某大坝溢洪道的挑流消能设计探析

某大坝溢洪道的挑流消能设计探析

【摘要】简述了某大坝溢洪道的体型设计，对水工模型试验、运行情况进行了简要说明以供类似的高坝泄流设计参考。

【关键词】大坝；溢洪道；挑流消能

The some big dam spillway pick to flow to eliminate an ability design discussion and analysis

Gao Hua-feng

(Xinjiang yili water conservancy electric power survey design research institute Yining Xinjiang 835000)

【Abstract】The type of figure design of some big dam spillway, to water work model experiment, circulate the circumstance carried on a synopsis elucidation with provide similar of Gao Ba4 Xie4 flow a design reference.

【Key words】Big dam;Spillway;Pick to flow to eliminate an ability

1. 工程概况

某大坝是一座以发电为主，兼顾灌溉、防洪、养殖等综合利用的工程，枢纽建筑物主要有大坝、发电引水隧洞、厂房及升压站。大坝为浆砌石双曲薄拱坝，正常蓄水位为421.0m，水库总库容3505×104m3。大坝设计基坑底部高程为323m，坝顶高程为423.5m，设计的最大坝高为100.5m，顶拱弧长为247.4m，大坝坝顶宽4.5m，拱冠梁底宽20.5m。坝体材料为C15细石砼砌块（条）石，上游设有C20砼防渗面板。

大坝溢洪道采用坝顶表孔式溢洪道，溢流净宽30m，共设3孔，每孔净宽10米，采用挑流消能。溢洪道进口设弧形钢闸门控制，钢闸门正常挡水高度5m，堰顶高程416m。河床高程约为331.0m。

2. 地形与地质条件

大坝址处河谷狭窄，呈“V”型，河床宽约30m，河床高程328～330m。坝址区出露的地层岩性为第四系崩坡积层及冲积层和燕山早期中细粒黑云母花岗岩及脉岩，其中崩坡积层为碎块石土，厚度1～5m，分布于两岸山坡及冲沟；冲积

层为砂卵漂石，厚度1.3～4.5m，分布在河床；中细粒黑云母花岗岩浅红色，块状构造，花岗结构，岩石致密坚硬，广泛分布在坝区。坝址区裂隙主要以中陡倾角为主，左岸以N15～25°E/SE∠80-90°组裂隙较发育，裂面平整，顺坡倾斜，闭合或微张，延伸长，普遍有铁锰质浸染。其次左岸N15～25°W/NE或SW∠10～15°组裂隙较发育，裂面粗糙，凹凸不平，闭合，延伸1～2m，见铁锰质浸染。河床部位岩石风化表部为弱～微风化岩石，弱风化岩石厚0～3m，微风化岩石厚17～19m。左岸山坡岩石风化表部为弱风化岩石，仅在420m高程以上见有强风化岩石，其厚度为3～5m。左岸弱风化岩石厚15～26m，微风化岩石厚9～17m，右岸山坡岩石风化表部为强风化，其厚1～4m，弱风化岩石厚5～15m，微风化岩石厚15～28m。坝基开挖完成后揭露出了F24大断层。F24断层产状为N25～55°W/NE∠74～79°，上游极窄，仅宽约0.5m，下游极宽，约达4.0m，其内充填原生泥，出露坝基在330～340m高程范围，顺坡倾下游，倾角74～79°，斜切坝基岩石，使上盘形成了孤立的山岩。

由于坝址处河道狭窄，且两岸山坡的地质条件较差，同时泄洪时水流跌落高度较大，因此在溢洪道设计时需要兼顾控制水流使之不冲砸两岸山坡，同时又要在空中充分扩散水流，尽量避免水流集中冲刷对坝踵造成危害。

3. 体型的设计

大坝的溢洪道采取了中孔与边孔不同的布置方式。中孔采用了差动式挑流鼻坎，共设三齿坎两槽坎，其中每个齿坎宽度为2.04m，每个槽坎宽度为1.94m。齿槽坎高差2.0m，边孔采用了加贴角的差动式挑流鼻坎，共设两槽坎两齿坎，其中每个齿坎宽2.18m，槽坎宽2.07m(出口宽度)，在边墩上加有直径9.0m的弧形贴角。

该体型的布置一方面可利用差动式挑流鼻坎将水流从不同的高程以不同的挑射角将泄水挑射，使水流在空中充分掺气消能；另一方面利用两边墩的贴角束窄水流，使两边墩部位的水流在空中不发生横向扩散冲砸两岸坡。

溢洪道的体型见图1和图2。

4. 水力学模型实验

大坝溢洪道进行了水工模型试验。从试验结果反映，两边墩圆弧贴角制约了水体沿边壁作圆环形流动，挑射后水流虽然脱离贴角，但由于惯性作用，仍有圆环形流动的趋势，促使水流向中部收缩，射流入水宽度减少；水流在贴角下游激起了一股高约5m的水翅，该水翅向中部拆叠后卷起一个半开敞的空腔，从而扩大了水气掺混面积提高了射流在空中的水、气掺混消能效果，但束水归槽后入水宽度减少，主流较集中对河底的冲击压力有所增加。

定床试验的溢洪道下游河道底部水压力分布见表1：

采用三次校核标准的下泄洪水过程线进行动床试验。试验表明，射流入水周围水面往上雍高，与下游水面形成正坡；射流入水点两岸上游各有一个互相对称的微弱回流；水垫塘消能较充分；342m高程以下左岸F24断层带会受到水流波动影响；下游冲坑形成后冲坑未端的石块堆积有类似二道坝的作用，冲坑深6～7m，水垫塘最大水深已达20多m，修建二道坝的必要性不大。

5. 运行情况

大坝通过了一期蓄水前安全鉴定，开始下闸蓄水，也通过了二期蓄水前安全鉴定，开始进入设计运行期。从溢洪道进行了第一次泄洪，最大泄洪流量为80m3/s，水库最高洪水位为419.9m。三孔均参与了泄洪，泄洪时间约为70小时。泄洪后在大坝下游初步形成了冲坑，由于泄洪流量小冲坑距坝踵较近，冲坑深度尚浅。经泄洪时观察，两边墩贴角下游水翅形状与模型试验成果吻合，未发现对两坝肩的冲刷破坏迹象；高低坎的差动挑流效果明显，水流纵向拉伸，掺气充分。