泄水建筑物2016

1、本科毕业设计课程指导（三）泄水建筑物设计指导老师：刘指导老师：刘 伟伟指导地点：指导地点：B1-201 指导时间：指导时间：2016年年4月月18日日参考文献 水工建筑物水工建筑物 水力学水力学 混凝土重力坝设计规范混凝土重力坝设计规范 SL319-2005 碾压式土石坝设计规范碾压式土石坝设计规范 SL274-2001 溢洪道设计规范溢洪道设计规范 SL253-2000 面板堆石坝设计规范面板堆石坝设计规范SL228-2013 水工隧洞设计规范水工隧洞设计规范 SL2792002 水力计算手册水力计算手册 水工设计手册（第七卷水工设计手册（第七卷 泄水与过坝建筑物）泄水与过坝建筑物）泄水建筑

2、物 定义定义 主要作用为泄洪、排沙、施工期导流及初期蓄水时向下主要作用为泄洪、排沙、施工期导流及初期蓄水时向下游输水（防止河道断流），同时又要兼顾水电进水口前冲游输水（防止河道断流），同时又要兼顾水电进水口前冲沙、排漂及排冰等。沙、排漂及排冰等。泄水建筑物 常见的形式常见的形式 低水头水利枢纽的滚水坝、拦河闸（泄水闸）和冲沙闸低水头水利枢纽的滚水坝、拦河闸（泄水闸）和冲沙闸 高水头水利枢纽的溢流坝、溢洪道、泄水（底）孔、泄水高水头水利枢纽的溢流坝、溢洪道、泄水（底）孔、泄水涵管、泄水隧洞涵管、泄水隧洞 由河道分泄洪水的分洪闸、溢洪堤由河道分泄洪水的分洪闸、溢洪堤 由渠道分泄入渠洪水或多余水量的

3、泄水闸、退水闸由渠道分泄入渠洪水或多余水量的泄水闸、退水闸 由涝区排泄涝水的排水闸、排水泵站等由涝区排泄涝水的排水闸、排水泵站等泄水建筑物 坝身式泄水建筑物：溢流坝，坝内泄水涵管坝身式泄水建筑物：溢流坝，坝内泄水涵管 岸边式泄水建筑物：岸边溢洪道，泄洪洞岸边式泄水建筑物：岸边溢洪道，泄洪洞 泄水方式泄水方式 堰流：通过溢流坝、溢洪道、溢流堤和全部开启的水闸的堰流：通过溢流坝、溢洪道、溢流堤和全部开启的水闸的水流水流 分类分类 孔流：通过泄水隧洞、泄水涵管、泄水（底）孔和局部开孔流：通过泄水隧洞、泄水涵管、泄水（底）孔和局部开启的水闸的水流启的水闸的水流设计说明 泄水建筑物设计泄水建筑物设计 泄

4、水建筑物坝体结构设计泄水建筑物坝体结构设计 泄水建筑物的水力设计泄水建筑物的水力设计泄水形式泄水形式布置方案和布置方案和轮廓尺寸轮廓尺寸结构计算和结构计算和水力计算水力计算若干个若干个最佳设计方案最佳设计方案经济合理经济合理便于施工便于施工与枢纽中其他建与枢纽中其他建筑物综合分析筑物综合分析设计要点溢流坝 溢流坝分类溢流坝分类 溢流坝布置在主河道上，溢流表孔就其型式有开敞式和胸溢流坝布置在主河道上，溢流表孔就其型式有开敞式和胸墙式两种。墙式两种。 开敞式：具有超泄能力大、水流平顺、结构简单、检查维开敞式：具有超泄能力大、水流平顺、结构简单、检查维修方便和便于排除漂浮物等优点修方便和便于排除漂浮

5、物等优点 胸墙式：对于有些防洪工程，为满足汛前预泄，腾出防洪胸墙式：对于有些防洪工程，为满足汛前预泄，腾出防洪库容的要求，可将溢流表孔降低，设计成胸墙式表孔库容的要求，可将溢流表孔降低，设计成胸墙式表孔设计要点溢流坝 主要设计内容主要设计内容 确定坝体断面、孔口尺寸和堰顶高程、溢流堰面曲线、确定坝体断面、孔口尺寸和堰顶高程、溢流堰面曲线、闸墩及坝段宽度。闸墩及坝段宽度。说明：坝体断面选取除需满足水力学要求外，尚需满足重力说明：坝体断面选取除需满足水力学要求外，尚需满足重力坝基本断面的要求。坝基本断面的要求。设计要点溢流坝 开敞式溢流表孔的设计开敞式溢流表孔的设计 建筑物的组成建筑物的组成标准式

6、溢流表孔一般由上游曲线段、堰面曲线段、直线段、标准式溢流表孔一般由上游曲线段、堰面曲线段、直线段、反弧段以及两侧的闸墩组成。反弧段以及两侧的闸墩组成。1. 堰面形状堰面形状堰顶上游堰头的曲线形式堰顶上游堰头的曲线形式双圆弧曲线双圆弧曲线三圆弧曲线三圆弧曲线椭圆曲线椭圆曲线设计要点溢流坝 开敞式溢流表孔的设计开敞式溢流表孔的设计1. 堰面形状堰面形状堰顶下游堰面的曲线形式堰顶下游堰面的曲线形式堰顶下游堰面采用堰顶下游堰面采用WES幂曲线。幂曲线。WES幂曲线可按下式计算：幂曲线可按下式计算：1nndxkHyHd可根据容许负压的大小按堰顶最大作用水头可根据容许负压的大小按堰顶最大作用水头 Hmax

7、的的75%95%计算；计算；n与上游堰坡有关的指数；与上游堰坡有关的指数；k当当P1/ Hd 1.0时，查表；时，查表；当当P1/ Hd 1.0时，时，k = 2.0 2.2设计要点溢流坝 开敞式溢流表孔的设计开敞式溢流表孔的设计1. 堰面形状堰面形状溢流堰面下游的切点溢流堰面下游的切点溢流堰面下游一般设直线段，也可不设直线段，直接与反弧溢流堰面下游一般设直线段，也可不设直线段，直接与反弧段相切链接。段相切链接。溢流堰面下游切点可按照溢流堰面下游切点可按照WES幂曲线切点斜率与直线段或反幂曲线切点斜率与直线段或反弧段切点斜率相等的原则计算出。弧段切点斜率相等的原则计算出。11nndnyxkH

8、WES幂曲线切点斜率幂曲线切点斜率直线段或反弧段切点的斜率为直线段或反弧段切点的斜率为 1 / a，a为大坝坝坡系数，由大坝的结构要为大坝坝坡系数，由大坝的结构要求确定求确定设计要点溢流坝 开敞式溢流表孔的设计开敞式溢流表孔的设计1. 堰面形状堰面形状溢流堰面下游的切点溢流堰面下游的切点求得切点坐标：求得切点坐标：1/1nidkxHan1/11nidkyHn n设计要点溢流坝 开敞式溢流表孔的设计开敞式溢流表孔的设计2. 闸墩型式闸墩型式溢流坝闸墩根据具体情况其墩头形状可采用矩形、半圆形、溢流坝闸墩根据具体情况其墩头形状可采用矩形、半圆形、尖圆形和楔形等型式。尖圆形和楔形等型式。3. 泄流能力

9、泄流能力表孔敞泄泄流能力表孔敞泄泄流能力3/202sQCmBgH表孔控泄泄流能力表孔控泄泄流能力02sQeBg He002sQeBgH 001eH设计要点溢流坝 开敞式溢流表孔的设计开敞式溢流表孔的设计4. 水面线的确定水面线的确定为了设计闸墩高度，导墙顶高程及选定弧形闸门支铰高程，需为了设计闸墩高度，导墙顶高程及选定弧形闸门支铰高程，需知道水面线。知道水面线。水面以上的安全超高可采用水面以上的安全超高可采用0.51.5m，对非直线段，安全超，对非直线段，安全超高宜适当增加。高宜适当增加。不掺气的水面线，如何确定参看不掺气的水面线，如何确定参看水工设计手册水工设计手册（第（第7卷卷 p.811

10、）如水流掺气，则水深增加，边墙高度需相应增加，具体参看如水流掺气，则水深增加，边墙高度需相应增加，具体参看水工设计手册水工设计手册（第（第7卷卷 p.167172）设计要点溢流坝 开敞式溢流表孔的设计开敞式溢流表孔的设计5. 反弧半径的确定反弧半径的确定溢流坝下游反弧半径应结合下游消能方式来确定，对不同的消溢流坝下游反弧半径应结合下游消能方式来确定，对不同的消能方式应选用不同的公式。能方式应选用不同的公式。挑流消能挑流消能h 为校核洪水位闸门全开时反弧段最低处的水深，为校核洪水位闸门全开时反弧段最低处的水深，m。说明：反弧段流速说明：反弧段流速 v Hmax/2 的条件的条件当当 P1/ Hd

11、 ht远驱水跃，一般修建消力池、消力坎或综合消力池远驱水跃，一般修建消力池、消力坎或综合消力池hc=ht临界水跃临界水跃hc 0.45，查表，查表 1,0sshfH s 为坎后的淹没系数；为坎后的淹没系数；21 11,012vHHg2/321121jc22sqqHmggh满足的条件满足的条件:坎高坎高 c 计算步骤计算步骤消力池水力计算 在护坦末端修建消能坎所形成的消力池在护坦末端修建消能坎所形成的消力池 2) 消能池长消能池长Lk的计算的计算Lk（0.70.8）Lj3) 设计流量的确定设计流量的确定 在不同流量范围内假定不同的流量，确定不同在不同流量范围内假定不同的流量，确定不同 c ，取较

12、大值，取较大值护坦长度计算 收缩断面的收缩断面的Fr4.5，护坦上不设辅助消能设施，护坦上不设辅助消能设施6ccLhh 收缩断面的收缩断面的Fr4.5，消力池池首断面平均流速大于，消力池池首断面平均流速大于16m/s，护坦上设梳流坎、消力墩及尾坎，护坦上设梳流坎、消力墩及尾坎3.2 4.3cLh 收缩断面的收缩断面的Fr4.5，消力池池首断面平均流速小于，消力池池首断面平均流速小于16m/s，护坦上设梳流坎、消力墩及尾坎，护坦上设梳流坎、消力墩及尾坎2.3 2.8cLh开敞式溢洪道井式溢洪道虹吸式溢洪道消力池池深计算jc1t()dhhz222tjc1112()()qzghh Tj c1hh消能条件消能条件Tthdhz几何条件几何条件2221 12221t222vvvHhggg出口能量条件出口能量条件消力池设计流量池深设计流量池深设计流量池长设计流量池长设计流量Qhthch(hc - ht)maxQdQd(hc - ht)maxQdQmax坎高 c 的计算步骤QdE0hchcH1,0， H1校核出流一级坎设计合理一级坎设计合理: A试算坎高