溢流堰设计说明书
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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,又是重力坝枢纽中最重要的泄水建筑物。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量系数,,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
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。单宽流量愈大,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,故可假定单宽流量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 m 3/s
则可假定 m q Q L 7.117200
23540===
(2)校核洪水位工况下:Q = 35260 m 3/s 则可假定 m q Q L 3.176200
35260===
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:71.1487
.117==n
(2)校核洪水位工况下:94.218
3
.176==n
由此可确定孔口数为22孔。
据此计算Q 溢 = 22×8×200 = 35300 m 3/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口。设孔口宽度为b,则孔口数n = L/b 。,令闸墩厚度为
d 。
闸门段长L = 22×8+(22-1)×13 = 449m
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:
L 0 = L + 2d + b = 483 m.。
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 0。利用堰流公式计算H 0:
3/20s Q nb εσ溢= (4·
1)
式中:Q 溢 — 表孔下泄洪水的流量,有设计资料Q 溢=23540m 3/s ;
n — 孔口数,22;
b — 表孔净宽,8m ;
ε — 闸墩侧收缩系数,与墩头形式有关,初拟时可取, 本计设计
取;
— 淹没系数,因其为自由出流,故取;
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/H d ≥ ,可以不计行近流速,取m = 。 H 0-堰顶设计总水头。
将各参数代入上式,得堰顶设计水头:
H 0=16.23m
则:
堰顶高程=设计水位-堰顶水头
=175-
=158.53 m 本设计取158 m 。 检验:
结合本设计结果,
0.31
≥d
H P 。故可以不计行近流速,满足假设条件。 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。
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:①有较高的流量系数;②水流平顺,不产生有害的负压和空蚀破坏;
③体形简单,造价低,施工方便。
4.2.1 定型设计水头的确定
Hs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%-95%,并满足下列要求:①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;②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== 22.4m
当实际来水的堰顶水头H Z高出H S时,堰顶附近将出现负压,H Z超出H S愈大,负压值愈大,显然,遇到校核洪水位,即H Z=H Zmax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:
S
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H S=,即最大负压值为Hs=90%Hzmax=90%×=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CD三
部分组成。设计要求是:①有较高的流速系数;②水流平顺,不产生有害的
负压和空蚀破坏;③体形简单,造价低,施工方便。如图4—1
图4—1
A、顶部曲线段
开敞式坝顶溢流的顶部曲线,其合理形式应与薄壁堰的水合下缘曲线相
吻合。本设计采用WES型曲线,此曲线又以堰顶O为界分为上游段AO和下游