《溢流重力坝》PPT课件.ppt

第五节 溢流重力坝,溢流重力坝既能挡水又能通过坝顶溢流,又是泄水建筑物,它主要承担泄洪保坝、输水供水、排沙、放空水库、施工导流等任务。溢流坝除具有非溢流坝相同的工作条件外，同时又要满足泄洪要求，因此，坝体设计除要满足稳定和强度要求外，还要满足下列要求：1、要有足够的泄水能力（孔口尺寸、孔口体形、流量系数）2、除了满足强度稳定条件外，还要满足泄洪要求（要尽量减小高速水流带来的问题：负压、振动；下游流态平瞬，减小局部冲刷；控制水流设备）,溢流重力坝的工作特点,1.有足够的孔口尺寸、良好的孔口体形和泄水时具有较高的流量系数。2.使水流平顺地流过坝体，不产生不利的负压和振动，避免发生空蚀现象。3.保证下游河床不产生危及坝体安全的局部冲刷 4.溢流坝段在枢纽中的位置，应使下游流态平顺，不产生折冲水流，不影响枢纽中其他建筑物的正常运行。5.有灵活控制水流下泄的设备，如闸门、启闭机等。,设计要求：,溢流重力坝既能挡水又能通过坝顶溢流。因此，坝体设计除要稳定和强度计算与非溢流坝相同外，还涉及到泄流的孔口尺寸、溢流堰形态以及消能方式等的合理选定。,一 溢流坝的剖面,溢流坝的基本剖面呈三角形。其实用断面是将三角形上部和坝体下游斜面做成溢流面，且溢流面外形应具有较大的流量系数，使泄流顺畅，坝面不发生空蚀。,溢流坝由顶部溢流面曲线段、中间直线段和下部反弧段组成。1-顶部溢流段；2-直线段；3-反弧段；4-基本剖面5-薄壁堰；6-薄壁堰溢流水舌,溢流坝的堰面曲线,1.顶部曲线段(1)为控制流量的关键部位。(2)规范规定：溢流坝段的堰面曲线，当采用开敞式溢流孔时可采用幂曲线；当设有胸墙时，可采用孔口泄流的抛物线。溢流坝顶曲线的形状对泄流能力及流态影响很大。当采用坝顶溢流孔口时，其坝顶溢流面曲线常采用非真空剖面曲线。采用较广泛的非真空剖面曲线有克-奥曲线和幂曲线(或称WES曲线)两种。,设有胸墙的溢流面曲线,上述两种堰面曲线是根据定型设计水头确定的当宣泄校核洪水时，堰面出现负压值应不超过36m水柱高。,3.中间直线段中间直线段与坝顶曲线和下部反弧段相切，坡度与非溢流坝的下游坝坡相同。4、溢流坝下游反弧段 下部反弧段是使沿溢流坝面下泄的高速水流平顺地转向的工程设施，要求沿程压力分布均匀，不产生负压和不致引起有害的脉动压力。通常采用圆弧曲线，其反弧段半径应视下游消能设施而定。,二、孔口尺寸的拟定,溢流坝孔口尺寸拟定包括过水前缘总宽度，堰顶高程，孔口数目、尺寸等其中孔口拟定和布置涉及因素许多如：洪水设计标准、下游防洪要求、库水位雍高有无限制、是否利用洪水预报、过水方式以及枢纽地形、地质条件等。1.下泄流量的确定 溢流孔口尺寸主要取决于通过溢流孔口的下泄洪水流量Q，根据设计和校核情况下的洪水来量,经调洪演算确定下泄洪水流量Q，再减去泄水孔和其它建筑物下泄流量之和QoQ=Qs-aQo,2、单宽流量的确定,单宽流量的大小是溢流重力坝设计中一个很重要的控制性指标。单宽流量一经选定,就可以初步确定溢流坝段的净宽和堰顶高程。单宽流量愈大,下泄水流的动能愈集中,消能问题就愈突出,下游局部冲刷会愈严重,但溢流前缘短，对枢纽布置有利。因此,一个经济而又安全的单宽流量，必须综合地质条件、下游河道水深、枢纽布置和消能工设计多种因素,通过技术经济比较后选定。工程实证明对于软弱岩石常取q=2050m3/(sm)；中等坚硬的岩石取q=50100 m3/(sm)；特别坚硬的岩石q=100150 m3/(sm)；地质条件好、堰面铺铸石防冲、下游尾水较深和消能效果好的工程,可以选取更大的单宽流量。近年来，随着消能技术的进步,选用的单宽流量也不断增大。在我国已建成的大坝中，龚嘴的单宽流量达254.2m3/(sm),目前正在建设中的安康水电站单宽流量达282.7m3/(sm)。而委内瑞拉的古里坝其单宽流量已突破了300m3/(sm)的界限。,(1)单宽流量q确定以后,溢流前缘总宽度L L=Q溢/q（m）装有闸门的溢流坝,用闸墩将溢流段分隔为若干个等宽的孔。设孔口总数为n，孔口宽度b=L/n，d为闸墩厚度，则溢流前缘总宽度L0为:L0=nb+（n-1）d（m）,3、溢流坝段的总长度,三、溢流坝的结构布置,(一)闸门和启闭机,工作闸门,事故闸门,检修闸门,1.闸门,平面闸门,弧形闸门,平面闸门,浮箱闸门,叠 梁,2.启闭机,活动式：门机,固定式：卷扬式启闭机,(二)闸墩、工作桥和交通桥,闸墩用来分孔，承受闸门传来的水压力，支承工作桥和交通桥,2.闸墩厚度,闸墩厚度与闸门形式有关。采用平面闸门时需设闸门槽，工作闸门槽深052om，宽14m，门槽处的闸墩厚度不得小于115m，以保证有足够的强度。弧形闸门闸墩的最小厚度为1520m。如果是缝墩，墩厚要增加o510m。由于闸墩较薄，需要配置受力 钢筋和温度钢筋。,3.闸墩的长度和高度,闸墩的长度和高度，应满足布置闸门、工作桥、交通桥和启闭机械的要求。,4.边墩和导墙,溢流坝两侧设边墩也称边墙，一方面起闸墩的作用，同时也起分隔溢流段和非溢流段的作用。,四、溢流坝的下游消能措施,通过溢流坝下泄的水流具有很大的动能,常高达几百万甚至3000万kW，如此巨大的能量,若不妥善进行处理,势必导致下游河床被严重冲刷,甚至造成岸坡坍塌和大坝失事。1.消能工的设计原则(1)尽量使下泄水流的大部分动能消耗在水流内部的紊动中,以及水流与空气的摩擦上;(2)不产生危及坝体安全的河床或岸坡的局部冲刷;(3)下泄水流平稳,不影响枢纽中其他建筑物的正常运行;(4)结构简单,工作可靠;(5)工程量小，造价低。,消能方式 底流消能、挑流消能、面流消能和消力戽消能等。2.底流消能 底流消能是在坝下设置消力池，消力坎或综合式消力池 和其它辅助消能设施,促使下泄水流在限定的范围内产生水跃。主要通过水流内部的旋滚、摩擦、掺气和撞击达到消 能的目的,以减轻对下游河床的冲刷。底流消能工作可靠，但工程量较大，多用于低水头、大流量的溢流重力坝。,3、挑流消能 挑流消能原理：利用溢流坝下游反弧段的鼻坎,将下泄高速水流挑射抛向空中,抛射水流在掺入大量空气时消耗部分能量,而后落到距坝较远的下游河床水垫中产生强烈的漩滚,并冲刷河床形成冲坑,随着冲坑逐渐加深,大量能量消耗在水流漩滚的摩擦之中,冲坑也逐渐趋于稳定。该消能方式优点：简单、经济、工期短；缺点：尾水活动比较大，雾化大，影响电站工作。鼻坎挑流消能一般适用于基岩比较坚固的中、高溢流重力坝。,（1）鼻坎挑流消能设计 包括：选择合适的鼻坎型式、鼻坎高程，挑射角度、反弧半径、鼻坎构造和尺寸、计算挑射距离和最大冲坑深度。挑流形成的冲坑应保证不影响坝体及其它建筑物的安全。,(2）常用的挑流鼻坎型式连续式、差动式、窄缝式和扭曲式等,连续式鼻坎优点：构造简单，易于施工，射程远，水流平顺，很 少产生空蚀，水流雾化较轻。缺点：掺气作用较差。适用于尾水较深，基岩较为均一、坚 硬及溢流前沿较长的泄水建筑物。鼻坎高程：一般高出下游最高水位12m，现有低鼻坎挑流低 于下游最高水位，如浸窝。鼻坎挑射角一般=2035，深水河=1520。(在45 以内，角度愈大，挑射距离愈远，但入水角度也大，冲刷坑也愈深)，R过小时，水流转向不平顺；过大时，鼻坎向下游延伸太长，增大工程量。差动式挑流鼻坎 优点：设置高低坎，射流挑离鼻坎时上下分散，加剧了挑射水舌在空气中的掺气和碰撞，加大空中耗能，减小入水的单位面积上的能量，下游波动也小些，可提高消能效果，减小冲刷坑深度。型式：矩形和梯形齿坎；缺点：但冲刷坑最深点距坝底较近，鼻坎上流态复杂，特别在高速水流作用下易于空蚀。矩形侧壁易产生较大负压；梯形施工复杂。,4、面流式消能,适用于中小型工程，水头低，下游水深大且变幅小。消能特点:利用鼻坎将主流挑至水面，在鼻坎附近表面主流与河床之间形成逆向旋滚。使高速水流与河床隔开，避免对坝趾附近河床的冲刷，主流在水面逐渐扩散消能，反向旋滚也可消除一部分能量。,优点:面流消能不需设护坦和其他加固措施缺点:高速水流在表面、伴有强烈的波浪、绵延数里，影响电站运行及下游通航，易冲刷两岸,5、消力戽,适用：尾水深、变幅小、无航运要求，下游河岸有一定抗冲能力。特点：消力戽是以模型试验为基础研究成功的一种消能的方式,它是利用一个较大的反弧半径和挑角形成的戽斗、在一定尾水深度的作用下，使从溢流坝下游的高速水流在戽斗内产生激烈的表面旋滚，并使出戽的高速水股在底部及尾水中均产生旋滚，以达到较好的消能效果。30年首先在美国大苦力坝中采用，我国安康采用。优点：工程量较消力池小，冲刷坑比挑流式浅，不存在雾化问题；缺点：下游水面波动大，易冲刷岸坡，不利航运，戽面磨损率高，增大了维修费用。,6、下游折冲水流及其防止,发生原因：开启部分泄水孔，下游水流不能迅速在平面上扩散，在主流两侧容易形成回流，主流受到压缩，使水流单宽流量增加，流速在长距离内不能降低，引起河床冲刷。如两侧回流强度不同，水位不同，还可将主流压向一侧，形成折冲水流。危害：(1)冲刷河床和河岸；(2)影响航运；(3)电站尾水形成回流，抬高尾水，损失电能（落差减小）采取防止措施：布置上，尽量使溢流坝下游水流与原河床主流位置方向一致；运用管理，闸门均可开启，或对称开启；布置导流墙,