溢洪道設(shè)計(jì)計(jì)算與施工

溢洪洪道道設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)一、、溢溢洪洪道道位位置置的的選選擇擇二、、溢溢洪洪道道的的形形式式和和斷斷面面尺尺寸寸的的確確定定三、、舉舉例例一、、溢溢洪洪道道位位置置的的選選擇擇取決決于于壩壩址址的的地地形形和和地地質(zhì)質(zhì)條條件件等等，，影影響響工工程程的的安安全全和和投投資資。。1盡量量利利用用天天然然的的有有利利地形形條條件件，如如分水水鞍鞍（或或山山坳坳））。。以以節(jié)節(jié)省省開開挖挖土土石石方方量量，，減減少少工工程程投投資資，，縮縮短短工工期期。。2在地質(zhì)質(zhì)條條件件上要要求求兩兩岸岸山山坡坡較較穩(wěn)穩(wěn)定定，，防防止止泄泄洪洪時時發(fā)發(fā)生生滑滑塌塌等等事事故故。。最最好好選選擇擇在在巖巖石石和和基基巖巖上上，，以以耐耐沖沖刷刷，，降降低低工工程程造造價價；；若若做做在在土土基基上上，，應(yīng)應(yīng)選選擇擇堅(jiān)實(shí)實(shí)的的地地基基，并全部部挖挖方方，還必必須須用用漿砌砌石石和和混混凝凝土土襯襯砌砌。3在平面面布布置置上上，盡盡量量做做到到直線線布布置置，力求求泄泄洪洪時時水水流流順順暢暢。。進(jìn)口口離壩壩端端應(yīng)應(yīng)大大于于10m，出口口應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)離離下下游游壩壩腳腳至至少少20m以上上。。若若地地形形限限制制，，可可將將進(jìn)口口引引水水渠渠采用用圓圓弧弧形形曲曲線線布布置置，，并并在在彎道道凹凹岸岸做好好護(hù)護(hù)砌砌工工程程，，其它它部部分分應(yīng)盡盡量量做做到到直直線線布布置置。。4溢洪洪道道布布置置盡盡可可能能不和和泄泄水水洞洞放放在在同同一一側(cè)側(cè)，以以免免互互相相造造成成水水流流干干擾擾和和影影響響臥臥管管安安全全。。二、、溢溢洪洪道道的的形形式式和和斷斷面面尺尺寸寸的的確確定定淤地地壩壩溢溢洪洪道道的的形形式式，，主主要要有有兩種種：一一種種是是明明渠渠式式溢溢洪洪道道，，另另一一種種是是溢溢流流堰堰式式溢溢洪洪道道。。1明渠渠式式溢溢洪洪道道在基基巖巖或或巖巖石石上上開開挖挖明明渠渠排排洪洪，，一一般般不不做做砌砌護(hù)護(hù)工工程程，，稱稱為為明明渠渠式式溢溢洪洪道道。。它它適于于小型型淤淤地地壩壩和和臨臨時時性性溢溢洪洪道道。。明渠渠式式溢溢洪洪道道的的斷面面形形狀狀可視視地地基基情情況況而而定定，，一一般般在在巖巖石石上上可可采采用用矩形形斷面面，，非非巖巖基基上上宜宜采采用用梯形形斷面面，，其其邊邊坡坡為為1:0.3-1:1。斷斷面面尺尺寸寸可可根根據(jù)據(jù)所所選選定定的的斷斷面面形形狀狀、、設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)最最大大泄泄洪洪流流量量(qm)和設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)的的滯滯洪洪水水深深(H滯)，按按水水力力學(xué)學(xué)明渠渠均均勻勻流流流流量量公公式式計(jì)計(jì)算算，即即式中中：：ω—溢洪洪道道的的過過水水?dāng)鄶嗝婷娣e積，，m2；C—謝才才系系數(shù)數(shù)；；R—水力力半半徑徑，，m；n——粗糙糙系系數(shù)數(shù)，，土土渠渠為為0.0225-0.025，石石渠渠為為0.03-0.045；i——溢洪洪道道明明渠渠段段的的縱縱坡坡，，可可視視地地形形、、地地質(zhì)質(zhì)情情況況采采用用1/50-1/200。明渠渠式式溢溢洪洪道道尺尺寸寸可可采用用試試算算法法計(jì)算算，，根根據(jù)據(jù)已知知的的qm和H滯，假假定定一一個個寬度度b值，計(jì)計(jì)算算出出一一個個相相應(yīng)應(yīng)的的流流量量qi=qm時的的b值即即為為設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)的的明明渠渠式式溢溢洪洪道道的的底底寬寬，，求得得斷斷面面尺尺寸寸后后，，應(yīng)應(yīng)加加超高高0.5-1.0m。2溢流流堰堰式式溢溢洪洪道道溢流流堰堰式式溢溢洪洪道道的的種類類很多多，，可可分分為為臺階階式式、、跌跌水水式式和和陡陡坡坡式式等，，而而最常常用用的的是是陡陡坡坡式式溢溢洪洪道道。它它的的優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)是：：結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)簡簡單單、、水水流流平平順順、、施施工工方方便便、、工工程程量量小小。。所所以以在在大大中中型型淤淤地地壩壩和和小小型型水水庫庫工工程程中中采采用用較較多多。。陡陡坡坡式式溢溢洪洪道道通通常常由由進(jìn)進(jìn)口口段段、、陡陡坡坡段段和和出出口口段段三三部部分分組成（圖6-8）。①進(jìn)口段：由引水渠渠、進(jìn)口口漸變段段和溢流流坎組成成。a．引水渠的作用是是將壩庫庫內(nèi)的洪洪水平順順地輸送送到溢洪洪道。一一般與壩壩地內(nèi)的的排洪渠渠相連，，斷面為為梯形，，斷面尺寸寸試算確確定。長長度＜20-30m。b．進(jìn)口漸變變段是由引水水渠到溢溢流坎的的過渡段段。其斷斷面應(yīng)由由梯形變變?yōu)榫匦涡蔚呐で妗Ｗ饔檬鞘购樗巾樀氐亓鞯揭缫缌骺采仙先?。引引水渠和和進(jìn)口漸漸變段在較差的的巖基和和土基上上時，為為了防止止沖刷，，應(yīng)采用用塊石做做護(hù)面。。C.溢流坎的斷面為為矩形，，坎長一般為3-6倍坎上水水深,坎頂寬B用寬頂堰堰公式計(jì)計(jì)算(B=Qm/MH01.5,H0=H滯+V2/2g)在結(jié)構(gòu)上，溢流流坎底板和兩兩側(cè)邊墻墻用漿砌砌石砌筑筑，底板上上游端做做成深為為1m、厚0.5m的齒墻，以減少少滲流和和增加底底板的穩(wěn)穩(wěn)定性。。②陡坡段：溢流壩壩下游銜銜接一段段坡度較較大（大大于臨界界坡度））的急流流渠道稱稱為陡坡坡段。在在布置時時應(yīng)盡量量使陡坡坡段順直直，保證證槽內(nèi)水水流平穩(wěn)穩(wěn)。a．陡坡坡度的確確定。從溢流壩壩下泄的的水流為為急流，，因此陡陡坡的坡坡度應(yīng)大于臨界界坡度。通常采采用的陡陡坡為1:3-1:5，在巖基基上可達(dá)達(dá)1:1。另外要根根據(jù)地形形和地質(zhì)質(zhì)情況進(jìn)進(jìn)行選擇擇。如果果坡度過于于平緩，則陡坡坡開挖長長，土石石開挖量量大，不不經(jīng)濟(jì)；；但若陡坡很陡陡，則下泄泄流速大大，水流流沖刷能能大，要要求陡坡坡的襯砌砌工程和和下游的的防沖設(shè)設(shè)施（消消力池））必須做做得很牢牢固。因因此，在在確定陡陡坡坡度度時，應(yīng)盡可能能與地面面坡度相相適應(yīng)，，并進(jìn)行必必要的方方案比較較。b．陡坡橫斷面尺尺寸的確確定。陡坡中流流速大，，一般應(yīng)應(yīng)布置在在挖方部部位，以以保證運(yùn)運(yùn)用的安安全。在在巖基上上的斷面為矩形；；在土基基上的斷斷面為梯梯形，邊坡為1:1-1:2。在黃土土地區(qū),由于黃土土有直立立性,也做成矩矩形斷面面。淤地地壩和小小型水庫庫溢洪道道的陡坡坡寬度一般都做做成與溢溢流坎相相同的寬寬度。陡坡兩邊邊的邊墻墻高度應(yīng)應(yīng)根據(jù)水面曲線線來確定。。水流在在陡坡內(nèi)內(nèi)產(chǎn)生降水曲線線，隨陡坡坡底部高高程的下下降，槽槽內(nèi)水深深逐漸減減小。如如果陡坡坡有足夠夠長度，，其水深深減至槽槽內(nèi)正常常水深時時，就不不再減小小了。因因此，陡坡內(nèi)水水深的變變化是屬屬于明渠渠非均勻勻流。另外，，當(dāng)槽內(nèi)內(nèi)水流流流速大于于10m/s時，水流流會產(chǎn)生生摻氣作用，槽槽內(nèi)水深深因而要要增加，，這樣邊墻的高高度應(yīng)以以該處的的水深和摻氣高度度再加0.5-0.7m的安全超高高。陡坡水面曲線線（水深））計(jì)算在已知陡陡坡的坡坡度、寬寬度和邊邊坡之后后，可參參考水力力學(xué)中明明渠非均均勻流的的計(jì)算方方法，計(jì)計(jì)算陡坡坡中各控控制斷面面處的流流速和水水深（即即降落曲曲線），，以便確確定邊墻墻的高度度。在淤地壩壩工程和和小型水水庫中，，也可采采用粗略的估估算，即算出陡陡坡起始始斷面和和末端斷斷面的水水深。然然后用直直線連接接起來，，則得全全陡坡內(nèi)內(nèi)的水深深。③出口段：由消力池池、出口口漸變段段和下游游尾渠組組成。溢洪道設(shè)設(shè)計(jì)是淤淤地壩設(shè)設(shè)計(jì)中最最復(fù)雜，，又極為為重要的的任務(wù)，，其計(jì)算算公式和和步驟也也較為復(fù)復(fù)雜，往往往花費(fèi)費(fèi)工程設(shè)設(shè)計(jì)人員員大量精精力和時時間?，F(xiàn)現(xiàn)代計(jì)算算機(jī)的普普遍應(yīng)用用，為其其設(shè)計(jì)提提供了一一個方便便的計(jì)算算工具，，可編制制能進(jìn)行行多種選選擇、普普遍適用用的設(shè)計(jì)計(jì)程序，，采用精精度較高高的試算算法以滿滿足計(jì)算算要求。。3陡坡段尺尺寸計(jì)算算步驟（1）陡坡的的臨界水水深hk計(jì)算開始斷面面水深h=hk①矩形斷面面陡槽：臨臨界水深深hk式中：α—流速系數(shù)數(shù)，1.0-1.1；q—單寬流量量，q=Q泄.m/B將α和g代入，則：②梯形斷面面陡槽：臨臨界水深深hk按水力學(xué)學(xué)公式試試算求得得：（2）臨界底底坡ik的計(jì)算。。判斷是是否符合合陡坡條條件，即i＞ik式中為相應(yīng)于臨臨界水深深的各因因子（P235公式6-44有誤）。（3）陡坡長長度L的計(jì)算。。目的是判斷水面面降落曲曲線在陡陡坡上結(jié)結(jié)束還是是在外結(jié)結(jié)束式中：P—陡坡起末末端面的的高差；；i—陡坡坡度度。（4）正常水水深h0的計(jì)算陡坡中的的水流逐逐漸接近近均勻流流。近近似似公式：：（5）水面降降落曲線線的計(jì)算算（降落落長度的的計(jì)算—即從臨界界水深至至正常水水深的長長度l）(兩斷面比比能之差差—水頭損失失)式中：E0—水深為h0時比能，，Ek—水深為hk時比能，，J—平均的水水力坡度度。兩種情況況：①l＜L：起始斷斷面水深深=hk；正常水深深=h0；末端水深深ha=正常水深深=h0②l＞L：分段計(jì)計(jì)算，求求末端水水深ha;可近似處處理，即即設(shè)：l=L，根據(jù)l求得E0→再求得h0=ha（6）末端流流速計(jì)算算。Va=Q泄/ωaωa—相應(yīng)于陡陡坡末端端的過水水?dāng)嗝妫?）摻氣水水深h摻計(jì)算，確確定邊墻墻高度。。①當(dāng)Va＞10m/s時，水流中中會摻氣氣，產(chǎn)生生摻氣高高度式中：v—計(jì)算斷面面的平均均流速；；h—未摻氣時時陡坡中中的水深深（可為為臨界水水深—始，也可為為正常水水深—末）。則：邊墻墻高度=h摻+h安全（0.5m）②當(dāng)Va＜10m/s時，不考慮慮摻氣則：邊墻墻高度：：h起始=hk+h安全（0.5m）h末端=ha+h安全（0.5m）（8）陡坡結(jié)構(gòu)構(gòu)要求邊墻做成擋土土墻；用用漿砌石石襯砌；；設(shè)置沉沉陷逢。每個底板的上端設(shè)設(shè)齒墻（（防止入入滲水沿沿漿砌體體和土滲滲流；并并起支撐撐作用））4消力池尺尺寸計(jì)算算（水躍躍計(jì)算））hˊ—躍前水深深；h"—躍后水深深；ht—下游水深深當(dāng)h"＞ht時，產(chǎn)生生遠(yuǎn)離水水躍，需需要設(shè)置置消力池池。hˊ=ha=h0①躍后水深深h"計(jì)算②消力池池深d=1.25（h"-ht）③消力池池長Lk=（0.7~0.8）Lj水躍長度度Lj=6.9（h"-hˊ）④護(hù)坦長長度Ln=（2.5~3.0）Lj舉例某淤地壩壩采用溢溢流堰式式溢洪道道，設(shè)計(jì)計(jì)泄洪流流量Q泄=47.5m3/s,其斷面形形式為矩矩形，底底寬B=6m，坎上水水深H=3m。采用陡陡坡連接接，陡坡坡坡度i=20%，躍差P=10m。下游采采用消力力池消能能，與排排洪渠相相連，其其水深為為ht=2.86m。引水渠渠和排洪洪渠均為為土質(zhì)渠渠道，溢溢洪道地地段為石石英巖地地基。試試對該溢溢洪道進(jìn)進(jìn)行水力力計(jì)算。。1進(jìn)口段（1）引水渠渠尺寸的的確定已知：引引水渠為為土渠，，斷面梯梯形，邊邊坡1:1，糙率n=0.025，設(shè)計(jì)底底坡為1/1000。按明渠均均勻流公公式試算算其水深深，試算算結(jié)果為為H=2.86m，計(jì)算成成果如下下表。H(m)W(m2)X(m)R(m)CQ引(m3/s)Q泄(m3/s)2.8625.3414.091.843.710.042747.347.5（2）進(jìn)口漸漸變段尺尺寸采用扭曲曲面，其其長度取取4H=4×3=12m。（3）溢流坎坎斷面尺尺寸已知斷面面尺寸為為B×H=6×3=18m2，溢流坎坎的長度度采用4H=12m。2陡坡段（1）起始斷斷面的臨臨界水深深hk計(jì)算單寬流量量q=Q泄/B=47.5/6=7.9m3/s.m；取流量系系數(shù)α=1.1，因過水水?dāng)嗝鏋闉榫匦?，，故hk按下式計(jì)計(jì)算：（2）陡坡的的臨界坡坡度ik計(jì)算已知Bk=6m；Xk=Bk+2hk=6+2×1.91=9.82m；Wk=Bk×hk=6×1.91=11.46m2；Rk=Wk/hk=11.46/9.82=1.16m；Ck=n-1Rk1/6=40.82m1/2/s(可查有關(guān)關(guān)C值表)則：由于i=20%＞ik=8.8%，故屬于于陡坡。。所以，陡陡坡起始始斷面水水深為臨臨界水深深hk=1.91m。（3）陡坡的的長度L計(jì)算（4）陡坡中中的正常常水深h0計(jì)算采用試算算法求h0；也可按按近似公公式計(jì)算算流量模數(shù)數(shù)K=Q泄/i1/2=47.5/0.21/2=106；假定h0=0.68m，試算成成果如下下表：h0(m)W0(m2)X0(m)R0(m)C00.684.087.360.55435.83108.8（5）降落曲曲線的長長度l估算由于降落落曲線長長度l=35.9m＜陡坡長長度L=51m,故在L-l=51-35.9=15.1m的范圍內(nèi)內(nèi)，將產(chǎn)產(chǎn)生水深深為h0=0.68m的均勻流流。所以,陡坡末端端斷面的的水深采采用ha