《河岸溢洪道設(shè)計(jì)案例綜述》2500字

河岸溢洪道設(shè)計(jì)案例綜述對(duì)于土石壩而言，其泄洪能力受結(jié)構(gòu)等因素的限制，因此常常會(huì)選擇修筑溢洪道用于泄洪，防止洪水溢滿壩頂，從而能夠保證大壩及其他建筑物的安全。河岸溢洪道型式有多種，包括正槽式溢洪道、側(cè)槽式溢洪道、虹吸式溢洪道和井式溢洪道等。本次設(shè)計(jì)采用正槽式溢洪道，由進(jìn)口段、控制段、陡坡段、消力池段、尾水段幾個(gè)部分組成。根據(jù)初步計(jì)算確定設(shè)計(jì)下泄流量為15.4m3/s，校核下泄流量為21.4m3/s。1.1進(jìn)口段由于大壩所在位置的地形條件、地質(zhì)條件的限制，需要在溢洪道前設(shè)置進(jìn)口段引水渠。進(jìn)口段中的水流應(yīng)當(dāng)保證均勻、平順，從而提高溢洪道的泄洪能力。通常引水渠的橫斷面接近矩形，本次設(shè)計(jì)也采用矩形斷面，進(jìn)口段可以用現(xiàn)澆混凝土或者干砌塊石等方式進(jìn)行襯護(hù)，底板采用現(xiàn)澆混凝土襯護(hù)，厚度不得小于0.3m。根據(jù)計(jì)算公式： Q=vA A=BH可以初步擬定引水渠的斷面尺寸，具體結(jié)果如下表：表7-1上游水位（m）下泄最大流量（m3/s）水深H(m)邊坡坡率m底寬B(m)328.9621.40.60.512由計(jì)算結(jié)果可初步擬定引水渠底寬為12m（安全設(shè)計(jì)），引水渠前段采取矩形斷面，邊坡坡率為1:0.5，進(jìn)口段引水渠由河岸至溢洪道堰頂，總長度10m。1.2控制段溢流堰是控制溢洪道泄流能力的關(guān)鍵部位，溢流堰按其橫斷面的形狀和尺寸可分為：薄壁堰、寬頂堰、實(shí)用堰等。寬頂堰的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、施工方便，且對(duì)承載力較差的土基適應(yīng)能力強(qiáng)，由壩址的地形地質(zhì)條件，可采用寬頂堰作為溢流堰?？刂贫尾捎脽o閘寬頂堰，堰頂高程擬定為344m，寬度12m，長度12m，邊墻高1.56m。底板采用1.5mC20混凝土澆筑襯砌。根據(jù)SL253—2018《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》[13]附錄A中公式(7-3)計(jì)算寬頂堰的泄流能力。 Q=mB2gH式中：Q——流量，m3/s;B——總凈寬，12m；H0——計(jì)入流速水頭的堰上總水頭，m；m——寬頂堰流量系數(shù)。表7-2水位入庫流量m3/s出庫流量m3/s庫內(nèi)水位m設(shè)計(jì)洪水位76.532.79345.06校核洪水位41.822.25344.74設(shè)計(jì)洪水位條件下，溢洪道泄流量22.25m3/s＞15.4m3/s；校核洪水位條件下，溢洪道泄流量32.79m3/s＞21.4m3/s，均滿足最大泄流量要求。1.3陡坡段陡坡段也稱為泄槽段，用于排泄過堰洪水。設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)地形、地質(zhì)、水路條件與經(jīng)濟(jì)等因素合理確定其尺寸與形式。泄槽的布置方式有很多，泄槽在平面上應(yīng)盡可能采用直線、等寬、對(duì)稱布置，這樣才能使水流平順、結(jié)構(gòu)簡單、施工方便。泄槽縱剖面設(shè)計(jì)主要是決定縱坡，泄槽縱坡要保證泄槽中的水位不影響溢流堰自由泄流和在泄槽中不發(fā)生水躍，使水流始終處于急流狀態(tài)。因此縱坡i必須大于臨界坡度ic對(duì)于矩形斷面泄槽臨界坡度計(jì)算公式為： ik=臨界水深hk和謝才系數(shù)Ck可按下式計(jì)算： Ck=1式中:q——泄槽的單寬流量，a

——?jiǎng)幽苄拚禂?shù)，可近似取1;g——重力加速度，1m/s2;R——相應(yīng)臨界水深的水力半徑，m;n——糙率，噴混凝土護(hù)面，所以取0.02。將已知數(shù)據(jù)代入公式計(jì)算i根據(jù)計(jì)算i應(yīng)大于0.0066，斜槽坡底可以取i=1/3，水平距離為60.2m。1.4消力池段和尾水段設(shè)計(jì)為保護(hù)下游河床不被過堰洪水沖刷破壞，需采用消能措施。如果采用挑流消能的方式可能會(huì)導(dǎo)致下游河床巖體被二次破壞，所以本次設(shè)計(jì)消能措施采用底流消能。通過修建消力池達(dá)到設(shè)計(jì)目的，消力池縱斷面可采用平底式設(shè)計(jì)，橫斷面采用矩形設(shè)計(jì)，且與泄槽段同寬布置。由于消力池地形坡度陡，采用下挖式的消力池設(shè)計(jì)。消力池尺寸設(shè)計(jì)可根據(jù)公式計(jì)算：消能池池深、池長公式: d=α?2 ?Z=Q22gb Lk=0.8L式中：d——池深，m;б——水躍淹沒度；h2——躍后水深，m；ht——出口下游水深，m；ΔZ——消力池尾部出口水面跌落，m；Q——流量，m3/s；躍后水深h2按照公式計(jì)算：式中：Fr1——收縮斷面弗勞德數(shù)；h1——收縮斷面水深，m；u1——收縮斷面流速，m/s。消力池尺寸計(jì)算結(jié)果如下:表7-3消力池尺寸設(shè)計(jì)結(jié)果表消力池池長L（m）池深（m）消力池邊墻高（m）172.13.7下游出口地面高程均低于消力池底板，在經(jīng)過消力池后可直接采用排入河道的方式處理尾水。尾水段沿溢洪道軸線直接延伸進(jìn)入下游河道，不會(huì)對(duì)下游河床造成太大的破壞。1.5溢洪道控制段穩(wěn)定計(jì)算溢洪道控制段穩(wěn)定計(jì)算應(yīng)當(dāng)采用抗剪斷強(qiáng)度公式進(jìn)行計(jì)算?？辜魯喙剑?-11）為： K'=抗剪強(qiáng)度公式（7-12）為： K=f根據(jù)抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)規(guī)定，按照抗剪斷強(qiáng)度公式計(jì)算的抗滑穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)當(dāng)大于理論值，理論值的具體數(shù)據(jù)詳見下表：表7-4抗剪斷強(qiáng)度公式抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)理論值荷載組合K基本組合3.0特殊組合（1）2.5（2）2.3注：，其他特殊組合為特殊組合（1），地震情況為特殊組合（2）按照抗剪強(qiáng)度公式計(jì)算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)應(yīng)當(dāng)大于理論值，理論值具體數(shù)據(jù)詳見下表：表7-5抗剪強(qiáng)度公式抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)理論值荷載組合溢洪道級(jí)別1級(jí)2級(jí)3級(jí)基本組合1.101.051.05特殊組合（1）1.051.001.00（2）1.001.001.00注：其他特殊組合為特殊組合（1），地震情況為特殊組合（2）根據(jù)公式（7-11）、（7-12）的計(jì)算結(jié)果如下：表7-6抗滑穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算結(jié)果表斷面高程（m）3446.7233435.483從結(jié)果可知，控制段均滿足《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL253-2018）的要求。溢洪道邊墻抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果如下，(按照抗剪強(qiáng)度公式計(jì)算)，計(jì)算中取值f=0.3表7-7抗滑穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算結(jié)果1.621.1從結(jié)果可知，滿足《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL253-2018）的要求。1.6確定泄槽邊墻高程根據(jù)溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范，泄槽邊墻高程等于槽底高程加波動(dòng)摻氣水深和安全超高。其中摻氣水深計(jì)算公式： ?b=式中：h——不計(jì)入波動(dòng)摻氣的水深；V——不僅如此波動(dòng)摻氣計(jì)算斷面上的流速；ξ——修正系數(shù)，取1.3。表7-8校核洪水位加入波動(dòng)及摻氣高度的溢洪道水面線計(jì)算結(jié)果樁號(hào)水深流速摻氣水深0+01.0243.2211.0668780+5.4530.5895.7280.6328590+10.4530.5126.6910.5565350+15.4530.4331.8700.47730+20.4530.3519.4990.3943440+25.4530.3449.6780.387280+30.4530.41610.2190.4712640+50.4530.29016.7890.3532950+60.20.22719.3150.283999表7-9設(shè)計(jì)洪水位加入波動(dòng)及摻氣高度的溢洪道水面線計(jì)算結(jié)果樁號(hào)水深流速摻氣水深0+00.682.6110.7030810+5.4530.3535.1130.3764640+10.4530.2896.1220.3120+15.4530.2611.1210.2851620+20.4530.2321.980.2560680+25.4530.2298.030.2529050+30.4530.3308.150.3649640+50.4530.18010.780.2052250+60.20.13414.310.158928泄槽邊墻高度根據(jù)不同工況要取不同超高值，在設(shè)計(jì)水位下取1m，校核工況下取1.5m。計(jì)算可以得出本次設(shè)計(jì)邊強(qiáng)高度。表7-10設(shè)計(jì)工況下邊墻計(jì)算高度樁號(hào)摻氣水深計(jì)算高度0+00.7011.70+5.4530.3651.40+10.4530.3141.30+15.4530.2761.30+20.4530.2471.30+25.4530.2441.30+30.4530.3601.40+50.4530.2131.20+60,20.1561.2表7-11校核工況下邊墻計(jì)算高度樁號(hào)摻氣水深計(jì)算高度0+01.0812.50+5.4530.6