拱壩-拱壩的泄洪和消能（水工建筑物課件）

拱壩設(shè)計錦屏一級（雙曲拱壩）小灣水電站(拱壩)二灘（雙曲拱壩）溪洛渡（雙曲拱壩）英古里雙曲拱壩東江水電站（雙曲拱壩）拱壩的荷載及組合拱壩的認知拱壩的布置拱壩的構(gòu)造及地基處理拱壩的泄流和消能拱壩壩肩的穩(wěn)定分析拱壩的應(yīng)力分析拱壩拱壩的泄洪與消能知識目標技能目標態(tài)度目標（1）拱壩壩身泄水方式；（2）拱壩的消能和防沖；（3）高混凝土拱壩泄洪消能形式的新發(fā)展。（1）了解高混凝土壩泄洪消能形式發(fā)展；（2）能理解拱壩的消能和防沖；（3）掌握拱壩泄水方式；（4）樹立設(shè)計規(guī)范、設(shè)計標準使用意識。（1）按時到課，遵守課堂紀律，回答問題；（2）認真練習(xí)布置任務(wù)，按時上交作業(yè)；（3）認真完成預(yù)習(xí)任務(wù)。1.拱壩壩身泄水方式2.拱壩的消能和防沖3.高混凝土拱壩泄洪消能形式的新發(fā)展4.案例訓(xùn)練

5.課堂小結(jié)與訓(xùn)練點評

6.作業(yè)布置

（1）（2）拱壩穩(wěn)定分析方法有哪些？拱壩穩(wěn)定控制指標是什么？姓名問題回答情況成績XXX(1)XXX(2)XXX(1)XXX(2)自由跌流式壩肩滑雪道式鼻坎挑流式壩身泄水孔式水流經(jīng)壩頂自由跌入下游河床。由于落水點距壩趾較近，壩下必須有防護措施。適用：基巖良好，單寬泄流量較小的小型拱壩。自由跌流與護坦布置自由跌落式拱壩溢流表孔挑流坎（a）帶胸墻的壩頂表孔挑流坎；（b）壩頂表孔挑流坎；（c）流溪河拱壩溢流表孔鼻坎挑流式壩肩滑雪道式自由跌流式在溢流堰頂—曲線末端以反弧段連接成為挑流鼻坎，落水點距壩趾較遠，用于泄流量較大的輕薄拱壩，如圖所示。

挑流鼻坎:

連續(xù)式；挑角：10°≤α≤25°；反弧半徑R：與堰頂設(shè)計水頭Hd大致接近，最后應(yīng)由水工模型試驗來確定。溢流段的布置：沿全壩頂；壩頂中部。

溢流頂高程：同高；中間低，兩側(cè)稍高。小流量時由中間過水，大流量時中部流量大于兩岸，以利于消能。堰頂可設(shè)閘門或者不設(shè)。

鼻坎挑流式滑雪道式優(yōu)點：挑距較遠；壩肩滑雪道式鼻坎挑流式自由跌流式壩身泄水孔式缺點：

容易產(chǎn)生空蝕破壞。所以，滑雪道溢流面的曲線形狀，反弧半徑和鼻坎尺寸等都需經(jīng)過試驗研究來確定。拱壩特有的一種泄洪方式，溢流面由溢流壩頂和與之相連接的泄槽組成，泄槽由支墩或其他結(jié)構(gòu)支撐，與壩體彼此獨立。水流過壩以后，流經(jīng)泄槽，由槽尾端的挑流鼻坎挑出，使水流在空中擴散，下落到距壩較遠的地點。適用于泄洪量大、較薄的拱壩?；┑朗?/p>

壩身泄水孔作用：輔助泄洪、放空水庫或施工期導(dǎo)流。中孔泄水深孔泄水位置：

特點：1/2壩高處或壩體上半部的泄水孔稱作中孔；壩體下半部的稱作底孔。拱壩泄流孔口在平面上多居中或?qū)ΨQ于河床中線布置，孔口泄流大，挑射距離遠；泄流一般是壓力流，比堰頂溢流流速大。壩肩滑雪道式鼻坎挑流式自由跌流式壩身泄水孔式

泄水中孔孔身可做成水平或近乎水平、上翹和下彎三種型式。對于設(shè)置在河床中部的泄水中孔，通常多布置成水平型的。鼻坎挑流式自由跌流式壩肩滑雪道式壩身泄水孔式

對于設(shè)置在兩岸壩段的泄水中孔，通常采用下彎型式。我國緊水灘雙曲拱壩采用了這種形式。緊水灘雙曲拱壩（a）樞紐布置；（b）淺孔剖面；（c）中孔剖面自由跌流式1.具有向心集中現(xiàn)象，水舌入水處單位面積能量大，造成集中沖刷，因此消能防沖設(shè)計要防止發(fā)生危害性的河床集中沖刷；

2.河谷比較狹窄，當泄流量集中在河床中部時，兩側(cè)形成強力回流，淘刷岸坡，因此消能防沖設(shè)計要防止危及兩岸壩肩的岸坡沖刷或淘刷。從壩頂表孔或壩身孔口直接跌落到下游河床，利用下游水墊消能。水墊消能二道壩底流消能水墊消能特點：跌流消能最為簡單，水舌入水點距壩趾較近。防沖措施：消力坎、二道壩或挖深式消力池。如；法國的烏格朗拱壩，利用下游施工圍堰做成二道壩，抬高下游水位，見圖。挑流消能空中沖擊消能鼻坎挑流式采用各種不同形式的鼻坎，使水流擴散、沖撞或改變方向，在空中消減部分能量后再跌入水中，以減輕對下游河床的沖刷。底流消能水墊消能挑流消能空中沖擊消能利用拱壩泄水向心集中這個特點，在拱冠兩側(cè)各布置一組溢流表孔或泄水孔，使兩側(cè)挑射水流在空中對沖，并沿河槽縱向擴散，從而消耗大量的能量，減輕對下游河床的沖刷。但應(yīng)注意必須使兩側(cè)閘門同步開啟，否則射流將直沖對岸，危害更甚。高低坎調(diào)流對撞消能狀態(tài)低坎與中孔高坎對撞消能狀態(tài)底流消能水墊消能挑流消能空中沖擊消能對重力拱壩，有的也可采用底流消能，薩揚舒申斯克重力拱壩，高242m，采用下彎型中孔，泄流沿下游壩面流入設(shè)有二道壩的收縮式消力池，池的上游端寬123m，下游端寬97m，長約130m，二道壩下游護坦長235m，末端設(shè)有齒墻，單寬流量為139m3／(s·m)，運用情況良好。薩揚舒申斯克重力拱壩泄洪中孔底流消能水墊消能挑流消能空中沖擊消能

泄水拱壩的下游一般都需采取防沖加固措施，如護坦、護坡、二道壩等。護坦、護坡的長度、范圍以及二道壩的位置和高度等，具體的形狀、尺寸等有關(guān)參數(shù)，應(yīng)由水工模型試驗確定。

高混凝土拱壩消能特點：泄洪區(qū)河道狹窄，水頭高，泄流量大，泄放功率大。如已建或?qū)⒁d建的二灘、小灣和溪洛渡等高拱壩工程中，壩高在230~300m之間，下泄射流的入水流速約50~60m/s，下泄流量達2萬~6萬m3/s，下泄功率達數(shù)萬至數(shù)億千瓦。如此巨大的能量需要安全泄放和消除，給消能防沖設(shè)計帶來極大的困難。高拱壩壩身泄洪消能形式有以下四種形式：1.挑跌流水墊塘消能形式；2.底跌流水墊塘消能形式；3.面跌流水墊塘消能形式；4.多層水股射流式水墊塘消能形式。二灘工程采用雙曲拱壩，由于河谷狹窄、水頭高、流量大，二灘泄洪建筑物按千年一遇洪水流量20600立方米/秒設(shè)計，5000年一遇的洪水流量23900立方米/秒校核。任務(wù)：1.簡述二灘水電站泄洪建筑物組成及位置。

2.簡述二灘水電站消能防沖建筑物有哪些？1.二灘水電站泄洪消能建筑物由壩體表、中孔和右岸的兩條泄洪洞3套泄洪設(shè)施組成的泄洪方案（1）7個表孔沿拱壩頂部呈徑向布置，每孔尺寸分別為11m×l1.5m（寬×高），堰頂高程1188.5m，采用水流自由跌落，下游水墊塘形成深水墊擴散消能；（2）中孔共6孔，布置在表孔閘墩下方，其孔口尺寸為6m×5m（寬×高），采用壓力“平彎、上翹、擴散”型短管，出口底高程1120m～1122m，出口采用挑流；（3）1號和2號泄洪洞，均布置在河谷右岸，采用淺水式短進水口龍?zhí)ь^明流泄洪洞，出口采用挑流消能。2.消能防沖建筑物二灘工程拱壩下游的消能防沖建筑物包括水墊塘和二道壩及二道壩下游護坦。重點

（1）拱壩壩身泄水方式；（2）拱壩的消能和防沖。難點（1）拱壩