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溢流坝段设计(最新整理)

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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

单宽流量q[m3/孔口净宽B(m)(s.m)]

设计情况5327.70100~15053.28~35.52校核情况6120.37100~15061.20~40.80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σ

0.5H1.5计算堰上水头H,计算水位分别减去s=1,由堰流公式Q=σsεmnb(2g)00

相应的堰上水头即为堰顶高程。计算成果见表2-6

计算情况

表2-6堰顶高程计算成果表

计算情况设计情况校核情况

流量m3/s5327.706120.37

侧收缩数0.950.95

流量系数0.5020.502

孔口净宽m

45

堰上水头m14.6516.07

堰顶高程m201.57201.07

流量Q(m3/s)

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15m4.1.9 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

0.5H1.5分情况校核溢流堰的泄流能力,运用堰流公式Q=σsεmnb(2g)计算0

成果见表2-7

表2-7泄流能力校核计算成果表

计算情况设计情况校核情况

m0.5020.512

ε0.920.92

B(m)45

H(m)15.1516.07

Q(m3/s)5159.276045.36

Q′5327.76120.37

|(Q′-Q)/Q|3.26%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;t′k—冲坑深度,m;

q—单宽流量,m3/(s.m);H—上下游水位差,m;H2—下游水深,m;

α—冲坑系数,坚硬完整的基岩取0.9~1.2,坚硬但完整性较差的基岩取1.2~1.5,软弱破碎裂隙发育的基岩取1.5~2.0。

得:tk=1.2×1500.5×47.620.25=38.61m; t’k =38.61-23.42=15.19m L/ tk =3.07>2.5,说明挑流消能形成的冲坑不会影响大坝安全。挑流消能冲坑计算简图如图2-2所示:

上上上上上上h25oH上上上上上上上2-2 上上上上上上上上上4.3 溢流坝剖面设计

首先绘出坝顶部的曲线,取堰顶部最高点为坐标原点,堰顶上游部分采用椭圆曲线,下游部分采用幂曲线。

幂曲线方程:y=xn/kHsn-1  椭圆方程:x2/(aHs)2+(bHs-y)2/(bHs)2=1Hs—定型设计水头,值为堰顶最大作用水头的75%~95%;n.k—取决于坝顶上游面的坡度,按表取用。a≈0.28~0.3;a/b=0.87+3a

代入参数得幂曲线方程为y=x1.85/2×14.2(1.85-1)=0.052 x1.85取a=0.3,b=0.17 则aHs=5.68 bHs=2.41得椭圆方程为:x2/5.682+(2.41-y)2/2.412=1

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(20.01,13.28)。由于上游侧超出基本剖面,故需将溢流坝做成倒悬的堰顶以满足溢流曲线的要求,倒悬的高度为4.57m。最后作出反弧段,反弧半径为20m。溢流坝的剖面如图2-3所示:

t'kLtkvh2H2217.14219217.8201.07196.5185197.71.1:07185170.521:0.2165140.01:1146.114511:146.1140.0上2-3上上上上上上

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