第4章泄水建筑物

1、第4章泄水建筑物4.1泄水建筑物的分類和作用一、按功能分類二、按樞紐布置地位分類三、按泄水方式分類泄水建筑物按泄水方式可分為以下五類：壩頂溢流式大孔口溢流式壩身泄水孔明流泄水道泄水隧洞四、泄水建筑物的作用4.2 溢流壩溢流壩（1）泄洪建筑物 （2）泄水孔（放水孔） （3）施工泄水道一、溢流壩的工作特點一、溢流壩的工作特點 溢流壩既是擋水建筑物又是泄水溢流壩既是擋水建筑物又是泄水建筑物，除應滿足穩(wěn)定和強度要求外，建筑物，除應滿足穩(wěn)定和強度要求外，還需要滿足泄水的要求。還需要滿足泄水的要求。 (1)(1)壩頂溢流式壩頂溢流式二、溢流壩的孔口形式二、溢流壩的孔口形式(2)大孔口溢流式大孔口溢流式三峽

2、工程三峽工程L L L L L Q溢流孔口尺寸的確定溢流孔口尺寸的確定(1)(1)單寬流量的確定單寬流量的確定 設設L L為溢流段凈寬（不包括閘墩的寬為溢流段凈寬（不包括閘墩的寬度），則通過溢流孔口的單寬流量為：度），則通過溢流孔口的單寬流量為： q = q = dnnbL) 1(01) 溢流前緣總長溢流前緣總長L0應為：應為：(2)(2)孔口尺寸孔口尺寸 2/302 HgLCmQs02gHAQk當采用大孔口泄洪時，可用下式當采用大孔口泄洪時，可用下式計算出堰頂水頭計算出堰頂水頭H H0 0 當采用開敞式溢流時，可利用下當采用開敞式溢流時，可利用下式，計算出堰頂水頭式，計算出堰頂水頭H H0

3、0 2 2）溢流壩的堰頂高程）溢流壩的堰頂高程 四、溢流壩的閘墩和工作橋1.閘墩的作用 閘墩的作用是將溢流壩前緣分隔為若干個孔口，并承受閘門傳來的水壓力（支承閘門），也是壩頂橋梁和啟閉設備的支承結構。五、溢流壩的橫縫的布置縫設在閘墩中間縫設在閘墩中間 縫設在溢流孔跨中縫設在溢流孔跨中六、溢流面曲線及剖面1.溢流面曲線 溢流面曲線由頂部曲線段、中間直線段和下部反弧段三部分組成。 設計要求：有較高的流量系數(shù)； 水流平順，不產生空蝕。堰面曲線方程如下：堰面曲線方程如下：yKHxndn1式中：式中：H Hd d定型設計水頭，按堰頂最大定型設計水頭，按堰頂最大作用水頭作用水頭Hmax Hmax 的的75

4、%75%95%95%計算計算XYdHxy224對于設有胸墻溢流堰的堰面曲線：對于設有胸墻溢流堰的堰面曲線： H Hd d 定型設計水頭，一般取孔口定型設計水頭，一般取孔口中心至校核洪水位的中心至校核洪水位的75%75%95%95%； 孔口收縮斷面上的流速系數(shù)，孔口收縮斷面上的流速系數(shù)，一般取一般取 =0.95 =0.95。2.溢流溢流拱壩剖面拱壩剖面u 自由自由跌流式跌流式u 鼻坎挑流式鼻坎挑流式u 滑雪道式滑雪道式溢流拱壩溢流拱壩 -壩頂溢流布置壩頂溢流布置自由跌流自由跌流結構最簡單，多用結構最簡單，多用于單寬流量較小的拱于單寬流量較小的拱壩。壩。下跌水流落點據(jù)壩下跌水流落點據(jù)壩址較近，壩下

5、沖刷容址較近，壩下沖刷容易危及壩基，需有較易危及壩基，需有較好的基巖、較深的水好的基巖、較深的水墊，并應經常采取保墊，并應經常采取保護措施。護措施。湖南半江拱壩湖南半江拱壩鼻坎挑流鼻坎挑流溢流堰頂適當向上溢流堰頂適當向上下游懸臂挑出。下游懸臂挑出。挑流落水點較跌流挑流落水點較跌流遠，但離壩仍近，仍遠，但離壩仍近，仍需有一定的水墊，必需有一定的水墊，必要時采取河床底部的要時采取河床底部的防沖措施，單寬流量防沖措施，單寬流量仍需加以限制。仍需加以限制。流溪河拱壩流溪河拱壩滑雪道式滑雪道式適用于下泄流量較適用于下泄流量較大，要求下泄水流落大，要求下泄水流落點遠離壩址，或利用點遠離壩址，或利用廠房頂溢

6、流的拱壩。廠房頂溢流的拱壩。我國已建的烏江渡我國已建的烏江渡重力拱壩、東江拱壩、重力拱壩、東江拱壩、緊水灘拱壩等都采用緊水灘拱壩等都采用了這種形式。了這種形式。烏江渡拱壩烏江渡拱壩七、溢流壩的下游連接七、溢流壩的下游連接1.挑流消能挑流消能2.底流消能底流消能2.底流消能底流消能3.面流消能面流消能4.消力戽消能消力戽消能4.3壩身泄水孔壩身泄水孔一、重力壩的泄水孔1.作用：預泄水庫、排沙、導流、發(fā)電供水2.工作條件：孔內流速高，易引起空蝕、閘門振動，孔道體形設計重要；深水閘門水壓力大、啟閉力大，門體結構、止水、啟閉設備復雜，檢修不便。3.類型： 1）按所處高度分：中孔、底孔 2）按布置層數(shù)分

7、：單層、雙層 3）按流態(tài)分：有壓、無壓有壓孔泄流時孔內保持滿流有壓 工作閘門在出口，以穩(wěn)定孔內水流保持有壓，有利門后補氣減免空蝕，孔身斷面尺寸小 關門時水壓力大,對壩體、防滲不利 進口設事故閘門兼作檢修閘門，平時兼用作擋水 孔斷面：圓形，有利改善受力和提高過水能力4.壩身泄水孔的形式壩身泄水孔的形式無壓孔： 工作門、檢修門均設于進口 工作門后孔身頂升高，泄流時孔內有自由水面無壓流 閘門前：短有壓段 泄水時孔內承受靜水壓力，關門時孔內無水，明流段可不鋼板襯砌，施工方便 但孔斷面尺寸大，對壩體削弱大5.壩身泄水孔布置壩身泄水孔布置布置原則：正常運用前提下 盡量一孔多用：灌溉+發(fā)電；防空+排沙+導流

8、具體布置：泄洪孔主槽部位，較寬河谷宜在非溢流壩段中，深孔出口不宜在溢流壩面上孔口不能太大，泄量大時可布置為雙層，但注意交匯處空蝕進口高程：滿足泄洪要求下盡量高些，減小門壓力和洞長，具體而言： 灌溉孔應與灌區(qū)在同一側孔進口根據(jù)壩后渠首確定，或根據(jù)泥沙、水溫情況分層設進水口 發(fā)電進水口應根據(jù)發(fā)電和泥沙要求確定，一般設于水庫最低水位以下一倍孔口高度處，并高程最終泥沙高程1m以上。 排沙孔盡量靠近電站、灌溉進水口 放空、導流孔進口一般較低6.有壓泄水孔有壓泄水孔組成：進口段（進口曲線段、閘門槽段、漸變段、平壓管、通氣孔）洞身段、出口段1）進口段曲線： 進口曲線段橢圓or圓弧橢圓長軸水平or上傾約12度

9、頂曲線：A=h（孔高or孔徑側曲線：A=B（孔寬）圓弧半徑：R2D222有壓泄水孔2）閘門槽段 矩形銳緣閘門適于Vik拋物線：y=15.5y1/2或y=x2/6HH工作閘門孔口中心線處水頭無壓泄水孔3）通氣孔二個檢修門后通氣孔、平壓管同于有壓孔 工作門后設通氣孔，正常泄流時補氣通氣孔斷面積:aA10%或a=0.09VwA/Va Vw水流斷面平均流速；Va通氣孔允許風速；A工作閘門處泄水孔斷面無壓泄水孔4）水力計算 過水能力有壓孔流式中計入至工作閘門處水頭損失=0.8-0.85（有門槽）或=0.9-0.95(當壓力短管長度10h孔高) 無壓段水面線計算5）出口只設閘墩、水流擴散消能設施二、拱壩的

10、泄水孔二、拱壩的泄水孔按其在壩身高度上的相對位置分中孔、底孔兩種。按其在壩身高度上的相對位置分中孔、底孔兩種。中孔中孔在壩身的中、上在壩身的中、上部；其特點是當庫水部；其特點是當庫水位低時仍有一定泄流位低時仍有一定泄流能力。能力。底孔底孔設置在壩身底部，設置在壩身底部，用來放空水庫、沖沙用來放空水庫、沖沙排淤、輔助泄洪及施排淤、輔助泄洪及施工導流等。工導流等。4.4 岸邊溢洪道 溢洪道是水利樞紐中的一項主要建筑物,它泄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,另設泄洪道（如支墩 壩等輕型壩）溢洪道通常是開敞的，其宣泄能力與

11、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。一、岸邊溢洪道的型式（1）正槽式 （2）側槽式 （3）豎井式 （4）虹吸式二、岸邊溢洪道位置的選擇二、岸邊溢洪道位置的選擇 應全面考慮地形、地質、樞紐布置、施工、運行條件，通過幾個方案的技術經濟比較來確定。1 1、地形：、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。3 3、樞紐布置、樞紐布置：溢洪道進口應位于水流順暢處，且與土石壩應存有相當?shù)木嚯x；如太近，則須加設導墻（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

12、與土石壩的壩腳及其它建筑物保持一定的距下游出口，應與土石壩的壩腳及其它建筑物保持一定的距離，太近則須增設合適的防護建筑物。離，太近則須增設合適的防護建筑物。2 2、地質：力爭布置在較堅固穩(wěn)定的巖基上，如土基應、地質：力爭布置在較堅固穩(wěn)定的巖基上，如土基應布置在挖上，還須進行地基處理，如巖基有斷層，破碎布置在挖上，還須進行地基處理，如巖基有斷層，破碎帶等應摸清情況，采取合理的加固措施，如風化層太厚帶等應摸清情況，采取合理的加固措施，如風化層太厚或挖方過多會引起山坡坍塌，可考慮采用隧洞泄洪?；蛲诜竭^多會引起山坡坍塌，可考慮采用隧洞泄洪。 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

13、布置，有可能利用開挖的土石方量來填筑土石壩，避免各建筑物施工相互干擾。 三、正槽溢洪道簡介三、正槽溢洪道簡介 正槽式溢洪道通常習慣上也叫開敞式溢洪道，由正槽式溢洪道通常習慣上也叫開敞式溢洪道，由進（引）水渠、控制段、泄槽、出口消能段和尾水渠進（引）水渠、控制段、泄槽、出口消能段和尾水渠等部分組成，如圖所示。等部分組成，如圖所示。正槽溢洪道布置圖正槽溢洪道布置圖（1 1）進水渠）進水渠 進水渠也稱引水渠，它是水庫與控制段的連接段，具進水渠也稱引水渠，它是水庫與控制段的連接段，具有引水和調整水流的作用。有引水和調整水流的作用。（2 2）控制段）控制段 控制段一般包括溢流堰、閘墩、邊墩和上部結構等。

14、控制段一般包括溢流堰、閘墩、邊墩和上部結構等。溢流堰一般較低，常采用實用堰、寬頂堰或駝峰堰溢流堰一般較低，常采用實用堰、寬頂堰或駝峰堰, ,堰頂設堰頂設置工作閘門，可提高控制泄流能力，泄流時開啟閘門即可置工作閘門，可提高控制泄流能力，泄流時開啟閘門即可得到較大的初期泄量。得到較大的初期泄量。 (a) (a)寬頂堰寬頂堰 (b)(b)實用堰實用堰 (c)(c)駝峰堰駝峰堰正槽式溢洪道上常用的三種溢流堰型正槽式溢洪道上常用的三種溢流堰型（3 3）泄水槽）泄水槽 泄槽是開敞式溢洪道的控制段與消能工之間的泄水渠泄槽是開敞式溢洪道的控制段與消能工之間的泄水渠道，因渠底坡度較陡，又稱陡槽。泄槽主要由槽底板

15、和兩道，因渠底坡度較陡，又稱陡槽。泄槽主要由槽底板和兩側的邊墻組成。側的邊墻組成。（4 4）出口消能段及尾水渠）出口消能段及尾水渠 正槽溢洪道常用挑流鼻坎消能形式。這樣沖刷坑將遠正槽溢洪道常用挑流鼻坎消能形式。這樣沖刷坑將遠離泄洪建筑物，有利安全。離泄洪建筑物，有利安全。某溢洪道結構某溢洪道結構四、非常泄洪措施實踐證明：可能出現(xiàn)的最大洪水比設計中采用的 萬年一遇的洪水還要大，其原因：1、設計采用的萬年一遇洪水是調查資料經過 處理后得到的，歷史上是否出現(xiàn)過比這更 大的洪水，很難說2、人類對生態(tài)環(huán)境的破壞，尤其是亂砍濫伐 森林，使洪水徑流、匯流的時間更短，洪 水更集中，峰值更大。為此，從工程安全和

16、經濟利益全面考慮，大中型水庫除有正常（主要）溢洪道之外，加設非常（輔助）溢洪道是非常必要的。 由于這種特大洪水畢竟是極少出現(xiàn)的，泄流時間也比較短，所以，非常溢洪道的構造應盡可能的簡單，以節(jié)省投資。一般情況:泄槽不必襯砌,下游不作消能設施,并允許溢洪道及其附屬建筑物局部破壞，只要求保證大壩安全，水庫不出現(xiàn)重大事故。目前常用的非常溢洪設施：加高主副壩，提高水庫蓄水能力；加大原溢洪道的泄量；增設非常（泄洪）溢洪道；破副壩，保主壩。非常溢洪道非常溢洪道漫流式自潰式 漫頂自潰式 引沖自潰式爆破引潰式4.5 4.5 水閘水閘一、水閘的功能一、水閘的功能 平原地區(qū)的取排水，需低水頭的擋水泄水建筑物。水閘和滾

17、水壩為常用水工建筑物，稱閘壩工程。二、水閘的類型二、水閘的類型水閘按規(guī)模有大（Q1000m3/s）， 中（Q=1000100、m3/s）； ?。≦100m3/s）。（一）水閘按其所承擔的任務分類1、攔河閘（節(jié)制閘）2、進水閘（渠首）3、泄水閘4、排水閘5、分洪閘6、擋潮閘7、沖沙閘（二）按閘室結構分類1、開敞式2、胸墻式3、涵洞式三、水閘的組成及構造三、水閘的組成及構造（一）上游連接段（二）閘室段（三）下游連接段四、水閘的工作特點四、水閘的工作特點 建在軟土地基上的水閘的工作特點1.軟土地基的壓縮性大、承載能力低，在閘室自重和外荷載軟土地基的壓縮性大、承載能力低，在閘室自重和外荷載作用下，地基

18、易產生較大的沉降或沉降差，造成閘室傾斜作用下，地基易產生較大的沉降或沉降差，造成閘室傾斜、閘底板斷裂，甚至發(fā)生塑性破壞，引起水閘失事。、閘底板斷裂，甚至發(fā)生塑性破壞，引起水閘失事。2.水閘泄流時，水流具有較大的能量，而土壤的抗沖能力較水閘泄流時，水流具有較大的能量，而土壤的抗沖能力較低，就可能引起水閘下游的沖刷。低，就可能引起水閘下游的沖刷。3.在上下游水頭差作用下，閘基及兩岸連接部分將產生滲流在上下游水頭差作用下，閘基及兩岸連接部分將產生滲流，滲流對閘室及兩岸連接建筑物的穩(wěn)定不利，而且還可能，滲流對閘室及兩岸連接建筑物的穩(wěn)定不利，而且還可能產生有害的滲透變形。產生有害的滲透變形。五、閘基防滲措施五、閘基防滲措施1、鋪蓋2、垂直防滲3、排水措施4、兩岸防滲六、水閘的消能防沖六、水閘的消能防沖（一）消能防沖的特點泄流量大、水頭低，佛氏數(shù)低，消能不充分。抗沖能力低，消能方式單一（底流消能）。（二）