電站溢流壩段設(shè)計(jì)

本文格式為Word版，下載可任意編輯——電站溢流壩段設(shè)計(jì)4溢流壩段設(shè)計(jì)4.1孔口設(shè)計(jì)⑴泄水方式的選擇：為使水庫有較好的超泄才能，結(jié)合本工程實(shí)際處境，采用開敞式孔口溢流。

⑵洪水標(biāo)準(zhǔn)確實(shí)定：本次設(shè)計(jì)的主要建筑物級(jí)別為3級(jí)，根據(jù)模范《水利水電樞紐等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》查山區(qū)、丘陵區(qū)水利工程建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)，采用50年一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，500年一遇的洪水校核。

⑶流量確實(shí)定：由根本資料可知，設(shè)計(jì)洪水處境下，溢流壩的下泄流量為8640；

校核洪水處境下，溢流壩的下泄流量為11840。

⑷單寬流量的選擇：壩址處基巖對(duì)比堅(jiān)硬完整，綜合樞紐的布置及下游的消能防沖要求，單寬流量取120。

⑸孔口凈寬的擬定：分別計(jì)算設(shè)計(jì)和校核處境下溢洪道所需孔口寬度，計(jì)算成果如下：

根據(jù)公式B=Q/qB=8640/120=72m根據(jù)以上計(jì)算，取每孔凈寬b=16m，孔數(shù)=5，那么實(shí)際溢流壩孔口凈寬為80m，⑹溢流壩段總長度（溢流孔口的總寬度）確實(shí)定：根據(jù)工程閱歷擬定閘墩的厚度為：中墩厚4m，邊墩厚3m；

那么溢流壩段的總長度為:⑺堰頂高程確實(shí)定：

由堰流公式：

式中：Q—流量—吞噬系數(shù)。不吞噬時(shí)取1.0m—流量系數(shù)。

—側(cè)探尋系數(shù)。

n—孔數(shù)b—單孔凈寬擬定側(cè)收縮系數(shù)＝0.92，流量系數(shù)＝0.502，由于過堰水流為自由出流，故＝1，c=1.0，由堰流公式：，計(jì)算堰上水頭，再計(jì)算堰頂高程，如表4-1所示。

表4-1堰頂高程計(jì)算表格計(jì)算處境水位（m）流量（m3/s）側(cè)收縮系數(shù)流量系數(shù)m孔口凈寬（m）堰上水頭（m）堰頂高程（m）設(shè)計(jì)處境131.8386400.920.5028014.1117.73校核處境135.82118400.920.5028017.4118.42所以，堰頂高程取117.73m。

⑻閘門高度確實(shí)定，計(jì)算如下：

門高＝正常蓄水位－堰頂高程＋(0.1～0.2)＝130-117.73+0.1=12.37m，查模范取門高為13m。

⑼定型設(shè)計(jì)水頭確實(shí)定：

堰上最大水頭＝校核洪水位－堰頂高程＝135.82-117.73=18.09，定型設(shè)計(jì)水頭(75%~95%)＝13.57～17.19m?。?6.3m,/=16.3/18.09=0.91經(jīng)查表4-2可知，壩面最大負(fù)壓0.18＝2.9m，小于《混凝土重力壩設(shè)計(jì)模范》最大負(fù)壓不超過3～6水柱高度，符合要求。

表4-2堰面可能展現(xiàn)的最大負(fù)壓0.750.7750.80.8950.8750.90.951最大負(fù)壓0.50.450.40.350.250.20.10⑽泄流才能校核：先由水力學(xué)公式計(jì)算側(cè)收縮系數(shù)，然后計(jì)算不同作用下的流量系數(shù)，根據(jù)已知條件，采用堰流公式(4-1)來校核堰的泄流才能，計(jì)算結(jié)果見表4-3：

根據(jù)《水力學(xué)》查得；

m=0.49，②的取值是由水力學(xué)公式（4-2）計(jì)算得到，=1-0.2[+(n-1)]×/(nb)(4-2)表4-3孔口泄流才能校核計(jì)算處境流量Q(/s)側(cè)收縮系數(shù)流量系數(shù)m孔口凈寬（m）堰上水頭（m）流量Q′（/s）Q-×100%設(shè)計(jì)處境86400.920.498014.184532.1%＜5%校核處境118400.890.5078018.09122963.8%＜5%由計(jì)算結(jié)果知：孔口的泄流才能得志要求。

4.2消能防沖設(shè)計(jì)通過溢流壩頂下泄的水流，具有很大能量，所以要采取有效的消能措施，養(yǎng)護(hù)下游河床免受沖刷。消能設(shè)計(jì)的原那么：消能效果好，布局穩(wěn)當(dāng)，防止空蝕和磨蝕，以保證壩體和有關(guān)建筑物的安好。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)壩址地形，地質(zhì)條件，樞紐布置，壩高、下泄流量等綜合考慮。消能設(shè)計(jì)的原那么是：盡量使下泄水流的大片面動(dòng)能消耗在水流內(nèi)部的紊動(dòng)中，以及與空氣的摩擦上，且不產(chǎn)生危及壩體安好的河床或岸坡的局部沖刷，使下泄水流平順；

布局簡樸，工作穩(wěn)當(dāng)和工程量較少。

溢流壩常用的消能方式是：挑流消能、底流消能、面流消能和消力戽消能。

挑流消能：利用泄水建筑物出口處的挑流鼻坎，將下泄的急流拋向空中，然后落入離建筑物較遠(yuǎn)的河床，與下游水流相貫穿的消能方式。挑流消能通過鼻坎可以有效地操縱射流落入下游河床的位置，范圍和流量分布對(duì)尾水變幅適應(yīng)性強(qiáng)，布局簡樸，施工、修理便當(dāng)，耗資少，但對(duì)下游沖刷嚴(yán)重，聚積物較多，尾水波動(dòng)與霧化都對(duì)比大，挑流消能使用于基巖對(duì)比堅(jiān)硬的中、高水頭各類建筑物，是一種應(yīng)用分外廣泛的消能方式。

底流消能：通過水躍，將泄水建筑物泄出的急流轉(zhuǎn)變?yōu)榫徚?，以消釋多余?dòng)能的消能方式。消能主要靠水躍產(chǎn)生的外觀漩滾與底部主流之間的猛烈紊動(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)，多用于中低水頭。但護(hù)坦較長、土石方開挖量和混凝土方量較大，工程造價(jià)較高。

面流式消能：利用鼻坎將主流挑至水面，在主流下面形成反向漩滾，使主流與河床隔開。主流在逐步分散而消能，反向漩滾也消釋片面能量。反向漩滾流速較低且沿河床流向壩址，河床一般無需加固。但需留神防止水流裹夾石塊，磨蝕壩址地基。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，或有排水，漂木要求的處境。

消力戽消能：消力戽的挑流鼻坎潛沒在水下，形不成自由水舌，水流在戽內(nèi)產(chǎn)生漩滾，經(jīng)鼻坎將高速的水流挑至外觀，其流態(tài)如所示。戽內(nèi)的漩滾可以消耗大量的能量，因高速水股在外觀，也減輕了對(duì)河床的沖刷。消力戽適用于尾水較深（大于躍后水深）且變幅較小，無航運(yùn)要求且下游河床和兩岸抗沖才能較強(qiáng)的處境。高速水流在外觀，不需做護(hù)坦，但水面波動(dòng)較大，其缺點(diǎn)與面流消能工一致。

綜合上述幾種消能方式的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合本工程的實(shí)際處境，選擇消力戽消能。

圖4.1消力戽消能1-戽內(nèi)漩滾；

2-戽后底部漩滾；

3-下游外觀漩滾；

4-戽后涌浪消力戽設(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。要求做到：既要防止下游水位過低時(shí)展現(xiàn)自由挑流，造成嚴(yán)重沖刷，也要制止下游水面過高，吞噬太大時(shí)，急流潛入河底淘刷壩腳。初擬尺寸參考下述閱歷：

4.2.1挑射角θ目前興建的工程，大多數(shù)采用挑角，少數(shù)采用“~”。試驗(yàn)說明，過去認(rèn)為挑角為最優(yōu)的是不完全恰當(dāng)?shù)?。雖然挑角大，下游水位適應(yīng)產(chǎn)生穩(wěn)定戽流的范圍增大；

但是大的挑角將造成高的涌浪，使下游產(chǎn)生過大的水面波動(dòng)和對(duì)兩岸的沖刷，同時(shí)過大的挑角，也造成過深的沖刷坑。但挑角過小，那么戽內(nèi)外觀漩滾易“沖出”戽外，并易展現(xiàn)潛底戽流。因此，根據(jù)概括處境，采用挑角θ=。

4.2.2反弧半徑R一般來講，消力戽底反弧半徑R越大，壩上水流的出流條件越好，同時(shí)增加戽內(nèi)漩滾水體，對(duì)消能也有利；

但當(dāng)R大于某一值時(shí)，R的增大對(duì)出流狀況的影響并不大。R的選擇流能比有關(guān)，一般選擇為H/R=2.1～8.4。本設(shè)計(jì)中選擇H/R=5，而式中H=28m，因此得到R=4m。

4.2.3戽唇高度a為防止泥沙入戽，戽唇應(yīng)高于河床，對(duì)于戽端無切線延長時(shí)，有a=R(1-cosθ)，因此得到a=1.2m。

4.2.4戽底高程Z0戽底高程一般取與下游河床同高，其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是以保證在各級(jí)下游水位條件下均能發(fā)生穩(wěn)定的戽流為原那么。戽底太高，輕易發(fā)生挑流流態(tài)；

戽底太低，雖能保證戽流流態(tài)產(chǎn)生，但降低過多，挖方量增多。因此，戽底高程確實(shí)定，需將流態(tài)要求和工程量的大小一并考慮，取Z0=102m，與下有河床一樣高。

4.3溢流壩的剖面設(shè)計(jì)溢流壩根本剖面為三角形，一般其上游面為鉛面直面或折線面，溢流面由頂部曲線、底部反孤段兩片面組成。

見圖4.2所示。

XY32圖4.2溢流壩剖面1-頂部曲線段2-反弧段3-切點(diǎn)4-根本斷面5-溢流水舌4.3.1上游側(cè)曲線確定上游側(cè)采用橢圓曲線，其方程為：

（4-6）其中定型設(shè)計(jì)水頭=16.3m，按閘門布置要求，取，b=a/(0.87+3a)=0.17，橢圓方程為：

=1（4-7）4.3.2堰頂下游段堰面曲線確定曲線采用冪曲線：

（4-8）式中Hd—定型設(shè)計(jì)水頭，此處為16.3m；

k,n—與上游面的傾斜度有關(guān)的參數(shù)；

x,y—為以堰頂點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，x以向下游為正，y以向下為正；

因上游面鉛直，所以n=1.85,k=2.0;所以即y=0.0467按上式算得的坐標(biāo)值如下表4－4：

表4-5O點(diǎn)下游曲線坐標(biāo)值（m）x12345678Y0.04670.1680.3570.6070.9181.2861.7102.189x910111213141516Y2.7223.3083.9464.6355.3756.1657.0047.892根據(jù)表中數(shù)值可繪得堰頂下游曲線OC。

4.3.3反弧段確定反弧曲線的上端與上游冪曲線相切于D點(diǎn)，下游與河床相切于E點(diǎn)，D點(diǎn)、E點(diǎn)及反弧段曲線圓心O’點(diǎn)的坐標(biāo)，可用作圖法確定。即切點(diǎn)D（22.02，14.22）,圓心（25.15，11.73），E(25.15，15.73)4.3.4壩基寬度B的計(jì)算附加上鼻坎厚度1.2m,那么整個(gè)壩基寬度為：

B=25.15+1.2+4×0.707+4.9=34.1m圖4.3溢流壩剖面示意圖4.4閘門與啟閉設(shè)備的選型目前工程中應(yīng)用對(duì)比廣泛的有平面閘門和弧形閘門。

弧形閘門和平面直開閘門均為方案選擇中優(yōu)先考慮的門型，弧形閘門的優(yōu)缺點(diǎn)如下：

優(yōu)點(diǎn)：①可封閉相當(dāng)大面積的孔口。

②所需要高度和厚度較小。

③沒有影響水流流態(tài)的門槽。

④所需啟閉力較小。

缺點(diǎn)：①需要較長的閘墩。

②閘門所占空間位置較大。

③不能提出孔以外舉行檢修維護(hù)，不能在孔口間互換。

④閘門所承受總水壓力集中于支座處，對(duì)土建布局不利。

平面閘門是使用廣泛的一種門型，由于它能得志各種類型泄水孔道的需要，它的優(yōu)缺點(diǎn)如下：

優(yōu)點(diǎn)：①門葉可以移出出口便于檢修閘門