溢流坝段设计

1、第四章溢流坝段设计4.1孔口设计1.确定工程等级本工程基本资料防洪要求减轻洪水对A市和A平原的威胁，在遇到5000年一遇和1000年一遇的洪水时，经水库调洪后，洪峰流量由原来的12100立方米/秒、10900立方米/秒分别削减为6350立方米/秒、5750立方米/秒。要求设计洪水时最大下泄流量限制为6550立方米/秒。其他参数见表4。表4 洪水标准的调洪成果洪水标准来流量峰值（m3/s）泄流量（m3/s）上游水位（m）下游水位（m）设计（0. 1%）1090051162186.502114.18校核（0.02 %）1210056912189.682115.33结合SL252-2000水利水电枢

2、纽工程等级划分及设计标准参照表4-1 项目 水工建筑物级别 1 2345 设计10005005001001005050303020校核土石坝可能最大洪水（PMF）10000500050002000200010001000300300200混泥土/浆砌石50002000200010001000500500200200100 4-1由此可以确定水工建筑物工程等级为级。2.孔口形式选择 溢流重力坝既要挡水又要泄水，不仅要满足稳定和强度要求，还要满足泄水要求。因此需要有足够的孔口尺寸、较好体型的堰型，以满足泄水的要求；且使水流平顺，不产生空蚀破坏。溢流坝的泄水方式主要有以下两种：（1） 开敞溢流式 除

3、泄洪外，它还可排除冰凌或其它漂浮物，如图 1 所示。堰顶可设置闸门，也可不设。不设闸门时，堰顶高程等于水库的正常高水位，泄洪时库水位雍高，从而加大了淹没损失，但结构简单，管理方便，适用于泄洪量不大、淹没损失小的中小型工程；设置闸门的溢流坝，闸门顶高程大致与正常高水位齐平，堰顶高程较低，可利用闸门的开启高度调节库水位和下泄流量，适用于大型工程及重要的中型工程。闸门在顶部，操作方便，易于检修，工作安全可靠，所以，开敞溢流式得到广泛采用。（2）大孔口溢流式 为了降低堰顶闸门的高度，增大泄流可采用带有胸墙的溢流堰，如图2 所示。这种型式的溢流孔可按洪水预报提前放水，从而腾出较大库容蓄纳洪水，提高水库的

4、调洪能力。为使水库具有较大的泄洪潜力，宜优先考虑开敞式溢流孔。(3)综合上面所述，本设计采用开敞式溢流设闸门。 图1开敞溢流式堰 图2孔口溢流式堰3.孔口尺寸确定从基本资料中得知，本电站4台5万千瓦机组。正常蓄水位为2184.5米，汛期限制水位为2182米，死水位2163米，4台机满载流量332立方米/秒，相应尾水位2103.5米。（1）单宽流量的确定。通过调洪演算，可得出枢纽的总下泄流量Q总（坝顶溢流、泄水孔及其他建筑物下泄流量的总和），通过溢流孔口的下泄流量应为 Q溢=Q总-Q0式中；Q0为经过电站和泄水孔等下泄的流量，为系数，正常运用时取0.750.9，校核运用时取1.0。 设计流量，取

5、0.9Q溢=5116-0.9×332=设L为溢流段净宽（不包括闸墩的厚度），则通过溢流孔口的单宽流量为 q=Q溢/L (2)孔口尺寸设有闸门的溢流坝，需用闸墩将溢流段分隔为若干个等宽的孔口。若孔口宽度为b，则孔口数n=L/b,一般选用略大于计算值得整数。令闸墩厚度为d，则溢流前沿总长L0应为；L0=nb+(n-1)d ，由调洪演算可设计洪水位及相应的下泄流量Q溢。当采用开敞溢流时，可利用下式计算堰顶水头H0。Q溢=nbm2gH3/2 式中；为闸墩侧收系数，与墩头型式有关；m为流量系数，与堰顶型式有关；g为重力加速度，m/s2。设计洪水位减去H0既为堰顶高程。4.闸门和启闭机闸门分为工

6、作闸门、检修闸门、事故闸门。工作闸门一般设在溢流堰顶，有时为了使溢流面更陡一些，可将闸门设在靠近堰顶不远的下游处。检修闸门和工作闸门之间应留有13米净距，以便进行检修。全部溢流孔通常备有12个检修闸门，交替使用。工作闸门选择平面闸门；主要优点结构简单，闸墩受力条件好，各孔口可共用一个活动式启闭机；缺点是启闭力较大，闸墩较厚，设有门槽，水流条件差。弧形闸门；主要优点是启闭力较小，闸墩较薄，无门槽，水流平顺；缺点是闸墩较长，且受力条件差。根据工程情况结合实际选择平面闸门。检修闸门检修闸门采用平面闸门，可跟工作闸门共用启闭机。启闭机活动式启闭机；多用于平面闸门，可以兼用与启吊工作闸门和检修闸门。固定

7、式启闭机；固定在工作桥上多用于弧形闸门。根据前面选择应选用活动式启闭机。5.闸墩闸墩承受闸门传来的水压力，也是坝顶桥梁的支承。（1）闸墩的平面形状，在上游端应使水流平顺，减小孔口水流的收缩；下游端应减小墩后水流的水冠和冲击波。上游端一般采用半圆形或椭圆形；下游端一般用流线型或圆弧曲线，也有用半圆形的。常见的闸墩形状如图3-8所示。近年来，溢流坝的下游端也常采用方形，使墩后形成一定范围的空腔，有利于过坝水流底部掺气，防止溢流坝面发生空蚀。（2）闸墩厚度；与闸门型式有关。平面闸门需设闸门槽，槽深m，宽m，门槽处的厚度不得小于m，以保证有足够的强度。弧形闸门闸墩的最小厚度为m。（3）闸墩的长度和高度

8、；应满足布置闸门、工作桥、交通桥和启闭机械的要求。（4）边墩；溢流坝两侧设边墩，也叫边墙，一方面起闸墩作用，同时也起分隔溢流坝段和非溢流坝段的作用。边墩从坝顶延伸到坝趾，边墩高度由溢流水深决定，并应考虑溢流面上由水流冲击和掺气所引起的水深增加值，边墩顶高出水面m。另外，为防止温度裂缝，在导墙上每隔15m做一道伸缩缝，缝内做简单的止水，以防工作时漏水。6.横缝的布置溢流坝段的横缝，有以下两种布置方式；缝设在闸墩中间，当坝段间产生不均匀沉降时，不致影响闸门启闭，工作可靠，缺点是闸墩厚度大。缝设在溢流孔跨中，闸墩成为整体墩，可使大跨度弧形闸门支铰结构得到加强，但易受到地基不均匀沉降的影响。本设计缝设

9、在闸墩中间。4.2溢流面体形设计溢流面由顶部的曲线、中间的直线和底部的反弧三部分组成。设计要求；有较高的流量系数，泄流能力大；水流平顺，不产生不利的负压和空蚀破坏；体形简单、造价低、便于施工等。1. 顶部曲线段由于WES坝面曲线的流量系数较大且剖面较瘦，工程量较省，坝面曲线用方程控制，设计施工方便，所以今年来我国多采用WES曲线。本设计结合书本与规范，采用WES剖面曲线。上游段采用三圆弧及下列型式的曲线yHd=0.413(Hd)0.625-0.81(Hd)1.85式中；Hd为定型设计水头，一般为校核洪水位时堰顶水头的75%95%。WES型堰顶下游段曲线，当坝体上游面为铅直时，可按下式计算； 1

10、.85=2.0Hd0.85y坐标原点在堰顶，如图3-55所示。2.反弧线溢流坝面反弧线段是使沿溢流面下泄水流平顺转向的工程措施，通常采用圆弧曲线，反弧线半径应结合下游消能设施来确定。根据DL 5108-1999混凝土重力坝设计规范 规定；对于挑流消能，R=(410)h，h为校核洪水闸门全开时反弧线段最低点处的水深。反弧线流速愈大，要求反弧半径愈大。当流速小于16m/s时，取下限值。流速大时，宜采用较大值。当采用底流消能，反弧段与护坦相连时，宜采用上限值。根据国内外工程资料，提出反弧半径经验公式为 R =23Fr3/2h Fr=y/gh式中Fr为反弧最低点处的佛劳德数。3.中间直线段 中间直线段

11、与坝顶曲线和下部反弧段相切，坡度与非溢流坝段的下游坡相同。4.剖面设计剖面设计有如图3-57 三种形式（1） 对于有鼻坎的溢流坝，鼻坎超出基本三角形以外，当/h>0.50 ，经核算B-B截面的拉应力较大时，可设缝将鼻坎与坝体分开，如图3-57（a）所示。（2）当溢流重力坝剖面大于基本三角形剖面时，为节约坝体工程量，但又不影响泄流能力，可将堰顶突向上游，如图3-57（b）所示，其突出部分的高度h1应大于0.5Hmax。（3）如溢流重力坝较低，其坝面顶部曲线段可直接与反弧段连接，而无中间直线段，如图3-57（c）。4.3消能防冲设计1.消能防冲的设计原则尽量使下泄水流的大部分动能消耗在水流内部的絮动中，以及水流和空腔的摩擦上；不产生危及坝体安全的河床或岸坡的局部冲刷下泄水流平稳结构简单，工作可靠；工程量小2. 挑流消能设计4.4坝身泄水孔设计1.泄水孔类型在水利枢纽中为满足泄洪、发电、排沙、放空水库及施工导流等要求，需要在重力坝体内设置不同高程的泄水孔口，进口一般布置在库水位以下较深处。泄水孔按其孔口流态分为有压泄水孔和无压泄水孔；