混凝土溢流壩和壩身泄水孔

1、.第五章 混凝土溢流壩和壩身泄水孔第一節(jié) 概述壩身設(shè)有溢流面、底孔、中孔的重力壩稱為泄水重力壩。它既是泄水建筑物，又是擋水建筑物。因此它除了應(yīng)滿足擋水建筑物的穩(wěn)定強度要求外，還應(yīng)滿足水流條件、解決好下泄水流對建筑物可能產(chǎn)生的空蝕、振動以及對下游的沖刷。一、泄水重力壩的泄水方式1、壩頂溢流式從壩頂過水，閘門承受水頭較小，孔口尺寸可以較大；閘門全開時，下泄流量與水頭的二分之三次方成正比閘門啟閉方便，易于檢查修理；可以排冰及其他漂浮物，但不能預(yù)泄；2、大孔口溢流式為滿足預(yù)泄要求將堰頂高程降低；利用胸墻擋水減小閘門高度；低水位時胸墻不影響泄流，和堰頂泄流相同；胸墻可以做成活動式的，當遇特大洪水時，可將

2、胸墻吊起來；庫水位較低時，不能供水和放空檢修；3、深式泄水孔按孔內(nèi)流態(tài)可分為有壓泄水孔和無壓泄水孔流量與水頭的二分之一次方成比例，超泄能力小；閘門承受水頭高，操作、檢修都比較復(fù)雜；可向下游供水、預(yù)泄、放空、排沙和施工導(dǎo)流；以上三種方式各有特色，應(yīng)結(jié)合具體情況比較選擇，一般可配合使用，但為簡化結(jié)構(gòu)、便于施工和運用，類型不宜過多.第二節(jié) 混凝土溢流壩溢流壩基本剖面的確定原則與非溢流壩完全相同，為滿足泄水的要求，其實用剖面將壩體下游斜面修改成溢流面。溢流面形狀應(yīng)具有較大的流量系數(shù)，泄流暢，壩面不發(fā)生空蝕。一、溢流重力壩的剖面設(shè)計1、溢流面1°溢流面頂部曲線視堰頂是否允許出現(xiàn)真空，有真空堰和

3、非真空堰兩種堰型，非真空堰曲線稍稍切入相應(yīng)于薄壁堰的溢流水舌，使其在設(shè)計條件下壩面不致發(fā)生真空；真空堰較非真空堰瘦，堰面與自由水舌脫開，工程中常用的非真空堰有克奧曲線和冪曲線(WES), 如圖5.1所示。圖5.1 溢流壩面        圖5.2 WES型堰面曲線要求：堰面壓力分布合理，無負壓；      泄流能力大；定型設(shè)計水頭Hd   (圖5.3)  當H(運)Hd時，出現(xiàn)負壓，Q，負壓需控制；當H(運)Hd時，出現(xiàn)正壓，Q.圖5.3 孔口射流曲線2&

4、#176;直線段    直線段的坡度取用非溢流壩下游坡度，并作調(diào)整，使其與非溢流壩在同一平面，上部與溢流曲線相切，下部與反弧段相切。3°反弧段結(jié)構(gòu)尺寸： 鼻坎高程          挑角          反弧半徑R          l/h0.5時不分開, l/h0.5時分開2、溢流壩的

5、孔口尺寸1°己知設(shè)計洪水位和允許下泄流量: 先定qLH。堰頂高程2°未知設(shè)計洪水位和允許下泄流量影響因素： 設(shè)計洪水標準；                   下游防洪要求；                 

6、地形地質(zhì)條件(單寬流量)                   總泄量    a、確定單寬流量b、孔口尺寸溢流重力壩的實用剖面也是由三角形基本剖面修改而成。在溢流面曲線段、直線段和反弧段根據(jù)水力學(xué)條件確定后，可用基本剖面與溢流面曲線相擬合，形成如下幾種可能的實用面， 溢流壩的使用剖面見圖5.4.圖5.4 溢流壩的實用剖面3、溢流壩頂部結(jié)構(gòu)布置包括閘門、啟閉機、閘墩、工作橋、公路橋

7、等.4、溢流重力壩的穩(wěn)定及強度計算(方法同非溢流重力壩) 第三節(jié) 壩身泄水孔可設(shè)在溢流壩段或非溢流壩段，主要組成進口段、閘門段、孔身段、出口段和下游消能設(shè)施等1、大孔口的布置為滿足預(yù)泄洪水、減小閘門高度的要求，在壩頂可布設(shè)帶胸墻的大孔口泄水建筑物.大孔口泄流視水頭與孔口高度情況分為三種：     1°Hmax/D1.5     堰頂按孔口射流曲線設(shè)計     2°Hmax/D1.2     堰流  

8、;   3°1.2 Hmax/D1.5 通過試驗確定曲線型式，最大負壓不超過36m水柱高2、深式泄水孔的型式及布置     1°深式泄水孔易產(chǎn)生的問題孔內(nèi)流速高，易產(chǎn)生負壓、空蝕、振動；    閘門在水下，承受壓力大，檢修困難，啟門力也相應(yīng)加大；    門體結(jié)構(gòu)、止水和啟閉都較復(fù)雜；   2°深式泄水孔的型式按水流條件分   有壓：優(yōu)點：工作閘門布置在出口，門后為大氣，可部分開啟, 出口高程低，利用水頭大，

9、Q大可使斷面尺寸較??；   缺點：閘門關(guān)閉時，孔內(nèi)承受較大的內(nèi)水壓力，對壩體的應(yīng)力和防滲不利，常需鋼板襯砌；無壓：優(yōu)點：工作閘門在進口，可以部分開啟，關(guān)閉后孔道內(nèi)無水，明流段可不用鋼板襯砌，施工簡便，干擾少，有利于加快進度； 缺點：斷面尺寸大，削弱壩體；按所處高程分：中孔-位于壩高1/32/3范圍內(nèi)底孔-位于壩高底部1/3圍內(nèi)按布置的層數(shù)分：單層、多層(雙層).3°深式泄水孔的布置        A、進口曲線      

10、60;        要求：a、水頭損失小，泄水能力大；b、控制負壓，防止空蝕；            進口曲線：(橢圓方程)                   常采用1/4橢圓，長軸與孔軸平行   

11、0;               對圓形孔:  A=直徑 =0.30，                    孔口兩側(cè):  A=孔寬 =1/4        &

12、#160;                                               對矩形孔: A=孔高 =1/31/4 

13、;   B、管身           有壓：用圓形，過水能力強，周邊應(yīng)力較好；           無壓：用矩形，留足夠的凈空頂部距水面矩離取最大流量不摻氣水深的3050 . C、漸變段    由方圓(進口段用), 由圓方(出口段用) , 見圖5.5.圖5.5 有壓泄水孔出口漸變段因施工較復(fù)雜，不宜太長，為滿足水流平順要求又不宜太短，故常

14、取 L=(1.52.0)D   D、豎向連接由緩變陡時，用拋物線. 由陡變緩時，用反弧.E、平壓管和通氣孔        第四節(jié) 消能與防沖通過壩體的下泄水流具有很大的能量，當水位差為40m時，單寬流量q=50秒立方米，一米寬河床內(nèi)的水流動能可達24000匹馬力，如此巨大的能量主要消耗于兩個方面：      1、水流的內(nèi)部損耗，如摩擦、沖擊、紊動、漩渦；      2、水流與固體邊界作用，如摩擦、沖刷等；當

15、沖刷擴展到壩基時，就會危及壩體安全；消能設(shè)計原則：1°盡量增加水流的內(nèi)部紊動, 2°限制水流對河床的沖刷范圍消能方式：(底流消能、挑流消能、面流消能、消力戽消能)1、底流消能    1°工作原理在壩趾下游設(shè)消力池、消力坎等，促使水流在限定范圍內(nèi)產(chǎn)生水躍，通過水流的內(nèi)部摩擦、摻氣和撞擊消耗能量。見圖5.62°產(chǎn)生底流消能的條件3°巖基上護坦的構(gòu)造要求：護坦厚度應(yīng)滿足穩(wěn)定要求，在揚壓力和脈動壓力作用下不浮起。 荷載： 水重集度       

16、     平均脈動壓強            動水壓力   (比較復(fù)雜，由試驗確定)            揚壓力強度(設(shè)排水時，僅有浮托力，不設(shè)排水時, 除考慮浮托力外還有滲透壓力) .  圖5.6 底流消能措施圖5.7所示為設(shè)計底流消能時, 水躍第二共軛水深與下游水深的關(guān)系.2、挑流消能 

17、60;   1°工作原理            利用鼻坎將水流挑向空中，并使其擴散，摻入大量空氣，然后落入下游河床水墊，形成旋滾，消耗能量約20。起初沖刷河床，形成沖坑，達一定深度后，水墊加厚沖坑趨于穩(wěn)定。見圖5.8.圖5.7 水躍第二共軛水深與下游水深的關(guān)系.圖 5.8挑流消能示意圖2°設(shè)計內(nèi)容      選擇鼻坎型式, 反弧半徑, 鼻坎高程, 挑射角度.3°連續(xù)式挑坎

18、60;   R增加水流轉(zhuǎn)向容易，但鼻坎向下游延伸較長，工程量增加；減小水流轉(zhuǎn)向困難，一般取(810)hc；     挑射距離遠，入水角大，沖坑深；     挑射距離近，入水角小，沖坑淺；=2035°, 鼻坎高程一般高出下游最高水位12m。 4°對壩體安全的評估         挑距: L,  沖坑: tk5°差動式挑坎   使水流通過高低坎分為兩股射出，在垂直方向有較大的擴散，水舌入水寬度增加，減少了單位面積上的沖刷能量，兩股水流在空中互相撞擊、摻氣加劇。因此沖坑較連續(xù)式的淺，約減少35，但挑距將有所減小。主要缺點：高坎側(cè)面極易形成負壓而產(chǎn)生空蝕。3、面流消能工作原理：利用鼻坎將水流挑至水面(不是空中)，在主流下面形成旋滾，從而達到消能的目的。結(jié)構(gòu)尺寸：同挑流鼻坎不同之處：鼻坎低一些(下游水位附近)；小一些(=0).適用場合：下游水位較深，單寬流量變化范圍小，水位變幅不大；