第五節(jié)溢流重力壩第1頁，共19頁，2023年，2月20日，星期三溢流重力壩既能擋水又能通過壩頂溢流,又是泄水建筑物,它主要承擔泄洪保壩、輸水供水、排沙、放空水庫、施工導(dǎo)流等任務(wù)。溢流壩除具有非溢流壩相同的工作條件外，同時又要滿足泄洪要求，因此，壩體設(shè)計除要滿足穩(wěn)定和強度要求外，還要滿足下列要求：1、要有足夠的泄水能力（孔口尺寸、孔口體形、流量系數(shù)）2、除了滿足強度穩(wěn)定條件外，還要滿足泄洪要求（要盡量減小高速水流帶來的問題：負壓、振動；下游流態(tài)平瞬，減小局部沖刷；控制水流設(shè)備）溢流重力壩的工作特點第2頁，共19頁，2023年，2月20日，星期三

1.有足夠的孔口尺寸、良好的孔口體形和泄水時具有較高的流量系數(shù)。2.使水流平順地流過壩體，不產(chǎn)生不利的負壓和振動，避免發(fā)生空蝕現(xiàn)象。3.保證下游河床不產(chǎn)生危及壩體安全的局部沖刷4.溢流壩段在樞紐中的位置，應(yīng)使下游流態(tài)平順，不產(chǎn)生折沖水流，不影響樞紐中其他建筑物的正常運行。5.有靈活控制水流下泄的設(shè)備，如閘門、啟閉機等。

設(shè)計要求：第3頁，共19頁，2023年，2月20日，星期三 溢流重力壩既能擋水又能通過壩頂溢流。因此，壩體設(shè)計除要穩(wěn)定和強度計算與非溢流壩相同外，還涉及到泄流的孔口尺寸、溢流堰形態(tài)以及消能方式等的合理選定。一溢流壩的剖面溢流壩的基本剖面呈三角形。其實用斷面是將三角形上部和壩體下游斜面做成溢流面，且溢流面外形應(yīng)具有較大的流量系數(shù)，使泄流順暢，壩面不發(fā)生空蝕。第4頁，共19頁，2023年，2月20日，星期三溢流壩由頂部溢流面曲線段、中間直線段和下部反弧段組成。1-頂部溢流段；2-直線段；3-反弧段；4-基本剖面5-薄壁堰；6-薄壁堰溢流水舌溢流壩的堰面曲線

1.頂部曲線段(1)為控制流量的關(guān)鍵部位。(2)規(guī)范規(guī)定：溢流壩段的堰面曲線，當采用開敞式溢流孔時可采用冪曲線；當設(shè)有胸墻時，可采用孔口泄流的拋物線。。溢流壩頂曲線的形狀對泄流能力及流態(tài)影響很大。當采用壩頂溢流孔口時，其壩頂溢流面曲線常采用非真空剖面曲線。采用較廣泛的非真空剖面曲線有克-奧曲線和冪曲線(或稱WES曲線)兩種。第5頁，共19頁，2023年，2月20日，星期三設(shè)有胸墻的溢流面曲線上述兩種堰面曲線是根據(jù)定型設(shè)計水頭確定的．當宣泄校核洪水時，堰面出現(xiàn)負壓值應(yīng)不超過3—6m水柱高。第6頁，共19頁，2023年，2月20日，星期三

3.中間直線段

中間直線段與壩頂曲線和下部反弧段相切，坡度與非溢流壩的下游壩坡相同。4、溢流壩下游反弧段下部反弧段是使沿溢流壩面下泄的高速水流平順地轉(zhuǎn)向的工程設(shè)施，要求沿程壓力分布均勻，不產(chǎn)生負壓和不致引起有害的脈動壓力。通常采用圓弧曲線，其反弧段半徑應(yīng)視下游消能設(shè)施而定。第7頁，共19頁，2023年，2月20日，星期三二、孔口尺寸的擬定

溢流壩孔口尺寸擬定包括過水前緣總寬度，堰頂高程，孔口數(shù)目、尺寸等其中孔口擬定和布置涉及因素許多如：洪水設(shè)計標準、下游防洪要求、庫水位雍高有無限制、是否利用洪水預(yù)報、過水方式以及樞紐地形、地質(zhì)條件等。1.下泄流量的確定溢流孔口尺寸主要取決于通過溢流孔口的下泄洪水流量Q，根據(jù)設(shè)計和校核情況下的洪水來量,經(jīng)調(diào)洪演算確定下泄洪水流量Q，再減去泄水孔和其它建筑物下泄流量之和QoQ=Qs-aQo第8頁，共19頁，2023年，2月20日，星期三2、單寬流量的確定

單寬流量的大小是溢流重力壩設(shè)計中一個很重要的控制性指標。單寬流量一經(jīng)選定,就可以初步確定溢流壩段的凈寬和堰頂高程。單寬流量愈大,下泄水流的動能愈集中,消能問題就愈突出,下游局部沖刷會愈嚴重,但溢流前緣短，對樞紐布置有利。因此,一個經(jīng)濟而又安全的單寬流量，必須綜合地質(zhì)條件、下游河道水深、樞紐布置和消能工設(shè)計多種因素,通過技術(shù)經(jīng)濟比較后選定。工程實證明對于軟弱巖石常取q=20～50m3/(s·m)；中等堅硬的巖石取q=50～100m3/(s·m)；特別堅硬的巖石q=100～150m3/(s·m)；地質(zhì)條件好、堰面鋪鑄石防沖、下游尾水較深和消能效果好的工程,可以選取更大的單寬流量。近年來，隨著消能技術(shù)的進步,選用的單寬流量也不斷增大。在我國已建成的大壩中，龔嘴的單寬流量達254.2m3/(s·m),目前正在建設(shè)中的安康水電站單寬流量達282.7m3/(s·m)。而委內(nèi)瑞拉的古里壩其單寬流量已突破了300m3/(s·m)的界限。第9頁，共19頁，2023年，2月20日，星期三(1)單寬流量q確定以后,溢流前緣總寬度LL=Q溢/q（m）

裝有閘門的溢流壩,用閘墩將溢流段分隔為若干個等寬的孔。設(shè)孔口總數(shù)為n，孔口寬度b=L/n，d為閘墩厚度，則溢流前緣總寬度L0為:L0=n×b+（n-1）d（m）

3、溢流壩段的總長度第10頁，共19頁，2023年，2月20日，星期三三、溢流壩的結(jié)構(gòu)布置(一)閘門和啟閉機工作閘門

事故閘門檢修閘門1.閘門平面閘門弧形閘門平面閘門

浮箱閘門疊梁2.啟閉機活動式：門機固定式：卷揚式啟閉機

(二)閘墩、工作橋和交通橋

閘墩用來分孔，承受閘門傳來的水壓力，支承工作橋和交通橋第11頁，共19頁，2023年，2月20日，星期三

2.閘墩厚度

閘墩厚度與閘門形式有關(guān)。采用平面閘門時需設(shè)閘門槽，工作閘門槽深0·5～2·om，寬1～4m，門槽處的閘墩厚度不得小于1～1．5m，以保證有足夠的強度?；⌒伍l門閘墩的最小厚度為1．5～2．0m。如果是縫墩，墩厚要增加o．5～1．0m。由于閘墩較薄，需要配置受力鋼筋和溫度鋼筋。

3.閘墩的長度和高度

閘墩的長度和高度，應(yīng)滿足布置閘門、工作橋、交通橋和啟閉機械的要求。

4.邊墩和導(dǎo)墻

溢流壩兩側(cè)設(shè)邊墩也稱邊墻，一方面起閘墩的作用，同時也起分隔溢流段和非溢流段的作用。第12頁，共19頁，2023年，2月20日，星期三四、溢流壩的下游消能措施通過溢流壩下泄的水流具有很大的動能,常高達幾百萬甚至3000萬kW，如此巨大的能量,若不妥善進行處理,勢必導(dǎo)致下游河床被嚴重沖刷,甚至造成岸坡坍塌和大壩失事。1.消能工的設(shè)計原則(1)盡量使下泄水流的大部分動能消耗在水流內(nèi)部的紊動中,以及水流與空氣的摩擦上;(2)不產(chǎn)生危及壩體安全的河床或岸坡的局部沖刷;(3)下泄水流平穩(wěn),不影響樞紐中其他建筑物的正常運行;(4)結(jié)構(gòu)簡單,工作可靠;(5)工程量小，造價低。第13頁，共19頁，2023年，2月20日，星期三

消能方式

底流消能、挑流消能、面流消能和消力戽消能等。

2.底流消能底流消能是在壩下設(shè)置消力池，消力坎或綜合式消力池和其它輔助消能設(shè)施,促使下泄水流在限定的范圍內(nèi)產(chǎn)生水躍。主要通過水流內(nèi)部的旋滾、摩擦、摻氣和撞擊達到消能的目的,以減輕對下游河床的沖刷。底流消能工作可靠，但工程量較大，多用于低水頭、大流量的溢流重力壩。3、挑流消能

挑流消能原理：利用溢流壩下游反弧段的鼻坎,將下泄高速水流挑射拋向空中,拋射水流在摻入大量空氣時消耗部分能量,而后落到距壩較遠的下游河床水墊中產(chǎn)生強烈的漩滾,并沖刷河床形成沖坑,隨著沖坑逐漸加深,大量能量消耗在水流漩滾的摩擦之中,沖坑也逐漸趨于穩(wěn)定。該消能方式優(yōu)點：簡單、經(jīng)濟、工期短；缺點：尾水活動比較大，霧化大，影響電站工作。鼻坎挑流消能一般適用于基巖比較堅固的中、高溢流重力壩。第14頁，共19頁，2023年，2月20日，星期三（1）鼻坎挑流消能設(shè)計包括：選擇合適的鼻坎型式、鼻坎高程，挑射角度、反弧半徑、鼻坎構(gòu)造和尺寸、計算挑射距離和最大沖坑深度。挑流形成的沖坑應(yīng)保證不影響壩體及其它建筑物的安全。(2）常用的挑流鼻坎型式連續(xù)式、差動式、窄縫式和扭曲式等第15頁，共19頁，2023年，2月20日，星期三連續(xù)式鼻坎優(yōu)點：構(gòu)造簡單，易于施工，射程遠，水流平順，很少產(chǎn)生空蝕，水流霧化較輕。缺點：摻氣作用較差。適用于尾水較深，基巖較為均一、堅硬及溢流前沿較長的泄水建筑物。鼻坎高程：一般高出下游最高水位1~2m，現(xiàn)有低鼻坎挑流低于下游最高水位，如浸窩。鼻坎挑射角一般θ=20～35°，深水河θ=15~20°。(在45°以內(nèi)，角度愈大，挑射距離愈遠，但入水角度也大，沖刷坑也愈深)，R過小時，水流轉(zhuǎn)向不平順；過大時，鼻坎向下游延伸太長，增大工程量。差動式挑流鼻坎

優(yōu)點：設(shè)置高低坎，射流挑離鼻坎時上下分散，加劇了挑射水舌在空氣中的摻氣和碰撞，，加大空中耗能，減小入水的單位面積上的能量，下游波動也小些，可提高消能效果，減小沖刷坑深度。型式：矩形和梯形齒坎；缺點：但沖刷坑最深點距壩底較近，鼻坎上流態(tài)復(fù)雜，特別在高速水流作用下易于空蝕。矩形側(cè)壁易產(chǎn)生較大負壓；梯形施工復(fù)雜。第16頁，共19頁，2023年，2月20日，星期三4、面流式消能適用于中小型工程，水頭低，下游水深大且變幅小。消能特點:利用鼻坎將主流挑至水面，在鼻坎附近表面主流與河床之間形成逆向旋滾。使高速水流與河床隔開，避免對壩趾附近河床的沖刷，主流在水面逐漸擴散消能，反向旋滾也可消除一部分能量。

優(yōu)點:面流消能不需設(shè)護坦和其他加固措施缺點:高速水流在表面、伴有強烈的波浪、綿延數(shù)里，影響電站運行及下游通航，易沖刷兩岸第17頁，共19頁，2023年，2月20日，星期三5、消力戽適用：尾水深、變幅小、無航運要求，下游河岸有一定抗沖能力。特點：消力戽是以模型試驗為基礎(chǔ)研究成功的一種消能的方式,它是利用一個較大的反弧半徑和挑角形成的戽斗、在一定尾水深度的作用下，使從溢流壩下游的高速水流在戽斗內(nèi)產(chǎn)生激烈的表面旋滾，并使出戽的高速水股在底部及尾水中均產(chǎn)生旋滾，以達到較好的消能效果。30年首先在美國大苦力壩中采用，我國安康采用。優(yōu)點：工程量較消力池小，沖刷坑比挑流式淺，不存在霧化問題；缺點：下游水面波動大，易沖刷岸坡，不利航運，戽面磨損率高，增大了維修費用。第18頁，共19頁，2023年，2月20日，星期三6、下游折沖水流及其防止發(fā)生原因：開啟部分泄水孔，下游水流不能迅速在