翼河夾峪水利樞紐的溢洪道設(shè)計(jì)計(jì)算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u10502翼河夾峪水利樞紐的溢洪道設(shè)計(jì)計(jì)算案例 1327641.1溢洪道的位置與形式選擇 123978（1）地形條件 118462（2）地質(zhì)條件 215547（3）樞紐總體的布置 2183431.2進(jìn)水渠 278181.2.1正槽式溢洪道進(jìn)水渠的設(shè)計(jì)原則 2238421.2.2底坡i0 264061.2.3橫斷面型式 2312401.2.4流速的控制 2260851.3控制段的設(shè)計(jì) 3201761.3.1溢流堰形式和選擇 3171441.3.2堰頂高程和溢流前緣總凈寬 3318611.3.3堰面曲線形式和選擇 3261271.3.4WES實(shí)用堰剖面設(shè)計(jì) 380001.3.5閘門設(shè)計(jì) 5105271.3.6閘墩 6258201.3.7工作橋和交通橋設(shè)計(jì) 7308591.3.8啟閉機(jī) 7122781.4泄槽設(shè)計(jì) 773591.4.1泄槽橫斷面 776741.4.2泄槽縱斷面 73721.4.2.1泄槽縱坡 7101641.4.2.2水面線計(jì)算 8287671.4.2.3邊墻高度確定 971181.4.2.4泄槽襯砌 1087311.5消能防沖設(shè)計(jì) 11272811.5.1挑流鼻坎設(shè)計(jì) 11244551.5.2挑距計(jì)算 11133901.5.3沖刷坑深度計(jì)算 12324981.6尾水渠 121.1溢洪道的位置與形式選擇依照《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL-253-2018）地形條件此次設(shè)計(jì)溢洪道的布置，應(yīng)當(dāng)考慮水庫(kù)所在地區(qū)的地質(zhì)條件、樞紐工程的特點(diǎn)、樞紐建筑物的配置要求等因素。地質(zhì)條件應(yīng)當(dāng)把溢洪道布置在天然埡口上，可以節(jié)約成本，可以縮短工期，減少不必要的經(jīng)濟(jì)與時(shí)間成本。樞紐總體的布置溢洪道的進(jìn)水渠和出水渠的位置應(yīng)盡量減少水流對(duì)中樞其他建筑物的干擾。通常，溢洪道水口水流順暢，必須保證與土石水庫(kù)保持一定距離。越流路的水出口應(yīng)該和其他建筑保持一定距離，根據(jù)本設(shè)計(jì)資料確定選用正槽式溢洪道為本設(shè)計(jì)中的溢洪道。1.2進(jìn)水渠依據(jù)《溢洪道設(shè)計(jì)的規(guī)范》（SL-253-2018）1.2.1正槽式溢洪道進(jìn)水渠的設(shè)計(jì)原則首先是應(yīng)當(dāng)保證渠內(nèi)的水流能夠順暢，并且在泄流量滿足的情況下，兼顧好水渠的開挖量與保持好渠中的流速。。1.2.2底坡i0常采用平坡或者逆坡，進(jìn)水渠終點(diǎn)渠底高程應(yīng)比堰頂高程低0.5倍的溢流堰定型設(shè)計(jì)水頭Hd其中，H在本設(shè)計(jì)中設(shè)定進(jìn)水渠的底坡為平坡，其寬度設(shè)定為70m，高程設(shè)定為182m。1.2.3橫斷面型式此設(shè)計(jì)中資料給定，壩體左岸有著天然的埡口，并且其巖石堅(jiān)固侵蝕與風(fēng)化程度不明顯。查閱資料得知進(jìn)水渠的風(fēng)化巖石上邊坡通常為1:0.5～1:1.0。因由前面資料給定，埡口上的巖石風(fēng)化不嚴(yán)重，固此設(shè)計(jì)采用梯形斷面，邊坡初擬定為1:0.7。1.2.4流速的控制進(jìn)水渠的設(shè)計(jì)流速應(yīng)大于懸移質(zhì)不淤流速，小于渠道不沖流速。對(duì)于距離大壩位置較遠(yuǎn)、渠道長(zhǎng)度較大的進(jìn)水渠，一般控制渠內(nèi)流速不超過4.0m/s，渠段落差不超過0.8m。根據(jù)1.2.3中初擬的斷面形狀和設(shè)計(jì)資料，進(jìn)水渠的流速大概為：v=滿足流速控制要求。1.3控制段的設(shè)計(jì)1.3.1溢流堰形式和選擇溢洪道一般都選用實(shí)用堰、寬頂堰、駝峰堰等形式。首先寬頂堰的結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，有利于施工，對(duì)承載力較差的地基適應(yīng)性強(qiáng)。但流量系數(shù)較低，一般應(yīng)用在下泄流量較小或者地形平緩的小型工程。實(shí)用堰的流量系數(shù)較大，相對(duì)工程量較小，但是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，施工難度大。實(shí)用堰多適用于岸坡較陡的大中型工程。工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)先采使用開敞式實(shí)用堰。駝峰堰是通過實(shí)踐累積總結(jié)的，其適應(yīng)適應(yīng)性質(zhì)為，用以控制流量的低的溢流堰。因本樞紐工程級(jí)別屬于（Ⅰ級(jí)工程）、壩址地基較好、從施工成本和地理環(huán)境考慮選用實(shí)用堰。1.3.2堰頂高程和溢流前緣總凈寬根據(jù)第四部分樞紐設(shè)計(jì)給出堰頂高程為181.4m溢流前緣總凈寬為50m共分為5個(gè)閘口每個(gè)閘口凈寬10m。1.3.3堰面曲線形式和選擇《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL-253-2018）規(guī)定，此次堰面曲線采用冪曲線。開敞式堰面曲線原點(diǎn)上游有三種形式，分別是橢圓曲線、雙圓弧曲線和三圓弧曲線。固本設(shè)計(jì)采用三圓弧曲線。1.3.4WES實(shí)用堰剖面設(shè)計(jì)在實(shí)用堰中WES的冪曲線，可以使得溢流壩剖面較小，具有較大的流量系數(shù)，便于施工放樣。參考水力學(xué)教材，溢流面上游采用三圓弧經(jīng)驗(yàn)公式確定，下游采用經(jīng)驗(yàn)曲線方程式x1.85=2H堰頂設(shè)計(jì)水頭：H=12.39～15.694，(1.3)取Hd堰頂上游三圓弧半徑及水平控制長(zhǎng)度：RRRCCC以堰頂頂點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，下游堰頂曲線方程為x1.85=2HWES標(biāo)準(zhǔn)堰面基本坡面還滿足x=?0.282~0.85根據(jù)下游堰頂方程可計(jì)算曲線后面直線段斜率如下：k=1.852×1坡度為1：1.24。實(shí)用堰采用反弧與下游底板相連接，一般下游反弧半徑取R=0.2~0.5P1最終取R=10m。其坡面簡(jiǎn)圖如下：圖1.1WES實(shí)用堰坡面簡(jiǎn)圖1.3.5閘門設(shè)計(jì)溢流堰頂上需要布置兩種閘門，兩種閘門分別為檢修閘門和工作閘門，其常用的形式有弧形閘門和平板閘門，其各自的優(yōu)缺點(diǎn)如下?；⌒伍l門的優(yōu)點(diǎn)；埋設(shè)的件數(shù)量上較小、閘門開啟速度快、需要的啟閉力小等其缺點(diǎn)有；閘門的支撐臂較長(zhǎng)，所以需要的閘墩也較長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)比起平板閘門而言復(fù)雜，檢修不方便。平板閘門的優(yōu)點(diǎn)，相較于弧形閘門的結(jié)構(gòu)，其簡(jiǎn)單方便，施工便捷減少成本。其缺點(diǎn)有；需要較高的機(jī)架橋和橋墩，埋設(shè)件數(shù)量較大。因考慮到工作后的檢修問題，工作閘門的底端應(yīng)布置在堰頂?shù)南掠蝹?cè)，平板閘門工作閘門頂部高程取1.4米。根據(jù)規(guī)范《水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL74-2013），處于安全考慮，對(duì)于泄水和水閘系統(tǒng)的檢修閘門，本設(shè)計(jì)中設(shè)置1扇檢修閘門。檢修閘門設(shè)置在工作閘門的上游側(cè)。通過之前第四章的樞紐布置確定，溢流堰的凈寬度設(shè)置為50米，溢流堰頂高程設(shè)置為181.4米，由之前確定設(shè)定5個(gè)閘孔，每個(gè)閘孔寬10米，其厚度為0.8米，檢修閘門的高度為1.9米，工作閘門的高度為1.9米，為減少閘門泄流時(shí)產(chǎn)生的壓力，閘門的落點(diǎn)位置設(shè)置在堰頂下游0.1Hd1.3.6閘墩為了把閘墩的重量給支撐起來，需要把閘孔分隔開，閘墩將閘門、胸墻以及閘墩本身擋水所承受的水壓力傳遞給底板。閘墩平面一般采用流線形式，閘門它的高度與工作交通橋，啟閉機(jī)閘門符合，并設(shè)置成尖圓形狀，閘墩的厚度取值一般為孔徑的七分之一到八分之一之間，邊墩的厚度一般為孔徑的十分之一到十一分之一這個(gè)樣子，已知單個(gè)的孔徑長(zhǎng)度為10米，固中部的閘墩厚為1.2～1.4米，邊墩的厚為0.9～1.0米，門槽寬深比選較優(yōu)寬深比1.6～1.8米根據(jù)參考老師給定資料，路面寬約9米，固選定閘墩長(zhǎng)度為18米，邊墩的厚度為1.4米，中間閘墩厚度2.8米，門槽凈寬為1米，工作的閘門門槽深為0.5米。尺寸見下圖。圖1.2閘墩詳細(xì)尺寸根據(jù)查閱土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范，因考慮到安全問題，固閘墩的頂部高程取最大值，在擋水的時(shí)候，因考慮到安全問題，閘墩的高度應(yīng)高于安全加高和波浪高值，應(yīng)高于設(shè)計(jì)工況和正常工況下的高度。外加在宣泄校核洪水時(shí)應(yīng)該高于校核洪水位另外還應(yīng)增加安全加高值問題，在溢洪道靠近壩體時(shí)還應(yīng)考慮壩頂高程的問題來進(jìn)行協(xié)調(diào)。表1.1安全加高下限值運(yùn)用工況控制段建筑物級(jí)別Ⅰ級(jí)Ⅱ級(jí)Ⅲ級(jí)擋水0.70.50.4泄洪0.50.40.3在各種工況下增加確定值后的閘墩高度如下：表1.2閘墩高度計(jì)算表運(yùn)用工況相應(yīng)水位安全加高波浪高閘墩高度擋水設(shè)計(jì)199.790.70.59201.08正常191.80.70.59193.09泄洪202.920.5——203.42經(jīng)過了查閱資料后，確定了在擋水時(shí)與泄洪時(shí)各工況下安全設(shè)定為閘墩高程為203.42米。溢流堰前緣的總寬度為單個(gè)閘孔10米設(shè)置5個(gè)，加4個(gè)2.8米寬的閘墩加兩個(gè)1.4米寬的邊墩，最終通過計(jì)算確定為64米。B總1.3.7工作橋和交通橋設(shè)計(jì)根據(jù)翻閱資料和按照設(shè)計(jì)要求，需要擬定說明工作橋和交通橋的布置，在布置時(shí)首先確定一點(diǎn)，在本設(shè)計(jì)中選用的是液壓式的啟閉機(jī)設(shè)備，在布置交通橋的時(shí)候，應(yīng)考慮閘室的穩(wěn)定和兩岸交通情況，一般情況下布置在閘室下游，其交通橋的寬度為10米，由上文說明，本工程選用的液壓?jiǎn)㈤]機(jī)，固不設(shè)工作橋。1.3.8啟閉機(jī)由1.3.7給出了本工程選用液壓式啟閉機(jī)，在考慮到工程安全問題上由于本設(shè)計(jì)地理環(huán)境問題，水文氣象問題，會(huì)有旱澇，有結(jié)冰期，固會(huì)有結(jié)冰凍塊會(huì)撞擊閘門的，所以應(yīng)當(dāng)設(shè)置一定的安全高度，參照規(guī)定，提高至壩頂高程1～2米即可，為驗(yàn)證列以下式子，204.5?202.92=1.58m1.4泄槽設(shè)計(jì)考慮工程安全問題，在6，7、8月份雨水充沛洪水來的時(shí)候，設(shè)計(jì)中盡量使泄槽軸線等寬對(duì)稱來防止沖擊波的損壞問題，并且為了讓來水能夠安全的下泄，本工程采用利用泄水陡槽與消能段相連接的方式，來進(jìn)行安全下泄。1.4.1泄槽橫斷面本設(shè)計(jì)中泄槽斷面布置選擇問題，在本設(shè)計(jì)樞紐布置中，溢洪道是設(shè)置在壩體左岸的天然埡口上面的，其巖體新鮮，在通常情況下會(huì)采用梯形與矩形形式的斷面，固本次設(shè)計(jì)采用矩形斷面不進(jìn)行收縮擴(kuò)散，其總寬度為B=2.8×4+1.4×2+50=64m。1.4.2泄槽縱斷面1.4.2.1泄槽縱坡設(shè)計(jì)泄槽的縱坡需要考慮多方面的因素，最基本的是有樞紐地區(qū)的地質(zhì)地形地貌所決定的，然后還要考慮施工情況，及其材料的特性及其后期的水力學(xué)條件問題。在水位不影響溢流堰自由泄流不發(fā)生水躍情況下，泄槽的縱坡應(yīng)比來水的臨界坡度大，常用的坡底i0=1%~5%。從老師給予的資料有關(guān)平面圖中觀得，在泄槽的前端與下游149.5米高程有400米的距離，其泄槽前端兩者高程的高差確定為181.4米-12米-149.35米=25.05米，其兩者連成一條直線，斜率大約為i=25.05/400=0.062526，因地質(zhì)地貌的原因可以減少挖方，初設(shè)定坡率為i=5%，初擬用混凝土來襯砌，其糙率系數(shù)n值宜采用0.015。取α=1.05，近似計(jì)算臨界水深：hk=3臨界坡度計(jì)算公式為:ik=g要求泄槽坡率i>ik，則取i=0.062526>0.15%滿足要求。1.4.2.2水面線計(jì)算在水面線的計(jì)算中，我采用推求法計(jì)算的泄水槽橫斷面的側(cè)墻高度與泄槽為側(cè)墻高度為泄水面線加上一定超高。泄槽水流的正常水深公式計(jì)算：h0,k+1=(試算得出矩形泄槽水流的正常水深為h0由前面計(jì)算可知hk>h0可判斷渠道為陡坡。水流經(jīng)過溢流堰到泄槽時(shí)相當(dāng)于從一個(gè)陡坡過度到一個(gè)較緩的陡坡，根據(jù)《水工設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第2版第7卷），泄槽上游接實(shí)用堰時(shí)，起始計(jì)算斷面定在堰下游收縮段面處，起始計(jì)算斷面水深h1h1=q公式中q——起始計(jì)算斷面單寬流量，m2H0θ——泄槽底坡角，（°）；?——起始計(jì)算斷面流速系數(shù)，取0.95。由已知有H0=202.92-181.泄槽水面線根據(jù)能量方程，用分段求和法計(jì)算，計(jì)算公式如下?l1?2=其中J=n2式中?lh1、h2——分段始、末斷面水深，m；v1、v2——分段始、末斷面平均流速，m/s；α1、α2—流速不均勻系數(shù)，取1.05；θ——泄槽底坡的傾角，（°）；i——泄槽底坡，i=tanθ；J——分段內(nèi)平均摩阻坡降；n——泄槽槽身糙率系數(shù)，取0.015；v——分段平均流速，m/s，v=(R——分段平均水力半徑，m，R=(計(jì)算工況為校核洪水工況，按水深進(jìn)行分段計(jì)算，用上述方法畫水面線。計(jì)算結(jié)果見表1.3。1.4.2.3邊墻高度確定根據(jù)水面線計(jì)算結(jié)果，考慮摻氣水深?h、安全超高?h?h=?v100h式中h—泄槽計(jì)算斷面水深，m；ν——不摻氣情況下的泄槽計(jì)算斷面流速；ζ——修正系數(shù)，可取1.0~1.4s/m，本設(shè)計(jì)取1.1s/m。根據(jù)SL253-2000《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》，泄槽段邊墻高度應(yīng)根據(jù)計(jì)入波動(dòng)及摻氣后的水面線，再加上0.5～1.5m的超高來確定。本設(shè)計(jì)中安全超高取Δh0=0.8m。最終計(jì)算結(jié)果見表1.4。由此確定泄槽邊墻高度為8.5m。表1.3水面線計(jì)算表ACRvvRnJJi??LL411.5488.3265.40915.4210.0150.0060.000403.2087.9275.26415.93215.6775.3360.0150.0060.0060.04414.73514.735390.4087.5325.12311.45411.1935.1940.0150.0070.0070.04311.26731.003377.6087.1244.98217.01211.7335.0520.0150.0080.0070.04318.73149.733364.8081.7014.83817.60917.3114.9100.0150.0090.0080.04221.65071.384352.0081.2634.69318.24917.9294.7660.0150.0100.0090.04125.14991.533339.2085.8084.54718.93818.5944.6200.0150.0110.0100.04029.396125.92321.4085.3364.39919.68119.3094.4730.0150.0120.0110.03934.632160.56313.6084.8454.24920.48420.0824.3240.0150.0140.0130.03741.209201.77300.8084.3354.09821.35620.9204.1740.0150.0160.0150.03549.663251.43288.0083.8023.94522.30521.8304.0220.0150.0180.0170.03360.854312.28275.2083.2453.79123.34222.8243.8680.0150.0210.0190.03171.252388.54262.4082.6633.63424.48123.9123.7120.0150.0240.0220.02898.591487.13249.6082.0533.47625.73625.1093.5550.0150.0280.0260.024133.60620.73表1.4邊墻高度線計(jì)算表hvζ?h安全超高邊墻高度1.5115.4211.11.10410.88.4131.3015.9321.11.10410.88.2041.1011.4541.11.10410.88.0045.9017.0121.11.10410.87.8045.7017.6091.11.10410.87.6045.5018.2491.11.10410.87.4045.3018.9381.11.10410.87.2045.1019.6811.11.10410.87.0044.9020.4841.11.10410.81.8044.7021.3561.11.10410.81.6044.5022.3051.11.10410.81.4044.3023.3421.11.10410.81.2044.1024.4811.11.10410.81.0043.9025.7361.11.10410.85.8041.4.2.4泄槽襯砌根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，考慮到溢洪道泄水時(shí)的安全穩(wěn)定問題，需要布置泄槽襯砌問題，之所以布置泄槽襯砌是因?yàn)榉乐垢咚倭魉俚乃鳑_刷巖石，因襯砌材料具備抗沖抗侵蝕的特性，固而考慮布置泄槽設(shè)襯砌。在本工程布置中，把泄槽布置在了巖基上，襯砌部分的邊墻采用混凝土材料，設(shè)置厚度為0.4米，根據(jù)相關(guān)材料規(guī)定1級(jí)壩體的分縫距離在10～15米間，本工程分縫確定為10米。1.5消能防沖設(shè)計(jì)因本樞紐設(shè)計(jì)中考慮到溢洪道泄流安全問題，需布置消能防沖設(shè)計(jì)。在泄洪時(shí)由于流速很大，所以長(zhǎng)時(shí)間很容易破壞下游河床與岸坡，從而對(duì)樞紐產(chǎn)生不利影響，在設(shè)計(jì)消能防沖后可以使泄槽內(nèi)的高速水流經(jīng)過消能處理流入河床，固能解決因泄流流速高導(dǎo)致的一系列安全隱患問題。由于消能方式有多種，如何確定消能方式，根據(jù)地質(zhì)地形圖和施工成本等問題，固選擇挑流消能方式，因