第四章 河岸溢洪道

第四章泄水建筑物

-河岸溢洪道

溢流壩、

泄水孔、

溢洪道

OverflowDam、

Outlet

BankSpillway

一、泄水建筑物的作用與分類(lèi)泄水建筑物：用來(lái)宣泄洪水期間(泄洪)或其他情況下水庫(kù)（或渠道）中多余水量（泄水）以保證大壩安全的建筑物。包括：

泄洪建筑物、泄水孔、施工泄水道、水閘

二、溢洪道（spillway）河床溢洪道（如溢流壩、水閘、泄水孔）河岸溢洪道（明渠、泄水隧洞）（一）、河床溢洪道1、類(lèi)型：溢流壩、泄水孔與水閘（1）溢流壩前緣長(zhǎng)度（2）溢流壩堰頂高程溢流壩前緣2、溢洪道的下游聯(lián)接

通過(guò)壩體的下泄水流具有很大的能量，當(dāng)水位差為40m時(shí)，單寬流量q=50秒立方米，一米寬河床內(nèi)的水流動(dòng)能可達(dá)24000匹馬力，如此巨大的能量主要消耗于兩個(gè)方面：（1）、水流的內(nèi)部損耗，如摩擦、沖擊、紊動(dòng)、漩渦；（2）、水流與固體邊界作用，如摩擦、沖刷等；當(dāng)沖刷擴(kuò)展到壩基時(shí)，就會(huì)危及壩體安全。消能方式：底流消能、面流消能、挑流消能、戽流消能。消能設(shè)計(jì)原則：1°盡量增加水流的內(nèi)部紊動(dòng)

2°限制水流對(duì)河床的沖刷范圍i、底流消能

工作原理：在壩趾下游設(shè)消力池、消力坎等，促使水流在限定范圍內(nèi)產(chǎn)生水躍，通過(guò)水流的內(nèi)部摩擦、摻氣和撞擊消耗能量。ii、挑流消能

工作原理：利用鼻坎將水流挑向空中，并使其擴(kuò)散，摻入大量空氣，然后落入下游河床水墊，形成旋滾，消耗能量約20％。起初沖刷河床，形成沖坑，達(dá)一定深度后，水墊加厚沖坑趨于穩(wěn)定。（二）、河岸溢洪道采用條件：1、河谷狹窄，洪峰流量大，采用河床布置有困難；2、壩體不宜作河床溢洪道；3、有埡口地形；4、利用施工導(dǎo)流洞改建。溢洪道分類(lèi)：1、正槽溢洪道2、側(cè)槽溢洪道3、井式溢洪道4、虹吸溢洪道5、泄洪隧洞

1、正槽溢洪道（1）、工作特點(diǎn)：開(kāi)敞式正面進(jìn)流.泄槽與溢流堰軸線正交,過(guò)堰水流與泄槽方向一致.

組成:進(jìn)水段（引水渠）,控制段,泄槽(陡槽),消能段,尾水渠.進(jìn)水渠和尾水渠的設(shè)置視情況而定。優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,進(jìn)流量大,泄流能力強(qiáng),工作可靠,施工、管理、維修方便，因而被廣泛采用。缺點(diǎn)：當(dāng)兩岸地勢(shì)較高且岸坡較陡時(shí)，開(kāi)挖方量大。（2）、正槽溢洪道各組成部分的設(shè)計(jì)（i）引水渠作用：使水流平順地進(jìn)入控制段，改善堰身及泄槽的流態(tài)。設(shè)計(jì)原理：在合理的開(kāi)挖方量下，盡量減少水頭損失，以增加溢洪道的泄水能力，因此要控制流速。斷面形式：巖基上接近矩形，土基上采用梯形。進(jìn)口布置形式：喇叭口。（ii）、控制堰段作用:控制溢洪道的泄流能力.橫斷面:矩形縱剖面:實(shí)用堰和寬頂堰設(shè)計(jì)要求:有足夠的泄流能力.實(shí)用堰:

流量系數(shù)大，需要的溢流前緣較短，但施工復(fù)雜，多用于巖石地基上，尤其是岸坡較陡的大中型工程。形式：克-奧型

WES曲線型寬頂堰:

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便。但流量系數(shù)較小，需要的溢流前緣較長(zhǎng)。多用于泄洪量不大或附近地形較平緩的中小型工程中。

（iii）、泄槽段工作特點(diǎn)：在溢流堰后用泄槽與消能段相接，為使槽內(nèi)水流呈急流狀態(tài)其縱坡常為大于臨界坡度的陡坡，因此又稱其為陡槽。由于泄槽內(nèi)水流流速較高，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮高速水流產(chǎn)生的沖擊波、脈動(dòng)和空蝕現(xiàn)象，在布置和構(gòu)造上予以重視，一般應(yīng)加高、加固泄水槽的邊墻，以確保溢洪道的安全。（a）泄槽的縱剖面設(shè)計(jì)

泄槽的縱坡一般做成為大于臨界坡度的陡坡，通常i=1%~5%，有時(shí)可達(dá)10%~15%。變坡：泄槽很長(zhǎng)時(shí)，為適應(yīng)地形、地質(zhì)條件而設(shè)。由陡變緩，變坡處用反弧段連接R8~10倍水深，易出現(xiàn)動(dòng)水壓力破壞，應(yīng)盡量避免。由緩變陡：變坡處用拋物線連接。槽底易產(chǎn)生負(fù)壓。（b）泄槽的平面布置

從高速水流考慮，泄槽在平面上應(yīng)盡量直線、等寬、對(duì)稱布置。實(shí)際上，由于地質(zhì)（形）條件的限制，或從減少開(kāi)挖、處理洪水歸河、有利消能等方面考慮，往往改變橫斷面，設(shè)置收縮段、彎曲段或擴(kuò)散段。(c)斷面型式在巖基上一般接近矩形斷面，土基上用梯形較多，邊坡不宜太緩以防止水流外溢和對(duì)流態(tài)不利，一般應(yīng)做襯砌。(d)彎曲段：渠底超高法—作用是使流量分布均勻并適當(dāng)改善流態(tài)。對(duì)彎曲的泄槽，為使槽內(nèi)流量分布均勻和改善流態(tài)，可將渠底做成外側(cè)高于內(nèi)側(cè)的橫向底坡，用重力來(lái)平衡離心力。彎曲段——

受離心力作用，外側(cè)水深大，流速與單寬流量分布不均。

要求：使斷面內(nèi)流量分布均勻，抑制沖擊波

設(shè)計(jì)方法：施加側(cè)向力法，如渠底超高法；干擾處理法，如螺旋線過(guò)渡段法

渠底超高法：又(e)收縮段與擴(kuò)散段收縮段的收縮角大小直接影響由于斷面收縮而產(chǎn)生的沖擊波的大小。收縮角越小，沖擊波就越小，通常收縮角11.25o.

擴(kuò)散段一般設(shè)在泄槽的末端有利于消能.在高速水流的條件下,擴(kuò)散角不宜過(guò)大以免水流于邊墻脫離.K的取值：1.5－3.0水平槽底取小值，即擴(kuò)散角可大些；斜坡槽底取大值，即擴(kuò)散角可小些。。

空化空蝕的原因：泄水建筑物的體型不合理；泄水建筑物表面不平整；放樣不準(zhǔn)；模板走樣；混凝土質(zhì)量不佳；泥沙的不均勻磨損；

(f).空化空蝕及其減蝕措施

空化：壓力降低至蒸汽壓力后，出現(xiàn)蒸汽氣

穴(初始空化)

空蝕：氣核膨脹遇高壓潰滅，撞擊固壁使

固壁發(fā)生破壞，即發(fā)生空蝕。

減蝕方法：選用好的體型；采用高強(qiáng)度的抗蝕材料；提高抗滑平整度摻氣減蝕（g）泄槽的襯砌——防沖、防滲、防風(fēng)化、承載

混凝土及砌石結(jié)構(gòu)，分縫但縫內(nèi)必須做止水，襯砌底部設(shè)排水設(shè)備，有時(shí)襯砌要以鋼筋錨固。(iv)、消能設(shè)施位于泄水槽出口處，作用是為了消除下泄水流具有破壞作用的動(dòng)能，從而防止建筑物被水流沖刷，保證安全。消能方式：底流消能和挑流消能。(v)、尾水渠:

當(dāng)流經(jīng)泄槽的急流經(jīng)過(guò)消能后，不能直接進(jìn)入原河道，需布置一段尾水渠，要求短、直、平順，底坡盡量接近原河道的坡度，以使水流能平穩(wěn)順暢地歸入原河道。2、側(cè)槽溢洪道

在壩址處山高坡陡，采用正槽式溢洪道將使挖方量增加很多時(shí)，可采用側(cè)槽式溢洪道。（1）、組成：溢流堰、側(cè)槽、調(diào)整段、泄槽、出口消能段、尾水渠。（2）、特點(diǎn)：堰軸線、泄槽軸線可與山坡等高線平行布置，開(kāi)挖量小，但側(cè)槽中水流流態(tài)復(fù)雜。水流經(jīng)過(guò)溢流堰，泄入與堰大致平行的側(cè)槽后，在槽內(nèi)轉(zhuǎn)向約90，經(jīng)泄槽或泄水隧洞流入下游。側(cè)向進(jìn)流，縱向泄流。（4）、側(cè)槽的設(shè)計(jì)：

槽底高程應(yīng)保證溢流堰為自由溢流，側(cè)槽中水流應(yīng)為緩流流態(tài)，底坡坡度為緩坡，1:0.01~1:0.05；

泄流量沿側(cè)槽軸線均勻增加，所以側(cè)槽斷面積應(yīng)沿程增大，始末斷面底寬比約為1:1~1:4；

槽斷面應(yīng)為深窄型梯形斷面，堰一側(cè)邊坡為1:0.5，山坡一側(cè)邊坡為1:0.3