水工建筑物课件 河岸溢洪道

第八章河岸溢洪道泄水建筑物的作用与分类: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、水闸溢洪道河床溢洪道（如溢流坝、水闸、泄水孔）河岸溢洪道（明渠、泄水隧洞）河床溢洪道类型：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消能方式：底流消能、面流消能、挑流消能、戽流消能。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。河岸溢洪道的工作方式与分类工作方式有闸门----大多数情况下无闸门----中小型工程，多雨地区两者比较：①堰顶高程不同；②水位在堰顶以上，泄流能力不同；③坝高不同；④防洪库容相同，但位置不同；⑤管理方式不同；⑥溢流前缘长不同；分类

由于地形条件和地质条件的不同，河岸溢洪道可有多种形式。

按水流方向是否变化分为：正槽溢洪道—过堰水流方向与堰下泄槽纵轴线方向一致，此型式应用最广。侧槽溢洪道—水流过堰后急转弯近90°，再经过泄槽或斜井，或隧洞下泄；井式溢洪道—水流从平面上呈环形的溢流堰四周向心汇入，再经竖井和隧洞下泄。虹吸溢洪道—利用虹吸作用,使水流翻过堰顶的虹吸管，再经泄槽下泄主要是希望在小水头时得到较大的泄量。按使用频率分正常溢洪道—上述四种溢洪道均为正常溢洪道。非常溢洪道—设在岸边，当来特大洪水时，自溃或炸毁泄洪，以确保大坝安全。正槽溢洪道工作特点：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。 组成：引水渠、溢流堰、泄槽、消能段、尾水渠。布置(选线)地形上：在坝址附近寻找马鞍形垭口以减少土石方开挖量，泄槽线路选在地形低洼处；地质上：坚硬的岩石，开挖困难，但可省去衬砌；软弱的岩石开挖容易，但衬砌、冲能防冲措施工程量大；水流条件：a.水流通畅不影响其他建筑物；b.控制堰上游应开阔，使堰前水头损失小；c.泄槽在平面上最好不设弯段，以避免离心力和冲击波的影响；d.泄槽末端消能段应远离坝脚也不应影响通航建筑物和水电站尾水；施工上：a.充分利用开采出来的石渣；b.爆破开挖不影响相邻建筑物正槽溢洪道各组成部分的设计（1）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。渠内流速限制在1.5-3.0m/s以下。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。（2）、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。溢洪道的控制段，是控制溢洪道泄流能力的关键部位要求：增大流量系数，不产生负压及空蚀（一）堰型1）、宽顶堰：简单、方便、m低（0.32~0.385），适用于地基条件差、泄量小的地形平缓的中小型工程。2）、实用堰：m高，工程量小，施工复杂，适用于岸坡较陡的大中型工程。体型：标准WES、克－奥曲线、幂次曲线3）、驼峰堰（复合圆弧低堰）：m高,可达0.42以上；设计施工简便，对地基要求低适用于软弱地基。4）、带胸墙的溢流孔口：减小门高，延长泄洪历时。（3）、泄槽——将过堰水流送往下游工作特点：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、掺气和空蚀现象，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。作用：输水，是长距离输水建筑物。要求：泄槽水位不能影响溢流堰自由泄流，槽中不能发生水跃。一、水流特点：（a）陡坡i＞icr、急流Fr＞1（b）高速水流问题－脉动、掺气、振动、冲击波、空化空蚀二、平面布置及纵横剖面总原则：直线、等宽、对称布置，但工程中常采用:收缩段（以减小工程量）、扩散段（减小单宽流量）弯曲段（解决洪水归河问题）（1）泄槽的纵剖面设计变坡：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。（2）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。（3）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。（4）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。（5）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。（6）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；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（7）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。（4）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（5）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。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。3、适用:山头较高、岸坡较陡的情况，尤其适于中小型水库中采用无闸门控