《小型水工建筑物設(shè)計(jì)》課件-4.溢洪道

4.1溢洪道基本知識(shí)

課程導(dǎo)入水利樞紐“三大件”擋水建筑物泄水建筑物取水建筑物

目錄

一河岸溢洪道的應(yīng)用特點(diǎn)

二河岸溢洪道類型

三河岸溢洪道的位置選擇

四正槽式溢洪道

一河岸溢洪道的應(yīng)用特點(diǎn)根據(jù)《專業(yè)實(shí)習(xí)》（寶雞），請(qǐng)?jiān)趦?yōu)慕課項(xiàng)目四任務(wù)一課前探馬進(jìn)行討論（一）和討論（二）

一河岸溢洪道的應(yīng)用特點(diǎn)溢流壩河岸溢洪道溢洪洞、泄洪洞、非常溢洪道壩下涵管常見(jiàn)的泄水建筑物一河岸溢洪道的應(yīng)用特點(diǎn)需要布置溢洪道的幾種情況1.土石壩2.部分輕型壩如大頭壩、支墩壩等。3.河谷狹窄、泄流量大，混凝土壩無(wú)法滿足要求。常見(jiàn)的泄水建筑物溢流壩壩下涵管泄水隧洞溢洪道河床式泄水建筑物河岸式泄水建筑物二河岸溢洪道的型式常見(jiàn)的河岸溢洪道的型式正槽式側(cè)槽式井式虹吸式二河岸溢洪道的型式常見(jiàn)的河岸溢洪道的型式正槽式泄槽與溢流堰軸線正交，過(guò)堰水流與泄槽軸線一致。自學(xué)鏈接：請(qǐng)快速瀏覽優(yōu)慕課項(xiàng)目四任務(wù)二課前探馬。并總結(jié)歸納溢洪道的結(jié)構(gòu)組成。二河岸溢洪道的型式特點(diǎn)：適用于各種水頭和流量，并且水流條件好，運(yùn)用管理方便。在實(shí)際工作中應(yīng)用廣泛。二河岸溢洪道的型式常見(jiàn)的河岸溢洪道的型式側(cè)槽式泄槽與溢流堰軸線接近平行，過(guò)堰水流與泄槽軸線接近垂直。特點(diǎn)：適用于壩肩山體較高，岸坡較陡的情況。二河岸溢洪道的型式常見(jiàn)的河岸溢洪道的型式案例：陜西（銅川）桃曲坡水庫(kù)

你能從側(cè)槽式溢洪道的概念上，對(duì)該水庫(kù)的溢洪道進(jìn)行分析嗎？二河岸溢洪道的型式課堂思考題：下圖是我國(guó)水布婭電站的樞紐俯瞰圖，請(qǐng)你找到其主要的泄水建筑物。如果它是溢洪道，請(qǐng)判斷它是哪種形式的溢洪道。正槽式溢洪道常見(jiàn)的河岸溢洪道的型式井式由溢流喇叭口段、豎井段和泄洪隧洞段組成。主要部分是泄洪隧洞。工程實(shí)踐中，這種溢洪道多與導(dǎo)流隧洞相結(jié)合，單獨(dú)目的地布置該種工程的很少。二河岸溢洪道的型式常見(jiàn)的河岸溢洪道的型式虹吸式利用虹吸作用進(jìn)行泄水，具有“自動(dòng)泄水”特點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：可自動(dòng)調(diào)節(jié)水位，不需要設(shè)置閘門。缺點(diǎn)：超泄能力小，構(gòu)造復(fù)雜，工作可靠性差。二河岸溢洪道的型式常見(jiàn)的河岸溢洪道的型式虹吸式二河岸溢洪道的型式回憶虹吸二河岸溢洪道的型式常見(jiàn)的河岸溢洪道的型式正槽式側(cè)槽式井式虹吸式開(kāi)敞式溢洪道封閉式溢洪道三河岸溢洪道位置選擇優(yōu)慕課項(xiàng)目四任務(wù)一課前探馬視頻討論“你認(rèn)為泄水建筑物在建設(shè)時(shí)需注意哪些問(wèn)題？”三河岸溢洪道位置選擇（1）樞紐總體布置。溢洪道應(yīng)結(jié)合樞紐布置全面考慮，避免泄洪、發(fā)電、航運(yùn)及灌溉等建筑物在布置上相互干擾。其布置合理選擇消能布置和形式，進(jìn)水口應(yīng)短而直，出水口與下游河道平順連接，避免下泄水流的沖刷和淤積。（2）地形、地質(zhì)條件。溢洪道布置在地形適宜、地質(zhì)堅(jiān)固且穩(wěn)定的岸邊或天然埡口的巖基上，以減少開(kāi)挖量。（3）施工和運(yùn)行。應(yīng)使挖出渣線路和場(chǎng)地容易布置。溢洪道位置不應(yīng)距離管理處太遠(yuǎn)。五小結(jié)與作業(yè)1.溢洪道的類型；小結(jié)：作業(yè)：（復(fù)習(xí)知識(shí)點(diǎn)）4.2正槽式溢洪道的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造

課程導(dǎo)入——上次課內(nèi)容回顧1.泄水建筑物的類型溢流壩溢洪道泄水隧洞壩下涵管河床部位河岸部位2.溢洪道的類型正槽式側(cè)槽式井式虹吸式

課程導(dǎo)入——本次課內(nèi)容導(dǎo)引溢洪道的類型正槽式側(cè)槽式井式虹吸式正槽式溢洪道的結(jié)構(gòu)包括哪些？正槽式溢洪道各部分的結(jié)構(gòu)有何特殊要求？最常用正槽式溢洪道的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造本節(jié)課

目錄

一結(jié)構(gòu)組成

二各部分構(gòu)造進(jìn)水渠控制段泄槽消能防沖段出水渠

三小結(jié)與作業(yè)一結(jié)構(gòu)組成

正槽式溢洪道的組成：包括進(jìn)水渠、控制段、泄水槽、消能防沖段和出水渠等5部分。平順引水控制泄流及流量輸送泄水消能送入河道二各部分構(gòu)造

第一部分.進(jìn)水渠

1.平面布置喇叭口形狀；盡量按直線布置；設(shè)置彎道時(shí)，其轉(zhuǎn)彎半徑不小于4倍的渠底寬；彎道與控制段之間布置一段（2～3）H的直線段?？刂贫?/p>

第一部分.進(jìn)水渠

2.橫斷面布置（1）一般按梯形布置，在控制段前段過(guò)渡為矩形控制。（2）按設(shè)計(jì)流速進(jìn)行尺寸設(shè)計(jì)，一般流速控制在4m/s，在山勢(shì)陡峭的情況下，也可5—7m/s。（3）一般應(yīng)進(jìn)行混凝土、漿砌石襯砌。二各部分構(gòu)造

第一部分.進(jìn)水渠

3.縱斷面布置（1）布置為平坡或反坡；（2）采用實(shí)用堰，眼前渠底高程比控制端堰頂?shù)?.5H；（3）采用寬頂堰，渠底高程可與堰頂齊平或略低。二各部分構(gòu)造

第二部分.控制段

1.堰型選擇（a）寬頂堰；（b）低實(shí)用堰；（c）駝峰堰。二各部分構(gòu)造

第二部分.控制段

（a）寬頂堰

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便，水流條件穩(wěn)定，但流量系數(shù)較小，在泄流量不大的中小型工程中應(yīng)用廣泛。二各部分構(gòu)造

第二部分.控制段

（b）實(shí)用堰

特點(diǎn)：流量系數(shù)大，泄水能力強(qiáng)，但施工復(fù)雜。目前，大中型溢洪道都是這種形式。二各部分構(gòu)造

第二部分.控制段

（c）駝峰堰

特點(diǎn)：堰體較低，流量系數(shù)大，一般為0.40~0.46設(shè)計(jì)與施工的難度介于實(shí)用堰和寬頂堰之間，適用于軟弱巖石地基。二各部分構(gòu)造

堰面參數(shù)對(duì)流量的影響a）定型設(shè)計(jì)水頭Hd定型設(shè)計(jì)水頭Hd的選擇在堰頂水頭不變的情況下，Hd愈小，流量系數(shù)愈大，但是，過(guò)小的Hd將對(duì)堰面產(chǎn)生不利影響。低堰：（P1≤1.33Hd），堰面出現(xiàn)危險(xiǎn)負(fù)壓的機(jī)會(huì)比高堰少。取

Hd=(0.55～0.85)Hmax。高堰：（P1≥1.33Hd），取Hd=(0.75～0.95)Hmax。二各部分構(gòu)造Hd

堰面參數(shù)對(duì)流量的影響b）實(shí)用堰高度的選擇堰高對(duì)流量系數(shù)也有較大的影響，實(shí)踐證明，低實(shí)用堰的流量系數(shù)隨P1/Hd的減小而減小。一般要求P1應(yīng)大于0.3Hd。對(duì)駝峰堰取P1=（0.24-0.34）Hd。P2P1一般要求P2應(yīng)大于0.6Hd。二各部分構(gòu)造

堰面參數(shù)對(duì)流量的影響c）堰長(zhǎng)對(duì)流量的影響對(duì)于寬頂堰，堰長(zhǎng)L（沿水流方向）對(duì)流量影響也很大。當(dāng)堰長(zhǎng)L＞10H時(shí)（H為堰頂水頭），堰面流態(tài)已發(fā)生了質(zhì)的變化。此時(shí)，不能按寬頂堰公式計(jì)算過(guò)堰流量。L二各部分構(gòu)造

第三部分.泄槽特點(diǎn)：

水流高速、紊亂、摻氣、慣性大，對(duì)邊界變化非常敏感。1.當(dāng)邊墻有轉(zhuǎn)折時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生緩沖擊波，對(duì)下游消能產(chǎn)生不利影響。2.當(dāng)水流的佛氏數(shù)Fr＞2時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)和摻氣現(xiàn)象；3.若流速超過(guò)15m/s時(shí)，可能產(chǎn)生空蝕問(wèn)題。門樓水庫(kù)開(kāi)閘泄水二各部分構(gòu)造等寬直線布置末端擴(kuò)散布置末端收縮布置軸線方向收縮、擴(kuò)散布置

第三部分.泄槽

總體要求：1.泄槽在平面上應(yīng)盡量按直線、等寬和對(duì)稱布置。2.當(dāng)泄槽較長(zhǎng)，為減少開(kāi)挖工程量，可在泄槽的前端設(shè)收縮段、末端設(shè)擴(kuò)散段，但必須嚴(yán)格控制。3.為了適應(yīng)地形地質(zhì)條件，減少工程量，泄槽軸線也可設(shè)置彎道。平面布置

收縮角和擴(kuò)散角：θ<5°。二各部分構(gòu)造

第三部分.泄槽

彎道設(shè)計(jì)：泄槽在平面上必須設(shè)彎道時(shí)，彎道應(yīng)設(shè)置在流速較小、水流平穩(wěn)、底坡較緩，且無(wú)變化的部位。轉(zhuǎn)彎時(shí)，應(yīng)采用較大的轉(zhuǎn)彎半徑及適宜的轉(zhuǎn)角，對(duì)于矩形斷面可取r=(4～5)B，轉(zhuǎn)角≥20°。同時(shí)，可在直線與彎道之間設(shè)緩和過(guò)渡段。平面布置二各部分構(gòu)造

第三部分.泄槽

1.坡度i>ik；

2.泄槽沿程可隨地形、地質(zhì)變化而變坡，但變坡次數(shù)不宜多，且以由緩變陡為好?？v剖面布置縱坡由緩變陡，應(yīng)避免緩坡段末端出射的水流脫離陡坡段始端槽底而產(chǎn)生負(fù)壓和空蝕現(xiàn)象。為此，應(yīng)在變坡處采用與水流軌跡相似的拋物線過(guò)渡，拋物線方程繪圖。二各部分構(gòu)造

第三部分.泄槽

縱坡由陡變緩時(shí)，由于槽面體型變化和離心力的作用，流態(tài)復(fù)雜，壓力分布變化大，水流紊動(dòng)強(qiáng)烈，該處容易發(fā)生空蝕，應(yīng)盡量避免。如無(wú)法避免，變坡處用R≥(3～6)的變坡處水深?？v剖面布置二各部分構(gòu)造

第三部分.泄槽

泄槽的邊墻或襯護(hù)高度應(yīng)按水流波動(dòng)及摻氣后的水深加安全超高確定，水流波動(dòng)及摻氣后的水深可按下式估算橫斷面摻氣后的水位線原水位線式中：v—為不計(jì)波動(dòng)摻氣時(shí)計(jì)算斷面上的平均流速（m/s）；ζ—修正系數(shù)，一般取1.0～1.4（s/m），當(dāng)＞20m/s時(shí)宜取大值hhb超高泄槽的安全超高可根據(jù)工程的規(guī)模和重要性決定，一般取0.5～1.5m。二各部分構(gòu)造

第三部分.泄槽

設(shè)置彎道后，彎道處由于離心力和沖擊波共同作用下產(chǎn)生的橫向水面高差ΔZ，按下式計(jì)算橫斷面見(jiàn)下頁(yè)二各部分構(gòu)造

第三部分.泄槽

設(shè)置彎道后，彎道處由于離心力和沖擊波共同作用下產(chǎn)生的橫向水面高差ΔZ，按下式計(jì)算橫斷面二各部分構(gòu)造

第三部分.泄槽

為了保護(hù)槽基不受沖刷和風(fēng)化，泄槽一般都要進(jìn)行襯砌。要求：1.襯砌表面平整光滑，避免槽面產(chǎn)生負(fù)壓和空蝕；2.接縫處止水可靠，防止高速水流鉆入縫內(nèi)將襯砌掀動(dòng)；3.排水暢通，有效降低襯砌底面的揚(yáng)壓力而增加襯砌的穩(wěn)定性。構(gòu)造襯砌二各部分構(gòu)造

第三部分.泄槽

襯砌用材：泄槽一般采用混凝土襯砌，流速不大的中小型工程也可以采用水泥砂漿或細(xì)石混凝土砌石襯砌，但應(yīng)適當(dāng)控制砌體表面的平整度。構(gòu)造襯砌二各部分構(gòu)造

第三部分.泄槽對(duì)于重要工程的鋼筋混凝土和混凝土底板，土基上可選用30cm～40㎝，面層鋼筋1%左右；巖基上可選用15cm～30㎝，面層鋼筋1%左右。對(duì)于不太重要的土基，可用20cm～40㎝厚的素混凝土，也可用底層30㎝厚的塊石、面層10～20㎝厚的素混凝土。如采用漿砌石底板，一般采用30cm～60㎝厚。為保證底板的穩(wěn)定，在巖基上，必要的情況下可布置錨筋，并且錨筋應(yīng)插入新鮮的巖層，錨筋的直徑25mm以上，間距1.5m～3.0m，應(yīng)插入巖基1.0m～1.5m。在土基上，可增加襯砌厚度或增設(shè)上下游齒墻。構(gòu)造襯砌二各部分構(gòu)造

第三部分.泄槽

一般是矩形，且應(yīng)該襯砌。對(duì)于巖基較軟弱破碎或土基上的泄槽，可按梯形斷面布置，并加固邊坡護(hù)面或用擋土墻護(hù)砌。邊坡系數(shù)不應(yīng)大于1.5（以1.1～1.5為宜），以免水流外溢。橫斷面矩形斷面梯形斷面二各部分構(gòu)造

第三部分.泄槽襯砌塊的分縫宜錯(cuò)縫布置，一般情況下泄槽底板縫間距為10m～15m，襯砌較薄時(shí)可取小值。襯砌的接縫一般有平接縫、搭接縫、齒槽縫和鍵槽縫等四種型式。構(gòu)造襯砌的分縫、止水平縫鍵槽縫齒槽縫搭接縫有利于避免下游塊升起，防止高速水流產(chǎn)生沖擊波接縫表面平整，有利于防止高速水流產(chǎn)生沖擊波特點(diǎn)：二各部分構(gòu)造平縫鍵槽縫齒槽縫搭接縫

第三部分.泄槽構(gòu)造襯砌的分縫、止水一般要求對(duì)比：橫縫比縱縫要求嚴(yán)格，陡坡段比緩坡段要求嚴(yán)格，地質(zhì)條件差的部位比條件好的部位要求嚴(yán)格。在巖基上，順?biāo)鞣较虻目v縫一般可做成鍵槽縫或平接縫等型式；而垂直水流方向的橫縫一般都采取搭接縫或齒槽縫等型式。而且，下流襯砌板邊緣最好是做成斜坡（圖（c）、（d））。在土基上，縱縫可采用鍵槽縫的型式，橫縫最好采用齒槽縫，其作用是可以阻止襯砌板在重力作用下順坡蠕動(dòng)，以免襯砌邊緣產(chǎn)生擠壓破裂，縫寬隨分塊大小及地基性質(zhì)而異，多采用1cm～2㎝。二各部分構(gòu)造

第三部分.泄槽構(gòu)造襯砌的分縫、止水二各部分構(gòu)造

第三部分.泄槽構(gòu)造襯砌的分縫、止水二各部分構(gòu)造

第三部分.泄槽構(gòu)造襯砌的分縫、止水二各部分構(gòu)造

第三部分.泄槽構(gòu)造巖基上的排水

巖基上的橫向排水，通常在巖基開(kāi)挖溝槽并回填碎石形成。溝槽尺寸一般取0.3m×0.3m，頂面蓋上木板或?yàn)r青油毛氈，防止?jié)仓r砌時(shí)砂漿進(jìn)入而影響排水效果?？v向排水:一般在溝內(nèi)放置透水的混凝土管，直徑10cm～20cm，具體尺寸視滲水多少而定。施工時(shí):縱、橫排水溝應(yīng)注意開(kāi)挖成一定的坡度，保證橫向排水匯集的滲水盡快地匯集到縱向排水管，并順暢地排往下游。二各部分構(gòu)造

第三部分.泄槽構(gòu)造巖基上的排水

土基平鋪式排水:由30cm厚度的碎石層形成。粘性土地基:應(yīng)先鋪一層厚0.2m～0.5m的砂礫墊層，再鋪碎石，或直接在砂礫墊層中布置透水混凝土管以形成排水層。對(duì)于細(xì)砂地基，則應(yīng)先鋪一層厚0.2m～0.4m的粗砂，再做碎石排水層。二各部分構(gòu)造

第三部分.泄槽構(gòu)造巖基上的排水

土基平鋪式排水:由30cm厚度的碎石層形成。粘性土地基:應(yīng)先鋪一層厚0.2m～0.5m的砂礫墊層，再鋪碎石，或直接在砂礫墊層中布置透水混凝土管以形成排水層。對(duì)于細(xì)砂地基，則應(yīng)先鋪一層厚0.2m～0.4m的粗砂，再做碎石排水層。二各部分構(gòu)造

第四部分.消能防沖段

土基平鋪式排水:由30cm厚度的碎石層形成。粘性土地基:應(yīng)先鋪一層厚0.2m～0.5m的砂礫墊層，再鋪碎石，或直接在砂礫墊層中布置透水混凝土管以形成排水層。對(duì)于細(xì)砂地基，則應(yīng)先鋪一層厚0.2m～0.4m的粗砂，再做碎石排水層。二各部分構(gòu)造

第四部分.消能防沖段1.消能方式：（1）底流式：適用于地質(zhì)條件較差或溢洪道出口距壩較近的情況。（2）挑流式：適用于水頭大，有較好的巖基或泄末