泄水建筑物2016

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)課程指導(dǎo)（三）泄水建筑物設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師：劉指導(dǎo)老師：劉 偉偉指導(dǎo)地點(diǎn)：指導(dǎo)地點(diǎn)：B1-201 指導(dǎo)時(shí)間：指導(dǎo)時(shí)間：2016年年4月月18日日參考文獻(xiàn) 水工建筑物水工建筑物 水力學(xué)水力學(xué) 混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范 SL319-2005 碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范 SL274-2001 溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范 SL253-2000 面板堆石壩設(shè)計(jì)規(guī)范面板堆石壩設(shè)計(jì)規(guī)范SL228-2013 水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范 SL2792002 水力計(jì)算手冊水力計(jì)算手冊 水工設(shè)計(jì)手冊（第七卷水工設(shè)計(jì)手冊（第七卷 泄水與過壩建筑物）泄水與過壩建筑物）泄水建筑

2、物 定義定義 主要作用為泄洪、排沙、施工期導(dǎo)流及初期蓄水時(shí)向下主要作用為泄洪、排沙、施工期導(dǎo)流及初期蓄水時(shí)向下游輸水（防止河道斷流），同時(shí)又要兼顧水電進(jìn)水口前沖游輸水（防止河道斷流），同時(shí)又要兼顧水電進(jìn)水口前沖沙、排漂及排冰等。沙、排漂及排冰等。泄水建筑物 常見的形式常見的形式 低水頭水利樞紐的滾水壩、攔河閘（泄水閘）和沖沙閘低水頭水利樞紐的滾水壩、攔河閘（泄水閘）和沖沙閘 高水頭水利樞紐的溢流壩、溢洪道、泄水（底）孔、泄水高水頭水利樞紐的溢流壩、溢洪道、泄水（底）孔、泄水涵管、泄水隧洞涵管、泄水隧洞 由河道分泄洪水的分洪閘、溢洪堤由河道分泄洪水的分洪閘、溢洪堤 由渠道分泄入渠洪水或多余水量的

3、泄水閘、退水閘由渠道分泄入渠洪水或多余水量的泄水閘、退水閘 由澇區(qū)排泄?jié)乘呐潘l、排水泵站等由澇區(qū)排泄?jié)乘呐潘l、排水泵站等泄水建筑物 壩身式泄水建筑物：溢流壩，壩內(nèi)泄水涵管壩身式泄水建筑物：溢流壩，壩內(nèi)泄水涵管 岸邊式泄水建筑物：岸邊溢洪道，泄洪洞岸邊式泄水建筑物：岸邊溢洪道，泄洪洞 泄水方式泄水方式 堰流：通過溢流壩、溢洪道、溢流堤和全部開啟的水閘的堰流：通過溢流壩、溢洪道、溢流堤和全部開啟的水閘的水流水流 分類分類 孔流：通過泄水隧洞、泄水涵管、泄水（底）孔和局部開孔流：通過泄水隧洞、泄水涵管、泄水（底）孔和局部開啟的水閘的水流啟的水閘的水流設(shè)計(jì)說明 泄水建筑物設(shè)計(jì)泄水建筑物設(shè)計(jì) 泄

4、水建筑物壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)泄水建筑物壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 泄水建筑物的水力設(shè)計(jì)泄水建筑物的水力設(shè)計(jì)泄水形式泄水形式布置方案和布置方案和輪廓尺寸輪廓尺寸結(jié)構(gòu)計(jì)算和結(jié)構(gòu)計(jì)算和水力計(jì)算水力計(jì)算若干個(gè)若干個(gè)最佳設(shè)計(jì)方案最佳設(shè)計(jì)方案經(jīng)濟(jì)合理經(jīng)濟(jì)合理便于施工便于施工與樞紐中其他建與樞紐中其他建筑物綜合分析筑物綜合分析設(shè)計(jì)要點(diǎn)溢流壩 溢流壩分類溢流壩分類 溢流壩布置在主河道上，溢流表孔就其型式有開敞式和胸溢流壩布置在主河道上，溢流表孔就其型式有開敞式和胸墻式兩種。墻式兩種。 開敞式：具有超泄能力大、水流平順、結(jié)構(gòu)簡單、檢查維開敞式：具有超泄能力大、水流平順、結(jié)構(gòu)簡單、檢查維修方便和便于排除漂浮物等優(yōu)點(diǎn)修方便和便于排除漂浮

5、物等優(yōu)點(diǎn) 胸墻式：對于有些防洪工程，為滿足汛前預(yù)泄，騰出防洪胸墻式：對于有些防洪工程，為滿足汛前預(yù)泄，騰出防洪庫容的要求，可將溢流表孔降低，設(shè)計(jì)成胸墻式表孔庫容的要求，可將溢流表孔降低，設(shè)計(jì)成胸墻式表孔設(shè)計(jì)要點(diǎn)溢流壩 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 確定壩體斷面、孔口尺寸和堰頂高程、溢流堰面曲線、確定壩體斷面、孔口尺寸和堰頂高程、溢流堰面曲線、閘墩及壩段寬度。閘墩及壩段寬度。說明：壩體斷面選取除需滿足水力學(xué)要求外，尚需滿足重力說明：壩體斷面選取除需滿足水力學(xué)要求外，尚需滿足重力壩基本斷面的要求。壩基本斷面的要求。設(shè)計(jì)要點(diǎn)溢流壩 開敞式溢流表孔的設(shè)計(jì)開敞式溢流表孔的設(shè)計(jì) 建筑物的組成建筑物的組成標(biāo)準(zhǔn)式

6、溢流表孔一般由上游曲線段、堰面曲線段、直線段、標(biāo)準(zhǔn)式溢流表孔一般由上游曲線段、堰面曲線段、直線段、反弧段以及兩側(cè)的閘墩組成。反弧段以及兩側(cè)的閘墩組成。1. 堰面形狀堰面形狀堰頂上游堰頭的曲線形式堰頂上游堰頭的曲線形式雙圓弧曲線雙圓弧曲線三圓弧曲線三圓弧曲線橢圓曲線橢圓曲線設(shè)計(jì)要點(diǎn)溢流壩 開敞式溢流表孔的設(shè)計(jì)開敞式溢流表孔的設(shè)計(jì)1. 堰面形狀堰面形狀堰頂下游堰面的曲線形式堰頂下游堰面的曲線形式堰頂下游堰面采用堰頂下游堰面采用WES冪曲線。冪曲線。WES冪曲線可按下式計(jì)算：冪曲線可按下式計(jì)算：1nndxkHyHd可根據(jù)容許負(fù)壓的大小按堰頂最大作用水頭可根據(jù)容許負(fù)壓的大小按堰頂最大作用水頭 Hmax

7、的的75%95%計(jì)算；計(jì)算；n與上游堰坡有關(guān)的指數(shù)；與上游堰坡有關(guān)的指數(shù)；k當(dāng)當(dāng)P1/ Hd 1.0時(shí)，查表；時(shí)，查表；當(dāng)當(dāng)P1/ Hd 1.0時(shí)，時(shí)，k = 2.0 2.2設(shè)計(jì)要點(diǎn)溢流壩 開敞式溢流表孔的設(shè)計(jì)開敞式溢流表孔的設(shè)計(jì)1. 堰面形狀堰面形狀溢流堰面下游的切點(diǎn)溢流堰面下游的切點(diǎn)溢流堰面下游一般設(shè)直線段，也可不設(shè)直線段，直接與反弧溢流堰面下游一般設(shè)直線段，也可不設(shè)直線段，直接與反弧段相切鏈接。段相切鏈接。溢流堰面下游切點(diǎn)可按照溢流堰面下游切點(diǎn)可按照WES冪曲線切點(diǎn)斜率與直線段或反冪曲線切點(diǎn)斜率與直線段或反弧段切點(diǎn)斜率相等的原則計(jì)算出?；《吻悬c(diǎn)斜率相等的原則計(jì)算出。11nndnyxkH

8、WES冪曲線切點(diǎn)斜率冪曲線切點(diǎn)斜率直線段或反弧段切點(diǎn)的斜率為直線段或反弧段切點(diǎn)的斜率為 1 / a，a為大壩壩坡系數(shù)，由大壩的結(jié)構(gòu)要為大壩壩坡系數(shù)，由大壩的結(jié)構(gòu)要求確定求確定設(shè)計(jì)要點(diǎn)溢流壩 開敞式溢流表孔的設(shè)計(jì)開敞式溢流表孔的設(shè)計(jì)1. 堰面形狀堰面形狀溢流堰面下游的切點(diǎn)溢流堰面下游的切點(diǎn)求得切點(diǎn)坐標(biāo)：求得切點(diǎn)坐標(biāo)：1/1nidkxHan1/11nidkyHn n設(shè)計(jì)要點(diǎn)溢流壩 開敞式溢流表孔的設(shè)計(jì)開敞式溢流表孔的設(shè)計(jì)2. 閘墩型式閘墩型式溢流壩閘墩根據(jù)具體情況其墩頭形狀可采用矩形、半圓形、溢流壩閘墩根據(jù)具體情況其墩頭形狀可采用矩形、半圓形、尖圓形和楔形等型式。尖圓形和楔形等型式。3. 泄流能力

9、泄流能力表孔敞泄泄流能力表孔敞泄泄流能力3/202sQCmBgH表孔控泄泄流能力表孔控泄泄流能力02sQeBg He002sQeBgH 001eH設(shè)計(jì)要點(diǎn)溢流壩 開敞式溢流表孔的設(shè)計(jì)開敞式溢流表孔的設(shè)計(jì)4. 水面線的確定水面線的確定為了設(shè)計(jì)閘墩高度，導(dǎo)墻頂高程及選定弧形閘門支鉸高程，需為了設(shè)計(jì)閘墩高度，導(dǎo)墻頂高程及選定弧形閘門支鉸高程，需知道水面線。知道水面線。水面以上的安全超高可采用水面以上的安全超高可采用0.51.5m，對非直線段，安全超，對非直線段，安全超高宜適當(dāng)增加。高宜適當(dāng)增加。不摻氣的水面線，如何確定參看不摻氣的水面線，如何確定參看水工設(shè)計(jì)手冊水工設(shè)計(jì)手冊（第（第7卷卷 p.811

10、）如水流摻氣，則水深增加，邊墻高度需相應(yīng)增加，具體參看如水流摻氣，則水深增加，邊墻高度需相應(yīng)增加，具體參看水工設(shè)計(jì)手冊水工設(shè)計(jì)手冊（第（第7卷卷 p.167172）設(shè)計(jì)要點(diǎn)溢流壩 開敞式溢流表孔的設(shè)計(jì)開敞式溢流表孔的設(shè)計(jì)5. 反弧半徑的確定反弧半徑的確定溢流壩下游反弧半徑應(yīng)結(jié)合下游消能方式來確定，對不同的消溢流壩下游反弧半徑應(yīng)結(jié)合下游消能方式來確定，對不同的消能方式應(yīng)選用不同的公式。能方式應(yīng)選用不同的公式。挑流消能挑流消能h 為校核洪水位閘門全開時(shí)反弧段最低處的水深，為校核洪水位閘門全開時(shí)反弧段最低處的水深，m。說明：反弧段流速說明：反弧段流速 v Hmax/2 的條件的條件當(dāng)當(dāng) P1/ Hd

11、 ht遠(yuǎn)驅(qū)水躍，一般修建消力池、消力坎或綜合消力池遠(yuǎn)驅(qū)水躍，一般修建消力池、消力坎或綜合消力池hc=ht臨界水躍臨界水躍hc 0.45，查表，查表 1,0sshfH s 為坎后的淹沒系數(shù)；為坎后的淹沒系數(shù)；21 11,012vHHg2/321121jc22sqqHmggh滿足的條件滿足的條件:坎高坎高 c 計(jì)算步驟計(jì)算步驟消力池水力計(jì)算 在護(hù)坦末端修建消能坎所形成的消力池在護(hù)坦末端修建消能坎所形成的消力池 2) 消能池長消能池長Lk的計(jì)算的計(jì)算Lk（0.70.8）Lj3) 設(shè)計(jì)流量的確定設(shè)計(jì)流量的確定 在不同流量范圍內(nèi)假定不同的流量，確定不同在不同流量范圍內(nèi)假定不同的流量，確定不同 c ，取較

12、大值，取較大值護(hù)坦長度計(jì)算 收縮斷面的收縮斷面的Fr4.5，護(hù)坦上不設(shè)輔助消能設(shè)施，護(hù)坦上不設(shè)輔助消能設(shè)施6ccLhh 收縮斷面的收縮斷面的Fr4.5，消力池池首斷面平均流速大于，消力池池首斷面平均流速大于16m/s，護(hù)坦上設(shè)梳流坎、消力墩及尾坎，護(hù)坦上設(shè)梳流坎、消力墩及尾坎3.2 4.3cLh 收縮斷面的收縮斷面的Fr4.5，消力池池首斷面平均流速小于，消力池池首斷面平均流速小于16m/s，護(hù)坦上設(shè)梳流坎、消力墩及尾坎，護(hù)坦上設(shè)梳流坎、消力墩及尾坎2.3 2.8cLh開敞式溢洪道井式溢洪道虹吸式溢洪道消力池池深計(jì)算jc1t()dhhz222tjc1112()()qzghh Tj c1hh消能條件消能條件Tthdhz幾何條件幾何條件2221 12221t222vvvHhggg出口能量條件出口能量條件消力池設(shè)計(jì)流量池深設(shè)計(jì)流量池深設(shè)計(jì)流量池長設(shè)計(jì)流量池長設(shè)計(jì)流量Qhthch(hc - ht)maxQdQd(hc - ht)maxQdQmax坎高 c 的計(jì)算步驟QdE0hchcH1,0， H1校核出流一級坎設(shè)計(jì)合理一級坎設(shè)計(jì)合理: A試算坎高