水利工程论文-浅谈翼墙的设计.doc

水利工程论文浅谈翼墙的设计摘要水工建筑物的进出口两侧都有翼墙布置，其作用是上游翼墙主要是促成水流的良好收缩，引导水流平顺而均匀地进闸，并保护岸坡不致受行近流速的刷蚀。下游翼墙是引导水流出闸，使出闸水流逐渐均匀扩散不致发生回流、漩涡或横流，以免冲击岸坡。两者上上下游衔接的过渡段，它对于确保工程的安全运行，经济合理是很重要的。关键词翼墙设计水工建筑物一、翼墙的布置对水流的影响上游翼墙的扩散角度不宜过大，过大则闸门进口过水宽度收缩太快，在两侧边墩处容易产生涡流，对闸身及闸门的安全均为不利。如果地有一节制闸，30孔净宽300米，上游水面宽阔，曾对上游翼墙的扩散角作过整体模型比较试验，经试验指出，当扩散角为14°30′时，边墩的涡流始得改善。下游翼墙扩散角对出闸水流的影响很大。出闸高速水流要求尽可能地扩散，以减少单宽流量，并在全部宽度上均匀分布，因此不论扩散本身是否结合消能和消能的形式如何，而平面扩散总是消能的一个必要步骤。尤其是水头差较小的闸下消能，平面扩散较为重要。翼墙扩散对闸下消能影响巨大，如果翼墙扩散角度太大或扩散不良，使水流不能顺着翼墙扩散面扩散，可能形成回流区域，压缩主流，使单宽流量集中并容易造成偏流，同时在翼墙末端与河渠相接处，因断面放大而形成甚强之回流，淘刷岸坡及河底。翼墙扩散角度太大，还常常引致主流脱离翼墙，集中冲向下游形成折冲水流。反之，如翼墙扩散角扩散得太缓，将增加扩散段长度，造成建筑材料的浪费。翼墙扩散角度愈小，长度愈长，则水流情形愈为顺适。从水工模型试验证明，以翼墙长度L20m及30m进行比较试验，结果认为30m长之翼墙在增加有效过水面积，减少平均流速等方面均较20m之翼墙为佳。介在设计时，为求经济起见，一般并不采取太长的翼墙，以求节省工程投资。下游翼墙末端宜与护坦末端齐平，同时出扩坦后翼墙不宜急转，而应以渐变曲线或扭曲面与岸坡联结，这样布置可大大改善岸坡的水流条件。二、翼墙的最佳形式选择翼墙的迎水面最好采用扭曲面，从闸身开始，扩散角应该很小，并且墙的迎水面是垂直的，因为这样，可使水流更为顺适。其次为圆弧面，再其次是直立的八字式翼墙。翼墙的扩散应该是平滑的曲线或直线，但不要做成折线形状。国因为在翼墙转折点后，会出现水流分离现象，产生低压区域，该区域扩散能力较弱，而在低压区域的下游扩散能力又过强，因而造成极不均匀的水深分布。试验证明，翼墙墙壁如果偏转过快，将使有限的波浪传播速度所允许的水流偏转不能立即跟上，造成急流脱离边墙，将产生局部的扰动及促使冲击波的形成，使得水流呈现不均匀分布。因此水体的侧面边介应避免突然急骤的变化，如果是一个有效的扩散边介时应当在曲度上连续变换。如果采用直线型的八字式翼墙，其扩散角度一般以12°左右为宜。这一合理指标的提出，已经在水工模型试验及实际运用观测中所证实。翼墙不宜采用90°转角，以水工模型试验结果，水流出闸孔口集中于河道中心线上，以致两岸坡上产生直轴回流，影响流量系数，且对岸坡及河床有冲刷作用。三、翼墙的扩散角选择和长度确定当水闸下游列消能设备时，翼墙扩散角可按下式估算式中h2下游尾水在消力池变色镜以上的深度（米）P消能设备的高度（米）H1消能设备处的水深（米）ΣP/H1各种消能设备的高度与该处水深的比值的总和上游翼墙的长度，一般不小于闸上水深的3～6倍，并至少应达到上游护坦的末端，其高度应略高于上游最高水位。下游翼墙的长度根据需要进行布置，其高度在靠近水闸出口处应略高于下游最高水位，对于中小型水闸，翼墙的长度通常按水面宽度来确定L（2.53）ΔBBmBn式中L翼墙长度（米）Bm下游引河的水面宽度（米）Bn闸内的水面宽度（米）四、工程实例分析实例一北潭围村对虾养殖场进水闸2孔bh2.02.0米。该进水闸于86年底竣工后运转不到一个月，发现在下游两翼墙之间的部位被水流冲刷成为一个类似漏斗形的水潭，其中央深度达3米左右。原因分析1、当河渠设计水深为2M时，下游水面宽度B22.80M，但闸身宽度b4m，B/b5.7＞3。2、翼墙扩散角度太大。θ113°30′，θ249°20′，由θ1过渡到θ2布置成折线形状，角度θ1到θ2突变达到3.65倍，使水流脱离墙面，造成两侧回流。3、闸门启闭程序不当，两孔开启度未保持同步开启，加之消力池后闸门没有同步全开，造成孔口出流，形成二次水跃后进入下游河渠，引起冲刷潭的形成。4、翼墙长度太短，由两个扩散角组成的折线长度只有7.7米，若按最优扩散角12°和水面宽度22.8m计算，则翼墙长度应为31m或26m，而实际长度仅占计的和。以上四点原因，使下游出现对建筑物危害作用的折冲水流，造成冲刷潭。实例二洋青西寮水闸该闸为7孔2M自动旋倒闸门，建于70年代，下游翼墙采用90°转角与河渠连接，下游水面宽阔达30米左右。运用一年后在下游两翼墙90°转角后发现冲刷潭，深度约2M多，且两个翼墙产生同位的开裂。原因分析1、闸门的旋倒未能达到统一步调，有先有后，加上缺乏专人管理，使多股水流速不平稳地相继进入下游河渠，引起横向水流折冲，方向混乱。2、翼墙未端90°转角进入下游开阔水面，使两岸壁产生立轴回流，造成冲刷潭。五、几点看法1、在设计水工建筑物过程中，设计者往往容易忽视上下游翼墙的合理布局，多系根据建筑物上下游河床宽度进行带有任意性的连接，缺乏精细的理论计算，侧重于考虑闸室结构的安全计算，造成顾此失彼的现象，给工程的安全带来不应有的损失。2、没有筹备足够的资金，盲目地采取迁就的因陋就简办法，或改变原来合理的设计尺寸，以图节省工程费，但往往又适得其反。3、缺乏对水流特性的理解，特别是如何防止对建筑物有危害作用的折冲水流的形成，在工程布置上考虑得较少。4、由于管理不善，对于多孔闸门的启闭操作规程没有明确的规定，或者运用管理人员根本未能掌握，形成设计与运转相对立。