某水利樞紐溢流壩段設計計算案例目錄TOC\o"1-2"\h\u11298某水利樞紐溢流壩段設計計算案例 1198741.1溢流壩段剖面形狀的確定 1271471.2消能設計 3215691.3閘門、閘墩及導墻設計 51.1溢流壩段剖面形狀的確定溢流壩段作為擋水建筑物需要滿足穩(wěn)定和強度要求，作為泄水建筑物，溢流壩的泄水能力需要滿足工程所需泄水能力要求，并且在泄水過程中，溢流壩應盡可能使水流在流經壩面使保持平順，否則水流會產生空蝕現象，危害壩體安全，另外，溢流壩還應做好消能防沖措施，以免下泄水流沖擊河床產生沖刷坑，影響其他建筑物的正常運行。調洪演算選定的方案中，溢流前緣寬度B=45m，可以設置5個表孔，孔寬9m，堰頂高程337m。設計洪水位346.32m，相應下泄流量2784m3/s；校核洪水位349.35m，相應下泄流量4430m3/s。溢流壩采用WES實用堰，堰頂上游堰頭曲線采用三圓弧曲線，堰頂下游堰面曲線采用WES冪曲線。1.1.1上游堰頭曲線堰面曲線定型設計水頭Hd按堰頂最大作用水頭的75%~95%計算，考慮容許負壓，在校核洪水位閘門全開時出現的負壓不得超過3~6m，取Hd=0.85Hmax=10.5m。經檢驗在此時在校核洪水位閘門全開時產生的負壓為1.1m，滿足設計規(guī)范要求。上游堰面采用三圓弧曲線，各圓弧直徑分別為：=5.25m，=1.84m；=1.1m，=1.90m；=0.42m，=1.96m。1.1.2下游冪曲線WES曲線按式（1.1）計算： （1.1）式中：Hd——設計水頭10.5m；x、y——堰頂下游側曲線橫、縱坐標；n——與上游堰坡有關的指數，當上游面垂直時，n=1.85；k——上游面垂直時取1.0。方程可以簡化為：，以堰頂為原點，計算冪曲線上的坐標見表1.1。表1.1冪曲線點坐標橫坐標x（m）縱坐標y（m）橫坐標x（m）縱坐標y（m）0.000.009.003.951.000.0710.001.801.000.2411.005.723.000.5211.006.721.000.8813.007.795.001.3311.008.946.001.8615.0010.167.001.4816.0011.448.003.17繪制堰頂曲線見圖1.1。圖1.1WES堰頂曲線圖1.1.3中間直線段中間直線段與頂部冪曲線和底部反弧段相切，坡度與擋水壩段下游坡度相同，m=0.75時，對冪曲線求一階導數。設直線段與冪曲線的切點為（x0，y0），則有0.1258=1/0.75，解得x0=16.14，y0=11.63，則切點坐標為（13.14，11.63）1.2消能設計1.1.1消能方式的選擇已經修建完成并投入使用的大壩，上下游水位存在水位差，上游的水流流至下游，重力勢能轉化為動能，高速水流沖刷河床會破壞壩址和下游地基，因此必須設置消能防沖措施。常見的消能方式有挑流消能、底流消能、面流消能、消力戽消能等。挑流消能優(yōu)點是施工難度低、挑流射程較遠、消能作用明顯，缺點是沖刷坑較深，引起下游水位波動較劇烈。挑流消能適用于堅硬巖石上的高、中壩。底流消能適用于地基強度低，河床脆弱不耐沖的情況，優(yōu)點是運行可靠，下游流態(tài)平穩(wěn)，但土石方開挖量和混凝土澆筑量大，經濟性不好。面流消能優(yōu)點是無需護坦，缺點是下游水位波動強烈，不僅沖刷兩岸，而且影響通航和發(fā)電。消力戽消能適用于尾水較深且下游河床和兩岸具有一定抗沖能力的情況，優(yōu)點是對河床沖刷小，缺點和面流消能相同。本工程壩址處地質條件良好，可以采用挑流消能，初步擬定鼻坎高程比校核情況下游水位高1m，即318.4m，鼻坎挑射角θ=25°。1.1.2反弧段設計對挑流效能，反弧段半徑按式（1.2）計算： （1.2）式中：h——校核洪水位時反弧最低點處的水深，m。則R=16.8~42m，取R=17m。由能量方程可得，鼻坎處平均水流流速v: （1.3）式中：——流速系數，取0.95；H——上游水位到鼻坎高差，m。計算得v=23.4m/s。 （1.4）式中：Q——校核洪水位時溢流堰下泄流量4430m3/s；B——溢流前緣寬度45m。計算得h=1.2m。反弧段及鼻坎細部構造見圖1.2。圖1.2反弧段及鼻坎細部構造1.1.3消能驗算水舌拋距按式（1.5）計算： （1.5）式中：——坎頂水面流速，m/s，取m/s；——坎頂垂直方向水深，m，3.8m；——坎頂至河床面高差，m，=13.4m。計算得L=66.5m。最大沖坑水墊厚度按式（1.6）估算： （1.6）式中：q——單寬流量；H——上下游水位差，m；k——沖刷系數，取1.1。計算得=25.9m。L/=1.6>1.5，滿足消能防沖的要求。1.3閘門、閘墩及導墻設計溢流壩的工作閘門一般設置在堰頂，工作閘門上游側應設置檢修閘門。工作閘門需要在動水中啟閉，一般有平板閘門和弧形閘門兩種型式?；⌒伍l門的啟門力小，且沒有門槽，但缺點是門軸受力集中，且支承在閘墩的下游端，要用鋼筋或錨索將閘門推力傳到閘墩的上游部分，適用于高水頭溢流壩。平板閘門的支承門槽位于閘墩的上游側，閘墩的受力條件較好，不足之處是要求的啟門力大，且有門槽，適用于低水頭溢流壩。本溢流壩工作閘門采用弧形閘門，檢修閘門采用平板門。查詢《水利水電工程鋼閘門設計規(guī)范》可知，孔口寬為9m時，孔口高可以設為8m。一般取R=（1.0~1.5）H，則m，取R=12m。檢修閘門采用平板閘門，布置在工作閘門上游1m處，閘門槽寬度取80cm，深度取50cm，門槽設計見圖1.3。圖1.3工作閘門門槽溢流壩段采用墩中分縫，中墩厚度取D=3m，閘墩上游設為半圓曲線，半徑=1.5m，下游采用雙圓弧曲線，半徑=5.13m，中墩大樣圖見圖1.4。邊墩厚度取為2m，上游半圓曲線半徑取為2m，下游雙圓弧曲線半徑取為6.84m，邊墩大樣圖見圖1.5。邊墩向下游延伸到鼻坎末端形成導墻，導墻的高度應比摻氣后水深高出0.5~1.5m，摻氣水深按式（1.6）計算 （1.6）式中：——修正系