第六节 溢流重力坝

第六节溢流重力坝（一）

引言：溢流重力坝简称溢流坝，既是挡水建筑物，又是泄水建筑物。因此，坝体剖面设计除要满足稳定和强度要求外，还要满足泄水的要求，同时要考虑下游的消能问题。当溢流坝段在河床上的位置确定后，先选择合适的泄水方式，并根据洪水标准和运用要求确定孔口尺寸及溢流堰顶高程。

本节主要介绍：溢流坝的设计要求、溢流坝的泄水方式和溢流坝的剖面设计

一．溢流坝的设计要求

溢流坝是枢纽中最重要的泄水建筑物之一，将规划库容所不能容纳的大部分洪水经坝顶泄向下游，以便保证大坝安全。溢流坝应满足泄洪的设计要求：

●有足够的孔口尺寸、良好的孔口体形和泄水时具有较大的流量系数。

●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坑和冲刷。

●溢流坝段在枢纽中的位置，应使下游流态平顺，不产生折冲水流，不影响枢纽中其他建筑物的正常运行。

●有灵活控制水流下泄的设备，如闸门、启闭机等。

二．溢流坝的泄水方式

图示讲解：

1．坝顶开敞溢流式

溢流坝泄水方式（单位：m）

（a）坝顶溢流式 1一350T门机；2一工作闸门

（b）大孔口溢流式 1一175/40T门机；2一12×10m定轮闸门；3一检修门

（c）具有活动胸墙的大孔口 1-活动胸墙；2一弧形闸门；3一检修门槽；4一预制混凝土块安装区

不设闸门时，堰顶高程等于水库的正常蓄水位，泄水时，靠壅高库内水位增加下泄量，这种情况增加了库内的淹没损失和非溢流坝的坝顶高程和坝体工程量。坝顶溢流不仅可以用于排泄洪水，还可以用于排泄其它漂浮物。它结构简单，可自动泄洪，管理方便。适用于洪水流量较小，淹没损失不大的中、小型水库。

当堰顶设有闸门时，闸门顶高程虽高于水库正常蓄水位，但堰顶高程较低，可利用闸门不同开启度调节库内水位和下泄流量，减少上游淹没损失和非溢流坝的高度及坝体的工程量。与深孔闸门比较，堰顶闸门承受的水头较小，其孔口尺寸较大，由于闸门安装在堰顶，操作、检修均比深孔闸门方便。当闸门全开时，下泄流量与堰上水头H0的3/2次方成正比。随着库水位的升高，下泄流量增加较快，具有较大的超泄能力。在大、中型水库工程中得到广泛的应用。

2．孔口溢流式

在闸墩上部设置胸墙，有固定胸墙和活动胸墙两种，既可利用胸墙挡水，又可减少闸门的高度和降低堰顶高程。它可以根据洪水预报提前放水，腾出较大的防洪库容，提高水库的调洪能力。当库水位低于胸墙下缘时,下泄水流流态与堰顶开敞溢流式相同；当库水位高于孔口一定高度时,呈大孔口出流。胸墙多为钢筋混凝土结构,常固接在闸墩上,也有做成活动式的。遇特大洪水时可将胸墙吊起,以加大泄洪能力，利于排放漂浮物。

三．溢流坝的剖面设计

图示讲解：

图2-23 溢流坝剖面

1-顶部溢流段；2-直线段；3-反弧段；

4-基本剖面；5-薄壁堰；6-薄壁堰溢流水舌

溢流坝的基本剖面呈三角形。上游坝面可以做成铅直面，也可以做成折坡面。

溢流面组成：顶部曲线段、中间直线段和底部反弧段三部分。

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。

1.溢流坝的堰面曲线

●顶部曲线段

溢流堰面曲线常采用非真空剖面曲线。采用较广泛的非真空剖面曲线有克-奥曲线和幂曲线(或称WES曲线)两种。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，在此范围以外，克—奥曲线定出的剖面较肥大，常超出稳定和强度的需要，如图2-24所示。克-奥曲线不给出曲线方程，只给定曲线坐标值，插值计算和施工放样均不方便。而幂曲线给定曲线方程，如式（2-57），便于计算和放样。克-奥曲线流量系数约为0.48~0.49，小于幂曲线流量系数（最大可达0.502），故近年来堰面曲线多采用幂曲线。

◆开敞式溢流堰面曲线

◆设有胸墙的堰面曲线

●中间直线段

中间直线段的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

溢流坝面反弧段是使沿溢流面下泄水流平顺转向的工程设施，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。

2. 溢流坝剖面设计

溢流坝的实用剖面：在三角形基本剖面基础上结合堰面曲线修改而成。

●溢流坝堰面曲线超出基本三角形剖面

图示讲解：

溢流坝剖面绘制

（a）反弧与护坦连接；（b）反弧与挑流鼻坎连接

在坚固完好的岩基上，会出现这种情况，设计时需对基本剖面进行修正，

先绘出非溢流坝三角形基本剖面△102,根据溢流坝的定型设计水头Hs和选定的堰面曲线型式,点绘出堰面曲线ABCD,将基本三角形△012平移至今△0＇1＇2＇位置,使下游边0＇2＇与溢流坝面的切线重合,坝上游阴影部分可以省去。为了不影响堰顶泄流，保留高度d的悬臂实体,且要求d≥0.5Hzmax（Hzmax为堰顶最大作用水头）。

●溢流堰面曲线落在三角形基本剖面以内。

当坝基摩擦系数较大时,会出现这种情况。为了满足与基本剖面协调的要求,可将失去的部分坝体体积补上,通常是在溢流坝顶加一斜直线AA＇，使之与溢流曲线相切于A点，增加上游阴影部分坝体体积，同时也满足坝体稳定和强度要求。

●具有挑流鼻坎的溢流坝。

当鼻坎超出基本三角形剖面以外时，若l/h>0.5时，须核算B-B＇截面处的应力；若拉应力较大,可考虑在B-B＇截面处设置结构缝,把鼻坎与坝体分开；若拉应力不大,也可采用局部加强措施，不设结构缝。

溢流坝和非溢流坝的上游坝面要求应尽量一致,并且对齐,以免产生坝段之间的侧向水压力，否则将使坝段的稳定、强度计算复杂化。溢流坝的下游坝面，则不强求与非溢流坝面完全一致对齐，只要两者各自保持一致对齐即可。