泄水建筑物溢洪道设计
溢洪道

1
3
2
4
5
图6-3 竖井式溢洪道示意图 1—环形喇叭口; 2—渐变段; 3—竖井段 4—隧洞; 5—混凝土坝
井 式 溢 洪 道 进 口
(4)虹吸式溢洪道:如图6-4所示,它是一种封闭式 溢洪道,其工作原理是利用虹吸的作用泄水。当库水 位达到一定的高程时,淹没了通气孔,水流经过堰顶 并与空气混合,逐渐将曲管内的空气带出,使曲管内 产生真空,虹吸作用发生而自动泄水。这种溢洪道的 优点是能自动调节上游水位,不需设置闸门。其缺点 是超泄能力较小,构造复杂,且工作可靠性较差,在 大中型工程应用较少。 以上四种类型的泄洪设施,前两种设施的整个流程 是完全敞开的,故又称为开敞式溢洪道,而后两种又 称为封闭式溢洪道。
4
2
1 R=4 3 2
图6-4 虹吸工溢洪道示意图 1—遮檐; 2—通气孔; 3—挑流坎; 4—曲管
4
6
1
2
3
5
图6-2 侧槽式溢洪道布置图
1—洪道; 2—侧槽; 3—泄水槽; 4—出口布消能段 5—上坝公路; 6—土石坝
(3)井式溢洪道:图6-3所示,这种溢洪道由溢流 喇叭口段、竖井段和泄洪隧洞段组成。水流进入环
行溢流堰后,经竖井和泄水隧洞段流入下游。这种
泄水设施的主要建筑物是泄水隧洞.
缺点:水流条件复杂,超泄能力小,容易产生空蚀
一、河岸溢洪道的型式河岸溢来自道其主要型式有正槽溢洪道、侧槽溢 洪道、井式和虹吸式四种。
(1)正槽溢洪道:其泄槽与溢流堰轴线正交,过 堰水流与泄槽轴线方向一致,如图6-1所示。 正槽溢洪道适用于各种水头和流量,并且水流 条件好,运用管理方便。因此,在实际工程中,大 多数以土石坝为主坝的水利枢纽都采用这种溢洪道。
溢洪道设计

某水库溢洪道设计一、设计方案理论论证某水库由于当年的条件限制,所以工程质量较差,加之近40年的运行,反复冻融破坏,结构、设备老化,水库诸多隐患,水库经专家鉴定,评价为:溢洪道无底板,右侧边墙短,破坏严重,安全评定为C级。
根据中华人民共和国行业标准《溢洪道设计规范》(SL253-2000),对溢洪道进行计算和设计。
该工程中河岸式溢洪道由引水渠、控制段、泄槽、出口消能和尾水渠等部分组成。
(一)、溢洪道水力计算由正常、设计、校核洪水位时所对应的下泄流量查坝址水位流量关系曲线可得出下表。
溢洪道开挖后,为减轻糙率和防止冲刷,需进行衬砌,糙率取n=0.016。
溢洪道为3级建筑物,按10年一遇设计,20年一遇校核的洪水标准。
(二)、进水渠的设计根据《溢洪道设计规范》(SL253-2000),进水渠的布置应依照以下原则:选择有利的地形、地质条件;在选择轴线方向时,应使进水顺畅。
进水渠是将水流平顺引至溢流堰前。
进水渠的地基为土基,故采用梯形断面;底坡为平底坡,边坡采用m=0.5。
根据《溢洪道设计规范》(SL253-2000)进水渠设计流速宜采用3~5m/s,渠内流速取υ=3.0m/s,渠底宽度大于堰宽,渠底高程是18.259m。
进水渠断面拟定尺寸,具体计算见表1-2。
表1-2 进水渠断面尺寸计算表- 1 -- 2 -由计算可以拟定引渠底宽B=10 m (为了安全),引渠长L=10m 。
(二)、控制段的设计控制段也叫溢流堰段,控制段包括溢流堰及两侧连接建筑物,其作用是控制泄流能力。
本工程是以灌溉为主的小型工程,溢洪道轴线处地形较好,岩石坚硬,开敞式溢流堰有较大的超泄能力,故堰型选用开敞式宽顶堰,断面为矩形。
顶部高程与正常蓄水位齐平,为18.80m 。
堰厚δ拟为8米(2.5H<δ<10H )。
堰宽由流量方程求得,具体计算见表1-3。
表1-3 堰宽计算表 (忽略行近水头υ2/2g)由计算知,控制堰宽取b=15m 为宜。
溢洪道设计规范5166-2002(很全)

2.1.9溢洪道进,出口的布置,应使水流顺畅.
溢洪道轴线宜取直线.如需转弯时,宜在进水渠或出水渠段内设置弯道.
2.1.10当溢洪道靠近坝肩布置时,其布置及泄流不得影响坝肩及岸坡的稳定.
在土石坝枢纽中,当溢洪道靠近坝肩时,与大坝连接的接头,导墙,泄槽边墙等必须安全可靠.
非常溢洪道的启用标准应根据工程等级,枢纽布置,坝型,洪水特性及标准,库容特性及对下游的影响等因素确定.溢洪道启用时,水库最大总下泄量不应超过坝址同频率的天然洪水.
非常溢洪道控制段下游各部分结构,可结合地形,地质条件适当简化.
2.1.6正常溢洪道在布置和运用上可分为主,副溢洪道,应根据地形,地质条件,枢纽布置,坝型,洪水特性及对下游的影响等因素研究确定.
本规范的归口管理单位和解释单位:水利部水利水电规划设计总院
本规范修订的主编单位:水利部天津水利水电勘测设计研究院
本规范的主要起草人:李启业 郭竟章 夏毓常 牟广丞 倪世生
目 次
1总则
2溢洪道布置
2.1一般规定
2.2进水渠
2.3控制段
2.4泄槽
2.5消能防冲设施
2.6出水渠
3水力设计
3.1一般规定
3.2进水渠
(5)在地基及边坡处理一章中,增写了在确定建基面时不宜只通过开挖手段,还应考虑采取加固措施改善地基条件的内容.在边坡稳定分析中,采用了在传统基岩分类基础上,考虑岩层结构与边坡的几何关系的分类法,并将各类岩体可能失稳方式和常见处理措施一并列于附录D中.
(6)将观测设计更名为安全监测设计,且将巡视检查列入监测内容,将仪器监测分为必设和选设两类,不再沿用《原规范》中一般性,专门性观测的分类.
施工导流方式与泄水建筑物

坝体缺口导流
总结词
在坝体上预留缺口作为泄水通道的导流方式。
详细描述
坝体缺口导流适用于坝体本身具有溢洪道或导流洞的情况。该方式在坝体上预留缺口作为泄水通道,使水流通过 缺口流向下游。坝体缺口导流具有结构简单、施工方便等优点,但需注意控制坝体缺口的大小和位置,以确保施 工安全和泄洪能力。
溢洪道的布置应尽量减少对周 围环境的影响,同时要便于施 工和运行管理。
水闸
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04
水闸是水利工程中常见的一种 泄水建筑物,主要用于调节水
位、控制流量等。
水闸由闸门、闸墩、启闭机等 部分组成,通过开启或关闭闸 门来调节水位或拦截水流。
水闸的设计应充分考虑过闸水 流对闸门的冲击和磨损,以及
闸墩的稳定性。
泄水建筑物的设计对导流方式的影响
满足导流流量要求
泄水建筑物的设计需满足导流流量要 求,确保在导流期间能够顺利排泄水 流。
优化导流通道布置
泄水建筑物设计时需充分考虑导流通 道的布置,以减少阻水面积和降低施 工难度。
导流与泄水建筑物的协同工作
合理安排施工顺序
在施工过程中,应合理安排导流和泄水建筑物的施工顺序, 确保两者协同工作,降低施工难度和风险。
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施工导流与泄水建筑物的未 来发展
新型导流方式的研究与应用
总结词
随着科技的不断进步,新型导流方式的研究 与应用成为施工导流与泄水建筑物未来发展 的重要方向。
详细描述
目前,一些新型的导流方式正在被研究,如 三维导流、动态导流等,这些新型导流方式 能够更好地适应复杂的地形和环境条件,提 高导流的效率和安全性。同时,这些新型导 流方式也需要相应的技术支持和设备配套,
溢洪道设计规范

溢洪道设计规范篇一:水利工程设计水利工程设计(下)安徽省设计院总工程师骆克斌4.2 输水、泄水建筑物《强制性条文》共引入《溢洪道设计规范》SL253-2000共5条,其中有关布置方面1条,水力学2条,边坡稳定1条,基础防渗1条。
4.2.1 溢洪道1 溢洪道布置2 水力学问题3 边坡稳定问题4 基础防渗处理1 溢洪道布置SL253-2000第2.1.10条规定,当溢洪道靠近坝肩布置时,其布置及泄流不得影响坝肩及岸坡的稳定。
在土石坝枢纽中,当溢洪道靠近坝肩时,与大坝连接的接头、导墙、泄槽边墙等必须安全可靠。
2 水力学问题1)堰面压力设计标准针对溢洪道中特殊的水力学问题,规范第3.3.5条对实用堰堰顶附近堰面压力提出应满足下列规定:(1)对于常遇洪水闸门全开情况,堰面不应出现负压;(2)对于设计洪水闸门全开情况,堰顶附近负压值不得大于0.03Mpa;(3)对于校核洪水闸门全开情况,堰顶附近负压值不得大于0.06Mpa。
2 水力学问题2)水流空化数SL253-2000第3.7.2条规定,溢洪道各部位的水流空化数σ应大于该处体形的初生空化数σ1。
3 边坡稳定问题《强制性条文》引入该规范中第5.1.4条规定,溢洪道的边坡必须保持稳定,对可能失稳的边坡应采取适当的处理措施。
对地质条件复杂的高边坡尚应进行专门的研究及边坡监测设计。
对易风化掉块,易软化或抗冲能力低的稳定边坡也应进行相应的防护。
4 基础防渗处理《强制性条文》引入该规范第5.4.2条规定,防渗和排水设施的布设应满足下列要求:1)具有可靠的连续性和足够的耐久性。
2)防渗帷幕不得设置在建筑物底面的拉力区。
4.2.2 水工隧洞1 综述2 隧洞布置3 洞内水流流态的要求4 水工模型试验问题5 高流速水工隧洞的空化6 水工隧洞衬砌与裂缝控制7 不衬砌和采用喷锚衬护的水工隧洞8 灌浆和防渗1 综述水工隧洞包括发电引水隧洞、尾水隧洞、灌溉和供水隧洞、泄洪隧洞、排水隧洞、施工导流隧洞等。
溢洪道水力设计—泄槽段设计

θ也可用经验公式计算:
tan
1
KFr
经验系数,一般取0.3
扩散段起、止断面的平均弗 劳德数
平均弗劳德数: 3.弯道段:
Fr
扩散段起、止断面的平均 流速,m/s
v
gh
扩散段起、止断面的平 均水深,m
因地形限制需设弯曲段时,弯曲段的转弯半径不宜过小,一般弯道半
径宜采用R=(6~10)B(如上图所示),R为轴线转弯半径,B为泄槽底
(二)泄槽的平面布置:
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。
1.收缩段:
在溢洪道控制段之后布置过渡段(收缩段),作用是用来连接过渡段和 泄槽。收缩角θ可通过经验公式计算确定,θ﹤6º
收缩段长: 2.扩散段:
L Bb
2 tan
扩散段的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。
0.5
(五)泄槽的构造
1.衬砌: (1)目的:防止冲刷,保证泄槽安全泄水。 (2)总要求:
光滑平整 止水可靠 排水畅通 坚固耐用
可减小糙率,防止空蚀、负压的产生。
防止高速水流钻入缝内将底板掀起。 可有效降低扬压力,增加衬砌的稳定性。
能抵抗水流冲刷、温度、风化等作用, 延长寿命。
(3)类型:
条石或块石衬砌—岩基上V<15m/s的中小型工程。 砼衬砌 v高的大中型工程或土基。
泄槽
项目6 河岸溢洪道 水布垭水电站溢洪道
岳城水库溢洪道上游
岳城水库溢洪道下游
桥墩水库溢洪道
公伯峡
糯扎渡水电站
泄槽
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。 (一)泄槽水流特点
泄水建筑物

ii. 灌溉隧洞:满足引水高程的要求。 iii. 排沙洞:高程宜较低。 iv. 放空和施工导流的隧洞:高程一般较低。
2、隧洞进口的进水方式
(1)表孔溢流式
-无压流;
-顺直对称。
(2)深水进口式
-无压的或有压。
(二)隧洞的出口
I.
II.
保证水流下泄安全,出流平稳。
有压隧洞:出口的断面积收缩为
洞身断面的80%~90%。
进水渠 泄槽 控制段 消能段 出水渠
一、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。 原则:合理开挖量下,尽量减少水头损失,增加泄流能力。 断面形式:岩基上接近矩形,土基上采用梯形。
立面上平底或者不大的逆坡,渠底高程比堰顶高程低。 进口布置形式:喇叭口或者长引水渠。
2、控制段 控制溢洪道泄流能力的关键部位,尽量靠近上游。 溢流堰型式:常用宽顶堰,实用堰,驼峰堰,带胸 墙的溢流堰等
掺气装置
形成掺气空间(借助于低挑坎,跌坎等) 通气系统(给掺气空间通气)
高度通常0.6-2.75m 高度通常0.1-0.8m,挑 角5-7°,斜面坡度1/10
(五)泄槽边墙高度的确定 计算水深+安全超高(0.5~1.5)m
v h b (1 )h 100
四、出口消能段及尾水渠
溢洪道出口的消能方式与溢流重力坝基本相同。 挑流消能:适用于较好的岩基,泄槽挑流冲刷坑不 影响建筑物的安全。 底流消能:适用于地质较差情况。
低流速无压隧洞:曲率半径≥5倍 洞径(或洞宽),曲线两端设直 线段; 高流速无压隧洞:避免曲线段; 高流速有压隧洞:试验研究确定。
3、水流条件
进口水流顺畅,减少水头损失。
与下游河道平顺衔接。
溢洪道设计规范

2.5.3选定的消能设施,应符合2.1.3的规定,并应保证在宣泄消能防冲设计洪水流量及以下各级流量,尤其是在宣泄常遇洪水时消能效果良好,结构可靠,并能防空蚀,抗磨损和抗冻害,必要时可采用相应措施.淹没于水下的消能工宜考虑检修条件.
1.0.2本规范适用于大,中型水利水电工程中岩基上的1,2,3级河岸式溢洪道的设计,4,5级溢洪道设计可参照使用.
1.0.3溢洪道洪水标准应根据溢洪道的级别,按照SL 252-2000的规定确定.
1.0.4设计溢洪道时,应充分掌握和认真分析气象,水文,泥沙,地形,地质,地震,建筑材料,生态与环境及坝址上下游河流规划要求等基本资料,特别是工程地质和水文地质资料.并应认真考虑施工和运用条件.
本规范对原《规范》主要作了如下修改:
(1)明确本规范使用范围为大中型水利水电工程中岩基上的1,2,3级河岸式溢洪道,删去了原《规范》中"兼顾厂顶溢流,厂前挑流及泄洪隧洞出口的水力设计"的内容.
(2)充实了关于侧槽溢洪道的内容,并增加了关于面流戽流消能布置的内容.对进水渠直线段长度,首末端底宽比,泄槽弯道半径等规定了具体数值.
主溢洪道宜按宣泄常遇洪水泄量设计,副溢洪道宜按宣泄设计洪水泄量与主溢洪道泄量之差值设计.
副溢洪道控制段以下部分的结构可根据实际条件适当简化.
2.1.7溢洪道的位置应选择有利的地形和地质条件布置在岸边或垭口,并宜避免开挖而形成高边坡.
当两岸坝肩山势陡峻而布置上又需要较大的溢流前缘宽度时,可采用侧槽式或其他型式的进口.
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第六章河岸溢洪道教学要求:了解溢洪道作用和工作特点,掌握溢洪道设计的基本步骤和方法,熟悉溢洪道的细部构造和地基处理方法。
第一节概述在水利枢纽中,必需设置泄水建筑物。
溢洪道是一种最常见的泄水建筑物,用于排泄水库的多余水量、必要时防空水库以及施工期导流,以满足安全和其他要求而修建的建筑物。
溢洪道可以与坝体结合在一起,也可以设在坝体以外。
混凝土坝一般适于经坝体溢洪或泄洪,如各种溢流坝。
此时,坝体既是挡水建筑物又是泄水建筑物,枢纽布置紧凑、管理集中,这种布置一般是经济合理的。
但对于土石坝、堆石坝以及某些轻型坝,一般不容许从坝身溢流或大量泄流;或当河谷狭窄而泄流量大,难于经混凝土坝泄放全部洪水时,需要在坝体以外的岸边或天然垭口处建造溢洪道(通常称河岸溢洪道)或开挖泄水隧洞。
河岸溢洪道和泄水隧洞一起作为坝外泄水建筑物,适用范围很广,除了以上情况外,还有:(1)坝型虽适于布置坝身泄水道,但由于其他条件的影响,仍不得不用坝外泄水建筑物的情况是:①坝轴线长度不足以满足泄洪要求的溢流前缘宽度时;②为布置水电站厂房于坝后,不容许同时布置坝身泄水道时;③水库有排沙要求,而又无法借助于坝身泄水底孔或底孔尚不能胜任时(如三门峡水库,除底孔外,又续建两条净高达13m的大断面泄洪冲沙隧洞)。
(2)虽完全可以布置坝身泄水道,但采用坝外泄水建筑物的技术经济条件更有利时,也会用坝外泄水建筑物。
如:①有适于修建坝外溢洪道的理想地形、地质条件,如刘家峡水利枢纽高148m的混凝土重力坝除坝身有一道泄水孔外,还在坝外建有高水头、大流量的溢洪道和溢洪隧洞;②施工期已有导流隧洞,结合作为运用期泄水道并无困难时。
岸边溢洪道按泄洪标准和运用情况,可分为正常溢洪道(包括主、副溢洪道)和非常溢洪道。
正常溢洪道的泄流能力应满足宣泄设计洪水的要求。
超过此标准的洪水由正常溢洪道和非常溢洪道共同承担。
正常溢洪道在布置和运用上有时也可分为主溢洪道和副溢洪道,但采用这种布置是有条件的,应根据地形、地质条件、枢纽布置、坝型、洪水特征及其对下游的影响等因素研究确定,主溢洪道宣泄常遇洪水,常遇洪水标准可在20年一遇至设计洪水之间选择。
非常溢洪道在稀遇洪水时才启用,因此运行机会少,可采用较简易的结构,以获得全面、综合的经济效益。
岸边溢洪道按其结构型式可分为正槽溢洪道、侧槽溢洪道、井式溢洪道和虹吸式溢洪道等。
在实际工程中,正槽溢洪道被广泛应用,也较典型,为本章的重点,其他型式的溢洪道仅作简要介绍。
第二节正槽溢洪道一、正槽式溢洪道的位置选择溢洪道的布置和型式应根据水库水文、坝址地形、地质、水流条件、枢纽布置、施工、运用管理以及造价等因素,通过技术经济比较后确定。
下面介绍地形条件、地质条件、泄流时的水流条件、施工条件对正槽溢洪道位置选择的影响。
地形条件。
溢洪道应位于路线短和土石方开挖量少的地方。
比如坝址附近有高程合适的马鞍形垭口,则往往是布置溢洪道较理想之处。
拦河坝两岸顺河谷方向的缓坡台地上也适于布置溢洪道。
地质条件。
溢洪道应尽量位于较坚硬的岩基上。
当然土基上也能建造溢洪道,但要注意,位于好岩基上的溢洪道可以减轻工程量,甚至不衬砌;而土基上的溢洪道,尽管开挖较岩基为易,而衬砌及消能防冲工程量可能大得多。
此外,无论如何应避免在可能坍滑的地带修建溢洪道。
泄洪时的水流条件。
溢洪道应位于水流顺畅且对枢纽其他建筑物无不利影响之处,通常应注意以下几个方面:①控制堰上游应开阔,使堰前水头损失小;②控制堰如靠近土石坝,其进水方向应不致冲刷坝的上游坡;③泄水陡槽在平面上最好不设弯段;④泄槽末端的消能段应远离坝脚,以免造成坝身的冲刷;⑤水利枢纽中如尚有水力发电、航运等建筑物时,应尽量使溢洪道泄水时不造成电站水头的波动,不影响过船筏的安全。
施工条件。
使溢洪道的开挖土、石方量具有好的经济效益,如将其用于填筑土石坝的坝体;在施工布置时,应仔细考虑出渣路线及弃渣场的合理安排,此外,还要解决与相邻建筑物的施工干扰问题。
二、正槽式溢洪道的组成及各部分设计正槽溢洪道通常由引水渠、控制段、泄槽、出口消能段及尾水渠等部分组成,溢流堰轴线与泄槽轴线接近正交,过堰水流流向与泄槽轴线方向一致,见图6-1。
其中,控制段、泄槽及出口消能段是溢洪道的主体。
图6-1 正槽溢洪道平面布置图1-引水渠;2-溢流堰;3-泄槽;4-出口消能段;5-尾水渠;6-非常溢洪道;7-土石坝(一)引水渠由于地形、地质条件限制,溢流堰往往不能紧靠库岸,需在溢流堰前开挖引水渠,将库水平顺的引向溢流堰,当溢流堰紧靠库岸或坝肩时,此段只是一个喇叭口,如图6-2所示。
图6-2 溢洪道引水渠的型式1-喇叭口;2-土石坝;3-引水渠为了提高溢洪道的泄流能力,引水渠中的水流应平顺、均匀,并在合理开挖的前提下减小渠中水流流速,以减少水头损失。
流速应大于悬移质不淤流速,小于渠道中不冲流速,设计流速宜采用3~5m/s。
引水渠越长,流速越大,水头损失就越大。
在山高坡抖的岩体中开挖溢洪道,为了减少土石方开挖,也可采用较大的流速。
例如,碧口水电站的岸边溢洪道,经技术经济比较,其引水渠的水流流速,在设计情况下选用了5.8 m/s。
引水渠的渠底视地形条件可做成平底或具有不大的逆坡。
渠底高程要比堰顶高程低些,因为在一定的堰顶水头下,行近水深大,流量系数也较大,泄放相同流量所需的堰顶长度要短。
因此,在满足水流条件和渠底容许流速的限度内,如何确定引水渠的水深和宽度,需要经过方案比较后确定。
引水渠在平面布置上应力求平顺,避免断面突然变化和水流流向的急剧转变。
通常把溢流堰两侧的边墩向上游延伸构成导水墙或渐变段,其高度应高于最高水位,这样水流能平稳、均匀地流向溢流堰,防止在引水渠中因发生漩涡或横向水流而影响泄流能力。
此外,导水墙也起保护岸坡或上游邻近坝坡的作用。
引水渠在平面上如需转弯时,其轴线的转弯半径一般约为4~6倍渠底宽度,弯道至溢洪道一般应有2~3倍堰上水头的直线长度,以便调整水流,使之均匀平顺入堰。
当堰紧靠库岸时,导水墙在平面上呈喇叭口状。
引水渠前沿库面要求水域开阔,不得有山头或其他建筑物阻挡。
引水渠的横断面,在岩基上接近矩形,边坡根据岩层条件确定,新鲜岩石一般为1:0.1~1:0.3,风化岩石为1:0.5~1:1.0;在土基上采用梯形,边坡根据土坡稳定要求确定,一般选用1:1.5~1:2.5。
引水渠应根据地质情况、渠线长短、流速大小等条件确定是否需要砌护。
岩基上的引水渠可以不砌护,但应开挖整齐。
对长的引水渠,则要考虑糙率的影响,以免过多的降低泄流能力。
在较差的岩基或土基上,应进行砌护,尤其在靠近堰前的区段,由于流速较大,为了防止冲刷和减少水头损失,可采用混凝土板或浆砌石护面。
保护段长度,视流速大小而定,一般与导水墙长度相近。
砌护厚度一般为0.3m。
当有防渗要求时,混凝土砌护还可兼作防渗铺盖。
(二)控制段溢洪道的控制段包括溢流堰及其两侧的连接建筑。
溢流堰是水库下泄洪水的口门,是控制溢洪道泄流能力的关键部位,因此必须合理选择溢流堰段的型式和尺寸。
1.溢流堰的形式溢流堰按其横断面形状与尺寸可分为:薄壁堰、宽顶堰、实用堰(堰断面形状可为矩形、梯形或曲线形);按其在平面布置上的轮廓形状可分为:直线型堰、折线型堰、曲线形堰和环形堰;按堰轴线和上游来水方向的相对关系可分为:正交堰、斜堰和侧堰等。
溢流堰通常选用宽顶堰、实用堰,有时也用驼峰堰。
溢流堰体型设计的要求是:尽量增大流量系数,在泄流时不产生空穴水流或诱发危险振动的负压等。
1)宽顶堰宽顶堰的特点是结构简单、施工方便,但流量系数较低(约为0.32~0.385)。
由于宽顶堰堰矮,荷载小,对承载力较差的土基适应能力强,因此,在泄流不大或附近地形较平缓的中、小型工程中,应用广泛,如图6-3所示。
宽顶堰的堰顶通常需进行砌护。
对于中、小型工程,尤其是小型工程,若岩基有足够的抗冲刷能力,也可以不加砌护,但应考虑开挖后岩石表面不平整对流量系数的影响。
2)实用堰实用堰的优点是流量系数比宽顶堰大,在相同泄流量条件下,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,特别是岸坡较抖时,多采用此种型式,如图6-4所示。
实用堰的断面型式很多,我国最常用的是WES型、克-奥型和冥次曲线型。
在溢洪道设计规范中建议优先选择WES型堰。
为了使溢流堰具有较大的流量系数,在设计和施工中,堰高、堰面坐标、堰面曲线长度和下游堰坡均需满足规定要求,否则,将影响流量系数或使堰面压强降低,有产生空蚀的危险。
当上游堰高P1和堰面曲线定型水头H d的比值P1/H d>1.33时,流量系数接近一个常数,不受堰高的影响,为高堰。
对于低堰的标准,一般认为0.3< P1/H d<1.33,流量系数将随P1/H d的减小而降低,因此堰高P1不能过低,建议P1以不低于0.3H d为宜。
低堰的流量系数还受下游堰高P2的影响,随P2减小过堰水流受顶托甚至淹没,为保证堰的自由泄流状态,下游堰高P2建议不大于0.6H d。
对于低堰,因下游堰面水深较大,堰面一般不会出现过大的负压,不致发生破坏性空蚀和振动。
因此,在设计低堰时,可选择较小的定型设计水头H d,使高水位时的流量系数加大,建议采用(0.6~0.75)倍的堰顶最大水头。
表6-1给出了克-奥Ⅰ型剖面堰和WES型剖面堰流量系数随相对堰高P1/H d的变化值,可供设计时参考选用。
表6-1 随相对堰高变化的流量系数m值P1/H d0.2 0.3 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.33 堰面型式克-奥Ⅰ型0.446 0.460 0.469 0.480 0.485 0.485 0.485 0.485 WES型0.480 0.485 0.488 0.492 0.496 0.499 0.501 0.5023)驼峰堰驼峰堰是一种复合圆弧的低堰,堰体低,是我国从工程实践中总结出来的一种新堰型,如图6-5所示,驼峰堰的流量系数较大,其流量系数一般为0.40~0.46,但流量系数随堰上水头增加而有所减小。
设计与施工简便,对地基要求低,适用于软弱地基。
图6-3 宽顶堰图6-4 实用堰图6-5 驼峰堰2.闸门的布置与选型溢流堰顶可设置闸门,也可不设置闸门。
不设闸门时,堰顶高程就是水库的正常蓄水位;设闸门时,堰顶高程低于水库的正常蓄水位。
一般情况下,对于大、中型水库的溢洪道,一般都设置闸门,小型水库对上游水位稍有增高所加大的淹没损失和加高坝身及其他建筑物的工程费用都不是很大,从施工简单、管理方便以及节省工程费用等各方面考虑,一般都不设置闸门。
关于溢流堰设计的一些主要问题,如闸墩、边墩、防渗、排水、工作桥、交通桥等的设计,与溢流堰或水闸相类似。
3.堰顶高程和孔口尺寸的确定确定了溢洪道位置、堰型并确定是否设置闸门之后,即可进一步确定堰顶高程、孔口尺寸(或前缘长度)。