泄水建筑物溢洪道设计
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某水库溢洪道设计一、设计方案理论论证某水库由于当年的条件限制,所以工程质量较差,加之近40年的运行,反复冻融破坏,结构、设备老化,水库诸多隐患,水库经专家鉴定,评价为:溢洪道无底板,右侧边墙短,破坏严重,安全评定为C级。
根据中华人民共和国行业标准《溢洪道设计规范》(SL253-2000),对溢洪道进行计算和设计。
该工程中河岸式溢洪道由引水渠、控制段、泄槽、出口消能和尾水渠等部分组成。
(一)、溢洪道水力计算由正常、设计、校核洪水位时所对应的下泄流量查坝址水位流量关系曲线可得出下表。
溢洪道开挖后,为减轻糙率和防止冲刷,需进行衬砌,糙率取n=0.016。
溢洪道为3级建筑物,按10年一遇设计,20年一遇校核的洪水标准。
(二)、进水渠的设计根据《溢洪道设计规范》(SL253-2000),进水渠的布置应依照以下原则:选择有利的地形、地质条件;在选择轴线方向时,应使进水顺畅。
进水渠是将水流平顺引至溢流堰前。
进水渠的地基为土基,故采用梯形断面;底坡为平底坡,边坡采用m=0.5。
根据《溢洪道设计规范》(SL253-2000)进水渠设计流速宜采用3~5m/s,渠内流速取υ=3.0m/s,渠底宽度大于堰宽,渠底高程是18.259m。
进水渠断面拟定尺寸,具体计算见表1-2。
表1-2 进水渠断面尺寸计算表- 1 -- 2 -由计算可以拟定引渠底宽B=10 m (为了安全),引渠长L=10m 。
(二)、控制段的设计控制段也叫溢流堰段,控制段包括溢流堰及两侧连接建筑物,其作用是控制泄流能力。
本工程是以灌溉为主的小型工程,溢洪道轴线处地形较好,岩石坚硬,开敞式溢流堰有较大的超泄能力,故堰型选用开敞式宽顶堰,断面为矩形。
顶部高程与正常蓄水位齐平,为18.80m 。
堰厚δ拟为8米(2.5H<δ<10H )。
堰宽由流量方程求得,具体计算见表1-3。
表1-3 堰宽计算表 (忽略行近水头υ2/2g)由计算知,控制堰宽取b=15m 为宜。
溢洪道设计规范篇一:水利工程设计水利工程设计(下)安徽省设计院总工程师骆克斌4.2 输水、泄水建筑物《强制性条文》共引入《溢洪道设计规范》SL253-2000共5条,其中有关布置方面1条,水力学2条,边坡稳定1条,基础防渗1条。
4.2.1 溢洪道1 溢洪道布置2 水力学问题3 边坡稳定问题4 基础防渗处理1 溢洪道布置SL253-2000第2.1.10条规定,当溢洪道靠近坝肩布置时,其布置及泄流不得影响坝肩及岸坡的稳定。
在土石坝枢纽中,当溢洪道靠近坝肩时,与大坝连接的接头、导墙、泄槽边墙等必须安全可靠。
2 水力学问题1)堰面压力设计标准针对溢洪道中特殊的水力学问题,规范第3.3.5条对实用堰堰顶附近堰面压力提出应满足下列规定:(1)对于常遇洪水闸门全开情况,堰面不应出现负压;(2)对于设计洪水闸门全开情况,堰顶附近负压值不得大于0.03Mpa;(3)对于校核洪水闸门全开情况,堰顶附近负压值不得大于0.06Mpa。
2 水力学问题2)水流空化数SL253-2000第3.7.2条规定,溢洪道各部位的水流空化数σ应大于该处体形的初生空化数σ1。
3 边坡稳定问题《强制性条文》引入该规范中第5.1.4条规定,溢洪道的边坡必须保持稳定,对可能失稳的边坡应采取适当的处理措施。
对地质条件复杂的高边坡尚应进行专门的研究及边坡监测设计。
对易风化掉块,易软化或抗冲能力低的稳定边坡也应进行相应的防护。
4 基础防渗处理《强制性条文》引入该规范第5.4.2条规定,防渗和排水设施的布设应满足下列要求:1)具有可靠的连续性和足够的耐久性。
2)防渗帷幕不得设置在建筑物底面的拉力区。
4.2.2 水工隧洞1 综述2 隧洞布置3 洞内水流流态的要求4 水工模型试验问题5 高流速水工隧洞的空化6 水工隧洞衬砌与裂缝控制7 不衬砌和采用喷锚衬护的水工隧洞8 灌浆和防渗1 综述水工隧洞包括发电引水隧洞、尾水隧洞、灌溉和供水隧洞、泄洪隧洞、排水隧洞、施工导流隧洞等。
溢洪道设计规范溢洪道是一种用于控制水体泄流的重要设施,其设计规范直接关系到水利工程的安全和效益。
本文将介绍溢洪道设计的一般规范和准则,以确保其在设计和建设过程中能够满足安全可靠的要求。
一、设计原则溢洪道设计应遵循以下原则:1. 安全性原则:溢洪道的设计安全系数应满足工程所处地区的防洪标准,以确保在洪水来袭时能够正常运行,保护下游区域的人民和财产安全。
2. 泄流能力原则:溢洪道的设计应充分考虑不同设计年限下的洪峰流量和洪水量,保证其具备足够的泄流能力,避免过流溢出,造成洪水灾害。
3. 稳定性原则:溢洪道的设计应考虑洪水冲刷、泥沙淤积等因素对溢洪道的影响,确保其在洪水冲刷和泥沙淤积情况下依然能够稳定运行。
4. 经济性原则:溢洪道的设计应在满足安全要求的前提下,尽可能减少工程造价,提高资源利用效率,实现经济可行性。
二、设计要求溢洪道的设计应满足以下要求:1. 泄流能力要求:根据设计条件和防洪标准确定溢洪道的最大泄流能力,并考虑溢洪能力与下游河道水位的匹配性。
2. 结构设计要求:溢洪道的结构设计应综合考虑坝体的稳定性、泄流洪水的冲击力和冲刷力,保证渠道的结构安全和持久性。
3. 引流能力要求:在设计中需要明确溢洪道的各个部位的引流能力,保证溢洪道的泄流通畅,避免过流溢出。
4. 防冲刷要求:针对可能出现的冲刷问题,需要采取相应的防冲刷工程措施,保证溢洪道在长期运行中的稳定性和安全性。
5. 耐久性要求:根据工程使用寿命确定溢洪道结构材料的选择和涂覆材料的防水防腐要求,保证溢洪道在使用过程中的耐久性和可靠性。
三、设计计算1. 泄流计算:根据所处流域的洪水特征、设计洪水的频率和历时,结合土地利用状况和流域地貌,计算出溢洪道的设计洪水流量。
2. 引流计算:根据给定水位,在泄流能力计算的基础上,确定溢洪道的引流能力需求,确保溢洪道的泄流通畅性。
3. 结构稳定计算:根据工程地质和地形条件,进行溢洪道的结构稳定性计算,包括坝体的稳定和冲刷计算,保证溢洪道在洪水冲刷情况下不发生破坏。
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—堰顶最大泄水位H0堰顶高程H=1838=1858.22—H 0,则H 0=20.22m 胸墙式孔口溢流堰形式的下泄流量Q 公式为:320=Q ε溢式中:ε ——闸墩侧收缩系数,0.9; m ——流量系数,0.48:; g ——重力加速度,9.81 2m/s ; 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:1n n d x KH y -= (7-2)式中 Hd ——堰面曲线定型设计水头,对于上游堰高P1≥1.33Hd 的高堰,取Hd=(0.75~0.95)Hmax ,对于P1<1.33Hd 的低堰,取Hd=(0.65~0.85)Hmax ,Hmax 为校核流量下的堰上水头.x 、y ——原点下游堰面曲线横、纵坐标; n ——与上游堰坡有关的指数,见表A.1.1;k ——当p1/Hd>1.0 时,k 值见表A.1.1,当P1/Hd ≤1.0 时,取k=2.0~2.2。
第六章河岸溢洪道教学要求:了解溢洪道作用和工作特点,掌握溢洪道设计的基本步骤和方法,熟悉溢洪道的细部构造和地基处理方法。
第一节概述在水利枢纽中,必需设置泄水建筑物。
溢洪道是一种最常见的泄水建筑物,用于排泄水库的多余水量、必要时防空水库以及施工期导流,以满足安全和其他要求而修建的建筑物。
溢洪道可以与坝体结合在一起,也可以设在坝体以外。
混凝土坝一般适于经坝体溢洪或泄洪,如各种溢流坝。
此时,坝体既是挡水建筑物又是泄水建筑物,枢纽布置紧凑、管理集中,这种布置一般是经济合理的。
但对于土石坝、堆石坝以及某些轻型坝,一般不容许从坝身溢流或大量泄流;或当河谷狭窄而泄流量大,难于经混凝土坝泄放全部洪水时,需要在坝体以外的岸边或天然垭口处建造溢洪道(通常称河岸溢洪道)或开挖泄水隧洞。
河岸溢洪道和泄水隧洞一起作为坝外泄水建筑物,适用范围很广,除了以上情况外,还有:(1)坝型虽适于布置坝身泄水道,但由于其他条件的影响,仍不得不用坝外泄水建筑物的情况是:①坝轴线长度不足以满足泄洪要求的溢流前缘宽度时;②为布置水电站厂房于坝后,不容许同时布置坝身泄水道时;③水库有排沙要求,而又无法借助于坝身泄水底孔或底孔尚不能胜任时(如三门峡水库,除底孔外,又续建两条净高达13m的大断面泄洪冲沙隧洞)。
(2)虽完全可以布置坝身泄水道,但采用坝外泄水建筑物的技术经济条件更有利时,也会用坝外泄水建筑物。
如:①有适于修建坝外溢洪道的理想地形、地质条件,如刘家峡水利枢纽高148m的混凝土重力坝除坝身有一道泄水孔外,还在坝外建有高水头、大流量的溢洪道和溢洪隧洞;②施工期已有导流隧洞,结合作为运用期泄水道并无困难时。
岸边溢洪道按泄洪标准和运用情况,可分为正常溢洪道(包括主、副溢洪道)和非常溢洪道。
正常溢洪道的泄流能力应满足宣泄设计洪水的要求。
超过此标准的洪水由正常溢洪道和非常溢洪道共同承担。
正常溢洪道在布置和运用上有时也可分为主溢洪道和副溢洪道,但采用这种布置是有条件的,应根据地形、地质条件、枢纽布置、坝型、洪水特征及其对下游的影响等因素研究确定,主溢洪道宣泄常遇洪水,常遇洪水标准可在20年一遇至设计洪水之间选择。
大坝水利枢纽布置及泄水建筑物设计一、大坝水利枢纽布置1. 大坝的选择与布置大坝是水利工程中的重要组成部分,它主要用于拦截水体形成蓄水库,并提供稳定的水源供应。
在选择大坝的位置时,需要考虑以下几个因素:•地质条件:大坝的建设需要稳定的地质条件,通常选择坚硬的岩石或者厚实的黏土作为基础。
•水文条件:需要确定大坝所处水体的水源情况、水流量等方面的信息,以便确定大坝的高度和长度。
•地貌条件:选择地貌平坦或者适宜建设的地点,以便降低施工难度。
•经济条件:综合考虑建设投资、运营成本等经济因素,选择最优的建设方案。
大坝布置主要包括坝体主体和附属结构的设置。
坝体主体主要包括溢洪道、放空洞、冲击坎、溢流堰等构筑物,它们的布置应根据大坝水文、地质等条件灵活选择,以保证工程的安全性和可靠性。
2. 溢洪道溢洪道是大坝工程中的重要泄水结构,主要用于在洪水来临时,将多余的水流引导至安全地点,以保证大坝的安全运行。
溢洪道的选择和设计需考虑以下几个因素:•洪水流量:根据设计洪水,确定溢洪道的设计流量。
•洪水过程:了解洪水的流量变化过程,确定溢洪道开启和关闭的时机。
•溢洪流型:根据溢洪流型选择适当的溢洪道形式,如自由溢流式、控制溢流式等。
溢洪道的设计要满足以下几个基本要求:•正常下泄:确保大坝正常下泄的能力,以确保水库的正常运行。
•洪水安全:在设计洪水下,能够安全、稳定地排洪,保证大坝的安全。
•通行交通:考虑溢洪道安全通行和溢洪水对下游的交通影响,确保交通畅通。
•砂淤处理:要考虑溢洪道对砂淤的影响,采取相应的疏浚措施,确保溢洪道的畅通。
二、泄水建筑物设计1. 泄水建筑物的类型泄水建筑物是大坝工程中的重要组成部分,它主要用于控制和调节水库的出流,以维持一定的水位和水流量。
根据不同的用途和功能,泄水建筑物可以分为以下几种类型:•泄洪道:用于控制洪水的泄洪,通常位于大坝的下游,通过调节泄洪流量,防止洪水对下游产生影响。
•底孔排水孔:用于控制水库的水位,通过开启或关闭排水孔,可以调节水位,以满足水库的用水需求。
第六章河岸溢洪道教学要求:了解溢洪道作用和工作特点,掌握溢洪道设计的基本步骤和方法,熟悉溢洪道的细部构造和地基处理方法。
第一节概述在水利枢纽中,必需设置泄水建筑物。
溢洪道是一种最常见的泄水建筑物,用于排泄水库的多余水量、必要时防空水库以及施工期导流,以满足安全和其他要求而修建的建筑物。
溢洪道可以与坝体结合在一起,也可以设在坝体以外。
混凝土坝一般适于经坝体溢洪或泄洪,如各种溢流坝。
此时,坝体既是挡水建筑物又是泄水建筑物,枢纽布置紧凑、管理集中,这种布置一般是经济合理的。
但对于土石坝、堆石坝以及某些轻型坝,一般不容许从坝身溢流或大量泄流;或当河谷狭窄而泄流量大,难于经混凝土坝泄放全部洪水时,需要在坝体以外的岸边或天然垭口处建造溢洪道(通常称河岸溢洪道)或开挖泄水隧洞。
河岸溢洪道和泄水隧洞一起作为坝外泄水建筑物,适用范围很广,除了以上情况外,还有:(1)坝型虽适于布置坝身泄水道,但由于其他条件的影响,仍不得不用坝外泄水建筑物的情况是:①坝轴线长度不足以满足泄洪要求的溢流前缘宽度时;②为布置水电站厂房于坝后,不容许同时布置坝身泄水道时;③水库有排沙要求,而又无法借助于坝身泄水底孔或底孔尚不能胜任时(如三门峡水库,除底孔外,又续建两条净高达13m的大断面泄洪冲沙隧洞)。
(2)虽完全可以布置坝身泄水道,但采用坝外泄水建筑物的技术经济条件更有利时,也会用坝外泄水建筑物。
如:①有适于修建坝外溢洪道的理想地形、地质条件,如刘家峡水利枢纽高148m的混凝土重力坝除坝身有一道泄水孔外,还在坝外建有高水头、大流量的溢洪道和溢洪隧洞;②施工期已有导流隧洞,结合作为运用期泄水道并无困难时。
岸边溢洪道按泄洪标准和运用情况,可分为正常溢洪道(包括主、副溢洪道)和非常溢洪道。
正常溢洪道的泄流能力应满足宣泄设计洪水的要求。
超过此标准的洪水由正常溢洪道和非常溢洪道共同承担。
正常溢洪道在布置和运用上有时也可分为主溢洪道和副溢洪道,但采用这种布置是有条件的,应根据地形、地质条件、枢纽布置、坝型、洪水特征及其对下游的影响等因素研究确定,主溢洪道宣泄常遇洪水,常遇洪水标准可在20年一遇至设计洪水之间选择。
非常溢洪道在稀遇洪水时才启用,因此运行机会少,可采用较简易的结构,以获得全面、综合的经济效益。
岸边溢洪道按其结构型式可分为正槽溢洪道、侧槽溢洪道、井式溢洪道和虹吸式溢洪道等。
在实际工程中,正槽溢洪道被广泛应用,也较典型,为本章的重点,其他型式的溢洪道仅作简要介绍。
第二节正槽溢洪道一、正槽式溢洪道的位置选择溢洪道的布置和型式应根据水库水文、坝址地形、地质、水流条件、枢纽布置、施工、运用管理以及造价等因素,通过技术经济比较后确定。
下面介绍地形条件、地质条件、泄流时的水流条件、施工条件对正槽溢洪道位置选择的影响。
地形条件。
溢洪道应位于路线短和土石方开挖量少的地方。
比如坝址附近有高程合适的马鞍形垭口,则往往是布置溢洪道较理想之处。
拦河坝两岸顺河谷方向的缓坡台地上也适于布置溢洪道。
地质条件。
溢洪道应尽量位于较坚硬的岩基上。
当然土基上也能建造溢洪道,但要注意,位于好岩基上的溢洪道可以减轻工程量,甚至不衬砌;而土基上的溢洪道,尽管开挖较岩基为易,而衬砌及消能防冲工程量可能大得多。
此外,无论如何应避免在可能坍滑的地带修建溢洪道。
泄洪时的水流条件。
溢洪道应位于水流顺畅且对枢纽其他建筑物无不利影响之处,通常应注意以下几个方面:①控制堰上游应开阔,使堰前水头损失小;②控制堰如靠近土石坝,其进水方向应不致冲刷坝的上游坡;③泄水陡槽在平面上最好不设弯段;④泄槽末端的消能段应远离坝脚,以免造成坝身的冲刷;⑤水利枢纽中如尚有水力发电、航运等建筑物时,应尽量使溢洪道泄水时不造成电站水头的波动,不影响过船筏的安全。
施工条件。
使溢洪道的开挖土、石方量具有好的经济效益,如将其用于填筑土石坝的坝体;在施工布置时,应仔细考虑出渣路线及弃渣场的合理安排,此外,还要解决与相邻建筑物的施工干扰问题。
二、正槽式溢洪道的组成及各部分设计正槽溢洪道通常由引水渠、控制段、泄槽、出口消能段及尾水渠等部分组成,溢流堰轴线与泄槽轴线接近正交,过堰水流流向与泄槽轴线方向一致,见图6-1。
其中,控制段、泄槽及出口消能段是溢洪道的主体。
图6-1 正槽溢洪道平面布置图1-引水渠;2-溢流堰;3-泄槽;4-出口消能段;5-尾水渠;6-非常溢洪道;7-土石坝(一)引水渠由于地形、地质条件限制,溢流堰往往不能紧靠库岸,需在溢流堰前开挖引水渠,将库水平顺的引向溢流堰,当溢流堰紧靠库岸或坝肩时,此段只是一个喇叭口,如图6-2所示。
图6-2 溢洪道引水渠的型式1-喇叭口;2-土石坝;3-引水渠为了提高溢洪道的泄流能力,引水渠中的水流应平顺、均匀,并在合理开挖的前提下减小渠中水流流速,以减少水头损失。
流速应大于悬移质不淤流速,小于渠道中不冲流速,设计流速宜采用3~5m/s。
引水渠越长,流速越大,水头损失就越大。
在山高坡抖的岩体中开挖溢洪道,为了减少土石方开挖,也可采用较大的流速。
例如,碧口水电站的岸边溢洪道,经技术经济比较,其引水渠的水流流速,在设计情况下选用了5.8 m/s。
引水渠的渠底视地形条件可做成平底或具有不大的逆坡。
渠底高程要比堰顶高程低些,因为在一定的堰顶水头下,行近水深大,流量系数也较大,泄放相同流量所需的堰顶长度要短。
因此,在满足水流条件和渠底容许流速的限度内,如何确定引水渠的水深和宽度,需要经过方案比较后确定。
引水渠在平面布置上应力求平顺,避免断面突然变化和水流流向的急剧转变。
通常把溢流堰两侧的边墩向上游延伸构成导水墙或渐变段,其高度应高于最高水位,这样水流能平稳、均匀地流向溢流堰,防止在引水渠中因发生漩涡或横向水流而影响泄流能力。
此外,导水墙也起保护岸坡或上游邻近坝坡的作用。
引水渠在平面上如需转弯时,其轴线的转弯半径一般约为4~6倍渠底宽度,弯道至溢洪道一般应有2~3倍堰上水头的直线长度,以便调整水流,使之均匀平顺入堰。
当堰紧靠库岸时,导水墙在平面上呈喇叭口状。
引水渠前沿库面要求水域开阔,不得有山头或其他建筑物阻挡。
引水渠的横断面,在岩基上接近矩形,边坡根据岩层条件确定,新鲜岩石一般为1:0.1~1:0.3,风化岩石为1:0.5~1:1.0;在土基上采用梯形,边坡根据土坡稳定要求确定,一般选用1:1.5~1:2.5。
引水渠应根据地质情况、渠线长短、流速大小等条件确定是否需要砌护。
岩基上的引水渠可以不砌护,但应开挖整齐。
对长的引水渠,则要考虑糙率的影响,以免过多的降低泄流能力。
在较差的岩基或土基上,应进行砌护,尤其在靠近堰前的区段,由于流速较大,为了防止冲刷和减少水头损失,可采用混凝土板或浆砌石护面。
保护段长度,视流速大小而定,一般与导水墙长度相近。
砌护厚度一般为0.3m。
当有防渗要求时,混凝土砌护还可兼作防渗铺盖。
(二)控制段溢洪道的控制段包括溢流堰及其两侧的连接建筑。
溢流堰是水库下泄洪水的口门,是控制溢洪道泄流能力的关键部位,因此必须合理选择溢流堰段的型式和尺寸。
1.溢流堰的形式溢流堰按其横断面形状与尺寸可分为:薄壁堰、宽顶堰、实用堰(堰断面形状可为矩形、梯形或曲线形);按其在平面布置上的轮廓形状可分为:直线型堰、折线型堰、曲线形堰和环形堰;按堰轴线和上游来水方向的相对关系可分为:正交堰、斜堰和侧堰等。
溢流堰通常选用宽顶堰、实用堰,有时也用驼峰堰。
溢流堰体型设计的要求是:尽量增大流量系数,在泄流时不产生空穴水流或诱发危险振动的负压等。
1)宽顶堰宽顶堰的特点是结构简单、施工方便,但流量系数较低(约为0.32~0.385)。
由于宽顶堰堰矮,荷载小,对承载力较差的土基适应能力强,因此,在泄流不大或附近地形较平缓的中、小型工程中,应用广泛,如图6-3所示。
宽顶堰的堰顶通常需进行砌护。
对于中、小型工程,尤其是小型工程,若岩基有足够的抗冲刷能力,也可以不加砌护,但应考虑开挖后岩石表面不平整对流量系数的影响。
2)实用堰实用堰的优点是流量系数比宽顶堰大,在相同泄流量条件下,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,特别是岸坡较抖时,多采用此种型式,如图6-4所示。
实用堰的断面型式很多,我国最常用的是WES型、克-奥型和冥次曲线型。
在溢洪道设计规范中建议优先选择WES型堰。
为了使溢流堰具有较大的流量系数,在设计和施工中,堰高、堰面坐标、堰面曲线长度和下游堰坡均需满足规定要求,否则,将影响流量系数或使堰面压强降低,有产生空蚀的危险。
当上游堰高P1和堰面曲线定型水头H d的比值P1/H d>1.33时,流量系数接近一个常数,不受堰高的影响,为高堰。
对于低堰的标准,一般认为0.3< P1/H d<1.33,流量系数将随P1/H d的减小而降低,因此堰高P1不能过低,建议P1以不低于0.3H d为宜。
低堰的流量系数还受下游堰高P2的影响,随P2减小过堰水流受顶托甚至淹没,为保证堰的自由泄流状态,下游堰高P2建议不大于0.6H d。
对于低堰,因下游堰面水深较大,堰面一般不会出现过大的负压,不致发生破坏性空蚀和振动。
因此,在设计低堰时,可选择较小的定型设计水头H d,使高水位时的流量系数加大,建议采用(0.6~0.75)倍的堰顶最大水头。
表6-1给出了克-奥Ⅰ型剖面堰和WES型剖面堰流量系数随相对堰高P1/H d的变化值,可供设计时参考选用。
表6-1 随相对堰高变化的流量系数m值P1/H d0.2 0.3 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.33 堰面型式克-奥Ⅰ型0.446 0.460 0.469 0.480 0.485 0.485 0.485 0.485 WES型0.480 0.485 0.488 0.492 0.496 0.499 0.501 0.5023)驼峰堰驼峰堰是一种复合圆弧的低堰,堰体低,是我国从工程实践中总结出来的一种新堰型,如图6-5所示,驼峰堰的流量系数较大,其流量系数一般为0.40~0.46,但流量系数随堰上水头增加而有所减小。
设计与施工简便,对地基要求低,适用于软弱地基。
图6-3 宽顶堰图6-4 实用堰图6-5 驼峰堰2.闸门的布置与选型溢流堰顶可设置闸门,也可不设置闸门。
不设闸门时,堰顶高程就是水库的正常蓄水位;设闸门时,堰顶高程低于水库的正常蓄水位。
一般情况下,对于大、中型水库的溢洪道,一般都设置闸门,小型水库对上游水位稍有增高所加大的淹没损失和加高坝身及其他建筑物的工程费用都不是很大,从施工简单、管理方便以及节省工程费用等各方面考虑,一般都不设置闸门。
关于溢流堰设计的一些主要问题,如闸墩、边墩、防渗、排水、工作桥、交通桥等的设计,与溢流堰或水闸相类似。
3.堰顶高程和孔口尺寸的确定确定了溢洪道位置、堰型并确定是否设置闸门之后,即可进一步确定堰顶高程、孔口尺寸(或前缘长度)。