溢洪道设计计算说明

岸边溢洪道设计6.3.1溢洪道说明溢洪道其主要任务是泄洪，土石坝不允许水过坝顶，需要专门修建泄洪 建筑物。根据本工程的地形条件，上游坝址左岸沿河流方向有一道呈现弧 形的纵向凹槽，所以选择溢洪道设置在大坝左岸，为带胸墙孔口式岸边溢 洪道。溢洪道由引渠段、 堰闸段、 泄槽段、 挑流鼻坎段组成。6.3.2 溢洪道引水渠 为了使水流平缓，减小或不发生漩涡和翻滚现象，进口采用喇叭口， 进口宽度B=50m.设计流速4m/s,横断面在岩基上接近矩形，边坡根据稳定 要求确定这里选择边坡坡度为 1:0.5；采用梯形断面，进水渠的纵断面做成 平底。在靠近溢流堰前断区，由于流速较大，为了防止冲刷和减少水头损 失，可采用混泥土护面厚度为 0.5m。6.3.3 控制段控制段包括溢流堰及两侧连接建筑物，溢流堰通常可以选择宽顶堰、实 用堰、驼峰堰。 溢流堰的体形应尽量满足增大流量系数，溢流堰作用是控 制泄流能力，本次设计采用实用堰，优点是流量大，在相同的泄流条件下 需要的堰流前缘长，工程量小。采用弧形闸门。初步拟定堰顶高程H-设计洪水位一堰顶最大泄水位H0堰顶高程 H=1838=1858.22H0 则 H0=2O.22m胸墙式孔口溢流堰形式的下泄流量 Q 公式为：Q =s mBi：2gH2溢o式中：闸墩侧收缩系数，0.9；m流量系数，0.48:；g重力加速度，9.81 m/s2;B堰宽，12m;水位为设计洪水位1858.22m时，堰顶高程1838m，设计Q溢=4645m3/s.则由上面公式计算得出的B=26.69m，取B=14m.表 6.3-1 溢洪道宽顶堰堰宽计算（忽略流速）计算情况上游水位流量Q堰上水头流量系数控制堰宽nb设计1858.22464520.220.526.29计算取b=28m,孔口数2孔，弧形工作闸门取值14x19m（宽x高）。中墩厚3m,边墩宽 1m,闸室宽度=14x2+3+2x1=33m.堰面曲线的确定开敞式堰面曲线，幂曲线按式(7-2)计算：Xn = KHn-1 y(7-2)d式中Hd堰面曲线定型设计水头，对于上游堰高Pl1.33Hd的高堰， 取Hd=(0.750.95)Hmax，对于 P11.0 时,k 值见表 A.1.1，当 P1/HdW1.0 时，取 k=2.02.2。本次设计 Hd=0.8Hmax=0.8x24.45=19.56m,P1=Hd=19.56=19.56,则引水 渠底板高程为 1818.44m。 p2=0.6Hd1.33Hd=18m.根据表A.1.1确定堰面参数值：根据表A.1.1堰面曲线参数上游面坡度knR1aR2b3:021.850.5Hd0.175Hd0.2Hd0.282Hd3:11.9361.8360.68Hd0.139Hd0.21Hd0.237Hd3:21.9391.810.48Hd0.115Hd0.22Hd0.214Hd因为 Pl/.Hd=l,所以取 K=2.2;其中 n=1.85,Rl=0.5Hd,a=0.175 Hd,R2=0.2 Hd,b=0.282 Hd。即公式 xn 二 KHn-1 y = X1.85 = 2.2 x 19.56o.85 yd可以得出 y =27.55表 7-2 幂曲线x02468101214161825y0.000.130.471.001.702.573.604.796.137.6214.00上游段曲线采用三圆弧法，圆弧半径为：R=0.5Hd=9.78m，R2=0.2Hd=3.912m，R3=0.04Hd=0.7824m。对应的水平范围为 L1=0.175 Hd =3.432m，L2=0.276 Hd =5.40m，L3=0.282 Hd =5.52m。2d3d闸墩顶部高程=校核水位+安全超高=1862.55+0.41862.95m.图 7-1 控制段曲线图衔接面计算：1.直线段和堰面曲线切点xc,yc确定。对y =上兰27.55求导，坡率为 1:0.65,x=10.64,y=2.88.7.4.2.2 泄流能力计算开敞式幂曲线 WES 实用堰的泄流能力Q 二 C5 emBJlgHt(7-6)m0式中：Q流量，mjs；B溢流堰总净宽，m,定义B=nb；b单孑L宽度，m；C上游坡度影响系数，上游铅直，C=1;H0堰上水头，m;m流量系数，取0.5； 收缩影响系数，取0.9；5淹没系数，取1。mQ = C5 &mBy：2gH2 = 1x1x 0.9x0.5 x 28x J2x9.81 x 20.22； = 5074m3 /s m050744645 m3/s （设计洪水情况，满足要求）。7.5 泄槽设计正槽溢洪道在溢流堰后多用泄槽与消能防冲设施相连接，以便将过堰 洪水安全泄向下游河道。河岸溢洪道的落差主要集中在这段。泄槽坡度常 大于临界坡度，所以又叫做陡槽。泄槽横断面宜采用矩形断面。当结合岩 石开挖采用梯形断面时，边坡不宜缓于1 ： 1.5,并应注意由此引起的流速不 均匀问题。7.5.1 泄槽的平面布置及纵、横剖面泄槽在平面上应尽可能的采用直线、等宽对称布置。可以让水流平顺流 入下游，而且这样结构简单，便于施工。实际中可以设置收缩短，减少工 程开挖量和衬砌。出口设置扩散段减少单宽流量，有益于消能防冲，减少 对河道的侵蚀。泄槽纵剖面设计主要是决定纵坡。泄槽纵坡必须保证泄槽中的水位不 影响溢流堰自由泄流和在槽中不发生水跃，水流始终处于急流状态。所以 纵剖i必须大于临界坡度i C,此种情况下，泄槽起点的水深等于临界he,矩形gac2泄槽ic和he值如下:7-7）（ 7-8 ）上式中：C谢才系数，C =丄R6n其中R为水力半径（m）,n-为粗糙系数，对于混凝土 n=0.0140.016；g一重力加速度，g=9.81m/s2；a一流速分布系数，取a=1.0；L泄槽横断面湿周，m；B水面宽度，m；q单宽流量，m3/s。泄水槽宽度为：L=2x14+3+2x1=33m单宽流量为： q=Q/B=7136/33=216.24m3/s临界水深：临界水力半径为：十=I6-hB16.83 x 28c2h + B2 x16.83 + 28.cC 二- R1 二x 7.646 二 100.24n 0.014二 0.0015g L9.81x 33i = x =c ac2 B 1x100.242 x 28由公式：A 2 1Q = R 3 i 2ni_ Q2 n 242 R 3米用混凝土护面口=0.014, h=hc故i =空2 =71362 x 0.0142= 0.003442R3(28 x16.83)2 x 7.463大于临界坡度,泄水槽内水流为明槽恒定急变流。为了减小工程量,泄 槽沿程可随地形、地质边坡,但变坡次数不宜过多,而且在两种坡度连接 处,要用平滑曲线连接,以免在变坡处发生水流脱离边壁引起负压或空蚀。, 当坡度由陡变缓时,需用反弧连接,流速大时宜选用较大值。边坡位置应 尽量与泄槽在平面上的变化错开,尤其不要在扩散段变坡,泄槽变坡处易 遭动水压力破坏。常用的纵坡为1%5%,有时可达10%15%，此工程地 基为坚硬的岩基,可以陡些,取泄槽纵坡为5%；泄槽的横剖面,在岩基上 接近矩形，以使水流分布均匀，有利于下游消能。7.5.1.2试算槽内正常水深h的计算（坝下游收缩断面水深）根据水力学（公式10-5）可知2 1Q R3i2i=0.05可以得出试算表n表7-5hc试算结果h03455.15.25.35.4Q029424596.86459.26655.376853.17052.557253.558所以，下游反弧段断面正常水深hc=5.4m,泄槽起始底板高程为1822.7m. 根据水工建筑物溢洪道的相关设计要求，反弧半径可采用36） h （h 为校核洪水位闸门全开时反弧最低点的水深），反弧R=（28.557）,取40m ,. 圆心角=43.32。7.5.1.3 推算水面曲线泄槽水面线由能量方程，用分段求和法计算:V L127 ft a V 2 ) h cosft + 2 222 g丿i j(a V 2 h cosl12 g 丿7 n2V2J =4R 3式中：(7-13)(7-14)V L 一分段长度m；12hl、h2分段始末断面水深m；al，a2，流速分布不均匀系数取1.05；VI、V2分段始末断面平均流速m/s； ft泄槽底坡角度i=tgft，ft =3 ；J分段内平均摩阻坡降;n泄槽糙率系数n=0.014；V 分段平均流速m/s；R分段平均水力半径m。在水位情校核况下计算h1，取溢流堰末端断面为开始计算断面，高程为：1822.7m,校核洪水位到该断面的水位差为：1862.45-1822.7=39.75mVc = .2gh = 0.9x 45(7-23)2式中：H2下游水深L/(t-H ) =147.2 / 46.35 -11 = 4.2 4 满足要求。28.1地基处理的主要要求地基处理的主要要求是：控制渗流，减小渗流比降，避免管涌等有害的渗流变形，控制渗流量；保持坝身和坝基的静力和动力稳定，不产生过大的有害变形，不发生明显的不均匀沉降，竣工后，坝基和坝体的总沉降量一般不宜大于坝高的1%； 在保证坝安全运行的条件下节省投资。8.2地基的处理在坝趾处河床砂卵石覆盖层平均厚度57米，出露岩性为大红峪组石英砂岩与板状 粉细砂岩互层，岩石坚硬、构造简单、渗透性小。右岸已查明的小段层有6-7条，软 弱夹层有13条；左岸山坡平缓，覆盖着31m厚的山麓堆积物，有断层一条。河床坝基 岩石构造较为发育，开挖揭露出断层40余条，其中相对较大的有10多条。因此，在坝 趾处开挖7m将河床砂卵石覆盖层清除并使河床平整并设置齿槽，对于较小的断层用用 化学材料灌浆或做混凝土塞，对于较大的断层进行开挖回填混凝土处理。8.3岸坡的处理土坝的岸坡应清理为缓变的坡面，开挖边坡不宜太陡。岩石岸坡不宜陡于1： 0.5 1:0.75。土坝岸坡不陡于1：1.5砂砾石坝壳部位的岸坡以维持自身岸坡稳定为原则。 8.3帷幕灌浆帷幕深度是根据相对不透水层的位置确定的。按碾压式土石坝设计 规范(SL274 2001)要求，相对不透水层是按羽容值确定的。对1级坝 相对不透水层为35 Lu,但考虑到黑河工程为供水工程，应尽量减少水库 渗漏量，故相对不透水层按 3 Lu 控制。根据灌浆试验和规范要求确定在坝基设两排帷幕孔，排距2 m,孔距2. 5 m。帷幕的厚度为排距再加0.60.7倍的孔距,设计为3. 6 m，全长645m, 帷幕深度标准控制为单位吸水率W3 Lu，初步确定灌浆孔深为4268m。由于坝基1770.07m高程以下有一厚达2030m的相对隔水层，因此帷幕下 限不超过440m，左右岸坡帷幕应与地下水位衔接，左岸地下水位埋深70m 左右，右岸地下水位埋深近 80m。左岸坝肩为单排帷幕，帷幕长60m，向左接古河道防渗灌浆灌浆。右岸 坝肩为单排帷幕，帷幕长163m。