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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） 设计要求： 设有胸墙的溢流面曲线 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Qo Q=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=20～50m3/(s·m)；中等坚硬的岩石取q=50～100 m3/(s·m)；特别坚硬的岩石q=100～150 m3/(s·m)；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/(s·m),目前正在建设中的安康水电站单宽流量达282.7m3/(s·m)。而委内瑞拉的古里坝其单宽流量已突破了300m3/(s·m)的界限。 3、溢流坝段的总长度 (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 =n×b+（n-1）d （m） 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。 （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。 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1~2m，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θ=20～35°，深水河θ=15~20°。(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，，