第四章 河岸溢洪道

第四章泄水建筑物

-河岸溢洪道

溢流坝、

泄水孔、

溢洪道

OverflowDam、

Outlet

BankSpillway

一、泄水建筑物的作用与分类泄水建筑物：用来宣泄洪水期间(泄洪)或其他情况下水库（或渠道）中多余水量（泄水）以保证大坝安全的建筑物。包括：

泄洪建筑物、泄水孔、施工泄水道、水闸

二、溢洪道（spillway）河床溢洪道（如溢流坝、水闸、泄水孔）河岸溢洪道（明渠、泄水隧洞）（一）、河床溢洪道1、类型：溢流坝、泄水孔与水闸（1）溢流坝前缘长度（2）溢流坝堰顶高程溢流坝前缘2、溢洪道的下游联接

通过坝体的下泄水流具有很大的能量，当水位差为40m时，单宽流量q=50秒立方米，一米宽河床内的水流动能可达24000匹马力，如此巨大的能量主要消耗于两个方面：（1）、水流的内部损耗，如摩擦、冲击、紊动、漩涡；（2）、水流与固体边界作用，如摩擦、冲刷等；当冲刷扩展到坝基时，就会危及坝体安全。消能方式：底流消能、面流消能、挑流消能、戽流消能。消能设计原则：1°尽量增加水流的内部紊动

2°限制水流对河床的冲刷范围i、底流消能

工作原理：在坝趾下游设消力池、消力坎等，促使水流在限定范围内产生水跃，通过水流的内部摩擦、掺气和撞击消耗能量。ii、挑流消能

工作原理：利用鼻坎将水流挑向空中，并使其扩散，掺入大量空气，然后落入下游河床水垫，形成旋滚，消耗能量约20％。起初冲刷河床，形成冲坑，达一定深度后，水垫加厚冲坑趋于稳定。（二）、河岸溢洪道采用条件：1、河谷狭窄，洪峰流量大，采用河床布置有困难；2、坝体不宜作河床溢洪道；3、有垭口地形；4、利用施工导流洞改建。溢洪道分类：1、正槽溢洪道2、侧槽溢洪道3、井式溢洪道4、虹吸溢洪道5、泄洪隧洞

1、正槽溢洪道（1）、工作特点：开敞式正面进流.泄槽与溢流堰轴线正交,过堰水流与泄槽方向一致.

组成:进水段（引水渠）,控制段,泄槽(陡槽),消能段,尾水渠.进水渠和尾水渠的设置视情况而定。优点:结构简单,进流量大,泄流能力强,工作可靠,施工、管理、维修方便，因而被广泛采用。缺点：当两岸地势较高且岸坡较陡时，开挖方量大。（2）、正槽溢洪道各组成部分的设计（i）引水渠作用：使水流平顺地进入控制段，改善堰身及泄槽的流态。设计原理：在合理的开挖方量下，尽量减少水头损失，以增加溢洪道的泄水能力，因此要控制流速。断面形式：岩基上接近矩形，土基上采用梯形。进口布置形式：喇叭口。（ii）、控制堰段作用:控制溢洪道的泄流能力.横断面:矩形纵剖面:实用堰和宽顶堰设计要求:有足够的泄流能力.实用堰:

流量系数大，需要的溢流前缘较短，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。形式：克-奥型

WES曲线型宽顶堰:

结构简单，施工方便。但流量系数较小，需要的溢流前缘较长。多用于泄洪量不大或附近地形较平缓的中小型工程中。

（iii）、泄槽段工作特点：在溢流堰后用泄槽与消能段相接，为使槽内水流呈急流状态其纵坡常为大于临界坡度的陡坡，因此又称其为陡槽。由于泄槽内水流流速较高，设计时必须考虑高速水流产生的冲击波、脉动和空蚀现象，在布置和构造上予以重视，一般应加高、加固泄水槽的边墙，以确保溢洪道的安全。（a）泄槽的纵剖面设计

泄槽的纵坡一般做成为大于临界坡度的陡坡，通常i=1%~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R8~10倍水深，易出现动水压力破坏，应尽量避免。由缓变陡：变坡处用抛物线连接。槽底易产生负压。（b）泄槽的平面布置

从高速水流考虑，泄槽在平面上应尽量直线、等宽、对称布置。实际上，由于地质（形）条件的限制，或从减少开挖、处理洪水归河、有利消能等方面考虑，往往改变横断面，设置收缩段、弯曲段或扩散段。(c)断面型式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。(d)弯曲段：渠底超高法—作用是使流量分布均匀并适当改善流态。对弯曲的泄槽，为使槽内流量分布均匀和改善流态，可将渠底做成外侧高于内侧的横向底坡，用重力来平衡离心力。弯曲段——

受离心力作用，外侧水深大，流速与单宽流量分布不均。

要求：使断面内流量分布均匀，抑制冲击波

设计方法：施加侧向力法，如渠底超高法；干扰处理法，如螺旋线过渡段法

渠底超高法：又(e)收缩段与扩散段收缩段的收缩角大小直接影响由于断面收缩而产生的冲击波的大小。收缩角越小，冲击波就越小，通常收缩角11.25º.

扩散段一般设在泄槽的末端有利于消能.在高速水流的条件下,扩散角不宜过大以免水流于边墙脱离.K的取值：1.5－3.0水平槽底取小值，即扩散角可大些；斜坡槽底取大值，即扩散角可小些。。

空化空蚀的原因：泄水建筑物的体型不合理；泄水建筑物表面不平整；放样不准；模板走样；混凝土质量不佳；泥沙的不均匀磨损；

(f).空化空蚀及其减蚀措施

空化：压力降低至蒸汽压力后，出现蒸汽气

穴(初始空化)

空蚀：气核膨胀遇高压溃灭，撞击固壁使

固壁发生破坏，即发生空蚀。

减蚀方法：选用好的体型；采用高强度的抗蚀材料；提高抗滑平整度掺气减蚀（g）泄槽的衬砌——防冲、防渗、防风化、承载

混凝土及砌石结构，分缝但缝内必须做止水，衬砌底部设排水设备，有时衬砌要以钢筋锚固。(iv)、消能设施位于泄水槽出口处，作用是为了消除下泄水流具有破坏作用的动能，从而防止建筑物被水流冲刷，保证安全。消能方式：底流消能和挑流消能。(v)、尾水渠:

当流经泄槽的急流经过消能后，不能直接进入原河道，需布置一段尾水渠，要求短、直、平顺，底坡尽量接近原河道的坡度，以使水流能平稳顺畅地归入原河道。2、侧槽溢洪道

在坝址处山高坡陡，采用正槽式溢洪道将使挖方量增加很多时，可采用侧槽式溢洪道。（1）、组成：溢流堰、侧槽、调整段、泄槽、出口消能段、尾水渠。（2）、特点：堰轴线、泄槽轴线可与山坡等高线平行布置，开挖量小，但侧槽中水流流态复杂。水流经过溢流堰，泄入与堰大致平行的侧槽后，在槽内转向约90，经泄槽或泄水隧洞流入下游。侧向进流，纵向泄流。（4）、侧槽的设计：

槽底高程应保证溢流堰为自由溢流，侧槽中水流应为缓流流态，底坡坡度为缓坡，1:0.01~1:0.05；

泄流量沿侧槽轴线均匀增加，所以侧槽断面积应沿程增大，始末断面底宽比约为1:1~1:4；

槽断面应为深窄型梯形断面，堰一侧边坡为1:0.5，山坡一侧边坡为1:0.3