水工建筑物IP課件PPT第4講

1、第四講共四十二頁(yè)消能工的設(shè)計(jì)(shj)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)(pngwn)，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。共四十二頁(yè)消能工的形式(xngsh)共四十二頁(yè)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(hdo)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。共四十二頁(yè)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

2、要內(nèi)容有：選擇鼻坎形式，確定鼻坎高程、反弧半徑(bnjng)、挑角，計(jì)算挑距和下游沖刷坑深度。共四十二頁(yè)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(shuwi)，一般以12m為宜。水舌挑射距離按水舌外緣計(jì)算為：挑流消能共四十二頁(yè) 沖坑深度的估算公式： 式中： 水墊厚度(hud)，自水面算至坑底； 單寬流量； 上、下游水位差； 沖坑系數(shù)。挑流消能共四十二頁(yè)底流消能 是通過(guò)水躍，將泄水建筑物泄出的急流(jli)轉(zhuǎn)變?yōu)榫徚?，以消除多余?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。共四十二頁(yè)底流消能具有流態(tài)穩(wěn)定、消能效果較好

3、，對(duì)地質(zhì)條件和尾水變幅適應(yīng)性強(qiáng)以及水流霧化(w hu)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(kāi)挖量和混凝土方量較大，工程造價(jià)較高。共四十二頁(yè)底流消能既適用于堅(jiān)硬巖基，也適用于較軟弱或節(jié)理(jil)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%。共四十二頁(yè)底流消能 消力池的長(zhǎng)度取決于水躍長(zhǎng)度，一般(ybn)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。共四十二頁(yè)面流消能利用鼻坎將主流挑至水面，在主流下面形成旋滾，

4、旋滾流速較低，而且系沿河床流向(li xin)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。共四十二頁(yè)面流消能適用于下游尾水較深，流量變化范圍(fnwi)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。共四十二頁(yè)消力戽消能 挑流鼻坎潛沒(méi)在水下(shu xi)，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。共四十二頁(yè)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(bnjng)、戽坎高度和挑射角度。共四十二頁(yè)泄水重力壩設(shè)計(jì)中高速水流(shuli)的問(wèn)題空化

5、和空蝕摻氣水流(shuli)脈動(dòng)沖擊波共四十二頁(yè)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(xiyu)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。共四十二頁(yè)泄水建筑物常見(jiàn)(chn jin)的空蝕部位共四十二頁(yè)水流脈動(dòng)(midng)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(xinxing)。脈動(dòng)壓強(qiáng)大時(shí)

6、，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。共四十二頁(yè)摻氣和沖出波的影響(yngxing)摻氣：使水深增大(zn d)，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)。共四十二頁(yè)重力壩深式泄水(xi shu)孔的作用預(yù)泄庫(kù)水，增大(zn d)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。共四十二頁(yè)避免折沖(zhchng)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(yzh)；規(guī)定閘門操作程序，使各孔閘門同時(shí)均勻開(kāi)啟，或?qū)ΨQ開(kāi)啟；布置導(dǎo)流

7、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。共四十二頁(yè)壩體混凝土分區(qū)(fn q)滿足壩體各部位的不同要求(yoqi)，省水泥及工程費(fèi)用。共四十二頁(yè)壩體各區(qū)對(duì)混凝土性能(xngnng)的要求共四十二頁(yè)混凝土抗?jié)B標(biāo)號(hào)(bioho)的最小允許值共四十二頁(yè)混凝土抗凍標(biāo)號(hào)(bioho)的最小允許值共四十二頁(yè)縱縫的形式(xngsh)鉛直(qinzh)縫錯(cuò)縫斜縫通倉(cāng)澆筑共四十二頁(yè)壩內(nèi)廊道(ln do)系統(tǒng)灌漿(gungjing)、排水、觀測(cè)、檢查和交通需要。共四十二頁(yè)重力壩的地基(dj)處理地基處理(chl)的主要任務(wù)壩基的開(kāi)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

8、處理溶洞的處理共四十二頁(yè)地基(dj)處理的主要任務(wù)防滲提高(t go)基巖的強(qiáng)度和整體性共四十二頁(yè)壩基開(kāi)挖(ki w)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(bwi)的壩段，其利用基巖的標(biāo)準(zhǔn)可比河床部位(bwi)適當(dāng)放寬。共四十二頁(yè)壩基(b j)的固結(jié)灌漿目的：提高基巖的整體性和強(qiáng)度，降低(jingd)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)。共四十二頁(yè)壩基(b j)的帷幕灌漿目的：降低壩底滲透壓力，防止(fn

9、gzh)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)。共四十二頁(yè)斷層破碎(p su)帶的處理危害：強(qiáng)度低，彈模小,可能(knng)使壩基產(chǎn)生不均勻沉陷?；蚴箟蔚椎臐B透壓力加大，甚至產(chǎn)生管涌。方法：主要是開(kāi)挖、回填混凝土-混凝土塞。共四十二頁(yè)軟弱夾層(jicng)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(wnzhng)基巖，當(dāng)夾層埋藏較淺時(shí)

10、，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；共四十二頁(yè)軟弱夾層(jicng)的處理在壩趾處建混凝土深齒墻，切斷軟弱夾層直到完整(wnzhng)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。共四十二頁(yè)溶洞(rngdng)的處理危害：漏水(lu shu)、降低基巖的承載能力。方法：主要是開(kāi)挖、回填和灌漿等辦法的配合應(yīng)用。共四十二頁(yè)寬縫重力壩優(yōu)點(diǎn)：揚(yáng)壓力(yl)??；便于混凝土散熱；壩體工程量省10%20%。缺點(diǎn)：施工(sh gng)模板用量多。共四十二頁(yè)

11、空腹(kngf)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(kāi)挖(ki w)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。共四十二頁(yè)共四十二頁(yè)碾壓(nin y)混凝土重力壩優(yōu)點(diǎn)工藝程序簡(jiǎn)單,可快速施工,縮短(sudun)工期,提前發(fā)揮效益；膠凝材料用量少,一般在120160kg/m3之間，其中水泥約為6090kg/m3；由于水泥用量少，結(jié)合薄層大倉(cāng)面澆筑，壩體內(nèi)部混凝土的水化熱溫升可大大降低，簡(jiǎn)化了溫控措施；不設(shè)縱縫，節(jié)省了模板和接縫灌漿等費(fèi)用，有的甚至整體澆筑不設(shè)橫縫；可使用大型通用施工機(jī)械設(shè)備，提高混凝土運(yùn)輸和填筑不設(shè)橫縫。降低工程造價(jià)。共四十二頁(yè)內(nèi)容摘要第四講。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。既適用于堅(jiān)硬巖基，也適用于較軟弱或節(jié)理裂隙(li x)較為發(fā)育的巖基。式中： 躍后共軛水深。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。脈動(dòng)可使負(fù)壓增大，從而增