第6章河岸溢洪道

2023-01-09 18:03:06 字數 3690 閱讀 1561

第一節概述

一、洩水建築物:

用來宣洩洪水期間或其他情況下水庫(或渠道)中多餘水量以保證大壩安全的建築物。包括河床溢洪道(如溢流壩、洩洪閘、洩水孔等)和河岸溢洪道(明渠和洩水隧洞等)。

二、河岸溢洪道的適用條件

1、河谷狹窄,洪峰流量大,採用河床布置有困難;

2、壩體不宜作河床溢洪道;

3、有埡口地形;

4、利用施工導流洞改建。

三、溢洪道分類

1、正槽溢洪道

2、側槽溢洪道

3、井式溢洪道

4、虹吸溢洪道

一、工作特點

開敞式正面進流. 洩槽與溢流堰軸線正交,過堰水流與洩槽方向一致.

組成: 進水段(引水渠), 控制段,洩槽(陡槽), 消能段,尾水渠.

優點:結構簡單,進流量大,洩流能力強,工作可靠,施工、管理、維修方便,因而被廣泛採用。

圖6-1 正槽溢洪道

二、正槽溢洪道各組成部分的設計

1、引水渠

作用:使水流平順地進入控制段,改善堰身及洩槽的流態。

設計原理:在合理的開挖方量下,儘量減少水頭損失,以增加溢洪道的洩水能力。

斷面形式:岩基上接近矩形,土基上採用梯形。

進口布置形式:喇叭口。

圖6-2 溢洪道的整體布置單位:m

2、控制堰段

作用:控制溢洪道的洩流能力.

橫斷面:矩形

縱剖面:實用堰和寬頂堰

設計要求:有足夠的洩流能力.

*實用堰:流量係數大,需要的溢流前緣較短,較之寬頂堰可減少工程量。但施工複雜,多用於岩石地基上,尤其是岸坡較陡的大中型工程。

形式:克-奧型、wes曲線型

*寬頂堰:結構簡單,施工方便。但流量係數較小,需要的溢流前緣較長。多用於洩洪量不大或附近地形較平緩的中小型工程中。

b—堰頂長度

h—堰上水頭

p—堰高

圖6-3 常用的控制堰

3、洩槽段

工作特點:在溢流堰後用洩槽與消能段相接,為使槽內水流呈急流狀態其縱坡常為大於臨界坡度的陡坡,因此又稱其為陡槽。由於洩槽內水流流速較高,設計時必須考慮高速水流產生的衝擊波、脈動和空蝕現象,在布置和構造上予以重視,一般應加高、加固洩水槽的邊牆,以確保溢洪道的安全。

(1)洩槽的縱剖面設計

洩槽的縱坡一般做成為大於臨界坡度的陡坡,通常i=1%~5%,有時可達10%~15%。

*變坡:洩槽很長時,為適應地形、地質條件而設。

由陡變緩,變坡處用反弧段連線r 8 ~10倍水深,易出現動水壓力破壞,應盡量避免。

由緩變陡:變坡處用拋物線連線。槽底易產生負壓。

圖6-4 洩槽變坡處的豎曲線

(2)洩槽的平面布置

從高速水流考慮,洩槽在平面上應盡量直線、等寬、對稱布置。

實際上,由於地質(形)條件的限制,或從減少開挖、處理洪水歸河、有利消能等方面考慮,往往改變橫斷面,設定收縮段、彎曲段或擴散段。

圖6-5 洩槽的平面布置

(3)斷面型式

在巖基上一般接近矩形斷面,土基上用梯形較多,邊坡不宜太緩以防止水流外溢和對流態不利,一般應做襯砌。

(4)彎曲段:渠底超高法—作用是使流量分布均勻並適當改善流態。

對彎曲的洩槽,為使槽內流量分布均勻和改善流態,可將渠底做成外側高於內側的橫向底坡,用重力來平衡離心力。

圖6-6 彎道上的洩槽

5)收縮段與擴散段

收縮段的收縮角大小直接影響由於斷面收縮而產生的衝擊波的大小。收縮角越小,衝擊波就越小,通常收縮角11.25.

擴散段一般設在洩槽的末端有利於消能.在高速水流的條件下,擴散角不宜過大以免水流於邊牆脫離.

4、消能設施

位於洩水槽出口處,作用是為了消除下洩水流具有破壞作用的動能,從而防止建築物被水流沖刷,保證安全。

消能方式:底流消能和挑流消能。

圖6-7 溢洪道挑流坎布置圖單位:m

5、尾水渠:當流經洩槽的急流經過消能後,不能直接進入原河道,需布置一段尾水渠,要求短、直、平順,底坡盡量接近原河道的坡度,以使水流能平穩順暢地歸入原河道。

第三節側槽溢洪道

一、側槽溢洪道的特點和布置

1、特點:水流經過溢流堰,洩入與堰大致平行的側槽後,在槽內轉向約90°,經洩槽或洩水隧洞流入下游。側向進流,縱向洩流。

2、適用:壩址山頭較高、岸坡較陡的情況,尤其適於中小型水庫中無閘門控制的溢洪道中。

圖6-8 側槽溢洪道典型布置

第四節非常溢洪道

一、漫流式

漫流式非常溢洪道的布置與正槽溢洪道類似,堰頂高程應選用與非常溢洪道啟用標準相應的水位高程。控制段(溢流堰)通常採用混凝土或漿砌石襯砌,設計標準應與正槽溢洪道控制段相同,以保證洩洪安全。控制段下游的洩槽和消能防沖設施,如行洪過後修復費用不高時可簡化布置,甚至可以不做消能設施。

控制段可不設閘門控制,任憑水流自由宣洩。溢流堰過水斷面通常做成寬淺式,故溢流前緣長度一般較長。因此,這種溢洪道一般布置在高程適宜、地勢平坦的山坳處,以減少土石方開挖量。

二、自潰式

自潰式非常溢洪道有漫頂溢流自潰式和引衝自潰式兩種型式。漫頂溢流自潰式由自潰壩(或堤)、溢流堰和洩槽組成。自潰壩布置在溢流堰頂面,壩體自潰後露出溢流堰,由溢流堰控制洩流量,如圖6-17所示。

自潰壩平時可起擋水作用,但當庫水位達到一定的高程時應能迅速自潰行洪。為此,壩體材料宜選擇無粘性細砂土,壓實標準不高,易被水流漫頂沖潰。當溢流前緣較長時,可設隔牆將自潰壩分隔為若干段,各段壩頂高程應有差異,形成分級分段啟用的布置方式,以滿足庫區出現不同頻率稀遇洪水的洩洪要求。

浙江南山水庫自潰式非常溢洪道,採用2m寬的混凝土隔牆將自潰壩分為三段,各段壩頂高程均不同,形成**啟用形式,除遇特大洪水時需**都投入使用外,其他稀遇洪水情況只需啟用一級或兩級,則行洪後的修復工程量亦可減少。

自潰式非常溢洪道的優點是結構簡單,施工方便,造價低廉;缺點是運用的靈活性較差,潰壩時具有偶然性,可能造成自潰時間的提前或滯後。所以,自潰壩的高度常有一定的限制,國內已建工程一般在6m以下。

引衝自潰式也是由自潰壩、溢流堰和洩槽組成 ,在壩頂中部或分段中部設引衝槽,如圖6-18所示。當庫水位超過引衝槽底部高程後,水流經引衝槽向下游洩放,並把引衝槽沖刷擴大,使壩體自潰洩洪。這種自潰方式在潰決過程中流量逐漸加大,對下游防護較有利,故自潰壩體高度可以適當提高。

對於溢流前緣較長的壩,也可以按分級分段布置。引衝槽槽底高程、尺寸和縱向坡度可參照已建工程擬定。

圖6-10 某水庫引衝自潰壩式溢洪道

(a) 上游立檢視; (b)a-a剖面圖

1- 自潰堤;2-引衝槽; 3-引衝槽底;

4-混凝土堰;5-卵石;6-粘土斜牆;7-反濾層

應當指出,自潰式溢洪道在潰壩洩洪後,需在水位降落後才能修復,如果堰頂高程較低,還會影響水庫當年的蓄水量。但是,非常溢洪道的啟用機遇是很小的,故這種影響一般不大。關鍵的問題是保證自潰土壩在啟用時必須能按設計要求被沖潰,為此應參照已建工程經驗進行布置,並應通過水工模型試驗驗證。

三、爆破引潰式

與自潰式類似,爆破引潰式非常溢洪道是由溢洪道進口的副壩、溢流堰和洩槽組成。當溢洪道啟用時,引爆預先埋設在副壩廊道或藥室的炸藥,利用爆破的能量把布置在溢洪道進口的副壩強行炸開決口,並炸松決口以外壩體,通過快速水流的沖刷,使副壩迅速潰決而洩洪。如果這種溢洪措施副壩較長時,也可分段爆破。

爆破的方式、時間可靈活、主動掌握。由於這種引潰方式是由人工操作的,因而使壩體潰決有可靠的保證。圖6-19為我國沙河水庫溢洪道的副壩藥室布置圖。

應當指出,非常溢洪道由於設計理論不完善,實踐經驗不足,在運用中還存著不少問題,在設計和運用中應謹慎對待。若啟用不當,將造成不必要的人為洪峰,反而會加重下游的災情。

第6章小結

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總結 第6章

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第6章答案

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