正槽式溢洪道设计要点

三、正槽式溢洪道设计要点

正槽式溢洪道一般由进水渠、控制段(溢流堰)、泄槽、消能防冲设施及出水渠五部分组成,其中中间三部分是必需的,其余两部分根据需要设置。

1.进水渠

进水渠的作用是将水库的水平顺地引至溢流堰前。设计原则是在合理的开挖方量下,尽量减小水头损失,以增加溢洪道的泄洪能力。为此,进水渠长度应尽量短而直,当控制段紧靠水库时,进水渠只是一个喇叭口,如图4-19所示。对于较长的渠道,要尽可能使渠内的水流流速小,这就需要扩大开挖过水断面,选择控制堰流位置是解决这个问题的关键。进水渠内可以不衬砌,但要选择适当的边坡以维持稳定,底坡多为平坡或较小的逆坡。

图示

图4-19 溢洪道进水渠型式

(a)设进水渠;(b)不设进水渠
1—喇叭口;2—土坝;3—引水渠

2.控制段

溢洪道的控制段包括溢流堰及两侧连接建筑物,是控制溢洪道泄流能力的关键部位。大型水库的溢洪道都用闸门控制水位,有些小型工程的溢流堰上不设闸门,运行管理简便,但水库运行不经济。

溢流堰通常选用宽顶堰、实用堰,有时也采用驼峰堰、折线形堰。

宽顶堰的特点是结构简单,施工方便,但流量系数较低。由于宽顶堰荷载小,对承载力较差的土基适应能力较强,因此,在泄量不大或附近地形较平缓的中、小型工程中应用较广,如图4-20所示。

图示

图4-20 宽顶堰图

实用堰堰面曲线一般采用WES曲线,与宽顶堰相比较,实用堰的流量系数比较大,在泄量相同的条件下,需要的溢流前缘较短,工程量相对较小,但施工较复杂。大、中型水库,特别是岸坡较陡时,多采用这种型式,如图4-21所示。

驼峰堰是一种复合圆弧的溢流低堰,堰面由不同半径的圆弧组成,如图4-22所示。其流量系数可达0.42以上,设计与施工简便,对地基的要求低,适用于软弱地基。

图示

图4-21 实用堰图

图示

图4-22 驼峰堰

3.泄槽

泄槽的作用是顺利地将过堰洪水安全地泄向下游。(https://www.daowen.com)

泄槽的水力特征是急流,泄槽的底坡常大于水流的临界坡,亦称为陡槽。

泄槽应尽量布置在基岩上,线路短而直,力求避免弯曲和变坡。

溢洪道的落差主要集中在泄槽段,越过溢流堰的水流在下泄过程中不断加速,水流流速高,很容易产生冲击波、掺气、气蚀、振动等工程问题。岩基上泄槽的横断面多做成矩形或近似于矩形,边壁一般多采用混凝土衬砌,其作用是保护地基不受冲刷,防止风化,减少过水表面的糙率等。衬砌表面应光滑平整,能抵抗水流冲刷;衬砌的厚度为30~50cm;衬砌沿纵横向设置收缩缝,缝距10~15m;衬砌的接缝有平接、搭接和键槽接等多种型式,如图4-23所示。垂直于流向的横缝比纵缝要求高,宜采用搭接式,岩基较坚硬且衬砌较厚时也可采用键槽缝;纵缝可采用平接的型式。纵横缝中设止水,以防止高速水流钻入底板,同时在底板下设置排水,如图4-24所示。且互相连通,渗水集中到纵向排水管内排向下游,以减小作用于底板上的扬压力并增加衬砌的稳定性。为了减少开挖和衬砌工程量,泄槽常常需要先收缩、再扩散的平面布置(图4-15)。

图示

图4-23 衬砌接缝的型式

图示

图4-24 衬砌接缝与排水构造

4.消能防冲设施

河岸式溢洪道一般采用挑流消能或底流消能,其适应性和计算内容见“溢流坝”部分。

挑流坎的结构型式一般有重力式和衬砌式两种,如图4-25所示。前者适用于较软弱岩基,后者适用于坚实完整岩基。挑流坎下游常做一段短护坦以防止小流量时产生贴流而冲刷齿墙底脚。挑流坎上还常设置通气孔和排水孔,如图4-26所示。通气孔的作用是从边墙顶部孔口向水舌补充空气,避免形成真空影响挑距或造成结构空蚀。坎上排水孔用来排除反弧段积水;坎底排水孔则用来排放地基渗水,降低扬压力。

在较软弱地基上采用底流式消能,可开挖消力池以保护地基免遭冲刷。

图示

图4-25 挑坎结构型式

(a)重力式;(b)衬砌式

图示

图4-26 挑坎构造(单位:m)

1—纵向排水;2—护坦;3—混凝土齿墙;4—Φ50cm通气孔;5—Φ10cm排水管

5.出水渠

溢洪道下泄水流经消能后,若能量仍然较大,则不能直接泄入河道,应设置出水渠。选择出水渠线路应经济合理,其轴线方向应尽量顺应河势,利用天然冲沟或河沟。