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水工建筑物重力坝枢纽设计实例

水工建筑物重力坝枢纽设计实例

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溢流坝设计

一、孔口设计

1.泄水方式的选择

比较第一节所述的两种方式，为使水库具有较大的超泄能力，采用开敞式孔口。

2.洪水标准的确定

本次设计的重力坝是3级建筑物，采用50年一遇的洪水标准设计，500年一遇的洪水标准校核。

3.流量的确定

设计情况下，溢流坝的下泄流量为1250m3/s；校核情况下溢流坝的下泄流量为1680

4.单宽流量的选择

坝址处基岩比较坚硬完整，坝址处河床宽度为208.5m，河槽宽度为20~30m，综合枢纽的布置及下游的消能防冲要求，单宽流量取50~100

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，计算成果如表1：

表1孔口净宽计算表

计算情况

流量Q(m3/s)

单流量q(m3/s.m)

孔口净宽B(m)

设计情况

1250

50~100

25~12.5

校核情况

1680

50~100

33.6~16.8

根据以上计算，溢流坝孔口净宽取24m，假设每孔宽度为8m，则孔数n为3，

6.溢流坝段总长度（溢流孔口的总宽度）的确定

根据工程经验，拟定闸墩的厚度。初拟中墩厚d为3m，边墩厚t为2m，则溢流坝段的总长度B0为：B0=

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，因为过堰水流为自由出流，故σs=1，由堰流公式计算堰上水头H，计算水位分别减去其相应的堰上水头即为堰顶高程。计算成果如表2：

表2堰顶高程计算表

计算情况

流量

m3/s

侧收缩系数

流量

系数

孔口净宽

m

堰上水头

m

堰顶高程

m

设计情况

1250

0.95

0.502

24

8.5

376.9

校核情况

1680

0.95

0.502

24

10.32

376.4

根据以上计算，取堰顶高程为376.4m

8.闸门高度的确定

门高=正常高水位-堰顶高程+0.1~0.2=383.5-376.4+0.1=7.2m，按规范取门高8m

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=386.7-376.4=10.3(m)。

定型设计水头Hs为：Hs=(75%~95%)Hmax=7.73~9.78(m)取Hs=8.8m，8.8/10.3=0.85,查表知坝面最大负压为：0.3Hs=2.64（m），小于规定的允许值（最大不超过3~6

10.泄流能力校核

先由水力学公式计算侧收缩系数ε，然后计算不同水头作用下的流量系数m，根据已知条件，运用堰流公式校核溢流堰的泄流能力。计算成果汇总如表3：

表3泄流能力校核计算表

计算情况

m

ε

B

（m）

H

(m)

Q

(m3/s)

设计情况

0.502

0.90

24

9

1297

3.8%

校核情况

0.512

0.92

24

10.3

1671

0.5%

表中其它各符号的含义是：B—孔口宽度，m；H—堰上水头，m；Q—泄流量，m3/s。

二、消能防冲设计

根据地形地质条件，选用挑流消能。根据已建工程经验，挑射角θ=25o，挑流鼻坎应高出下游最高水位(335.2m)1～2m，鼻坎的高程为：335.2+1=336.2

1.反弧半径的确定

坎顶水流流速ν按下式计算：

坎顶水深为：

反弧半径R为：

R=（4～10）h=7.7～18.8(m)

取R=18

2.水舌的挑距L及可能最大冲坑的深度估算

水舌的挑距L及可能最大冲坑的深度tk可按溢流坝设计方法中介绍的公式计算，经计算得：L=102m,tk=23m

L/tk=4.432.5,由此可知，挑流消能形成的冲坑不会影向大坝的安全。

三、溢流坝剖面设计

首先绘出顶部的曲线，坐标原点以上部分采用四分之一椭圆曲线，以下部分采用幂曲线。然后绘出其基本剖面，求得基本剖面的下游面与幂曲线的切点C的坐标为（14.7，11.4），由于上游侧超出基本剖面，故需将溢流坝作成倒悬的堰顶以满足溢流曲线的要求，倒悬的高度=6m。最后作出反弧段，反弧半径R=18

图1溢流坝剖面图

幂曲线方程中：n、k为与上游堰面坡度有关的参数，这里n=1.85、k=2.0，Hs为定型设计水头，Hs=8.8m

，

椭圆曲线方程中，取a=0.3，b=0.17，则aHs=2.64，bHs=1.5，其方程如下：