【正文】 167。 重力壩的抗震設(shè)計(jì) ? 3）在重量、剛度、地形、地質(zhì)條件沿壩軸線方向有突變的部位，均應(yīng)設(shè)置橫縫，并選用能適應(yīng)較大變形的止水型式和材料；有時(shí)橫縫可做鍵槽；對(duì)設(shè)計(jì)烈度為 9度的一級(jí)壩，可根據(jù)具體情況進(jìn)行橫縫灌漿，將全壩或部分壩體連在一起； ? 4）適當(dāng)增大壩頂部位的剛度，減輕重量，提高砼標(biāo)號(hào)，必要時(shí)可在上、下游面布設(shè)鋼筋。在折坡處宜做成圓弧形，避免突變，以減少應(yīng)力集中。對(duì)溢流壩應(yīng)做好閘墩與橋面的連接； ? 5）在壩內(nèi)孔口和廊道附近的拉應(yīng)力區(qū)，要適當(dāng)增配鋼筋，防止受震后裂縫發(fā)生和擴(kuò)展； 167。 泄水重力壩 ? —— 定義：既擋水又泄水的建筑物，承擔(dān)泄洪、輸水、排沙、放空和施工導(dǎo)流等任務(wù)，通過壩頂溢流或壩身孔口泄水。 ? 一、泄水重力壩設(shè)計(jì)要點(diǎn) ? —— 設(shè)計(jì)泄水重力壩，除應(yīng)滿足穩(wěn)定、強(qiáng)度要求外，還需要根據(jù)洪水特性、水利樞紐布置、地形、地質(zhì)、工程造價(jià)、水庫(kù)運(yùn)用方式及下游河道安全泄量等問題，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，研究確定 泄水重力壩的位置選擇 、 泄水方式的組合、下泄流量分配 、 堰頂和泄水孔口高程 、溢流壩和泄水 孔體形以及消能防沖設(shè)施等。 ? —— 上述三種主要設(shè)計(jì)要點(diǎn)的優(yōu)缺點(diǎn)： 167。 泄水重力壩 ? 泄水重力壩的位置選擇：應(yīng)結(jié)合樞紐布置全面考慮，避免與其他水工建筑物相互干擾，其下泄水流不致淘刷壩基與其他建筑物的地基與岸坡； ? 泄水方式的組合與下泄流量分配：峰高量大，選擇好組成泄水系統(tǒng)的建筑物類別，確定各泄水建筑物的泄流量；泄水方式有表面式 +深水式； ? 溢流壩堰頂和泄水孔進(jìn)口高程的確定：溢流壩堰頂高低與泄水孔進(jìn)口高低對(duì)泄流量、孔口尺寸、閘門尺寸及其啟閉的影響。 167。 泄水重力壩 二、溢流重力壩 工作特點(diǎn)： 溢流重力壩是重力壩樞紐中重要的泄水建筑物 ， 用于將規(guī)劃庫(kù)容所不能容納的絕大部分洪水經(jīng)由壩頂泄向下游 ，以保證大壩安全 。 并滿足泄洪的要求包括： 1） 有足夠的孔口尺寸 、 良好的孔口體型和泄水時(shí)具有較高的流量系數(shù)； 2） 使水流平順流過壩體 ， 不產(chǎn)生不利的負(fù)壓和振動(dòng) ，避免發(fā)生空蝕現(xiàn)象 。 3） 保證下游河床不產(chǎn)生危及壩體安全的局部沖刷 。 4） 溢流壩段在樞紐中的位置 ， 應(yīng)使下游流態(tài)平順 ， 不產(chǎn)生折沖水流 ， 不影響樞紐中其他建筑物的正常運(yùn)行 。 5）有靈活控制水流下泄的設(shè)備。如閘門、啟閉機(jī)等。 167。 泄水重力壩 孔口設(shè)計(jì) 1） 影響因素：洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 、 下游防洪要求 、 庫(kù)水位壅高有無(wú)限制 、 是否利用洪水預(yù)報(bào) 、 泄水方式以及樞紐地形 、 地質(zhì)條件等 。 2）設(shè)計(jì)步驟： —— 選定泄水方式，擬定若干種泄水布置方案； —— 初步確定孔口高程、尺寸，按工程等級(jí)相應(yīng)的洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)演算；求出各方案的防洪庫(kù)容，設(shè)計(jì)和校核洪水位及相應(yīng)的下泄洪量等； —— 然后估算淹沒損失和樞紐造價(jià)，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選出最優(yōu)方案 。 167。 泄水重力壩 3） 洪水標(biāo)準(zhǔn) 洪水標(biāo)準(zhǔn) ， 包括洪峰流量和洪水總量 。 是確定孔口尺寸進(jìn)行凋洪演算的重要依據(jù) 。 選用標(biāo)準(zhǔn)見 P85表 3— 12。 4） 孔口型式 ⑴ 壩頂溢流式 優(yōu)點(diǎn)： ① 不僅能宣泄洪水 ， 還能排除冰凌及其他漂浮物； ② 閘門在頂部 ， 操作方便 ， 易于維修 ， 安全可靠； 堰頭設(shè)閘門 —— 大中型 —— 調(diào)節(jié)庫(kù)水位和下泄流量； 堰頭不設(shè)閘門 —— 小型 —— 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ， 管理方便； 167。 泄水重力壩 ③ 閘門承受的水頭較小 ， 孔口尺寸可以較大； ④閘門全開時(shí)，下泄流量與堰頂水頭 H03/2成正比，超泄能力強(qiáng)。 ⑵ 大孔口溢流式：上部設(shè)胸墻 ， 降低堰頂高程 胸墻類型：固接胸墻 ， 活動(dòng)胸墻； 優(yōu)點(diǎn)：可根據(jù)洪水預(yù)報(bào)提前放水，加大蓄洪庫(kù)容，提高了調(diào)洪能力； 泄流能力：當(dāng)庫(kù)水位低于胸墻時(shí)，下泄水流與開敞式相同；當(dāng)庫(kù)水位高于孔口一定高度后，為大孔口泄流，超泄能力不如開敞式。 5） 孔口尺寸 ⑴ 單寬流量確定：通過調(diào)洪演算 ， 可得 Q溢 =Q總 αQ0， 并 q=Q溢 /L， 以大體確定溢流壩段的凈寬和堰頂高程 ， 單寬流量越大 ， 下泄水流動(dòng)能越大 ，消能問題越突出 ， 下游局部沖刷越嚴(yán)重 ， 但溢流前沿短 ， 利于樞紐布置 ， 必須結(jié)合地質(zhì)條件 、 下游河道水深 、 樞紐布置和消能工設(shè)計(jì) ， 通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較選定 。 ⑵ 孔口尺寸： L0=nb+(n1)d， 由調(diào)洪演算推出設(shè)計(jì)洪水位及相應(yīng)的下泄流量 Q溢 ， 當(dāng)用開敞式溢流時(shí) ， Q溢 =nbm(2g)1/2H03/2； 當(dāng)采用胸墻大孔口時(shí) ，Q溢 =nbam[2g(H0αa)1/2； 167。 泄水重力壩 167。 泄水重力壩 —— 確定孔口尺寸時(shí)應(yīng)考慮的因素 : ①滿足泄洪要求； ②樞紐布置：孔口高度越大 ,q大 ,溢流壩段越短 ?？卓趯挾仍叫?,孔數(shù)多、閘門多，溢流段總長(zhǎng)也相應(yīng)加大；通常選用寬扁形孔口；狹窄河道上，溢流前沿寬度受限，從樞紐布置考慮，閘門孔口寬高比小于 1較經(jīng)濟(jì)合理； ③孔口寬度越大 ,閘門尺寸越大 ,啟門力越大 ,啟門和啟閉機(jī)的構(gòu)造就較復(fù)雜；為方便閘門制造，盡量采用規(guī)范推薦的孔口尺寸； ④下游水流條件： q大，消能困難，為了對(duì)稱均衡開啟閘門，以控制下游河床流態(tài)，孔口數(shù)目最好采用奇數(shù) 。 當(dāng)校核洪水和設(shè)計(jì)洪水相差較大時(shí)，應(yīng)考慮非常泄洪設(shè)施； ⑤ 如適當(dāng)加長(zhǎng)溢流前沿長(zhǎng)度；當(dāng)?shù)匦?、地質(zhì)條件適宜時(shí)，還可象土壩樞紐一樣設(shè)置岸邊非常溢洪道。 167。 泄水重力壩 6）閘門和啟閉機(jī) 閘門分為：工作、檢修。 工作門：平面門和弧形門。 檢修門：平面門、疊梁門。 平面門優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、閘門受力條件較好，閘門較短，多孔口共用一臺(tái)活動(dòng)門機(jī)。缺點(diǎn)：?jiǎn)㈤]力較大，閘墩較厚。 弧門優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)㈤]力小、閘墩薄、無(wú)門槽水流平順 缺點(diǎn)：閘墩較長(zhǎng)，受力條件差。 弧形門用固定式啟閉機(jī)。 平面門：活動(dòng)門機(jī)（工作、檢修平門共用） 7） 閘門和工作橋 閘門的斷面形狀應(yīng)使水流平順； 上游端常采用：橢圓形 ， 半圓形或流線型； 上游端：采用：收縮成流線形 現(xiàn)有：方形 寬尾墩 8） 橫縫的布置 ① 墩中分縫：墩厚 、 工作可靠 、 不均勻沉降不影響啟閉； ②孔中分縫：墩薄，受地基不均勻沉降影響啟閉，水流過橫縫，局部不平順。 167。 泄水重力壩 泄水重力壩設(shè)計(jì)中有關(guān)高速水流的幾個(gè)問題空化和空蝕。 1）基本概念： —— 空化（空穴化）：由于邊界突變?cè)斐伤骱捅诿娣蛛x等各種原因，在邊界處產(chǎn)生負(fù)壓使水流中某一點(diǎn)的壓力降低到水的蒸汽壓力時(shí)，水流內(nèi)部開始出現(xiàn)蒸汽空泡，稱為 “ 空穴 ”即 “ 空化 ” 。 —— 空蝕：當(dāng)空化水流運(yùn)動(dòng)到壓力較高處，由于汽泡的潰破，伴隨著聲響和巨大的沖擊作用，當(dāng)這種作用力超過結(jié)構(gòu)表面材料顆粒的內(nèi)聚力時(shí)，便產(chǎn)生剝離狀的破壞，這種現(xiàn)象稱為“ 空蝕 ” 。 167。 泄水重力壩 167。 泄水重力壩 —— 防蝕、抗腐的措施： ①控制過水表面的不平整度。 ②摻氣減蝕 ,:當(dāng)流速超過 36m/s時(shí) ,即使采取表面平整度處理 ,仍可能產(chǎn)生空蝕 ,故應(yīng)考慮其它安全措施。 ③采用抗蝕抗磨性強(qiáng)的材料。 2）摻氣 水自由表面產(chǎn)生摻氣現(xiàn)象使水深增大。在確定溢流壩邊墻高度時(shí)，應(yīng)予考慮。 3） 脈動(dòng) —— 泄水建筑物中的水流屬于高度紊動(dòng)水流 ， 其基本特征是流速和壓力隨時(shí)間在不斷變化 ， 即所謂脈動(dòng)； —— 在設(shè)計(jì)中 ， 表征脈動(dòng)壓力的主要參數(shù)是頻率和振幅； —— 紊動(dòng)水流均產(chǎn)生摻氣邊界條急劇變化處尤為嚴(yán)重 ， 脈動(dòng)對(duì)建筑物的影響： ① 增大作用在建筑物上的瞬時(shí)荷載 。 其雙倍振幅為 2%~10%的流速水頭； ② 脈動(dòng)壓力變化有一定的周期性 。 引起結(jié)構(gòu)振動(dòng)甚至共振 ③ 增加空蝕破壞的可能性 。 4） 沖擊波 在高速水流邊界發(fā)生變化處：斷面擴(kuò)大 、 收縮 、 轉(zhuǎn)彎等 ， 將產(chǎn)生沖擊波 。 167。 泄水重力壩 167。 泄水重力壩 溢流面曲線及剖面設(shè)計(jì) —— 溢流面組成：頂部曲線段、中間直線段和反弧段； —— 設(shè)計(jì)要求：①有較高的流量系數(shù)，泄流能力大；②水流平順，不產(chǎn)生負(fù)壓和空蝕； ③ 體型簡(jiǎn)單、造價(jià)低，便于施工。 1）頂部曲線： —— 開敞式堰頂常用曲線：① WES曲線；②克 —— 奧曲線； ③ 三段圓?。? —— 胸墻堰頂曲線： y=x2/4φ 2Hd。 2） 反弧段：圓弧 ， 其半徑結(jié)合下游消能設(shè)施確定：挑流消能 R=(4~10)h， 流速 16m/s時(shí) ， 取下限 ， 流速大時(shí)取較大值；底流消能 ， 反弧與護(hù)坦相連 ， 取上限 。 3） 中間直線段：與壩頂曲線和下部反弧相切 ， 坡度與非溢流壩段的下游坡度相同 。 167。 泄水重力壩 4） 剖面設(shè)計(jì) —— 溢流重力壩剖面與非溢流重力壩的基本剖面相適應(yīng)； —— 上游壩面一般鉛直，或上部鉛直、下部?jī)A向下游，并盡量與非溢流重力壩的上游面相一致； —— 溢流重力壩剖面小于基本三角形剖面時(shí)，可適當(dāng)調(diào)整堰頂曲線，使其與三角形的斜邊相切； —— 對(duì)有鼻坎的溢流壩，鼻坎超出基本三角形以外，當(dāng) l/h， 經(jīng)核算 BB’ 截面的拉應(yīng)力較大時(shí)，可設(shè)縫將鼻坎與壩體分開。 167。 泄水重力壩 消能工的設(shè)計(jì)原則及型式 1）消能工消能：通過局部水力現(xiàn)象，把水流中的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換成熱能，隨水流散逸； 2）消能工程能量轉(zhuǎn)換途徑：水流內(nèi)部紊動(dòng)、摻混、剪切及漩滾；水股的擴(kuò)散及水股之間的碰撞；水流與固體邊界的劇烈摩擦和撞擊；水流與周圍氣體的摩擦和摻混； 3）設(shè)計(jì)原則：根據(jù)樞紐布置、地形、地質(zhì)、水文、施工和運(yùn)用等條件確定。 ①盡量使下泄水流的動(dòng)能消耗于水流內(nèi)部的紊動(dòng)中，以及水流與空氣的摩擦上； ②不產(chǎn)生危及壩體安全的河床或岸坡的局部沖刷； 167。 泄水重力壩 ③ 下泄水流平穩(wěn) ， 不影響其他建筑物的運(yùn)行 。 ④結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠。 ⑤工程量小，經(jīng)濟(jì)。 4）消能工的型式：底流式、挑流式、面流式、消力戽等。 5）選擇消能工的依據(jù)：地形、地質(zhì)、樞紐布置、水頭、流量、下游水深及其變幅等進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。重要工程應(yīng)作模型試驗(yàn)。 6）泄洪消能技術(shù)新進(jìn)展： ① 常見的底流和挑流方式有了很大改進(jìn)與發(fā)展，增強(qiáng)了適應(yīng)性和消能，出現(xiàn)了一些新型高效的消能工 —— 寬尾墩、臺(tái)階式溢流壩面和 T形墩等； ② 因地制宜，采用多種消能工聯(lián)合消能； ③ 常見底流和挑流能、增強(qiáng)了適應(yīng)性和消能效果。 167。 泄水重力壩 7） 多種聯(lián)合消能工消能： ① 多種泄水建筑物的聯(lián)合 ， 包括壩體的表孔 、 中孔 、 底孔 ， 岸邊溢洪道及泄洪隧洞等 ， 主要是溢流壩和岸邊溢洪道； ② 不同型式消能工的聯(lián)合 ， 如寬尾墩與挑流聯(lián)合 ， 寬尾墩與消力池聯(lián)合 ， 寬尾墩 、 臺(tái)階式溢流壩面與消力戽聯(lián)合等 。 —— 烏江渡水電站大壩：中部 4個(gè)溢流表孔 ， 左右側(cè)各設(shè) 1條滑雪式溢洪道 ， 并設(shè) 2個(gè)中孔和 2條泄洪洞進(jìn)行聯(lián)合泄洪； —— 潘家口水電站大壩：寬尾敦與挑流聯(lián)合消能；因重力和離心力的影響 、 相鄰孔之間水流擴(kuò)散彼此交匯并碰撞 ， 激起很高的水冠向下游挑射 ， 增強(qiáng)了空中擴(kuò)散與摻氣 ， 提高了效果； —— 五強(qiáng)溪水電站采用寬尾墩 — 底孔 — 消力池新型聯(lián)合消能 ，較原設(shè)計(jì)的消力池縮短了 50m， 利用寬尾墩形成的壩面無(wú)水區(qū) ， 沿閘墩軸線在壩內(nèi)設(shè)置 7個(gè)泄洪底孔 ， 取消了 1個(gè)溢流表孔 ， 獲得了很好的經(jīng)濟(jì)效益 。 167。 泄水重力壩 8） 底流消能 —— ⑴ 水流條件及消能措施 。 在壩趾下游設(shè)消力池 ， 消力坎等 。 底流消能工作可靠 ， 但是工程量大 。 下泄不同流量產(chǎn)生的躍后水深 h” 與下游實(shí)際水深 t的關(guān)系 ， 有以下五種情況： Q—— h” 和 Q—— t重合 。 ① 表明任何情況下均產(chǎn)生臨界水躍 ， 無(wú)須修消力池 ， 只須在水躍范圍內(nèi)修護(hù)坦即可 。 這是最理想情況 ， 實(shí)際很少見 。 167。 泄水重力壩 hchth tQhQtQ① ②tQh th③tQh th④tQh thkkkhQk⑤h tt167。 泄水重力壩 ② 何情況他 th” , 產(chǎn)生遠(yuǎn)驅(qū)式水躍 。 需要消力池 、 消力坎及綜合消力池 ， 以促使在坎趾處產(chǎn)生淹沒水躍 。 ③ 表明在各種流量下 th” ,均產(chǎn)生淹沒水躍 。淹沒度大時(shí) ， 產(chǎn)生高速潛流 ， 水躍長(zhǎng)度加大 。消能采用消力戽或斜坡式 （ 逆坡式 ） 護(hù)坦 ，（ 計(jì)算方法不成熟 ） ④ 小 Q時(shí) ， k時(shí) th” ， 下游水深不足 ， 產(chǎn)生遠(yuǎn)驅(qū)水躍 。 k時(shí) ， th” ,下游水深大 ， 產(chǎn)生淹沒水躍 。 這時(shí)采用斜坡式護(hù)坦與消力池相結(jié)合得方式 （ 并稱消力護(hù) ） 。