坝基防渗处理目的

孔口泄流下泄流量
Q溢=μAk
2gHz
式中 Ak -- 出口处的面积(m2)；
Hz -- 自由出流时为孔口中心处的作用水头(m)； 淹没出流时为上下游水位差； μ -- 孔口或管道的流量系数,初设时对有胸墙的
Hz D
堰顶孔口,当
=2.0~2.4时（D为孔口高,（m））,
取μ=0.74~0.82；对深孔取μ=0.83~0.93；当为有压流 时, μ值必须通过计算沿程及局部水头损失来确定。
反弧半径、鼻坎构造和尺寸、计算挑射距离和 最大冲坑深度。 常用的挑流鼻坎型式：连续式、差动式
连续式挑流鼻坎构造简单、射程较远,鼻坎上水流平
顺、不易产生空蚀。（最常用）
（一）连续式鼻坎 主要优点是：构造简单，射程远，水流平顺，很少产 生空蚀。 鼻坎挑射角一般θ=20~25°，深水河θ=15~20°。 (在45以内，角度愈大，挑射距离愈远，但入水角 度也大，冲刷坑也愈深)，要求>2.5~5.0 反弧半径R=（8~10）h，h鼻坎上水深。R大小，水流 转向不平顺；过大时，鼻坎向下游延伸太长，增大 工程量。 鼻坎高程：一般高出下游最高水位1~2m，现有低鼻坎 挑流低于下游最高水位，如浸窝。 挑距及冲坑计算公式）
重力坝深式泄水孔
重力坝泄水孔的进口淹没在水位以下较深处，故又称深 式泄水孔。泄水孔可用来放空水库；排放泥沙；向下游放水，预 泄库水，加大调洪库容；同时可兼做施工导流。在不影响深孔正 常运用条件下，应考虑一孔多用，如灌溉与发电结合；放空与排 沙、导流结合等。 一、作用及工作条件 进口高程常接近死水位或靠近河床。 作用： ①预泄库水，增大水库的调蓄能能力； ②放空水库，以便检修； ③排放淤泥，减少淤积； ④随时放水，以满足航运和灌溉的要求； ⑤施工导流。
胸墙：固接胸墙 活动胸墙
优 点：可根据洪水预报提前放 水，提高了调洪能力。
确定孔口尺寸时应考虑的因素
满足泄洪要求
孔口宽度越大,闸门尺寸越大,启门力越大,启门
和启闭机的构造就较复杂.
孔口高度越大,q大,溢流坝段越短;孔口宽度越
小,孔数多、闸门多，溢流段总长也相应加大。
q大，消能困难，为了对称均衡开启闸门，以
中,以及水流与空气的摩擦上; 不产生危及坝体安全的河床或岸坡的局部冲刷; 下泄水流平稳,不影响枢纽中其他建筑物的正常运行; 结构简单,工作可靠; 工程量小，造价低。
● 消能方式：
底流消能、挑流消能、面流消能和消力戽消能等。
● 消能型式的选择：
根据水头及单宽流量的大小、下游水深及其变幅、坝
床）之间的摩擦和撞击。
消能工消能
通过局部水力现象,把一部分水流的动能转换成热能,
随水流散逸。
能量转换途径
水流内部的紊动、掺混、剪切及旋滚； 水股的扩散及水股之间的碰撞； 水流与固体边界的剧烈摩擦和撞击； 水流与周围空气的摩擦和掺混
● 消能工的设计原则
尽量使下泄水流的大部分动能消耗在水流内部的紊动
Q Q
①
h" t h" t t-Q h" t
②
h"-Q
t-Q h”和Q——t重合。表明任何情况下均产生临界水跃， ① Q—— t-Q h"-Q h"-Q 无须修消力池，只须在水跃范围内修护坦即可。这是最理想 ②何情况他 t<h”, 产生远驱式水跃。需要消力池、消力坎及综合消力 Q>Qk Q>Qk 情况，实际很少见。 池，以促使在坎趾处产生淹没水跃。 Q<Qk Q<Qk Q Q Q
（二）差动式挑流鼻坎 优点：使挑射水舌扩散，分成两段，相互撞击、加大掺气 量，加大空中耗能，减小入水的单位面积上的能量，减小 冲刷，下游波动也小些。 型式：矩形和梯形齿坎； 缺点：矩形侧壁易产生较大负压；梯形施工复杂。
面流式消能
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适用于中小型工程，水头低，下游水深大且变幅小。 消能特点:利用鼻坎将主流挑至水面，在鼻坎附近表面主流 与河床之间形成逆向旋滚。使高速水流与河床隔开， 避免对坝趾附近河床的冲刷，主流在水面逐渐扩散消 能，反向旋滚也可消除一部分能量。 优点:面流消能不需设 护坦和其他加固措施。 缺点:高速水流在表面 、伴有强烈的波浪、绵 延数里，影响电站运行 及下游通航，易冲刷两 岸。
● 中间直线段
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
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。
剖面设计
溢流坝段的横缝
◆ 缝设在闸墩中间，当各坝段间产生不均匀沉降时，不致影响闸门启闭，工作可 靠，缺点是闸墩厚度较大； ◆ 缝设在溢流孔跨中，闸墩厚度较薄，但易受地基不均匀沉降的影响，且高速水 流在横缝上通过，易造成局部冲刷，气蚀和水流不畅。
溢流坝的消能防冲
下泄水流主要消耗
水流内部的互相撞击和摩擦 下泄水体与空气之间的掺气摩阻 是下泄水流与固体边界（如坝面、护坦、岸坡、河
（m）
装有闸门的溢流坝,用闸墩将溢流段分隔为若干个 等宽的孔。设孔口总数为n，孔口宽度b=B/n，d 为闸墩厚度，则溢流前缘总宽度B1为:
B1=nb+（n-1）d
（m）
开敞式溢流坝下泄流量
当采用开敞式溢流坝泄流时, 下泄流量Q溢 Q溢=mzεσmB
2g H z 2
3
式中 B -- 溢流孔净宽（m）；
溢流坝剖面设计
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。
● 顶部曲线段
溢流堰面曲线常采用非真空剖面曲线。
克-奥曲线 & 幂曲线(或称WES曲线) 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)范围内基本重合 克—奥曲线定出的剖面较肥大，常超出稳定和 强度的需要，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。 幂曲线给定曲线方程，便于计算和放样。 克-奥曲线流量系数约为0.48~0.49，幂曲线流 量系数（最大可达0.502）。
基地质、地形条件以及枢纽布置情况等,经技术经济比 较后选定。
底流消能
在坝趾下游设消力池，消力坎等。底流消能工作可靠，但是工程量大。
下泄不同流量产生的跃后水深h”与下游实际水深t的关系，有以下五种情况：
h"
t
h"
t
h" hc
③表明在各种流量下 t>h”,均产生淹没水跃。淹没度大 h"-Q h"-Q 时，产生高速潜流，水跃长度加大。消能采用消力戽 t-Q t-Q 时t<h”，下游水深不足，产生远驱水 ④小 Q时，Q<Qk 或斜坡式（逆坡式）护坦，（计算方法不成熟） t 跃。 Q>Qk时，t>h”,下游水深大，产生淹没水跃。这时 ⑤与④相反。也用消力戽消能，消力池按最大流量设计。 采用斜坡式护坦与消力池相结合得方式（并称消力护）。
控制下游河床流态，孔口数目最好采用奇数。
单宽流量q的确定
通过调洪演算，可得出枢纽的总下泄 流量Q总。 溢流孔口下泄量为：Q溢=Q总-aQ0 Q0— 电站和泄水孔下泄得流量 a — 系数，正常取0.75~0.9 ， 校核 取 1.0
单宽流量q确定以后,溢流孔净宽B (不包括闸墩厚 度)为:
B=
③
④
⑤
护坦结构 护坦的作用：保护河床不受高速水流的冲刷。 长度：底流式消能延伸致水跃末端，其他型 式，也需在坝趾下游设置护坦。 厚度：满足稳定要求。上游厚，下游薄（流 速小，压力大）。为防止护坦受基岩约束产 生温度裂缝、在护坦内设置温度伸缩缝，顺 河向的缝与闸墩中心线对应，横向的缝间距 10~15m，护坦底下设排水系统（降低扬压 力），护坦末端做成齿墙以防水流淘刷。 材料：采用抗蚀耐磨砼。
工作条件： ①孔内水流流速高，易产生负压，空蚀和振动； ②闸门在水下，承受的压力大，检修困难。 二、型式及布置 按水流条件分：有压的、无压的； 按高程分：中孔、底孔； 按布置层数分：单层、多层。
1、有压泄水孔 工作闸门布置在出口，可以部分开启，出口低，利用的水头大，断面 尺寸较小。 缺点：闸门关闭时，孔内承受较大的内水压力对坝体应力和防渗都不 利，常需钢板衬砌。为此进口处设置事故检修闸门、平常用来挡 水。 2、无压泄水孔 工作闸门布置在进口，为形成无压水流，需在闸门后将断面顶部升高。 （工作闸门前仍为有压段） 优点：闸门可以部分开启，明流段不用钢板衬砌，施工简便，干扰少， 有利于加快速度进度。 缺点：断面尺寸较大，削弱坝体。 国内重力坝多采用无压泄水孔。
溢流重力坝设计
溢流重力坝既能挡水又能通过坝顶溢流。因此， 坝体设计除要满足稳定和强度要求外，还要满足 泄水要求。 在溢流坝段位置确定以后，应合理选择泄 水方式，并根据洪水标准和运用要求确定孔口 尺寸。
孔口设计
孔口设计涉及因素：
洪水设计标准、下游防洪要求、库水位雍高有无限 制、是否利用洪水预报、过水方式以及枢纽地形、地质 条件等。
坝顶溢流式
优点：
①闸门承受的水头较小，孔口尺寸可以较大。
②闸门全开时，下泄流量与堰顶水头H03/2成正比， 超泄能力强。 ③闸门在顶部，操作方便，易于维修，安全可靠。 ④能排水及其他漂浮物。
堰头设闸门——大中型——调节库水位和下泄流量 堰头不设闸门——小型——结构简单，管理方便
大孔口溢流式 上部设胸墙，降低堰顶高程。
第二章 重力坝 （3）
溢流重力坝
第五节 溢流重力坝
溢流重力坝
挡水建筑物 & 泄水建筑物
坝顶溢流泄水 坝身泄水孔泄水 主要功能：泄洪 输水 排沙 放空水库 施工导流
溢流重力坝
设计要求：
有足够的孔口尺寸，良好的孔口体型，泄水时较大
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刷和冲坑 溢流坝段在枢纽中的位置，应使下游水流平顺，不 产生折冲水流，不影响枢纽中其他建筑物的正常运 行 有灵活的控制水流下泄的设备，如闸门、启闭机等
mz -- 流量系数,可从有关水力计算手册中查得； ε -- 收缩系数,根据闸墩厚度及闸墩头部形状而定。初设时可 取 =0.90~0.95； σm-- 淹没系数,视淹没程度而定； g -- 重力加速度9.81（m/s2）。
用设计洪水位减去堰顶水头Hz(此时堰顶水头应扣除流速 水头)即得堰顶高程。
设计步骤：
选定泄水方式，拟定若干种泄水布置方案。初步确 定空口高程、尺寸，按工程等级相应的洪水设计标准进 行洪水调节演算。求出各方案的防洪库容，设计和校核 洪水位及相应的下泄洪量等。然后估算淹没损失和枢纽 造价，进行技术经济比较，选出最优方案。
孔口形式
坝顶溢流式 不设闸门 设置闸门 大孔口溢流式 固定胸墙 活动胸墙
挑流消能
消能特点：将下游高速水流抛向空中，使水流扩 散、掺气，然后跌入下游河床水垫中，发生旋滚 和摩擦，以消耗能量，本消能方式优点：简单、 经济、工期短；缺点：尾水活动比较大，雾化大， 影响电站工作。 设计内容：鼻坎型式、反弧半径、鼻坎高 程、 挑射角度。
鼻坎挑流消能设计
选择合适的鼻坎型式、鼻坎高程，挑射角度、
溢流坝的上部结构
● 闸墩和工作桥
◆ 闸墩的断面形状：半圆形、椭圆形、流线型
（上游墩头），流线型、宽尾墩（下游断面） ◆ 闸墩上游墩头可与坝体上游面齐平，也可外 悬于坝顶,以满足上部结构布置的要求。 ◆ 闸墩厚度 ◆ 闸墩的长度和高度 ◆ 溢流坝两侧设边墩,
● 闸门和启闭机
消力戽消能
适用：尾水深、变幅小、无航运要求，下游河岸有一定抗冲能 力。 特点：消力戽是以模型试验为基础研究成功的一种消能方式。 它是利用一个较大的反弧半径和挑角形成的戽斗、在一定 尾水深度的作用下，使从溢流坝下游的高速水流在戽斗内 产生激烈的表面旋滚，并使出戽的高速水股在底部及尾水 中均产生旋滚，以达到较好的消能效果。30年首先在美 国大重力坝中采用，我国安康采用。 优点：工程量较消力池小， 冲刷坑比挑流式浅，不存在 雾化问题； 缺点：下游水面波动大，易 冲刷岸坡，不利航运，戽面 磨损率高，增大了维修费用 。