岸边溢洪道课件

岸邊溢洪道第一節概述一、溢洪道是水利樞紐中的一項主要建築物,它洩洪起著保護大壩安全的重要作用。設河岸溢洪道的原因：1）土壩本身不能泄水2）河谷狹窄，廠壩爭位3）壩身泄水能力不足,另設洩洪道（如支墩壩等輕型壩）

溢洪道通常是開敞的，其宣洩能力與堰上水頭的3/2次方成正比，故超泄能力大；其次，閘門承重水頭壓力較小，操作方便，工作安全可靠。二、河岸溢洪道的型式及其位置的選擇（一）型式

（1）正槽式 （2）側槽式 （3）豎井式 （4）虹吸式（二）位置的選擇 應全面考慮地形、地質、樞紐佈置、施工、運行條件，通過幾個方案的技術經濟比較來確定。1、地形：利用樞紐附近合適的馬鞍形埡口，如無埡口可利用中緩的岸坡；在坡陡情況下，選用側槽式。2、地質：力爭佈置在較堅固穩定的岩基上，如土基應佈置在挖方上，還須進行地基處理，如岩基有斷層，破碎帶等應摸清情況，採取合理的加固措施，如風化層太厚或挖方過多會引起山坡坍塌，可考慮採用隧洞洩洪。3、樞紐佈置：溢洪道進口應位於水流順暢處，且與土石壩應存有相當的距離；如太近，則須加設導牆（或加強臨近壩坡的護坡），溢流堰前加引水渠應較短，以減少水頭損失，提高泄水能力。

下游出口，應與土石壩的壩腳及其它建築物保持一定的距離，太近則須增設合適的防護建築物。

圖例4、施工條件：開挖方量是較大的，對出渣路線及堆料場都要合適地佈置，有可能利用開挖的土石方量來填築土石壩，避免各建築物施工相互干擾。第二節正槽溢洪道正槽式溢洪道通常以下五部分組成，即進水段、控制段、泄槽、消能段和尾水渠。溢流堰軸線和泄槽軸線正交。優點：正向進水，結構簡單，水流條件較好，洩洪能力大，工作安全可靠，施工管理維修方便，因而得到廣泛採用。缺點：當兩岸地勢高，且岸坡較陡時，開挖方量往往很大一、引水渠作用：使水流平順地由水庫進入控制段。當控制段的位置緊靠水庫時，進水段只是一個喇叭口；當控制段的位置不能緊靠水庫時，則需要在控制段前開挖引水渠。對引水渠的要求：水流平順,水頭損失小,增加泄水能力,減少工程量。在佈置和設計中應注意的幾個問題：1、引水渠在平面佈置上儘量是直線(水流平順，可防止旋渦和橫向水流）如受地形、地質等條件限制，引水渠必須較彎，其轉彎半徑不得小於4—6倍渠底寬，並力求在控制段前有一直線段。2、引水渠的過水斷面一定要大於控制段的過水斷面。3、引水渠斷面常採用梯形斷面，邊坡視土壤和岩石的性質而定（岩基接近矩形）。圖例4、引水渠不宜過長，當受地形、地質條件限制時,必須佈置較強的引水渠，在泄流時,

應考慮該段水頭損失的影響。(工程措施:

降低糙率)5、當控制段的溢流堰為實用堰時，渠底應低於堰頂，其值不小於0.5倍堰上水頭穩定和具有較大的流量係數。6、引水渠的縱坡一般採用平坡（I＝0）或具有不大的逆坡。二.控制段（溢流堰段）作用：控制溢洪道的過水能力。（一）溢流堰的形式按其斷面形式與尺寸分：寬頂堰、實用堰、堅壁堰按其在平面佈置形狀分:直線、折線、曲線、環形按堰軸線與來水方向相對關係分：正交堰、斜堰、側堰體形設計要求：儘量增大流量係數，徑流時不產生空穴水流或誘發危險振動的負壓。常用的堰形：寬頂堰、實用堰（1）寬頂堰 優點:結構簡單，施工方便，堰矮、自重小、對承載力較差的土基適應力強。

缺點：流量係數m較低（0.32－0.385）適用：泄流量不大或附近地形較平緩的中、小型工程（2）實用堰特點：流量係數比寬頂堰大,在相同泄流量條件下，需要的泄流前緣較短,但施工複雜。適用：1）岸坡較陡的大中型工程常採用，以減少工程量。

2）地面高程低於設計堰頂高程的溢洪道，也常採用。溢流堰多採用非真空堰溢流堰一般為低堰（0.3≤P1/Hd≤1）其流量係數m介於重力壩和寬頂堰之間。Hd的選定：影響流量係數m的因素1）與下游堰高有關：溢洪道的溢流堰屬於低堰，低堰的流量係數m值隨P1/Hd的減小而減小(原因:a、引水渠中流速增大,水頭損失增大；

b、P1小過堰水舌下緣垂直收縮不完全,壓能增大，動能減小)

所以2）與下游堰高P2有關：所以當堰高水頭較大，P2不足，則堰後水頭不能保證自由泄流時，其m值隨水頭增加而降低。3）與堰頂曲線長短有關。 堰頂長度不足，m將受到影響而降低溢流孔口尺寸的擬定參閱溢流重力壩和水閘兩部分。三、泄槽 泄槽的水利特徵：底坡陡，故為急流。由於流速高，故會產生明渠中高速水流的問題：衝擊波、水流摻氣、空蝕、壓力脈動，應採取相應的措施（一）、泄槽的平面佈置及縱、橫剖面1.

平面佈置1）為了使水流平順，減少衝擊波的發生，沿水流平面宜儘量採用直線、等寬、對稱佈置。2）泄槽長度大，受地質、地形條件限制，不能完全做成直線，需要轉彎，轉彎半徑大於等於10b（b：陡槽直線段的平均寬度）。3）為了減小泄槽末端的單寬流量，以利於消能防沖，有時在泄槽末端設擴散段。2、縱斷面1）泄槽水流流速高，一般設在挖方上2）最好使用單一的陡坡（大於臨界坡） 為適應地形、地質條件，減少開挖量，可以採用變坡，使坡度變化不宜太多，實踐表明：在變坡處（特別是由陡變緩處）容易遭到動水壓力的破壞，變坡處應做水流銜接設計。3、橫剖面 泄槽的橫剖面形狀與地質條件緊密相關岩基上多做成矩形或接近矩形的斷面，但在節理發育和破碎帶的岩基或土基上，有時也作成梯形。（二）收縮段、擴散段和彎曲段設計 在急流中，由於邊牆改變方向，水流受到擾動，就會引起衝擊波。危害：衝擊波的波動範圍可能延伸很遠，使水流沿橫剖面分佈不均勻，從而增加邊牆高度，並給泄槽工作及出口消能帶來不利的影響。1、收縮段設計 合理的收縮段應當使引起的衝擊波的高度最小，對收縮段以下泄槽中的水流擾動最小。收縮區的設計主要是確定：（1）收縮區的長度（2）側壓的偏角θ

在直線收縮區的起點，由於側壓向內轉折，產生正擾動（壅高），在收縮區終點。由於側奢向外轉折，產生負干擾（跌落）兩岸側壓起點A和A‘發生的擾動線在中心線上B點相遇（又被反射到側壓的C和C‘）後傳播到C和C‘再發生反射。若使C點與D點，C‘與D’重合，正負擾動同在一點發生。兩者互相抵消，使下游擾動減至最小。

（1）收縮區的長度：（2）側壓偏角：2．擴散區設計目的：減小出口單寬流量，便於消能至今尚無成熟理論可供應用。下列經驗僅供參考。初步設計，根據急流邊牆不發生分離的條件來確定擴散角Ψ至今尚無成熟理論可供應用，下列經驗僅供參考。初步設計，根據急流邊牆不發生分離的條件來確定擴散角φ3．彎曲段通常採用圓弧曲線,彎曲半徑應大於10倍槽寬彎曲區，由於離心力的作用，導致外側水深加大，內側水深減小，造成斷面內的流量分佈不均。同時集中的急流受到邊牆轉折的限制，形成衝擊波。因此，彎曲區設計的主要。問題在於：①使斷面內流量分佈均勻；②消除或抑制這種衝擊波。在CBD以下，不斷發生波的反向、干涉與傳播θ角的確定：已知β、θ，彎曲取橫斷面內、外側水深，可估算：外側水深θ取正值，內側水深θ取負值。Rc最低最高最低最高最低最高GDCFEBCA4030200bARcF-G剖面C-D剖面Rcbv``β彎曲區的水力設計方法第一類：施加側向力法：管道超高法彎曲導流牆法原理：採取的工程措施，向彎曲區水流施加作用力，使它與水流所受的離心力相平衡，以達到消除干擾的目的。第二類：干擾處理法：彎曲線區法螺旋線過渡區斜檻法原理：即在曲線的起點和終點，引入與原來的干擾大小相等但相位相反，來消除原來擾動的影響。為了衝擊波而加高管道側壓是不經濟的，

一般設計急流彎道時要採取消除衝擊波的措施，下麵只介紹管道超高法。管道超高法：在彎曲區的橫剖面上，將外側渠底抬高造成一個橫向坡度。原理：利用壓力沿橫向坡度產生的分力與彎曲區水體的離心力相平衡，使水流在橫剖面上使之均勻。改善流態，減小衝擊波和保持彎曲區水面的穩定性。中心cmv2RcmgφφZ

為了保持泄槽中線的原底部高程不變，以利於施工，常將內側渠底較中線下降0.5△Z，而外側抬高0.5△Z

。說明：1、上述泄槽收縮區，擴散區，彎曲區的設計方法都是粗略的；對於重要的工程應通過水工模型試驗來確定。2、泄槽在平面上盡可能採用直線、等寬、對稱佈置。（三）摻氣減蝕空蝕破壞是泥沙建築物設計中一個重要問題1、表面不平整度 表面不平整度是引起空蝕的基本原因，另一原因是高速水流在不平整區脫壁形成低壓區表面不平整度產生原因：施工放樣不准，混凝土澆築放樣不准，混凝土澆築問題，泥沙對表面磨損，應更深入研究空蝕問題。空化：產生空穴的現在叫空化。產生空化的原因：

①水流內部含有許許多多的尚未的微小氣泡-氣核（內因）

②負壓存在（低於大氣壓）（外因）高速水流—水流脫壁，形成低壓，帶走氣核—在高壓區破滅。空蝕：是空穴破滅,對固體表面的破壞作用。必須指出：有空穴不一定有空蝕，只有空穴發展到一定程度,並由於邊疆長時期的作用，使固體表面失去其應有的強度而遭破壞。試驗表明：標準大氣壓下，V＞15m/s就可能發生空蝕，空蝕強度與水流流速的5 -7次方成正比，不平整度愈大，引起初生空穴的流速愈小，這說明流速愈高，對不平整度的要求愈嚴格。防止空蝕對平整度的要求：施工方面：①控制施工品質

②對表面不平整進行磨削處理設計方面：我國《溢洪道設計規範》規定：不平整允許高度△，按流速來定：如：V＝20-30m/s

——

△max=10mm這個允許高度不能是高差突變，而是高低點之間磨削減 一定的坡度，這個坡度按水流空化數σ來進行磨削，其要求見有關表。空化數：式中：P0—水流未受擾動處的絕對壓強

PV—汽化壓強

ρ—水的密度

V—水流未受到擾動處的流速。

當σ降到某一數值時開始發生空化，這個空化數叫做初生空化數或叫做臨界空化數用σi表。 初生空化數的大小隨邊界條件面異，對於某種邊界輪廓，其初生空化數是一個固定值，通常或用減壓模型試驗來確定。初生空化數σi越大（形狀不好，對水流條件而言），越易發生空化。σi越小（體型好）越難發生。

實際水流的空化數σ＞σi不會發生空化。σ＜σi要發生空化。說明：初生空化數越低越好，這樣實際水流的空化數越低（即流速越高，局部壓力越低),只有低於σi才會發生空化。在高速水流作用下的過水錶面，應按不平整度精心施工，尤其是易發生空蝕的變坡處及弧起點、緊鄰反弧終點的下排水平段，發現不平整度不符合應進行磨削。僅靠控制不平整度來預防空蝕，在工程施工中困，表面積大突體多，混凝土強度高，工作量大，費用昂貴，而且工藝也存在困難。σ＜0.2時，不平整度難於達到要求，應考慮其他措施：如摻氣減蝕、抗空蝕護面等。2．摻氣減蝕摻氣裝置，主要包括兩部分：①借助於低挑坎，跌坎或摻氣槽，在射流下難形成一個摻氣空間。②通氣系統：為摻氣空間補氣。與泄流表面的不平整度本質不同：不平整是局部的，不規則的摻氣槽是人為的，形狀規則無法補氣能很好地補氣摻氣減蝕的機制：①摻氣可使過水邊界上的負壓減小或消除，有利於制止空蝕的發生。②若空穴中含有一定數量的空氣，破滅時破壞力減弱。③空氣泡的存在，對空穴潰滅時的破壞力有緩衝氣墊作用。效果：試驗表明：好處：既不必作不平整度處理，也不需採用抗空蝕護面，大大減少投資。②跌坡：高度通常0.6－2.75m③泄槽較長可設多道摻氣裝置。 第一個摻氣裝置，設在空蝕破壞危險區的開端。 目前對摻氣裝置保護的長度還沒有明確的標準。設計：①挑坎：高度通常0.1-0.8m，挑角5-7°，斜面坡度1/10）（不宜過陡）（四）泄槽邊牆高度的確定 計算水深＋摻氣後增加的水深＋安全超高（一般取0.1-1.5m）（五）泄槽的襯砌 泄槽的構造特點主要取決於地基性質和水流條件。1、目的：為了保護地基不受沖刷、岩石不受風化以及防止高速水流鑽入岩石縫隙掀起，泄槽通常均做襯砌。2、對襯砌的要求：1）襯砌材料應能抵抗沖刷，因泄槽流速高；2）襯砌表面應光滑平整，以免引起負壓和空蝕；3）襯砌接縫處就作好止水，防止高速水流鑽入泄槽底板，將底板掀起；4）襯砌底板下應作好排水，以減小地下水形成的揚壓力；5）在各種力作用下能保持穩定，平時溢洪道不過水，故襯砌還要承受溫度變化和風化剝蝕的作用；6）寒冷地區,襯砌材料要有一定的抗凍要求。3、作用在泄槽底板上的力： 底板自重、水流的拖拽力、揚壓力、水壓力4、構造： 影響泄槽襯砌的因素很多，而且不易精確計算，因此襯砌設計應根據地基、氣蝕、施工條件採取相應的構造措施。1）岩基上的襯砌採用：①石灰漿砌石水泥漿勾縫，適用V＜10m/s，小型水庫溢洪道；②石灰漿砌條石或塊石襯縫,適用V＜15m/s，中小型水庫溢洪道； 為了達到既提高襯砌的耐沖能力又節省造價的目的，可採用底層砌塊石，面層條石或澆混凝土護面。③混凝土襯砌

適用：大中型工程。 厚度20-10cm，襯砌因縱橫縫分開，由於基岩的約束力較大，因而分縫不宜太大，一般為10-15m，為了防止裂縫擴展，靠近襯砌的表面沿縱橫向均需配置溫度鋼筋，鋼筋不穿過溫度收縮縫，含鋼率約0.1%。接縫型式：①橫縫（要求高）

A、搭接式

B、鏈槽式施工時注意：接縫處襯砌表面的平整，防止下游塊面板高於上游塊面板，接縫中還必須做好止水②縱縫（要求低）平接式，也要做好縫中止水襯砌的縱橫縫下均均需作好排水，排水設施相互連通。泄槽兩側邊槽：A、岩石良好：採用調色板構造相同的形式，橫縫與底板一致，厚度≥30cm，且用鋼筋錨B、岩石較弱：邊牆做成重力式擋土牆邊牆北面應做好排水，並與底板排水相連邊牆頂部應設馬道，便於交通在岩基上層注意將表面風化破碎的岩石挖掉。襯砌壓力或向上脈動壓力可能較大的情況，有時採用鋼筋錨固於新鮮岩石上。2）土基上的泄槽襯砌 通常採用混凝土襯砌，由於土基可能發生較大的沉降，而且不能採用錨筋，所以襯砌的厚度一般要比岩基上的要大，以滿足穩定和強度要求。 襯砌的橫縫必須採用搭接的形式，並要求保證接縫處的平整，有時還在下塊上游做成齒牆，嵌入地基，以防滑動，由於土基襯混凝土板的約束力比岩基小，因此可採用較大的分塊尺寸，以增大襯砌的整體性和穩定性。 襯砌需雙向配筋（溫度筋），各向含鋼率約0.1%；在土基上或很差的岩基上，必須在襯砌底板之下設置層面排水,以免底板承受滲透壓力。四、出口消能段及尾水渠 溢洪道出口的消能方式與溢流重力壩基本相同，見“重力壩”一章,隨著高壩建設的增多，挑流消能工新形式不斷出現，如：扭曲挑坎斜挑坎、窄縫式挑坎等。挑流消能：適用於較好的岩基，泄槽挑流沖刷坑不影響建築物的安全。底流消能：適用於地質較差情況。挑坎所受的荷載：水流離心力、水重、揚壓力、脈動壓力、混凝土自重等。 為了保證坎的穩定，常在挑坎的末端做一道深齒牆，齒牆深度應氣氛沖坑的形狀、尺寸而定，其底部高程一般應低於沖刷坑可能影響的高程。 還要考慮到泄量很小時，水流挑射不遠或者挑不出去，而齒牆下跌的情況，為此無論土基還是凹面岩基，一般都要設置混凝土護坦以保護齒牆牆腳。 挑坎的兩側也應設置齒牆插入兩岸岩石，以保安全。 為了防止挑流水舌的下麵形成真空，在邊牆上設置通氣孔。 為排除反弧段上積水，設排水孔。

在有的情況下，若流經泄槽的急流經過消能之後，不能直接進入原河道時，需佈置一段尾水渠。第三節其他形式的溢流道一、側槽溢洪道（一）側槽溢洪道的特點：形式佈置特點:側槽溢洪道由溢流壩、側槽、泄水道、出口消能等組成與正槽式不同的只是側槽。水力特點：側向進水、縱向泄流（水流轉90°彎）在壩長範圍內，側槽流量沿程遞增（沿程流量變流量） 水流自溢流壩進入側槽後，先自下部沖向對面的槽壁，再向上翻騰，產生旋浪，同時在重力作用下逐步轉向，通過泄水槽，向下遊宣洩，側槽水流形成一種不完全規則的順橫軸螺旋流流態。地質佈置特點：適用於水頭較高，岸坡較陡，岩石堅固而泄量較小的情況，一般不宜修建在土基上。（二）側槽設計設計的主要任務：保證洩洪安全，流態良好，施工方便。針對其水力特點，設計時應注意：①泄流量沿側槽均勻增加；②由於溢流能量大部分消耗於水體間的旋流撞擊，有助於順軸方向的流動。因此側槽中水流速度必須依靠水面有足夠的坡度來維持，故槽底應有一定的坡度；③為了使流穩定均勻，水流應處於緩流狀態；④側槽中的水面高程要保證溢流壩為自由出流，因為淹沒出遊不但使流量降低，影響溢流壩的泄流能力，而且據試驗可知，若淹沒到程度後，側槽出口的流量分佈極不均勻，易在泄水道中產生折沖水流。在進行水力計算之前,先選定側槽的有關參數。1、斷面形式 一般在工程實踐中，側槽多做成窄而深的梯形斷面，其原因：①窄深斷面比寬淺斷面節省開挖量；②窄深斷面容易使側向進流與槽內水流混合，水面平穩。2、底寬 適應流量沿程不斷增加的特點，底寬應沿程逐漸加寬。式中：－側槽起始斷面底寬，其最小數值應滿足開挖設備和開挖工作的方便 －末端斷面底寬，一般選用與泄槽相同的數值3、底板 側槽不宜設計為急流，因而側槽的縱坡應較平緩，一般採用0.01-0.05。4、槽末斷面水深

為了減少側槽的開挖量，應使側槽末斷面水深he盡是接近經濟水深，根據理論分析，建議採用he=（1.2－1.5）hk。

hk為該斷面的臨界水深，若b0/bt的比值小時，用大值，反之用小值。5、起始斷面淹沒度 由於側槽內水面為一降落曲線，淹沒的影響首先發生在側槽的起始斷面。根據國內外一些試驗資料分析表明，當起始斷面附近溢流壩達到程度的淹沒，沿不致對整個溢流壩的泄流量有較大的影響時，可以認為對整個溢流壩來說是無淹沒的。 側槽起始斷面的槽底高程可適當提高，而允許該處有的淹沒度。根據試驗次數分析認為，一般側槽起始斷面壩頂的臨界淹沒度可取0.5左右。6、控制斷面 在側槽下游或在調整段後設控制斷面，以穩定水流，避免側槽內的波動，水流直接進入泄槽,保證泄槽和消能設備有較好的水力條件構成：①用縮窄槽寬的收縮段

②用槽底的寬