一般可取為90天，最多不超過180天。壩體混凝土的抗拉齡期一般可取為28天，一般不采用后期強度

14、。（二）混凝土的耐久性包括抗?jié)B?？箖?，抗磨和抗侵蝕等。（見教材略）二、壩體混凝土分區(qū)（圖見下頁）原因：壩體各部分工作條件不同，為了節(jié)約和合理使用水泥，通常將壩體按不同部位和不同工作條件分區(qū)，采用不同標號。最高最低 為了便于施工，應盡量減少標號的類別，相鄰區(qū)的強度標號不宜超過兩極，免引起應力集中或產(chǎn)生溫度裂縫。分區(qū)的厚度一般不得小于2-3米，以便澆筑。壩體對各區(qū)混凝土性能的要求（表層2-13）p64三、橫縫橫縫垂直壩軸線，將壩體分成若干壩段。重力壩橫縫作用：1）減小溫度應力，2）適應地基不均勻變形，3）滿足施工要求（如混凝土澆筑能力及溫度控制）間距：12-20米，也有達20米 （一） 永久性橫縫

15、 常做成平面，不設鍵槽，不進行灌漿，各壩段獨立工作?，F(xiàn)在常是溫度縫、沉降縫合二為一，故留成-2cm寬的縫。橫縫內(nèi)需設止水。止水材料：紫銅片，橡膠、塑料及瀝青等。對于高壩應采兩道止水，中間設瀝青井，中低壩適當簡化。止水片及瀝青井需伸入巖基一定深度，約30-50cm，井內(nèi)填滿瀝青沙，止水井延伸到最高水位以上，瀝青井需延伸到壩頂。沿溢流面，壩體下游最高水位以下和穿越橫縫的廊道和孔洞周邊均需設止水井。 （二） 臨時性橫縫 主要用于下述情況:（1）河谷狹窄，做成整體重力壩可適當發(fā)揮兩岸的支撐作用，有利于壩體的強度和穩(wěn)定。（2）岸坡較陡的各壩段連成整體可以改善岸坡的穩(wěn)定性。（3在軟弱破碎帶上的各壩體，連成

16、整體增加壩體剛度。（4）強地震區(qū)，如壩段連成整體，可提高壩體的抗震性能。 臨時橫縫的縫面鍵槽和灌漿系統(tǒng): 為增加縫面的水平向抗剪能力時,鍵槽豎向布置。 為增加縫面的鉛直向抗剪能力時,鍵槽水平向布置。 臨時豎縫灌漿高度視壩高和傳力的需要而定，可全部灌，也可局部灌。 （三） 壩體與基巖面的連接意義：連接必須緊密，以免發(fā)生滲漏，影 響壩體穩(wěn)定。作法：基巖橫向坡（對岸方向）緩于1:2時，壩體澆筑后利用帷幕灌漿對接觸灌漿封實；當橫向坡陡于1:2時，設接觸面止水，在基巖中挖槽嵌入止水片；當橫向坡陡于1:1時，按臨時橫縫處理，在接觸面上布設灌漿系統(tǒng)，沿周圍嵌入止水片，待混凝土冷卻后進行接縫灌漿。 四、縱縫

17、平行于壩軸線方向設的縫。 目的：適應混凝土的澆筑能力和減小施工期的溫度應力。 縱縫是臨時縫，待壩體降到穩(wěn)定溫度后 進行接縫灌漿。 縱縫布置形式：鉛直、錯縫、斜縫。 不設縱縫通倉澆注（一）鉛直縱縫 間距1530m。為了使縫面更好地傳力， 設三角形鍵槽。槽面大致順主應力方向。 為保證壩面的整體性，鉛縫面布設灌漿系統(tǒng)。待壩體溫度冷卻到穩(wěn)定溫度，壩塊收縮，縫的張開度達到0.5mm以上時進行灌漿，縫四周設止水片。 灌漿壓力太高會使壩塊底部產(chǎn)生過大的拉應力，使壩體破壞。太低又不能保證灌漿質(zhì)量。一般進漿管壓力0.350.45mpa(0.350.45kg/cm2)，出漿管壓力0.20.25mpa 縱縫兩側的壩

18、塊可以單獨上升，丹高差不宜太大。若高差太大，后澆混凝土的溫度和干縮變形，造成灌漿面的擠壓和剪切，影響縱縫灌漿，反過來對后澆混凝土塊鍵槽出現(xiàn)剪切裂縫。 （二）錯縫 縫面不作灌漿處理。澆注塊高度在基巖附近1.52m，在壩體上部不大于34m，錯縫間距1015m，縫的錯距不超過澆注塊的一半。錯縫施工簡便，在低壩上使用。 （三）斜縫 可大段沿主應力方向設置，因縫面剪應力很小，可以不灌漿。斜縫須在離上游面一定距離處終止。為防止斜縫在終止處向上貫穿，須采用并縫措施：布設并縫鋼筋、設并縫廊道等。施工最好使上下塊均勻上升。施工復雜，較少采用。 （四）通倉澆筑 施工簡便，有利于加快施工進度。壩的整體性好，是發(fā)展的

19、方向。但是要注意溫控。五、施工縫（水平工作縫） 澆注塊厚度一般為1.54.0m。在基巖表面用0.751.0m的薄層澆注，以利散熱、防止開裂。上下澆注塊之間常間歇37天。新混凝土澆注前，須清除縫面渣、灰塵和水泥乳膜，用風水槍或壓力水沖洗，使表面成為干凈麻面。再均勻鋪一層23cm的水泥沙漿，然后澆注。 六、壩體排水 為減小滲水對壩體的不利影響，在靠近上游面處布設排水管。距上游面要求小于壩前水深的1/101/12，使?jié)B透坡降在允許范圍內(nèi)。管距23m。管徑1525cm，太小易堵塞。 排水管與廊道連接多采用直通式，且多在上游側（使廊道干燥）。七、廊道系統(tǒng) 為滿足施工和適用要求（如灌漿、排水、觀測、檢查、

20、交通的需要），須在壩體內(nèi)設置各種廊道。這些廊道相互連通，構成廊道系統(tǒng)。 （一）基礎灌漿廊道 設在壩踵部位。利用混凝土壓重、提高灌漿壓力、保證灌漿質(zhì)量。 一般采用城門洞形。斷面尺寸應滿足灌漿作業(yè)的要求。一般底寬2.53.0m，高3.04.0m，距上游面可取0.050.1 倍水頭，且布小于45m（滲透坡降問題）。廊道底面距基巖布小于1.5倍廊道寬度。廊道上游側設排水溝，下游側設排水孔及揚壓力觀測孔。 灌漿廊道沿地形向兩岸逐漸升高。坡度不宜大于4045度，以便鉆孔、灌漿操作和搬運灌漿設備。 （二）檢查和壩體排水廊道 常在靠近壩體上游面沿高度方向隔1520m設檢查廊道，最小寬度為1.2m，最小高度為2

21、.2m距上游面布小于0.050.07倍水頭，且布小于3m（寒冷地區(qū)適當加厚）。上游側設排水溝。 （三）廊道應力計算和配筋 大孔口應力分析比較復雜，須采用有限元法電算求解，或用結構試算求應力。 小孔口時，用彈性力學中平面問題（無限平板中孔口的應力計算）求解。第十節(jié) 溢流重力壩 一、工作特點： 既擋水又泄水。除滿足穩(wěn)定和強度外，還須滿足泄洪要求： 1.滿足泄洪要求。 2.水流平順流過壩體。布產(chǎn)生不利的負壓 和振動，避免發(fā)生空蝕現(xiàn)象。 3.保證不產(chǎn)生危及壩體安全的沖刷。 4.不影響樞紐中其他建筑物的正常運行。 5.有靈活控制水流下泄的機械設備。如閘門、啟閉機等。 二、孔口設計 涉及因素很多：洪水設計

22、標準、下游防洪要求、庫水位雍高有無限制、是否利用洪水預報、過水方式以及樞紐地形、地質(zhì)條件等。 設計步驟：選定泄水方式，擬定若干種泄水布置方案。初步確定空口高程、尺寸，按工程等級相應的洪水設計標準進行洪水調(diào)節(jié)演算。求出各方案的防洪庫容，設計和校核洪水位及相應的下泄洪量等。然后估算淹沒損失和樞紐造價，進行技術經(jīng)濟比較，選出最優(yōu)方案。 （一）洪水標準 洪水標準，包括洪峰流量和洪水總量。是確定孔口尺寸進行凋洪演算的重要依據(jù)。選用標準見p70表214。 （二）孔口型式 1、壩頂溢流式優(yōu)點：閘門承受的水頭較小，孔口尺寸可以較大。閘門全開時，下泄流量與堰頂水頭h03/2成正比，超泄能力強。閘門在頂部，操作方

23、便，易于維修，安全可靠。能排水及其他漂浮物。 堰頭設閘門大中型調(diào)節(jié)庫水位和下泄流量 堰頭不設閘門小型結構簡單，管理方便2、大孔口溢流式：上部設胸墻，降低堰頂高程。 胸墻：固接胸墻，活動胸墻優(yōu)點：可根據(jù)洪水預報提前放水，提高了調(diào)洪能力。 2.2.孔口尺寸孔口尺寸裝設閘門的溢流壩,常用閘門將溢流壩段分割成若干個等寬的溢流孔口.確定孔口尺寸時應考慮的因素:1滿足泄洪要求2孔口寬度越大,閘門尺寸越大,啟門力越大,啟門和啟閉機的構造就較復雜.3孔口高度越大,q大,溢流壩段越短;孔口寬度越小,孔數(shù)多、閘門多，溢流段總長也相應加大。4. q大，消能困難，為了對稱均衡開啟閘門，以控制下游河床流態(tài)，孔口數(shù)目最好

24、采用奇數(shù)。（四）閘門和啟閉機閘門分為：工作、檢修。工作門：平面門和弧形門。檢修門：平面門、疊梁門。平面門優(yōu)點：結構簡單、閘門受力條件較好，閘門較短，多孔口共用一臺活動門機。缺點：啟閉力較大，閘墩較厚?；￠T優(yōu)點：啟閉力小、閘墩薄、無門槽水流平順缺點：閘墩較長，受力條件差?；⌒伍T用固定式啟閉機。平面門：活動門機（工作、檢修平門共用）（五）閘門和工作橋 閘門的斷面形狀應使水流平順。 上游端常采用：橢圓形，半圓形或流線 型。 上游端：采用：收縮成流線形 現(xiàn)有：方形 寬尾墩（六）橫縫的布置 墩中分縫：墩厚、工作可靠、不均勻沉降不影響啟閉 孔中分縫：墩薄，受地基不均勻沉降影響啟閉，水流過橫縫，局部不平順。

25、 三溢流壩設計中有關高速水流的幾個問題（一） 空化和空蝕。 1基本概念：空化（空穴化）：由于邊界突變造成水流和壁面分離等各種原因，在邊界處產(chǎn)生負壓使水流中某一點的壓力降低到水的蒸汽壓力時，水流內(nèi)部開始出現(xiàn)蒸汽空泡，稱為“空穴”即“空化”。 空蝕：當空化水流運動到壓力較高處，由于汽泡的潰破，伴隨著聲響和巨大的沖擊作用，當這種作用力超過結構表面材料顆粒的內(nèi)聚力時，便產(chǎn)生剝離狀的破壞，這種現(xiàn)象稱為“空蝕”。防蝕、抗腐的措施：控制過水表面的不平整度。摻氣減蝕,:當流速超過36m/s時,即使采取表面平整度處理,仍可能產(chǎn)生空蝕,故應考慮其它安全措施。采用抗蝕抗磨性強的材料。（二）摻氣 水自由表面產(chǎn)生摻氣現(xiàn)

26、象使水深增大。在確定溢流壩邊墻高度時，應予考慮 。（三）脈動 紊動水流均產(chǎn)生摻氣邊界條急劇變化處尤為嚴重，脈動對建筑物的影響。1引起結構振動甚至共振。2加大壓強可達40%。 可能大負壓，從而增大了空蝕的可能性。 （四） 沖擊波 在高速水流邊界發(fā)生變化處：斷面擴大、收縮、轉彎等，將產(chǎn)生沖擊波。四溢流面曲線及剖面設計 （一）溢流曲線： 組成：有較高的流量系數(shù)； 水流平順，不產(chǎn)生空蝕。 溢流面常用曲線：wes曲線； 克一奧曲線。 （二）剖面設計五消能工的設計原則及型式1設計原則： 盡量使下泄水流的動能消耗于水流內(nèi)部的紊動中，以及水流與空氣的摩擦上。 不產(chǎn)生危及壩體安全的河床或岸坡的局部沖刷。 下泄水

27、流平穩(wěn)，不影響其他建筑物的運行。 結構簡單，工作可靠。 工程量小，經(jīng)濟。2消能工的型式：底流式、排流式、面流、消力肩。 3選擇消能工的依據(jù)：地形、地質(zhì)、樞紐布置、水頭、流量、下游水深及其變幅等進行技術經(jīng)濟比較。重要工程應作模型試驗。 六底流消能（一） 水流條件及消能措施。 在壩趾下游設消力池，消力坎等。底流消能工作可靠，但是工程量大。 下泄不同流量產(chǎn)生的躍后水深h”與下游實際水深t的關系，有以下五種情況： qh”和qt重合。 表明任何情況下均產(chǎn)生臨界水躍，無須修消力池，只須在水躍范圍內(nèi)修護坦即可。 這是最理想情況，實際很少見。 hchth tqh-qt-qt-qh th-qqt-qh th-q

28、qt-qh th-qqqqkqqkh tt-qq 何情況他th”,均產(chǎn)生淹沒水躍。淹沒度大時，產(chǎn)生高速潛流，水躍長度加大。消能采用消力戽或斜坡式（逆坡式）護坦，（計算方法不成熟） 小q時，qqk時tqk時，th”,下游水深大，產(chǎn)生淹沒水躍。這時采用斜坡式護坦與消力池相結合得方式（并稱消力護）。 與相反。也用消力戽消能，消力池按最大流量設計。（一）護坦結構 護坦的作用：保護河床不受高速水流的沖刷。 長度：底流式消能延伸致水躍末端，其他型式，也需在壩趾下游設置護坦。 厚度：滿足穩(wěn)定要求。上游厚，下游?。魉傩?，壓力大）。 為防止護坦受基巖約束產(chǎn)生溫度裂縫、在護坦內(nèi)設置溫度伸縮縫，順河向的縫與閘墩中

29、心線對應，橫向的縫間距1015m，護坦底下設排水系統(tǒng)（降低揚壓力），護坦末端做成齒墻以防水流淘刷。 材料：采用抗蝕耐磨砼。 七、挑流消能（適用于基巖比較堅固的高、中壩） 消能特點：將下游高速水流拋向空中，使水流擴散、摻氣，然后跌入下游河床水墊中，發(fā)生旋滾和摩擦，以消耗能量，本消能方式優(yōu)點：簡單、經(jīng)濟、工期短；缺點：尾水活動比較大，霧化大，影響電站工作。 設計內(nèi)容：鼻坎型式、反弧半徑、鼻坎高 程、挑射角度。 （一）連續(xù)式鼻坎 主要優(yōu)點是：構造簡單，射程遠，水流平順，很少產(chǎn)生空蝕。 鼻坎挑射角一般=2025，深水河槽=1520。 (在45以內(nèi)，角度愈大，挑射距離愈遠，但入水角度也大，沖刷坑也愈深)

30、，要求2.55.0 反弧半徑r=（810）h，h鼻坎上水深。r大小，水流轉向不平順；過大時，鼻坎向下游延伸太長，增大工程量。 鼻坎高程：一般高出下游最高水位12m，現(xiàn)有低鼻坎挑流低于下游最高水位，如浸窩。 挑距及沖坑計算公式見p83（2-104），（2-105）。 （二）差動式挑流鼻坎 優(yōu)點：使挑射水舌擴散，分成兩段，相互撞擊、加大摻氣量，加大空中耗能，減小入水的單位面積上的能量，減小沖刷，下游波動也小些。 型式：矩形和梯形齒坎（見p84圖）； 缺點：矩形側壁易產(chǎn)生較大負壓；梯形施工復雜。 八、面流式消能 適用于中小型工程，水頭低，下游水深大且變幅小。 消能特點:利用鼻坎將主流挑至水面，在鼻坎

31、附近表面主流與河床之間形成逆向旋滾。使高速水流與河床隔開，避免對壩趾附近河床的沖刷，主流在水面逐漸擴散消能，反向旋滾也可消除一部分能量。 優(yōu)點:面流消能不需設護坦和其他加固措施。 缺點:高速水流在表面、伴有強烈的波浪、綿延數(shù)里，影響電站運行及下游通航，易沖刷兩岸。 九、消力戽 適用：尾水深、變幅小、無航運要求，下游河岸有一定抗沖能力。 特點：消力戽是以模型試驗為基礎研究成功的一種消能方式。它是利用一個較大的反弧半徑和挑角形成的戽斗、在一定尾水深度的作用下，使從溢流壩下游的高速水流在戽斗內(nèi)產(chǎn)生激烈的表面旋滾，并使出戽的高速水股在底部及尾水中均產(chǎn)生旋滾，以達到較好的消能效果。30年首先在美國大苦力

32、壩中采用，我國安康采用。 優(yōu)點：工程量較消力池小，沖刷坑比挑流式淺，不存在霧化問題； 缺點：下游水面波動大，易沖刷岸坡，不利航運，戽面磨損率高，增大了維修費用。 十、下游折沖水流及其防止 發(fā)生原因：開啟部分泄水孔，下游水流不能迅速在平面上擴散，在主流兩側容易形成回流，主流受到壓縮，使水流單寬流量增加，流速在長距離內(nèi)不能降低，引起河床沖刷。如兩側回流強度不同，水位不同，還可將主流壓向一側，形成折沖水流。 危害：（詳見下頁）危害：1、沖刷河床和河岸；2、影響航運；3、電站尾水形成回流，抬高尾水，損失電能（落差減?。?，采取防止措施： 布置上，盡量使溢流壩下游水流與原河床主流位置方向一致； 運用管理，

33、閘門均可開啟，或對稱開啟； 布置導流墻。 第十一節(jié) 重力壩深式泄水孔一、作用及工作條件 進口高程常接近死水位或靠近河床。 作用：預泄庫水，增大水庫的調(diào)蓄能力； 放空水庫，以便檢修； 排放淤泥，減少淤積； 隨時放水，以滿足航運和灌溉的要求； 施工導流。工作條件：孔內(nèi)水流流速高，易產(chǎn)生負壓，空蝕和振動； 閘門在水下，承受的壓力大，檢修困難。二、型式及布置按水流條件分：有壓的、無壓的；按高程分：中孔、底孔；按布置層數(shù)分：單層、多層。 1、有壓泄水孔工作閘門布置在出口，可以部分開啟，出口低，利用的水頭大，斷面尺寸較小。缺點：閘門關閉時，孔內(nèi)承受較大的內(nèi)水壓力對壩體應力和防滲都不利，常需鋼板襯砌。為此進

34、口處設置事故檢修閘門、平常用來擋水。2、無壓泄水孔工作閘門布置在進口，為形成無壓水流，需在閘門后將斷面頂部升高。（工作閘門前仍為有壓段） 優(yōu)點：閘門可以部分開啟，明流段不用鋼板襯砌，施工簡便，干擾少，有利于加快速度進度。缺點：斷面尺寸較大，削弱壩體。國內(nèi)重力壩多采用無壓泄水孔。3、雙層泄水孔受閘門結構及啟閉機的限制，深式泄水孔的斷面面積不能太大，為了增大泄流量，可將泄水孔做成雙層的（或將泄水孔布置在溢流壩段）。 注意的問題：雙層泄水時對下層泄水孔泄流能力的影響；在尾部上、下層水流交匯處可能產(chǎn)生空蝕。深式泄水孔：水流流速高，邊界條件復雜，應十分重視體形設計，如進口曲線，閘門槽的型式，漸變段、豎向

35、連接等，并注意施工質(zhì)量。 三、進口曲線應滿足：減少局部損失，提高泄水能力 控制負壓，防止空蝕。進口曲線：頂部、兩側常用四分之一橢圓，底部常用園弧。橢圓方程：x2/a2+y2/(aa)2=1 斷面：矩形：頂面曲線，a為孔高，為1/31/4 兩側曲線，a為孔高，=1/4 園孔： a為直徑，=0.30 進口段的孔口中心線，一般布置成水平的。 四、閘門和閘門槽深孔常用的閘門也是平面和弧形閘門。平面閘門槽是最易產(chǎn)生負壓和空蝕的地方。為減免門槽空蝕，試驗結果表明，矩形收縮型門槽較好。圖2-94（b）、（c） （9.90） 五、管身有壓泄水孔一 般采用圓形斷面，圓形過水能力較大，管周應力條件也好，為防滲和滿

36、足應力要求：管周需布設鋼筋，有時采用鋼板襯砌。無壓泄水孔的明流段,通常采用矩形泄槽,洞頂應留有足夠的空間,以滿足摻氣和通氣的要求,以保證形成穩(wěn)定的無壓流。為了減小出口的單寬流量，有利于下游消能，在管道轉入明流段后，兩側在平面上可以適當擴散。 六、漸變段 泄水孔進口一般都做成矩形，以便布置進口曲線和閘門，而重力壩有壓泄水孔斷面常采用圓形，所以在進口閘門后需設漸變段，以便水流平順過渡。 當主要閘門（由園變方）布置在出口時，出口斷面必須做成矩形，七、豎向連接 有壓：園弧連接，r5倍孔徑。 無壓：采用拋物線連接。 八、平壓管、通氣孔 設平面管位置:在檢修門和工作門之間（與水庫連通）； 目的:可使檢修門在靜力中啟門,減小啟 門力； 通氣孔位置:檢修門與工作門之間,作用:排氣,補氣； 工作門后,作用:補氣。 工作門后通氣孔尺寸的設計,參見p92公式（2-108）。 （三）孔口尺寸 堰流孔口的總寬度決定于總泄量和單寬流量（q）。 1單寬流量q的確定。 通過調(diào)洪演算，可得出樞紐的總下泄流量q總。 溢流孔口下泄量為：q溢=q總-aq0 q0電站和泄水孔下泄得流量 a系數(shù)，正常取0.750.9 ， 校核取 1.0 三門峽水電站鳥瞰圖三門峽水電站鳥瞰圖 萬家寨水電站鳥瞰圖萬家寨水電站鳥瞰圖 朱莊水庫砌石重力壩朱莊水庫砌石重力