水利工程第3章第二節(jié)

第二節(jié) 泄水建筑物泄水建筑物河床溢洪道河岸溢洪道各種溢流壩滑雪式溢洪道正槽溢洪道側(cè)槽溢洪道按在水庫樞紐中的位置分泄水建筑物表孔溢水道深式泄水道開敞式封閉式正槽式溢洪道側(cè)槽溢洪道隧洞虹吸管式溢洪道泄水隧洞泄水涵管按進口水流特點分按流態(tài)分:正槽溢洪道：過堰水流方向與堰下泄縱軸方向一致，是應(yīng)用最廣的型式側(cè)槽溢洪道：水流過堰后急轉(zhuǎn)90度，再經(jīng)泄槽或斜井，隧洞下泄。井式溢洪道：水流從平面呈環(huán)形的溢流堰四周向心匯入，再經(jīng)豎井、隧洞下泄。虹吸溢洪道：利用洪吸作用，使水流翻越堰頂虹吸管，再經(jīng)泄槽下泄。河岸溢洪道的類型一、正槽溢洪道

正槽溢洪道特點：泄流能力完全由堰的形式、尺寸以及堰項水頭決定，水流平順，安全可靠。（一）溢洪道總體布置

從以下方面考慮布置：1.從安全方面考慮2.從經(jīng)濟方面考慮3.從施工和運用管理方便考慮（二）進水段

為減少水頭損失，進水段應(yīng)短而直，斷面要足夠大，流速不宜超過3m／s靠近水庫時距水庫較遠時進水段在平面布置上應(yīng)力求平順，在控制段前3～6倍堰頂水頭范圍內(nèi)設(shè)導(dǎo)水墻或漸變段，其彎曲半徑不應(yīng)小于4—6倍渠底寬進水渠的斷面在巖基上接近矩形，在土基上為梯形（三）控制段控制段由溢流堰和控制閘門組成，它控制著溢洪道的過流能力溢洪道上多采用實用堰和寬頂堰，有時也采用駝峰堰。寬項堰流量系數(shù)比實用堰小，但實用堰施工較寬項堰復(fù)雜。溢流堰頂可以設(shè)置閘門，也可以不設(shè)閘門，采用無閘控制（四）泄水槽特點是坡陡、流急，設(shè)計時必須考慮明渠高速水流的沖擊波、摻氣空蝕問題1.平面布置應(yīng)盡可能采取直線，等寬，對稱布置但實際工程中，有時需要布置收縮段、彎曲段和擴散段2.泄水槽的斷面縱斷面：泄水槽的縱坡較陡，應(yīng)盡可能隨地形、地質(zhì)條件的變化而改變坡度變化不宜太多，變坡處采用適當(dāng)曲線連接橫斷面：在堅硬的巖基上，一般接近矩形在地質(zhì)條件較差的巖基或土基上，通常采用梯形3.泄水槽的彎曲段斷面內(nèi)流量分配不均，產(chǎn)生沖擊波可以采取以下措施：采用較大的曲率半徑設(shè)置緩和曲線過渡段使槽底橫向傾斜，即將彎道外側(cè)渠底抬高，如圖所示：4.泄水槽的構(gòu)造泄水槽一般均做襯砌，一般為混凝土襯砌，厚度通常為30~60公分。有分縫，一般間距為6~12米。襯砌材料應(yīng)能抵抗沖刷，同時襯砌應(yīng)平整光滑，以免引起空蝕因平時溢洪道不過水，故襯砌還要承受溫度變化和風(fēng)化剝蝕的作用寒冷地區(qū)，襯砌材料還應(yīng)有抗凍要求，同時要做好防滲和排水，以減小泄槽底板的揚壓力，避免襯砌失去穩(wěn)定而破壞為了控制溫度裂縫的發(fā)生，襯砌需用縱橫向收縮縫分開為了防止裂縫擴展，在靠近襯砌表面應(yīng)配置溫度鋼筋網(wǎng)（五）出口消能及尾水渠

溢洪道出口消能方式主要有兩種：一種是底流消能，另一種是挑流消能

挑流消能挑流鼻坎體型示意圖底流消能將泄水槽延伸較遠，并以消力池或靜水池、消能塘實現(xiàn)水躍消能。尾水渠要求短、直、平順、底坡盡量接近原河道的平均坡降尾水渠與原河道相交處，兩者流向間的夾應(yīng)小些，以減小交匯處的沖刷和護岸工程量二、側(cè)槽式溢洪道

側(cè)槽溢洪道主要由溢流堰、側(cè)槽、泄水槽、消能設(shè)施和尾水渠等部分組成其它型式的溢洪道井式溢洪道裝有弧形閘門的圓錐寬項堰型井式溢洪道虹吸溢洪道三、非常溢洪道為了確保水庫安全，又考慮減少投資，泄洪設(shè)施應(yīng)盡量分成正常和非常泄洪設(shè)施兩部分國內(nèi)目前采用的非常泄洪設(shè)施主要是設(shè)置非常溢洪道非常溢洪道的位置可選在高程和位置比較合適的埡口處這種土壩總的要求是：在正常泄洪時，能夠安全擋水；在非常情況下使用時，又能迅速破壩和泄洪，確保大壩安全目前國內(nèi)采用的破壩溢洪方式主要有自潰法及爆破引潰法兩種：自潰破壩法當(dāng)庫水位達到啟用水位時，壩頂開始溢流，下游壩殼開始被沖刷；隨著庫水位的升高，下泄流量逐漸加大，壩體全部潰決簡單，但由于下泄流量驟增，給下游的防護造成一定的困難爆破破壩法利用爆破的方法將非常溢洪道進口的擋水土壩壩體炸成一定尺寸的可見爆破漏斗，起引沖槽作用，以后通過壩體引沖槽水流的作用使其潰決，從而達到泄洪的目的爆破的準備工作，一般是在安全和從容的條件下進行的，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時，能根據(jù)溢洪的要求迅速破壩，且比較可靠第五章 放水建筑物自水庫引水以供灌溉、發(fā)電，給水等需要的水工建筑物，稱為放水建筑物型式有水工隧洞、壩下涵管和壩體放水孔等一、水工隧洞二、壩下涵管一、水工隧洞水工隧洞是指建于地面高程下四周有圍巖的水工建筑物水工隧洞類型（按功能分）（按水力條件分）引水輸水泄洪排沙施工導(dǎo)流有壓隧洞無壓隧洞(一)水工隧洞的特點:1、從結(jié)構(gòu)上：一般要對圍巖進行襯護，需在有良好的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件。2、從水力特性上：有壓洞室需注意襯砌漏水影響巖體穩(wěn)定；無壓洞室需解決好空蝕及沖擊波等問題。體型設(shè)計要精心。3、從施工上：面小線長，工序多，干擾大。（二）水工隧洞的總體布置

水工隧洞一般由進口段、洞身段、出口段組成地質(zhì)條件是隧洞線路選擇的決定因素充分利用地形，在平面上隧洞的線路應(yīng)力求短而直在工程布置上要求隧洞進口水流平順，出口便于同下游河道銜接，并遠離土石壩坡腳，以防回流沖刷選擇洞線時還要考慮施工方便（三）進口段的型式

包括：豎井式、塔式、岸塔式1.豎井式 在隧洞附近的巖體內(nèi)開挖豎井，井壁有鋼筋混凝土。閘門設(shè)在井的底部，頂部布置啟閉機室優(yōu)點：結(jié)構(gòu)比較簡單，不受風(fēng)浪影響，受地震影響也小，比較安全可靠缺點：施工開挖較困難，閘門之前的隧洞段不便檢修2.塔式

進口位于隧洞首部而修建的鋼筋混凝土塔。塔底設(shè)置閘門，塔頂設(shè)操縱平臺和啟閉機室，塔用工作橋與岸連接優(yōu)點：塔式進水口可以設(shè)置幾個不同高程的進水口，分層取水，這對農(nóng)田灌溉是很有利的。缺點：結(jié)構(gòu)受風(fēng)浪、冰，地震的影響大，價格較貴。3.岸塔式進口靠在開挖后洞臉巖坡上。

優(yōu)點：穩(wěn)定性較塔式為好；施工、安裝工作比較方便；無需接岸橋梁

缺點：但只適用于巖坡較陡、巖石堅硬穩(wěn)定的情況（四）進口段各組成部分的構(gòu)造進口段包括：喇叭口、閘門室、漸變段、通氣孔1.喇叭口為使水流平順、減少水頭損失，增加泄水能力，。避免孔壁空蝕，進口形狀應(yīng)盡可能符合流線變化規(guī)律喇叭口一般采用平底而三向收縮的矩形斷面孔口，上唇和側(cè)墻采用橢園曲線。2.閘門室一般設(shè)兩道閘門：工作閘門，用以調(diào)節(jié)流量；檢修閘門，在工作閘門或洞身檢修時用以擋水閘門啟閉機室設(shè)在進水塔或豎井頂部3.漸變段

閘門段的斷面一般為矩形而洞身斷面形狀尺寸如與其不同時，應(yīng)設(shè)漸變段以保證水流平順銜接矩形斷面變成圓形斷面的漸變段4.通氣孔為防止發(fā)生空蝕和振動、穩(wěn)定流態(tài)，負擔(dān)補氣和排氣任務(wù)而設(shè)置的一般按經(jīng)驗公式計算，或為隧洞面積的3％～5％（五）洞身的斷面形狀和構(gòu)造1.洞身斷面形狀 無壓隧洞為了保證洞內(nèi)水流為明流，應(yīng)保持水面至洞頂有一凈空2.隧洞襯砌

襯砌的作用是：承受山巖壓力、內(nèi)水壓力和其它荷載；減小表面糙率，改善水流條件；防止?jié)B漏；保護圍巖兔受沖刷，風(fēng)化，浸蝕等破壞作用（1）襯砌的類型按襯砌的目的分：平整襯砌和受力襯砌按材料分：混凝土襯砌、鋼筋混凝土襯砌和漿砌石襯砌混凝土，鋼筋混凝土襯砌，這是在我國應(yīng)用最廣的一種受力襯砌型式噴錨襯護是洞室開挖后及時向圍巖噴射薄層混凝土。錨桿支護是用特定形式的錨桿錨定于巖石內(nèi)部，把原來不夠完整的巖石固結(jié)起來，增加圍巖的整體性和穩(wěn)定性（2）襯砌的分縫和止水

為防止干縮和溫變產(chǎn)生裂縫以及不均勻沉降而設(shè)（3）灌漿回填灌漿的目的是為了將襯砌與圍巖間的空隙填充密實，使之緊密結(jié)合，共同工作，改善傳力條件固結(jié)灌漿的目的在于加固圍巖，提高圍巖的整體性和承載能力，減小地下水對襯砌的壓力（4）排水設(shè)置排水的目的是為了降低作用在襯砌上的外水壓力。對于無壓隧洞，可在洞內(nèi)水面線以上通過襯砌設(shè)置排水孔，將地下水直接引入洞內(nèi)在有壓隧洞中，除在底部襯砌外埋設(shè)縱向排水管外，還需設(shè)置環(huán)向排水槽（五）出口建筑物有壓泄洪隧洞的出口常設(shè)有工作閘門及啟閉機室，閘門前設(shè)漸變段，閘門后設(shè)有消能設(shè)施無壓隧洞的出口構(gòu)造主要是消能設(shè)施隧洞出口的消能方式主要是底流消能和挑流消能二、壩下涵管

優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、造價較低缺點沿管壁容易產(chǎn)生集中滲漏；壩基不均勻沉陷或連接結(jié)構(gòu)不當(dāng)，可能導(dǎo)致涵管發(fā)生斷裂、漏水等情況，嚴重影響土石壩的安全（一）涵管進口建筑物型式1.分級臥管式 這種進口建筑物，結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，能引取溫度較高的表層水灌溉，有利于作物生長。缺點是孔口較多，若管理不善則易于漏水，木塞閘門運用管理不便2.塔式和井式

適用于水頭高、流量大、水量控制要求嚴的涵管（二）管身的構(gòu)造和型式

管身應(yīng)有足夠的過水?dāng)嗝嬉酝ㄟ^設(shè)計流量，要有一定的強度以承擔(dān)外部荷載，還要防止管身漏水以及沿管外壁的集