溢洪道设计与水力计算

溢洪道设计1溢洪道布置基本要求（一）一般规定（1）河岸式溢洪道布置可包括进水渠、控制段、泄槽、消能防冲设施及出水渠。（2）溢洪道的布置应根据地形、地质、工程特点、枢纽布置、坝型、施工及运用条件、经济指标等综合因素进行全面考虑。（3）溢洪道布置应结合枢纽总体布置全面考虑，避免泄洪、发电、航运及灌溉等建筑物在布置上的相互干扰。(4)溢洪道的泄量、溢流前缘总宽度及堰顶(或闸底板)高程等应根据的因素通过技术经济比较选定。(5)当设有正常、非常溢洪道时，正常溢洪道的泄洪能力，不应小于设计洪水标准下所要求的泄量。(6)正常溢洪道在布置和运用上可分为主、副溢洪道，应根据地形，地质条件、枢纽布置、坝型、洪水特性及对下游的影响等因素研究确定。(7)溢洪道的位置应选择有利的地形和地质条件布置在岸边或垭口，并宜避免开挖而形成高边坡。(8)溢洪道应布置在稳定的地基上，并应充分注意建库后水文地质条件的变化对建筑物及边坡稳定的不利影响，(9)溢洪道进、出口的布置，应使水流顺畅。溢洪道轴线宜取直线，如需转弯时，宜在进水渠或出水渠段内设置弯道。(10)当溢洪道靠近坝肩布置时，其布置及泄流不得影响坝肩及岸坡的稳定。在土石坝枢纽中，当溢洪道靠近坝肩时，与大坝连接的接头、导墙、泄槽边墙等必须安全可靠。(11)溢洪道的闸门启闭设备及基础抽排水设备，应设置备用电源，保证供电可靠。（二）进水渠(1)进水渠的布置应遵循的原则。(2)进水渠道口布置应因地制宜，使水流平顺入渠，体型宜简单。当进口布置在坝肩时，靠坝一侧应设置顺应水流的曲面导水墙，靠山一侧可开挖或衬护成规则曲面。当进口布置在垭口面临水库时，宜布置成对称或基本对称的喇叭口形式。(3)进水渠底宽顺水流方向收缩时，进水渠首、末端底宽之比宜在1.5~3之间，在与控制段连接处应与溢流前缘等宽。(4)基岩上的进水渠渠底可不衬护，当水头损失较大或不满足不冲流速要求时，是否衬护，应通过经济比较确定。当岩性差时，应进行衬护。(5)进水渠的直立式导墙的平面弧线曲率半径不宜小于2倍渠道底宽。导墙顺水流方向的长度宜大于堰前水深的2倍，导墙墙顶高程应高于泄洪时最高库水位。紧靠土石坝坝体的进水渠，其导墙长度以挡住大坝坡脚为下限。距控制段2倍堰前水深距离以内的导墙，其墙顶应高出泄洪时最高库水位；2倍堰前水深长度以远的导墙，可设置为下潜式，其墙顶应超出坝面适当高度。（三）控制段(1)控制段设计应包括控制泄量的堰(闸)及两侧连接建筑物。(2)控制堰(闸)轴线的选定，应满足的要求。(3)控制堰的型式应根据地形、地质条件，水力条件、运用要求，通过技术经济综合比较选定。(4)侧槽式溢洪道的侧堰可采用实用堰，堰顶可不设闸门。(5)闸墩的型式和尺寸应满足闸门(包括门槽)、交通桥和工作桥的布置，以及水流条件、结构和运行检修等的要求。(6)控制堰(闸)的工作桥、交通桥布置，应根据闸门启闭设备、运行、观测、检修和交通等要求确定。(7)控制段的闸墩、胸墙或安全超高下限值岸墙的顶部高程，为宣泄校核设计洪水位或正常蓄水位加波浪的计算高度和安全超高值。（四）泄槽(1)在选择泄槽轴线时，宜采用直线。当必须设置弯道时，弯道宜设置在流速较小、水流比较平稳、底坡较缓且无变化的部位。(2)泄槽在平面上设置弯道时，宜满足下列要求，泄量大、流速高的泄槽，弯道参数宜通过水工模型试验确定。(3)泄槽的纵坡、平面及横断面布置，应根据地形、地质条件及水力条件等进行经济技术比较确定。（五）消能防冲设施(1)溢洪道消能防冲设施的型式应根据地形、地质条件、泄流条件、运行方式、下游水深及河床抗冲能力、消能防冲要求、下游水流衔接及对其它建筑物影响等因素，通过技术经济比较选定。河岸式溢洪道可采用挑流消能或底流消能，亦可采用面流、戽流或其它消能型式。(2)溢洪道消能防冲建筑物的设计洪水标准：l级建筑物按100年一遇洪水设计；2级建筑物按50年一遇洪水设计，3级建筑物按30年一遇洪水设计。同时，还应考虑宣泄低于消能防冲设计洪水标准的洪水时可能出现的不利情况。(3)选定的消能设施，应保证在宣泄消能防冲设计洪水流量及以下各级流量，尤其是在宣泄常遇洪水时消能效果良好，结构可靠，并能防空蚀、抗磨损和抗冻害，必要时可采用相应措施。淹没于水下的消能工宜考虑检修条件。(4)挑流消能可用于岩石地基的高、中水头枢纽。溢洪道挑流消能设施的平面形式可采用等宽式、扩散式、收缩式。挑流鼻坎可选用连续式、差动式和各种异型鼻坎等。(5)当采用挑流消能时，应慎重考虑挑射水流的雾化和多泥沙河流的泥雾对枢纽其它建筑物及岸坡的安全和正常运行的影响。(6)当采用挑流消能遇有下列情况时，必须采取妥善措施处理。(7)底流消能可用于各种地基，或设有船闸等对流态有严格要求的枢纽。底流消能设施可采用平底式、斜坡式、扩散式，收缩式等消力池及各种型式的辅助消能工，必要时可设多级消力池，并应注意泥沙磨蚀问题。(8)面流消能可用于下游尾水大于跃后水深且水位变幅不大，河床及两岸在一定范围内有较高的抗冲能力，或有排冰要求的枢纽。(9)消力戽或戽式消能工可用于下游水深大于跃后水深、下游河床从两岸有一定抗冲能力的枢纽，有排泄漂浮物要求时不宜采用。消力戽下游宜设置导墙。（六）出水渠(1)当溢洪道下泄水流经消能后不能直接泄入河道而造成危害时，应设置出水渠。(2)选择出水渠线路应经济合理，其轴线方向应顺应下游河势。出水渠宽度应使水流不过分集中，并应防止折冲水流对河岸有危害性的冲刷。2溢洪道进水渠、控制段、泄槽、消能防冲、边墙等建筑物设计（一）一般规定（1）溢洪道的结构设计，应根据布置、水力设计、地基及运用条件，结合防渗、排水、止水及锚固等工程措施，在满足安全、耐久的前提下，选用经济合理的结构型式和尺寸。(2)大体积混凝土的抗压强度可采用90天龄期抗压强度值，按表规定取值；其余部位混凝土抗压强度可采用28天龄期抗压强度值，按表规定取值，经论证亦可采用90天龄期的抗压强度，强度增长系数对于普通硅酸盐水泥取1.15，对于矿渣硅酸盐水泥取1.3。

(3)溢洪道混凝土与地基接触面、地基内岩体之间、地基内软弱夹层层面的抗剪断强度，的取值，对于大、中型溢洪道的规划，可按有关规定选用；可行性研究报告以后各设计阶段，应根据野外及室内试验成果分析确定；对于中型工程，若无条件进行野外试验时，宜进行室内试验，并参照类似工程经验及有关规定选用。(4)溢洪道的混凝土结构应考虑温度应力的影响，并根据当地的气候条件、结构特点、地基约束等因素，采取必要的结构措施和施工措施。(5)溢洪道建筑物设置锚筋时，应经计算并参照类似工程的经验确定，必要时应进行锚筋抗拔试验。（二）进水渠衬护(1)进水渠渠底需要衬护时，可采用混凝土护面、浆砌块石或干砌块石等。(2)底板衬护厚度可按构造要求确定，混凝土衬砌厚度可取为30cm，必要时还要进行抗渗和抗浮稳定验算。(3)混凝土衬砌的分块尺寸，可按第4.(3)的规定确定。（三）控制段(1)控制段结构设计应包括：1）结构型式选择和布置。2）荷载计算及其组合。3）稳定计算。4）结构计算。5）细部设计。6）提出材料强度、抗冻、抗渗等指标及施工要求，特别是混凝土施工温度控制要求。(2)控制堰（闸）的结构型式，可采用分离式或整体式。分离式适用于岩性比较均匀的地基，整体式适用于地基均匀性较差的情况。(3)分离式底板，必要时应设置垂直水流向的纵缝，缝的位置和间距应根据地基、结构、气候和施工等条件确定。

(4)闸室的胸墙可根据运用条件选用固定式、活动式或混合式。固定式胸墙与闸墩的连接，可根据闸室结构特点采用简支或固端。胸墙应有足够的刚度，在水压力作用下，不应产生过大变形。(5)控制堰（闸）的稳定分析可采用刚体极限平衡法。闸室基底应力及实用堰堰体应力分析可采用材料力学法，重要工程或受力条件复杂时可采用有限元法。(6)闸墩的型式和布置，应符合第3.(5)的规定。对设置大型弧形闸门的闸墩，通过技术经济比较，可采用预应力钢筋混凝土结构。(7)作用在控制段上的荷载分为基本荷载和特殊荷载两类。(8)控制段结构设计的荷载组合应分为基本组合和特殊组合。基本组合由基本荷载组成；特殊组合由基本荷载和一种或几种特殊荷载组成。(9)作用在控制段上的荷载，应按有关规定进行计算。(10)堰（闸）基底面的抗滑稳定安全系数按抗剪断强度公式计算。当堰（闸）地基内存在不利的软弱结构面时，其抗滑稳定需做专门研究。堰（闸）沿基底面的抗滑稳定安全系数不得小于表规定值。堰（闸）基底面上的垂直正应力，应满足的要求。溢流堰体上游面的铅垂方向最小正压应力(计入扬压力)应大于零。不满足此项要求时，应配置钢筋。(13)溢流堰体上游面的铅垂方向最小正压应力(计入扬压力)应大于零。不满足此项要求时，应配置钢筋。(14)用材料力学法分析堰(闸)断面的应力分布时，当结构和受力均对称时，可按单向偏心受压公式计算。(15)闸墩及其底板，应根据闸室的结构型式和运用条件进行下列情况的稳定和应力分析。(16)分离式底板应校核其抗浮稳定性，必要时应采取排水和锚固等措施。(17)对于闸墩上的闸门槽和弧门铰支座应进行强度核算。对闸室的上部结构，应进行强度、配筋、变形和限裂计算，有抗震要求的尚应进行抗震设计。(18)对于大型和受力条件复杂的中型工程的控制段的结构设计，应根据具体情况选用多种方法进行分析比较，必要时宜进行结构模型试验，验证各部位的应力状态。（四）泄槽底板(1)泄槽底板的厚度，应考虑溢洪道的规模及其与坝的相对位置、沿线的工程地质和水文地质条件、水力特性、气候条件，水流中挟沙情况等因素，并根据类似工程经验进行类比确定。(2)泄槽底板可采取防渗、排水、止水、锚固等必要的工程措施。泄槽底板在消力池最高水位以下的部分，应按消力池护坦设计。(3)泄槽底板应设置结构缝，其位置应满足结构布置要求。分块尺寸应考虑气候特点、地基约束情况、混凝土施工(特别是温控)条件，比照类似工程经验确定，其纵、横缝间距可采用l0m～15m。但不应只在板块下游端设置齿槽。(4三)泄槽三底板三的纵三、横三缝一三般可三采用三平缝三。当三地基三不均三匀性三明显三时，三横缝三宜采三用半三搭接三缝、三全搭三接缝三或键三槽缝三。(5三)溢洪三道泄三槽底三板的三纵、三横缝(包括三与相三邻建三筑物三的分三缝)，宜三设止三水。(6三)对于三可能三发生三不均三匀沉三陷或三不设三锚筋三的泄三槽底三板，三宜在三板块三上游三端设三置齿三槽，三并采三用上三下游三板块三的全三搭接三横缝三。也三可在三板块三上、三下游三端均三设齿三槽，三但不三应只三在板三块下三游端三设置三齿槽。（五三）挑三流鼻三坎挑流三鼻坎三在泄三洪时三所受三的动三水压三力按三下列三公式三计算三，其三抗滑三稳定三分析三及安三全系三数可三与控三制段三相同。挑流三鼻坎三顺水三流向三纵缝三的间三距可三按第3.三(4三)的要三求采三用。三挑流三鼻坎三不宜三设垂三直水三流向三的结三构缝三。（六三）消三力池三护坦(1三)消力三池护三坦应三进行三抗浮三稳定三复核三。对三设有三消力三齿、三消力三墩或三尾槛三的护三坦，三尚应三进行三抗倾三及抗三滑稳三定复三核。(2三)护坦三抗浮三稳定三应桉三下列三情况三分别三计算三。(3三)护坦三的抗三浮稳三定可三按下三式计三算，三其安三全系三数Kf值可三取1.三0～1.三2，应三根据三工程三等级三、枢三纽布三置、三地基三特性三、计三算情三况等三选用三。(4三)当护三坦设三置锚三筋时三，宜三将锚三筋向三上延三伸并三与护三坦表三层钢三筋网三连接三。(5三)护坦三分缝三间距三宜与三泄槽三底板三分缝三间距三相同三，缝三中宜三设止三水。三垂直三水流三向的三缝宜三采用三半搭三接缝三或键三槽缝三，顺三水流三向的三缝宜三采用三键槽三缝。（七三）边三墙(1三)溢洪三道进三水渠三、控三制段三、泄三槽、三挑流三鼻坎三及消三力池三的两三侧挡三土或三不挡三土的三导墙三、边三墙或三贴坡三式边三墙(以下三统称三为边三墙)，宜三设置三结构三缝与三底板三分开三。根三据实三际情三况，三控制三段、三泄槽三、挑三流鼻三坎、三消力三池的三边墙三也可三与底三板连三成整三体。(2三)溢洪三道边三墙设三计应三进行三抗滑三稳定三、基三底正三应力三和基三底合三力偏三心距三的核三算，三必要三时还三应核三算其三抗倾三稳定三。(3三)溢洪三道边三墙承三受的三荷载三及其三分类三与控三制段三相同三。(4三)泄槽三反弧三段边三墙设三计应三考虑三水流三离心三力；三泄槽三、鼻三坎和三消力三池的三边墙三的设三计，三还应三考虑三脉动三压力三。(5三)进水三渠及三控制三段边三墙的三荷载三组合三与控三制段三相同三；控三制段三以下三各段三边墙三的荷三载组三合见三表。(6三)溢洪三道边三墙沿三建基三面的三抗滑三稳定三可按三抗剪三断强三度公三式(5三.2三.2三-1三)进行三，也三可按三抗剪三强度三公式(5三.2三.2三-8三)进行三，当三墙基三内存三在不三利软三弱结三构面三时，三应复三核其三深层三抗滑三稳定三。(7三)当按三式(5三.2三.2三-1三)计算三边墙三抗滑三稳定三安全三系数K时其三值应三不小三于表三规定三值；三当按三式(5三.2三.2三-8三)计算三边墙三抗滑三稳定三安全三系数Kc时，Kc值应三不小三于表三规定三值。(8三)当库三水位三或下三游水三位骤三降时三，可三根据三具体三情况三考虑三是否三需要三核算三进水三渠导三墙或三消力三池边三墙的三稳定三。(9三)边墙三基底三最大三垂直三正应三力不三应大三于地三基容三许压三应力(计算三时分三别计三入扬三压力三和不三计入三扬压三力)。(1三0)对次三要部三位的三边墙三，计三及扬三压力三时，三在基三本组三合情三况下三，基三底面三上合三力的三偏心三距不三应大三于基三底宽三的1/三4；在三特殊三组合三情况三下，三偏心三距不三应大三于基三底宽三的1/三3。(1三1)对于三合力三偏心三距大三于等三于1/三4基底三宽的三边墙三，应三核算三其抗三倾覆三稳定三。(1三2)边墙三结构三缝间三距可三取l0三m～15三m。有三防渗三要求三时，三缝中三应设三置止三水。(1三3)重力三式边三墙顶三宽应三不小三于0.三5m，可三利用三渠槽三底板三的一三部分三作为三前墙三趾，三在挖三方渠三道中三可采三用衡三重式三边墙三。(1三4)进水三渠边三坡设三置贴三坡式三边墙三或护三坡时三，可三根据三水流三及地三质条三件分三别采三用喷三水泥三砂浆三、喷三混凝三土、三干砌三块石三、浆三砌块三石和三混凝三土衬三砌等三型式三。其三厚度三按结三构要三求确三定。泄槽三和鼻三坎段三的贴三坡式三边墙三，可三采用三混凝三土衬三砌，三其厚三度不三宜大三于相三应部三位底三板的三厚度三，最三小厚三度应三满足三施工三要求三。（八三）下三游防三冲当消三能设三施出三口区三地质三条件三较差三时，三可根三据消三能型三式设三置防三淘齿三墙、三翼墙三、二三道坝三、海三漫或三防冲三槽等三设施三。3溢洪三道水三力计三算与三设计（一三）一三般规三定（1）三溢洪三道水三力设三计宜三包括三如下三内容三：1）泄三流能三力计三算。2）水三流边三界体三型设三计。3）水三面线三及压三坡线三计算三。4）弯三道水三力计三算。5）消三能防三冲水三力设三计。6）高三速水三流区三防空三蚀设三计。对于三大型三工程三及水三力条三件较三复杂三的中三型工三程，三上述三各项三水力三设计三内容三。均三应经三溢洪三道水三上模三型试三验验三证。（2）三溢洪三道的三水力三设计三应满三足下三列要三求：1）泄三流能三力必三须满三足设三计和三校核三工况三下所三要求三的泄三量，三设计三和校三核洪三水标三准按三有关三规定三执行三。2）消三能防三冲设三计的三洪水三标准三按第5.三(2三)执行三。3）体三型合三理、三简单三，水三流平三顺、三稳定三，并三避免三发生三空蚀三。4）下三泄水三流流三态及三水流三对河三床的三冲淤三满足三第1.三(1三0)的要三求。(3三)溢洪三道沿三程水三头损三失计三算中三的糙三率系三数，三可按三有关三规定三查用三。局三部水三头损三失计三算中三的局三部阻三力系三数，三可根三据有三关资三料分三析选三用。（二三）进三水渠(1三)进水三渠水三力设三计应三使渠三内水三流平三顺、三稳定三，水三面波三动及三横向三水面三比降三小，三并应三避免三回流三和漩三涡。(2三)进水三渠中三的设三计流三速应三大于三悬移三质不三淤流三速，三小于三渠道三不冲三流速三，且三水头三损失三较小三。不三满足三上述三规定三时，三应进三行论三证。三渠道三没计三流速三宜采三用3~三5m／s。(3三)渠道三水面三线可三由引三水渠三首都三到位三于堰三前3~三5倍堰三上水三头处三的控三制断三面之三间建三立能三量方三程，三用分三段求三和法三计算三。（三三）控三制段开敞三式实三用堰(包括三正堰三和侧三堰)，堰三顶下三游堰三面宜三优先三采用WE三S型幂三曲线三，堰三顶上三游堰三头可三采用三双圆三弧、三三圆三弧或三椭圆三曲线三。堰三面曲三线可三按下三列方三法计三算。当选三择低三实用三堰时三，宜三取上三游堰三高,下游三堰高，为堰三面曲三线的三定型三设计三水头三。堰三面曲三线下三接直三线段三，坡三度宜三陡于1：1。当堰三顶以三上最三大水三头与三孔口三高度三的比三值时，三或闸三门全三开仍三属孔三门泄三流时三，孔三门下三游堰三面曲三线宜三采用三抛物三线，三可按三下列三公式三计算三。胸三墙底三缘可三采用三椭圆三，圆三弧或三其它三形式三。(4三)堰高三小于3m的低三