開敞式溢洪道設(shè)計(jì)要點(diǎn)文獻(xiàn)綜述

1、開敞式溢洪道的設(shè)計(jì)要點(diǎn)作者：指導(dǎo)教師：摘要：本文歸納了開敞式溢洪道設(shè)計(jì)要點(diǎn)方面的研究?jī)?nèi)容，概括了在不同地區(qū)， 不同庫容，不同防洪條件下各種溢洪道的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，總結(jié)了開敞式溢洪道設(shè)計(jì)中 易出現(xiàn)的問題等研究成果，本文著重探討目前開敞式溢洪道存在的一些問題，并 從規(guī)劃布局、水力計(jì)算等方面詳細(xì)闡述了具有針對(duì)性的解決策略。為完善中小型 水庫溢洪道設(shè)計(jì)提供一些意見和建議。關(guān)鍵詞：溢洪道 水力計(jì)算 地基處理 施工要點(diǎn) 問題分析研究開敞式溢洪道的設(shè)計(jì)合理與否，不僅直接影響到水庫的安全，而且關(guān)系到整 個(gè)工程造價(jià)。土石壩一般中小型溢洪道，約占水庫樞紐工程造價(jià)的2530%及勞 動(dòng)力的25%，故溢洪道合理的設(shè)計(jì)，在水庫

2、工程設(shè)計(jì)中是一個(gè)比較重要的環(huán)節(jié)。一、溢洪道布置當(dāng)擋水建筑物為土壩時(shí)，溢洪道應(yīng)布置在壩體以外的岸邊或天然埡口處，其 軸線力求短而直，沿線的地質(zhì)、水文地質(zhì)條件較好，便于施工，并可保證運(yùn)行期 間溢洪道自身的安全。根據(jù)工程的地形地質(zhì)條件，溢洪道布置在水庫的右岸處， 該處地形較低洼，既經(jīng)濟(jì)又合理，一方面溢洪道整體均可放置在弱風(fēng)化巖基上， 從而保證工程運(yùn)行安全；另一方面可降低工程造價(jià)。根據(jù)該處地形條件，將溢洪 道設(shè)計(jì)為開敞正槽式進(jìn)水，控制段設(shè)計(jì)為有底坎的寬頂堰型式。溢洪道工程的規(guī) 劃布局應(yīng)盡量利用有利地形地貌，即要經(jīng)濟(jì)合理又要保證安全。如大壩四周有天 然山坳可以布設(shè)溢洪道則最為理想，如主壩口子狹窄無法布置

3、正堰則可考慮選擇 側(cè)槽式溢洪道。其規(guī)劃布置的主要原則是：基礎(chǔ)堅(jiān)硬均一，線路短，無彎道，出 口遠(yuǎn)離壩體；工程嚴(yán)禁布置在滑坡或崩塌體地上。如堰體較寬則應(yīng)在其橫向設(shè)置 溫度縫與沉陷縫，其間距可按1015m布設(shè)。泄流段該段平面均采用直線布置， 并盡量避免彎道和設(shè)置扭坡順引流態(tài)的急驟變化甚至產(chǎn)生負(fù)壓；其縱斷面設(shè)計(jì)應(yīng) 因地制宜地根據(jù)地形、地質(zhì)而選用緩坡、陡坡或多級(jí)躍水等多種形式；陡坡段應(yīng) 采用均一比降；由于泄水段流速很高，故應(yīng)盡量布置在巖基上，如為非巖基則該 段襯砌厚度應(yīng)按答應(yīng)流速與地質(zhì)條件選擇進(jìn)行設(shè)計(jì)，一般漿砌石用0.51.0m, 砼0.20.5m，鋼筋砼0.150.3m，其坡度一般以1/2.5為宜。在

4、泄水段末端需 設(shè)置消能工，對(duì)于非巖基上一般均采用底流消能，并在末端設(shè)置消力池。如泄流 量不大，亦可考慮消力檻形式；如為遠(yuǎn)驅(qū)式水躍，由于極易造成沖刷，此時(shí)可考 慮采用差動(dòng)式消力檻形式；在巖基上，如溢洪道尾端有較陡邊坎時(shí)，采用挑射消 能較為有利，由于這種形式可省去消力池、護(hù)坦與海漫等工程，由于其工程量小、 造價(jià)低，因而常被采用。根據(jù)工程實(shí)踐鼻坎形式以矩形差動(dòng)式最好，但鼻坎以上 陡坡最好做成矩形斷面，千萬不可作成梯形斷面以免需用扭坡與鼻坎銜接。二、溢洪道縱橫剖面布置溢洪道平面以及縱橫剖面布置出現(xiàn)問題比降過陡是該設(shè)計(jì)最突出的問題之 一，溢洪道在設(shè)計(jì)平面上，容易存在上下游斷面的鏈接不匹配，影響溢洪道的泄

5、 洪能力。溢洪道尾部和河道的銜接不當(dāng)，導(dǎo)致溢洪道尾部比河床高出許多，若尾 部的砌護(hù)處理不到位，容易造成沖刷嚴(yán)重，且延伸至整個(gè)堤壩建筑，造成破壞。 一些布置于非巖性坡上的溢洪道，并未在底部砌有效的反濾襯砌，影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn) 定，并導(dǎo)致在滲水后容易產(chǎn)生滑坡現(xiàn)象。此外山坡兩側(cè)的開挖坡度不當(dāng)容易總成 坡度過陡，這是工程在橫斷設(shè)計(jì)時(shí)常忽視的問題。如果襯砌的厚度不夠，無法達(dá) 到抗傾抗滑的標(biāo)準(zhǔn)，也會(huì)容易導(dǎo)致滑坡與塌方。三、水利計(jì)算側(cè)槽的水力計(jì)算：可采取自下游控制斷面向上游反推求水面曲線的方 法進(jìn)行，側(cè)草中水利情況十分復(fù)雜，可利用動(dòng)量原理導(dǎo)出的差分公式逐段推求。控制段的匯流計(jì)算：可根據(jù)“溢流堰水力計(jì)算設(shè)計(jì)規(guī)范”建

6、議的方法 計(jì)算，同時(shí)正確選用流量系數(shù)時(shí)并使其與選用的堰型相一致。泄流段陡槽水力計(jì)算：推求陡槽段水面曲線的方法較多，如陡槽底寬 固定不變時(shí)，可采用BII型降水曲線或用查爾諾門斯基方法計(jì)算；對(duì)底寬漸變的 陡槽段則可用查氏方法分段詳算。消能設(shè)施的水力計(jì)算：采取底流式消能可以采用巴什基洛娃圖表計(jì)算。 由于巴氏對(duì)各種消能設(shè)備的計(jì)算方法與步驟均較明確、詳細(xì)，計(jì)算省時(shí)又能保證 精度；但是我們?cè)谶x定消能設(shè)施的尺寸時(shí)應(yīng)該留有余地，對(duì)于一些重要的中型水 庫其水力計(jì)算成果還應(yīng)通過模型試驗(yàn)加以驗(yàn)證；至于挑射消能計(jì)算，目前還未找 到一種比較成熟適用的計(jì)算方法。四、建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)弓I流段為實(shí)現(xiàn)平順引流，減小損失，引流段的

7、進(jìn)口形狀應(yīng)為喇叭口且 長(zhǎng)度不能過長(zhǎng)。受地形限制必須建立彎道的引流段，彎道與下游的銜接處與出口 端應(yīng)遠(yuǎn)離壩腳，且盡量平緩，避免水流沖刷拔腳。矩形或者梯形截面一般是引流 段截面的首選，緊接控制建筑物和壩端鄰近的范圍內(nèi)要砌護(hù)一定長(zhǎng)度，一般當(dāng)水 流速度小于12m/s時(shí)則不需要砌護(hù)，除堅(jiān)硬的基石外，彎道兩側(cè)的凹岸也應(yīng)砌 護(hù)?？刂贫?，近口水流應(yīng)與控制段建筑物垂直，再根據(jù)地形條件設(shè)置實(shí)用斷 面堰或?qū)掜斞撸詽M足泄洪需要。可根據(jù)允許單寬流量選定堰寬度，應(yīng)使堰頂寬 度小于或等于3h堰(除近口段布置有引流段外)，以達(dá)到泄流均勻的目的。為 了使水流平順，應(yīng)使用漸變段進(jìn)行堰口和上游引流段的連接，收縮角應(yīng)控制在 12b

8、左右。較寬的堰體可在橫向設(shè)置沉陷縫和溫度縫，可按10m15m間距布設(shè)。泄流段泄流段縱斷面設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)實(shí)際的地理?xiàng)l件選擇多級(jí)躍水、陡坡 或緩坡或者等形式；泄流段平面均采用直線布置，并避免設(shè)置扭坡與彎道隨著流 態(tài)急驟變化，甚至造成負(fù)壓；陡坡段則應(yīng)使用均一比降；泄流段盡量設(shè)計(jì)在巖基 之上，避免高流速?zèng)_刷，新巖基可不砌護(hù)。布置在非巖基上的泄洪道則應(yīng)根據(jù)地 質(zhì)條件以及允許流速進(jìn)行襯砌。若布置在松軟風(fēng)化巖石上必須采用0.2m厚的砼 或者0.3m0.5m的漿砌石作砌護(hù)，并且加設(shè)錨固筋。大面積的混凝土襯砌沉陷 縫與伸縮縫則應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件與溫度變化來布置，可在兩側(cè)邊坡設(shè)置橫縫，在底 部則設(shè)置縱橫縫，一般間距為81

9、2m，并在襯砌底部設(shè)排水反濾料。邊坡砌護(hù)的 高度應(yīng)適當(dāng)增加，防止高速水流出現(xiàn)滲水后產(chǎn)生的沖擊。消能工。消能工一般設(shè)置在泄洪段的末端，根據(jù)水利條件和地理?xiàng)l件 選擇型式。溢洪道尾部的躍流段最好能使其泄流方向距離壩腳100m150m。一般 對(duì)設(shè)置在非巖基上的溢洪道采用底流消能，并在尾部設(shè)置消力池。若是遠(yuǎn)驅(qū)式水 躍一般使用差動(dòng)式消力檻形式，消力檻形式則適用于泄洪量較小的情況。挑射消 能一般使用在于設(shè)置在巖基上的溢洪道尾部有較為陡峭的邊坎，這種消能形式能 夠省去海漫、護(hù)坦以及消力池等工程，并且具有造價(jià)低廉、工程量少等優(yōu)勢(shì)，在 水利建設(shè)中被廣泛使用。（5）側(cè)槽段側(cè)槽段的布置可根據(jù)等高線將長(zhǎng)度延伸至上游，垂

10、直于來水方 向，有側(cè)向進(jìn)流、縱向泄洪的水流特點(diǎn)，深槽與側(cè)堰連接的漸變過渡段，一般收 縮角度以1015b為宜，長(zhǎng)度為槽內(nèi)水深的35倍。起到避免槽內(nèi)橫向旋滾與 波動(dòng)的水流直接流入陡坡段的作用。挑流鼻坎 挑流鼻坎在泄洪時(shí)所受的動(dòng)水壓力按附錄C.5的公式計(jì)算，其抗 滑穩(wěn)定分析及安全系數(shù)可與控制段相同.挑流鼻坎順?biāo)飨蚩v縫的間距可按要 求采用.挑流鼻坎不宜設(shè)垂直水流向的結(jié)構(gòu)縫.五、地基及邊坡處理設(shè)計(jì)5.1基本要求一般規(guī)定溢洪道的地基處理設(shè)計(jì)，應(yīng)結(jié)合建筑物的結(jié)構(gòu)和運(yùn)用特點(diǎn)，滿足各 部位對(duì)承載能力，抗滑穩(wěn)定，地基變形，滲流控制,抗沖及耐久性的要求.地基處理 方案，應(yīng)根據(jù)工程重要性，地質(zhì)條件，施工條件和運(yùn)用特

11、點(diǎn)等因素,通過技術(shù)經(jīng)濟(jì) 比較確定.當(dāng)?shù)鼗鶠檐浫鯉r石或存在規(guī)模較大,性狀差的斷層破碎帶，軟弱夾層， 巖溶等缺陷時(shí)，應(yīng)進(jìn)行專門處理設(shè)計(jì).溢洪道的邊坡必須保持穩(wěn)定，對(duì)可能失穩(wěn) 的邊坡應(yīng)采取適當(dāng)?shù)奶幚泶胧?對(duì)地質(zhì)條件復(fù)雜的高邊坡尚應(yīng)進(jìn)行專門的研究及 邊坡監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì).對(duì)易風(fēng)化掉塊,易軟化或抗沖能力低的穩(wěn)定邊坡也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的 防護(hù).地基及邊坡處理,應(yīng)重視防滲排水設(shè)施的設(shè)計(jì).設(shè)計(jì)排水設(shè)施應(yīng)因地制宜， 合理布設(shè)，便于檢修，保證排水通暢.5.2地基開挖溢洪道的建基面，應(yīng)根據(jù)建筑物對(duì)地基的要求,結(jié)合地質(zhì)條件，工程處理措 施等綜合研究確定.重要部位的地基宜開挖全弱風(fēng)化的中部全上部巖層.不襯砌 的泄槽，應(yīng)開挖至堅(jiān)硬，完

12、整的新鮮或微風(fēng)化巖層.對(duì)易風(fēng)化,易泥化的基巖，應(yīng)提 出相應(yīng)的施工保護(hù)措施.2.對(duì)于巖層較差的地基,不宜只采用開挖滿足建筑物對(duì) 地基的要求，還可采取加固措施改善地基條件，并通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定開挖深 度.3.建筑物的基坑形狀，應(yīng)根據(jù)地形，地質(zhì)條件及上部結(jié)構(gòu)要求確定，開挖面宜 連續(xù)平順.控制段的基坑宜略向上游傾斜，若受地形地質(zhì)條件限制，高差過大或略 向下游傾斜時(shí)，可開挖成帶鈍角的臺(tái)階狀.5.3固結(jié)灌漿溢洪道地基固結(jié)灌漿的范圍和深度應(yīng)根據(jù)巖石的破碎程度，風(fēng)化深度，裂隙 大小和基礎(chǔ)應(yīng)力情況確定,宜在控制段及消能建筑物地基范圍內(nèi)進(jìn)行.基巖條件 好時(shí)，可不進(jìn)行固結(jié)灌漿.2固結(jié)灌漿孔可按梅花型或方格型布置.

13、灌漿孔方向 應(yīng)盡量穿過較多的裂隙.固結(jié)灌漿孔的孔距，排距，孔深應(yīng)根據(jù)巖體的破碎情況， 節(jié)理發(fā)育程度及基礎(chǔ)應(yīng)力綜合考慮.孔距，排距宜取34m.孔深宜取35m.必要時(shí) 可通過灌漿試驗(yàn)確定孔，排距及灌漿壓力等參數(shù).3固結(jié)灌漿宜在混凝土澆筑后 進(jìn)行，灌漿壓力當(dāng)有混凝土蓋5.4地基防滲和排水溢洪道地基的防滲,排水設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，建筑物的重 要性及作用，建筑物的安全穩(wěn)定，綜合考慮防滲，排水的相互作用，確定相應(yīng)措施. 靠近壩肩的溢洪道,其防滲，排水布設(shè)應(yīng)與大壩的防滲，排水系統(tǒng)統(tǒng)籌安排.防滲 和排水設(shè)施的布設(shè)應(yīng)滿足下列要求：減少堰（閘）基的滲漏和繞滲.防止在軟弱夾層，斷層破碎帶，巖體裂隙軟弱

14、充 填物及其它抗?jié)B變形性能差的地基中產(chǎn)生滲透破壞.降低建筑物基底的揚(yáng)壓力. 具有可靠的連續(xù)性和足夠的耐久性.防滲帷幕不得設(shè)置在建筑物底面的拉力區(qū). 在嚴(yán)寒地區(qū)，排水設(shè)施應(yīng)防止冰凍破壞.堰（閘）基及其兩岸的防滲措施，宜采用水 泥灌漿帷幕，也可根據(jù)條件采用混凝土齒墻，防滲墻,水平防滲板或其組合措施. 必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行帷幕灌漿試驗(yàn).控制段防滲帷幕的范圍及深度，應(yīng)遵守下列規(guī)定：當(dāng)?shù)鼗麓嬖谥黠@的相 對(duì)隔水層時(shí)，一般帷幕應(yīng)伸入到該隔水層內(nèi)23m.相對(duì)隔水層透水率的控制標(biāo)準(zhǔn) 為小于5Lu.當(dāng)?shù)鼗南鄬?duì)隔水層埋藏較深或分布無規(guī)律時(shí)，帷幕深度除應(yīng)滿足 要求外，無相對(duì)隔水層或地下水位較深時(shí)，帷幕延伸范圍應(yīng)通過滲流

15、計(jì)算,并類比 已建工程經(jīng)驗(yàn)確定.靠近壩肩的溢洪道，其帷幕應(yīng)與大壩帷幕銜接,形成整體防滲 系統(tǒng).遠(yuǎn)離壩肩的溢洪道，其防滲帷幕深度，伸入岸邊范圍可適當(dāng)降低要求.防滲帷幕體透水性控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與相對(duì)隔水層透水性控制標(biāo)準(zhǔn)一致，與大壩帷 幕銜接的溢洪道防滲帷幕應(yīng)與大壩帷幕透水性控制標(biāo)準(zhǔn)相一致.遠(yuǎn)離壩肩的溢洪 道，防滲帷幕透水性控制標(biāo)準(zhǔn)可適當(dāng)降低.帷幕灌漿孔宜設(shè)一排，對(duì)地質(zhì)條件較差，巖體破碎，裂隙發(fā)育或可能發(fā)生滲透 變形地段，可增加至兩排,且與第一排灌漿孔相間布置.帷幕灌漿的孔距可取為 1.53.0m,排距宜略小于孔距.有條件時(shí)，灌漿孔距，排距可通過灌漿試驗(yàn)選定.帷 幕鉆孔方向宜采用鉛直或略向上游傾斜，應(yīng)使鉆孔盡量穿過巖體的層面和主要裂 隙，但不宜傾向下游.5.5斷層,軟弱夾層及巖溶處理1、溢洪道地基范圍內(nèi)的斷層破碎帶和軟弱夾層，應(yīng)根據(jù)其出露部位，規(guī)模， 性狀,研究上部結(jié)構(gòu)對(duì)地基強(qiáng)度，穩(wěn)定，變形的要求和滲漏的影響，結(jié)合施工條件 和類似工程經(jīng)驗(yàn)，采取相應(yīng)措施進(jìn)行處理.2、溢洪道地基的巖溶處理應(yīng)與大壩及其他建筑物巖溶處理結(jié)合進(jìn)行.其處理 措施應(yīng)根據(jù)巖溶特點(diǎn)，規(guī)模，埋深，水文地質(zhì)條件，充填物的物理力學(xué)性質(zhì)以及對(duì) 建筑物結(jié)構(gòu)的影響等，選用下列不同方式：6、總結(jié)國(guó)內(nèi)有關(guān)開敞式溢洪道設(shè)計(jì)的研究主要集中在型式設(shè)計(jì)、水利計(jì)算、結(jié)構(gòu)計(jì) 算、地基處理等方面，新型式溢洪道方面研究不足，多數(shù)研究是局部的、個(gè)案的， 有