《小型水工建筑物设计》课件-4.溢洪道

4.1溢洪道基本知识

课程导入水利枢纽“三大件”挡水建筑物泄水建筑物取水建筑物

目录

一河岸溢洪道的应用特点

二河岸溢洪道类型

三河岸溢洪道的位置选择

四正槽式溢洪道

一河岸溢洪道的应用特点根据《专业实习》（宝鸡），请在优慕课项目四任务一课前探马进行讨论（一）和讨论（二）

一河岸溢洪道的应用特点溢流坝河岸溢洪道溢洪洞、泄洪洞、非常溢洪道坝下涵管常见的泄水建筑物一河岸溢洪道的应用特点需要布置溢洪道的几种情况1.土石坝2.部分轻型坝如大头坝、支墩坝等。3.河谷狭窄、泄流量大，混凝土坝无法满足要求。常见的泄水建筑物溢流坝坝下涵管泄水隧洞溢洪道河床式泄水建筑物河岸式泄水建筑物二河岸溢洪道的型式常见的河岸溢洪道的型式正槽式侧槽式井式虹吸式二河岸溢洪道的型式常见的河岸溢洪道的型式正槽式泄槽与溢流堰轴线正交，过堰水流与泄槽轴线一致。自学链接：请快速浏览优慕课项目四任务二课前探马。并总结归纳溢洪道的结构组成。二河岸溢洪道的型式特点：适用于各种水头和流量，并且水流条件好，运用管理方便。在实际工作中应用广泛。二河岸溢洪道的型式常见的河岸溢洪道的型式侧槽式泄槽与溢流堰轴线接近平行，过堰水流与泄槽轴线接近垂直。特点：适用于坝肩山体较高，岸坡较陡的情况。二河岸溢洪道的型式常见的河岸溢洪道的型式案例：陕西（铜川）桃曲坡水库

你能从侧槽式溢洪道的概念上，对该水库的溢洪道进行分析吗？二河岸溢洪道的型式课堂思考题：下图是我国水布娅电站的枢纽俯瞰图，请你找到其主要的泄水建筑物。如果它是溢洪道，请判断它是哪种形式的溢洪道。正槽式溢洪道常见的河岸溢洪道的型式井式由溢流喇叭口段、竖井段和泄洪隧洞段组成。主要部分是泄洪隧洞。工程实践中，这种溢洪道多与导流隧洞相结合，单独目的地布置该种工程的很少。二河岸溢洪道的型式常见的河岸溢洪道的型式虹吸式利用虹吸作用进行泄水，具有“自动泄水”特点。优点：可自动调节水位，不需要设置闸门。缺点：超泄能力小，构造复杂，工作可靠性差。二河岸溢洪道的型式常见的河岸溢洪道的型式虹吸式二河岸溢洪道的型式回忆虹吸二河岸溢洪道的型式常见的河岸溢洪道的型式正槽式侧槽式井式虹吸式开敞式溢洪道封闭式溢洪道三河岸溢洪道位置选择优慕课项目四任务一课前探马视频讨论“你认为泄水建筑物在建设时需注意哪些问题？”三河岸溢洪道位置选择（1）枢纽总体布置。溢洪道应结合枢纽布置全面考虑，避免泄洪、发电、航运及灌溉等建筑物在布置上相互干扰。其布置合理选择消能布置和形式，进水口应短而直，出水口与下游河道平顺连接，避免下泄水流的冲刷和淤积。（2）地形、地质条件。溢洪道布置在地形适宜、地质坚固且稳定的岸边或天然垭口的岩基上，以减少开挖量。（3）施工和运行。应使挖出渣线路和场地容易布置。溢洪道位置不应距离管理处太远。五小结与作业1.溢洪道的类型；小结：作业：（复习知识点）4.2正槽式溢洪道的结构与构造

课程导入——上次课内容回顾1.泄水建筑物的类型溢流坝溢洪道泄水隧洞坝下涵管河床部位河岸部位2.溢洪道的类型正槽式侧槽式井式虹吸式

课程导入——本次课内容导引溢洪道的类型正槽式侧槽式井式虹吸式正槽式溢洪道的结构包括哪些？正槽式溢洪道各部分的结构有何特殊要求？最常用正槽式溢洪道的结构与构造本节课

目录

一结构组成

二各部分构造进水渠控制段泄槽消能防冲段出水渠

三小结与作业一结构组成

正槽式溢洪道的组成：包括进水渠、控制段、泄水槽、消能防冲段和出水渠等5部分。平顺引水控制泄流及流量输送泄水消能送入河道二各部分构造

第一部分.进水渠

1.平面布置喇叭口形状；尽量按直线布置；设置弯道时，其转弯半径不小于4倍的渠底宽；弯道与控制段之间布置一段（2～3）H的直线段。控制段

第一部分.进水渠

2.横断面布置（1）一般按梯形布置，在控制段前段过渡为矩形控制。（2）按设计流速进行尺寸设计，一般流速控制在4m/s，在山势陡峭的情况下，也可5—7m/s。（3）一般应进行混凝土、浆砌石衬砌。二各部分构造

第一部分.进水渠

3.纵断面布置（1）布置为平坡或反坡；（2）采用实用堰，眼前渠底高程比控制端堰顶低0.5H；（3）采用宽顶堰，渠底高程可与堰顶齐平或略低。二各部分构造

第二部分.控制段

1.堰型选择（a）宽顶堰；（b）低实用堰；（c）驼峰堰。二各部分构造

第二部分.控制段

（a）宽顶堰

特点：结构简单，施工方便，水流条件稳定，但流量系数较小，在泄流量不大的中小型工程中应用广泛。二各部分构造

第二部分.控制段

（b）实用堰

特点：流量系数大，泄水能力强，但施工复杂。目前，大中型溢洪道都是这种形式。二各部分构造

第二部分.控制段

（c）驼峰堰

特点：堰体较低，流量系数大，一般为0.40~0.46设计与施工的难度介于实用堰和宽顶堰之间，适用于软弱岩石地基。二各部分构造

堰面参数对流量的影响a）定型设计水头Hd定型设计水头Hd的选择在堰顶水头不变的情况下，Hd愈小，流量系数愈大，但是，过小的Hd将对堰面产生不利影响。低堰：（P1≤1.33Hd），堰面出现危险负压的机会比高堰少。取

Hd=(0.55～0.85)Hmax。高堰：（P1≥1.33Hd），取Hd=(0.75～0.95)Hmax。二各部分构造Hd

堰面参数对流量的影响b）实用堰高度的选择堰高对流量系数也有较大的影响，实践证明，低实用堰的流量系数随P1/Hd的减小而减小。一般要求P1应大于0.3Hd。对驼峰堰取P1=（0.24-0.34）Hd。P2P1一般要求P2应大于0.6Hd。二各部分构造

堰面参数对流量的影响c）堰长对流量的影响对于宽顶堰，堰长L（沿水流方向）对流量影响也很大。当堰长L＞10H时（H为堰顶水头），堰面流态已发生了质的变化。此时，不能按宽顶堰公式计算过堰流量。L二各部分构造

第三部分.泄槽特点：

水流高速、紊乱、掺气、惯性大，对边界变化非常敏感。1.当边墙有转折时，就会产生缓冲击波，对下游消能产生不利影响。2.当水流的佛氏数Fr＞2时，将会产生波动和掺气现象；3.若流速超过15m/s时，可能产生空蚀问题。门楼水库开闸泄水二各部分构造等宽直线布置末端扩散布置末端收缩布置轴线方向收缩、扩散布置

第三部分.泄槽

总体要求：1.泄槽在平面上应尽量按直线、等宽和对称布置。2.当泄槽较长，为减少开挖工程量，可在泄槽的前端设收缩段、末端设扩散段，但必须严格控制。3.为了适应地形地质条件，减少工程量，泄槽轴线也可设置弯道。平面布置

收缩角和扩散角：θ<5°。二各部分构造

第三部分.泄槽

弯道设计：泄槽在平面上必须设弯道时，弯道应设置在流速较小、水流平稳、底坡较缓，且无变化的部位。转弯时，应采用较大的转弯半径及适宜的转角，对于矩形断面可取r=(4～5)B，转角≥20°。同时，可在直线与弯道之间设缓和过渡段。平面布置二各部分构造

第三部分.泄槽

1.坡度i>ik；

2.泄槽沿程可随地形、地质变化而变坡，但变坡次数不宜多，且以由缓变陡为好。纵剖面布置纵坡由缓变陡，应避免缓坡段末端出射的水流脱离陡坡段始端槽底而产生负压和空蚀现象。为此，应在变坡处采用与水流轨迹相似的抛物线过渡，抛物线方程绘图。二各部分构造

第三部分.泄槽

纵坡由陡变缓时，由于槽面体型变化和离心力的作用，流态复杂，压力分布变化大，水流紊动强烈，该处容易发生空蚀，应尽量避免。如无法避免，变坡处用R≥(3～6)的变坡处水深。纵剖面布置二各部分构造

第三部分.泄槽

泄槽的边墙或衬护高度应按水流波动及掺气后的水深加安全超高确定，水流波动及掺气后的水深可按下式估算横断面掺气后的水位线原水位线式中：v—为不计波动掺气时计算断面上的平均流速（m/s）；ζ—修正系数，一般取1.0～1.4（s/m），当＞20m/s时宜取大值hhb超高泄槽的安全超高可根据工程的规模和重要性决定，一般取0.5～1.5m。二各部分构造

第三部分.泄槽

设置弯道后，弯道处由于离心力和冲击波共同作用下产生的横向水面高差ΔZ，按下式计算横断面见下页二各部分构造

第三部分.泄槽

设置弯道后，弯道处由于离心力和冲击波共同作用下产生的横向水面高差ΔZ，按下式计算横断面二各部分构造

第三部分.泄槽

为了保护槽基不受冲刷和风化，泄槽一般都要进行衬砌。要求：1.衬砌表面平整光滑，避免槽面产生负压和空蚀；2.接缝处止水可靠，防止高速水流钻入缝内将衬砌掀动；3.排水畅通，有效降低衬砌底面的扬压力而增加衬砌的稳定性。构造衬砌二各部分构造

第三部分.泄槽

衬砌用材：泄槽一般采用混凝土衬砌，流速不大的中小型工程也可以采用水泥砂浆或细石混凝土砌石衬砌，但应适当控制砌体表面的平整度。构造衬砌二各部分构造

第三部分.泄槽对于重要工程的钢筋混凝土和混凝土底板，土基上可选用30cm～40㎝，面层钢筋1%左右；岩基上可选用15cm～30㎝，面层钢筋1%左右。对于不太重要的土基，可用20cm～40㎝厚的素混凝土，也可用底层30㎝厚的块石、面层10～20㎝厚的素混凝土。如采用浆砌石底板，一般采用30cm～60㎝厚。为保证底板的稳定，在岩基上，必要的情况下可布置锚筋，并且锚筋应插入新鲜的岩层，锚筋的直径25mm以上，间距1.5m～3.0m，应插入岩基1.0m～1.5m。在土基上，可增加衬砌厚度或增设上下游齿墙。构造衬砌二各部分构造

第三部分.泄槽

一般是矩形，且应该衬砌。对于岩基较软弱破碎或土基上的泄槽，可按梯形断面布置，并加固边坡护面或用挡土墙护砌。边坡系数不应大于1.5（以1.1～1.5为宜），以免水流外溢。横断面矩形断面梯形断面二各部分构造

第三部分.泄槽衬砌块的分缝宜错缝布置，一般情况下泄槽底板缝间距为10m～15m，衬砌较薄时可取小值。衬砌的接缝一般有平接缝、搭接缝、齿槽缝和键槽缝等四种型式。构造衬砌的分缝、止水平缝键槽缝齿槽缝搭接缝有利于避免下游块升起，防止高速水流产生冲击波接缝表面平整，有利于防止高速水流产生冲击波特点：二各部分构造平缝键槽缝齿槽缝搭接缝

第三部分.泄槽构造衬砌的分缝、止水一般要求对比：横缝比纵缝要求严格，陡坡段比缓坡段要求严格，地质条件差的部位比条件好的部位要求严格。在岩基上，顺水流方向的纵缝一般可做成键槽缝或平接缝等型式；而垂直水流方向的横缝一般都采取搭接缝或齿槽缝等型式。而且，下流衬砌板边缘最好是做成斜坡（图（c）、（d））。在土基上，纵缝可采用键槽缝的型式，横缝最好采用齿槽缝，其作用是可以阻止衬砌板在重力作用下顺坡蠕动，以免衬砌边缘产生挤压破裂，缝宽随分块大小及地基性质而异，多采用1cm～2㎝。二各部分构造

第三部分.泄槽构造衬砌的分缝、止水二各部分构造

第三部分.泄槽构造衬砌的分缝、止水二各部分构造

第三部分.泄槽构造衬砌的分缝、止水二各部分构造

第三部分.泄槽构造岩基上的排水

岩基上的横向排水，通常在岩基开挖沟槽并回填碎石形成。沟槽尺寸一般取0.3m×0.3m，顶面盖上木板或沥青油毛毡，防止浇筑衬砌时砂浆进入而影响排水效果。纵向排水:一般在沟内放置透水的混凝土管，直径10cm～20cm，具体尺寸视渗水多少而定。施工时:纵、横排水沟应注意开挖成一定的坡度，保证横向排水汇集的渗水尽快地汇集到纵向排水管，并顺畅地排往下游。二各部分构造

第三部分.泄槽构造岩基上的排水

土基平铺式排水:由30cm厚度的碎石层形成。粘性土地基:应先铺一层厚0.2m～0.5m的砂砾垫层，再铺碎石，或直接在砂砾垫层中布置透水混凝土管以形成排水层。对于细砂地基，则应先铺一层厚0.2m～0.4m的粗砂，再做碎石排水层。二各部分构造

第三部分.泄槽构造岩基上的排水

土基平铺式排水:由30cm厚度的碎石层形成。粘性土地基:应先铺一层厚0.2m～0.5m的砂砾垫层，再铺碎石，或直接在砂砾垫层中布置透水混凝土管以形成排水层。对于细砂地基，则应先铺一层厚0.2m～0.4m的粗砂，再做碎石排水层。二各部分构造

第四部分.消能防冲段

土基平铺式排水:由30cm厚度的碎石层形成。粘性土地基:应先铺一层厚0.2m～0.5m的砂砾垫层，再铺碎石，或直接在砂砾垫层中布置透水混凝土管以形成排水层。对于细砂地基，则应先铺一层厚0.2m～0.4m的粗砂，再做碎石排水层。二各部分构造

第四部分.消能防冲段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，有较好的岩基或泄末