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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,概述,溢流坝,是将溢流孔设于坝顶，泄洪时水流以自由堰流的方式过坝，其泄流量与堰顶水头的,3/2,次方成正比，即随着库水位升高，泄量也迅速加大，所以当遭遇意外洪水时，超泄能力较大。,坝身泄水孔,是将泄流进口布置在设计水位以下一定深度的部位。按孔口设置的高程分为中孔和深孔,(,底孔,),，前者进口位于坝体的中部，后者位于坝体的下部。按孔内水流状态又可分为有压泄水孔和无压泄水孔两种。有压泄水孔指高水位闸门全开泄水时整个孔道都处于满流承压状态；无压泄水孔指泄水时除进口附近一段有压外其余各部分都处于明流无压状态。,CH.5,混凝土溢流坝和坝身泄水孔,库容有限，把水库容纳不下的洪水有控制地泄放到下游；,满足灌溉、航运、供水,(,城市及工业,),、放空水库、冲沙排沙等要求，必须根据实际需要进行放水。,坝顶溢流,坝型：,实体重力坝、宽缝重力坝、重力拱坝、双曲拱坝、大头坝、连拱坝,等。,特殊问题是高速水流，如闸门振动、局部空蚀、水流掺气、脉动、消能等,坝身泄水孔,混凝土坝中，坝身泄水孔是常用的泄水建筑物。,特殊问题是高速水流，如闸门振动、局部空蚀、水流掺气、脉动、消能等,包括过水前缘总宽度、堰顶高程、孔口数目和尺寸。根据洪水流量和允许单宽流量、闸门型式、运用要求等因素，经调洪演算、水力计算、方案比较确定。,2,混凝土溢流坝,一、孔口尺寸的拟定,1,、溢流坝下泄流量,在设计和校核情况下，,通过枢纽的下泄流量和水库水位,，须根据建筑物等级所确定的洪水标准和洪水过程线，经水库调洪演算确定。,通过溢流坝顶的下泄流量,，应考虑泄水孔和其他水工建筑物分担部分泄洪任务：,Q=Q,s,-,a,Q,0,a,安全系数，正常运用取,0.750.90,，校核情况取,1.0,。,2,、溢流孔口尺寸,前缘总宽度,：,L=Q/q,q,单宽流量。,Q,由基岩性质决定，,20300m,3,/s/m,。,设每孔净宽,b,，孔数,n,，闸墩厚,d,，则溢流段总宽度为：,L,0,=nb+(n-1)d,B,尽量取标准值。,泄水能力,实用剖面堰：,有胸墙时，过流为孔流：,1,、溢流面曲线,顶部曲线段（溢流堰）的形状对泄流能力和流态有很大的影响。,根据在设计水头下堰面是否允许出现真空（负压），分为,真空剖面堰,和,非真空剖面堰,两种类型。虽然真空剖面堰流量系数较大，但出现负压容易引起坝体振动和堰面空蚀，因此应用不多。对于坝顶溢流式孔口工程，常采用的非真空剖面堰为,克一奥曲线和幂曲线（,WES,曲线）,两种。,二、溢流坝的剖面,(1),克,奥曲线,剖面较宽厚，常超过稳定和强度要求，施工放样不变，较少采用。,(2)WES,曲线,流量系数大，剖面较小，便于施工放样（,P172,）。,2,、溢流重力坝剖面,(a),直接以基本三角形的上、下游坡与溢流面曲线相切而成的实用剖面。,(b),地基较差，且孔口溢流水头较大，堰顶高程较低，堰顶以上去掉的体积较多，影响坝体的稳定时，可考虑将下游坝坡略为放缓,(c),将三角形顶点略为抬高而仍保持下游坡为基本三角形的原坡度,溢流重力坝就采用这种结构形式。,(d),当由于溢流要求，按水力条件拟定的溢流坝剖面较为宽厚，超出基本三角形剖面较多，为节省工程量并满足泄水条件，可考虑下游溢流面与基本三角形下游坡斗致，而将上游面顶部做成悬臂状。,(e),当挑流鼻坎超出基本剖面且,L/H0.5,时，应该验算,a-a,截面的应力，即将鼻坎作为固定在,a-a,断面上的悬臂梁处理，承受自重、尾水压力、反弧段上的动、静水压力以及地基反力和剪力的作用，按偏心受压公式计算鼻坎段的应力分布，如拉应力超过材料的抗拉强度，可在坝体与鼻坎之间用缝分开。如我国石泉坝等。,3,、溢流拱坝剖面,重力拱坝,下游面坡度接近于坝面溢流的要求，,水流通过堰顶后可沿坝面下泄，最后以挑流或底流与下游尾水衔接,。因此重力拱坝的溢流面仍可由堰顶曲线段、中间直线段及下部反弧段组成。如，西班牙的,阿尔德达维拉,溢流拱坝，坝高,140m,，最大泄量为,11700m,3,/s,，设,8,孔弧形闸门。由于水流向心集中和下游河谷狭窄，所以溢流坝下部合并为,4,孔，以窄缝式挑流与下游尾水相衔接。,溢流重力拱坝（中国）,a.,我国凤滩空腹重力拱坝，坝高,112.5m,，坝顶设,13,个溢流孔，由,14m,12m,的弧形门控制，最大泄量为,26600m,3,/s,，孔口单宽流量为,146(m,3,/s/m),，是目前拱坝坝顶溢流量最大的工程。其特点是在溢流坝面上采用高低挑流坎相间布置，使高速水流在空中相互撞击消能。,b.,吉林省白山重力拱坝溢流剖面，堰顶曲线采用,WES,曲线，中间直线溢流面的坡度为,1,：,0.5,，下部反弧段的圆弧半径,R=20m,，堰顶设平面闸门控制水流。,溢流薄拱坝,坝顶跌流,a),水流经过坝顶自由跌入河床，其溢流坝顶通常采用非真空的标准堰型。这种溢流形式具有,结构简单和施工方便的优点,，但,水舌落水点距坝脚较近，冲刷坑的位置靠近坝基，冲刷严重时会威胁大坝安全。,适用于下游河床基岩良好，下游坝坡较陡或向下游倒悬的双曲拱坝。对于高拱坝的坝顶跌流，为了防止发生严重的冲刷，常需采用消能防冲设施，如采用跌流消力池，或在下游设二道坝抬高水位形成水垫消能。,b),目前泄洪流量最大的坝顶跌流工程是美国的莫西罗克拱坝，坝高,185m,，在坝顶中部设置,4,个由,13m,15.2m,弧形闸门控制的溢流孔，总泄洪流量为,7800m,3,/s,，单宽流量为,150(m,3,/s/m),。跌流落差最大的为英古里拱坝，坝高,272m,，坝顶设,6,个溢流孔，总泄洪流量为,2500m,3,/s,。,我国建造几十座砌石双曲拱坝，采用坝顶跌流的砌石双曲拱坝中以群英拱坝为最高,(95m),，在坝顶中部设置,7,个溢流孔。,溢流薄拱坝,坝顶挑流,为了加大起挑流速和挑距，常在溢流堰顶曲线末端设置挑流鼻坎。这种型式挑距较远，有利于坝身安全。挑流鼻坎多采用连续式结构，挑坎末端与堰顶之间的高差一般不大于,6-8m,，大致为设计水头的,1.5,倍，反弧半径只与堰顶设计水头,H,d,大致相近，应由水工试验来确定。,目前利用坝顶鼻坎挑流泄洪流量最大的拱坝是南非的亨德列,维尔沃特双曲拱坝，坝高,90m,，由坝顶中间泄洪，总泄洪流量为,19000m,3,/s,。我国流溪河双曲拱坝、半江拱坝也采用这种型式，运用情况良好。下图为几座鼻坎挑流式拱坝的头部形状。,溢流薄拱坝,滑雪道泄流,滑雪道式的溢流面由,坝顶曲线段、泄槽段和挑流鼻坎段,三部分组成。泄槽常为坝体轮廓以外的结构部分，可以是实体结构，也可做成架空或利用水电站厂房顶构成。水流过坝后，流经滑雪道式泄槽，由槽末端的鼻坎挑出，使水流在空中扩散，下落到距坝较远的地点，以保证大坝的安全。但滑雪道各部分的形状、尺寸都必须适应水流条件，否则容易产生空蚀破坏。因此，滑雪道溢流面曲线形状，反弧半径和鼻坎尺寸都需经过试验研究确定。滑雪道可布置在河床中央或拱坝两端，两侧溢流可使两股水舌互相撞击消杀能量，减轻冲刷。这种形式,适用于流量大，河床较窄或河床基岩条件较差,需要水流挑至更远处的情况。,4,、溢流支墩坝,溢流大头坝,常采用封闭式支墩，即将支墩下游部分扩大形成溢流面板，其溢流面形态与溢流重力坝相同。上图为我国新丰江大头坝溢流坝段剖面，坝高为,105m,，坝顶设,3,个,15m,11m,的溢流孔，最大泄洪流量为,3800m,3,/s,，堰顶曲线下接,1,：,0.5,的斜坡溢流面及挑流鼻坎。,溢流支墩坝,平板坝,溢流平板坝的溢流面支承在支墩的加厚部位（牛腿）上，这样能较好地适应地基和温度变形且不产生附加应力。溢流平板坝既可建在岩基上，也可建在非岩基或软弱岩基上。后者需要在坝底上设置连续的基础底板，并设置排水孔以减小扬压力。上图表示建在岩基上的溢流平板坝的剖面布置。,三、溢流坝的结构布置,为了满足运用要求，溢流坝顶设有闸门、闸墩、启闭机、工作桥、交通桥等结构和设备。,四、溢流坝面的空蚀和减蚀措施,1,、空化和空蚀,溢流坝面在高速水流的作用下，由于外形轮廓设计不当或施工质量不好造成建筑物表面不平整，水流在贴近边界处可能产生负压，当水流中的压强低于饱和蒸汽压强时，便产生,空化,。当空化水流运动到高压区时空泡就会破裂，这种破裂的过程极为短暂。但是，空泡溃灭时所产生的压力却很大，如果空泡溃灭靠近建筑物表面，则边壁会受到巨大的冲击力。这种冲击力超过结构表面材料颗粒的内聚力时，便发生剥离状的破坏，称为,空蚀现象,。,2,、减蚀措施,合理设计过流体型,，以改善水流流态，避免水流的分离、突变，使边界上不出现负压或者使负压较小，消除产生空穴的条件。,提高过流表面的平整度,，要求严格控制施工质量，如果由于施工原因造成表面的不平整凸体或凹坑，要进行认真的磨平、填平处理。,采用工程措施，促使水流掺气减蚀,，主要有,挑坎掺气、跌坎掺气、掺气槽及坎槽结合,等形式。,提高过流表面材料的抗蚀性能,，采用高标号混凝土、钢纤维混凝土、硅粉混凝土、环氧砂浆及各种聚合材料等。,4,消能和防冲,从溢流坝下泄的水流挟有巨大的能量，必须要有合适的消能设施来消耗这些能量，否则会引起下游河床的巨大冲刷，影响建筑物的正常运行，甚至危及建筑物。有四种方式：,挑流消能,底流消能,面流消能,戽流消能,1,）底流消能,底流消能是在泄水重力坝的坝趾下游设置一定长度的护坦，使过坝水流在护坦上发生水跃，通过水流的旋滚、摩擦、撞击和掺气等作用消能，以减轻水流对下游河床和两岸的冲刷。底流消能原则上,可用于各种高度的泄水坝以及各种河床的地质情况，特别适用于地质条件差，河床抗冲能力低的情况，,如，印度的巴克拉坝（高,226m,）和美国的德沃夏克坝（高,213m,）都由于地基较差而采用底流消能。,底流消能,运行可靠，下游流态也比较平稳，对通航和发电尾水影响较小,，但,土石方开挖量和混凝土浇筑量一般都较大,，故当技术上有可能采用挑流消能时，底流消能方案在经济对比方面往往不利,。,设计底流消能时，首先要进行水力计算用以判断水流衔接状态。通过水力计算可以求出下泄流量,Q,与跃后水深,h,2,的关系曲线,Q,h,2,，再与下游流量和河道水深,t,的关系曲线,Q,t,相比较，便可判断需要采用何种消能措施。,水流衔接分析,(a),下游水位流量关系曲线,Q,t,与,Q,h,2,曲线恰巧重合，即在各级泄量下均产生临界水跃，因而不用修建消力池、消力坎等消能设施，只需在水跃范围内设置护坦。当然，这是一种理想的情况，在实际工程中是罕见的。,(b),Q,t,曲线位于,Q,h,2,曲线之下，即在各级流量下，下游水深均小于共轭水深，将产生远驱水跃，为了节省下游过长的河床加固保护，即缩短下游护坦的长度，必须设置消力池，消力坎或两者结合的综合消力池，以促使在池内的护坦上产生底流水跃消能。,(c),Q,t,曲线位于,Q,h,2,曲线之上，即在各级泄量下，下游水深均大于共轭水深,h,2,，这时水跃将被尾水推向上游，而总是处于淹没状态。当,t,大于,h,2,过多时，例如淹没度超过,30%,时，消能效果大为降低，甚至成为高速潜流而不发生水跃，对下游河床将产生严重的冲刷，在这种情况下，工程上曾,采用倾斜护坦,以保证在各种水位和泄量时，都能在护坦上产生淹没度不太大的水跃，倾斜护坦的起坡点取决于最大泄量时水跃前端的位置，倾斜护坦的一般长度约为最大泄量时水跃长度的,60%,。,底流消能措施,若在小泄量时下游水深不足以产生水跃，而大泄量时水深又有余，则可采用,倾斜护坦和消力池结合,，使小流量时在池中发生水跃，在大流量时水跃在倾斜护坦上发生。反之，小流量时水深有余而大流量时水深不足，可按大流量的要求确定池深。,当单宽流量较大，水头较低，佛汝德数较小时，水跃消能效果较差，跃后余能在相当长的范围内仍会冲刷河床和河岸。为提高消能效果，可以在护坦上,设置齿槛、消力墩及尾槛等辅助消能工,，以降低跃后水深，减小消力池的深度和长度。,2,）面流消能,面流消能是利用溢流末端的
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