水工建筑物IP課件PPT第4講

第四講,消能工的設(shè)計(jì)原則,盡量使下泄水流的大部分動(dòng)能消耗在水流內(nèi)部的紊動(dòng)中，以及水流與空氣的摩擦上；不產(chǎn)生危及壩體安全的河床或岸坡的局部沖刷；下泄水流平穩(wěn)，不影響樞紐中其他建筑物的正常運(yùn)行；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠；工程量小。,消能工的形式,挑流消能,是在泄水重力壩壩趾處設(shè)置挑流坎，把高速水流挑射到下游空中，然后擴(kuò)散的摻氣水流跌落到壩下游河道內(nèi)，在尾水水深中發(fā)生漩渦、沖擊、摻攪、紊動(dòng)、擴(kuò)散、剪切，以消除能量。跌落的水流沖刷河床，形成沖刷坑，在沖刷坑中水流繼續(xù)消能。,挑流消能,一般適用于堅(jiān)硬巖基上的高、中壩。挑流消能設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有：選擇鼻坎形式，確定鼻坎高程、反弧半徑、挑角，計(jì)算挑距和下游沖刷坑深度。,鼻坎挑射角度一般為；鼻坎反弧半徑一般采用，為鼻坎上水深。鼻坎坎頂高程應(yīng)高出下游水位，一般以12m為宜。水舌挑射距離按水舌外緣計(jì)算為：,挑流消能,沖坑深度的估算公式：式中：水墊厚度，自水面算至坑底；單寬流量；上、下游水位差；沖坑系數(shù)。,挑流消能,底流消能,是通過(guò)水躍，將泄水建筑物泄出的急流轉(zhuǎn)變?yōu)榫徚鳎韵嘤鄤?dòng)能的消能方式。消能主要靠水躍產(chǎn)生的表面旋滾與底部主流間的強(qiáng)烈紊動(dòng)、剪切和摻混作用。,底流消能,具有流態(tài)穩(wěn)定、消能效果較好，對(duì)地質(zhì)條件和尾水變幅適應(yīng)性強(qiáng)以及水流霧化很小等優(yōu)點(diǎn)，可適應(yīng)高、中、低水頭。但護(hù)坦較長(zhǎng)，土石方開挖量和混凝土方量較大，工程造價(jià)較高。,底流消能,既適用于堅(jiān)硬巖基，也適用于較軟弱或節(jié)理裂隙較為發(fā)育的巖基。底流消能設(shè)計(jì)是在給定的泄流量和相應(yīng)的上、下游水位條件下，選定合適的護(hù)坦高程和護(hù)坦長(zhǎng)度。消力池的長(zhǎng)度取決于水躍長(zhǎng)度，一般為平底自由水躍長(zhǎng)度的70%80%。,底流消能,消力池的長(zhǎng)度取決于水躍長(zhǎng)度，一般為平底自由水躍長(zhǎng)度的70%80%。消力池的深度：式中：躍后共軛水深；下游水深；淹沒(méi)度。,面流消能,利用鼻坎將主流挑至水面，在主流下面形成旋滾，旋滾流速較低，而且系沿河床流向壩趾，河床一般不需加固，但需注意防止水滾裹挾石塊，磨蝕壩腳地基。,面流消能,適用于下游尾水較深，流量變化范圍較小，水位變幅不大，或有排冰、漂木要求的情況。一般不需要作護(hù)坦。,消力戽消能,挑流鼻坎潛沒(méi)在水下，形不成自由水舌，水流在戽內(nèi)產(chǎn)生旋渦，經(jīng)鼻坎將高速的主流挑至水面。,消力戽消能,適用于尾水較深，流量變化范圍較小，水位變幅不大，或有排冰、漂木要求的情況。一般不需要作護(hù)坦。消力戽設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是：確定反弧半徑、戽坎高度和挑射角度。,泄水重力壩設(shè)計(jì)中高速水流的問(wèn)題,空化和空蝕摻氣水流脈動(dòng)沖擊波,空化和空蝕,在自然條件下，水體中含有許多很小的氣核，當(dāng)過(guò)壩水流中某點(diǎn)的壓力降至飽和蒸汽壓強(qiáng)，氣核迅速膨脹為小空泡，這種現(xiàn)象稱為空化。當(dāng)?shù)蛪簠^(qū)的空化水流流經(jīng)下游高壓區(qū)時(shí)，空泡遭受壓縮而潰滅，由于潰滅時(shí)間極為短暫（一般只有千分之幾秒），會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很高的局部沖擊力（可達(dá)幾千個(gè)大氣壓）。若空泡潰滅發(fā)生在靠近過(guò)水壩面，局部沖擊力大于材料的內(nèi)聚力時(shí)，可使壩面遭受破壞，這種現(xiàn)象稱為空蝕。,泄水建筑物常見(jiàn)的空蝕部位,水流脈動(dòng)對(duì)建筑物的影響,引起結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，甚至產(chǎn)生共振現(xiàn)象。脈動(dòng)壓強(qiáng)大時(shí)，計(jì)算結(jié)構(gòu)荷載時(shí)應(yīng)考慮。脈動(dòng)可使負(fù)壓增大，從而增大了發(fā)生空蝕的可能性。,摻氣和沖出波的影響,摻氣：使水深增大，在確定溢流壩邊墻高度和無(wú)壓深式泄水孔的高度時(shí)應(yīng)該考慮其影響。,沖擊波：影響溢流面上水流的流態(tài)。,重力壩深式泄水孔的作用,預(yù)泄庫(kù)水，增大水庫(kù)的調(diào)蓄能力；放空水庫(kù)以便檢修大壩；排放泥沙，減小水庫(kù)淤積；隨時(shí)向下游放水，滿足航運(yùn)或灌溉要求；施工導(dǎo)流。,避免折沖水流的措施,在樞紐布置上，盡量使溢流壩下泄水流與原河床主流的位置和方向一致；規(guī)定閘門操作程序，使各孔閘門同時(shí)均勻開啟，或?qū)ΨQ開啟；布置導(dǎo)流墻，使主流充分?jǐn)U散；進(jìn)行水工模型試驗(yàn)，研究下游流態(tài)及改善措施。,壩體混凝土分區(qū),滿足壩體各部位的不同要求，省水泥及工程費(fèi)用。,壩體各區(qū)對(duì)混凝土性能的要求,混凝土抗?jié)B標(biāo)號(hào)的最小允許值,混凝土抗凍標(biāo)號(hào)的最小允許值,縱縫的形式,鉛直縫錯(cuò)縫斜縫通倉(cāng)澆筑,壩內(nèi)廊道系統(tǒng),灌漿、排水、觀測(cè)、檢查和交通需要。,重力壩的地基處理,地基處理的主要任務(wù)壩基的開挖與清理壩基的固結(jié)灌漿帷幕灌漿壩基排水?dāng)鄬悠扑閹У奶幚碥浫鯅A層的處理溶洞的處理,地基處理的主要任務(wù),防滲提高基巖的強(qiáng)度和整體性,壩基開挖與處理,規(guī)范規(guī)定：凡100m以上的高壩須建在新鮮、微風(fēng)化或弱風(fēng)化下部基巖上；10050m的壩可建在微風(fēng)化至弱風(fēng)化中部基巖上；壩高小于50m時(shí)可建在弱風(fēng)化層中部或下部基巖上；同一工程中兩岸較高部位的壩段，其利用基巖的標(biāo)準(zhǔn)可比河床部位適當(dāng)放寬。,壩基的固結(jié)灌漿,目的：提高基巖的整體性和強(qiáng)度，降低地基的透水性。,布置：梅花型，壩踵和壩趾附近及節(jié)理裂隙發(fā)育和破壞帶范圍內(nèi)。,壩基的帷幕灌漿,目的：降低壩底滲透壓力，防止壩基內(nèi)產(chǎn)生機(jī)械或化學(xué)管涌，減少壩基滲流量。,規(guī)范：巖體相對(duì)隔水層的透水率（q)壩高在100m以上，q為13lu；壩高在100m50m之間，q為35lu；壩高在50m以下，q為5lu。,深度：據(jù)基巖的透水性，壩體承受的水頭和透水層的深度確定。深入不透水層35m或0.30.7倍的壩前水頭范圍內(nèi)。,斷層破碎帶的處理,危害：強(qiáng)度低，彈模小,可能使壩基產(chǎn)生不均勻沉陷。或使壩底的滲透壓力加大，甚至產(chǎn)生管涌。,方法：主要是開挖、回填混凝土-混凝土塞。,軟弱夾層的處理,在壩踵部位做混凝土深齒墻，切斷軟弱夾層直達(dá)完整基巖，當(dāng)夾層埋藏較淺時(shí)，施工方便，工程不大，且有利于壩基防滲；對(duì)埋藏較深、較厚、傾角平緩的軟弱夾層，可在夾層內(nèi)設(shè)置混凝土塞；,軟弱夾層的處理,在壩趾處建混凝土深齒墻，切斷軟弱夾層直到完整基巖，以加大尾巖抗力；在壩趾下游側(cè)巖體內(nèi)設(shè)鋼筋混凝土抗滑樁，切斷軟弱夾層直達(dá)完整基巖；在壩趾下游側(cè)巖體內(nèi)采用預(yù)應(yīng)力錨索以加大巖體的抗力。,溶洞的處理,危害：漏水、降低基巖的承載能力。,方法：主要是開挖、回填和灌漿等辦法的配合應(yīng)用。,寬縫重力壩,優(yōu)點(diǎn)：揚(yáng)壓力小；便于混凝土散熱；壩體工程量省10%20%。,缺點(diǎn)：施工模板用量多。,空腹重力壩,優(yōu)點(diǎn)：由于空腔下部不設(shè)底板，減小了壩底面上的揚(yáng)壓力，可節(jié)省壩體混凝土方量20%左右；減少了壩基開挖量；壩體前、后腿嵌固于巖體內(nèi)，有利于壩體的穩(wěn)定；前、后腿應(yīng)力分布均勻，壩踵壓應(yīng)力較大；便于混凝土散熱；壩體施工可不設(shè)縱縫；便于監(jiān)測(cè)和維修。,缺點(diǎn)：施工復(fù)雜；鋼筋用量大；如在空腔內(nèi)布置水電站廠房，施工干擾大。,碾壓混凝土重力壩優(yōu)點(diǎn),工藝程序簡(jiǎn)單,可快速施工,縮短工期,提前發(fā)揮效益；膠凝材料用量少,一般在12