水利工程論文-淺談翼墻的設(shè)計(jì)摘要：水工建筑物的進(jìn)出口兩側(cè)都有翼墻布置，其作用是：上游翼墻主要是促成水流的良好收縮，引導(dǎo)水流平順而均勻地進(jìn)閘，并保護(hù)岸坡不致受行近流速的刷蝕。下游翼墻是引導(dǎo)水流出閘，使出閘水流逐漸均勻擴(kuò)散不致發(fā)生回流、漩渦或橫流，以免沖擊岸坡。兩者上上下游銜接的過(guò)渡段，它對(duì)于確保工程的安全運(yùn)行，經(jīng)濟(jì)合理是很重要的。關(guān)鍵詞：翼墻設(shè)計(jì)水工建筑物一、翼墻的布置對(duì)水流的影響上游翼墻的擴(kuò)散角度不宜過(guò)大，過(guò)大則閘門進(jìn)口過(guò)水寬度收縮太快，在兩側(cè)邊墩處容易產(chǎn)生渦流，對(duì)閘身及閘門的安全均為不利。如果地有一節(jié)制閘，30孔凈寬300米，上游水面寬闊，曾對(duì)上游翼墻的擴(kuò)散角作過(guò)整體模型比較試驗(yàn)，經(jīng)試驗(yàn)指出，當(dāng)擴(kuò)散角為1430時(shí)，邊墩的渦流始得改善。下游翼墻擴(kuò)散角對(duì)出閘水流的影響很大。出閘高速水流要求盡可能地?cái)U(kuò)散，以減少單寬流量，并在全部寬度上均勻分布，因此不論擴(kuò)散本身是否結(jié)合消能和消能的形式如何，而平面擴(kuò)散總是消能的一個(gè)必要步驟。尤其是水頭差較小的閘下消能，平面擴(kuò)散較為重要。翼墻擴(kuò)散對(duì)閘下消能影響巨大，如果翼墻擴(kuò)散角度太大或擴(kuò)散不良，使水流不能順著翼墻擴(kuò)散面擴(kuò)散，可能形成回流區(qū)域，壓縮主流，使單寬流量集中并容易造成偏流，同時(shí)在翼墻末端與河渠相接處，因斷面放大而形成甚強(qiáng)之回流，淘刷岸坡及河底。翼墻擴(kuò)散角度太大，還常常引致主流脫離翼墻，集中沖向下游形成折沖水流。反之，如翼墻擴(kuò)散角擴(kuò)散得太緩，將增加擴(kuò)散段長(zhǎng)度，造成建筑材料的浪費(fèi)。翼墻擴(kuò)散角度愈小，長(zhǎng)度愈長(zhǎng)，則水流情形愈為順適。從水工模型試驗(yàn)證明，以翼墻長(zhǎng)度L=20m及30m進(jìn)行比較試驗(yàn)，結(jié)果認(rèn)為30m長(zhǎng)之翼墻在增加有效過(guò)水面積，減少平均流速等方面均較20m之翼墻為佳。介在設(shè)計(jì)時(shí)，為求經(jīng)濟(jì)起見(jiàn)，一般并不采取太長(zhǎng)的翼墻，以求節(jié)省工程投資。下游翼墻末端宜與護(hù)坦末端齊平，同時(shí)出擴(kuò)坦后翼墻不宜急轉(zhuǎn)，而應(yīng)以漸變曲線或扭曲面與岸坡聯(lián)結(jié)，這樣布置可大大改善岸坡的水流條件。二、翼墻的最佳形式選擇翼墻的迎水面最好采用扭曲面，從閘身開(kāi)始，擴(kuò)散角應(yīng)該很小，并且墻的迎水面是垂直的，因?yàn)檫@樣，可使水流更為順適。其次為圓弧面，再其次是直立的八字式翼墻。翼墻的擴(kuò)散應(yīng)該是平滑的曲線或直線，但不要做成折線形狀。國(guó)因?yàn)樵谝韷D(zhuǎn)折點(diǎn)后，會(huì)出現(xiàn)水流分離現(xiàn)象，產(chǎn)生低壓區(qū)域，該區(qū)域擴(kuò)散能力較弱，而在低壓區(qū)域的下游擴(kuò)散能力又過(guò)強(qiáng)，因而造成極不均勻的水深分布。試驗(yàn)證明，翼墻墻壁如果偏轉(zhuǎn)過(guò)快，將使有限的波浪傳播速度所允許的水流偏轉(zhuǎn)不能立即跟上，造成急流脫離邊墻，將產(chǎn)生局部的擾動(dòng)及促使沖擊波的形成，使得水流呈現(xiàn)不均勻分布。因此水體的側(cè)面邊介應(yīng)避免突然急驟的變化，如果是一個(gè)有效的擴(kuò)散邊介時(shí)應(yīng)當(dāng)在曲度上連續(xù)變換。如果采用直線型的八字式翼墻，其擴(kuò)散角度一般以12左右為宜。這一合理指標(biāo)的提出，已經(jīng)在水工模型試驗(yàn)及實(shí)際運(yùn)用觀測(cè)中所證實(shí)。翼墻不宜采用90轉(zhuǎn)角，以水工模型試驗(yàn)結(jié)果，水流出閘孔口集中于河道中心線上，以致兩岸坡上產(chǎn)生直軸回流，影響流量系數(shù)，且對(duì)岸坡及河床有沖刷作用。三、翼墻的擴(kuò)散角選擇和長(zhǎng)度確定當(dāng)水閘下游列消能設(shè)備時(shí)，翼墻擴(kuò)散角可按下式估算：式中：h2下游尾水在消力池變色鏡以上的深度（米）P消能設(shè)備的高度（米）H1消能設(shè)備處的水深（米）P/H1各種消能設(shè)備的高度與該處水深的比值的總和上游翼墻的長(zhǎng)度，一般不小于閘上水深的36倍，并至少應(yīng)達(dá)到上游護(hù)坦的末端，其高度應(yīng)略高于上游最高水位。下游翼墻的長(zhǎng)度根據(jù)需要進(jìn)行布置，其高度在靠近水閘出口處應(yīng)略高于下游最高水位，對(duì)于中小型水閘，翼墻的長(zhǎng)度通常按水面寬度來(lái)確定：L=（2.5-3）B=Bm-Bn式中：L翼墻長(zhǎng)度（米）Bm下游引河的水面寬度（米）Bn閘內(nèi)的水面寬度（米）四、工程實(shí)例分析實(shí)例一：北潭圍村對(duì)蝦養(yǎng)殖場(chǎng)進(jìn)水閘2孔bh=2.02.0米。該進(jìn)水閘于86年底竣工后運(yùn)轉(zhuǎn)不到一個(gè)月，發(fā)現(xiàn)在下游兩翼墻之間的部位被水流沖刷成為一個(gè)類似漏斗形的水潭，其中央深度達(dá)3米左右。原因分析：1、當(dāng)河渠設(shè)計(jì)水深為2M時(shí)，下游水面寬度B=22.80M，但閘身寬度b=4m，B/b=5.73。2、翼墻擴(kuò)散角度太大。1=1330，2=4920，由1過(guò)渡到2布置成折線形狀，角度1到2突變達(dá)到3.65倍，使水流脫離墻面，造成兩側(cè)回流。3、閘門啟閉程序不當(dāng)，兩孔開(kāi)啟度未保持同步開(kāi)啟，加之消力池后閘門沒(méi)有同步全開(kāi)，造成孔口出流，形成二次水躍后進(jìn)入下游河渠，引起沖刷潭的形成。4、翼墻長(zhǎng)度太短，由兩個(gè)擴(kuò)散角組成的折線長(zhǎng)度只有7.7米，若按最優(yōu)擴(kuò)散角12和水面寬度22.8m計(jì)算，則翼墻長(zhǎng)度應(yīng)為=31m或26m，而實(shí)際長(zhǎng)度僅占計(jì)的和。以上四點(diǎn)原因，使下游出現(xiàn)對(duì)建筑物危害作用的折沖水流，造成沖刷潭。實(shí)例二：洋青西寮水閘該閘為7孔2M自動(dòng)旋倒閘門，建于70年代，下游翼墻采用90轉(zhuǎn)角與河渠連接，下游水面寬闊達(dá)30米左右。運(yùn)用一年后在下游兩翼墻90轉(zhuǎn)角后發(fā)現(xiàn)沖刷潭，深度約2M多，且兩個(gè)翼墻產(chǎn)生同位的開(kāi)裂。原因分析：1、閘門的旋倒未能達(dá)到統(tǒng)一步調(diào)，有先有后，加上缺乏專人管理，使多股水流速不平穩(wěn)地相繼進(jìn)入下游河渠，引起橫向水流折沖，方向混亂。2、翼墻未端90轉(zhuǎn)角進(jìn)入下游開(kāi)闊水面，使兩岸壁產(chǎn)生立軸回流，造成沖刷潭。五、幾點(diǎn)看法1、在設(shè)計(jì)水工建筑物過(guò)程中，設(shè)計(jì)者往往容易忽視上下游翼墻的合理布局，多系根據(jù)建筑物上下游河床寬度進(jìn)行帶有任意性的連接，缺乏精細(xì)的理論計(jì)算，側(cè)重于考慮閘室結(jié)構(gòu)的安全計(jì)算，造成顧此失彼的現(xiàn)象，給工程的安全帶來(lái)不應(yīng)有的損失。2、沒(méi)有籌備足夠的資金，盲目地采取遷就的因陋就簡(jiǎn)辦法，或改變?cè)瓉?lái)合理的設(shè)計(jì)尺寸，以圖節(jié)