教学视频（2）在线视频

同学们好

上节课我们学习了

泄水重力坝的几种泄水方式及其特点

并介绍了泄水重力坝的设计思路

本节我们继续学习

溢流重力坝和坝身泄水孔的细部设计

对于溢流重力坝

还需进行溢流面的体形设计

闸墩与坝顶布置、闸门和启闭机等

以下分别介绍

1、溢流面的体形设计

其目的在于通过合理的体形设计

使得溢流面具有较高的流量系数

保证足够的泄流能力

使得水流平顺

不产生不利的水力破坏

并力求做到体形简单、造价节省、便于施工

溢流面由顶部曲线段

中间直线段和反弧段三部分组成

顶部曲线段是控制流量的关键部位

反弧段使得沿溢流面下泄的水流平顺转向

中间直线段用以连接堰顶曲线和下部反弧段

对于顶部曲线

一般采用如图所示的WES曲线

该曲线通过试验求得

其位置接近并稍高于

自由射流时水舌的下底面

同时保证水舌与溢流面贴紧

中间不存在空腔

WES曲线溢流面可保证较大的流量系数

剖面尺寸较瘦

工程量节省

而且坝面曲线可用方程控制

施工方便

所以近年来得到了广泛的应用

WES型溢流堰的顶部曲线以堰顶为界

分为上游段和下游段两部分

上游段曲线可采用双圆弧

三圆弧、椭圆等型式

下游段一般采用幂曲线型式

对于反弧段

通常采用圆弧曲线

反弧半径需结合下游消能设施确定

将在后面一节消能防冲中介绍

中间直线段与堰顶曲线和下部的反弧段相切

其坡度一般与非溢流坝段的下游坡度相同

使得下游坝面美观协调

2、闸墩和坝顶的布置

闸墩承受闸门传来的水推力

也是坝顶桥梁的支承结构

闸墩的平面形状

在上游端应使得水流平顺

减少孔口收缩对水流流态的影响

下游端应减小闸墩后水流的冲击波

如图所示

上游端常采用半圆或椭圆形

下游端一般用流线型或圆弧曲线

有的也采用方形

在闸墩后形成空腔

有利于水流的掺气减蚀

闸墩的厚度与闸门型式有关

采用平面闸门时

需设置深度一般为0.5~2.0m的闸门槽

考虑到闸墩的强度

在门槽处的闸墩厚度不得小于1~1.5m

因此总体上闸墩较厚

当采用弧形闸门时

闸墩的最小厚度为1.5~2.0m

闸墩较薄

一般需配置受力钢筋和温度钢筋

以满足强度要求

闸墩的长度和高度

应满足布置闸门的要求

如图所示

要考虑坝顶启闭设备

布置、交通、检修、巡视等功能的需要

当采用平面闸门时

多用活动式启闭设备

启闭机的高度应能将闸门吊出门槽

工作桥有时可以兼做交通桥

当采用弧形闸门时

一般为固定式启闭机

为将闸门吊至溢流水面之上

需将工作桥提高

对于交通桥

则要求与非溢流坝段坝顶齐平

溢流坝的两侧需设置边墩

一方面作为闸墩

另外也将溢流坝段和非溢流坝段隔开

起导水墙作用

边墩从坝顶延伸至坝趾

其顶高需高于泄流时的水面线

并增加0.5~1.5m的安全余量

保证泄流时外侧的

非溢流重力坝不受下泄水流的影响

溢流坝段具有一定的长度

且一般分为多个闸孔

因此还需要设置横缝

如图所示

横缝有两种布置型式

第一种是布置在闸墩中间

为整体性闸孔

可以适应不同溢流坝段之间的不均匀沉降

使得闸孔变形较小

闸门工作可靠

但由于分缝引起闸墩的强度降低

需要加厚闸墩以满足强度要求

第二种是将横缝布置在溢流面跨中

形成整体闸墩

增强闸墩的强度及稳定性

但相邻闸墩间易受不均匀沉降的影响

可能使得闸孔变形

影响闸门的顺利启闭

且溢流面中央分缝的存在

也会使得下泄水流的水力学条件恶化

3、闸门和启闭机

闸门的作用是控制水位

调节流量

宣泄洪水或输水

过船

排沙等

闸门分为工作闸门、检修闸门和事故闸门

其中

工作闸门用以调节下泄流量

可控制不同的开度

需要在动水中启闭

操作要灵活

在紧急情况如地震条件下能开启

检修闸门用以短期挡水

以便对工作闸门、建筑物等进行维修

在静水中启闭

启闭时需配合充水平压过程

事故闸门是在建筑物

或设备出现事故时紧急启用

要求能在动水中关闭孔口

静水中开启

事故闸门也可以不设置

当需要时一般与检修闸门合二为一

水工建筑物中常用的闸门

为平面闸门和弧形闸门

平面闸门如图所示

其优点是顺水流方向尺寸较小

结构简单

由平板和梁格构成

易维修

平面闸门的门叶可以在孔口间互换

各孔口可共用一个移动式启闭机

非常适合做检修闸门

其缺点是启闭力较大

闸墩较厚

设有门槽

影响水流流态

弧形闸门如图所示

其优点是无需门槽

闸墩厚度小

不影响水流

启闭力较小

缺点是闸墩较长

支铰处应力集中

受力条件较差

配筋较多

而且门叶不能在孔口间互换

因此弧形闸门一般只做工作门

不做为检修门

闸门的启闭需要设置启闭机

启闭机有活动式和固定式的

活动式启闭机即门机

多用于平面闸门

可以兼用于起吊工作闸门和检修闸门

固定式启闭机固定在工作桥上

多用于弧形闸门

以上介绍了溢流重力坝的细部设计

下面简要介绍坝身泄水孔的细部设计

坝身泄水孔按照水流条件

可分为有压和无压

有压泄水孔工作闸门布置在出口

孔内充满水

闸门后为大气

其出口高程可以较低

作用水头较大

闸门关闭时

孔内承受较大的内水压力

对坝体应力和防渗产生不利影响

所以平时也可用进口处的事故检修闸门来挡水

无压泄水孔的工作闸门布置在进口

在闸门后形成无压明流

一般在闸门后将泄水孔顶部升高

预留较多的洞顶余幅

闸门关闭后

孔道内无水

闸门后的明流段承受的水压力较小

对衬砌的要求较低

施工简便

施工干扰较少

有利于加快施工进度

坝身泄水孔的进口

应尽量减小局部水头损失

提高泄水能力

同时需控制负压

防止产生空蚀空化

进口曲线常采用1/4椭圆

椭圆的长轴多与孔洞轴线平行

进口段的孔口中心线一般布置成水平向

对于泄水孔孔身段

有压泄水孔多采用矩形断面

有时也可采用圆形断面

考虑防渗和应力条件的要求

孔身周边需布设钢筋

或采用钢板衬砌

对于无压泄水孔

则通常采用矩形断面

孔顶应留有足够空间

以满足掺气和通气要求

为减小出口单宽流量

有利于下游消能

在转入明流段后

两侧也可以适当扩宽

泄水孔进口一般做成矩形

以便于布置闸门

而在闸门后的洞身段

有压泄水孔断面为圆形时

需设置如图所示的渐变段

以使得水流平顺过渡

防止负压和空蚀的发生

渐变段的长度一般为1.5~2.0倍洞径

此外

还需设置平压管和通气孔

平压管设置在检修闸门和工作闸门之间

并与水库连通

开启检修闸门前

在两道闸门之间冲水平压

就可以在静水中起吊检修闸门

降低闸门的启闭力

平压管的直径根据规定的充水时间确定

当充水量不大时

也可在闸门上设置充水阀来实现充水平压

当工作闸门布置在进口

提起闸门泄水时

门后空气被水流带走

形成负压

因此在工作闸门之后需设置通气孔

承担补气任务

另外在向两道闸门之间充水平压时

需将空气排出

也需要设置通气孔

本节课我们学习了溢流重力坝

和坝身泄水孔的一些细部设计要点

其基本目标在于

保证泄水通道有足够大的泄流能力

以及不影响泄水重力坝的安全

除了这两个目标之外

还有一个目标是下泄水流

不能导致下游河床的严重冲刷

以避免造成岸坡坍塌

或水流淘刷坝脚造成大坝失事

这就涉及到下泄水流的消能防冲问题

将在下节课中详细介绍