【《某水利枢纽溢流坝段设计计算案例》2000字】

某水利枢纽溢流坝段设计计算案例目录TOC\o"1-2"\h\u11298某水利枢纽溢流坝段设计计算案例 1198741.1溢流坝段剖面形状的确定 1271471.2消能设计 3215691.3闸门、闸墩及导墙设计 51.1溢流坝段剖面形状的确定溢流坝段作为挡水建筑物需要满足稳定和强度要求，作为泄水建筑物，溢流坝的泄水能力需要满足工程所需泄水能力要求，并且在泄水过程中，溢流坝应尽可能使水流在流经坝面使保持平顺，否则水流会产生空蚀现象，危害坝体安全，另外，溢流坝还应做好消能防冲措施，以免下泄水流冲击河床产生冲刷坑，影响其他建筑物的正常运行。调洪演算选定的方案中，溢流前缘宽度B=45m，可以设置5个表孔，孔宽9m，堰顶高程337m。设计洪水位346.32m，相应下泄流量2784m³/s；校核洪水位349.35m，相应下泄流量4430m³/s。溢流坝采用WES实用堰，堰顶上游堰头曲线采用三圆弧曲线，堰顶下游堰面曲线采用WES幂曲线。1.1.1上游堰头曲线堰面曲线定型设计水头Hd按堰顶最大作用水头的75%~95%计算，考虑容许负压，在校核洪水位闸门全开时出现的负压不得超过3~6m，取Hd=0.85Hmax=10.5m。经检验在此时在校核洪水位闸门全开时产生的负压为1.1m，满足设计规范要求。上游堰面采用三圆弧曲线，各圆弧直径分别为：=5.25m，=1.84m；=1.1m，=1.90m；=0.42m，=1.96m。1.1.2下游幂曲线WES曲线按式（1.1）计算： （1.1）式中：Hd——设计水头10.5m；x、y——堰顶下游侧曲线横、纵坐标；n——与上游堰坡有关的指数，当上游面垂直时，n=1.85；k——上游面垂直时取1.0。方程可以简化为：，以堰顶为原点，计算幂曲线上的坐标见表1.1。表1.1幂曲线点坐标横坐标x（m）纵坐标y（m）横坐标x（m）纵坐标y（m）0.000.009.003.951.000.0710.001.801.000.2411.005.723.000.5211.006.721.000.8813.007.795.001.3311.008.946.001.8615.0010.167.001.4816.0011.448.003.17绘制堰顶曲线见图1.1。图1.1WES堰顶曲线图1.1.3中间直线段中间直线段与顶部幂曲线和底部反弧段相切，坡度与挡水坝段下游坡度相同，m=0.75时，对幂曲线求一阶导数。设直线段与幂曲线的切点为（x0，y0），则有0.1258=1/0.75，解得x0=16.14，y0=11.63，则切点坐标为（13.14，11.63）1.2消能设计1.1.1消能方式的选择已经修建完成并投入使用的大坝，上下游水位存在水位差，上游的水流流至下游，重力势能转化为动能，高速水流冲刷河床会破坏坝址和下游地基，因此必须设置消能防冲措施。常见的消能方式有挑流消能、底流消能、面流消能、消力戽消能等。挑流消能优点是施工难度低、挑流射程较远、消能作用明显，缺点是冲刷坑较深，引起下游水位波动较剧烈。挑流消能适用于坚硬岩石上的高、中坝。底流消能适用于地基强度低，河床脆弱不耐冲的情况，优点是运行可靠，下游流态平稳，但土石方开挖量和混凝土浇筑量大，经济性不好。面流消能优点是无需护坦，缺点是下游水位波动强烈，不仅冲刷两岸，而且影响通航和发电。消力戽消能适用于尾水较深且下游河床和两岸具有一定抗冲能力的情况，优点是对河床冲刷小，缺点和面流消能相同。本工程坝址处地质条件良好，可以采用挑流消能，初步拟定鼻坎高程比校核情况下游水位高1m，即318.4m，鼻坎挑射角θ=25°。1.1.2反弧段设计对挑流效能，反弧段半径按式（1.2）计算： （1.2）式中：h——校核洪水位时反弧最低点处的水深，m。则R=16.8~42m，取R=17m。由能量方程可得，鼻坎处平均水流流速v: （1.3）式中：——流速系数，取0.95；H——上游水位到鼻坎高差，m。计算得v=23.4m/s。 （1.4）式中：Q——校核洪水位时溢流堰下泄流量4430m³/s；B——溢流前缘宽度45m。计算得h=1.2m。反弧段及鼻坎细部构造见图1.2。图1.2反弧段及鼻坎细部构造1.1.3消能验算水舌抛距按式（1.5）计算： （1.5）式中：——坎顶水面流速，m/s，取m/s；——坎顶垂直方向水深，m，3.8m；——坎顶至河床面高差，m，=13.4m。计算得L=66.5m。最大冲坑水垫厚度按式（1.6）估算： （1.6）式中：q——单宽流量；H——上下游水位差，m；k——冲刷系数，取1.1。计算得=25.9m。L/=1.6>1.5，满足消能防冲的要求。1.3闸门、闸墩及导墙设计溢流坝的工作闸门一般设置在堰顶，工作闸门上游侧应设置检修闸门。工作闸门需要在动水中启闭，一般有平板闸门和弧形闸门两种型式。弧形闸门的启门力小，且没有门槽，但缺点是门轴受力集中，且支承在闸墩的下游端，要用钢筋或锚索将闸门推力传到闸墩的上游部分，适用于高水头溢流坝。平板闸门的支承门槽位于闸墩的上游侧，闸墩的受力条件较好，不足之处是要求的启门力大，且有门槽，适用于低水头溢流坝。本溢流坝工作闸门采用弧形闸门，检修闸门采用平板门。查询《水利水电工程钢闸门设计规范》可知，孔口宽为9m时，孔口高可以设为8m。一般取R=（1.0~1.5）H，则m，取R=12m。检修闸门采用平板闸门，布置在工作闸门上游1m处，闸门槽宽度取80cm，深度取50cm，门槽设计见图1.3。图1.3工作闸门门槽溢流坝段采用墩中分缝，中墩厚度取D=3m，闸墩上游设为半圆曲线，半径=1.5m，下游采用双圆弧曲线，半径=5.13m，中墩大样图见图1.4。边墩厚度取为2m，上游半圆曲线半径取为2m，下游双圆弧曲线半径取为6.84m，边墩大样图见图1.5。边墩向下游延伸到鼻坎末端形成导墙，导墙的高度应比掺气后水深高出0.5~1.5m，掺气水深按式（1.6）计算 （1.6）式中：——修正系