面板堆石坝泄水建筑物设计

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1、溢洪道设计流量校核3702m3/s 设计2660m3/s 1、进水渠为引流平顺，其进口形状做成喇叭口，为减小损失其长度不宜过长。由于是在基岩上， 引流段截面设计为接近矩形的梯形，边坡为 1:0.5,。由于溢洪道位于破碎带上， F17 断层由此经过，渗漏稳定问题严重，应采用混凝土砌护兼做防渗铺盖，一般厚度0.30.5m，不设止水、排水或锚筋，本设计取衬砌厚度 0.4m。2、控制段通过调洪演算，溢流堰顶高程为598m，堰上最大水头为maxH=607.35 -598=9.35m，则堰上定性水头dH=(0.650.85)maxH=6.07757.9475m，所以可以取堰上定性水头dH=7m。取流量系数

2、为 0.45，dHP1=0.2，dHH0=0.6。 所以1P=1.4m，0H=4.2m。下游堰高 P2应大于 0.6Hd，由调洪演算可知，溢流堰净宽65m，闸孔数为 5，闸门采用弧形闸门，闸门孔宽高为13 10m，一般，对于露顶弧形闸门来说，其弧面半径R=（1.11.5）h，故半径 R 可取为 7.159.75m，初步拟定为 9m。闸墩厚度设为 1.5m，共设 4 个。边墩厚度设为 2.5m。溢洪道总宽 B=b+(n-1)D=65+4 1.5=71m。闸墩顶高程 =校核洪水位 +安全加高 =607.35+0.4=607.75m 确定堰面曲线根据规范及工程经验，堰顶上游采用三圆弧曲线，下游为幂曲

3、线，如图所示。幂曲线方程为 ; yHxd85.085. 12故可的得幂曲线方程为：85.10956.0xy其中：1R=0.5dH=3.5m；2R=0.2dH=1.4m；3R=0.04dH=0.28m；1L=0.175dH=1.225m；2L=0.276dH=1.932m；3L=0.282dH=1.974m；堰面曲线坐标计算表X 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 Y 0.03 0.10 0.2 0.34 0.52 0.73 0.97 1.24 1.54 1.88 2.24 2.63 剖面衔接计算 直线段和堰面曲线切点xc、yc 确定 溢流堰顶部曲线的长短对流

4、量系数有一定的影响，当堰面曲线长度不 足以保持标准实用堰的外形轮廓时，流量系数将受到影响而降低。根据实验分析， WES 型标准堰面大致范围是x=(-0.2820.85)dH=-1.9745.95m，y=(00.37)dH=02.59m。 因此取直线段的坡率为 1:0.8，对堰面曲线85. 10956. 0xy求导得85. 0177.0xy，可求得切点的 xc=2.55，带入堰面曲线得 yc=5.9，因此直线段和堰面曲线切点为(2.55,5.9)。 反弧段半径确定 泄槽坡度为 1:10，反弧半径按 (36)h 确定，其中 H 为校核水位闸门全 开时反弧最低点的水深，初步计算可近似使用堰下收缩断面

5、的水深。 堰下收缩断面的水深计算公式为cos2hHgqh其中q起始计算断面单宽流量，LQq/校=3702/71 m3 /s；H为起始计算断面渠底以上总水头，H=607.35-598+1P=10.75m； 泄槽底坡坡角，为5.71 ；起始计算断面流量系数，取为0.95；迭代算得堰下收缩水深为5.29m。反弧半径取值范围是15.8731.74， 取为 20m。 同理可计算出设计水位时，堰下收缩水深为4.03m。泄槽水面线计算 矩形断面临界水深和临界坡降计算322gbQhkkkkhbhA71kk khbAR2611RnCkkkkk kRCAQi222临界水深和临界坡降计算表QkhkAkRkCkik校

6、核3702.0 6.52 463.06 5.51 120.82 0.00079 设计2660.0 5.23 371.48 4.56 117.07 0.00082 泄槽的纵坡一般设计为大于临界坡度的陡坡，通常i=1%5%，有时可 达 10%15%。因此，在该工程中取为i=0.1。 正常水深的计算00bhA00 02hbbhR6/1 001RnC由谢才公式iR nAiRCAQ3/2 00001得：3/2 03/5 0 )2()(hbbhinQ化简得：3/2 03/5 0 )2()(hbnbhiQ。将校核水位的流量3702m3 /s 带入方程得，校核水位情况下，泄槽中的 正常水位为 1.45m；将设

7、计水位的流量2660m3 /s 带入方程得，设计水位情 况下，泄槽中的正常水位为1.19m；校核水位设计水位流量(m3/s) 3702 2660 控制水深 (m) 5.29 4.03 正常水深 (m) 1.45 1.19 临界水深 (m) 6.52 5.23 两种水位情况下都满足kchhh0， 水面曲线为水深沿程降低的降水曲线（b2型降水曲线），下游以NN 线为渐近线。以收缩断面为起始位置， 依次向下游计算水面曲线。 水面线计算 各断面的计算公式如下：bhA；hb2； hbbhR2；AQv；6/11RnC；)(21 1mmRRR；)(21 1mmCCC；)(21 1mmvvv；RCvJ22 ；

8、gvhEs2cos2 ；JiEEssmsm 1泄槽段的掺气水深为hvhb)1001(，其中bh、 h泄槽计算断面的掺气后水深和计算断面水深；v不掺气情况下泄槽计算断面的流速；修正系数，可取1.01.4m/s，取 1.2m/s；边墙高度 =掺气后水深 =0.51.5m,校核情况，安全超高取0.5m，设计情 况安全超高取 1.5m。 校核水位边墙高度 =5.92+0.5=6.42m; 设计水位边墙高度 =4.48+1.5=5.98m; 比较两种情况下的边墙高度，将泄槽段的边墙高度取为6.42m。 消能设计和计算 挑流鼻坎设计 根据试验，鼻坎挑射角一般采用20 25 ，取为 23 ； 鼻坎坎顶应高出

9、下游最高水位12m，所以取鼻坎顶高程为581m。 鼻坎反弧半径一般采用鼻坎上水深的810倍，半径太小，则水流转向 不够平顺；半径太大，则将使鼻坎向下游延伸太长，增加工程量。 挑流鼻坎坎顶处水流平均流速v 计算公式如下：02gHv因此鼻坎上水深 h 为 bvQh其中堰面流速系数，取0.9；0H库水位到坎顶高差；Q溢洪道下泄流量； b挑流鼻坎末端水面宽度； 通过计算得校核水位时坎顶平均流速20.45m/s，鼻坎上水深 2.55m；设 计水位坎顶平均流速19.72m/s，鼻坎上平均水深为1.90m。反弧半径取为 22m。 挑流消能要素计算 水舌挑射距离：)(2sincoscossin12122 11

10、2 1hhgvvvgL冲刷坑深度：tkhHqt25. 05 .0其中挑射角度，取23 ；1v坎顶水面流速，约为鼻坎处平均流速的1.1 倍，1h坎顶平均水深在铅直方向的投影，cos1hh；2h坎顶至河床面的高差，2h=581-570.9=10.1m；冲坑系数，取 1.2；q鼻坎末端断面单宽流量；H 上下游水位差；th下游水深；校核设计h12.35 1.75 h2 10.1 10.1 v122.50 21.69 q 52.14 37.46 H 27.35 26.7 ht9.1 7.9 L 56.50 52.85 tk10.72 8.80 L/tk5.27 6.01 排沙隧洞隧洞进出口布置按一般规定

11、，开始进洞位置，洞顶覆盖层厚度大于3 倍的洞高方可进洞。枢纽布置于河床地段，从地形上来看，这样布置隧洞布置不仅工程量省，而且水利条件也好，从地质来看这个山梁表面有一层较深的风化岩石外，下部大部分为坚硬的岩石，强度较高，岩体中夹杂着几条破碎带，但走向大都与隧洞轴线成较大的角度。因此，将发电引水洞及排沙洞均布置于右岸的山梁里面。隧洞体型设计 （1）进口建筑物由于进口岸坡地质条件较差，覆盖层较厚，因而采用塔式进口，塔顶设置操作平台。 洞设为无压隧洞， 但包含有较短的压力段和较长的无压段。进口喇叭口隧洞进水口采用顶板和边墙顺水流方向三面收缩的平底矩形断面，体形符合孔口泄流的形态，避免产生不利的负压和空

12、蚀破坏，同时还应尽量减少局部水头损失，以提高泄流能力。喇叭口的顶板和边墙采用椭圆曲线，其方程为：12222byax式中： a 为椭圆长半轴，对于顶板曲线约等于闸门处的孔口高度H =3.5m， 对于边墙曲线约等于闸门处的孔口宽度B=3m； b 为椭圆短半轴，对于顶板曲线约为3H，对于边墙曲线约为 (5131) B 。顶板曲线为：1 5.395.32222yx边墙曲线为：1 922 yx深式无压隧洞的进水口为一短的压力段， 根据我国 10 余个工程的统计，其长度约为 1.52.5 倍闸门处的孔口高度，本设计可取为7m，属短管型进水口。为了使其具有良好的压力分布，检修门槽前的顶板曲线应有倾斜压坡。顶

13、板曲线可布置为长轴水平布置，使顶板曲线在检修门槽上游边缘处的切线斜率为 1:4.51:10，无倾斜直线段。 同时检修门槽前的入口段长度控制在 0.81.0倍工作闸门处的孔口高度范围内， 所以将入口段长度设为3m，检修门槽上游边缘处的切线斜率取为1:5。 为了利用收缩进一步改善进口的压力的压力分布和水流状态，在检修门槽与工作闸门之间的顶板也应布置成压坡段，压坡段为等宽矩形断面，顶板的坡率应陡于曲线顶板末端的坡率，一般在 1:1.41:1.6之间，现采用 1:1.4。压坡段长度采用3m。通气孔在泄水洞的进口设通气孔，其主要作用是：工作闸门在各级开度情况下承担补气任务，补气可以降低门后负压，稳定流态

14、，避免建筑物发生震动和空蚀，减小作用在闸门上的下拖力和附加水压力；检修时，在下放检修门之后放空洞内水流过程中用以补气；检修完成后，需要向检修闸门和工作闸门之间充水，以便平压开启检修闸门，此时，通气孔用以排气。洞身断面采用城门洞型断面。闸门采用弧形闸门，半径取为6m。校核水位219m3 /s 设计水位211m3 /s 通过计算溢洪道临界水深的方法可以计算出排沙洞校核水位的临界坡降。QkhkAkRkCkik校核219.0 8.16 24.49 1.27 94.57 0.00706 设计211.0 7.96 23.89 1.26 94.51 0.00692 由于泄流时的流速较大，为了不影响隧洞的泄流

15、能力，将隧洞设成陡坡，底坡坡降为 0.01。洞内控制水深 校核情况下隧洞流量为219m3 /s，洞前水深为607.35-580=27.35m，平均流速为gHv2孔=35.278.9298.0=22.69m/s，则收缩断面水深为 bvQhc带入数据计算得校核水位的洞内控制水深为3.22m。同理可计算正常水位的洞内控制水深为3.21m。 正常水深由3/2 03/5 0 )2()(hbnbhiQ可计算出校核水位的正常水深为7m， 设计水位的正常水深 6.7m。 洞内水面线 以收缩断面为起始断面，依次向下游计算洞内水面线。由于kchhh0，水面线为水深沿程增加的壅水曲线，已知校核水位的泄流量为 219

16、m3/s，起始断面水深为3.22m，隧洞底坡 0.01，洞宽 3m，粗 糙度为 0.011。 同溢洪道水面线计算方法计算洞内水面线 洞深尺寸 当洞内流速大于 1520m/s时，应考虑高速水流引起的掺气和冲击波影 响。流速较高的隧洞，在掺气升高的水面以上净空面积一般为洞身断面面 积的 15%25%，冲击波波峰高不应超过城门洞形断面的直墙范围。根据水 面线的计算，初步设计尺寸为3 4m。根据地形条件和地址情况，选用挑流消能，它适用于较好的岩基或挑流冲刷坑对建筑物安全无影响时，可设置挑流鼻坎。挑坎末端做一道深齿墙，可以保护地基不被冲刷，其底部高程应位于冲刷坑可能影响的高程以下。挑坎上还常设置通气孔和排水孔，通气孔向水舌下补充空气，以免形成真空，影响挑距和造成结构空蚀。坎上排水孔排除反弧段积水；坎下排水孔排除渗流，降低齿墙后的渗透能力。反弧半径设为 20m ，坎顶平均流速 22.69m/s，坎顶平均水深 3.22m。)(2sincoscossin1 2122 112 1hhgvvv