水布垭水利枢纽岸边溢洪道设计_廖仁强
收稿日期:2007-05-09
作者简介:廖仁强,男,长江水利委员会设计院枢纽处处长,教授级高级工程师。
文章编号:1001-4179(2007)07-0022-02
水布垭水利枢纽岸边溢洪道设计
廖仁强 向光红
(长江水利委员会设计院,湖北武汉430010)
摘要:水布垭水利枢纽具有水头高、流量大、地质条件复杂、建筑物布置集中等特点。因消能区地层抗冲能力差,故泄洪消能设计难度较大。经多方案比选,泄洪消能建筑物采用岸边溢洪道全表孔布置方案,溢洪道采用
阶梯式窄缝鼻坎挑流消能,下游防冲建筑物采用护岸不护底的防淘墙方案。阐述了泄洪消能特点及设计原则,对溢洪道布置、泄洪方案、消能方案、溢洪道结构设计进行了介绍。关 键 词:阶梯式窄缝鼻坎;防淘墙;抗滑桩;岸边溢洪道;水布垭水利枢纽中图分类号:TV651 文献标识码:A
1 概述
1.1 地形地质条件
水布垭大坝位于坝址“S ”型河段的中部,中间直线段长约800m ,上下游河流均为东西向,两岸无天然垭口地形。左岸三友坪台地地形相对平坦,地表高程400～450m ,右岸地形最大高
程达550m 。消能区地层为写经寺组页岩,抗冲能力差,其左岸有大岩淌滑坡(体积580万m 3),右岸有马崖高陡边坡(坡高350余米)和马岩湾滑坡(体积180万m 3)等不利的环境地质条件。清江枯水位一般为197.0m ,水面宽60～80m 。
1.2 洪水条件
水布垭水利枢纽为一等大(1)型水利水电工程,泄洪建筑物按1000a 一遇设计,洪峰流量为20200m 3 s ,调节下泄流量为16300m 3 s ;按10000a 一遇校核,洪峰流量为24400m 3 s 。调节下泄流量为18320m 3 s ;消能防冲建筑物按100a 一遇设计,洪峰流量为13700m 3 s ,调节下泄流量为11940m 3 s 。
1.3 泄洪消能特点及其设计原则
本工程泄洪消能的特点和难点是水头高(上下游水位差171～180m )、流量大、泄洪功率大(最大达3.1万MW );消能区地层抗冲能力差,环境地质条件复杂;消能区紧邻大坝坝脚、电
站尾水出口和导流洞出口,关系复杂。泄洪消能设计需遵循以下原则:
(1)满足枢纽的正常泄洪需要,并有一定的超、预泄能力;(2)为使汛期水库回水不淹没恩施市区,20a 一遇洪水位不超过397.0m ;
(3)为确保两岸边坡、滑坡的稳定,要力求减轻冲刷,同时避免电站尾水出口产生危害性淤积和波浪;
(4)泄洪消能设计需兼顾地形地质条件和相邻建筑物布置,做到方便施工,节省投资。
2 溢洪道布置及泄洪方案
由于本工程挡水建筑物为混凝土面板堆石坝,泄水建筑物宜采用岸边溢洪道方案。坝址区右岸地形最大高程达550m ,若在右岸布置溢洪道,则存在200m 的高边坡开挖、溢洪道线路长
且工程量大、泄洪水流与河道交角较大等问题。而在左岸布置溢洪道,则可利用高程400～450m 的宽缓台地,从而降低边坡开挖高度,节省工程量,亦可较容易地解决下泄水流的归槽问题。经枢纽布置的多方案综合比选,将溢洪道布置于左岸。
考虑到清江洪水陡涨陡落的特点,泄洪建筑物宜以表孔溢洪道为主,深式泄洪孔为辅。溢洪道泄洪布置共研究了表孔和泄洪洞联合泄洪、表孔与深孔联合泄洪和全表孔泄洪3个方案。对于表孔与泄洪洞(进口高程350m ,孔口尺寸6.0m ×9m )联合泄洪方案,降低了放空洞(进口高程250m )的操作水头,放空水库的梯级搭接较好,但采用龙抬头型式与导流洞相接,泄洪洞内流态复杂,洞内流速高达50m s ,且高水位时洞内产生水跃。表孔与深孔(进口高程及孔口尺寸同泄洪洞)联合泄洪方案,同样降低了放空洞操作水头,但溢洪道工程量较大。全表孔泄洪方案,工程量最小,其主要问题是水库放空时间比有深孔方案有所增加。经计算,在不抬高放空洞操作水头的前提下,水库放空(400～260m )时间为43d ,仅增加5d ,能满足大坝检修的时间要求。因此,推荐采用全表孔泄洪方案。
溢洪道由引水渠、控制段、泄槽段(含挑流鼻坎)及下游防冲段4部分组成。控制段布置5个表孔,孔口尺寸为14.0m ×21.8m ,堰顶高程为378.2m ,枢纽调洪演算成果见表1。
3 溢洪道消能方案
从消能区的地形地质条件来讲,采用底流消能更有利于两
岸边坡、滑坡的安全,但溢洪道水头落差大。经计算,若采用底流消能,则消力池护坦最大流速达58m s ,技术上难度较大,而且工程量大,施工工期安排困难,因此,本枢纽的消能型式重点
第38卷第7期人 民 长 江
Vol .38,No .72007年7月
Yangtze River July ,2007
研究挑流消能,通过优化消能工的体型尽量抬高冲刷坑的高程以减轻对两岸边坡、滑坡的影响。溢洪道挑流共研究了一级消
能(分区陡槽接连续式挑坎、台阶式陡槽接差动式挑坎、分区陡槽接窄缝式挑坎)和二级消能(一级平底消力池接一级挑流、一级逆坡消力池接一级挑流)等5种方案。
表1 水布垭水利枢纽调洪演算成果
洪水频率
P %洪峰流量
m 3溢洪道泄量
(m 3·s -1)库水位
m 下游水位
m 0.012440018320404.0232.60.12020016300402.2229.40.21650014810400.78226.81.01370011940397.94222.05.0
10800
10800
396.66
220.0
以上5种方案中,分区陡槽接连续式挑坎消能率最低,台阶式陡槽接差动式挑坎消能率最高,但台阶底坎负压太大,二级消能虽消能率有所增加,但由于在泄槽中部下挖一级消力池而造成工程量太大,综合比较,消能型式推荐采用分区陡槽接窄缝式挑坎的布置方案。
由于电站尾水紧邻消能区的下游,泄洪时在尾水出口产生的冲刷淤积和泄洪涌浪有可能影响机组运行和尾水洞检修。为此又对窄缝鼻坎的布置及体型进行了深入研究,其目标是在减小冲刷深度的同时,有效地达到对厂房尾水口门部位削波减淤的目的。挑流鼻坎的体型共研究了平齐式、左长右短(左低右高)、右长左短(右低左高)、左右长中间短(左右低中间高)等多种布置方案。试验表明,挑流鼻坎采用左低右高的阶梯式布置较好地适应了消能区河弯地形的特点,取得了抬高冲刷高程、减免电站尾水口门淤积和减小电站尾水波浪的良好效果。试验测得,在溢洪道下泄100a 一遇洪水时,下游冲坑最低点高程为178.0m ,比平齐式布置抬高5m ;100a 一遇以下洪水,电站尾水口门外8m 范围无淤积现象,大洪水时也只有少量淤积;尾水口门区波幅为0.89～1.91m ,比平齐式布置口门区波幅3.0～5.3m 大为减小,尾水管压力脉动测试表明,泄洪期尾水管压力波动对机组运行没有影响。阶梯式窄缝鼻坎体型见图1。
4 溢洪道结构设计
4.1 引水渠
通过对泄流能力、渠道的设计流速、泄洪布置以及开挖料利用等多方面综合比较,确定溢洪道渠底高程为350.0m ,渠底宽度90.0m ,轴线长890.32m ,引水渠转弯段半径270.0m ,转角75.5°。引水渠横断面为复式断面,两侧边坡针对不同岩性采用不同坡比,即覆盖层1∶1.5,上部龙潭组页岩1∶1.0,每15m 高设一级宽3.0m 的马道;下部茅口组灰岩采用直立坡,每15m 高设一级宽4.5m 的马道。为减小渠道糙率,引渠开挖后,两侧边坡和渠底均喷护混凝土,上部页岩进行局部挂网并设置系统锚杆,正常蓄水位以上边坡设置排水孔,局部地质条件差的部位采用混凝土挡墙。
4.2 控制段
控制段由6个溢流坝段和3个非溢流坝段组成,布置5个开敝式表孔,溢流坝段采用孔中分缝,坝顶高程407.0m ,坝轴线全长145.30m 。建基面高程360.0～355.5m ,建基岩体为茅口组灰岩和栖霞组第14、15段灰岩。
控制段基础下的P 131q 软岩,缓倾上游,倾角约12
°～14°,发育有131、131-1号至131-6号共7条剪切带,其中以131号最厚,性状最差,抗剪断强度力学参数:f '=0.23,C '=0.02MPa ,
对控制段的深层抗滑稳定有较大影响。计算结果表明,河床2～7号溢流坝段沿131号剪切带的深层抗滑稳定不满足要求,为此在2～7号坝段布置12根3.5m ×3m 的抗滑桩,桩体进入剪切带下5～9m ;桩与桩之间顺131号开挖连接洞,将带内软弱岩体进行置换回填混凝土,最后进行回填灌浆。
图1 阶梯式窄缝鼻坎体型(单位:m )
施工期在3～7号坝段开挖出露151号剪切带,剪切面平
直,厚度0.5～5cm 不等,充填灰黑色炭泥质生物碎屑灰岩及不连续薄片状方解石脉,剪切面光滑,附有黑色明亮炭膜。151号剪切带走向310°,倾向220°,抗剪断强度力学参数:f '=0.28,C '=0.04MPa 。计算结果表明:7号坝段沿151号剪切带及高程355.5m 建基面抗滑稳定不能满足要求。为此对7号坝块进行固结灌浆和增设锚筋桩处理,总计布置锚桩5排,深入151号剪切带下部5m ,并布置固结灌浆孔。
4.3 泄槽段
溢洪道泄槽总宽度92m ,为便于泄洪调度,泄槽分为5个
区,每个表孔各成一区,每区宽度16m ,隔墙宽3m 。1～5号泄槽均在桩号0+137.00处设一道跌坎式掺气槽,由于1～2号泄槽较长,又在桩号0+202.00处设第2道跌坎式掺气槽。泄槽
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第7期廖仁强等:水布垭水利枢纽岸边溢洪道设计
热低压同时作用造成的,地形的影响也十分显著;“69.7”暴雨,其暴雨中心清水湾站最大1、3d降水量分别为343、395.1mm。这场暴雨是梅雨锋暴雨,影响系统为切变低涡;“75.8”暴雨,其暴雨中心在清江下游,都镇湾最大12h、1d的降水量分别为545.6、630.4mm,这场暴雨是由登陆台风转成热低压引起的;“97.7”暴雨,暴雨中心开始在太阳沱以下后来逐步上移到太阳沱至恩施区间,中心位置稳定少动,暴雨中心花场站最大1、3d 降水量分别为239.5、363.4mm,渔峡口站以上流域3d面雨量为有实测记录以来的最大值,致使中游渔峡口水文站发生了仅次于1883年历史大洪水的实测最大洪水,重现期约55a,是典型的双峰型洪水,这场暴雨属梅雨期暴雨。
因此,影响清江流域的暴雨天气系统主要有切变低涡和冷锋低槽,下游还可受热带系统的影响。
4.2 洪水
渔峡口站与水布垭坝址间只有支流泗渡河汇入,其流域面积较小,因此渔峡口站的洪水特性基本可反映坝址洪水特性。
渔峡口站的洪水一般由暴雨形成,其洪水季节性变化与暴雨基本一致。坝址以上支流忠建河与马水河流域为西南暖湿气流入流通道,是清江流域出现暴雨频次最多的地区,因此,渔峡口站洪水颇为频繁。渔峡口以上流域一般年份3、4月进入雨季,开始涨水,汛期为5～9月。
渔峡口站年最大洪峰多出现在6、7两个月,据40a资料统计,发生在6、7月的分别有11、18次,分别占40a系列的27.5%和45.0%,且此期间的洪水多为峰高量大,这主要是由于6～7月间清江流域处于梅雨期,暴雨频繁,持续时间长的原因。年最大洪峰发生在5、9月的分别有6、4次,占15.0%和10.0%,年最大洪峰发生在8月的只有1次,占2.5%,这主要是8月长江中下游受副热带高压控制,清江流域降水较少所致。
渔峡口站年最大洪峰流量一般在5000～9000m3s,40a资料统计中,小于5000m3s的有12次,占30%;5000～6000m3s 有10次,占25%;6000～9000m3s有14次,占35%;9000～10000m3s及大于10000m3s的各有2次,占5%。实测最大洪峰为13200m3s,出现在1997年7月16日,实测最小洪峰为2620m3s,出现在1992年5月17日,极值比为5,可见年最大洪峰流量年际变化较大。
清江流域致洪暴雨区大多为东西或东北西南向,其移动方向常与洪水一致。由于流域与河道的坡度大,汇流快,调节能力小,致使渔峡口站洪水陡涨陡落,峰形多变,具有典型山溪性河流的特性。峰形既有单峰、复峰、又有多次起伏的连续峰。“69.7”、“89.7”为尖瘦的洪水,也有如“68.7”等少数几年较胖洪水。从渔峡口站实测洪水持续时间看,单峰洪水一般为4～9d,复峰和连续峰洪水为6～12d。
5 结语
清江流域是长江流域的多雨区之一,水布垭坝址以上流域降水量丰沛,年径流量丰富,年内分配不均,年际变化相对不大。流域又是多暴雨区之一,暴雨的年内分配呈双峰型,前峰出现在7月,后峰出现在9月。流域易发生暴雨洪水,洪水陡涨陡落,峰形多变,是典型的山溪性河流。
(编辑:徐诗银)
(上接第23页)
末端采用阶梯式窄缝鼻坎,鼻坎长度约30m,反弧段半径均为35.0m,1～4号鼻坎挑角-10°,5号鼻坎挑角-6°。1、2号鼻坎收缩比为0.25,3～4号鼻坎收缩比为0.2。5号鼻坎为不对称收缩,左侧边墙长29.54m,末端桩号为0+234.54m,右侧边墙长26.72m,末端桩号为0+231.72m。
泄槽段左、右边墙为直立式挡墙,墙顶宽度3.0m,底部宽度4.5m,4个中隔墙为厚3m的直立墙。为满足稳定的需要及改善基底应力条件,墙体基础宽度扩大为9m,使隔墙成一倒“T”形结构。左、右边墙及中隔墙的高度为13m左右,分块长度为12～15m。泄槽底板厚1.5m,设纵、横缝分块浇筑,块体宽度为9～10m,长度为12～15m,挑流鼻坎采用整体式结构,泄槽段所有分缝处均设置一道紫铜止水片。为降低底板基础的扬压力,泄槽底板下设纵横向排水管网,并与左右边墙底部的纵向排水廊道相通。
由于窄缝式挑流鼻坎收缩比小,致使鼻坎段边墙及底板产生较大的时均压力和脉动压力,给鼻坎段结构设计带来很大难度,且由于单个鼻坎段平面尺寸约22m×30m,为避免混凝土结构开裂,需要分块浇筑。采用有限元方法重点对3号挑流鼻坎进行了计算,结果表明,在鼻坎段单个受力情况下,无论是采用顶部拉杆,还是对底板及边墙施加预应力,均不能满足结构配筋要求,而考虑鼻坎整体受力或加大边墙厚度则可以较好地解决以上问题,为此对鼻坎段采取了接缝灌浆、尾坎边墙及底板之间增加贴角等工程处理措施。4.4 消能防冲
根据消能区的地形、地质条件,为了确保两岸边坡、滑坡不因泄水冲刷而失稳,下游消能区防护型式重点比较了水垫塘方案和防淘墙方案。所谓防淘墙,即为防止消能区两岸坡脚被泄水冲刷而设置的地下式钢筋混凝土连续墙,墙顶以上再采用混凝土护坡。经比较,两种方案在技术上都是可行的,但均有一定的难度,水垫塘方案工程量大,需安排两个枯水期施工,施工渡汛存在一定的风险,而防淘墙方案对岸坡稳定影响较大,同时施工条件差,工艺较复杂,但施工工期不占直线工期。综合比较,下游防冲方案推荐采用防淘墙方案。防淘墙顶高程为200m,墙底最低高程为160.0m,最大墙深40m,墙体厚3m,左右岸墙体面积达2.8万m2,为确保墙体的自身稳定,墙后布置有3排2000kN的预应力锚索。消能区下游约1000m范围采用混凝土护坡并设置排水和锚固等措施进行保护。
5 结语
水布垭水利枢纽溢洪道布置在左岸宽缓台地上,枢纽布置合理,水流归槽条件好。溢洪道采用阶梯式窄缝鼻坎挑流消能,取得了抬高冲刷高程、减免电站尾水口门淤积和减小电站尾水波浪的良好效果。下游防冲建筑物采用护岸不护底的防淘墙方案较好地适应了消能区地形地质条件及工程施工特点。
(编辑:赵凤超)
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第7期王政祥等:水布垭库坝区水文气候特性分析
溢洪道工程施工设计方案(方案)
宣威市东山镇长洼子水库工程溢洪道进口引水段分部工程 施工组织设计（方案） 一、工程概况 本工程位于宣威市东山镇，本工程主要工程量为拦河坝工程、溢洪道工程、输水管和引水管道工程、导流工程等。 二、工期计划 2013年2月27～2013年3月4日，共计6天，基础土石方开挖。2013年3月20～2013年4月15日，共计26天，浆砌石砌筑、钢筋制安及砼施工。 三、主要施工机械设施 主要机械设备表
四、施工方案 1、基础土石方开挖 1）土方开挖 土方开挖前，根据设计图纸，结合施工场地的实际地形、地质情况，对其位置、方向、长度、高程进行复核，定出方向桩人工配合挖掘机开挖，边坡预留20cm 改用人工清理。 （1）开挖工艺流程 施工测量放样→场地清理→临时排水系统→分层开挖→自卸汽 车运输→人工修整→验收。 （2）施工测量 进场后根据监理单位提供的施工区围导线点及水准点的基本数 据建立工程测量控制网，以保证施工放样、定位的准确性；每开挖一个单元前，进行边线及高程放样。 （3）施工清理 对测量出的清理围，用人工或机械清除该围的全部有碍物，围外的清理按监理单位要求进行。 （4）土方开挖 场地清理完成后，采用1.2m3反铲挖机开挖，15t自卸汽车运输，土方运至指定的弃碴场。 （5）弃碴场 开挖料运至弃碴场后，分区堆放，并保持渣料堆体的边坡稳定，并有良好的自由排水措施。
2）石方开挖 （1）根据岩石的开挖难易，确定开挖方法。石质挖方边坡采用风钻或破碎锤破碎，对风化严重节理发育的岩层采用小挖掘机直接开挖，保证边坡稳定。对于高边坡开挖施工，按图纸设置开挖平台，每台从上向下同时完成边坡防护工程。 （2）施工中确定边坡的危险区，采取有效的措施防止人、畜、建筑物和其它公共设施受到危害和损失。在危险区的边界设置明显的标志，建立警戒线，防止滚石。 2、浆砌石砌筑 分段和分台阶进行护坡的施工，采用移动式砂浆拌和机进行砂浆的拌制。 （1）砌筑前先按设计图纸测量放样，保证护坡的坡度符合设计要求。 （2）砌筑时先在基础面铺筑一层30～50mm厚的砂浆，再砌筑第一层块石，块石大面向下。块石砌筑前先润湿且表面保持干净。 （3）石块间较大空隙先填塞砂浆，再用碎石嵌实，石块间不能相互接触。 （4）砌体顶部用水泥砂浆找平抹光，防止地表水流入。在一定的间隔设置排水孔，以利于边坡的排水。 （5）浆砌石出露面砂浆缝宽大致相等，对设计有勾缝要求的其勾缝保持块石砌合的自然接缝，并做到牢固、美观、匀称、表面平整，勾缝砂浆单独配制。
河岸溢洪道水力计算实例
河岸溢洪道水力计算实例 一﹑ 资料及任务 某水库的带胸墙的宽顶堰式河岸溢洪道，用弧形闸门控制泄流量，如图15.7所示。溢洪道共三孔，每孔净宽10米。闸墩墩头为尖圆形，墩厚2米。翼墙为八字形，闸底板高程为33.00米。胸墙底部为圆弧形，圆弧半径为0.53米，墙底高程为38.00米。闸门圆弧半径为7.5米，门轴高程为38.00米。闸后接第一斜坡段，底坡1i =0.01，长度为100米。第一斜坡段后接第二斜坡段，底坡i 2=1:6，水平长度为60米。第二斜坡段末端设连续式挑流坎，挑射角=α25°。上述两斜坡段的断面均为具有铅直边墙，底宽B 1=34米的矩形断面，其余尺寸见图15.7。溢洪道用混凝土浇筑，糙率n=0.014。溢洪道地基为岩石，在闸底板前端设帷幕灌浆以防渗。水库设计洪水位42.07米，校核洪水位为42.40米，溢洪道下游水位与流量关系曲线见图15.8。当溢洪道闸门全开，要求： 1. 1.绘制库水位与溢洪道流量关系曲线； 2. 2.绘制库水位为设计洪水位时的溢洪道水面曲线； 3. 3.计算溢洪道下游最大冲刷坑深度及相应的挑距。 图7 图8 二﹑ 绘制库水位与溢洪道流量关系曲线 （一）确定堰流和孔流的分界水位 宽顶堰上堰流和孔流的界限为= H e 0.65。闸门全开时，闸孔高度e =38.0－33.0=5.0 米，则堰流和孔流分界时的相应水头为
H =7 .765.00.565.0==e 米 堰流和孔流的分界水位=33.0+7.7=40.7米。库水位在40.7米以下按堰流计算；库水位在40.7米以上按孔流计算。 （二）堰流流量计算 堰流流量按下式计算： 2 /302H g mB Q σε= 式中溢流宽度B=nb=3×10=30米。因溢洪道上游为水库，0v ≈0则0H ≈H 。溢洪 道进口上游面倾斜的宽顶堰，上游堰高a=33.0－32.5=0.5米，斜面坡度为1：5，则 θctg =5（θ为斜面与水平面的夹角），宽顶堰流量系数m 可按H a 及ctg θ由表11.7 查得；侧收缩系数ε按下式计算： =ε1－0.2[(n －1)k ζζ+0 ]nb H 0 其中孔数n=3；对尖圆形闸墩墩头，=0ζ0.25；对八字形翼墙，=k ζ0.7。因闸后为陡坡段，下游水位较低，不致影响堰的过水能力，为宽顶堰自由出入流，取=σ1。 设一系列库水位，计算相应的H ，m ，ε和Q ，计算成果列于表1 因胸墙底缘为圆弧形，闸孔流量可按具有圆弧底缘的平面闸门下自由孔流流量公式计算 Q=μeB e H g eB εμ'-0(2 已知 e =5.0米，B=30米，H 0≈H 自由孔流流量系数?εμ'=，由表11.12取闸孔流速系数=?0.95，垂向收缩系数ε'按式计算： ε' ])( 1[11 2H e k -+= 其中系数k=e r 16 718 .24 .0，而门底（即胸墙底）圆弧半径r=0.53 米，106.00.553 .0==e r ， 则 k =106.016718.24.0?==7 .1718.24 .00.073
水闸与岸边溢洪道
水闸与岸边溢洪道 1.水闸的组成部分及各部分的作用： 水闸由闸室、上游连接段、下游连接段三部分组成。闸室是水闸的主体，包括闸门、闸墩、边墩（岸墙）、底板、胸墙、工作桥、检修便桥、交通桥、启闭机等。闸门用来挡水和控制流量，闸墩用来分隔闸孔和支撑闸门、胸墙、工作桥、检修便桥、交通桥。底板是闸室的基础，用以将闸室上部结构的重量及荷载传至地基，并兼有防渗和防冲的作用。工作桥，交通桥和检修便桥用来安装启闭设备、操作闸门和联系两岸交通。上游连接段包括两岸的翼墙和护坡以及河床部分的铺盖，有时为保护河床免受冲刷还加做防冲槽和护底，上游连接段用以引导水流平顺的进入闸室，保护两岸及河床免遭冲刷，并与闸室等共同构成防渗地下轮廓，确保在渗透水流作用下两岸和闸基的抗渗稳定性。下游连接段包括护坦、海漫、防冲槽以及两岸的翼墙和护坡，用以消除过闸水流的剩余能量，引导出闸水流均匀扩散，调整流速分部和减缓流速，防止水流出闸后对下游的冲刷。 2.闸孔设计与堰型的选择： 闸孔设计包括：选择堰型、确定堰顶或底板高程、确定单孔尺寸及闸室总宽度。常用堰型有宽顶堰和低实用堰。宽顶堰泄流能力较稳定，但自由泄流时流量系数小，容易产生波状水跃；低实用堰自由泄流时流量系数较大，水流条件好，选择适宜的堰顶曲线可以消除波状水跃，但泄流能力受尾水位变化影响较大，泄流也不如宽顶堰稳定。当上游水位较高，为限制过闸单宽流量，需要抬高堰顶高程时，常选用低实用堰。 3.闸室单孔宽度和闸室总宽度。 我国大中型水闸的单孔宽度一般采用8~12m。闸室总宽度L=n l+(n-1)d，n为闸孔孔数，d位闸墩厚度，l为单孔宽度。 4.地下轮廓线和防渗长度以及地下轮廓线的布置与基土的关系。 不透水的铺盖、板桩及底板与地基的接触线，是闸基渗流的第一根流线，称为地下轮廓线。其水平段和垂直段长度的总和即为防渗长度。 粘性土地基，布置地下轮廓线时主要考虑如何降低作用在底板上的渗流压力，以提高闸室的抗滑稳定性，对粘性土地基一般不用板桩；砂性土地基，布置
水工建筑物课程设计报告书
水工建筑物课程设计设计书 平山水利枢纽设计说明书 Ⅰ枢纽布置
一工程等别及建筑物级别 1水库枢纽建筑物组成 根据水库枢纽的任务，该枢纽组成建筑物包括：拦河大坝、溢洪道、水电站建筑物、灌溉渠道、水库放空隧洞（拟利用导流洞作放空洞）、筏道。 2工程规模 根据SDJ12-78《水利水电工程枢纽等级划分及设计标准（山区、丘陵区部分）》以及该工程的一些指标确定工程规模如下： （1）各效益指标等别：根据枢纽灌溉面积为20万亩，属Ⅲ等工程，工程规模为中型；根据电站装机容量9000千瓦即9MW，小于10MW，属Ⅴ等工程，工程规模为小（2）型；根据总库容为2.00亿m3，在10～1.0亿m3，属Ⅱ等工程，工程规模为大（2）型。 （2）水库枢纽等别：根据规规定，对具有综合利用效益的水电工程，各效益指标分属不同等别时，整个工程的等别应按其最高的等别确定，故本水库枢纽属于Ⅱ等工程，工程规模为大（2）型。 （3）水工建筑物的级别：根据水工建筑物级别的划分标准，Ⅱ等工程的主要建筑物为2级水工建筑物，所以本枢纽中的拦河大坝、溢洪道、水电站建筑物、灌溉渠道、水库放空隧洞为2级水工建筑物；次要建筑物筏道为3级水工建筑物。 二各组成建筑物的选择 1泄水建筑物的选择 土石坝最适合采用岸边溢洪道进行泄洪。在坝轴线下游300m处的两岸河谷呈马鞍型，右岸有垭口，布置正槽式溢洪道。采用正槽式溢洪道可以节省土石方开挖量，若布置在基岩上，可以节省混凝土衬砌工程量，并有利于工程安全。由于正槽式溢洪道全部是开敞的，正向进流，水流平顺，泄洪能力大，结构比较简单，运行安全可靠，便于施工，管理和维修。 2其它建筑物型式的选择 （1）灌溉引水建筑物 由于主要灌区位于河流右岸，但右岸坝区破碎深达60m的钻孔岩芯获得率仅为20%，岩石裂隙十分发育，可以考虑采用适当的地基处理，将溢洪道布置在右岸。 （2）水电站建筑物 由于土石坝不宜采用坝式和坝后式厂房，而宜采用岸边引水式厂房，采用单元供水式引水发电较为合理。 （3）过坝建筑物 根据枢纽任务，为满足航运及过木要求，需建竹木最大过坝能力为25t的干筏道。起运平台高程为115.00，平台尺寸为30×20m2,上游坡不陡于1：4，下游坡不陡于1：3。 （4）施工导流洞及水库放空洞 为便于检修大坝和其他建筑物，拟采用导流隧洞作为放空隧洞。洞底高程为70.00m，洞直径为3.50m. 施工导流洞及水库放空洞,均采用有压。 三枢纽总体布置方案的确定
溢洪道的设计电子教案
溢洪道的设计
2012年8月 目录 1 设计目的和要求 (1) 2设计资料 (1) 2.1 工程概况 (1) 2.2 基本资料 (1) 2.2.1 气象 (1) 2.2.2 洪水 (2) 2.2.3 地质 (2)
2.2.4 其他 (2) 3 工程设计 (2) 3.1 工程布置 (2) 3.1.1枢纽的等别、溢洪道级别及洪水设计标准 (2) 3.1.2溢洪道的位置、型式及组成 (3) 3.2 溢洪道的型式及尺寸 (6) 3.2.1进口段 (6) 3.2.2控制段 (6) 3.2.3 泄槽段 (7) 3.2.4消能段 (8) 3.2.5 尾水渠 (8) 4 设计计算 (8) 4.1水力计算 (8) 4.1.1过流能力的计算 (8) 4.1.2泄槽水面线计算 (8) 4.1.3消能防冲计算 (12) 4.1.4渗流计算 (13) 4.2 控制段稳定计算 (13) 4.2.1计算公式： (13) 4.2.2荷载组合： (14) 4.2.3列表计算： (14) 4.2.4计算结果 (18)
1 设计目的和要求 通过课程设计培养学生了解并掌握实际水利工程的设计内容、方法和步骤，巩固专业课、技术基础课及基础课所学的知识，培养运用所学知识解决实际工程问题的能力，训练学生编写设计书、绘图的能力和技巧，培养查阅文献及规范的能力。 要求每个学生对设计内容中的各个环节做出系统的个人成果。每个人必须编写完整的课程设计成果。说明书简明扼要、条理清楚，计算方法得当、结果准确，设计方案合理可行，水工图纸布局合理、线条标注规范、图面整洁，能正确反应设计意图。 2设计资料 2.1 工程概况 吴岭水库枢纽工程位于汉北河支流东河上，坝址在湖北省某县境内，距县城22km。水库控制东河上流余家嘴、斋婆店两条主要河流，河道平均坡度为3‰。水库坝址以上乘雨面积102km2。流域多年平均降雨量1020.9mm。水库总库 容7220万m3，是一座以灌溉为主、兼有防洪、水产养殖、城镇供水等综合利用的中型水利工程。吴岭水库枢纽工程主要由大坝、副坝1、副坝2、正常溢洪道、东输水管、西输水管及灌区工程等组成。 2.2 基本资料 2.2.1 气象 本流域属北亚热带湿润季风气候区，多年平均气温16℃，极端最高气温41℃(1971年7月)，极端最低气温-10℃(1995年1月)，多年平均最大风速78级(17.32m/s），多年平均日照时数2030h，全年无霜期平均长达254d。多年平均降雨量1020.9mm（统计到期1998年），东河流域洪水来自暴雨，汛期为每年的410月。
溢洪道设计实例
水位（mm ） 泄量 (m) 计算公式（假设 υ=2m/s ） 表 2(忽略行近水头 υ2/2g) 溢洪道设计实例 黑龙江农垦林业职业技术学院 1、进水渠 进水渠是将水流平顺引至溢流堰前。采用梯形断面，底坡为平坡，边坡采 用 1：1.5。为提高泄洪能力，渠内流速 υ<3.0m/s ，渠底宽度大于堰宽，渠底高 程是 360.52m 。 进水渠断面拟定尺寸，具体计算见表 1。 表 1 （m 3/s ） H (m) B Q =υA , A =(B+mh)h 设计 校核 363.62 364.81 540 800 3.1 4.29 82.4 86.7 A —过水断面积； B —渠底宽 度 由计算可以拟定引渠底宽 B =90 米（为了安全） 进水渠与控制堰之间设 20 米渐变段，采用圆弧连接，半径 R =20m ，引渠 长 L =150 米。 2、控制段 其作用是控制泄流能力。本工程是以灌溉为主的小型工程，采用无闸控制， 溢洪道轴线处地形较好，岩石坚硬，堰型选用无坎宽顶堰，断面为矩形。顶部 高程与正常蓄水位齐平，为 360.52m 。堰厚 δ 拟为 30 米（2.5H<δ<10H ）。坎 宽由流量方程求得，具体计算见表 2。 3、泄槽 泄槽是渲泄过堰洪水的，槽底布置在基岩上，断面必须为挖方，且要工程 量最小，坡度不宜太陡。为适应地形、地质条件，泄槽分收缩段、泄槽一段和 泄槽二段布置。 据已建工程拟收缩段收缩角 θ=12°，首端底宽与控制堰同宽，b 1=65m,末 端底宽 b 2 拟为 40m ，断面取为矩形，则渐变段长 L 1 = b 1 - b 2 2tg θ = 58.81m ，取整则
水工建筑物——河岸溢洪道习题及答案
第六章 1.在哪些情况下需要修建河岸溢洪道？河岸溢洪道有哪几种型式？它们各自的特点和适用条件是什么？ 当水利枢纽的坝型为土石坝；或坝型为重力坝，但河谷狭窄，布置河床式溢洪道有困难时，可以修建河岸溢洪道。 河岸式溢洪道的类型有正槽式溢洪道、侧槽式溢洪道、井式溢洪道和虹吸式溢洪道。 正槽式溢洪道和侧槽式溢洪道为开敞式溢洪道，超泄能力大，工作可靠性大，适应性强。 井式溢洪道和虹吸式溢洪道为封闭式溢洪道，没有超泄能力，工作可靠性较差，但进口高程低，能预泄洪水。 2.将溢洪道分为正常溢洪道（主、副溢洪道）和非常溢洪道的原因是什么？它们各宣泄什么标准的洪水？ ①正常溢洪道：按设计、校核洪水标准修建的永久性泄水建筑物。 ②非常溢洪道：根据最大可能洪水标准，采取的非常保坝措施，有漫溢式溢洪道，自溃式溢洪道。 3.正槽式溢洪道由哪几部分组成？各自的作用是什么？ 组成：引水渠、溢流堰（控制堰）、泄水槽、消能设施、尾水渠 引水渠的作用：将库水平顺引至溢流堰前。 溢流堰（控制堰）的作用：控制溢洪道的泄水能力。 泄水槽（陡坡段）的作用：将下泄洪水由水库的上游水位高程降至下游水位高程。 消能防冲段的作用：消除泄水槽下来的高速水流的能量。 尾水渠的作用：将溢洪道下泄的洪水平顺引至下游河道。 4.正槽式溢洪道控制堰段主要有哪些堰型？ 正槽式溢洪道控制堰段主要堰型有宽顶堰、实用堰、驼峰堰。 5.试述正槽式溢洪道泄槽平面和纵剖面布置的原则和方法。 泄槽的平面布置宜直线布置，不宜转弯；若必须转弯，转弯半径大于10倍的泄水槽底宽；采取收缩段，可减少开挖量，收缩角应小，以避免产生冲击波。 泄槽纵断面：宜采用单一的底坡；若坡度由陡变缓，边坡处应由反弧段连接；若坡度由缓变陡，边坡处应由抛物线连接。
溢洪道设计
某水库溢洪道设计 一、设计方案理论论证 某水库由于当年的条件限制，所以工程质量较差，加之近40年的运行，反复冻融破坏，结构、设备老化，水库诸多隐患，水库经专家鉴定，评价为：溢洪道无底板，右侧边墙短，破坏严重，安全评定为C级。根据中华人民共和国行业标准《溢洪道设计规范》（SL253-2000），对溢洪道进行计算和设计。该工程中河岸式溢洪道由引水渠、控制段、泄槽、出口消能和尾水渠等部分组成。 （一）、溢洪道水力计算 由正常、设计、校核洪水位时所对应的下泄流量查坝址水位流量关系曲线可得出下表。 溢洪道开挖后，为减轻糙率和防止冲刷，需进行衬砌，糙率取n=0.016。 溢洪道为3级建筑物，按10年一遇设计，20年一遇校核的洪水标准。 （二）、进水渠的设计 根据《溢洪道设计规范》（SL253-2000），进水渠的布置应依照以下原则：选择有利的地形、地质条件；在选择轴线方向时，应使进水顺畅。 进水渠是将水流平顺引至溢流堰前。进水渠的地基为土基，故采用梯形断面；底坡为平底坡，边坡采用m=0.5。根据《溢洪道设计规范》（SL253-2000）进水渠设计流速宜采用3~5m/s，渠内流速取υ=3.0m/s，渠底宽度大于堰宽，渠底高程是18.259m。 进水渠断面拟定尺寸，具体计算见表1-2。 表1-2 进水渠断面尺寸计算表 - 1 -
- 2 - 由计算可以拟定引渠底宽B=10 m （为了安全），引渠长L=10m 。 （二）、控制段的设计 控制段也叫溢流堰段，控制段包括溢流堰及两侧连接建筑物，其作用是控制泄流能力。本工程是以灌溉为主的小型工程，溢洪道轴线处地形较好，岩石坚硬，开敞式溢流堰有较大的超泄能力，故堰型选用开敞式宽顶堰，断面为矩形。顶部高程与正常蓄水位齐平，为18.80m 。堰厚δ拟为8米（2.5H<δ<10H ）。堰宽由流量方程求得，具体计算见表1-3。 表1-3 堰宽计算表 (忽略行近水头υ2/2g) 由计算知，控制堰宽取b=15m 为宜。 （三）、泄槽的设计及水力计算 泄槽设计时要根据地形、地质、水流条件、与经济等因素合理确定其形式和尺寸。泄槽是渲泄过堰洪水的，槽底布置在基岩上，断面必须为挖方，且要工程量最小，坡度不宜太陡。为适应地形、地质条件，泄槽分收缩段（收缩角θ≦11.25°）和泄槽段，采用均一坡度023.0=i ，拟断面为矩形。 根据《溢洪道设计规范》（SL253-2000）附录A 中的泄槽水力计算规范，泄槽边墙收缩段角度可按经验公式v r k h g F k tg ?=?= 1 θ 计算。本工程拟定收缩段收缩角θ=6°，首端底宽与控制堰同宽b 1=15m,末端底宽b 2拟为8m ，断面取为矩形，则渐变段长 m tg b b L 30.3322 11=-= θ，取整则L 1为35m ，底坡i=0.023。 泄槽段上接收缩段，拟断面为矩形，宽b=8m ，长L 2为65m ，底坡和收缩段相同 023.0=i 。 （四）、出口消能 溢洪道出口段为冲沟，岩石比较坚硬，离大坝较远，采用挑流消能，水流冲刷不会危及大坝安全。
小型水库溢洪道和放水设施除险加固设计
小型水库溢洪道和放水设施除险加固设计 摘要：本文主要针对小型水库溢洪道和放水设施的除险加固设计展开了探讨，通过结合具体的工程实例，对工程存在的问题作了详细的阐述，并对建筑物的加固设计作了深入的分析，以期能为有关方面的需要提供参考借鉴。 关键词：水库溢洪道；放水设施；除险加固设计 引言 所谓的溢洪道，是用于宣泄规划库容所不能容纳的洪水，保证坝体安全的开敞式或带有胸墙进水口的溢流泄水建筑物，而放水设施，顾名思义，就是指水库中的排水建筑。这两者的正常运行对水库有着重要的作用。因此，我们重视水库溢洪道和放水设施的质量，并做好除险加固的设计工作，以为水库溢洪道和防水设施除险加固的施工提供帮助。 1 工程概况 某水库控制流域面积为3.84km2，坝址以上沟道长度2.38km，比降35.8‰，水库原设计总库容50万m3，有效库容40万m3，死库容10万m3，现已淤积18万m3，有效库容为32万m3。大坝原设计为均质土坝，坝高28m，坝顶长130m。正常水位100m，设计洪水位101.13m，校核洪水位102.11m，死水位88.5m，是一座以农田灌溉为主，兼有防洪、养殖、林业等功能的Ⅴ等小（Ⅱ）型水库。该水库始建于1970年，1975年建成并蓄水运行。水库坝址以上控制流域面积3.84km2，坝址以上沟道长度2.38km，比降35.8‰，水库坝址以上流域地形由两部分组成，。流域内植被覆盖率低，水土流失较为严重。根据水库淤积量及淤积年限计算，多年平均输沙模数达3480t/km2。水库位处的沟谷下切严重，切割深度50m～70m，沟道狭窄，呈“V”型沟，沟底宽10m～30m，斜坡坡度在25°～55°，坡体较稳定。 2 工程存在的问题 经过对水库监测资料分析、现场安全检查、工程质量监测及地质勘查等综合考量，水库主要建筑物存在以下问题： （1）坝体：坝体工程基本完整，但是迎水坡风浪冲刷淘空严重；背水坡杂草丛生，坡面不平整，左坝肩放水洞出口以下出现30m2塌坑一处。 （2）溢洪道：溢洪道建筑物损坏达70%，严重堵塞，行洪不畅。施工缝杂草丛生，底板大面积毁坏，而且溢洪道进口已成为右岸村民行走的道路，滑落泥土严重阻塞了溢洪道行洪的畅通。 （3）放水设施：卧管损毁达90%，且现在的卧管全为砖砌，严重影响了大坝蓄水。坝后灌溉渠道的衬砌已有部分毁坏及断裂，从放水洞出来的水经过很短的一段灌溉渠后直接从断开处下落至坝体背水面，影响坝体安全。 （4）管理设施及防汛设施：水库原管理房已被当地政府拆除。目前，仅有养殖户的两间简易房，无法满足水库管理需要。管理人员不足，资金困难，管理工作粗放，大坝观测工作没有开展。水库无管理站房和防汛设施，无照明线路，通信设备，抢修道路不畅。 （5）现仅有2m宽的上坝土路，未硬化，坡陡弯急，防汛抢险重型车辆无法到达坝顶，严重影响防汛抢险工作的开展。 3 主要建筑物加固设计 3.1 大坝加固设计 设计对迎水坡坡面进行干砌石砌护，厚度30cm，自上而下坡比为1：2.52、
水工建筑物复习题
水工建筑物复习题 一、填空题 1．枢纽中的永久性水工建筑物根据所属工程等别及其在工程中的作用和重要性分为五级。 2．水利水电枢纽工程按其规模、效益和在国民经济中的重要性分为五等。 3．水利工程的任务是除水害和兴水利。 4. 重力坝剖面设计原则工程量最、便于施工、运用方便、满足稳定和强度要求。 5．重力坝的基本剖面一般指在自重、静水压力及扬压力三项主要荷载作用下，满足稳定和强度控制条件的三角形剖面。 6 7．重力坝主要依靠坝体自重所产生的抗滑力来满足稳定要求；依靠坝体自重来满足强度要求。 8．重力坝地基处理主要包含两个方面的工作：一是防渗， 二是提高基岩的强度。 9. 水库的总库容大于10 亿立方米，为一等工程。 10．碾压混凝土重力坝是用水泥含量比较低的超干硬性混凝土，经碾压而成的混凝土坝。 11．闸门按其工作性质可分为工作闸门、检修闸门和事故闸门，检修闸门在静水中启闭，工作闸门在动水中启闭，事故闸门静水中开启，在动水中关闭。 12．当拱坝厚高比（T B/H）小于0.2时，为薄壁拱坝；当厚高比（T B/H）大于0.35时，为重力拱坝。 13．拱坝坝址的河谷的形状特征通常用宽高比来描述。 13．拱坝的应力分析方法有：纯拱法、拱梁分载法、有限单元法、和结构模型试验法。 14．地形条件往往是决定拱坝结构形式、工程布置和经济性的主要因素，一般当坝顶高程处的河谷宽度和坝高之比（L/H）小于1.5时，可修建薄拱坝；当宽高比（L/H）等于3.0～4.5时，可修建厚拱坝。
15．拱坝坝体的稳定性主要依靠两岸拱端的反力作用，依靠坝体自重维持稳定的因素是次要的。 16．拱坝遇到温升对坝肩岩体稳定不利；温降对坝体应力不利。 17．土石坝根据筑坝材料及防渗体的位置可分为哪几类？ 18．可以降低浸润线，防止坝坡冻胀，保护下游坝脚不受尾水淘刷且有支持坝身增加稳定性作用的排水形式是棱体排水。 19．土石坝渗流分析内容包括确定浸润线位置、确定渗流的主要参数和确定渗透流量。 20．土石坝中常见的坝体排水型式有：棱体排水、贴坡排水、坝内排水等。 21. 反滤层的作用是滤土排水，由耐风化的砂、砾、卵石或碎石组成，每层粒径随渗流方向而增大。 22．土石坝由：坝身、防渗体、排水体、护坡等四部分所组成。 23．流土和管涌是工程中最常见的土石坝渗透变形的两种形式。24．水闸是由闸室、上游连接段、和下游连接段组成。 25．按照闸墩与底板的连接方式，闸室底板可分为整体式底板和分离式底板。 26. 常用的闸基渗流计算方法有流网法、改进阻尼系数法、直线法和电拟试验法。 27．闸室是水闸的主体，起着控制水流和连接两岸的作用。28．水闸下游连接段通常包括护坦、海漫、下游防冲槽、下游翼墙及下游两岸护坡等五部分。 29．水闸地基渗流计算的目的在于求解渗透压力、渗透坡降，并验证初拟的地下轮廓线和排水布置是否满足要求。 30．岸边溢洪道有正槽溢洪道、侧槽溢洪道、井式溢洪道和虹吸式溢洪道等形式。 9．正槽溢洪道由引水渠、控制段、泄槽、和出口消能段和尾水渠组成。31．非常泄洪设施经常采用漫流式、自溃式和爆破引溃式三种型式。 32. 泄槽在平面上应尽可能布置成直线、等宽、对称。33．水工隧洞出口的消能方式大多采用挑流消能和底流消能。 34. 水工隧洞一般由进口段、出口段和洞身段三部分组成。 35. 水工隧洞深孔取水式进口按进口位置和闸门位置可分为竖井式、塔式和岸塔及斜坡式三种基本形式。 36．无压水工隧洞常用的断面型式有圆拱型、马蹄型和圆形三种。
溢洪道设计
前言 (1) 第一章水力学课程设计基本资料 第一节绪论 (2) 第二节溢洪道的基本资料 (2) 第三节泄洪洞的基本资料 (3) 第二章溢洪道的水力计算 第一节确定引水渠断面 (4) 第二节确定控制段垂直水流方向的宽度 (5) 第三节校核渐变段长度是否满足要求 (9) 第四节计算溢洪道水面曲线 (9) 第五节拟定挑坎形状和尺寸及其校核 (13) 第三章泄洪洞的水力计算 第一节验算泄洪洞是否满足泄洪要求 (15) 第二节判别泄洪洞下游水流衔接形式、设计消力池尺寸 (17) 附录溢洪道布置示意图 (20) 泄洪洞布置示意图 (21) 溢洪道水面曲线简图 (22) 总结 (23)
水力学是一门专业技术基础课。是高等职业技术教育水利类各专业的支撑性课程，为了使学生掌握水力学。学好水力学，本书主要编写了段村水利枢纽的设计计算过程，该过程点概了水利类各专业需要的基本知识。根据各主业的需要，可适当调整。水力学试验在水力学学科中占有重要的地位。为提高实践技能，本书介绍了段村水利枢纽的基本试验过程。通过该过程的练习，使学生能理论联系实际，掌握水力学试验的方法和步骤。水力学试验也是水力学课程考核的重要内容，应引起重视。本书把计算和试验结合在一起，能使同学对水力学有个更新的认识。 本次设计与计算是水工0708班邓亮亮经过一个星期的努力完成的。在此期间得到了田老师的大力指导和帮助，在此表示感谢。同时因时间仓促，设计中的缺点和错误在所难免。望老师和同学们予以批评指正。 计算者：邓亮亮 整理编辑：邓亮亮 编者 2009年4月 第一章
水利学课程设计基本资料 第一节绪论 段村水利枢纽工程位于颖河上游，登封县境内。控制流域面积94.1平方公里，根据水能计算。该枢纽死水位348米。最多兴利水位360.52米。相应库容1423.07万立方米。设计水位安50年一遇363.62米。相应库容为1998.36万立方米。溢洪道泄洪量540万立方米每秒。泄洪洞泄流量为90立方米每秒。校核洪水位按500年一遇，为364.81米。相应库容为2299.68万立方米，溢洪道泄流量800立方米每秒。泄洪洞些流量为110立方米每秒。根据地形地质条件和水利条件初步拟定。 第二节溢洪道基本资料 溢洪道有六段组成。如附图一所示 1.引水渠长120米底坡i = 1:5 混凝土衬砌。 2．控制段采用平底宽顶堰，顺水流长度20米。 3．渐变段断面为矩形，长60米。底坡1: 50 。 4．第Ⅰ陡槽段断面为矩形，底宽40米，坡降为1/200，长596米。 5．第Ⅱ陡槽段断面开头及尺寸同第Ⅰ陡槽段，坡降1/8，长40米。 6．挑流坎消能下泄设计洪水时，挑坎下游尾水渠水位350.64米。下有水位高程347.2米。
隧洞设计实例
隧洞设计实例 一、隧洞的基本任务和基本数据 1、隧洞的基本任务 泄水隧洞的进口全部淹没在水下，进口高程接近河床高程，其担负的任务如下： (1) 预泄库水，增大水库的调蓄能力。 (2) 放空水库以便检修。 (3)排放泥沙，减小水库淤积。 (4) 施工导流。 (5) 配合溢洪道渲泄洪水。 2、设计基本数据 (1) 洞壁糙率泄洪洞采用钢筋砼衬砌，n=0.014~0.017，考虑到本隧洞施工质量较好，故取较小值n=0.014。 (2) 水利计算成果见表1。 二、隧洞的工程布置 1、洞型选择 由于段村坝址为石英砂岩，地质条件较好，所以采用圆形有压隧洞，圆形断面的水流条件和受力条件比较好，并且可以充分利用围岩的弹性抗力，从而减小衬砌的工程量，降低施工的难度和造价。同时有压隧洞水流较平顺、稳定，不易产生不利流态。 2、洞线位置 洞轴线布置在右岸，这样出口水流对段村无影响，进口山势较陡，进流条件好，洞线为直线，较短，工程量小又利于泄洪。 3、工程布置 泄洪隧洞由进口段、洞身段、出口段三部分组成。 (1)进口型式 由于进口部位山体岩石条件较好，故采用竖井式进口，在岩体中开挖竖井，将闸门放在竖井底部，在井的顶部布置启闭机及操作室、检修平台，竖井式进口结构简单，不受风浪影
响，地震影响也较小，比较安全。 (2) 进口段 包括进口喇叭口段、闸室段、通气孔、渐变段等。 1) 进口喇叭口段 为了与孔口的水流型态相适应，使水流平顺，避免产生不利的负压和空蚀破坏，同时尽量减少局部水头损失，提高泄流能力，在隧洞进口首部，其形状应与孔口锐缘出流流线相吻合，一般顺水流方向做成三向收缩的矩形断面喇叭口形，其收缩曲线为1/4椭图曲线，顶面椭圆方程为： 1)5.33.0(5.32 222 =?+y x ，用下列坐标绘制顶面曲线，见表1。 表1 侧面曲线方程为：1)5.32.0(5.32 2=?+x ，用下列坐标绘制侧面曲线，见表2。 表2 2) 进口闸室段 闸孔尺寸为3.5×3.5m ，闸室段长度参照工程经验取6.0m ，在闸门上端设置操作室，后设工作桥与坝面相连，桥面高程为365.81m ，与坝顶路面高程一致，在操作室与闸室之间设置检修平台，平台高程在正常高水位360.52m 以上，取361.50m 。 闸门用5.0×4.0m 的平面钢闸门，闸门槽宽度为1.0m ，深度为75cm ，由于高速水流通过平面闸门闸孔时，水流在门槽边界突变，容易发生空化水流，致使门槽及附近的边墙或底板发生空蚀。为此，将门槽的下游壁削去尖角，用半径为R=10cm 的圆弧代替，并做成1:12的斜坡，错距采用8cm 。 3) 通气孔 在闸室右部设置通气孔，其作用是在关闭检修门，打开工作门放水时，向孔中充气，使洞中水流顺利排出；检修完毕后，关闭工作门，向检修闸门和工作闸门之间充水时，排出洞中空气，使洞中充满水。通气孔的断面积一般取泄水孔断面积的0.5%~1%，此 泄水孔的断面积为9.62m 2 )4 5.314.3(2 ?，所以通气孔取0.25×0.25m ，通气孔的进口必须与闸门启闭机室相分离，以免在充、排气时影响工作人员的安全。 4)渐变段 为使水流平顺过渡，防止产生负压和空蚀，设置渐变段，由于渐变段施工复杂，故不宜太长，但是为使水流过渡平顺，又不能太短，一般用洞身直径的2~3倍，取渐变段长度为8.0m 。 根据本隧洞的任务，其进口高程应设置得低一些，河床的平均高程为340m ，这样既便于施工期导流，降低围墙高程，又可在运用期泄水，力争一洞多用，以求隧洞施工方便，运用安全，造价低廉。 (3) 洞身段 考虑到所选洞线的地形、地质情况，并运用情况，洞线长为230m ，洞身段长198.5m ，为了便于施工时出碴和检修时排除积水，坡降i =1/500，顺坡。 初拟洞径：按管流公式计算，公式为 02gH w Q μ=； 式中 μ—流量系数，μ=0.74~0.77 ，这里取0.74； w —出口断面面积(m 2 )； H 0—作用于隧洞的有效水头；H 0=库水位一出口顶部高程。 分别列表(3)计算设计及校核洪水位时所需的洞径：
水工建筑物试题
要求外，还需要满足泄流能力要求。
4. 常用的闸基渗流计算方法有流网法、改进阻尼系数法、
9．土石坝的上游坝坡通常比下游坝坡陡。( ) 答案：错误 10．非粘性土料的压实程度一般用相对密度表示。( 答案：正 2. 当地基岩石坚硬完整，摩擦系数较大时，重力坝的剖面尺寸由稳定控制。( )答案：错误 6. 无压隧洞断面尺寸的确定，主要是满足泄流能力和洞内水面线的要求。( ) 答案：正确 8．对于一定的河谷，拱圈中心角愈大，拱圈厚度愈小。( ) 正确 9．土石坝的纵缝大致与坝轴线平行，多发生在两岸坝肩附近。( )答案：误10．反滤层中各层滤料的粒径顺渗流方向布置应由粗到细。( )# 答案：错误 二、判断题(每小题1分，共10分) 2. 重力坝稳定分析的目的是为了检验大坝在施工期和运用期是否满足强度的要求。( ) 答案：错误 6. 有压隧洞断面尺寸的确定，主要是满足泄流能力和洞内水面线的要求。( ) 答案：错误 7. 重力坝的上游坝坡n=0时，上游边缘剪应力的值一定为零。( )答案：正 确 8．底部狭窄的V形河谷宜建单曲拱坝。( ) 答案：错误 9．拱坝中心角越大对坝肩岩体的稳定越有利。( ) 答案：错误10．斜墙坝的上游坝坡一般较心墙坝为缓。( )答案：正确 二、判断题(每小题1分，共10分) 1. 取（引）水建筑物是输水建筑物的首部建筑，如：引水隧洞的进口段、灌溉 渠首和供水用的进水闸、扬水站等。( 正确 2. 重力坝的基本剖面呈三角形是因为考虑施工方便。( ) 答案：错误 6. 隧洞衬砌的主要目的是为了防渗。( ) 答案：错误 7．深式泄水孔的超泄能力比表孔的超泄能力大。( ) 答案：错误 9．斜墙坝的上游坝坡一般较心墙坝为缓。( ) 答案：正确 10．碾压混凝土坝一般不设横缝。( ) 答案：错误 二、判断题(每小题1分，共10分) 1. 挡水建筑物的作用是拦截河流，形成水库或雍高水位。如：各种材料和类型 的坝和水闸；以及为防御洪水或阻挡海潮，沿江河海岸修建的堤防、海塘
溢洪道设计规范
前言 本规范是根据水利部水利水电规划设计管理局水规局技[1997]7号文《关于印发水利水电勘测设计技术标准修订工作会议有关文件的通知》,对SDJ341-89《溢洪道设计规范》(以下简称原《规范》)修订而成. 本规范保留了原《规范》的章节结构,共分为总则,溢洪道布置,水力设计,建筑物结构设计,地基及边坡处理设计,安全监测设计等六章,并有五个附录. 本规范对原《规范》主要作了如下修改： (1)明确本规范使用范围为大中型水利水电工程中岩基上的1,2,3级河岸式溢洪道,删去了原《规范》中"兼顾厂顶溢流,厂前挑流及泄洪隧洞出口的水力设计"的内容. (2)充实了关于侧槽溢洪道的内容,并增加了关于面流戽流消能布置的内容.对进水渠直线段长度,首末端底宽比,泄槽弯道半径等规定了具体数值. (3)水力设计方面,在实用堰堰顶负压,WES堰,宽顶堰泄流能力,侧槽内横向水面差,边墙脉动压力,挑流鼻坎流速,泄槽收缩段,弯道及消力池等计算中,增加了若干系数的取值规定,补充了若干计算公式,图表.在防空蚀设计中,综合国内外近期研究成果,给出了若干常见体型的初生空化数,供不具备进行减压箱试验时判别能否发生空蚀. (4)在"建筑物结构设计"一章中,混凝土的强度指标改用了强度等级体系；按照GB50287-99《水利水电工程地质勘察规范》改写了混凝土与基岩接触面以及软弱夹层的抗剪断强度指标表；删去了堰(闸)基抗剪(纯摩)计算公式；在控制段荷载组合中,增加了完建和施工两种工况；增加了闸后段边墙的荷载组合表；增加了边墙抗倾及抗滑稳定的计算公式. (5)在地基及边坡处理一章中,增写了在确定建基面时不宜只通过开挖手段,还应考虑采取加固措施改善地基条件的内容.在边坡稳定分析中,采用了在传统基岩分类基础上,考虑岩层结构与边坡的几何关系的分类法,并将各类岩体可能失稳方式和常见处理措施一并列于附录D中. (6)将观测设计更名为安全监测设计,且将巡视检查列入监测内容,将仪器监测分为必设和选设两类,不再沿用《原规范》中一般性,专门性观测的分类. 本规范的归口管理单位和解释单位：水利部水利水电规划设计总院 本规范修订的主编单位：水利部天津水利水电勘测设计研究院 本规范的主要起草人：李启业郭竟章夏毓常牟广丞倪世生目次 1总则 2溢洪道布置 2.1一般规定 2.2进水渠 2.3控制段 2.4泄槽 2.5消能防冲设施 2.6出水渠 3水力设计 3.1一般规定 3.2进水渠 3.3控制段 3.4泄槽
水工建筑物1
一、填空题 1．河岸溢洪道的主要类型有正槽式、侧槽式井式和虹吸式四种。 2．正槽溢洪道通常由进水渠、控制段、泄槽消能防冲设施、出水渠等部分组成。3．侧槽溢洪道通常由控制段、侧槽、泄槽消能防冲设施、出水渠等部分组成。4．非常溢洪道一般分为漫流式、自溃式爆破引溃式三种。 5．溢流堰的主要形式有宽顶堰、实用堰驼峰堰和折线形堰。 二、单项选择题 1．关于实用溢流堰上游堰高P和定型设计水头Hd 的比值P/Hd与流量系数m的关系正确的是（ B ）。 A、高堰的流量系数m随P/Hd减小而降低； B、高堰的流量系数m接近一个常数； C、低堰的流量系数m随P/Hd减小而升高； D、低堰的流量系数m接近一个常数； 2．对于正槽溢洪道的弯道泄槽，为了保持泄槽轴线的原底部高程及边墙高不变，以利施工，则应采用下列措施（A）。 A、外侧渠底抬高△h，内侧渠底降低△h B、外侧渠底降低△h，内侧渠底抬高△h C、外侧渠底抬高△h，内侧渠底抬高△h D、外侧渠底降低△h，内侧渠底降低△h （△h为外墙水面与中心线水面高差） 3．陡坡泄槽i＞ik,当水深h0＜h＜hk，h0为正常水深，hk为临界水深，泄槽水面曲线为（ B ）。 A、a型壅水曲线 B、b型降水曲线 C、c型壅水曲线 D、均可发生 4．为了减少侧槽的开挖量，下列措施不对的有（ C ）。 A、侧槽宜采用窄深工式，靠岸一侧边坡宜陡些 B、允许始端侧槽内水面高出堰顶0.5H (H为堰上水头) C、侧槽宜采用宽浅式 D、b0/bl应小些，一般为0.5～1.0 （b0和bl为侧槽始端与末端底宽） 三、简答题 1．河岸溢洪道如何进行位置的选择？ 应选择有利的地形条件，布置在垭口或岸边，尽量避免深挖而形成边坡。 （1）应布置在稳定的地基上，并考虑岩层及地质构造的性状，充分注意地质条件的变化（2）溢洪道进出口的布置应使水流顺畅，不影响枢纽中其他建筑物的正常运行，进出口不宜距土石坝太近，以免冲刷坝体 （3）从施工条件考虑，应便于出渣路线及堆渣场所的布置。 2．溢流堰有几种形式？各有什么特点？ 1.溢流堰有四种形式：宽顶堰、实用堰、驼峰堰、折线形堰。 2.①宽顶堰：结构简单，施工方便，流量系数较低，荷载小，对承载力较差的土基适应能力较强 ②实用堰：流量系数较宽顶堰大，溢流前缘较短，工程量相对较小，施工复杂。大中型水库，岸坡较陡时，多才用这种形式。 ③驼峰堰：复合圆弧的溢流低堰，流量系数可达0.42以上，设计与施工简便，对地基要求低，适用于软弱地基。
溢洪道水力计算(报告部分)
1.1 溢洪道 溢洪道基本情况说明 1.1.1 溢洪道水力计算 1、临界水深计算 采用以下公式计算： 3 2 g q h k α= 式中： k h :临界水深，m ； α：不均匀系数，取1.05； q ：单宽流量，m 3/(s.m)； 计算得：=k h m 。 2、正常水深计算 采用以下公式计算： Q=CA Ri 式中： Q ：溢洪道200年一遇泄量，m 3/s ； C ：谢才系数，采用曼宁公式计算，C=n 1R 1/6 R ：水力半径，R=A/X A:过水面积，A=(B+mh 0) h 0 X:湿周，X=B+2h 021m +
B:溢洪道底宽，m ； h 0:溢洪道的正常水深，m ； m ：溢洪道边坡坡率； n:糙率； i ：溢洪道的设计坡降。 计算得：=0h m 。 3、判别 因h 0
n ：糙率系数； v ：分段平均流速，v ＝（v 1+v 2）/2，m/s ； R ：分段平均水力半径，R ＝（R 1+R 2）/2，m 。 代入数据，计算得200年一遇标准洪水溢洪道水面线数据如下表。 溢洪道水力计算成果表 若溢洪道有较大弯道，还应计算弯道雍水值： 按《溢洪道设计规范》（SL253—2000），溢洪道中弯道段最大横向水面差按下式计算： o gr b v K h 2=? 式中： Δh ：弯道外侧水面线与中心线水面的高差，m ； b ：弯道宽度，m ； r 0：弯道中心线曲率半径，m ； K ：超高系数，1.0。 经计算，溢洪道弯道段的水流最大横向水面差为 m ，由此确定此处的溢洪道两岸顶高程。
溢洪道设计实例
溢洪道设计实例 1、进水渠 进水渠是将水流平顺引至溢流堰前。采用梯形断面，底坡为平坡，边坡采用1：1.5。为提高泄洪能力，渠内流速υ<3.0m/s ，渠底宽度大于堰宽，渠底高程是360.52m 。 进水渠断面拟定尺寸，具体计算见表1。 进水渠与控制堰之间设20米渐变段，采用圆弧连接，半径R =20m ，引渠长L =150米。 2、控制段 其作用是控制泄流能力。本工程是以灌溉为主的小型工程，采用无闸控制，溢洪道轴线处地形较好，岩石坚硬，堰型选用无坎宽顶堰，断面为矩形。顶部高程与正常蓄水位齐平，为360.52m 。堰厚δ拟为30米（2.5H<δ<10H ）。坎宽由流量方程求得，具体计算见表2。 23、泄槽 泄槽是渲泄过堰洪水的，槽底布置在基岩上，断面必须为挖方，且要工程量最小，坡度不宜太陡。为适应地形、地质条件，泄槽分收缩段、泄槽一段和泄槽二段布置。 据已建工程拟收缩段收缩角θ=12°，首端底宽与控制堰同宽，b 1=65m,末端底宽b 2拟为40m ，断面取为矩形，则渐变段长m tg b b L 81.5822 11=-= θ ，取整则L 1
为60m ，底坡50 1 = i 。 泄槽一段上接收缩段，下接泄槽二段，拟断面为矩形，宽b =40m ，长L 2为540m ，底坡200 1 = i 。 泄槽二段断面为宽40m 的矩形，长L 3为80m ，底坡8 1=i 。 4、出口消能 溢洪道出口段为冲沟，岩石比较坚硬，离大坝较远，采用挑流消能，水流冲刷不会危及大坝安全。 5、尾水渠 其作用是将消能后的水流，较平稳地泄入原河道。 为了防止小流量产生贴流，淘刷鼻坎，鼻坎下游设置长L =10m 护坦。 1、溢流堰泄流能力校核：当引渠很长时，水头损失不容忽视。 （1）基本公式如下： g h j 22 αυζ =； 3 42222 R l n r c hf υυ= = ； x A R =； 61 1R n C =。 式中，hj ——局部水头损失，米； hf ——沿程水头损失，米； ζ——局部水头损失系数； υ——引渠流速，m/s ； g ——重力加速度（m/s 2）; L ——引渠长度，米； α——动能系数，一般为1.0； C ——谢才系数； R ——水力半径，米； A ——过水断面面积，米2； x ——湿周，米； n ——引渠糙率； 230 2'H g b m Q S σ=； g H H 22 0υ?+= 式中，S σ——淹没系数，取1.0； m '——无坎宽顶坎的流量系数； b ——堰宽，m ； H 0——包括行近流速水头的坎上水头，m ； Q ——流量，m 3/s 。 ①求堰前水深和堰前引水渠流速 采用试算法，联立公式3 2 020)2'( ,2g b m Q H g H h S συ=- =可求得，具体计算见表1。 ②求引渠总水头损失ωh 。