水利水電工程概論第四章6節(jié)河岸溢洪道

1、第六節(jié) 岸邊溢洪道一、溢洪道是水利樞紐中的一項(xiàng)主要建筑物,它泄洪起著保護(hù)大壩安全的重要作用。設(shè)河岸溢洪道的原因：1）土壩本身不能泄水2）河谷狹窄，廠壩爭(zhēng)位3）壩身泄水能力不足,另設(shè)泄洪道（如支墩 壩等輕型壩）溢洪道通常是開敞的，其宣泄能力與堰上水頭的3/2次方成正比，故超泄能力大；其次，閘門承重水頭壓力較小，操作方便，工作安全可靠。二、河岸溢洪道的型式及其位置的選擇（一）型式 （1）正槽式 （2）側(cè)槽式 （3）豎井式 （4）虹吸式（二）位置的選擇應(yīng)全面考慮地形、地質(zhì)、樞紐布置、施工、運(yùn)行條件，通過幾個(gè)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來(lái)確定。1 1、地形：、地形：利用樞紐附近合適的馬鞍形埡口，如無(wú)埡口可利用中

2、緩的岸坡；在坡陡情況下，選用側(cè)槽式。2 2、地質(zhì)：、地質(zhì)：力爭(zhēng)布置在較堅(jiān)固穩(wěn)定的巖基上，如土基應(yīng)布置在挖方上，還須進(jìn)行地基處理，如巖基有斷層，破碎帶等應(yīng)摸清情況，采取合理的加固措施，如風(fēng)化層太厚或挖方過多會(huì)引起山坡坍塌，可考慮采用隧洞泄洪。 3 3、樞紐布置、樞紐布置：溢洪道進(jìn)口應(yīng)位于水流順暢處，且與土石壩應(yīng)存有相當(dāng)?shù)木嚯x；如太近，則須加設(shè)導(dǎo)墻（或加強(qiáng)臨近壩坡的護(hù)坡），溢流堰前加引水渠應(yīng)較短，以減少水頭損失，提高泄水能力。下游出口，應(yīng)與土石壩的壩腳及其它建筑物保持一定的距離，太近則須增設(shè)合適的防護(hù)建筑物。 4、施工條件：開挖方量是較大的，對(duì)出渣路線及堆料場(chǎng)都要合適地布置，有可能利用開挖的土石方

3、量來(lái)填筑土石壩，避免各建筑物施工相互干擾。 第二節(jié) 正槽溢洪道正槽式溢洪道通常以下五部分組成，即進(jìn)水段、控制段、泄槽、消能段和尾水渠。溢流堰軸線和泄槽軸線正交。優(yōu)點(diǎn)：正向進(jìn)水，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，水流條件較好，泄洪能力大，工作安全可靠，施工管理維修方便，因而得到廣泛采用。缺點(diǎn)：當(dāng)兩岸地勢(shì)高，且岸坡較陡時(shí)，開挖方量往往很大一、引水渠作用：使水流平順地由水庫(kù)進(jìn)入控制段。當(dāng)控制段的位置緊靠水庫(kù)時(shí)，進(jìn)水段只是一個(gè)喇叭口；當(dāng)控制段的位置不能緊靠水庫(kù)時(shí)，則需要在控制段前開挖引水渠。對(duì)引水渠的要求：水流平順,水頭損失小,增加泄水能力,減少工程量。在布置和設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)問題：1、引水渠在平面布置上盡量是直線(水流平

4、 順，可防止旋渦和橫向水流）如受地形、 地質(zhì)等條件限制，引水渠必須較彎，其轉(zhuǎn) 彎半徑不得小于46倍渠底寬，并力求在 控制段前有一直線段。2、引水渠的過水?dāng)嗝嬉欢ㄒ笥诳刂贫蔚倪^ 水?dāng)嗝妗?、引水渠斷面常采用梯形斷面，邊坡視土壤 和巖石的性質(zhì)而定（巖基接近矩形）。4、引水渠不宜過長(zhǎng)，當(dāng)受地形、地質(zhì)條件限 制時(shí),必須布置較強(qiáng)的引水渠，在泄流時(shí), 應(yīng)考慮該段水頭損失的影響。(工程措施: 降低糙率)5、當(dāng)控制段的溢流堰為實(shí)用堰時(shí)，渠底應(yīng)低 于堰頂，其值不小于0.5倍堰上水頭穩(wěn)定 和具有較大的流量系數(shù)。6、引水渠的縱坡一般采用平坡（i0）或具 有不大的逆坡。二.控制段（溢流堰段）作用：控制溢洪道的過水能

5、力。（一）溢流堰的形式 按其斷面形式與尺寸分：寬頂堰、實(shí)用堰、堅(jiān)壁堰 按其在平面布置形狀分:直線、折線、曲線、環(huán)形 按堰軸線與來(lái)水方向相對(duì)關(guān)系分：正交堰、斜堰、側(cè)堰體形設(shè)計(jì)要求：盡量增大流量系數(shù)，徑流時(shí)不產(chǎn)生空穴水流或誘發(fā)危險(xiǎn)振動(dòng)的負(fù)壓。常用的堰形：寬頂堰、實(shí)用堰（1）寬頂堰優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便，堰矮、自重小、 對(duì)承載力較差的土基適應(yīng)力強(qiáng)。缺點(diǎn)：流量系數(shù)m較低（0.320.385）適用：泄流量不大或附近地形較平緩的中、 小型工程（2）實(shí)用堰特點(diǎn)：流量系數(shù)比寬頂堰大,在相同泄流量條 件下，需要的泄流前緣較短,但施工復(fù) 雜。適用：1）岸坡較陡的大中型工程常采用，以 減少工程量。 2）地面高程低

6、于設(shè)計(jì)堰頂高程的溢洪 道，也常采用。溢流堰多采用非真空堰三、泄槽 泄槽的水利特征：泄槽的水利特征： 底坡陡，故為急流。由于流速高，故會(huì)產(chǎn)生明渠中高速水流的問題：沖擊波、水流摻氣、空蝕、壓力脈動(dòng)，應(yīng)采取相應(yīng)的措施（一）、泄槽的平面布置及縱、橫剖面1.1. 平面布置平面布置1）為了使水流平順，減少?zèng)_擊波的發(fā)生，沿水流平面宜盡量采用直線、等寬、對(duì)稱布置。2）泄槽長(zhǎng)度大，受地質(zhì)、地形條件限制，不能完全做成直線，需要轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)彎半徑大于等于10b （b：陡槽直線段的平均寬度）。3）為了減小泄槽末端的單寬流量，以利于消能防沖，有時(shí)在泄槽末端設(shè)擴(kuò)散段。2 2、 縱斷面縱斷面1）泄槽水流流速高，一般設(shè)在挖方上2

7、）最好使用單一的陡坡（大于臨界坡）為適應(yīng)地形、地質(zhì)條件，減少開挖量，可以采用變坡，使坡度變化不宜太多，實(shí)踐表明：在變坡處（特別是由陡變緩處）容易遭到動(dòng)水壓力的破壞，變坡處應(yīng)做水流銜接設(shè)計(jì)。3 3、橫剖面、橫剖面泄槽的橫剖面形狀與地質(zhì)條件緊密相關(guān)巖基上多做成矩形或接近矩形的斷面，但在節(jié)理發(fā)育和破碎帶的巖基或土基上，有時(shí)也作成梯形。 （二）收縮段、擴(kuò)散段和彎曲段設(shè)計(jì)在急流中，由于邊墻改變方向，水流受到擾動(dòng)，就會(huì)引起沖擊波。 危害：沖擊波的波動(dòng)范圍可能延伸很遠(yuǎn)，使水流沿橫剖面分布不均勻，從而增加邊墻高度，并給泄槽工作及出口消能帶來(lái)不利的影響。 1 1、收縮段設(shè)計(jì)、收縮段設(shè)計(jì)合理的收縮段應(yīng)當(dāng)使引起的沖

8、擊波的高度最小，對(duì)收縮段以下泄槽中的水流擾動(dòng)最小。收縮區(qū)的設(shè)計(jì)主要是確定：（1）收縮區(qū)的長(zhǎng)度（2）側(cè)壓的偏角在直線收縮區(qū)的起點(diǎn)，由于側(cè)壓向內(nèi)轉(zhuǎn)折，產(chǎn)生正擾動(dòng)（壅高），在收縮區(qū)終點(diǎn)。由于側(cè)奢向外轉(zhuǎn)折，產(chǎn)生負(fù)干擾（跌落）兩岸側(cè)壓起點(diǎn)a和a發(fā)生的擾動(dòng)線在中心線上b點(diǎn)相遇（又被反射到側(cè)壓的c和c）后傳播到c和c再發(fā)生反射。若使c點(diǎn)與d點(diǎn)，c與d重合，正負(fù)擾動(dòng)同在一點(diǎn)發(fā)生。兩者互相抵消，使下游擾動(dòng)減至最小。 2 2擴(kuò)散區(qū)設(shè)計(jì)擴(kuò)散區(qū)設(shè)計(jì) 目的：減小出口單寬流量，便于消能 至今尚無(wú)成熟理論可供應(yīng)用。下列經(jīng)驗(yàn)僅供參考。 初步設(shè)計(jì)，根據(jù)急流邊墻不發(fā)生分離的條件來(lái)確定擴(kuò)散角至今尚無(wú)成熟理論可供應(yīng)用，下列經(jīng)驗(yàn)僅供參

9、考。初步設(shè)計(jì)，根據(jù)急流邊墻不發(fā)生分離的條件來(lái)確定擴(kuò)散角3 3彎曲段彎曲段通常采用圓弧曲線,彎曲半徑應(yīng)大于10倍槽寬彎曲區(qū)，由于離心力的作用，導(dǎo)致外側(cè)水深加大，內(nèi)側(cè)水深減小，造成斷面內(nèi)的流量分布不均。同時(shí)集中的急流受到邊墻轉(zhuǎn)折的限制，形成沖擊波。因此，彎曲區(qū)設(shè)計(jì)的主要。問題在于：使斷面內(nèi)流量分布均勻；消除或抑制這種沖擊波。四、出口消能段及尾水渠四、出口消能段及尾水渠溢洪道出口的消能方式與溢流重力壩基本相同，見“重力壩”一章,隨著高壩建設(shè)的增多，挑流消能工新形式不斷出現(xiàn)，如：扭曲挑坎斜挑坎、窄縫式挑坎等。挑流消能：適用于較好的巖基，泄槽挑流沖 刷坑不影響建筑物的安全。底流消能：適用于地質(zhì)較差情況。挑坎所受的荷載：水流離心力、水重、揚(yáng)壓力、脈動(dòng)壓力、混凝土自重等。為了保證坎的穩(wěn)定，常在挑坎的末端做一道深齒墻，齒墻深度應(yīng)氣氛沖坑的形狀、尺寸而定，其底部高程一般應(yīng)低于沖刷坑可能影響的高程。還要考慮到泄量很小時(shí)，水流挑射不遠(yuǎn)或者挑不出去