泄水建筑物分類功能與案例講義

1、第4章泄水建筑物4.1泄水建筑物的分類和作用一、按功能分類二、按樞紐布置地位分類三、按泄水方式分類泄水建筑物按泄水方式可分為以下五類：壩頂溢流式大孔口溢流式壩身泄水孔明流泄水道泄水隧洞四、泄水建筑物的作用按功能可分為以下三類： 4.2 溢流壩（1）泄洪建筑物 （2）泄水孔（放水孔） （3）施工泄水道一、溢流壩的工作特點(diǎn) 溢流壩既是擋水建筑物又是泄水建筑物，除應(yīng)滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求外，還需要滿足泄水的要求。 (1)壩頂溢流式二、溢流壩的孔口形式(2)大孔口溢流式三峽工程LLLLL Q溢流孔口尺寸的確定(1)單寬流量的確定 設(shè)L為溢流段凈寬（不包括閘墩的寬度），則通過溢流孔口的單寬流量為： q =

2、1) 溢流前緣總長L0應(yīng)為：(2)孔口尺寸 當(dāng)采用大孔口泄洪時(shí)，可用下式計(jì)算出堰頂水頭H0 當(dāng)采用開敞式溢流時(shí)，可利用下式，計(jì)算出堰頂水頭H0 2）溢流壩的堰頂高程三、溢流壩的閘門和啟閉機(jī)1.閘門的類型與作用水工閘門按其功用可分為工作閘門、事故閘門、檢修閘門。 四、溢流壩的閘墩和工作橋1.閘墩的作用 閘墩的作用是將溢流壩前緣分隔為若干個(gè)孔口，并承受閘門傳來的水壓力（支承閘門），也是壩頂橋梁和啟閉設(shè)備的支承結(jié)構(gòu)。五、溢流壩的橫縫的布置縫設(shè)在閘墩中間 縫設(shè)在溢流孔跨中六、溢流面曲線及剖面1.溢流面曲線 溢流面曲線由頂部曲線段、中間直線段和下部反弧段三部分組成。 設(shè)計(jì)要求：有較高的流量系數(shù)； 水流平

3、順，不產(chǎn)生空蝕。堰面曲線方程如下：式中：Hd定型設(shè)計(jì)水頭，按堰頂最大作用水頭Hmax 的75%95%計(jì)算XY對于設(shè)有胸墻溢流堰的堰面曲線： Hd 定型設(shè)計(jì)水頭，一般取孔口中心至校核洪水位的75%95%； 孔口收縮斷面上的流速系數(shù)，一般取 =0.95。反弧段 溢流壩下游反弧段的作用是使溢流壩面下泄的水流平順地與下游消能設(shè)施相銜接。直線段 中間的直線段與壩頂曲線和下部反弧段相切，坡度一般與非溢流壩段的下游坡相同。具體應(yīng)由穩(wěn)定和強(qiáng)度分析及剖面設(shè)計(jì)確定。 2.溢流拱壩剖面自由跌流式鼻坎挑流式滑雪道式溢流拱壩 -壩頂溢流布置自由跌流結(jié)構(gòu)最簡單，多用于單寬流量較小的拱壩。下跌水流落點(diǎn)據(jù)壩址較近，壩下沖刷容

4、易危及壩基，需有較好的基巖、較深的水墊，并應(yīng)經(jīng)常采取保護(hù)措施。湖南半江拱壩鼻坎挑流溢流堰頂適當(dāng)向上下游懸臂挑出。挑流落水點(diǎn)較跌流遠(yuǎn)，但離壩仍近，仍需有一定的水墊，必要時(shí)采取河床底部的防沖措施，單寬流量仍需加以限制。流溪河拱壩滑雪道式適用于下泄流量較大，要求下泄水流落點(diǎn)遠(yuǎn)離壩址，或利用廠房頂溢流的拱壩。我國已建的烏江渡重力拱壩、東江拱壩、緊水灘拱壩等都采用了這種形式。烏江渡拱壩七、溢流壩的下游連接1.挑流消能2.底流消能2.底流消能3.面流消能4.消力戽消能4.3壩身泄水孔一、重力壩的泄水孔1.作用：預(yù)泄水庫、排沙、導(dǎo)流、發(fā)電供水2.工作條件：孔內(nèi)流速高，易引起空蝕、閘門振動，孔道體形設(shè)計(jì)重要；

5、深水閘門水壓力大、啟閉力大，門體結(jié)構(gòu)、止水、啟閉設(shè)備復(fù)雜，檢修不便。3.類型：1）按所處高度分：中孔、底孔2）按布置層數(shù)分：單層、雙層3）按流態(tài)分：有壓、無壓有壓孔泄流時(shí)孔內(nèi)保持滿流有壓工作閘門在出口，以穩(wěn)定孔內(nèi)水流保持有壓，有利門后補(bǔ)氣減免空蝕，孔身斷面尺寸小關(guān)門時(shí)水壓力大,對壩體、防滲不利進(jìn)口設(shè)事故閘門兼作檢修閘門，平時(shí)兼用作擋水孔斷面：圓形，有利改善受力和提高過水能力4.壩身泄水孔的形式無壓孔：工作門、檢修門均設(shè)于進(jìn)口工作門后孔身頂升高，泄流時(shí)孔內(nèi)有自由水面無壓流閘門前：短有壓段泄水時(shí)孔內(nèi)承受靜水壓力，關(guān)門時(shí)孔內(nèi)無水，明流段可不鋼板襯砌，施工方便但孔斷面尺寸大，對壩體削弱大5.壩身泄水孔

6、布置布置原則：正常運(yùn)用前提下 盡量一孔多用：灌溉+發(fā)電；防空+排沙+導(dǎo)流具體布置：泄洪孔主槽部位，較寬河谷宜在非溢流壩段中，深孔出口不宜在溢流壩面上孔口不能太大，泄量大時(shí)可布置為雙層，但注意交匯處空蝕進(jìn)口高程：滿足泄洪要求下盡量高些，減小門壓力和洞長，具體而言：灌溉孔應(yīng)與灌區(qū)在同一側(cè)孔進(jìn)口根據(jù)壩后渠首確定，或根據(jù)泥沙、水溫情況分層設(shè)進(jìn)水口發(fā)電進(jìn)水口應(yīng)根據(jù)發(fā)電和泥沙要求確定，一般設(shè)于水庫最低水位以下一倍孔口高度處，并高程最終泥沙高程1m以上。排沙孔盡量靠近電站、灌溉進(jìn)水口放空、導(dǎo)流孔進(jìn)口一般較低6.有壓泄水孔組成：進(jìn)口段（進(jìn)口曲線段、閘門槽段、漸變段、平壓管、通氣孔）洞身段、出口段1）進(jìn)口段曲線

7、：進(jìn)口曲線段橢圓or圓弧橢圓長軸水平or上傾約12度頂曲線：A=h（孔高or孔徑側(cè)曲線：A=B（孔寬）圓弧半徑：R2D有壓泄水孔2）閘門槽段矩形銳緣閘門適于Vik拋物線：y=15.5y1/2或y=x2/6HH工作閘門孔口中心線處水頭無壓泄水孔3）通氣孔二個(gè)檢修門后通氣孔、平壓管同于有壓孔工作門后設(shè)通氣孔，正常泄流時(shí)補(bǔ)氣通氣孔斷面積:aA10%或a=0.09VwA/Va Vw水流斷面平均流速；Va通氣孔允許風(fēng)速；A工作閘門處泄水孔斷面無壓泄水孔4）水力計(jì)算過水能力有壓孔流式中計(jì)入至工作閘門處水頭損失=0.8-0.85（有門槽）或=0.9-0.95(當(dāng)壓力短管長度10h孔高)無壓段水面線計(jì)算5）出

8、口只設(shè)閘墩、水流擴(kuò)散消能設(shè)施二、拱壩的泄水孔按其在壩身高度上的相對位置分中孔、底孔兩種。中孔在壩身的中、上部；其特點(diǎn)是當(dāng)庫水位低時(shí)仍有一定泄流能力。底孔設(shè)置在壩身底部，用來放空水庫、沖沙排淤、輔助泄洪及施工導(dǎo)流等。4.4 岸邊溢洪道 溢洪道是水利樞紐中的一項(xiàng)主要建筑物,它泄洪起著保護(hù)大壩安全的重要作用。設(shè)河岸溢洪道的原因：1）土壩本身不能泄水2）河谷狹窄，廠壩爭位3）壩身泄水能力不足,另設(shè)泄洪道（如支墩 壩等輕型壩）溢洪道通常是開敞的，其宣泄能力與堰上水頭的3/2次方成正比，故超泄能力大；其次，閘門承重水頭壓力較小，操作方便，工作安全可靠。一、岸邊溢洪道的型式（1）正槽式 （2）側(cè)槽式 （3）

9、豎井式 （4）虹吸式二、岸邊溢洪道位置的選擇 應(yīng)全面考慮地形、地質(zhì)、樞紐布置、施工、運(yùn)行條件，通過幾個(gè)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來確定。1、地形：利用樞紐附近合適的馬鞍形埡口，如無埡口可利用中緩的岸坡；在坡陡情況下，選用側(cè)槽式。3、樞紐布置：溢洪道進(jìn)口應(yīng)位于水流順暢處，且與土石壩應(yīng)存有相當(dāng)?shù)木嚯x；如太近，則須加設(shè)導(dǎo)墻（或加強(qiáng)臨近壩坡的護(hù)坡），溢流堰前加引水渠應(yīng)較短，以減少水頭損失，提高泄水能力。下游出口，應(yīng)與土石壩的壩腳及其它建筑物保持一定的距離，太近則須增設(shè)合適的防護(hù)建筑物。2、地質(zhì)：力爭布置在較堅(jiān)固穩(wěn)定的巖基上，如土基應(yīng)布置在挖上，還須進(jìn)行地基處理，如巖基有斷層，破碎帶等應(yīng)摸清情況，采取合理的加固

10、措施，如風(fēng)化層太厚或挖方過多會引起山坡坍塌，可考慮采用隧洞泄洪。 4、施工條件：開挖方量是較大的，對出渣路線及堆料場都要合適地布置，有可能利用開挖的土石方量來填筑土石壩，避免各建筑物施工相互干擾。 三、正槽溢洪道簡介 正槽式溢洪道通常習(xí)慣上也叫開敞式溢洪道，由進(jìn)（引）水渠、控制段、泄槽、出口消能段和尾水渠等部分組成，如圖所示。正槽溢洪道布置圖（1）進(jìn)水渠 進(jìn)水渠也稱引水渠，它是水庫與控制段的連接段，具有引水和調(diào)整水流的作用。（2）控制段 控制段一般包括溢流堰、閘墩、邊墩和上部結(jié)構(gòu)等。溢流堰一般較低，常采用實(shí)用堰、寬頂堰或駝峰堰,堰頂設(shè)置工作閘門，可提高控制泄流能力，泄流時(shí)開啟閘門即可得到較大的

11、初期泄量。 (a)寬頂堰 (b)實(shí)用堰 (c)駝峰堰正槽式溢洪道上常用的三種溢流堰型（3）泄水槽 泄槽是開敞式溢洪道的控制段與消能工之間的泄水渠道，因渠底坡度較陡，又稱陡槽。泄槽主要由槽底板和兩側(cè)的邊墻組成。（4）出口消能段及尾水渠 正槽溢洪道常用挑流鼻坎消能形式。這樣沖刷坑將遠(yuǎn)離泄洪建筑物，有利安全。某溢洪道結(jié)構(gòu)四、非常泄洪措施實(shí)踐證明：可能出現(xiàn)的最大洪水比設(shè)計(jì)中采用的 萬年一遇的洪水還要大，其原因：1、設(shè)計(jì)采用的萬年一遇洪水是調(diào)查資料經(jīng)過 處理后得到的，歷史上是否出現(xiàn)過比這更 大的洪水，很難說2、人類對生態(tài)環(huán)境的破壞，尤其是亂砍濫伐 森林，使洪水徑流、匯流的時(shí)間更短，洪 水更集中，峰值更大

12、。為此，從工程安全和經(jīng)濟(jì)利益全面考慮，大中型水庫除有正常（主要）溢洪道之外，加設(shè)非常（輔助）溢洪道是非常必要的。 由于這種特大洪水畢竟是極少出現(xiàn)的，泄流時(shí)間也比較短，所以，非常溢洪道的構(gòu)造應(yīng)盡可能的簡單，以節(jié)省投資。一般情況:泄槽不必襯砌,下游不作消能設(shè)施,并允許溢洪道及其附屬建筑物局部破壞，只要求保證大壩安全，水庫不出現(xiàn)重大事故。目前常用的非常溢洪設(shè)施：加高主副壩，提高水庫蓄水能力；加大原溢洪道的泄量；增設(shè)非常（泄洪）溢洪道；破副壩，保主壩。非常溢洪道漫流式自潰式 漫頂自潰式 引沖自潰式爆破引潰式返回返回4.5 水閘一、水閘的功能 平原地區(qū)的取排水，需低水頭的擋水泄水建筑物。水閘和滾水壩為常

13、用水工建筑物，稱閘壩工程。二、水閘的類型水閘按規(guī)模有大（Q1000m3/s）， 中（Q=1000100、m3/s）； 小（Q100m3/s）。（一）水閘按其所承擔(dān)的任務(wù)分類1、攔河閘（節(jié)制閘）2、進(jìn)水閘（渠首）3、泄水閘4、排水閘5、分洪閘6、擋潮閘7、沖沙閘（二）按閘室結(jié)構(gòu)分類1、開敞式2、胸墻式3、涵洞式三、水閘的組成及構(gòu)造（一）上游連接段（二）閘室段（三）下游連接段四、水閘的工作特點(diǎn)建在軟土地基上的水閘的工作特點(diǎn)1.軟土地基的壓縮性大、承載能力低，在閘室自重和外荷載作用下，地基易產(chǎn)生較大的沉降或沉降差，造成閘室傾斜、閘底板斷裂，甚至發(fā)生塑性破壞，引起水閘失事。2.水閘泄流時(shí)，水流具有較大的能量，而土壤的抗沖能力較低，就可能引起水閘下游的沖刷。3.在上下游水頭差作用下，閘基及兩岸連接部分將產(chǎn)生滲流，滲流對閘室及兩岸連接建筑物的穩(wěn)定不利，而且