PAGEPAGE23第頁(yè)第六章河岸溢洪道第一節(jié)概述水庫(kù)樞紐三大件：擋水建筑物、泄水建筑物、取水建筑物。溢洪道：宣泄水庫(kù)中容納不下的多余洪水，保證大壩及工程的安全。布置方式：與大壩相結(jié)合，布置在河床中間，成為河床式溢洪道，如重力壩、拱壩的溢流壩段。當(dāng)大壩為土石壩，溢洪道就不能與大壩結(jié)合，不能布置在河床中，需要布置在河岸邊（水庫(kù)邊），成為河岸式溢洪道。河岸溢洪道的類型類型：開(kāi)敞式溢洪道：正槽式、側(cè)槽式。正常溢洪道：封閉式溢洪道：井式、虹吸式。非常溢洪道：漫流式、自潰式、爆破引潰式1.正槽式溢洪道水流過(guò)溢流堰后，水流方向不變，進(jìn)入泄水槽。特點(diǎn)：水流平順，泄水能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，常用。適用：岸邊有合適的馬鞍形山口時(shí)，此時(shí)開(kāi)挖量最小。正槽溢洪道圖2.側(cè)槽式溢洪道水流過(guò)堰后，轉(zhuǎn)向約90°，進(jìn)入泄水槽。特點(diǎn)：水流條件復(fù)雜，水面極不平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)大壩有影響。適用：兩岸山體陡峭，無(wú)法布置正槽式溢洪道，可在壩頭一端布置側(cè)槽式溢洪道，此時(shí)溢流堰的走向與等高線大體一致，可減少開(kāi)挖量，但水流就有轉(zhuǎn)向問(wèn)題。適用于中、小型工程。側(cè)槽溢洪道圖3.井式溢洪道特點(diǎn)：是管流，泄水能力低，水流條件復(fù)雜，易出現(xiàn)空蝕，應(yīng)用較少。井式溢洪道圖4.虹吸式溢洪道原理：溢洪道由曲管組成，曲管最頂部設(shè)通氣孔，通氣孔的出口在水庫(kù)的正常高水位處，當(dāng)水庫(kù)的水位超過(guò)正常高水位，淹沒(méi)了通氣孔，曲管內(nèi)沒(méi)有空氣，泄水時(shí)有虹吸作用，可增加泄水能力。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不便檢修，易空蝕，超泄水能力小。用于中小型工程。虹吸式溢洪道圖河床式溢洪道的位置選擇安全方面修建在堅(jiān)固的巖石地基上，必須修在挖方上，兩側(cè)山體必須保證穩(wěn)定，水流進(jìn)出口不宜離大壩太近。經(jīng)濟(jì)方面選擇高程合適的馬鞍形山口，開(kāi)挖方量少，出水歸河，沖毀農(nóng)田要少。3.施工運(yùn)用方面為管理運(yùn)用方便，不宜離大壩太遠(yuǎn)，施工中要考慮出渣線路、堆渣場(chǎng)地，最好開(kāi)挖的土石料能用在修壩中。要考慮爆破的影響。第二節(jié)河岸溢洪道正槽式溢洪道的組成組成部分：進(jìn)水渠、控制段、泄水槽、消能設(shè)施、出水渠。1.進(jìn)水渠往往溢流堰不能緊靠水庫(kù)，需修建進(jìn)水渠將水庫(kù)中的水平順引至堰前。要求：應(yīng)將水平順引至堰前，在引水過(guò)程中，盡量減小水頭損失，即在合理的開(kāi)挖條件下，減小水流流速。平面布置長(zhǎng)度盡量短，軸線盡量平直，最好為直軸線，如需轉(zhuǎn)彎，R>5B（渠底寬），且堰前有足夠長(zhǎng)的直線段，保證正向進(jìn)水。堰前進(jìn)口為喇叭形。橫斷面應(yīng)足夠大，以減小流速，減小水頭損失，一般流速為1～2m/s。斷面形狀為梯形，應(yīng)注意邊坡穩(wěn)定。做好襯砌，減小糙率?？v斷面底坡采用逆坡或平坡，渠底高程要低于堰頂高程。二、控制段溢洪道的控制段包括：溢流堰及兩側(cè)連接建筑物。是控制溢洪道泄流能力的關(guān)鍵部位。（一）溢流堰的形式溢流堰通常選用寬頂堰、實(shí)用堰，有時(shí)也是用駝峰堰、折線形堰。溢流堰的體形應(yīng)盡量滿足增大流量系數(shù)，在泄流時(shí)不產(chǎn)生空穴水流或誘發(fā)振動(dòng)的負(fù)壓等。寬頂堰寬頂堰的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便，但流量系數(shù)較低。由于寬頂堰荷載小，對(duì)承載力較差的土基適應(yīng)能力較強(qiáng)，因此，在泄量不大或附近地形較平緩的中、小型工程中應(yīng)用較廣，如圖所示。實(shí)用堰實(shí)用堰與寬頂堰相比較，實(shí)用堰的流量系數(shù)比較大，在泄量相同的條件下需要的溢流前緣較短，工程量相對(duì)較小，但施工較復(fù)雜。大、中型水庫(kù)，特別是岸坡較陡時(shí)，多采用這種型式，如圖所示。泄流能力：溢洪道中的實(shí)用堰一般都比較低矮，其流量系數(shù)介于溢流重力壩和寬頂堰之間。實(shí)用堰的泄流能力與其上下游堰高、定型設(shè)計(jì)水頭、堰面曲線型式等因素有關(guān)。剖面形式：WES標(biāo)準(zhǔn)剖面堰、克—奧型剖面堰。定型設(shè)計(jì)水頭Hd。低堰泄流時(shí)由于下游堰面水深比較大，堰面一般不會(huì)出現(xiàn)過(guò)大的負(fù)壓，不致發(fā)生破壞性的空蝕和振動(dòng)，因此在設(shè)計(jì)溢洪道的低堰時(shí)，可選擇較小的定型設(shè)計(jì)水頭，使高水位時(shí)的流量系數(shù)加大。根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究，定型設(shè)計(jì)水頭可采用（0.6~0.75）Hmax。上游堰高P1溢流堰按上游堰高P1和定型設(shè)計(jì)水頭Hd的比值分為高堰（P1/Hd＞1.33）和低堰(P1/Hd≤1.33)。高堰的流量系數(shù)接近一個(gè)常數(shù)，一般不隨P1/Hd的變化而受影響；低堰的流量系數(shù)則隨P1/Hd的減小而降低，流量系數(shù)的變化如表6-1。這是因?yàn)檫M(jìn)水渠中流速加大，水頭損失加大，同時(shí)過(guò)堰水舌下緣垂直收縮不完全，壓能增大，動(dòng)能減小。為了獲得較大的流量系數(shù)，一般上游堰高P1≥0.3Hd。下游堰高P2：低堰的流量系數(shù)還與下游堰高P2有關(guān)。當(dāng)堰頂水頭較大，下游堰高P2不足，堰后水流不能保證自由泄流時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)流量系數(shù)隨水頭增加而降低的現(xiàn)象。為了消除這種現(xiàn)象，下游堰高一般應(yīng)P2≥0.6Hd。溢洪道中的實(shí)用堰一般都比較低矮，其流量系數(shù)介于溢流重力壩和寬頂堰之間。實(shí)用堰的泄流能力與其上下游堰高、定型設(shè)計(jì)水頭、堰面曲線型式等因素有關(guān)。WES冪曲線：可按下式計(jì)算：（6.1）式中：Hd—堰面曲線定型設(shè)計(jì)水頭；x、y原點(diǎn)下游堰面曲線橫、縱坐標(biāo)；n與上游堰坡有關(guān)的指數(shù)；k當(dāng)P1/Hd>1.0時(shí)，k值見(jiàn)表6-1；當(dāng)P1/Hd1.0時(shí)，取k=2.0~2.2；設(shè)計(jì)溢流堰堰面曲線，首先要確定定型設(shè)計(jì)水頭Hd。對(duì)于P11.33Hd的低堰，Hd=（0.65~0.85）Hmax（Hmax為校核流量下的堰上水頭）。泄流時(shí)由于下游堰面水深比較大，堰面一般不會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)負(fù)壓，即使在最大水頭超過(guò)Hd的1.18~1.54倍的情況下，堰面負(fù)壓也不會(huì)超過(guò)0.06MPa，不致發(fā)生破壞性的空蝕和振動(dòng)。堰頂上游堰面曲線：雙圓弧曲線，如圖所示。三圓弧曲線，上游堰面鉛直，如圖所示。3、橢圓曲線，可按下列方程計(jì)算：式中a、b橢圓曲線參數(shù)，當(dāng)P1/Hd<2時(shí)，a=0.215~0.28，b=0.127~0.163；P1/Hd小，a與b取小值。上游堰面采用倒懸：應(yīng)滿足d>Hmax/2,如圖。低堰的流量系數(shù)還與下游堰高P2有關(guān)。當(dāng)堰頂水頭較大，下游堰高P2不足，堰后水流不能保證自由泄流時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)流量系數(shù)隨水頭增加而降低的現(xiàn)象。為了消除這種現(xiàn)象，下游堰高P20.6Hd。溢流堰頂部曲線的長(zhǎng)度對(duì)流量系數(shù)也有影響。當(dāng)堰頂曲線長(zhǎng)度不足以保持標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用堰的外形輪廓時(shí)，流量系數(shù)將受到影響而降低。對(duì)克—奧Ⅰ型剖面堰其曲線終點(diǎn)（切點(diǎn)）的坐標(biāo)應(yīng)滿足：x≥1.15Hd，y≥0.36Hd；對(duì)于WES標(biāo)準(zhǔn)堰面其大致范圍是：x=（-0.282~0.85）Hd，y=（0~0.37）Hd。堰面曲線終點(diǎn)的切線坡度宜陡于1∶1，見(jiàn)圖6-11。圖6-11實(shí)用堰基本剖面1—基本堰面；2—輔助堰面；3—切點(diǎn)實(shí)用堰末端一般設(shè)置反弧曲面段，當(dāng)它與泄槽連接時(shí)，反弧半徑R=（3~6）h（h為最大泄量時(shí)反弧段最低點(diǎn)的水深）；當(dāng)它與水平泄槽或消力池護(hù)坦連接時(shí)，反弧半徑R=（6~12）h，流速大時(shí)宜選用較大值。（3）駝峰堰駝峰堰是一種復(fù)合圓弧的溢流低堰，堰面由不同半徑的圓弧組成，如圖6-9所示。其流量系數(shù)可達(dá)0.42以上，設(shè)計(jì)與施工簡(jiǎn)便，對(duì)地基的要求低，適用于軟弱地基。（4）折線形堰為獲得較長(zhǎng)的溢流前沿，在平面上將溢流堰做成折線形，稱折線形堰。堰頂高程：中、小型水庫(kù)溢洪道，特別是小型水庫(kù)溢洪道常不設(shè)閘門(mén)，堰頂高程就是水庫(kù)的正常蓄水位；溢洪道設(shè)閘門(mén)時(shí)，堰頂高程低于水庫(kù)的正常蓄水位。堰頂是否設(shè)置閘門(mén)，應(yīng)從工程安全、洪水調(diào)度、水庫(kù)運(yùn)行、工程投資等方面論證確定。側(cè)槽式溢洪道的溢流堰一般不設(shè)閘門(mén)。胸墻：當(dāng)水庫(kù)水位變幅較大時(shí)，常采用帶胸墻的溢流堰。這種布置型式，可以減小閘門(mén)尺寸，在較低庫(kù)水位時(shí)開(kāi)始溢流，提高水庫(kù)汛前限制水位，充分發(fā)揮水庫(kù)效益。但在高水位時(shí)其超泄能力不如開(kāi)敞式溢洪道。（二）溢流孔口尺寸的擬定溢洪道的溢流孔口尺寸，主要是溢流堰堰頂高程和溢流前沿寬度的確定。其設(shè)計(jì)方法與溢流重力壩基本相同。但由于溢洪道出口一般離壩腳較遠(yuǎn)，其單寬流量可以比溢流重力壩所采用數(shù)值大一些。閘墩的型式和尺寸應(yīng)滿足閘門(mén)（包括門(mén)槽）、交通橋和工作橋的布置、水流條件、結(jié)構(gòu)及運(yùn)行檢修等的要求。當(dāng)有防洪搶險(xiǎn)要求時(shí)，交通橋與工作橋必須分開(kāi)設(shè)置，橋下凈空應(yīng)滿足泄洪、排凌及排漂要求。三、泄槽正槽溢洪道在溢流堰后多用泄槽與消能防沖設(shè)施相連，以便將過(guò)堰洪水安全地泄向下游河道。河岸溢洪道的落差主要集中在該段。（一）泄槽的水力特征泄槽的底坡常大于水流的臨界坡，所以又稱陡槽。槽內(nèi)水流處于急流狀態(tài)、紊動(dòng)劇烈、由急流產(chǎn)生的高速水流對(duì)邊界條件的變化非常敏感。當(dāng)邊墻有轉(zhuǎn)折時(shí)就會(huì)產(chǎn)生沖擊波，并可能向下游移動(dòng)；如槽壁不平整時(shí)，極易產(chǎn)生摻氣、空蝕等問(wèn)題。（二）泄槽的平面布置泄槽在平面上宜盡可能采用直線、等寬、對(duì)稱布置，力求使水流平順、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工方便。當(dāng)泄槽的長(zhǎng)度較大，地形、地質(zhì)條件不允許做成直線，或?yàn)榱藴p少開(kāi)挖工程量、便于洪水歸河和有利于消能等原因，常設(shè)置收縮段、擴(kuò)散段或彎道段。收縮段的收縮角（泄槽中心線與邊墻的夾角）越小，沖擊波也越小。一般收縮角<11.25°，也可以通過(guò)近似計(jì)算確定。擴(kuò)散段的擴(kuò)散角應(yīng)保證水流擴(kuò)散時(shí)不能脫離邊界，避免產(chǎn)生豎軸漩渦。一般按直線擴(kuò)散的擴(kuò)散角θ≤6°~8°。初步設(shè)計(jì)時(shí)，擴(kuò)散角θ可根據(jù)下式計(jì)算選用：式中Fr—擴(kuò)散段起、止斷面的平均弗汝德數(shù)；K—經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般取3.0；v—擴(kuò)散段起、止斷面的平均流速，m/s；h—擴(kuò)散段起、止斷面的平均水深，m。泄槽在平面上需要設(shè)置彎道時(shí),彎道段宜設(shè)置在流速小、水流比較平穩(wěn)、底坡較緩且無(wú)變化部位。宜選用較大的轉(zhuǎn)彎半徑及合適的轉(zhuǎn)角，相對(duì)半徑可取R/B=6~10，（R為軸線轉(zhuǎn)彎半徑，B為泄槽底寬）。見(jiàn)圖所示。（三）泄槽的縱剖面泄槽的縱剖面應(yīng)盡量按地形、地質(zhì)以及工程量少、結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定、水流流態(tài)良好的原則進(jìn)行布置。泄槽縱坡必須保證槽中的水位不影響溢流堰自由泄流，使水流處于急流狀態(tài)。因此，泄槽縱坡必須大于水流臨界坡度。常用的縱坡為1％~5％，有時(shí)可達(dá)10％~15％，堅(jiān)硬的巖石上可以更大，實(shí)踐中有用到1∶1的。為了節(jié)省開(kāi)挖方量，泄槽的縱坡通常是隨地形、地質(zhì)條件而改變，但變坡次數(shù)不宜過(guò)多，而且在不同坡度連接處要用平滑曲面相連接，以免高速水流在變坡處發(fā)生脫離槽底引起負(fù)壓或槽底遭到動(dòng)水壓力的破壞。當(dāng)坡度由陡變緩時(shí)，可采用半徑為（6~12）h的反向弧段連接（h為反弧段水深），流速大者宜選用大值；當(dāng)?shù)灼掠删徸兌笗r(shí)，可采用豎向射流拋物線連接，如圖6-11所示。其拋物線方程可按下式計(jì)算。式中x、y—以緩坡泄槽末端為原點(diǎn)的拋物線橫、縱坐標(biāo)；θ—緩坡泄槽底坡坡角（°）；H0—拋物線起始斷面比能，；H，v—分別為拋物線起始斷面平均水深（m）及流速（m3/s）；—流速分布不均勻系數(shù)，通常取=1.0；K—系數(shù)，對(duì)于落差較大的重要工程，取K=1.5；對(duì)于落差較小者，取K=1.1~1.3；（四）泄槽的橫剖面泄槽橫剖面形狀在巖基上多做成矩形或近似于矩形，以使水流均勻分布和有利于下游消能，邊坡坡比大約為1:0.1~1:0.3；在土基上則采用梯形，但邊坡不宜太緩，以防止水流外溢和影響流態(tài)，大約為1:1~1:2。泄槽邊墻頂高程，應(yīng)根據(jù)波動(dòng)和摻氣后的水面線，加上0.5~1.5m的超高來(lái)確定。對(duì)非直線段、過(guò)渡段、彎道等水力條件比較復(fù)雜的部位，超高應(yīng)適當(dāng)增加。摻氣程度與流速、水深、邊界糙率及進(jìn)口形狀等因素有關(guān)。摻氣水深hb（m）可用下式估算。式中h、hb—分別為泄槽計(jì)算斷面不摻氣水深及摻氣后水深（m）；v—為不摻氣情況下計(jì)算斷面的平均流速（m/s）；—修正系數(shù)，一般為1.0~1.4(s/m)，當(dāng)流速大時(shí)宜取大值。在泄槽轉(zhuǎn)彎處的橫剖面，彎道處水流流態(tài)復(fù)雜，由彎道離心力及沖擊波共同作用下形成的外墻水面與中心線水面的高差Δh如圖6-12（a）所示。Δh可按下式計(jì)算。式中Δh—橫向水面差；r0—彎道段中心線曲率半徑（m）；b—彎道寬度（m）；K—超高系數(shù)，其值可按表6-2查取。為消除彎道段的水面干擾，保持泄槽軸線的原底部高程、邊墻高程等不變，以利施工，常將內(nèi)側(cè)渠底較軸線高程下降，而外側(cè)渠底則抬高，如圖所示。（五）泄槽的襯砌泄槽襯砌應(yīng)滿足：表面光滑平整，不至引起不利的負(fù)壓和空蝕；分縫止水可靠，避免高速水流浸入底板以下，因脈動(dòng)壓力引起破壞；排水系統(tǒng)通暢，以減小作用于底板上的揚(yáng)壓力；材料能抵抗水流沖刷；在各種荷載作用下能保持穩(wěn)定；適應(yīng)溫度變化和一定的抗凍融循環(huán)能力。影響泄槽襯砌可靠性的因素是多方面的，而且作用在底板上的荷載不易精確計(jì)算。因此，襯砌設(shè)計(jì)應(yīng)著重分析具體的地質(zhì)、流速、工程規(guī)模、氣候和施工條件，采取相應(yīng)的構(gòu)造措施。1.巖基上泄槽的襯砌巖基上的襯砌可以用混凝土、水泥漿砌條石或塊石，以及石灰漿砌塊石水泥漿勾縫等型式。石灰漿砌石水泥勾縫，適用于流速小于10m/s的小型水庫(kù)溢洪道。水泥漿砌條石或塊石適用于流速小于15m/s的中、小型水庫(kù)，厚度一般為0.3~0.6m。大、中型工程，由于槽內(nèi)流速較高，一般用混凝土襯砌，襯砌厚度不小于0.3m。為防止產(chǎn)生溫度裂縫，在襯砌上應(yīng)設(shè)置橫縫和縱縫。襯砌的縱橫縫一般用平縫，接縫處襯砌表面應(yīng)結(jié)合平整，當(dāng)?shù)鼗痪鶆蛐悦黠@時(shí)，垂直水流方向的橫縫一般用搭接的型式，特別要防止下游表面高出上游表面。在良好的地基上有時(shí)也可用鍵槽縫，見(jiàn)圖6-13（a）、（b）所示。對(duì)于平行水流方向的縱縫，可適當(dāng)降低要求，一般可用平接式，見(jiàn)圖6-13（d）。縱橫縫的間距應(yīng)考慮氣候特點(diǎn)、地基約束情況、混凝土施工（特別是溫度）條件，根據(jù)類似工程的經(jīng)驗(yàn)確定，其大小一般采用10~15m。靠近襯砌的表面沿縱橫向需配置溫度鋼筋，含筋率約0.1%。襯砌分縫的縫寬一般多采用1~2cm，縫內(nèi)必須做好止水，襯砌的縱縫和橫縫下面應(yīng)設(shè)置排水設(shè)施，且互相連通滲水集中到縱向排水內(nèi)排向下游?？v向排水通常是在溝槽內(nèi)放置缸瓦管，管徑視滲水大小確定，一般采用10~20cm。管接口不封閉，以便收集滲水，周圍用1~2cm的卵石或碎石填滿，頂部蓋混凝土板或?yàn)r青油毛氈等，以防止?jié)仓炷習(xí)r灰漿進(jìn)入造成堵塞。橫向排水通常是在巖石上開(kāi)挖溝槽，尺寸視滲水大小而定，一般采用0.3m×0.3m。為了防止排水管有可能被堵塞而影響排水，縱向排水管至少應(yīng)有兩排，以確保排水通暢。泄槽邊墻的構(gòu)造基本上與底板相同。邊墻的橫縫間距與底板一致，縫內(nèi)設(shè)止水，其后設(shè)排水并與底板下的排水管連通。在排水管靠近邊墻頂部的一端設(shè)通氣孔以便排水通暢。邊墻的斷面型式，根據(jù)地基條件和泄槽斷面形狀而定，巖石良好，可采用襯砌式，厚度一般不小于30cm，當(dāng)巖石較弱時(shí)，需將邊墻做成重力式擋土墻?；炷吝厜攲拺?yīng)不小于0.5m，以利通行。2.土基上泄槽的襯砌土基上泄槽通常用混凝土襯砌。由于土基與襯砌之間沒(méi)有粘結(jié)力，而且不能采用錨筋，所以襯砌厚度一般要比巖基上的大，通常為0.3~0.5m。混凝土襯砌的橫縫必須須用搭接的形式，有時(shí)還在下塊的上游側(cè)設(shè)齒墻，以防止襯砌沿地基面滑動(dòng)，如圖所示。齒墻應(yīng)配置足夠數(shù)量的鋼筋齒墻應(yīng)配置足夠數(shù)量的鋼筋，以保證強(qiáng)度?？v縫有時(shí)也做成搭接式，縫中設(shè)止水填料，并設(shè)水平止水片。如圖所示。由于土基對(duì)混凝土板伸縮的約束力比巖基小，所以可以采用較大的分塊尺寸，縱橫縫的間距可用15m或稍大，以增加襯砌的穩(wěn)定性和整體性。襯砌需要雙向配筋，各向含筋率約為0.1%。在襯砌底板下面，設(shè)置厚約30cm的碎石墊層，形成平面排水，以減小底板承受的滲透壓力。如果地基為粘性土，先鋪一層厚0.2~0.5cm的砂礫墊層，墊層以上再鋪卵石或碎石排水層，或在砂礫層中做縱、橫排水管，管周圍做反濾層。如果地基為細(xì)砂，應(yīng)先鋪一層粗砂，再做碎石排水層、以防止?jié)B透破壞。四、消能防沖設(shè)施溢洪道宣泄的洪水，單寬流量大，流速高，能量集中。因此，消能防沖設(shè)施應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)條件、泄流條件、運(yùn)行方式、下游水深及河床抗沖能力、消能防沖要求、下游水流銜接及對(duì)其他建筑物的影響等因素，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較選定。河岸式溢洪道一般采用挑流消能或底流消能。挑流消能一般適用于較好巖石地基的高、中水頭樞紐。挑坎下游常做一段短護(hù)坦以防止水流量時(shí)產(chǎn)生貼流而沖刷齒墻底腳。為避免在挑流水舌的下面形成真空，影響挑距，應(yīng)采取通氣措施，見(jiàn)圖。底流消能一般適用于土基或破碎軟弱的巖基上。五、出水渠溢洪道下泄水流經(jīng)消能后，不能直接泄入河道而造成危害時(shí)，應(yīng)設(shè)置出水渠。選擇出水渠線路應(yīng)經(jīng)濟(jì)合理，其軸線方向應(yīng)盡量順應(yīng)河勢(shì)，利用天然沖溝或河溝。六、正槽溢洪道的水力計(jì)算溢洪道各部分的形狀和尺寸擬定以后，應(yīng)驗(yàn)算其泄流能力和進(jìn)行水面線計(jì)算及消能計(jì)算，以判斷方案布置是否合理。1.進(jìn)水渠的水力計(jì)算進(jìn)水渠水力計(jì)算內(nèi)容是：根據(jù)渠內(nèi)流速的大小，求庫(kù)水位與下泄流量關(guān)系曲線，校核泄流能力；求渠內(nèi)水面曲線，確定進(jìn)水渠邊墻高。（1）根據(jù)堰流公式，求H0（已知B、Q）。（6-5）式中H0—包括行近流速水頭的堰上水頭（m）；B—閘孔總凈寬（m）；m—流量系數(shù)；ε—側(cè)收縮系數(shù)；σs—淹沒(méi)系數(shù)；Q—設(shè)計(jì)流量（m3/s）；（2）聯(lián)立求解下列方程，計(jì)算堰前水深h和v。進(jìn)水渠為梯形斷面，b為渠底寬。m為進(jìn)水渠邊坡系數(shù)。其余參數(shù)見(jiàn)圖6。（3）計(jì)算水庫(kù)水位。①當(dāng)v≤0.5m/s時(shí)，進(jìn)水渠水頭損失很小，可忽略不計(jì)，則：水庫(kù)水位=堰頂高程+H0②當(dāng)v=0.5~3.0m/s，并且進(jìn)水渠沿程斷面、糙率不變、平面布置比較順直時(shí)，進(jìn)水渠水頭損失所占比重也很小，這時(shí)可按明渠均勻流公式進(jìn)行近似計(jì)算，計(jì)算誤差不大，且偏于安全。則：水庫(kù)水位=堰頂高程+H++hω式中hω—進(jìn)水渠總水頭損失，為沿程水頭損失hf與局部水頭損失hj之和；，；—局部水頭損失系數(shù)，參見(jiàn)有關(guān)水力學(xué)教材；L—進(jìn)水渠長(zhǎng)度（m）α—?jiǎng)幽苄拚禂?shù)，一般采用α=1.0；當(dāng)進(jìn)水渠流速v≥3.0m/s，進(jìn)水渠沿程斷面糙率變化較大，則要用明渠非均勻流公式進(jìn)行計(jì)算。首先計(jì)算起始斷面的水力要素—水深、流速。進(jìn)水渠的起始斷面一般可選擇在堰前（3~4）H處，如圖下中的1-1斷面。起始斷面水深為h1，流速為v1（用式6-6試算）。然后假定h2，求v2=Q/ω2；根據(jù)下式計(jì)算式中，，。將代入式（6-10）求得。式中i—進(jìn)水渠縱坡；α1、α2—?jiǎng)幽苄拚禂?shù)，一般采用α=1.0重復(fù)上述步驟求得ΔL2-3，ΔL3-4……，直至ΣΔL等于進(jìn)水渠全長(zhǎng)，推算到渠首斷面n-n計(jì)算hn，vn。即可推求進(jìn)水渠的水面線。則水庫(kù)水位可由下式計(jì)算。水庫(kù)水位=渠底高程+hn+2.控制段水力計(jì)算控制段水力計(jì)算主要是校核溢流堰過(guò)流能力。溢流堰選用實(shí)用堰（0.67H＜δ＜2.5H＝或?qū)掜斞撸?.5H＜δ＜10H＝，其堰上水頭H0都可用公式計(jì)算。則上游堰高=h-H0。校核泄流能力可采用下式進(jìn)行驗(yàn)算。當(dāng)寬頂堰順?biāo)鞣较虻拈L(zhǎng)度δ＞10H時(shí)，水流流態(tài)已不屬于寬頂堰流，而是明渠非均勻流，它的沿程水頭損失已不能忽略。當(dāng)一個(gè)平坡或緩坡接一陡坡時(shí)，渠中水流由緩流變?yōu)榧绷鳎趦善碌慕唤訑嗝嫣?，水深可以近似看成是臨界水深hk。對(duì)該情況可用下述方法求得其泄流量。取斷面1-1和2-2列能量方程如下：式中h、v、hk、vk—分別為2-2斷面和1-1斷面的水深和流速；hf—兩斷面間的能量損失。計(jì)算時(shí)，假定h，按下式求流量Q式中—流速系數(shù)，視進(jìn)口形狀而定，一般為0.96左右；B—進(jìn)口2-2斷面的渠底寬；H—庫(kù)水位與渠底高差。求得Q后，即可求得式（6-12）中的v、hk、vk及hf（，，，，、為兩斷面間的平均流速和水力半徑，Bk為1-1斷面的渠底寬）。將以上各值代入式（6-12），如左右相等，h、Q即為所求值，如不相等則再設(shè)h重新試算。3.過(guò)渡段水力計(jì)算過(guò)渡段的作用是用來(lái)連接控制段和泄槽，它把單寬流量小、溢流前緣長(zhǎng)的寬淺式控制段與較窄的泄槽結(jié)合起來(lái)。過(guò)渡段大多是變寬度，變底坡的明槽。過(guò)渡段可布置在陡槽上（也是叫漸變槽），平面布置如圖。也可采用縮窄陡槽過(guò)渡段：先用斜坡縮窄底寬降低槽底高程，再由調(diào)整段調(diào)整水水流，使其平順流入下游陡槽。如圖。過(guò)渡段的水力設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下要求：不能影響控制段的設(shè)計(jì)過(guò)流能力；不能因收縮或改變流向而引起水流擾動(dòng)（如沖擊波等）傳向下游泄槽和消能防沖設(shè)施；在滿足前兩點(diǎn)的情況下，盡可能簡(jiǎn)化過(guò)渡段型式，減小長(zhǎng)度、寬度和深度。（1）漸變槽式過(guò)渡段其水平方向長(zhǎng)度L可用下式計(jì)算：1-1斷面水深認(rèn)為近似等于臨界水深，1-1到2-2斷面水深，按下式能量方程求解。式中：，，。v1，v2，h1及h2為兩斷面的流速及水深。、、為兩斷面的平均流速、平均謝才系數(shù)、平均水力半徑。其計(jì)算步驟：先求h1（hk）驗(yàn)算i1，i1應(yīng)大于ik，再設(shè)h2，試算E2，直至滿足能量方程。（2）窄陡槽型過(guò)渡段（略）4.泄槽水力計(jì)算泄槽水力計(jì)算是在確定了泄槽的縱向坡度及斷面尺寸后，根據(jù)溢洪道的設(shè)計(jì)與校核流量，計(jì)算泄槽內(nèi)水深和流速的沿程變化，即進(jìn)行水面線計(jì)算，以便確定邊墻高度，為邊墻及襯砌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和下游消能計(jì)算提供依據(jù)。（1）泄槽水面線的定性分析計(jì)算水面線之前，必須先確定所要計(jì)算水面線的變化趨勢(shì)，以及上下兩斷面的位置（定出水面線的范圍）。以泄槽底坡線、均勻流的水面線（N-N線）和臨界水深的連線（K-K線）（2）用分段求和法計(jì)算泄槽水面線泄槽水面線計(jì)算的首要問(wèn)題是確定起始斷面，起始斷面一般都在泄槽的起點(diǎn)，水面線的計(jì)算從該斷面開(kāi)始向下游逐段進(jìn)行。起始斷面的水深則與上游渠道情況有關(guān)：泄槽上游接寬頂堰、或緩坡明渠、或過(guò)渡段，如圖所示，起始斷面水深等于臨界水深hk。泄槽上接實(shí)用堰，如圖。起始水深hc可由堰前斷面0-0與起始斷面C-C的能量方程求得。泄槽上游接另一個(gè)泄槽，如圖。起始段水深由上游段泄槽水力計(jì)算求得。③泄槽水面線的計(jì)算及邊墻高度的確定泄槽水面線的計(jì)算采用分段求和法。計(jì)算步驟同引渠水面線計(jì)算所述，或參考有關(guān)水力學(xué)教材進(jìn)行計(jì)算。水面線確定以后可根據(jù)槽內(nèi)流速大小及公式，考慮施工方便，確定邊墻高度。5.消能設(shè)計(jì)水力計(jì)算溢洪道消能設(shè)計(jì)水力計(jì)算可參考第二章有關(guān)挑流消能設(shè)計(jì)內(nèi)容及第五章有關(guān)底流消能設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行計(jì)算。第三節(jié)側(cè)槽溢洪道一、側(cè)槽溢洪道的布置特點(diǎn)組成：由控制段、側(cè)槽、泄槽、消能防沖設(shè)施和出水渠等部分。適用條件：一般適用于壩址山頭較高、岸坡較陡、巖石堅(jiān)固而泄量較小的情況。這種型式的溢洪道多用于中小型工程。特點(diǎn)：溢流堰可采用實(shí)用堰，堰頂一般不設(shè)閘門(mén)。根據(jù)地形、地質(zhì)條件，堰后可以是開(kāi)敞明槽，也可以是無(wú)壓隧洞，也可利用施工導(dǎo)流隧洞，如圖所示。側(cè)槽溢洪道與正槽溢洪道的主要區(qū)別在于側(cè)槽部分，其它部分基本相同。二、側(cè)槽設(shè)計(jì)側(cè)槽設(shè)計(jì)應(yīng)滿足：泄流能力沿側(cè)槽均勻增加；由于過(guò)堰水流轉(zhuǎn)向約90°，大部分能量消耗于側(cè)槽內(nèi)的水體旋滾，側(cè)槽中水流的順槽流速完全取決于側(cè)槽的水力坡降，因此要保證一定的坡度；側(cè)槽中的水流應(yīng)處于緩流狀態(tài)，以使水流穩(wěn)定；側(cè)槽中的水面高程要保證溢流堰為自由出流，保證泄流能力和穩(wěn)定流態(tài)。（一）側(cè)槽橫斷面?zhèn)炔蹤M斷面形狀宜做成窄深式。當(dāng)過(guò)水?dāng)嗝娣e相同的情況下，窄深斷面比寬淺斷面節(jié)省開(kāi)挖量，而且窄深斷面容易使側(cè)向進(jìn)流與槽內(nèi)水流混合，水面較為平穩(wěn)?？堪兑粋?cè)的邊坡在滿足水流和邊坡穩(wěn)定的條件下，以陡為宜，一般采用1：0.5左右為宜，溢流堰一側(cè)，溢流曲線下部的直線段坡度（即溢流邊坡），一般可采用1：0.5~1：0.9。由于側(cè)槽內(nèi)的流量是沿流向不斷增加的，所以側(cè)槽底寬亦應(yīng)沿水流方向逐漸增加。起始斷面底寬b0與末端斷面底寬bl的比值對(duì)側(cè)槽的工程量影響很大。一般b0/bl越小，則側(cè)槽的開(kāi)挖量越省，但槽底挖得較深，調(diào)整段（的工程量也相應(yīng)增加。所以，應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)條件確定比較經(jīng)濟(jì)的b0/bl值，通常b0/bl采用1~1/2，其中b0的最小值應(yīng)滿足開(kāi)挖設(shè)備和施工要求，bl一般選用與泄槽底寬相同。（二）側(cè)槽的縱剖面（1）槽底縱坡：側(cè)槽應(yīng)有適易的縱坡以滿足泄水能力的要求。由于槽中水流處于緩流狀態(tài)，因而側(cè)槽的縱坡比較平緩，但如果槽底縱坡過(guò)緩，將使側(cè)槽上游段水面壅高過(guò)多而影響過(guò)堰流量。但如果過(guò)陡，又會(huì)增加側(cè)槽下游段的開(kāi)挖深度。初步擬定時(shí)可采用0.01~0.05。具體數(shù)值可根據(jù)地形和泄量大小選定。（2）槽底高程：槽底高程加槽內(nèi)水深等于水面高程，水面過(guò)高將淹沒(méi)堰頂影響過(guò)堰流量。所以，確定槽底高程的原則應(yīng)該是在不影響溢流堰過(guò)流能力的條件下，盡量采用較高的槽底以減少開(kāi)挖方量。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，若槽內(nèi)水面線在側(cè)槽始端最高點(diǎn)超出溢流堰頂?shù)母叨萮s（圖6-29）不超過(guò)堰頂水頭H的0.5倍時(shí)，可以認(rèn)為對(duì)整個(gè)溢流堰來(lái)說(shuō)是非淹沒(méi)的。為了減少挖方，常以hs=0.5H確定側(cè)槽始端的水位。根據(jù)該水位減去水深可得槽首底部高程。槽內(nèi)各斷面水深則根據(jù)側(cè)槽末端的水深hl向上游逐段推算而得。為了使水流平順地進(jìn)入泄槽，常在泄槽與側(cè)槽之間設(shè)水平調(diào)整段。其長(zhǎng)度L=(2~3)hk。由縮窄槽寬的收縮段或用調(diào)整段末端底坎適當(dāng)壅高水位，使水流在控制斷面形成臨界水流，而后泄入泄槽。第四節(jié)非常溢洪道作用：在建筑物運(yùn)行期間可能出現(xiàn)超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的洪水，由于這種洪水出現(xiàn)機(jī)會(huì)極少，泄流時(shí)間也不長(zhǎng)，所以在樞紐中可用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的非常溢洪道來(lái)渲泄。類型：漫流式、自潰式、爆破引潰式三種。一、漫流式非常溢洪道這種溢洪道與正槽溢洪道類似，將堰頂建在準(zhǔn)備開(kāi)始溢流的水位附近，而且任其自由漫流。這種溢洪道的溢流水深一般較小，因而堰長(zhǎng)較大，多設(shè)于埡口或地勢(shì)平坦之處，以減少土石方開(kāi)挖量。如大伙房水庫(kù)為了渲泄特大洪水，1977年增加了一條長(zhǎng)達(dá)150m的漫流式非常溢洪道。二、自潰式非常溢洪道這種形式的溢洪道是在非常溢洪道的底板上加設(shè)自潰堤，堤體可根據(jù)實(shí)際情況采用非粘性的砂料、砂礫或碎石填筑，平時(shí)可以擋水，當(dāng)水位達(dá)到一定高程時(shí)自行潰決，以渲泄特大洪水。按潰決方式可分為溢流自潰和引沖自潰兩種形式。如圖6-30、6-31所示。溢流自潰式構(gòu)造簡(jiǎn)單、管理方便，但溢流缺口的位置和自潰時(shí)間無(wú)法進(jìn)行人工控制，有可能潰壩提前或滯后。一般用于自潰壩高度較低，分擔(dān)洪水比重不大的情況。當(dāng)溢流自潰壩較長(zhǎng)時(shí)，可用隔墻將其分成若干段，各段采用不同的壩高，滿足不同水位的特大洪水下泄，避免當(dāng)泄量突然加大時(shí)給下游造成損失。引沖自潰式是在自潰壩的適當(dāng)位置加引沖槽，當(dāng)庫(kù)水位達(dá)到啟潰水位后，水流即漫過(guò)引沖槽，沖刷下游壩坡形成口門(mén)并向兩側(cè)發(fā)展，使之在較短時(shí)間內(nèi)潰決。在工程中應(yīng)用較廣泛。三、爆坡引潰式非常溢洪道爆破引潰式溢洪道是當(dāng)需要泄洪時(shí)引爆預(yù)埋的炸藥，使非常溢洪道的壩體形成一定尺寸的爆破漏斗，形成引沖槽，通過(guò)壩體引沖作用使其在短時(shí)間內(nèi)迅速潰決，達(dá)到泄洪目的。由于非常溢洪道的運(yùn)用機(jī)率很小，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)還不多，目前在設(shè)計(jì)中如何確定合理的洪水標(biāo)準(zhǔn)、非常泄洪設(shè)施的啟用條件及各種設(shè)施的可靠性等，尚待進(jìn)一步研究解決。第五節(jié)溢洪道的運(yùn)用管理一、存在的主要問(wèn)題及原因存在的主要問(wèn)題是：泄洪能力不足、閘墩開(kāi)裂、閘底板開(kāi)裂、陡坡底板被掀起、邊墻沖毀、消能工破壞等。1.泄洪能力不足在我國(guó)241座大型水庫(kù)的1000次事故中，因泄洪能力不足而漫壩失事的占42%，因超設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水而漫壩失事的占9.5%。造成溢洪道泄洪能力不足的原因主要包括：①設(shè)計(jì)資料不全，如降雨資料不準(zhǔn)、系列較短、水庫(kù)積水面積計(jì)算差別大等；②計(jì)算方法與實(shí)際差別較大，如設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)確定和溢洪道泄洪能力計(jì)算；③進(jìn)口增設(shè)攔魚(yú)柵及閘前堆渣等障洪物；④引水渠水頭損失考慮不足或根本未計(jì)入；⑤大壩沉降使溢洪道的堰頂水頭達(dá)不到設(shè)計(jì)要求等。2．閘墩和底板開(kāi)裂建在巖基上的河岸溢洪道，閘墩開(kāi)裂部位比較規(guī)則，多在牛腿前1~2m范圍內(nèi)。主要原因是溫度應(yīng)力，由于巖石和混凝土的線膨脹系數(shù)、彈模及泊桑比不同，在溫度作用下，二者的伸縮率亦不同。溫升時(shí)，墩的兩端可自由伸長(zhǎng)其伸長(zhǎng)率大，巖基的伸長(zhǎng)率小，故巖基對(duì)閘墩有約束作用，所以墩處于受壓狀態(tài)。溫降時(shí)，混凝土收縮率大，而巖石收縮率小，故在閘墩內(nèi)底部處于受拉狀態(tài)，其拉應(yīng)力超過(guò)閘墩底部抗拉強(qiáng)度時(shí)，將在墩底中間部位開(kāi)裂。閘墩開(kāi)裂的主要原因包括：①墩的幾何尺寸，若用H表示墩高，B表示墩長(zhǎng)，一般要求B/H＜2，隨著墩長(zhǎng)的增加則出現(xiàn)裂縫的條數(shù)和延伸高度亦相應(yīng)增加；②溫差的影響，實(shí)踐證明，均勻溫差產(chǎn)生的應(yīng)力是主要原因，而墩的內(nèi)外溫差產(chǎn)生的應(yīng)力是次要的，一般墩的表面裂縫是因墩內(nèi)外溫差引起，而墩的貫穿性裂縫易出現(xiàn)在均勻溫差較大的情況；③基礎(chǔ)的約束作用，閘墩溫度應(yīng)力大小與混凝土彈性模量Ec和巖石的彈性模量Ef之比Ec/Ef成反比，即水平溫度應(yīng)力隨Ec/Ef減小而增大，或認(rèn)為基礎(chǔ)彈模增大，溫度應(yīng)力將增大，破壞越嚴(yán)重；④混凝土蠕變的影響；⑤混凝土閘墩僅靠多配鋼筋用以防止裂縫出現(xiàn)是無(wú)用的，因?yàn)殚l墩開(kāi)裂前鋼筋最大拉應(yīng)力較小，只是開(kāi)裂后，鋼筋應(yīng)力才顯著增加。3．陡坡底板被掀起及邊墻沖毀高速水流對(duì)泄槽的破壞原因的主要因素如下：①泄水槽高速水流摻氣，而導(dǎo)致水深的增加，若邊墻保護(hù)高度不足時(shí)，將直接沖毀邊墻，一般平均流速超出6~7m/s時(shí)，空氣將大量摻入水中而形成乳白色的摻氣水流；②受地形限制，進(jìn)口收縮不對(duì)稱、槽身轉(zhuǎn)彎、出口擴(kuò)散布置時(shí)，槽內(nèi)水流易發(fā)生側(cè)向水躍、菱形沖擊波及摻氣現(xiàn)象，槽內(nèi)流態(tài)紊亂、破壞力強(qiáng)，同時(shí)菱形沖擊波的作用，也嚴(yán)重惡化了下游的消能條件，并且需要加高邊墻高度，以防止邊墻沖毀；③槽內(nèi)流速大、流態(tài)差，易產(chǎn)生氣蝕破壞而使接縫破壞等現(xiàn)象；④施工質(zhì)量差、平整度不滿足要求，接縫不合理，強(qiáng)度不夠，維護(hù)不及時(shí)造成局部氣蝕；⑤陡槽底板下部揚(yáng)壓力過(guò)大、排水失效；⑥基礎(chǔ)為土基或風(fēng)化帶未清理干凈，泡水后強(qiáng)度降低及不均勻沉陷，底板掏空等造成破壞。4．消能設(shè)施的破壞大中型水庫(kù)樞紐中的溢洪道多采用底流和挑流兩種消能形式，在工程選用中，消能設(shè)施破壞的主要原因如下。底流消能時(shí)，消力池尺寸過(guò)小，不滿足水躍消能的要求；護(hù)坦的厚度過(guò)于單薄，底部反濾層不符合要求；平面形狀布置不合理，擴(kuò)散角偏大造成兩側(cè)回流，壓迫主流而形成水流折沖現(xiàn)象；消力池上游泄水槽采用彎道，進(jìn)入消力池單寬流量沿進(jìn)口寬分布不均，水流紊亂、氣蝕等；施工質(zhì)量差、強(qiáng)度不足，結(jié)構(gòu)不合理，維護(hù)不及時(shí)等均能引起消力池的破壞。挑流消能時(shí)，挑距達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，沖坑危及挑坎和防沖墻；反弧及挑坎磨損、氣蝕，使其表面高低不平而不能正常運(yùn)用；采用差動(dòng)式挑流鼻坎時(shí)，在高坎的側(cè)壁易產(chǎn)生氣蝕破壞，實(shí)際工程運(yùn)用表明：差動(dòng)式挑流高、低坎挑角差Δθ的大小是影響氣蝕的主要原因，一般Δθ越大，越易產(chǎn)生氣蝕；挑坎上過(guò)流量較小，易產(chǎn)生貼壁流，直接陶刷防沖墻的基礎(chǔ)，并且挑出的水流向兩側(cè)擴(kuò)散，沖刷兩岸岸坡；設(shè)計(jì)不合理、地質(zhì)條件差、施工質(zhì)量低、強(qiáng)度不足及維護(hù)不及時(shí)等都會(huì)造成挑流設(shè)施的破壞。二、主要處理措施1．泄洪能力不足的處理主要應(yīng)采取以下措施：（1）加高大壩，增加蓄水能力。（2）加大溢洪道泄洪斷面。（3）改建溢洪設(shè)施。改建的方法一般包括降低溢流堰高程、寬頂堰改實(shí)用堰、增建閘門(mén)、改變布置和結(jié)構(gòu)型式、尺寸或提高襯砌質(zhì)量等措施，充分改變水流條件，加大泄流流速和流量。以上幾種方法多根據(jù)工程實(shí)際情況進(jìn)行結(jié)合運(yùn)用。（4）增設(shè)泄洪設(shè)施。為防御超標(biāo)準(zhǔn)洪水，在原有泄洪設(shè)施情況下可增設(shè)以下泄洪設(shè)施：①增設(shè)非常溢洪道；②增設(shè)泄洪隧洞或涵管，此法泄洪能力有限且超泄能力低，故應(yīng)慎重對(duì)待；③增設(shè)副壩或自潰壩，這是較為常用的臨時(shí)建筑物，主要用來(lái)渲泄非常洪水，這是較為經(jīng)濟(jì)的一種簡(jiǎn)易泄洪設(shè)施。（5）清除阻洪設(shè)施。溢洪道進(jìn)口阻洪設(shè)施主要有臨時(shí)橋梁、攔魚(yú)柵、隨意棄渣、漂浮物及兩岸山坡的滑坡體等，要求在汛期來(lái)臨時(shí)，及時(shí)拆除和清理干凈，以防影響行洪安全。2．閘墩和底板開(kāi)裂處理處理閘墩和底板開(kāi)裂應(yīng)根據(jù)具體情況而定?？刹捎寐裨O(shè)輻射筋及環(huán)氧砂漿封面的方法，取得了較好的效果