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1、第七节渠系建筑物-跌水与陡坡第七节渠系建筑物-跌水与陡坡第七节渠系建筑物-跌水与陡坡一、落差建筑物的类型当渠道通过地面过陡的地段时，为了保持渠 道的设计比降，避免大填方或深挖方，往往将水 流落差集中，修建建筑物联接上下游渠道，这种 建筑物称落差建筑物。落差建筑物有跌水、陡坡、斜管式跌水和 跌井式跌水等四种。其中跌水和陡坡应用最广。落差建筑物的设计，除满足强度和稳定要 求外，水力设计是重要内容。布置时应使进口前 渠道水流不出现较大的水面降落和雍高，以免上 游渠道产生冲刷或淤积，出口处必须设置消能防 冲设施，避免下游渠道的冲刷。上游进口一连接段宜赫管:、跌水跌水有单级跌水和多级跌水两种形式，二者
2、构造基本相同。一般单级跌水的跌差小于35 米，超过此值时宜采用多级跌水。（一）单级跌水单级跌水常由进口连接段、跌水口、消力池 和出口连接段所组成。1.进口连接段为使渠水平顺进入跌水口，使泄水有良好的 水力条件，常在渠道与跌水口之间设连接段。其 型式有扭曲面、八字墙、圆锥形等。扭曲面翼墙 较好，水流收缩平顺，水头损失小，是常用型式。连接段长度L与上游渠底宽B和水深H的比值 有关，B/H越大L越长。2.跌水口 跌水口又称控制缺口，是设计跌水和陡坡的关键。为使上游渠道水面在各种流量下不产生雍 高和降落，常将跌水口缩窄，减少水流的过水断 面，以保持上游渠道的正常水深。跌水缺口的形 式有矩形、梯形和底部
3、加抬堰等形式。3 .跌水墙 跌水墙有直墙和倾斜面两种。多采用重力式挡土墙。由于跌水墙插入两岸，其两侧有侧墙支 撑，稳定性较好，设计时常按重力式挡土墙设计， 但考虑到侧墙的支撑作用，也可按梁板结构计 算。为防止上游渠道渗漏而引起跌水下游的地下 水位抬高，减小渗流对消力池底板等的渗透压 力，应作好防渗排水设施。4 .消力池 跌水墙下设消力池，使下泄水流形成水跃，以消减水流能量。消力池在平面布置上有扩散和 不扩散形式，它的横断面形式一般为矩形、梯形 和折线形。折线形布置为渠底高程以下为矩形， 渠底高程以上为梯形。5.出口连接段下泄水流经消力池后，在出口处仍有较大的能量，流速在断面上分布不均匀，对下游
4、渠道常i=j引起冲刷破坏。为改善水力条件，防止水流对下 游冲刷，在消力池与下游渠道之间设出口连接 段。其长度应大于进口连接段。（二）多级跌水多级跌水的组成和构造与单级跌水相同。只 是将消力池作成几个阶梯，各级落差和消力池长 度都相等，使每级具有相同的工作条件，并便于 施工。多级跌水的分级数目和各级落差大小，应根I三据地形、地质、工程量大小等具体情况综合分析确定。当受地形地质条件影响较大时，也可修建 不连续的多级跌水。工程实践说明，多级跌水的 目，减小各级落差，在一般情况下，跌水墙的工 程量将减小。I三跌水墙工程量与其数目成反比，即增加跌水数=1三、陡坡陡坡由进口连接段、控制堰口、陡坡段、消 力
5、池和出口连接段组成。陡坡的构造与跌水相似，不同之处是陡坡段代替了跌水墙。由于陡坡段水流速度较高，对进 口和陡坡段布置要求较高，以使下泄水流平稳、 对称且均匀地扩散，以利下游消能和防止对下游 渠道的冲刷。（一）陡坡段的布置在平面布置上，陡坡底可作成等宽的、底宽 扩散形和菱形三种。扩散形陡坡陡坡段采用扩散形布置，可以使水流在陡坡 上发生扩散，以减小单宽流量，这对下游消能防冲有利。陡坡的比降应根据修建陡坡处的地形、 地质、跌差及流量大小等条件确定。当流量大、跌差大时，陡坡比降应缓一些；当流量较小、跌I三 I差小且地质条件较好时，可陡一些。土基上陡坡 比降通常取1： 251:5。菱形陡坡1=l=J菱形
6、陡坡在平面布置上，上部扩散下部收 缩，在平面上呈菱形。在收缩段的边坡上设置导 流肋。这种布置使消力池段的边墙边坡向陡槽段 延伸，使其成为陡坡边坡的一部分，从而使水跃 前后的水面宽度一致，两侧不产生平面回流漩 涡，使消力池平面上的单宽流量和流速分布均 匀，减轻了对下游的冲刷。陡坡段的人工加糙在陡坡段上进行人工加糙，对促使水流紊动 扩散，降低流速，改善下游流态及消能均起着重 要作用。常见的加糙形式有交错式矩形糙条、单 人字形槛、双人字形槛、棋布形方墩等。（二）消力池及出口连接段陡坡出口消能一般都采用消力池，使水流在 池中发生淹没水跃以消减水流能量，其布置形式与跌水相似。为了提高消能效果， 消力池中
7、常设一些辅助消能工，如消力齿、消力 墩、消力肋及尾槛等。沿陡坡下泄的水流，受陡坡边界、坡度和糙度影响，对于梯形断面的消力池深度和长度按下 式计：消力池深度 d55c s=1.74lg o + 0.28h2cq 30.385pq 4/3 h =c4 2 E 2c 04 = 0.9(m q2/3 / p)0.i消力池长度可按下式计算：L=(6-7)h c消力池出口常用连接段与下游渠道连接。 当消力池底宽大于下游渠道底宽时，出口连接段 为平面收缩形式，其收缩率为1： 31： 8。消 力池末端底部一般用1： 21： 3的反坡与下游 渠道相连。出口连接段与下游渠道护砌段总长L =815hc，但在消力池内布置有辅助消能工 时，可缩短为L =36hc。
