第六节溢流重力坝

第六节溢流重力坝（一）

引言：溢流重力坝简称溢流坝，既是挡水建筑物，又是泄水建筑物。因此，坝体剖面设计除要满足稳定和强度要求外，还要满足泄水的要求，同时要考虑下游的消能问题。当溢流坝段在河床上的位置确定后，先选择合适的泄水方式，并根据洪水标准和运用要求确定孔口尺寸及溢流堰顶高程。

本节主要介绍：溢流坝的设计要求、溢流坝的泄水方式和溢流坝的剖面设计

一．溢流坝的设计要求

溢流坝是枢纽中最重要的泄水建筑物之一，将规划库容所不能容纳的大部分洪水经坝顶泄向下游，以便保证大坝安全。溢流坝应满足泄洪的设计要求：

●有足够的孔口尺寸、良好的孔口体形和泄水时具有较大的流量系数。

●使水流平顺地通过坝体，不允许产生不利的负压和振动，避免发生空蚀现象。

●保证下游河床不产生危及坝体安全的冲坑和冲刷。

●溢流坝段在枢纽中的位置，应使下游流态平顺，不产生折冲水流，不影响枢纽中其他建筑物的正常运行。

●有灵活控制水流下泄的设备，如闸门、启闭机等。

二．溢流坝的泄水方式

图示讲解：

1．坝顶开敞溢流式

溢流坝泄水方式（单位：m）

（a）坝顶溢流式 1一350T门机；2一工作闸门

（b）大孔口溢流式 1一175/40T门机；2一12×10m定轮闸门；3一检修门

（c）具有活动胸墙的大孔口 1-活动胸墙；2一弧形闸门；3一检修门槽；4一预制混凝土块安装区

不设闸门时，堰顶高程等于水库的正常蓄水位，泄水时，靠壅高库水位增加下泄量，这种情况增加了库的淹没损失和非溢流坝的坝顶高程和坝体工程量。坝顶溢流不仅可以用于排泄洪水，还可以用于排泄其它漂浮物。它结构简单，可自动泄洪，管理方便。适用于洪水流量较小，淹没损失不大的中、小型水库。

当堰顶设有闸门时，闸门顶高程虽高于水库正常蓄水位，但堰顶高程较低，可利用闸门不同开启度调节库水位和下泄流量，减少上游淹没损失和非溢流坝的高度及坝体的工程量。与深孔闸门比较，堰顶闸门承受的水头较小，其孔口尺寸较大，由于闸门安装在堰顶，操作、检修均比深孔闸门方便。当闸门全开时，下泄流量与堰上水头H0的3/2次方成正比。随着库水位的升高，下泄流量增加较快，具有较大的超泄能力。在大、中型水库工程中得到广泛的应用。

2．孔口溢流式

在闸墩上部设置胸墙，有固定胸墙和活动胸墙两种，既可利用胸墙挡水，又可减少闸门的高度和降低堰顶高程。它可以根据洪水预报提前放水，腾出较大的防洪库容，提高水库的调洪能力。当库水位低于胸墙下缘时,下泄水流流态与堰顶开敞溢流式相同；当库水位高于孔口一定高度时,呈大孔口出流。胸墙多为钢筋混凝土结构,常固接在闸墩上,也有做成活动式的。遇特大洪水时可将胸墙吊起,以加大泄洪能力，利于排放漂浮物。

三．溢流坝的剖面设计

图示讲解：

图2-23 溢流坝剖面

1-顶部溢流段；2-直线段；3-反弧段；

4-基本剖面；5-薄壁堰；6-薄壁堰溢流水舌

溢流坝的基本剖面呈三角形。上游坝面可以做成铅直面，也可以做成折坡面。

溢流面组成：顶部曲线段、中间直线段和底部反弧段三部分。

设计要求：有较高的流量系数，泄流能力大；

水流平顺，不产生不利的负压和空蚀破坏；

形体简单、造价低、便于施工等。

1.溢流坝的堰面曲线

●顶部曲线段

溢流堰面曲线常采用非真空剖面曲线。采用较广泛的非真空剖面曲线有克-奥曲线和幂曲线(或称WES曲线)两种。克-奥曲线与幂曲线在堰顶以下(2/5～1/2)Hs(Hs为定型设计水头)围基本重合，在此围以外，克—奥曲线定出的剖面较肥大，常超出稳定和强度的需要，如图2-24所示。克-奥曲线不给出曲线方程，只给定曲线坐标值，插值计算和施工放样均不方便。而幂曲线给定曲线方程，如式（2-57），便于计算和放样。克-奥曲线流量系数约为0.48~0.49，小于幂曲线流量系数（最大可达0.502），故近年来堰面曲线多采用幂曲线。

◆开敞式溢流堰面曲线

◆设有胸墙的堰面曲线

●中间直线段

中间直线段的上端与堰顶曲线相切，下端与反弧段相切，坡度与非溢流坝段的下游坡相同。

●底部反弧段

溢流坝面反弧段是使沿溢流面下泄水流平顺转向的工程设施，通常采用圆弧曲线，R=（4~10）h，h为校核洪水闸门全开时反弧最低点的水深。反弧最低点的流速愈大，要求反弧半径愈大。当流速小于16m/s时，取下限；流速大时，宜采用较大值。当采用底流消能，反弧段与护坦相连时，宜采用上限值。

挑流圆弧曲线结构简单，施工方便，但工程实践表明容易发生空蚀破坏，为此，许多人开展了可探求合理新型反弧曲线的研究，如球面，变宽度曲面，差动曲面等。

2. 溢流坝剖面设计

溢流坝的实用剖面：在三角形基本剖面基础上结合堰面曲线修改而成。

●溢流坝堰面曲线超出基本三角形剖面

图示讲解：

溢流坝剖面绘制

（a）反弧与护坦连接；（b）反弧与挑流鼻坎连接

在坚固完好的岩基上，会出现这种情况，设计时需对基本剖面进行修正，

先绘出非溢流坝三角形基本剖面△102,根据溢流坝的定型设计水头Hs和选定的堰面曲线型式,点绘出堰面曲线ABCD,将基本三角形△012平移至今△0＇1＇2＇位置,使下游边0＇2＇与溢流坝面的切线重合,坝上游阴影部分可以省去。为了不影响堰顶泄流，保留高度d的悬臂实体,且要求d≥0.5Hzmax（Hzmax为堰顶最大作用水头）。

●溢流堰面曲线落在三角形基本剖面以。

当坝基摩擦系数较大时,会出现这种情况。为了满足与基本剖面协调的要求,可将失去的部分坝体体积补上,通常是在溢流坝顶加一斜直线AA＇，使之与溢流曲线相切于A点，增加上游阴影部分坝体体积，同时也满足坝体稳定和强度要求。

●具有挑流鼻坎的溢流坝。

当鼻坎超出基本三角形剖面以外时，若l/h>0.5时，须核算B-B＇截面处的应力；若拉应力较大,可考虑在B-B＇截面处设置结构缝,把鼻坎与坝体分开；若拉应力不大,也可采用局部加强措施，不设结构缝。

溢流坝和非溢流坝的上游坝面要求应尽量一致,并且对齐,以免产生坝段之间的侧向水压力，否则将使坝段的稳定、强度计算复杂化。溢流坝的下游坝面，则不强求与非溢流坝面完全一致对齐，只要两者各自保持一致对齐即可。