溢流坝段表孔设计计算说明

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= 第4章 溢流坝段表孔设计

溢流坝段既是挡水建筑物，又是重力坝枢纽最中重要的泄水建筑物。设计时， 除了应满足稳定和强度要求外，还要满足因泄水带来的一系列要求， 包括 ：

(1 ) 具有足够的 孔口体形尺寸和较高的流噩系数，，以使之具有足够的溢流 能力。

( 2) 应具有良好的孔口体形，以使水流平顺 地过坝，不产生有害的负压、 震动和空蚀等。

( 3 ) 保证下游河床不产生危及坝体安全的局部冲刷。

( 4 ) 溢流坝段在枢纽中的位置，应使下游水流流态平顺，不产 生折冲水流， 不影响枢纽中的其他建筑物的正常运行。

(1) 又灵活可靠的下泄水流控制设备，如闸门启闭机 等

4. 1 确定溢流断面长度

4.1.1 设计单宽流量

溢流重力坝的单宽流量 q 需综合考虑地质条件、枢纽布置下、游河道水深和消能工设计等因素，通过技术经济 比较后选定。单宽流噩愈大，所需的溢流前缘 愈短，对枢纽 布置有利， 但 下 泄水 流动能大，对下游消能防冲不利 ，。近年来随着 消 能工技术的进步，选定的单宽流量也不断增大。

本设计中，三峡坝之下游段地质条件优良，故可假定单宽流盐q=200m 3 /s , 据此可假定溢流坝段长度。

(1 ) 设计洪水位 工况下： Q = 23540 m3/s

则可假定 Q 23540 L = — =

= 117 .7 m

200

( 2 ) 校核洪水位 工况下： Q = 3526 0 m3/s

则可假定

Q 35260

L = — =

= 176 .3m

200

选取二者中的最大值， 确 定溢流段长度为176. 3m

本设计选用平面钢闸门形式，因 其 结构简 单，而且闸墩受力条件良好。取孔口净宽为b = 8 米。

a 、计算孔口数：

(1 )

设计 洪水位工况下·. n =

117 .7

= 14 .71

( 2 ) 校核洪水位 工况下： 176 .3

n 21 .94

由此可确定 孔口数为22 孔。

据此计算Q 溢 = 22X 8X200 = 35300 m3/s, 满足设计洪水位和校核洪水位工况下所需的下泄流量。

b 、闸门布置：

溢流 坝段表孔采用平面钢闸门，常用的布置有跨缝布置和跨墩布置，其中跨缝布置可以减少闸墩长度，但对地基要求较严格，若产生地基不均匀沉降则对闸

门启闭运行极为不利，而跨墩布置可以适当放松对地基的要求，然而却增加了闸 门的长度，使整个溢流 坝段长度增大，对其经济性产生影响。综合各方面因，素 鉴 于 三峡 工 程所在地地基条件优良，故选用跨缝布置。经考虑论证后选取闸墩厚度为 13m , 则每段坝长为13+8=21m 。

c 、溢流坝段前缘总长： 溢

流坝

顶

装设闸

门时

，用坝墩将溢

流坝段分割成若干个等宽的孔

设口宽度为 b ,则孔口数n = L /b 。， 令闸墩厚度 为 d 。 闸门段长 L = 22 X 8+(22一l ) X 13 = 44 9m 因为采用跨缝布置 ，考虑深 孔的交错布置（深孔为23 孔，由下章可知），故其溢流坝段前缘总长为： Lo = L + 2 d + b = 483 m . o 4.1.2 堰顶总水头的确定 由调洪演算求出的设计洪水位及相应的溢流坝下泄流量Q 溢，可求的堰顶 设计总水头H o 。利用堰流公 式计算H o: Q li = n b 迈“石

H 。3 / 2

( 4 • 1)

式中： Q 溢— 表 孔下泄洪水的流噩， 有设计资料 Q 溢 = 235 40 m3 /s; n — 孔口数， 22 ; b — 表 孔净宽，8 m ; c — 闸墩侧收缩系数 ，与墩头 形式有关，初拟时可取0. 9- 0. 95, 本计设计取0.92; (7,

— 淹没系数，因 其为自由出流，故取 1. 0;

m — 流量系数，以三峡工程为高坝，初拟时根据水工建筑物经验可预定P 1/Hd 3. 0, 可以不计行 近流速， 取m = 0. 502。 Ho - 堰顶设计总水头。

将各参数代入上式，得堰 顶设计水头： H o =16 . 23m 则： 堰顶高程＝设计水位－堰顶水头 = 175一16. 47 =158. 53 m 本设计取 158 m 。检验： 结合本设计结果，立- ;:: 3 .0 。故可以 不计行近流速，满足假 设条件。

H

综上所述：本设计溢流表 孔坝段分成23 个坝段，分缝布置故有22 个孔口； 选用 平面钢闸门，闸门宽8 米，堰顶高程为 158 米。

4. 2 溢流面曲线设计

溢流重力坝的溢流面由顶部曲线段，中间直线段和下游反弧段三部分组成。

设计要求为：＠ 有 较 高 的流量 系数 ； ＠ 水流平顺 ，不产 生有 害的负压和 空蚀破 坏 ；

＠ 体形简 单 ，造价低 ，施 工 方便 。

4.2.1 定型设计水头的确定

H s 定型设计水头即坝剖面设计时采用的堰顶水头，一般 取校核水 位 时堰顶水 头 Hzmax 的 75 %-9 5 % , 并 满足 下 列 要求 ：＠ 遇校核水 位闸 门 全开时 ， 堰顶附 近出现的 负压不得超过 3- 6m 水柱；＠ 遇 常遇洪水位（ 等 于 或低 于 20 年 一 遇的洪水）闸门 全 开时，坝顶 附 近不 得 出现负 压。

Hzmax = 校核洪水位－堰顶高程 = 180. 4-158 = 22. 4m 当实际来水的堰顶水头 Hz 高出 Hs 时， 堰顶附 近将出现 负压 ， Hz 超 出 H s 愈大 ，负压值 愈大 ，显 然，遇 到校核洪水位 ， 即 Hz =Hzmax 时 ，堰顶附 近将出现 最大 负压值 。

选用不同定 型设 计水头 时堰顶附 近可 能出现的 最大负压值 见下表： H 姐 Zm

ax

0. 75 0. 775 0.80 0. 825 0.85 0.875 0.90 0.95 1.0 Hs

1。

6 . 8 1

7 . 36

17.9

2

18. 84 19.0 4 19. 60 20. 16

21. 28

22. 4

最大负 压值 0. 5H z 0. 45H z 0.4H z 0. 35H z 0. 3H z 0. 25H z 0. 20H z 0.10H z 0. OH z 当实际 来水 的作用 水头低 于定型 设 计水 头 H s 时 ， 堰体对水舌有 顶托作用 ， 使其流量系数 减少 ，减 少溢流段 下 泄 量 ，所 以 要考虑有 一定的负压值 ，但负压值不 宜 过大 ，不 能超过规范 规定 的 3- 6 米 水柱 ，本 设计 取用 Hs = O . 9Hzmax,即最大负压值为

Hs = 90%Hzmax=90%X 22. 4= 20. 16m

4.2.2 堰面曲线的设计

重力坝溢流面曲线由顶部曲线段 AB 、中间段 BC 和下部反弧段 C D 三

部分组成。设计要求是： ＠ 有较 高 的流速 系数；＠ 水流平顺 ，不产 生有 害的 负压和 空蚀破 坏；＠ 体形简 单 ，造 价低 ， 施工方便。如图 4 — l

图 4

— l

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