【《某水库面板坝工程中泄水建筑物设计计算过程分析案例》3000字】

某水库面板坝工程中泄水建筑物设计计算过程分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u27446某水库面板坝工程中泄水建筑物设计计算过程分析案例 1279371泄水建筑物方案选择 1286042工程布置及结构设计 1101123设计计算 31泄水建筑物方案选择本阶段就泄水建筑物孔口尺寸拟定了2孔×8m从本毕业设计确定的水库调洪原则和调洪结果看，此方案水库均能满足工程下游防洪保护对象控制断面的安全泄量要求，各主要水库特征水位差别不大。从可比工程投资看，由于拦河坝坝顶高程受校核洪水位控制，孔口尺寸越小，拦河坝坝顶高程越高，拦河坝工程投资越大；孔口尺寸越大，溢洪道控制段及泄槽结构断面越大，溢洪道部分工程投资越大；输水建筑物及发电引水系统部分工程投资基本相同；经合计，2孔×8m方案可比工程投资最省。从运行的安全和灵活性看，此方案均能灵活运行，遇到超标准洪水时泄流能力最大；综合以上因素，本阶段推荐此方案，即布置2孔每孔净宽为8.00m的泄洪闸。2工程布置及结构设计溢洪道位于右岸坝头，由进水渠、泄洪闸控制段、泄槽、导墙和挑流鼻坎以及预挖冲坑等组成。溢洪道平面布置以及纵横剖面详见本报告附图2.1泄洪闸控制段泄洪闸控制段位于桩号溢0+000.000～溢0+026.00m，其中上游段28.0m长范围底部为C25F50混凝土底板，顶面高程301.00m，厚度50cm；闸室下游段13.78m长范围为溢流堰，设2孔正堰，采用WES幂曲线实用堰型式，堰体内部为C15W4混凝土，堰体表面设C30W4F100混凝土溢流面板，堰高4.50m，堰基高程为304.50m，堰顶高程309.00m，每孔净宽8.00m，总净宽16.00m，设2扇8.00m×9.80m露顶式弧形钢闸门，闸室中墩和边墙采用C25W4F50混凝土结构，中墩厚2.00m，边墩为半重力式结构型式，顶宽2.00m。闸墩顶部上游侧设启闭机室，启闭平台高程329.00m，建筑面积10.00×22.00m2，内布置2台QHQ2×250kN型弧门启闭机；闸墩顶部下游侧设8.00m宽交通桥与大坝坝顶相通，桥面高程321.00m，设计荷载等级为公路Ⅱ级。控制段右侧边墙与右侧岸坡处设C25W4F50混凝土刺墙，顶高程321.00m，顶宽8.0m。2.2进水渠闸室上游为进水渠，进水渠底高程301.00m。进水渠桩号溢0-028.00～溢0+000.00m之间采用厚50cm的C25F50混凝土底板进行衬护，顶面高程与护坦相平为301.00m，左侧与坝体相邻处设C25W4F50混凝土导墙，右侧设贴坡式C25F50混凝土边墙，并设φ25@200cm锚筋。2.3泄槽闸室下游为泄槽，位于桩号溢0+026.00～溢0+052.00m，水平投影长度26.00m，纵坡1：1.84，槽断面为矩形，泄槽宽度18.00m，槽底采用C30F50钢筋混凝土衬砌，底板厚60cm。泄槽两侧为C25F50混凝土半重力式边墙，墙高由校核水位时的水面线并考虑掺气影响和超高后决定，墙顶高程为302.16m～287.70m。2.4挑流鼻坎消能段泄槽末端接挑流鼻坎消能段，位于桩号溢0+052.00～溢0+054.000m，长度2m，采用C30F100混凝土结构，反弧半径1.30m，挑射角22°，挑鼻坎高程283.52m。挑流鼻坎下游侧桩号溢0+054.00～溢0+051.00m段底高程282.52m。2.5预挖冲坑挑流鼻坎后接预挖冲坑，桩号溢0+051.00m～溢0+062.00m段底坡为1：1.0，底部采用C25F50混凝土护坡，底高程为282.52m～271.52m；桩号溢0+062.00m～溢0+092.00m段底坡为1：4，底部采用C25F50混凝土护坡，底高程为271.52m～268.00m；其下游为预挖冲坑，底高程268.00m，宽30.00m，下游侧与下游原有河道相接。2.6基础开挖和基础处理溢流堰、底板、边墙和挑流鼻坎基础均置于弱风化基岩上。闸室控制段设1条纵向伸缩缝，泄槽和挑流鼻坎段共设有10条横向伸缩缝和1条纵向伸缩缝，缝内均设紫铜片止水带。泄槽底板下伸缩缝位置埋多孔排水管系统，与挑流鼻坎内的排水管相连，将建基面的裂隙水排到下游。右岸山体内设帷幕灌浆平洞，平洞断面2.50m×3.50m（宽×高），长31.0m，帷幕延伸到正常蓄水位与相对隔水层线相交处。溢洪道两侧开挖边坡：覆盖层1：1.00，强风化岩1：0.75，弱风化岩1：0.50，微风化岩1：0.30。由于溢洪道右岸开挖后边坡较高，开挖后右侧边坡局部采用混凝土护坡或喷混凝土保护。3设计计算1.泄流能力计算泄流能力按《溢洪道设计规范》（SL253-2000）中推荐的开敞式WES型实用堰的泄流公式计算：（5-11）（5-12）式中：Q——下泄流量（m3/s）；B——溢流堰总净宽（m），取B=nb；b——单孔宽度（m），取b=8.00m；n——闸孔数目，取n=2；Ho——计入行进流速水头的堰上总水头（m），Ho=H+v2/2g；g——重力加速度（m/s2），取9.81；m——流量系数；c——上游堰坡影响系数，取1.0；ε——闸墩侧收缩系数；ξ0——中墩形状系数；ξk——边墩形状系数，取1.0；σs——淹没系数。按上述公式计算的泄流能力结果详见表5-13。表5-13泄流能力计算成果表频率P（%）水库水位（m）计算最大泄流能力（m3/s）调洪下泄流量（m3/s）30903102631179312150313241314343315459316585317717318864319101220319.15103529.25319.32106141.91319.66111459.7从表1.7.2知，溢洪道泄流能力满足设计要求。2.泄槽水面线计算计算工况为校核洪水工况、设计洪水工况，起始计算断面为泄槽段起点（桩号溢0+026.00m），水深h1采用下式计算：（5-13）式中：——起始计算断面泄槽单宽流量（m3/s·m）；——起始计算断面渠底以上总水头（m）；——泄槽底坡坡角（°）；——起始计算断面流速系数，取0.95；g——重力加速度，g=9.81m/s2。泄槽水面线根据能量方程，用分段求和法计算，计算公式如下：（5-14）式中：——分段长度（m）；、——分段始、末断面水深（m）；、——分段始、末断面平均流速（m/s）；、——流速分布不均匀系数，取1.05；——泄槽底坡角度（°）；——泄槽底坡，i=tgθ；——分段内平均摩阻坡降，；（5-15）——泄槽槽身糙率系数；——分段平均流速（m/s），；（5-16）——分段水力半径（m），。（5-17）泄槽水流掺气水深按下式计算：（5-18）式中：——泄槽计算断面的水深及掺气后水深（m）；——泄槽计算断面的水深及掺气后水深（m）；——不掺气情况下泄槽计算断面的流速（m/s）；——修正系数，取1.1s/m。工况一：设计洪水位（P=1%）为319.32m，相应下泄流量为41.9m3/s。工况二：水库校核洪水位（P=0.05%）为319.66m，相应下泄流量为59.7m3/s；泄槽水面线计算成果以及泄槽导墙计算与设计高度见表5-14表中导墙超高取1.0m计算。表5-14泄槽水面线计算成果表桩号（m）设计洪水工况（工况一）校核洪水工况（工况二）导墙计算高度（m）导墙设计高度（m）水深（m）流速（m/s）掺气后水深（m）水深（m）流速（m/s）掺气后水深（m）溢0+026.000.12219.0800.1480.17319.1720.2091.2093.51溢0+032.000.11320.6000.1390.16020.7290.1961.1963.41溢0+036.000.10921.3560.1350.15421.5370.1901.1903.35溢0+040.000.10422.3820.1300.14822.4100.1841.1843.10溢0+044.000.10123.0470.1270.14223.3570.1781.1783.10溢0+048.000.09723.9980.1230.13724.2090.1731.1733.10溢0+052.000.09424.7640.1200.13324.9370.1691.1693.103.消能计算1.确定反弧半径鼻坎处平均水流流速v1(m/s)为：（5-19）因为Q=Av=Bhv，所以鼻坎平均水深h(m)为：（5-20）式中：——堰面流速系数，这里取0.96；H0——库水位至坎顶高差，m；Q——校核洪水时溢洪道下泄流量，m3/s；B——鼻坎处水面宽度，m。V1=0.96×(19.62×36.14）^(1/2)=21.56(m/s)坎顶水深为：h=59.7/(18×21.56)=0.130(m)反弧半径R:R=(4~10)h=0.52~1.30(m)取R=1.30m2.本毕业设计采用挑流消能，挑距按下式计算：（5-21）（5-22）式中：——自挑流鼻坎末端算起至下游河床面的挑流水舌外缘挑距（m）；——重力加速度，取9.81m/s2；V1——鼻坎顶水面流速（m/s）；——鼻坎挑射角（°）；——挑流鼻坎末端法向水深（m）；——鼻坎顶至下游河床高差（m）；——鼻坎末端断面水面以上的水头（m）；——鼻坎顶平均水深（m）；φ——堰面流速系数,这里取0.502。冲刷坑最大水垫深度按下式计算：（5-23）式中：——自下游水面至坑底最大水垫深度（m）；——综合冲刷系数，考虑工程已采取预挖冲坑措施k值取1.3；——鼻坎末端断面单宽流量（m3/s·m）；——上、下游水位差（m）。水库不同特征水位时的水力特性计算成果见表5-15。

表5-15挑距和冲坑深度计算成果表