泄水建筑物分類功能與案例講義

第4章

泄水建筑筑物4.1泄水建筑物的的分類和作用用一、按功能分分類二、按樞紐布布置地位分類類三、按泄水方方式分類泄水建筑物按按泄水方式可可分為以下五五類：壩頂溢流式大孔口溢流式式壩身泄水孔明流泄水道泄水隧洞四、泄水建筑筑物的作用按功能可分為為以下三類：：4.2溢流壩（1）泄洪建筑物物（2）泄水孔（放放水孔）（3）施工泄水道道一、溢流壩的的工作特點(diǎn)溢流壩既是擋擋水建筑物又又是泄水建筑筑物，除應(yīng)滿滿足穩(wěn)定和強(qiáng)強(qiáng)度要求外，，還需要滿足足泄水的要求求。(1)壩頂溢流式二、溢流壩的的孔口形式(2)大孔口溢流式式三峽工程LLLLLQ溢流孔口尺寸寸的確定(1)單寬流量的確確定設(shè)L為溢流段凈寬寬（不包括閘閘墩的寬度）），則通過溢溢流孔口的單單寬流量為：：q=1)溢流前緣總長(zhǎng)長(zhǎng)L0應(yīng)為：(2)孔口尺寸當(dāng)采用大孔口口泄洪時(shí)，可可用下式計(jì)算算出堰頂水頭頭H0當(dāng)采用開敞式式溢流時(shí)，可可利用下式，，計(jì)算出堰頂頂水頭H02）溢流壩的堰堰頂高程三、溢流壩的的閘門和啟閉閉機(jī)1.閘門的類型與與作用水工閘門按其其功用可分為為工作閘門、事故閘門、檢修閘門。四、溢流壩的的閘墩和工作作橋1.閘墩的作用閘墩的作用是是將溢流壩前前緣分隔為若若干個(gè)孔口，，并承受閘門門傳來(lái)的水壓壓力（支承閘閘門），也是是壩頂橋梁和和啟閉設(shè)備的的支承結(jié)構(gòu)。。五、溢流壩的的橫縫的布置置①縫設(shè)在閘墩中中間②縫設(shè)在溢流孔孔跨中六、溢流面曲曲線及剖面1.溢流面曲線溢流面曲線由由頂部曲線段段、中間直線線段和下部反反弧段三部分分組成。設(shè)計(jì)要求：有有較高的流量量系數(shù)；水流平順，不不產(chǎn)生空蝕。。堰面曲線方程程如下：式中：Hd—定型設(shè)計(jì)水頭頭，按堰頂最最大作用水頭頭Hmax的75%～95%計(jì)算XY對(duì)于設(shè)有胸墻墻溢流堰的堰堰面曲線：Hd——定型設(shè)計(jì)水頭頭，一般取孔孔口中心至校校核洪水位的的75%～95%；φ——孔口收縮斷面面上的流速系系數(shù)，一般取取φ=0.95。反弧段溢流壩下游反反弧段的作用用是使溢流壩壩面下泄的水水流平順地與與下游消能設(shè)設(shè)施相銜接。。直線段中間間的的直直線線段段與與壩壩頂頂曲曲線線和和下下部部反反弧弧段段相相切切，，坡坡度度一一般般與與非非溢溢流流壩壩段段的的下下游游坡坡相相同同。。具具體體應(yīng)應(yīng)由由穩(wěn)穩(wěn)定定和和強(qiáng)強(qiáng)度度分分析析及及剖剖面面設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)確確定定。。2.溢流流拱壩壩剖剖面面自由由跌流流式式鼻坎坎挑挑流流式式滑雪雪道道式式溢流流拱拱壩壩---壩頂頂溢溢流流布布置置自由由跌跌流流結(jié)構(gòu)構(gòu)最最簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單，，多多用用于于單單寬寬流流量量較較小小的的拱拱壩壩。。下跌跌水水流流落落點(diǎn)點(diǎn)據(jù)據(jù)壩壩址址較較近近，，壩壩下下沖沖刷刷容容易易危危及及壩壩基基，，需需有有較較好好的的基基巖巖、、較較深深的的水水墊墊，，并并應(yīng)應(yīng)經(jīng)經(jīng)常常采采取取保保護(hù)護(hù)措措施施。。湖南南半半江江拱拱壩壩鼻坎坎挑挑流流溢流流堰堰頂頂適適當(dāng)當(dāng)向向上上下下游游懸懸臂臂挑挑出出。。挑流流落落水水點(diǎn)點(diǎn)較較跌跌流流遠(yuǎn)遠(yuǎn)，，但但離離壩壩仍仍近近，，仍仍需需有有一一定定的的水水墊墊，，必必要要時(shí)時(shí)采采取取河河床床底底部部的的防防沖沖措措施施，，單單寬寬流流量量仍仍需需加加以以限限制制。。流溪溪河河拱拱壩壩滑雪雪道道式式適用用于于下下泄泄流流量量較較大大，，要要求求下下泄泄水水流流落落點(diǎn)點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)離離壩壩址址，，或或利利用用廠廠房房頂頂溢溢流流的的拱拱壩壩。。我國(guó)國(guó)已已建建的的烏烏江江渡渡重重力力拱拱壩壩、、東東江江拱拱壩壩、、緊緊水水灘灘拱拱壩壩等等都都采采用用了了這這種種形形式式。。烏江江渡渡拱拱壩壩七、、溢溢流流壩壩的的下下游游連連接接1.挑流流消消能能2.底流流消消能能2.底流流消消能能3.面流流消消能能4.消力力戽戽消消能能4.3壩身身泄泄水水孔孔一、、重重力力壩壩的的泄泄水水孔孔1.作用用：：預(yù)預(yù)泄泄水水庫(kù)庫(kù)、、排排沙沙、、導(dǎo)導(dǎo)流流、、發(fā)發(fā)電電供供水水2.工作作條條件件：：孔孔內(nèi)內(nèi)流流速速高高，，易易引引起起空空蝕蝕、、閘閘門門振振動(dòng)動(dòng)，，孔孔道道體形形設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)重要要；；深深水水閘閘門門水水壓壓力力大大、、啟啟閉閉力力大大，，門門體體結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)、、止止水水、、啟啟閉閉設(shè)設(shè)備備復(fù)復(fù)雜雜，，檢檢修修不不便便。。3.類型型：：1）按按所所處處高高度度分分：：中中孔孔、、底底孔孔2）按按布布置置層層數(shù)數(shù)分分：：?jiǎn)螁螌訉印?、雙雙層層3）按按流流態(tài)態(tài)分分：：有有壓壓、、無(wú)無(wú)壓壓有壓壓孔孔———泄流流時(shí)時(shí)孔孔內(nèi)內(nèi)保保持持滿流流有有壓壓工作作閘閘門門在在出出口口，，以以穩(wěn)穩(wěn)定定孔孔內(nèi)內(nèi)水水流流保保持持有有壓壓，，有有利利門門后后補(bǔ)補(bǔ)氣氣減減免免空空蝕蝕，，孔孔身身斷斷面面尺寸寸小小關(guān)門門時(shí)時(shí)水水壓壓力力大大,對(duì)壩壩體體σ、防防滲滲不不利利進(jìn)口口設(shè)設(shè)事事故故閘閘門門兼兼作作檢檢修修閘閘門門，，平平時(shí)時(shí)兼兼用用作作擋擋水水孔斷斷面面：：圓圓形形，，有有利利改改善善受受力力和和提提高高過過水水能能力力4.壩身身泄泄水水孔孔的的形形式式無(wú)壓壓孔孔：：工作作門門、、檢檢修修門門均均設(shè)設(shè)于于進(jìn)口口工作作門門后后孔孔身身頂升升高高，泄泄流流時(shí)時(shí)孔孔內(nèi)內(nèi)有有自自由由水水面面———無(wú)壓壓流流閘門門前前：：短短有有壓壓段段泄水水時(shí)時(shí)孔孔內(nèi)內(nèi)承承受受靜靜水水壓壓力力，，關(guān)關(guān)門門時(shí)時(shí)孔孔內(nèi)內(nèi)無(wú)無(wú)水水，，明明流流段段可可不不鋼鋼板板襯襯砌砌，，施施工工方方便便但孔孔斷斷面面尺尺寸寸大大，，對(duì)對(duì)壩壩體體削削弱弱大大5.壩身身泄泄水水孔孔布布置置布置置原原則則：：正正常常運(yùn)運(yùn)用用前前提提下下盡量量一孔孔多多用用：灌溉溉+發(fā)電電；；防防空空+排沙沙+導(dǎo)流流具體體布布置置：：泄洪洪孔孔———主槽槽部部位位，，較較寬寬河河谷谷宜宜在在非非溢溢流流壩壩段段中中，，深深孔孔出出口口不宜宜在在溢流流壩壩面面上上孔口口不不能能太太大大，，泄泄量量大大時(shí)時(shí)可可布布置置為為雙層層，但但注注意意交交匯匯處處空空蝕蝕進(jìn)口口高高程程：：滿滿足足泄泄洪洪要要求求下下盡盡量量高高些些，，減減小小門門壓壓力力和和洞洞長(zhǎng)長(zhǎng)，，具具體體而而言言：：灌溉溉孔孔應(yīng)與與灌灌區(qū)區(qū)在在同同一一側(cè)側(cè)▽▽孔進(jìn)進(jìn)口口根據(jù)據(jù)▽▽壩后后渠渠首首確定定，，或或根根據(jù)據(jù)泥泥沙沙、、水水溫溫情情況況分分層層設(shè)設(shè)進(jìn)進(jìn)水水口口發(fā)電電進(jìn)進(jìn)水水口口應(yīng)根根據(jù)據(jù)發(fā)發(fā)電電和和泥泥沙沙要要求求確確定定，，一一般般設(shè)設(shè)于于水水庫(kù)庫(kù)最最低低水水位位以以下下一一倍倍孔孔口口高高度度處處，，并并高高程程最最終終泥泥沙沙高高程程1m以上上。。排沙沙孔孔盡量量靠靠近近電電站站、、灌灌溉溉進(jìn)進(jìn)水水口口放空空、、導(dǎo)導(dǎo)流流孔孔進(jìn)進(jìn)口口一一般般較較低低6.有壓壓泄泄水水孔孔組成成：：進(jìn)進(jìn)口口段段（（進(jìn)口口曲曲線線段段、、閘閘門門槽槽段段、、漸漸變變段段、、平平壓壓管管、、通通氣氣孔孔）洞洞身身段段、、出出口口段段1）進(jìn)進(jìn)口口段段曲曲線線：：進(jìn)口口曲曲線線段段—橢圓圓or圓弧弧橢圓圓長(zhǎng)長(zhǎng)軸軸水水平平or上傾傾約約12度頂曲曲線線：：A=h（孔孔高高or孔徑徑側(cè)曲曲線線：：A=B（孔孔寬寬））圓弧弧半半徑徑：：R>2D有壓泄泄水孔孔2）閘門門槽段段矩形銳銳緣閘閘門——適于V<10m/s矩形收收縮形形門槽——適于v大時(shí)門槽形形式尺尺寸寬深比比=1.6-1.8錯(cuò)距△△=（0.05-0.08）W導(dǎo)角半半徑r=0.01D下游邊邊墻坡坡率1:1-1:12有壓泄泄水孔孔3）漸變變段孔身——圓形斷斷面，，R大、受受力條條件好好閘門處處斷面面——矩形需設(shè)漸漸變段段——矩形→→圓形形漸變段段長(zhǎng)=(1.5-2.0)D(孔徑or孔寬)且邊壁壁收縮縮率=1:5-1:8漸變方方式：：矩形形四角角加圓圓弧有壓泄泄水孔孔4）通氣氣孔作用：：檢修修前，，檢修修門閉閉工作門門開啟啟放水水時(shí)，，向孔孔內(nèi)補(bǔ)補(bǔ)氣斷面積積：一般=泄水孔孔斷面面積的的0.5%-1%并大于于平壓壓管、、檢修修排水水管的的斷面面積通氣孔孔進(jìn)口口須與與大氣氣連通通，并并與啟啟閉機(jī)機(jī)室分分開。。有壓泄泄水孔孔5）平壓壓管作用：：檢修修完畢畢提起起檢修修門前前向二門間間充水水，平平衡檢檢修門門前水水壓減小啟啟門力力管徑d由管流流公式式確定定：平壓管管充水水時(shí)，，通氣氣孔排排氣有壓泄泄水孔孔6）泄水水孔底底坡i一般緩緩坡，，按施施工運(yùn)運(yùn)輸、、檢修修排水水要求求確定定沿孔軸軸線底底坡變變化時(shí)時(shí)，采采用圓圓弧曲曲線連連接曲線半半徑≥≥5D有壓泄泄水孔孔7）出口口段出口漸漸變段段—圓形→→出口口矩形形斷面面且出口口斷面面收縮縮——防止空空蝕收縮率率：A出口/A孔身=0.85-0.9收縮方方式：：頂部部設(shè)壓壓坡段段，坡坡比1:10-1:15有壓泄泄水孔孔8）水力力計(jì)算算1）泄水水能力力——孔流公公式）孔內(nèi)內(nèi)壓坡坡線——孔頂沿沿程測(cè)測(cè)壓管管水頭頭線規(guī)范要要求：：任意意斷面面~不得小小于2m高水柱柱7.無(wú)壓泄泄水孔孔組成：：進(jìn)水水口段段、無(wú)無(wú)壓明明流段段、出口段段、通通氣孔孔1）進(jìn)水水口段段：頂部1/4橢圓段段（AB段）：：長(zhǎng)半軸軸a=h2（檢修修門處處孔高高）短半軸軸b=a/3在曲率率=s1處接壓壓坡段段s1=BCS1斜率=1:4.5、5.5、6.5（檢修修門前前S2斜率=1:4、5、6（檢修修門后后）無(wú)壓泄泄水孔孔2）無(wú)壓壓段洞頂凈凈空孔頂矩矩形：：凈空空高度度=（0.3-0.5）hmax不摻氣氣孔頂拱拱形：：拱腳腳距水水面高高度=（0.2-0.3）h不摻氣氣底坡i直線：：i>ik拋物線線：y=15.5y1/2或y=x2/6HH—工作閘閘門孔孔口中中心線線處水水頭無(wú)壓泄泄水孔孔3）通氣氣孔二二個(gè)檢修門門后通通氣孔孔、平平壓管管同于于有壓壓孔工作門門后設(shè)設(shè)通氣氣孔，，正常常泄流流時(shí)補(bǔ)補(bǔ)氣通氣孔孔斷面面積:a≥A10%或a=0.09VwA/VaVw———水流斷斷面平平均流流速；；Va———通氣孔孔允許許風(fēng)速速；A工作閘閘門處處泄水水孔斷斷面無(wú)壓泄泄水孔孔4）水力力計(jì)算算過水能能力——有壓孔孔流式中μ———計(jì)入至至工作作閘門門處水水頭損損失μ=0.8-0.85（有門門槽））或μ=0.9-0.95(當(dāng)壓力力短管管長(zhǎng)度度≤10h孔高)無(wú)壓段段水面面線計(jì)計(jì)算5）出口口—只設(shè)閘閘墩、、水流流擴(kuò)散散消能能設(shè)施施二、拱拱壩的的泄水水孔按其在在壩身身高度度上的的相對(duì)對(duì)位置置分中中孔、、底孔孔兩種種。中孔在壩身身的中中、上上部；；其特特點(diǎn)是是當(dāng)庫(kù)庫(kù)水位位低時(shí)時(shí)仍有有一定定泄流流能力力。底孔設(shè)置在在壩身身底部部，用用來(lái)放放空水水庫(kù)、、沖沙沙排淤淤、輔輔助泄泄洪及及施工工導(dǎo)流流等。。4.4岸邊溢溢洪道道溢洪道道是水水利樞樞紐中中的一一項(xiàng)主主要建建筑物物,它泄洪洪起著著保護(hù)護(hù)大壩壩安全全的重重要作作用。。設(shè)河岸岸溢洪洪道的的原因因：1）土壩壩本身身不能能泄水水2）河谷谷狹窄窄，廠廠壩爭(zhēng)爭(zhēng)位3）壩身身泄水水能力力不足足,另設(shè)泄泄洪道道（如如支墩墩壩等輕輕型壩壩）溢洪道道通常常是開開敞的的，其其宣泄泄能力力與堰堰上水水頭的的3/2次方成成正比比，故故超泄泄能力力大；；其次次，閘閘門承承重水水頭壓壓力較較小，，操作作方便便，工工作安安全可可靠。。一、岸岸邊溢溢洪道道的型型式（1）正槽槽式（2）側(cè)槽槽式（3）豎井井式（4）虹吸吸式二、岸岸邊溢溢洪道道位置置的選選擇應(yīng)全面面考慮慮地形形、地地質(zhì)、、樞紐紐布置置、施施工、、運(yùn)行條條件，，通過過幾個(gè)個(gè)方案案的技技術(shù)經(jīng)經(jīng)濟(jì)比比較來(lái)來(lái)確定。。1、地形形：利用樞樞紐附附近合合適的的馬鞍鞍形埡埡口，，如無(wú)無(wú)埡口口可利利用中中緩的的岸坡坡；在在坡陡陡情況況下，，選用用側(cè)槽槽式。。3、樞紐紐布置置：溢洪洪道進(jìn)進(jìn)口應(yīng)應(yīng)位于于水流流順暢暢處，，且與與土石石壩應(yīng)應(yīng)存有有相當(dāng)當(dāng)?shù)木嗑嚯x；；如太太近，，則須須加設(shè)設(shè)導(dǎo)墻墻（或或加強(qiáng)強(qiáng)臨近近壩坡坡的護(hù)護(hù)坡）），溢溢流堰堰前加加引水水渠應(yīng)應(yīng)較短短，以以減少少水頭頭損失失，提提高泄泄水能能力。。下游出出口，，應(yīng)與與土石石壩的的壩腳腳及其其它建建筑物物保持持一定定的距距離，，太近近則須須增設(shè)設(shè)合適適的防防護(hù)建建筑物物。2、地質(zhì)質(zhì)：力力爭(zhēng)布布置在在較堅(jiān)堅(jiān)固穩(wěn)穩(wěn)定的的巖基基上，，如土土基應(yīng)應(yīng)布置置在挖挖上，，還須須進(jìn)行行地基基處理理，如如巖基基有斷斷層，，破碎碎帶等等應(yīng)摸摸清情情況，，采取取合理理的加加固措措施，，如風(fēng)風(fēng)化層層太厚厚或挖挖方過過多會(huì)會(huì)引起起山坡坡坍塌塌，可可考慮慮采用用隧洞洞泄洪洪。4、施工工條件件：開開挖方方量是是較大大的，，對(duì)出出渣路路線及及堆料料場(chǎng)都都要合合適地地布置置，有有可能能利用用開挖挖的土土石方方量來(lái)來(lái)填筑筑土石石壩，，避免免各建建筑物物施工工相互互干擾擾。三、正正槽溢溢洪道道簡(jiǎn)介介正槽式式溢洪洪道通通常習(xí)習(xí)慣上上也叫叫開敞敞式溢溢洪道道，由由進(jìn)（（引））水渠渠、控控制段段、泄泄槽、、出口口消能能段和和尾水水渠等等部分分組成成，如如圖所所示。。正槽溢溢洪道道布置置圖（1）進(jìn)水水渠進(jìn)水渠渠也稱稱引水水渠，，它是是水庫(kù)庫(kù)與控控制段段的連連接段段，具具有引引水和和調(diào)整整水流流的作作用。。（2）控制段控制段一般包包括溢流堰、、閘墩、邊墩墩和上部結(jié)構(gòu)構(gòu)等。溢流堰堰一般較低，，常采用實(shí)用用堰、寬頂堰堰或駝峰堰,堰頂設(shè)置工作作閘門，可提提高控制泄流流能力，泄流流時(shí)開啟閘門門即可得到較較大的初期泄泄量。(a)寬頂堰(b)實(shí)用堰(c)駝峰堰正槽式溢洪道道上常用的三三種溢流堰型型（3）泄水槽泄槽是開敞式式溢洪道的控控制段與消能能工之間的泄泄水渠道，因因渠底坡度較較陡，又稱陡陡槽。泄槽主主要由槽底板板和兩側(cè)的邊邊墻組成。（4）出口消能段段及尾水渠正槽溢洪道常常用挑流鼻坎坎消能形式。。這樣沖刷坑坑將遠(yuǎn)離泄洪洪建筑物，有有利安全。某溢洪道結(jié)構(gòu)構(gòu)四、非常泄洪洪措施實(shí)踐證明：可可能出現(xiàn)的最最大洪水比設(shè)設(shè)計(jì)中采用的的萬(wàn)年一一遇的洪水還還要大，其原原因：1、設(shè)計(jì)采用的的萬(wàn)年一遇洪洪水是調(diào)查資資料經(jīng)過處理后得到的的，歷史上是是否出現(xiàn)過比比這更大的洪水，很很難說(shuō)2、人類對(duì)生態(tài)態(tài)環(huán)境的破壞壞，尤其是亂亂砍濫伐森林，使洪水水徑流、匯流流的時(shí)間更短短，洪水更集中，峰峰值更大。為此，從工程程安全和經(jīng)濟(jì)濟(jì)利益全面考考慮，大中型型水庫(kù)除有正正常（主要））溢洪道之外外，加設(shè)非常常（輔助）溢溢洪道是非常常必要的。由于這種特大大洪水畢竟是是極少出現(xiàn)的的，泄流時(shí)間間也比較短，，所以，非常常溢洪道的構(gòu)構(gòu)造應(yīng)盡可能能的簡(jiǎn)單，以以節(jié)省投資。。一般情況:泄槽不必襯砌砌,下游不作消能能設(shè)施,并允許溢洪道道及其附屬建建筑物局部破破壞，只要求保證大壩壩