溢流坝段设计.doc

4、溢流坝设计 4.1 孔口设计 4.1.1 泄水方式的选择 重力坝的泄水主要方式有开敞式溢流和孔口式溢流，前者除泄洪外还可以排除冰凌或其他漂浮物。设置闸门时，闸门顶高程大致与正常高水位齐平，堰顶高程较低，可利用闸门的开启高度调节水位和下泄流量，适用于大中型工程，所以为是水库有较大的泄洪能力，本设计采用开敞式溢流。 4.1.2 洪水标准的确定 本次设计的重力坝是2级建筑物，根据《水利工程水工建筑物洪水标准》采用500年一遇的洪水标准设计，2000年一遇的洪水标准校核。 4.1.3 流量的确定 经水文、水利调洪演算确定：设计情况下，溢流坝的下泄流量为5327.7m3/s；校核情况下，溢流坝的下泄流量为6120.37m3/s。 4.1.4 单宽流量的选择 坝址处基岩比较完整，根据综合枢纽的布置及下游的消能防冲要求，单宽流量取100～150 m3/（s.m）。 4.1.5 孔口净宽拟定 分别计算设计和校核情况下溢洪道所需的孔口宽度。计算成果见表2-5 表2-5孔口净宽计算成果表 计算情况 流量Q（m3/s） 单宽流量q[m3/（s.m）] 孔口净宽B（m） 设计情况 5327.70 100～150 53.28～35.52 校核情况 6120.37 100～150 61.20～40.80 根据以上计算，溢流坝孔口净宽取45m，设每孔宽度为15m，则孔数为3。 4.1.6 溢流坝段总长度确定 初步拟定闸墩厚度，中墩厚d=4.5m，边墩厚t=3m，则溢流坝段的总长度B0为： B0=nb+（n-1）d+2t=45+9+6=60m 4.1.7 堰顶高程的确定 初拟侧收缩系数ε=0.95，流量系数m=0.502。因过堰水流为自由出流，故σs=1，由堰流公式Q=σsεmnb（2g）0.5H01.5计算堰上水头H0，计算水位分别减去相应的堰上水头即为堰顶高程。计算成果见表2-6 表2-6堰顶高程计算成果表 计算情况 流量m3/s 侧收缩数 流量系数 孔口净宽m 堰上水头m 堰顶高程m 设计情况 5327.70 0.95 0.502 45 14.65 201.57 校核情况 6120.37 0.95 0.502 45 16.07 201.07 根据以上计算，取堰顶高程为201.07m。 4.1.8 闸门高度的确定 门高=正常高水位-堰顶高程+（0.1～0.2） =215.5-201.07+（0.1～0.2） =14.5m 取15m 4.1.9 定型设计水头的确定 堰上最大水头Hmax=校核洪水位-堰顶高程即：Hmax=217.14-201.07=16.07m 定型设计水头Hs为Hs=（75%～95%）Hmax=12.05～15.27m，取Hs=14.2m，由14.2/16.07=0.88查表知0.3Hs=4.26m小于规定的允许值（3～6m水柱）。 4.1.10 泄流能力校核 运用堰流公式Q=σsεmnb（2g）0.5H01.5分情况校核溢流堰的泄流能力，计算成果见表2-7 表2-7泄流能力校核计算成果表 计算情况 m ε B（m） H（m） Q（m3/s） Q′ |（Q′-Q）/Q| 设计情况 0.502 0.92 45 15.15 5159.27 5327.7 3.26% 校核情况 0.512 0.92 45 16.07 6045.36 6120.37 1.24% 由表中计算成果知|（Q′-Q）/Q|×100%5%，说明孔口设计符合要求。 4.2 消能防冲设计 根据地形地质条件选用挑流消能，参考已建工程经验取挑射角θ=25o，挑流鼻坎应高出下游最高水位（169.52m）1～2m，那么鼻坎的高程为169.52+1=170.52m。 4.2.1 反弧半径的确定 堰顶水流流速按公式v=δ（2gH0）0.5计算，由Q=Av=Bhv可得h=Q/Bv； δ—堰面流速系数； H0—库水位至坎顶高差，m； B—鼻坎处水面宽度，m； Q—校核洪水位时溢流坝下泄流量，m3/s； v=0.96×（19.6×45.7）0.5=28.73m/s，坎顶水深h=6120.37/（50×28.73）=4.26m 反弧半径R=（4～10）h=17.04～42.6m，取R=20m。 4.2.2 水舌的挑距L及可能最大冲坑的深度tk估算 由式L={（v1）2SinθCosθ+v1Cosθ[（v1）2Sin2θ+2g(h1+h2)]0.5}/g计算 L—水舌挑距，m； h2—坎顶至河床面高差，m； h1—坎顶垂直方向水深，m h1=hCosθ； v1—坎顶水面流速，m/s，取平均流速的1.1倍。 代入各参数计算得L=118.36m 由式tk=αq0.5H0.25 t′k=αq0.5H0.25-H2计算 tk—水垫厚度，自水面算至坑底，m；