溢洪道設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明

.岸邊溢道設(shè)6.3.1洪道明溢洪道其主任務(wù)是泄洪，土石壩不允許水過(guò)壩頂，需要專修建泄洪建筑物。根本工程的地形條件，上游壩址左岸沿河流方向一道呈現(xiàn)弧形的縱向凹，所以選擇溢洪道設(shè)置在大壩左岸，為帶胸墻口式岸邊溢洪道。溢洪由引渠段、堰閘段泄槽段、挑流鼻坎段組成。6.3.2溢洪道水渠為了使水流緩，減小或不發(fā)生漩渦和翻滾現(xiàn)象，進(jìn)口采用叭口，進(jìn)口寬度B=50m.設(shè)計(jì)速4m/s橫斷面在巖基上接近矩形邊坡根穩(wěn)定要求確定這選擇邊坡坡度為；采用梯形斷面，進(jìn)水渠的縱斷面做成平底。在靠溢流堰前斷區(qū)，由于流速較大，為了防止沖刷減少水頭損失，可采用泥土護(hù)面厚度為6.3.3控制段控制段包括流堰及兩側(cè)連接建筑物，溢流堰通?？梢赃x擇頂堰、實(shí)用堰、駝峰。溢流堰的體形應(yīng)盡量滿足增流量系數(shù)，溢堰作用是控制泄流能力本次設(shè)計(jì)采用實(shí)用堰，優(yōu)點(diǎn)是流量大，在相同泄流條件下需要的堰流緣長(zhǎng)，工程量小。采用弧形閘門(mén)。初步擬定堰高程H=設(shè)計(jì)洪水位—堰頂大泄水位H

0

.堰頂高程—H則H胸墻式孔口流堰形式的下泄流量公為：mB2gH溢

式中：

——閘墩側(cè)縮系數(shù)，；m——流量數(shù)，0.48:；——重力加速度，9.812

；B—堰寬，12m;水位為設(shè)計(jì)水位1858.22m時(shí)，堰頂高程1838m設(shè)計(jì)Q溢=4645m3/s.則由上面公計(jì)算得出的取B=14m.表6.3-1溢洪道頂堰堰寬計(jì)算（忽略流速）計(jì)算情況

上游水位

流量Q

堰上水H

0

流量系數(shù)

控制堰寬nb設(shè)計(jì)計(jì)算取孔口數(shù)2孔弧形工作閘取值x高)。墩厚墩寬1m,閘室寬度

.堰面曲線的定開(kāi)敞式堰面線，冪曲線按式（7-2計(jì)算：x

n

KH

nd

y

（7-2）式中Hd—堰面曲線定型設(shè)計(jì)水頭對(duì)于上游堰P1≥的高堰，取Hd=(0.75～0.95)HmaxP1<1.33Hd的低堰Hd=(0.65～，Hmax為校核流量下的堰上水頭.x、——原點(diǎn)下堰面曲線橫、縱坐標(biāo)；n—與上游堰坡有關(guān)的指數(shù)，見(jiàn)A.1.1；k——當(dāng)時(shí)值見(jiàn)表時(shí)k=2.02.2。本次設(shè)計(jì)則水渠底板高程根據(jù)

表A確堰面參數(shù)值：上游面坡度

根據(jù)

表A堰曲線參數(shù)k

nR1aR2b(

2

dd因?yàn)樗匀=2.2;其n=1.85,R1=0.5Hd,a=0.175Hd,R2=0.2Hd,b=0.282Hd。即公式x

n

KH

nd

y=1.85

2.2

0.85

可以得出y

表7-2曲線x024681416y上游段曲線三弧法圓弧徑為：=0.5H=9.78m，R=0.2H=3.912mR=0.7824m對(duì)應(yīng)的水平圍為L(zhǎng)H，L=0.276H=5.40mLH=5.52m。閘墩頂部高=核水位安全超高=

圖7-1制段曲線圖

:3.:3三圓引段銜接面計(jì)算

WES線

切點(diǎn)直線段1

21.直線段堰面曲線切確。對(duì)求導(dǎo)，坡率

7.4.2.2泄流能力計(jì)算開(kāi)敞式冪曲WES實(shí)用的泄流能力C2m0式中：Q——流，/sB—溢流堰總凈寬，，定義=nb；b—單孔寬度，；C—上游坡度影響系數(shù)，上游鉛直，

(7-6)

03.03H——堰上水頭，m;m——流量數(shù)，取0.5；

——收縮影系數(shù)，?。?/p>

m

——淹沒(méi)系，取。Cm

mBg229.812

/泄設(shè)計(jì)

m/s(設(shè)計(jì)洪水情，滿足要。正槽溢洪道溢流堰后多用泄槽與消能防沖設(shè)施相連接，以將過(guò)堰洪水安全泄下游河道。河岸溢洪道的落差主要集中在這段泄槽坡度常大于臨界坡，所以又叫做陡槽。泄槽橫斷面宜采用矩形斷。當(dāng)結(jié)合巖石開(kāi)挖采用形斷面時(shí)邊坡不宜緩于︰1并應(yīng)注由此引起的流不均勻問(wèn)題。7.5.1泄槽的面布置及縱、剖面泄槽在平面應(yīng)盡可能的采用直線、等寬對(duì)稱布置。可以讓流平順流入下游，而這樣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于施工。實(shí)際中可以設(shè)置收短，減少工程開(kāi)挖量和砌。出口設(shè)置擴(kuò)散段減少單寬流量，有益于消防沖，減少對(duì)河道的侵。

.泄槽縱剖面計(jì)主要是決定縱坡。泄槽縱坡必須保證泄槽中水位不影響溢流堰由泄流和在槽中不發(fā)生水躍，水流始終處于急狀態(tài)。所以縱剖i須大于臨界度ic，此情況下，泄起點(diǎn)的水深等于臨界矩形泄槽i和值如下：i

（）hc

aqg

（）1上式中：—謝才系數(shù)，C?R6n其中R為水力半徑（m,n-粗糙系數(shù)，于混凝土n～；g重力加速度，g=9.81m/s2α流速分布系，取α=1.0；L泄槽橫斷面濕周，m；B水面寬度，；q單寬流量。泄水槽寬度：L=2×14+3+2×1=33m單寬流量為臨界水深：

.hc

aq216.243g臨界水力半為：B16.8328Rch216.83

?67.64

100.24i

L12

0.0015由公式：

An

2?R3ii

Q4AR3

2采用混凝土面=0.014，故i

Qn4A2R

2

0.01427.46

43

0.003大于臨界坡，泄水槽內(nèi)水流為明槽恒定急變流。為了減小程量，泄槽沿程可隨形、地質(zhì)邊坡，但變坡次數(shù)不宜過(guò)多，而且在種坡度連接處用平滑曲線連免在變處發(fā)生水流脫離邊壁引起負(fù)或空蝕當(dāng)坡度由陡緩時(shí)，需用反弧連接，流速大時(shí)宜選用較大值邊坡位置應(yīng)盡量與泄槽平面上的變化錯(cuò)開(kāi)，尤其不要在擴(kuò)散段變坡，槽變坡處易遭動(dòng)水壓力壞。常用的縱坡為%5%，有可達(dá)～15%，此工程地基為堅(jiān)硬的基，可以陡些，取泄槽縱坡為5泄槽的橫剖面，在巖上

.接近矩形，使水流分布均勻，有利于下游消能。試算槽內(nèi)正常水h計(jì)算（壩下游收縮斷面水深）據(jù)《水力學(xué)式1）可知Q

n

1R3i2

可以得出試算表表7-5hc試結(jié)果hQ

00

345所以下反弧段斷面常水深c=5.4m泄槽起始底板高程1822.7m.根據(jù)《水工筑物》溢洪道的相關(guān)設(shè)計(jì)要求，反弧半徑可采～6h（為校核洪水閘門(mén)全開(kāi)時(shí)反弧最低點(diǎn)的水深R=(28.5~57),取40m圓心角=°。7.5.1.3推算水面曲線

212g.212g泄槽水面線能量方程，用分段求和法計(jì)算：VL1

V22hcosh1ij

J

n4R

2

式中：VL

—分段長(zhǎng)度；h1、h2分段始末面水深ma1，，—流速分布不均勻數(shù)取.05；V1、—分段始末斷面平均流m/s；

—泄槽底坡度

i=tg

，

=3°；V

—分段內(nèi)平均摩阻坡；n泄槽糙率系數(shù)n；—分段平均速/s；R—段平均水力半徑m在水位情校況下計(jì)算1取溢流堰末斷面為開(kāi)始計(jì)算斷面，高程為：校核洪水位到該斷面的水位差為：0.99.8139.7

1.1Q8.623325.1表7水面線推算表斷面1234567891011Q71367136713671367136713671367136713671367136（m8.78.68.58.48.38.28.18.07.97.87.70287.

283.8280.5277.2273.9270.6267.3264.0260.7257.4254.11X50.450.250.049.849.649.449.249.048.848.648.4R5.75.75.65.65.55.55.45.45.35.35.3V24.925.125.425.726.126.426.727.027.427.728.1C95.595.395.295.195.094.894.794.694.494.394.2J0.0120.0130.0130.0130.0140.0140.0150.0150.0160.017Es40.240.941.542.242.943.744.545.346.147.047.9ΔE0.60.70.70.70.70.80.80.80.90.90.037

0.037

0.037

0.036

0.036

0.035

0.035

0.034

0.034

0.033i-J9

5

1

6

1

6

1

6

0

4ΔS16.817.718.619.720.821.923.224.626.127.7（m

.S16.834.553.272.893.6115.5138.7163.3189.4217.1（m由溢洪道所地形條件可知溢洪道泄槽變斷面處距離游控制斷面接近2由推算結(jié)果知溢洪道進(jìn)口處斷面水深為流速為24.9m/s；泄槽變坡處斷面水深為，流速為27.5.3氣減蝕水流沿泄槽泄，流速沿程增大，水深沿程減小，即水流的化數(shù)沿程遞減，經(jīng)一段流程之后，就會(huì)產(chǎn)生水流空化現(xiàn)象?？栈鞯竭_(dá)高壓區(qū)，因空泡滅而使泄槽壁遭受空蝕破壞，抗空蝕措施有：氣減蝕、優(yōu)化體形、控溢流表面的不平整度和采用抗空蝕材料等。工程實(shí)踐表，臨近固體邊壁水流摻氣，有利于減蝕和免蝕摻氣減蝕的機(jī)理很雜，水流摻氣可以使過(guò)水邊界上局部負(fù)壓消除減輕，有助于制止空蝕發(fā)生，空穴內(nèi)含有一定量空氣成為含氣型空穴潰滅時(shí)破壞力較弱；過(guò)邊界附近水流摻氣，氣泡對(duì)空穴潰滅的破壞力一定的緩沖氣墊作用。

.摻氣設(shè)施主包括兩個(gè)部分：一是借助于低挑坎、跌坎或摻槽，在射流下面形一個(gè)摻氣空間的裝置；一是通氣系統(tǒng)，為射流面的摻氣空間補(bǔ)給空氣摻氣裝置的主要類(lèi)型有摻氣槽式、挑坎式、跌式、挑坎與摻氣槽聯(lián)合、跌坎與摻氣槽聯(lián)合式、此外還有突擴(kuò)式和分墩式等，該工程選擇挑與摻氣槽聯(lián)合式，其水流流態(tài)比其他的幾種較。在摻氣裝置，通過(guò)改變坎的形式和尺寸，可以改變射流下?lián)綒饪臻g的范圍，而達(dá)到控制空氣和水混合濃度的目的。挑坎高為0，挑角為°，挑坎斜面坡度為1。跌坎高度一般在0。由于地形原，需要進(jìn)行一次變坡。由緩坡變陡i=0.14中間可以用拋物線連接。拋線方程按公式：tan

x2kcosO式中：x,y:拋線橫縱坐標(biāo)，泄槽末端為原點(diǎn)；

為上端坡角k：落差系數(shù)取kH:拋物線起斷面的比能；其中按照公式計(jì)H2h:拋物起始斷面的深；v:拋物線起始斷面的平均流速，a:動(dòng)能修正系數(shù)，可以近似取.

/2g;y=0.05x+0.00495x

,推出關(guān)x,y的曲線坐標(biāo)值

.表7曲線坐標(biāo)值推算表x024689101112y0變坡后的水線推算:斷面123456Q713671367136713671367136h（m）

7.77.57.26.86.56.2A（m254.1247.5237.6224.4214.5204.6X48.448.047.446.646.045.4R5.35.25.04.84.74.5V28.128.830.031.833.334.9C94.293.993.492.892.391.8J0.0180.0190.0220.0260.030Es47.949.953.258.463.068.3ΔE2.03.35.24.65.3i-J0.12240.12060.11760.11390.1101ΔS16.127.444.040.148.1

.S（m16.143.687.6127.7175.8溢洪道變坡口斷面的水深難為.5m,流速2口水深為6流速7.5.4邊墻高確定因?yàn)樗鳛榱?，水深沿程下降，考慮摻氣水深=(1+ζV/100)h安全加高取1。，進(jìn)口斷面邊墻高度h=A+hh=(1+ζV/100)h+1=(1+1.2×出口斷面處墻高度h=A+hh=(1+ζV/100)h+1=(1+1.2×28.1/100)×7.7+1=12mh=(1+ζV/100)h+1=(1+1.2×34.9/100)×6.2+1=10m最終取邊墻度取.5m.7.5.5泄槽的砌為了保護(hù)地不受沖刷，巖石不受風(fēng)化，泄水槽一定要做襯。對(duì)襯砌的要求如表要光滑平整以防產(chǎn)生負(fù)壓和空分止水可靠，以避免高速流侵入底板以下生脈動(dòng)壓力引起破壞水系統(tǒng)要通暢，以減小底板壓力。襯砌材料要能抵抗空蝕和沖刷，寒冷地還應(yīng)有一定的抗凍性。

本溢洪道為級(jí)溢洪道，采用混凝土襯砌?；炷恋目箍瘴g

1.1能力強(qiáng)，隨抗壓強(qiáng)度增加而增加，因此容易產(chǎn)生空蝕的部應(yīng)采用高強(qiáng)度混凝土襯砌厚度取為適應(yīng)混凝土的變形需要設(shè)置縱橫分縫，縫距為10～15m取。泄水槽兩側(cè)的邊墻橫縫布置一般與底板一致，本身不設(shè)縱縫在邊墻近的底板上設(shè)縱縫。襯砌縱橫縫下必須設(shè)置水溝，且相互連通滲水由橫向排水溝集中到縱向排水溝內(nèi)排向下管周?chē)顫M12cm卵礫石。溢洪道消能設(shè)從河岸溢洪下泄的水流流速高、能量大，必須進(jìn)行有效的能，以避免沖刷下河床和壩腳急工程安全能方式常用挑流和底流兩種。在土基或破軟弱巖基上的溢洪道般采用底流消能對(duì)泄流小的，也可考慮采挑流消能。本設(shè)計(jì)，考慮采用挑流消能。消能算的目的是主要確定挑射程和沖坑深度，并且確定沖刷坑是否危急主建筑物的安全。挑流消能反弧半一般為6～h，h挑流鼻坎反最低點(diǎn)水深，近似取6取6h挑角為4度。鼻坎頂高程。挑距：1Lvg

sin

v2

sin

(h?cos

式中L—自挑流鼻坎末端算起至下河床床面的挑流水舌外緣挑距mθ—挑流水舌水面出射角，近似可用鼻坎挑角(°)；h—挑流鼻坎末端法向深5m

21.21h—鼻坎坎頂至下游河高程差，計(jì)沖刷坑最深點(diǎn)距鼻坎的距離，值可采用坎頂至坑最深點(diǎn)高程差；——鼻坎坎頂水面流速m/s，可按鼻坎處平流的.1倍計(jì)V1=1.1x28.1=38.3m/s;沖坑最大深度為t坎頂單寬流量q=Q/b=7136/33=216.24m/sH=1862.45-1795=67.45m

式（7-22）t

H0.25

1.1216.24

12

67.45

0.25

m為了保證泄水建物不允許受沖坑影響，挑流消設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求：L/tH~5式中：H2——下游水深L/(tH/8.1基處理的主要要求

滿足要求。地基處理的主要求是：①控制滲流，減小滲流降，避免管涌等有害的滲流變形，控制滲流；②保持壩身和壩基的靜力和力