《河岸溢洪道》由会员分享，可在线阅读，更多相关《河岸溢洪道（33页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第六章 河岸溢洪道,第一节 概述,水利枢纽中，为了防止洪水漫过坝顶危及枢纽安全，必须布置泄水建筑物，以宣泄超过水库调蓄能力的多余水量，保证挡水建筑物和其他建筑物的安全使用。,一、泄水建筑物的型式,泄水建筑物可以和坝体结合在一起，也可在坝体外另设。,坝外另设（岸边溢洪道）通常有以下几种情况：,二、河岸溢洪道位置和型式的选择,溢洪道的型式和布置根据工程特点，水文，地形地质条件，进出口水流条件，枢纽的总体布置及管理运行以及工程造价等，通过技术经济比较后确定。,1.地形条件,2.地质条件,3.枢纽总体布置和运用管理,坝址附近天然的马鞍形垭口地形，且鞍部高程与设计堰顶高程相近，下游有冲沟。,坝址附近无天
2、然垭口地形，但有较平缓的坝肩，可在坝肩上布置,无垭口，且两岸陡峭，考虑其他型式,最主要的影响因素，直接关系工程投资。,关系工程安全。,第二节 正槽溢洪道,正面进流，泄槽与溢流堰轴线正交,过堰水流与泄槽方向一致。,正槽溢洪道通常由五部分组成：进水渠（引水渠）；控制段（溢流堰段）；泄槽；消能段；出水渠段。,一、各组成部分的设计,作用：使水流平顺地进入控制段。原则：合理开挖量下，尽量减少水头损失，增加泄流能力。断面形式：岩基上接近矩形，土基上采用梯形。立面上平底或者不大的逆坡，渠底高程比堰顶高程低。进口布置形式：喇叭口或者长引水渠。,1、引水渠,控制溢洪道泄流能力的关键部位，尽量靠近上游。溢流堰型式
3、：常用宽顶堰，实用堰，驼峰堰，带胸墙的溢流堰等,2、控制段,*宽顶堰:结构简单，施工方便。但流量系数较小，需要的溢流前缘较长。对地基要求低，多用于泄洪量不大或附近地形较平缓的中小型工程中。,*驼峰堰：一种复合圆弧低堰，流量系数较大，设计与施工难度介于WES堰与宽顶堰之间，对地基要求相对较低，适用于软弱岩性地基。,*实用堰:流量系数大，需要的溢流前缘较短，较之宽顶堰可减少工程量。但施工复杂，多用于岩石地基上，尤其是岸坡较陡的大中型工程。,*带胸墙的溢流堰：当水库水位变幅较大时，为了减小闸门尺寸或在较低库水位时开始溢流，提高水库汛前限制水位，充分发挥水库效益。,控制方式：中、小型水库溢洪道，特别是
4、小型水库溢洪道常不设闸门，堰顶高程就是水库的正常蓄水位；溢洪道设闸门时，堰顶高程低于水库的正常蓄水位。,溢流孔口尺寸的拟定：主要是溢流堰堰顶高程和溢流前沿宽度的确定。其设计方法与溢流重力坝基本相同。但由于溢洪道出口一般离坝脚较远，其单宽流量可以比溢流重力坝所采用数值大。,尽可能直线、等宽、对称布置。,3、泄槽段,连接控制段和消能段的陡槽，一般是挖方工程。泄槽的底坡常大于水流的临界坡，槽内水流处于急流状态。急流产生的高速水流对边界条件的变化非常敏感。泄槽布置时应尽可能避免或减少高速水流的不利影响。,（1）平面布置,工程实际中，由于地形地质或从减小开挖量，处理洪水归入原河道及利于消能方面考虑，常设
5、置收缩段，扩散段及弯曲段。,收缩段的设计主要解决：引起的冲击高度最小；减少并消除收缩段后泄槽中的水流扰动。,扩散段的设计除了满足使冲击波波高最小及消除水流扰动外，还要保证水流扩散时不发生脱壁现象。,收缩段，扩散段及弯曲段设计要点使冲击波的影响尽可能最小。,一般偏转角小于11.25度。收缩段长度可由几何条件确定。,工程中一般采用单一扩散角。扩散角不宜超过68度。,弯曲段设计的主要问题在于使断面内的流量分布趋近均匀，消除或抑制冲击波。工程上常用渠底超高法来解决。,（2）纵、横剖面设计纵剖面的设计要保证泄槽内的水流为急流；横剖面的设计和地基的有关。,泄槽的纵坡一般做成为大于临界坡度的陡坡，通常i=1
6、%5%，有时可达10%15%。*变坡：泄槽很长时，为适应地形、地质条件而设。由陡变缓，变坡处用反弧段连接；由缓变陡：变坡处用抛物线连接。槽底易产生负压。,在岩基上一般接近矩形断面，土基上用梯形较多，边坡不宜太缓以防止水流外溢和对流态不利，一般应做衬砌。,（3）泄槽的衬砌,泄槽衬砌的要求：,衬砌材料能抵抗水流冲刷；在各种荷载作用下能够保持稳定；表面光滑平整；做好底板下排水；做好接缝止水；在寒冷地区材料还应有一定的抗冻要求。,为了保护槽基不受冲刷和风化，泄槽一般都要进行衬砌。,泄槽的衬砌,岩基一般采用混凝土衬砌，流速不大的中小型工程也可以采用水泥砂浆或细石混凝土砌石衬砌，但应适当控制砌体表面的平整
7、度。,衬砌厚度：工程应用中主要还是采用工程类比法确定。一般取0.40.5m左右，不应小于0.3m。当单宽流量或流速较大时，适当加厚达0.8m。为了防止温变应力引起温度裂缝，重要的工程常在衬砌临水面配置适量的钢筋网，纵横布置，每方向的含钢率约为0.1%0.2%。岩基上必要的情况下可布置锚筋，插入新鲜岩层，锚筋的直径25mm以上，间距1.53.0m，插入岩基1.01.5m。土基:可增加衬砌厚度或增设上下游齿墙。,衬砌的分缝、止水和排水,为控制温度裂缝，除了配置温度钢筋外，泄槽衬砌还需要在纵、横方向分缝。一般采用1015m，衬砌较薄时取小值。,衬砌的接缝: 平接、搭接和键槽接缝等,衬砌的排水设施:在
8、纵、横伸缩缝下面布置，纵、横贯通。纵、横排水沟应注意开挖成一定的坡度，保证横向排水汇集的渗水尽快地汇集到纵向排水管，并顺畅地排往下游。,土基平铺式排水:由30cm厚度的碎石层形成。粘性土地基:应先铺一层厚0.20.5m的砂砾垫层，再铺碎石，或直接在砂砾垫层中布置透水混凝土管形成排水层。对于细砂地基，则应先铺一层厚0.20.4m的粗砂，再做碎石排水层。,岩基上的横向排水，通常在岩基开挖沟槽并回填碎石形成。沟槽尺寸一般取0.3m0.3m，顶面盖上木板或沥青油毛毡，防止浇筑衬砌时砂浆进入而影响排水效果。纵向排水:一般在沟内放置透水的混凝土管，直径10 cm20cm，视渗水多少而定。,（4）泄槽的掺气
9、减蚀,高速水流作用下，边壁不平整是泄槽发生空蚀破坏的根本原因。,防止空蚀产生的措施：掺气减蚀、优化体形、控制泄流表面的不平整度和采用抗空蚀材料等。,对衬砌的不平整的要求。我国溢洪道设计规范规定：=2030/s 10mm； =3050/s 5mm,美国：垂直水流的升坎不允许大于3.2mm；平行水流的升坎不允许大于6.3mm,掺气减蚀的机理：掺气可使过水边界上的负压减小或消除。空穴中含有一定数量的空气，破灭时破坏力减弱。空气泡的存在，对空穴溃灭时的破坏力有缓冲气垫作用。,高度通常0.62.75m,高度通常0.1-0.8m，挑角5-7，斜面坡度1/10,（五）泄槽边墙高度的确定,计算水深安全超高（0
10、.5.5）m,四、出口消能段及尾水渠,溢洪道出口的消能方式与溢流重力坝基本相同。挑流消能：适用于较好的岩基，泄槽挑流冲刷坑不影响建筑物的安全。底流消能：适用于地质较差情况。,第三节 侧槽溢洪道,一、侧槽溢洪道特点,二、侧槽设计,1、水流条件,溢流堰大致沿等高线布置。水流条件复杂。溢流堰多用实用堰，后接泄水明槽或者隧洞。流量沿程增加,水力特性：侧向进水、纵向泄流,槽底要有纵坡。保证堰流为自由出流，或稍有淹没的自由出流。侧槽内水流为缓流。,调整段：平底梯形槽。长度：l=(23)hk 。末端即为控制断面，控制断面处水深为临界水深。常由收缩槽或抬高槽底形成。,断面形式、边坡:窄深式梯形断面。有利于侧向
11、进流，可节省开挖量。,2、侧槽断面设计,底宽: B0/Bn=10.25,底坡: 0.010.05,槽末水深：h0=(0.21.5)hk,槽底高程：确定槽底高程的前提是保证堰流最大泄流能力尽量减小开挖量。,2、侧槽水面线及槽底高程的确定,第四节 非常溢洪道,我国溢洪道设计规范（SL253-2000）规定，在具备合适的地形、地质条件时，经技术经济比较后,溢洪道可布置为正常溢洪道和非常溢洪道，必要时,正常溢洪道可分为主、副。 非常溢洪道在土石坝枢纽中应用最多，这是因为土石坝一般不允许洪水漫过坝顶的特点决定的。作为保坝措施，它的运用任务是宣泄超过设计标准的洪量。超设计标准的洪量既包括校核洪水位与设计洪
12、水位之间的洪量，也包括坝址出现超过校核洪水位的特大洪量。 非常泄洪道的启用标准：一般情况下，当库水位达到设计洪水位后即应启用。由于超设计标准的洪水是稀遇的，故非常溢洪道启用机会很少，为此非常溢洪道的结构布置可以简化些。,第四节 非常溢洪道,除了控制段和泄洪能力不能降低标准以外，其余部分都可以简化布置。如泄槽可不衬砌，消能防冲设施可不布置，以获得全面综合的经济效益。 非常溢洪道的位置应与大坝保持一定的距离，以泄洪时不影响其他建筑物为控制条件。为了防止泄洪造成下游的严重破坏，当非常泄洪道启用时，水库最大总下泄流量不应超过坝址相同频率的天然洪水量。 非常溢洪道一般分为漫流式、自溃式和爆破引溃式。,第
13、四节 非常溢洪道,一、漫流式 漫流式非常溢洪道的布置与正槽溢洪道类似，堰顶高程应选用与非常溢洪道启用标准相应的水位高程。控制段（溢流堰）通常采用混凝土或浆砌石衬砌，设计标准应与正槽溢洪道控制段相同，以保证泄洪安全。控制段下游的泄槽和消能防冲设施，如行洪过后修复费用不高时可简化布置，甚至可以不做消能设施。控制段可不设闸门控制，任凭水流自由宣泄。溢流堰过水断面通常做成宽浅式，故溢流前缘长度一般较长。因此，这种溢洪道一般布置在高程适宜、地势平坦的山坳处，以减少土石方开挖量。,第四节 非常溢洪道,二、自溃式 自溃式非常溢洪道有漫顶溢流自溃式和引冲自溃式两种型式。 漫顶溢流自溃式由自溃坝（或堤）、溢流堰
14、和泄槽组成。自溃坝布置在溢流堰顶面，坝体自溃后露出溢流堰，由溢流堰控制泄流量，如图6-17所示。自溃坝平时可起挡水作用，但当库水位达到一定的高程时应能迅速自溃行洪。为此，坝体材料宜选择无粘性细砂土，压实标准不高，易被水流漫顶冲溃。当溢流前缘较长时，可设隔墙将自溃坝分隔为若干段，各段坝顶高程应有差异，形成分级分段启用的布置方式，以满足库区出现不同频率稀遇洪水的泄洪要求。浙江南山水库自溃式非常溢洪道，采用2m宽的混凝土隔墙将自溃坝分为三段。,第四节 非常溢洪道,各段坝顶高程均不同，形成三级启用形式，除遇特大洪水时需三级都投入使用外，其他稀遇洪水情况只需启用一级或两级，则行洪后的修复工程量亦可减少。
15、 自溃式非常溢洪道的优点：结构简单，施工方便，造价低廉； 缺点:运用的灵活性较差，溃坝时具有偶然性，可能造成自溃时间的提前或滞后。,第四节 非常溢洪道,引冲自溃式也是由自溃坝、溢流堰和泄槽组成 ，在坝顶中部或分段中部设引冲槽，如图6-18所示。当库水位超过引冲槽底部高程后，水流经引冲槽向下游泄放，并把引冲槽冲刷扩大，使坝体自溃泄洪。这种自溃方式在溃决过程中流量逐渐加大，对下游防护较有利，故自溃坝体高度可以适当提高。对于溢流前缘较长的坝，也可以按分级分段布置。引冲槽槽底高程、尺寸和纵向坡度可参照已建工程拟定。,第四节 非常溢洪道,应当指出，自溃式溢洪道在溃坝泄洪后，需在水位降落后才能修复，如果堰
16、顶高程较低，还会影响水库当年的蓄水量。但是，非常溢洪道的启用机遇是很小的，故这种影响一般不大。关键的问题是保证自溃土坝在启用时必须能按设计要求被冲溃，为此应参照已建工程经验进行布置，并应通过水工模型试验验证。三、爆破引溃式 与自溃式类似，爆破引溃式非常溢洪道是由溢洪道进口的副坝、溢流堰和泄槽组成。当溢洪道启用时，引爆预先埋设在副坝廊道或药室的炸药，利用爆破的能量把布置在溢洪道进口的副坝强行炸开决口，并炸松决口以外坝体，通过快速水流的,第四节 非常溢洪道,冲刷，使副坝迅速溃决而泄洪。如果这种溢洪措施副坝较长时，也可分段爆破。爆破的方式、时间可灵活、主动掌握。由于这种引溃方式是由人工操作的，因而使坝体溃决有可靠的保证。应当指出，非常溢洪道由于设计理论不完善，实践经验不足，在运用中还存着不少问题，在设计和运用中应谨慎对待。若启用不当，将造成不必要的人为洪峰，反而会加重下游的灾情。,
