重力坝剖面和消能工设计

1、第六节 重力坝的剖面及优化设计 一、非溢流重力坝剖面设计 （一）、设计原则 1、满足稳定和强度要求 2、工程量少 3、便于施工 4、运用方便,二）、基本剖面 因为作用于上游面的水压力呈三角形分布,所以重力坝面是三角形。 当a90时，即上游面为倒坡。库空时，三角形重心可能超过底边三分点在下游面产生拉应力，而且倒坡不便施工。 当a90时，利用水重帮助稳定。但角度太小时，库满时合力可能超过底边三分点（偏下游）在上游面产生拉应力。上游面坡度越缓，第一主应力越易成为拉应力，故a角不宜太小,规律： 1）施工运用方便多做成a=90 2）f较低时，为满足稳定，减小a角，利用水重 3）工程经验 m=0.60.8

2、（下游坡） n=00.2（上游坡） 一般情况,坝体与坝基接触面之间摩擦系数及粘结强度越大、渗压折减系数越大，基本剖面底宽就越小，T主要由强度条件控制。反之，摩擦系数和粘结强度越小，渗压折减系数越小，坝底宽度就越大，且主要由抗滑稳定条件控制,三）、实用剖面 根据运用和交通要求，坝顶应有足够的宽度，无特殊要求，坝顶宽=8-10%坝高，但不得小于2米，如有运用和交通要求，应满足这些要求。 坝顶高于水库水位的高度h计算： h=hl+hz+hc 防浪墙顶高程按下式计算并选最大值： 防浪墙顶高程=设计洪水位+h 防浪墙顶高程=校核洪水位+h,剖面选择：对中、低重力坝可以采用工程类比法，参照类似的已建工程，

3、拟定坝体剖面尺寸，然后对坝体控制截面进行强度和稳定验算，并根据计算结果进行调整，直到满足设计要求为止,二、溢流重力坝断面设计 溢流重力坝既能挡水又能通过坝顶溢流。因此，坝体设计除要满足稳定和强度要求外，还要满足泄水要求。在溢流坝段位置确定以后，应合理选择泄水方式，并根据洪水标准和运用要求确定孔口尺寸,一）、溢流重力坝的剖面设计,溢流重力坝的孔口型式有开敞式坝顶溢流和大孔口溢流式两种。其中大孔口溢流式可降低溢流堰顶高程，增大单宽流量，减小溢流坝段长度。 溢流面由顶部溢流面曲线段、中间直线段和下部反弧段组成 。 一）、溢流堰面曲线 常采用非真空剖面曲线,1)开敞式溢流堰面曲线 2)大孔口堰面曲线

4、上述两种堰面曲线是根据定型设计水头确定的当宣泄校核洪水时，堰面出现负压值应不超过36m水柱高,堰顶附近允许出现的负压值为： 在常遇洪水位闸门全开时不得出现负压；校核洪水位闸门全开时出现的负压值不得超过3m6m水柱；正常蓄水位或常遇洪水位闸门局部开启时（以运用中较常出现的开度为准），可允许有不大的负压值，其值应经论证后确定。常遇洪水位，系指频率为20年一遇以下洪水时的水库水位，在常遇水位下，溢流堰运用机会较多，容易遭受空蚀，特别在门槽部位，应引起注意,二）、溢流面中间直线段,上端与堰顶曲线相切，下端与反弧段相切，公切线构成的直线段坝面坡度可以和非溢流坝下游坝面坡度一致 三、溢流坝下游反弧段半径

5、1)对挑流消能，可按下式求得反孤半径R 2)对于底流式消能，反弧段半径可按下式求得,三）、溢流重力坝的消能防冲设施,选择消能工的依据：地形、地质、枢纽布置、水头、流量、下游水深及其变幅等进行技术经济比较。重要工程应作模型试验。 （一） 水流条件及消能措施。 在坝趾下游设消力池，消力坎等。底流消能工作可靠，但是工程量大,下泄不同流量产生的跃后水深h”与下游实际水深t的关系，有以下五种情况： Qh”和Qt重合。表明任何情况下均产生临界水跃，无须修消力池，只须在水跃范围内修护坦即可。 这是最理想情况，实际很少见,何情况他th”,均产生淹没水跃。淹没度大时，产生高速潜流，水跃长度加大。消能采用消力戽或

6、斜坡式（逆坡式）护坦，（计算方法不成熟） 小Q时，QQk时，th”,下游水深大，产生淹没水跃。这时采用斜坡式护坦与消力池相结合得方式（并称消力护）。 与相反。也用消力戽消能，消力池按最大流量设计,二）、消能方式,1）挑流消能（适用于基岩比较坚固的高、中坝） 消能特点：将下游高速水流抛向空中，使水流扩散、掺气，然后跌入下游河床水垫中，发生旋滚和摩擦，以消耗能量. 优点：简单、经济、工期短； 缺点：尾水活动比较大，雾化大，影响电站工作。 设计内容：鼻坎型式、反弧半径、鼻坎高 程、挑射角度,2）面流消能（适用于中小型工程，水头低，下游水深大且变幅小） 消能特点:利用鼻坎将主流挑至水面，在鼻坎附近表面主流与河床之间形成逆向旋滚。使高速水流与河床隔开，避免对坝趾附近河床的冲刷，主流在水面逐渐扩散消能，反向旋滚也可消除一部分能量。 优点:面流消能不需设护坦和其他加固措施。 缺点:高速水流在表面、伴有强烈的波浪、绵延数里，影响电站运行及下游通航，易冲刷两岸,3）、消力戽消能,适用：尾水深、变幅小、无航运要求，下游河岸有一定抗冲能力。 特点：消力戽是以模型试验为基础研究成功的一种消能方式。它是利用一个较大的反弧半径和挑角形成的戽斗、在一定尾水深度的作用下，使从溢流坝下游的高速水流在戽斗内产生