正槽溢洪道布置

2014.09正槽溢洪道布置水工建筑物项目化实训包1-进水渠；2-溢流堰；3-泄槽；4-消力池；5-出水渠进水渠、控制段、泄槽、消能设施、出水渠。正槽溢洪道由五部分组成：正槽溢洪道组成1.作用：是将水库的水平顺地引向溢流堰。2.设计原则：减小水头损失，增加溢洪道的泄流能力。3.平面布置原则：（1）最好布置成直线，避免水流急剧转变。（如需转弯，R大于等于（4~6）倍的渠底宽度）（2）进水口多做成喇叭口形，使水流逐渐收缩。（3）引水渠和溢流堰之间用渐变段连接，防止堰前产生漩涡和回流，影响泄水能力。一、进水渠尺寸足够大的，以降低流速，减小水头损失。一般V=3~5m/s，V不淤＜V＜V不冲，土基采用梯形，岩基采用近似矩形新鲜岩石为1∶0.1~1∶0.3风化岩石为1∶0.5~1∶1.0土基为1∶1.5~1∶2.5引水渠的纵断面一般做成平底坡或具有不大的逆坡。5.纵断面：4.横断面：一、进水渠控制段又叫溢流堰或控制堰，溢洪道的控制段包括：溢流堰及两侧连接建筑物，是控制溢洪道泄流能力的关键部位。型式宽顶堰实用堰驼峰堰折线形堰常用溢流堰应根据地形、地质条件、运用要求、通过技术经济比较选定。二、控制段1.宽顶堰（2.5H＜δ＜10H）特点：结构简单，施工方便，但流量系数较低。由于宽顶堰重量轻、荷载小，对承载力较差的土基适应能力较强，因此，在泄量不大或附近地形较平缓的中、小型工程中应用较广。二、控制段2.实用堰（0.67H＜δ＜2.5H）特点：流量系数比较大，在泄量相同的条件下需要的溢流前缘较短，工程量相对较小，但施工较复杂。大、中型水库，特别是岸坡较陡时，多采用这种型式。二、控制段槽内的水流处于急流状态，水流流速大，对边界条件的变化非常敏感，当边墙有转折时就会产生冲击波，冲击波使横断面上的水深局部增加，因而要求边墙也要增高，同时泄水槽内极易产生掺气、空蚀等问题。泄槽的底坡为陡坡，所以又称之为陡槽，以便将过堰水流迅速安全地泄向下游。三、泄槽1.泄槽的平面布置原则:（1）尽可能布置成直线、等宽、对称断面。（2）实际工程中，为减小溢洪道工程量，首段常设收缩段，末端设扩散段。收缩段长：扩散角必须保证水流扩散时不能与边墙分离，避免产生竖轴漩涡。按直线扩散的扩散角θ一般不宜超过60~80。扩散段起、止断面的平均弗劳德数经验系数，取0.3（3）收缩段：（4）扩散段：在控制段之后布置过渡段，作用是来连接过渡段和泄槽。收缩角θ可按经验公式计算确定，θ<6º，θ也可用经验公式计算：因地形限制需设弯曲段时，转弯半径不宜过小，一般采用R=(6~10)B,R为轴线转弯半径，B为泄槽底宽。弯曲段不宜设在变坡处，其前后都应有足够长的直线等宽段，以改善水流条件。（5）弯道段：2.泄槽的纵剖面：（1）泄槽的纵坡常随地形、地质条件变化。但坡度不宜太大。（2）坡度由陡变缓时，泄槽易被动水压力破坏。为避免，应在变坡处用反弧连接。R=(3~6)h,其中h为变坡处断面水深。（3）坡度由缓变陡时，水流易脱离槽底产生负压。在变坡处宜采用符合水流轨迹的抛物线连接。（4）纵坡应大于临界坡，以保持急流。常用纵坡为1％~5％。3.泄槽的横断面（1）在岩基上的泄槽多做成矩形或近似矩形的横断面，边坡比大约为1:0.1~1:0.3。（2）非岩基上，一般为梯形断面，边坡比不宜缓于1：1.5。（3）泄槽边墙高度的确定一般V>7~8m/s时，空气从自由水面进入水体，考虑掺气。泄槽边墙高度根据掺气后的水面线hb加0.5~1.5m的超高确定。H边墙=hb+安全超高（0.5~1.5m）

在泄槽转弯处的横断面，水流流态复杂，由于弯道离心力及冲击波共同作用下形成横向水面差，导致过水断面外侧水深加大，而内侧水深减小，流态十分不利。如图所示：弯道横向水面超高以槽底中心线为准使渡槽内外高差为2ΔZ，见图（b）。为消除弯道短的水面干扰，保持泄槽轴线的原底部高程、边墙高程等不变，以利于施工。常将内侧渠底较轴线高程下降ΔZ，而外侧渠底的高程ΔZ。外侧抬高ΔZ内侧降低ΔZ四、消能防冲设施1.消能方式：（1）底流式：适用于地质条件较差或溢洪道出口距坝较近的情况。（2）挑流式：适用于水头大，有较好的岩基或泄槽末端远离拦河坝，挑流冲刷坑不影响建筑物的安全。a.重力式消能b.衬砌式消能挑流式2.设计原则：同溢流坝，唯有泄槽末端的挑流坎构造与溢流堰的鼻坎不同，现说明如下：挑流坎重力式：土基，如图（a）。衬砌式：（坚硬完整）岩基，如图（b）。用锚筋与岩基连接，可减少开挖与砼量。★出水渠的作用：将消能后的水流平顺地引入下游河道。五、出水渠当泄槽下泄的水流经过消能后，不能直接进入原河道时需要设出水渠。★出水渠2.人工出水口如无天然河道，则需人工挖明渠。1.利用原天然河道尽量短、直，底坡也应尽量接近于下游原河道的平均底坡，水流才能平顺下泄。实际工程案例：陆浑水库背景资料溢洪道案例：已知正槽溢洪道引水渠为梯形断面，底宽为65m，长10m，边坡为1:1；控制段为不设闸