申艳《水利水电工程概论》第四章6节河岸溢洪道

四、出口消能段及尾水渠
溢洪道出口的消能方式与溢流重力坝基本相 同，见“重力坝”一章,随着高坝建设的增多， 挑流消能工新形式不断出现，如：扭曲挑坎 斜挑坎、窄缝式挑坎等。 挑流消能：适用于较好的岩基，泄槽挑流冲
刷坑不影响建筑物的安全。 底流消能：适用于地质较差情况。
挑坎所受的荷载：水流离心力、水重、扬压力、
保安全。 为了防止挑流水舌的下面形成真空，在边墙
上设置通气孔。
为排除反弧段上积水，设排水孔。
在有的情况下，若流经泄槽的急流经过消能 之后，不能直接进入原河道时，需布置一段尾水 渠。
2．扩散区设计 目的：减小出口单宽流量，便于消能 至今尚无成熟理论可供应用。下列经验仅供参
考。 初步设计，根据急流边墙不发生分离的条件来
确定扩散角Ψ至今尚无成熟理论可供应用，下列经 验仅供参考。初步设计，根据急流边墙不发生分离 的条件来确定扩散角φ
3．弯曲段 通常采用圆弧曲线,弯曲半径应大于10倍槽宽弯曲 区，由于离心力的作用，导致外侧水深加大，内 侧水深减小，造成断面内的流量分布不均。同时 集中的急流受到边墙转折的限制，形成冲击波。 因此，弯曲区设计的主要。 问题在于： ①使断面内流量分布均匀； ②消除或抑制这种冲击波。
3、枢纽布置：溢洪道进口应位于水流顺畅处，且 与土石坝应存有相当的距离；如太 近，则须加设导墙（或加强临近坝 坡的护坡），溢流堰前加引水渠应 较短，以减少水头损失，提高泄水 能力。
下游出口，应与土石坝的坝脚及其它建筑物 保持一定的距离，太近则须增设合适的防护建筑物。
4、施工条件：开挖方量是较大的，对出渣路线及 堆料场都要合适地布置，有可能利 用开挖的土石方量来填筑土石坝， 避免各建筑物施工相互干扰。
脉动压力、混凝土自重等。
为了保证坎的稳定，常在挑坎的末端做一道
深齿墙，齿墙深度应气氛冲坑的形状、尺寸而定，
其底部高程一般应低于冲刷坑可能影响的高程。 还要考虑到泄量很小时，水流挑射不远或者
挑不出去，而齿墙下跌的情况，为此无论土基还 是凹面岩基，一般都要设置混凝土护坦以保护齿 墙墙脚。
挑坎的两侧也应设置齿墙插入两岸岩石，以
第二节 正槽溢洪道
正槽式溢洪道通常以下五部分组成，即进水段、 控制段、泄槽、消能段和尾水渠。
溢流堰轴线和泄槽轴线正交。 优点：正向进水，结构简单，水流条件较好，泄 洪能力大，工作安全可靠，施工管理维修方便，因 而得到广泛采用。 缺点：当两岸地势高，且岸坡较陡时，开挖方量 往往很大
一、引水渠
作用：使水流平顺地由水库进入控制段。当控制段 的位置紧靠水库时，进水段只是一个喇叭口； 当控制段的位置不能紧靠水库时，则需要在 控制段前开挖引水渠。
第六节 岸边溢洪道
一、溢洪道是水利枢纽中的一项主要建 筑物,它泄洪起着保护大坝安全的重 要作用。
设河岸溢洪道的原因： 1）土坝本身不能泄水 2）河谷狭窄，厂坝争位 3）坝身泄水能力不足,另设泄洪道（如支墩
坝等轻型坝）
溢洪道通常是开敞的，其宣泄能力与堰上水 头的3/2次方成正比，故超泄能力大；其次，闸门 承重水头压力较小，操作方便，工作安全可靠。
流平面宜尽量采用直线、等宽、对称布置。
2）泄槽长度大，受地质、地形条件限制，不能
完全做成直线，需要转弯，转弯半径大于等于
10b
（b：陡槽直线段的平均宽度）。
3）为了减小泄槽末端的单宽流量，以利于消能
防冲，有时在泄槽末端设扩散段。
2、 纵断面 1）泄槽水流流速高，一般设在挖方上 2）最好使用单一的陡坡（大于临界坡）
对引水渠的要求：水流平顺,水头损失小,增加泄水 能力,减少工程量。
在布置和设计中应注意的几个问题：
1、引水渠在平面布置上尽量是直线(水流平 顺，可防止旋涡和横向水流）如受地形、 地质等条件限制，引水渠必须较弯，其转 弯半径不得小于4—6倍渠底宽，并力求在 控制段前有一直线段。
2、引水渠的过水断面一定要大于控制段的过 水断面。
常用的堰形：宽顶堰、实用堰
（1）宽顶堰 优点:结构简单，施工方便，堰矮、自重小、 对承载力较差的土基适应力强。
缺点：流量系数m较低（0.32－0.385）
适用：泄流量不大或附近地形较平缓的中、
小型工程
（2）实用堰
特点：流量系数比宽顶堰大,在相同泄流量条 件下，需要的泄流前缘较短,但施工复 杂。
适用：1）岸坡较陡的大中型工程常采用，以 减少工程量。
在直线收缩区的起点，由于侧压向内转折， 产生正扰动（壅高），在收缩区终点。由于侧奢 向外转折，产生负干扰（跌落）两岸侧压起点A 和A‘发生的扰动线在中心线上B点相遇（又被反 射到侧压的C和C‘）后传播到C和C‘再发生反射。 若使C点与D点，C‘与D’重合，正负扰动同在一点 发生。两者互相抵消，使下游扰动减至最小。
6、引水渠的纵坡一般采用平坡（I＝0）或具 有不大的逆坡。
二.控制段（溢流堰段）
作用：控制溢洪道的过水能力。
（一）溢流堰的形式
• 按其断面形式与尺寸分：宽顶堰、实用堰、 坚壁堰
• 按其在平面布置形状分:直线、折线、曲线、 环形
• 按堰轴线与来水方向相对关系分：正交堰、 斜堰、侧堰
体形设计要求：尽量增大流量系数，径流时不产生 空穴水流或诱发危险振动的负压。
二、河岸溢洪道的型式及其位置的选择
（一）型式
（1）正槽式 （2）侧槽式 （3）竖井式 （4）虹吸式
（二）位置的选择
应全面考虑地形、地质、枢纽布置、施工、 运行条件，通过几个方案的技术经济比较来 确定。 1、地形：利用枢纽附近合适的马鞍形垭口，
如Leabharlann Baidu垭口可利用中缓的岸坡；在坡 陡情况下，选用侧槽式。
2、地质：力争布置在较坚固稳定的岩基上，如土 基应布置在挖方上，还须进行地基处理， 如岩基有断层，破碎带等应摸清情况， 采取合理的加固措施，如风化层太厚或 挖方过多会引起山坡坍塌，可考虑采用 隧洞泄洪。
3、引水渠断面常采用梯形断面，边坡视土壤 和岩石的性质而定（岩基接近矩形）。
4、引水渠不宜过长，当受地形、地质条件限 制时,必须布置较强的引水渠，在泄流时, 应考虑该段水头损失的影响。(工程措施: 降低糙率)
5、当控制段的溢流堰为实用堰时，渠底应低 于堰顶，其值不小于0.5倍堰上水头稳定 和具有较大的流量系数。
为适应地形、地质条件，减少开挖量，可以 采用变坡，使坡度变化不宜太多，实践表明：在 变坡处（特别是由陡变缓处）容易遭到动水压力 的破坏，变坡处应做水流衔接设计。 3、横剖面
泄槽的横剖面形状与地质条件紧密相关岩基 上多做成矩形或接近矩形的断面，但在节理发育 和破碎带的岩基或土基上，有时也作成梯形。
（二）收缩段、扩散段和弯曲段设计
2）地面高程低于设计堰顶高程的溢洪
道，也常采用。 溢流堰多采用非真空堰
三、泄槽
泄槽的水利特征： 底坡陡，故为急流。由于流 速高，故会产生明渠中高速水流的问题：冲击 波、水流掺气、空蚀、压力脉动，应采取相应 的措施
（一）、泄槽的平面布置及纵、横剖面
1. 平面布置
1）为了使水流平顺，减少冲击波的发生，沿水
在急流中，由于边墙改变方向，水流受到 扰动，就会引起冲击波。 危害：冲击波的波动范围可能延伸很远，使水 流沿横剖面分布不均匀，从而增加边墙高 度，并给泄槽工作及出口消能带来不利的 影响。
1、收缩段设计 合理的收缩段应当使引起的冲击波的高度最
小，对收缩段以下泄槽中的水流扰动最小。 收缩区的设计主要是确定： （1）收缩区的长度 （2）侧压的偏角θ