混凝土壩導(dǎo)流底孔計算設(shè)計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u31408混凝土壩導(dǎo)流底孔計算設(shè)計案例 1188071.1底孔布置原則 1284301.2確定底孔高程 1201501.3底孔形式與孔口尺寸 1276221.4確定進水口曲線 160241.5底孔體形設(shè)計 292131.6流態(tài)判別 2178521.7底孔陡緩與長短管判別 4275451.8底孔泄流能力計算 4對于混凝土壩施工，底孔導(dǎo)流應(yīng)用廣泛。在本工程中，由于洪水峰高且量大，為了保證泄水的能力，因此將底孔的位置選擇在非溢流壩段。1.1底孔布置原則綜合工程實際，在圍堰設(shè)置導(dǎo)流底孔時，應(yīng)考慮設(shè)置在近河道的主流位置，便于泄流；病需要考慮經(jīng)濟成本，簡化施工，已達到經(jīng)濟有效，消能防沖的作用。1.2確定底孔高程由工程資料可知，本工程處于金沙江上游且金沙江枯水水位為266.50米,為了保證導(dǎo)流底孔能夠在枯水期同樣能夠保證泄水，綜合航運、灌溉、安全等各項因素的均衡考慮，擬定其底板高程為260米，頂部高程為278.97米。1.3底孔形式與孔口尺寸參考已建工程，可以知道導(dǎo)流底孔的寬高比一般在1.0~2.5之間選取。由于西江電站的施工周期長，工程規(guī)模較大，以及根據(jù)導(dǎo)流截流條件以及應(yīng)力情況等綜合分析，選取城門洞形形式作為本工程施工導(dǎo)流的導(dǎo)流底孔的斷面形式，孔口尺寸定為10米*14米，其中底坡i取0。1.4確定進水口曲線根據(jù)導(dǎo)流底孔的泄流能力，經(jīng)濟合理的設(shè)置進水口，且盡可能防止氣蝕的產(chǎn)生。其橢圓曲線方程為：式中：a——橢圓的長半軸長度，m;b——橢圓的短半軸長度，m。通過a/b的優(yōu)值表（見附件2）進行取值，最終算得曲線方程為:x由上可知，進水口段與喇叭口段銜接處的孔高為21m，進口段與平直段相銜接的孔高為14m，整個進水口段的長度為14m。1.5底孔體形設(shè)計式在左岸設(shè)置6個導(dǎo)流底孔，初步擬定1～4#孔的底孔長度約為138.40m，5～6#孔的導(dǎo)流底孔長度為206.35米。因此導(dǎo)流底孔的設(shè)計可以知道：喇叭口段：孔口長度為11.5米；矩形漸變段：孔口長度為14米，底孔高度為：21-14米；平直段：孔口長度為4.5米，底孔高度為：14米；方變圓漸變段：孔口長度為30.4米，底孔高度為：14-11米；圓弧段：1-4#孔口長度為66.1米，底孔高度為：14米；5#孔口長度為137.25米，底孔高度為：14米；6#孔口長度為121.1米，底孔高度為：14米；圓弧漸變段：1-4#孔口長度為24米，底孔高度為：14-12.5米；5#孔口長度為20.8米，底孔高度為：14-12.7米；6#孔口長度為36.95米，底孔高度為：14-12.7米；1.6流態(tài)判別（1）根據(jù)《水利水電施工組織設(shè)計手冊》，當(dāng)管道內(nèi)水流為半有壓流時，可以計算泄流管道的下限流量QpcQ式中：τpcAd——管道自身即導(dǎo)流底孔斷面面積，（取Ad=131.5），md——管道高度，（擬為14），m；μ——管道的流量系數(shù)，（取0.63）；ε——管道進水口的收縮系數(shù)（取0.72）。根據(jù)上述公示可以算得半有壓流下限泄流量：Q（2）根據(jù)《水力計算手冊》可知半有壓流與有壓流分界點的上游水位的臨界水位壅高比可以計算為：式中：HFC——有壓流時進水口上的水位深度d——管道高度，m；對于導(dǎo)流底孔，期孔內(nèi)水流的流態(tài)受到低空長度以及坡度等參數(shù)的共同影響。臨界流量QFC可以計算為式中：η——底孔為有壓流時的孔口水頭比，（取0.7）；l——有壓管道地總長度，m；τFC——管道分界點的上游臨界水深的壅高比，（取1.5μ——管道的流量系數(shù)。對于本工程而言，管道斷面隨著沿程不斷變化，故μ可以根據(jù)以下公式進行計算：式中：——能量損失系數(shù)；Adi——分段Rdi——分段的水力半徑，R=A/C(C為濕周，m)Cdi——管道的謝才系數(shù)，Cη——有壓流出口水頭比，（取0.7）。由上述公式及原理可以得出1-6#底孔流量系數(shù)如下表：表1.6-3不同有壓流的導(dǎo)流底孔的流量系數(shù)計算值表導(dǎo)流底孔（共6孔）μ臨界流量上限值1?！?＃（4孔）0.90951772.91m3/s5＃～6＃（2孔）0.89371742.11m3/s導(dǎo)流底孔半有壓流量的下限泄流量：Qpc=900.36m3根據(jù)計算所得可以知道：1-4#時的明流區(qū)間為0.00-900.36m3/s，半有壓流區(qū)間為857.48-1772.91m3/s，有壓流區(qū)間為≥1772.91m3/s；5-6#時的明流區(qū)間為0.00~900.36m3/s，半有壓流區(qū)間為857.48-1742.11m3/s，有壓流區(qū)間為≥1772.91m3/s；1.7底孔陡緩與長短管判別當(dāng)設(shè)計時應(yīng)考慮明渠水流的泄流能力，應(yīng)充分考慮底孔進口形式、坡的坡率以及底孔的出流條件對明渠的泄流能力產(chǎn)生的影響，并根據(jù)底孔的陡緩以及長短管的情況進行設(shè)計，設(shè)計依據(jù)《明渠管道泄流影響-泄流因素的判別》，已知管道進口具有垂直的側(cè)墻，因此可以取m則可以計算臨界水深?k為式中：q——導(dǎo)流底孔的單寬流量，m3/s；b——過水?dāng)嗝娴倪^流寬度，（取10），m；α——水流的動能修正系數(shù)，（取1.1）。根據(jù)上述公式可以求得，各導(dǎo)流底孔的長度均小于lc長度，因此上述導(dǎo)流底孔均可按照短管計算。表1.7-1計算表導(dǎo)流底孔（共6孔）Q（m3/s）Hk底孔長度（m）1?！?＃（4孔）1772.9115.22941.64139.005?！?＃（2孔）1742.1115.04932.48206.951.8底孔泄流能力計算(1)當(dāng)為無壓流管道時當(dāng)導(dǎo)流底孔泄流為非淹沒流寬頂堰，其計算公式為：式中：m——水流的流量系數(shù)，（取0.35）；——過水?dāng)嗝嫫骄鶎挾龋ㄅR界水深情況），m。當(dāng)?shù)卓仔沽鳚M足?s?il≥0.75H式中：m——水流的流量系數(shù)，（取0.35）；σ——水流的淹沒系數(shù)；——過水?dāng)嗝嫫骄鶎挾龋ㄅR界水深情況），m。根據(jù)已知流量，和已知條件進行試算，當(dāng)水流為無壓流時，其試算結(jié)果如下：表1.8-21-6#底孔無壓流計算表1-6#Q1（m3/s）Q（m3/s）Hs?H0流態(tài)無壓流900.365042.1612.350.7915.650.94275.65淹沒流800.00480011.710.8114.560.93274.56淹沒流600.00360010.220.8312.380.89272.38淹沒流400.002400.008.490.8510.010.82270.01淹沒流200.001200.006.390.917.000.70267.00淹沒流0.000.000.00260.00-（2）當(dāng)為有壓流管道時根據(jù)工程實際，根據(jù)下游水位與導(dǎo)流底孔的相對高度，可以將水流分為淹沒流和自由出流。因此有壓流管道的泄流能力的計算公式為：當(dāng)i不變時，計算公式可變?yōu)椋菏街校?p——導(dǎo)流出口底板以上的計算水深，（計算得9.8），mZ0——,水流T0μ——水流的流量系數(shù)；Ad——對應(yīng)的管道斷面面積，㎡下面以天然流量為依據(jù)進行流量的劃分試算，分別計算出導(dǎo)流底孔1-4#每孔的有壓流流量情況：表1.8-3導(dǎo)流底孔有壓上游水深與流量關(guān)系表底孔流量Q（m3/s）Z下（m）hp（m）流態(tài)1-4#μ1-4#Ad5-6#μ5-6#AdH0（m）Q1（m3/sQ2（m3/sQ（m3/s）10637.46277.0817.08淹沒流0.91101.150.87101.1536.31896.94875.9610637.4211700.00278.0018.00淹沒流0.91101.150.87101.1541.26986.52961.4411700.0112870.00279.0019.00淹沒流0.91115.600.87101.1542.431156.60988.3512870.0214100.00280.0020.00淹沒流0.91115.600.87101.1548.131266.851082.5614100.0515450.00281.0021.00淹沒流0.91115.600.87101.1554.771388.471186.4915449.9516900.00282.0022.00淹沒流0.91115.600.87101.1562.401518.801297.8516900.0018400.00281.0021.00淹沒流0.91115.600.87101.1570.901651.611411.0618400.0819900.00284.0024.00淹沒流0.91115.600.87101.1580.021788.391528.2319900.0321400.00285.0025.00淹沒流0.91115.600.87101.1589.791921.191641.4321400.06綜合上表，可得出導(dǎo)流底孔1-6#孔洞在有壓、半有壓、無壓情況下的泄流能力，如下表1.8-4所示：表1.8-41-6#導(dǎo)流底不同流態(tài)下各孔泄流能力表導(dǎo)流底孔流態(tài)ZQ總無壓260.000.00267.001200.00270.012400.00272.383600.00274.564800.00275.655042.16半有壓--