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1、第四讲,消能工的设计原则,尽量使下泄水流的大部分动能消耗在水流内部的紊动中，以及水流与空气的摩擦上； 不产生危及坝体安全的河床或岸坡的局部冲刷； 下泄水流平稳，不影响枢纽中其他建筑物的正常运行； 结构简单，工作可靠； 工程量小。,消能工的形式,挑流消能,是在泄水重力坝坝趾处设置挑流坎，把高速水流挑射到下游空中，然后扩散的掺气水流跌落到坝下游河道内，在尾水水深中发生漩涡、冲击、掺搅、紊动、扩散、剪切，以消除能量。跌落的水流冲刷河床，形成冲刷坑，在冲刷坑中水流继续消能。,挑流消能,一般适用于坚硬岩基上的高、中坝。 挑流消能设计的主要内容有：选择鼻坎形式，确定鼻坎高程、反弧半径、挑角，计算挑距和下游
2、冲刷坑深度。,鼻坎挑射角度一般为 ；鼻坎反弧半径一般采用 ， 为鼻坎上水深。鼻坎坎顶高程应高出下游水位，一般以12m为宜。 水舌挑射距离按水舌外缘计算为：,挑流消能,冲坑深度的估算公式： 式中： 水垫厚度，自水面算至坑底； 单宽流量； 上、下游水位差； 冲坑系数。,挑流消能,底流消能,是通过水跃，将泄水建筑物泄出的急流转变为缓流，以消除多余动能的消能方式。消能主要靠水跃产生的表面旋滚与底部主流间的强烈紊动、剪切和掺混作用。,底流消能,具有流态稳定、消能效果较好，对地质条件和尾水变幅适应性强以及水流雾化很小等优点，可适应高、中、低水头。但护坦较长，土石方开挖量和混凝土方量较大，工程造价较高。,底
3、流消能,既适用于坚硬岩基，也适用于较软弱或节理裂隙较为发育的岩基。 底流消能设计是在给定的泄流量和相应的上、下游水位条件下，选定合适的护坦高程和护坦长度。消力池的长度取决于水跃长度，一般为平底自由水跃长度的70%80%。,底流消能,消力池的长度取决于水跃长度，一般为平底自由水跃长度的70%80%。 消力池的深度： 式中： 跃后共轭水深； 下游水深； 淹没度。,面流消能,利用鼻坎将主流挑至水面，在主流下面形成旋滚，旋滚流速较低，而且系沿河床流向坝趾，河床一般不需加固，但需注意防止水滚裹挟石块，磨蚀坝脚地基。,面流消能,适用于下游尾水较深，流量变化范围较小，水位变幅不大，或有排冰、漂木要求的情况。
4、一般不需要作护坦。,消力戽消能,挑流鼻坎潜没在水下，形不成自由水舌，水流在戽内产生旋涡，经鼻坎将 高速的主流挑至水面。,消力戽消能,适用于尾水较深，流量变化范围较小，水位变幅不大，或有排冰、漂木要求的情况。一般不需要作护坦。 消力戽设计的主要内容是：确定反弧半径、戽坎高度和挑射角度。,泄水重力坝设计中高速水流的问题,空化和空蚀 掺气 水流脉动 冲击波,空化和空蚀,在自然条件下，水体中含有许多很小的气核，当过坝水流中某点的压力降至饱和蒸汽压强，气核迅速膨胀为小空泡，这种现象称为空化。 当低压区的空化水流流经下游高压区时，空泡遭受压缩而溃灭，由于溃灭时间极为短暂（一般只有千分之几秒），会产生一个很
5、高的局部冲击力（可达几千个大气压）。若空泡溃灭发生在靠近过水坝面，局部冲击力大于材料的内聚力时，可使坝面遭受破坏，这种现象称为空蚀。,泄水建筑物常见的空蚀部位,水流脉动对建筑物的影响,引起结构的振动，甚至产生共振现象。 脉动压强大时，计算结构荷载时应考虑。 脉动可使负压增大，从而增大了发生空蚀的可能性。,掺气和冲出波的影响,掺气：使水深增大，在确定溢流坝边墙高度和无压深式泄水孔的高度时应该考虑其影响。,冲击波：影响溢流面上水流的流态。,重力坝深式泄水孔的作用,预泄库水，增大水库的调蓄能力； 放空水库以便检修大坝； 排放泥沙，减小水库淤积； 随时向下游放水，满足航运或灌溉要求； 施工导流。,避免
6、折冲水流的措施,在枢纽布置上，尽量使溢流坝下泄水流与原河床主流的位置和方向一致； 规定闸门操作程序，使各孔闸门同时均匀开启，或对称开启； 布置导流墙，使主流充分扩散； 进行水工模型试验，研究下游流态及改善措施。,坝体混凝土分区,满足坝体各部位的不同要求，省水泥及工程费用。,坝体各区对混凝土性能的要求,混凝土抗渗标号的最小允许值,混凝土抗冻标号的最小允许值,纵缝的形式,铅直缝 错缝 斜缝 通仓浇筑,坝内廊道系统,灌浆、排水、观测、检查和交通需要。,重力坝的地基处理,地基处理的主要任务 坝基的开挖与清理 坝基的固结灌浆 帷幕灌浆 坝基排水 断层破碎带的处理 软弱夹层的处理 溶洞的处理,地基处理的主
7、要任务,防渗 提高基岩的强度和整体性,坝基开挖与处理,规范规定： 凡100m以上的高坝须建在新鲜、微风化或弱风化下部基岩上；10050m的坝可建在微风化至弱风化中部基岩上；坝高小于50m时可建在弱风化层中部或下部基岩上；同一工程中两岸较高部位的坝段，其利用基岩的标准可比河床部位适当放宽。,坝基的固结灌浆,目的：提高基岩的整体性和强度，降低地基的透水性。,布置：梅花型，坝踵和坝趾附近及节理裂隙发育和破坏带范围内。,坝基的帷幕灌浆,目的：降低坝底渗透压力，防止坝基内产生机械或化学管涌，减少坝基渗流量。,规范：岩体相对隔水层的透水率（q) 坝高在100m以上， q为13lu； 坝高在100m50m之
8、间， q为35lu； 坝高在50m以下， q为5lu。,深度：据基岩的透水性，坝体承受的水头和透水层的深度确定。深入不透水层35m或0.30.7倍的坝前水头范围内。,断层破碎带的处理,危害：强度低，弹模小,可能使坝基产生不均匀沉陷。或使坝底的渗透压力加大，甚至产生管涌。,方法：主要是开挖、回填混凝土-混凝土塞。,软弱夹层的处理,在坝踵部位做混凝土深齿墙，切断软弱夹层直达完整基岩，当夹层埋藏较浅时，施工方便，工程不大，且有利于坝基防渗； 对埋藏较深、较厚、倾角平缓的软弱夹层，可在夹层内设置混凝土塞；,软弱夹层的处理,在坝趾处建混凝土深齿墙，切断软弱夹层直到完整基岩，以加大尾岩抗力； 在坝趾下游侧
9、岩体内设钢筋混凝土抗滑桩，切断软弱夹层直达完整基岩； 在坝趾下游侧岩体内采用预应力锚索以加大岩体的抗力。,溶洞的处理,危害：漏水、降低基岩的承载能力。,方法：主要是开挖、回填和灌浆等办法的配合应用。,宽缝重力坝,优点： 扬压力小； 便于混凝土散热； 坝体工程量省10%20%。,缺点： 施工模板用量多。,空腹重力坝,优点： 由于空腔下部不设底板，减小了坝底面上的扬压力，可节省坝体混凝土方量20%左右； 减少了坝基开挖量； 坝体前、后腿嵌固于岩体内，有利于坝体的稳定； 前、后腿应力分布均匀，坝踵压应力较大； 便于混凝土散热； 坝体施工可不设纵缝； 便于监测和维修。,缺点： 施工复杂； 钢筋用量大； 如在空腔内布置水电站厂房，施工干扰大。,碾压混凝土重力坝优点,工艺程序简单,可快速施工,缩短工期,提前发挥效益； 胶凝材料用量少,一般在120160kg/m3之间，其中水泥约为6090kg/m3； 由于水泥用量少，结合薄层大仓面浇筑，坝体内部混凝土的水化热温升可大大降低，简化了温控措施； 不设纵缝，节省了模板和接缝灌浆等费用，有的甚至整体浇筑不设横缝； 可使用大型通用施工机械设备，提高混凝土运输和填筑不设横缝。 降低工程造价。,
