混凝土溢流坝和坝身泄水孔

1、第五章 混凝土溢流坝和坝身泄水孔第一节 概述坝身设有溢流面、底孔、中孔的重力坝称为泄水重力坝。它既是泄水建筑物，又是挡水建筑物。因此它除了应满足挡水建筑物的稳定强度要求外，还应满足水流条件、解决好下泄水流对建筑物可能产生的空蚀、振动以及对下游的冲刷。一、泄水重力坝的泄水方式1、坝顶溢流式从坝顶过水，闸门承受水头较小，孔口尺寸可以较大；闸门全开时，下泄流量与水头的二分之三次方成正比闸门启闭方便，易于检查修理；可以排冰及其他漂浮物，但不能预泄；2、大孔口溢流式为满足预泄要求将堰顶高程降低；利用胸墙挡水减小闸门高度；低水位时胸墙不影响泄流，和堰顶泄流相同；胸墙可以做成活动式的，当遇特大洪水时，可将胸

2、墙吊起来；库水位较低时，不能供水和放空检修；3、深式泄水孔按孔内流态可分为有压泄水孔和无压泄水孔流量与水头的二分之一次方成比例，超泄能力小；闸门承受水头高，操作、检修都比较复杂；可向下游供水、预泄、放空、排沙和施工导流；以上三种方式各有特色，应结合具体情况比较选择，一般可配合使用，但为简化结构、便于施工和运用，类型不宜过多.第二节 混凝土溢流坝溢流坝基本剖面的确定原则与非溢流坝完全相同，为满足泄水的要求，其实用剖面将坝体下游斜面修改成溢流面。溢流面形状应具有较大的流量系数，泄流畅，坝面不发生空蚀。一、溢流重力坝的剖面设计1、溢流面1°溢流面顶部曲线视堰顶是否允许出现真空，有真空堰和非

3、真空堰两种堰型，非真空堰曲线稍稍切入相应于薄壁堰的溢流水舌，使其在设计条件下坝面不致发生真空；真空堰较非真空堰瘦，堰面与自由水舌脱开，工程中常用的非真空堰有克奥曲线和幂曲线(WES), 如图5.1所示。图5.1 溢流坝面        图5.2 WES型堰面曲线要求：堰面压力分布合理，无负压；      泄流能力大；定型设计水头Hd   (图5.3)  当H(运)Hd时，出现负压，Q，负压需控制；当H(运)Hd时，出现正压，Q.图5.3 孔口射流曲线2&#

4、176;直线段    直线段的坡度取用非溢流坝下游坡度，并作调整，使其与非溢流坝在同一平面，上部与溢流曲线相切，下部与反弧段相切。3°反弧段结构尺寸： 鼻坎高程          挑角          反弧半径R          l/h0.5时不分开, l/h0.5时分开2、溢流坝的孔

5、口尺寸1°己知设计洪水位和允许下泄流量: 先定qLH。堰顶高程2°未知设计洪水位和允许下泄流量影响因素： 设计洪水标准；                   下游防洪要求；                  地

6、形地质条件(单宽流量)                   总泄量    a、确定单宽流量b、孔口尺寸溢流重力坝的实用剖面也是由三角形基本剖面修改而成。在溢流面曲线段、直线段和反弧段根据水力学条件确定后，可用基本剖面与溢流面曲线相拟合，形成如下几种可能的实用面， 溢流坝的使用剖面见图5.4.图5.4 溢流坝的实用剖面3、溢流坝顶部结构布置包括闸门、启闭机、闸墩、工作桥、公路桥等

7、.4、溢流重力坝的稳定及强度计算(方法同非溢流重力坝) 第三节 坝身泄水孔可设在溢流坝段或非溢流坝段，主要组成进口段、闸门段、孔身段、出口段和下游消能设施等1、大孔口的布置为满足预泄洪水、减小闸门高度的要求，在坝顶可布设带胸墙的大孔口泄水建筑物.大孔口泄流视水头与孔口高度情况分为三种：     1°Hmax/D1.5     堰顶按孔口射流曲线设计     2°Hmax/D1.2     堰流  

8、   3°1.2 Hmax/D1.5 通过试验确定曲线型式，最大负压不超过36m水柱高2、深式泄水孔的型式及布置     1°深式泄水孔易产生的问题孔内流速高，易产生负压、空蚀、振动；    闸门在水下，承受压力大，检修困难，启门力也相应加大；    门体结构、止水和启闭都较复杂；   2°深式泄水孔的型式按水流条件分   有压：优点：工作闸门布置在出口，门后为大气，可部分开启, 出口高程低，利用水头大，Q

9、大可使断面尺寸较小；   缺点：闸门关闭时，孔内承受较大的内水压力，对坝体的应力和防渗不利，常需钢板衬砌；无压：优点：工作闸门在进口，可以部分开启，关闭后孔道内无水，明流段可不用钢板衬砌，施工简便，干扰少，有利于加快进度； 缺点：断面尺寸大，削弱坝体；按所处高程分：中孔-位于坝高1/32/3范围内底孔-位于坝高底部1/3围内按布置的层数分：单层、多层(双层).3°深式泄水孔的布置        A、进口曲线      

10、0;        要求：a、水头损失小，泄水能力大；b、控制负压，防止空蚀；            进口曲线：(椭圆方程)                   常采用1/4椭圆，长轴与孔轴平行    

11、;               对圆形孔:  A=直径 =0.30，                    孔口两侧:  A=孔宽 =1/4        &#

12、160;                                               对矩形孔: A=孔高 =1/31/4 

13、   B、管身           有压：用圆形，过水能力强，周边应力较好；           无压：用矩形，留足够的净空顶部距水面矩离取最大流量不掺气水深的3050 . C、渐变段    由方圆(进口段用), 由圆方(出口段用) , 见图5.5.图5.5 有压泄水孔出口渐变段因施工较复杂，不宜太长，为满足水流平顺要求又不宜太短，故常取

14、 L=(1.52.0)D   D、竖向连接由缓变陡时，用抛物线. 由陡变缓时，用反弧.E、平压管和通气孔        第四节 消能与防冲通过坝体的下泄水流具有很大的能量，当水位差为40m时，单宽流量q=50秒立方米，一米宽河床内的水流动能可达24000匹马力，如此巨大的能量主要消耗于两个方面：      1、水流的内部损耗，如摩擦、冲击、紊动、漩涡；      2、水流与固体边界作用，如摩擦、冲刷等；当冲

15、刷扩展到坝基时，就会危及坝体安全；消能设计原则：1°尽量增加水流的内部紊动, 2°限制水流对河床的冲刷范围消能方式：(底流消能、挑流消能、面流消能、消力戽消能)1、底流消能    1°工作原理在坝趾下游设消力池、消力坎等，促使水流在限定范围内产生水跃，通过水流的内部摩擦、掺气和撞击消耗能量。见图5.62°产生底流消能的条件3°岩基上护坦的构造要求：护坦厚度应满足稳定要求，在扬压力和脉动压力作用下不浮起。 荷载： 水重集度       &

16、#160;    平均脉动压强            动水压力   (比较复杂，由试验确定)            扬压力强度(设排水时，仅有浮托力，不设排水时, 除考虑浮托力外还有渗透压力) .  图5.6 底流消能措施图5.7所示为设计底流消能时, 水跃第二共轭水深与下游水深的关系.2、挑流消能 

17、0;   1°工作原理            利用鼻坎将水流挑向空中，并使其扩散，掺入大量空气，然后落入下游河床水垫，形成旋滚，消耗能量约20。起初冲刷河床，形成冲坑，达一定深度后，水垫加厚冲坑趋于稳定。见图5.8.图5.7 水跃第二共轭水深与下游水深的关系.图 5.8挑流消能示意图2°设计内容      选择鼻坎型式, 反弧半径, 鼻坎高程, 挑射角度.3°连续式挑坎

18、0;   R增加水流转向容易，但鼻坎向下游延伸较长，工程量增加；减小水流转向困难，一般取(810)hc；     挑射距离远，入水角大，冲坑深；     挑射距离近，入水角小，冲坑浅；=2035°, 鼻坎高程一般高出下游最高水位12m。 4°对坝体安全的评估         挑距: L,  冲坑: tk5°差动式挑坎   使水流通过高低坎分为两股射出，在垂直方向有较大的扩散，水舌入水宽度增加，减少了单位面积上的冲刷能量，两股水流在空中互相撞击、掺气加剧。因此冲坑较连续式的浅，约减少35，但挑距将有所减小。主要缺点：高坎侧面极易形成负压而产生空蚀。3、面流消能工作原理：利用鼻坎将水流挑至水面(不是空中)，在主流下面形成旋滚，从而达到消能的目的。结构尺寸：同挑流鼻坎不同之处：鼻坎低一些(下游水位附近)；小一些(=0).适用场合：下游水位较深，单宽流量变化范围小，水位变幅不大；    &#