水利枢纽中正槽溢洪道泄槽的设计分析

摘要：随着经济的发展，水利工程的发展也在进一步推进，而在水利工程中，泄洪建筑物是不可缺少的重要部分，所以水利枢纽的泄槽设计就显得极为重要。本文主要就水利枢纽中正槽溢洪道泄槽设计进行了分析研究。

关键词：水利枢纽 正槽溢洪道泄槽 设计

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引言

近年来，洪水频发给人们的生命以及财产安全造成了严重威胁，所以水利枢纽的防洪泄槽就显得尤其重要。必须要注重水利枢纽中正槽溢洪道泄槽设计，确保水利的正常运行。而正槽溢洪道通常由引水渠、控制段、泄槽、出口消能段及尾水渠等部分组成,溢流堰轴线与泄槽轴线接近正交,过堰水流流向与泄槽轴线方向一致。其中,控制段、泄槽及出口消能段是溢洪道的主体，注重溢洪道主体的设计与管理是做好水利工程的关键所在。

一、泄槽的布置

1、平面布置

泄槽在平面上宜尽量成直线、等宽、对称布置,使水流平顺,避免产生冲击波等不 良现象。但实际 工程 中受地形、地质条件的限制,有 时泄槽 很长,为减少开挖、衬砌工程量或避免地址软弱带等,往往做成带收缩段和弯曲段的型式以及扩散段。

(l)收缩段。泄槽段水流属于急流,如必须设置收缩段时,其收缩角也不宜太大。当收缩角太大时,必须进行冲击波计算,并应通过水工模型试验验证。收缩段最大冲击波波高由总偏转角大小决定,而与边墙偏转过程无关。因此,为了减小冲击波高度,采用直线形收缩段比圆弧形收缩段为好。当收缩角较小时,冲击波较小,不一定要进行冲击波计算,可直接采用经验公式计算收缩角。

(2)弯曲段。

泄槽弯曲段通常采用圆弧曲线,弯曲半径应大于10倍槽宽。弯曲段水流太复杂,设计的主要 问题在于使断面内的流量分布趋近均匀,消除或抑制冲击波。弯曲段的水力设计方法很多,大体可分为两类:施加侧向力,即采取工程措施,向弯曲段水流施加作用力,使它与水流所受的离心力相平衡,以达到消除干扰的目的。渠底超高法,弯曲导流墙法等方法都属于这一类。干扰处理法,即在曲线的起点和终点,引入与原来的干扰大小相等但相位相反的反扰动,以消除原来的扰动影响。复曲线段法、螺旋线过度段法和斜坎法就是基于这个原理提出来的。

（3）扩散段

扩散段必须保证水流扩散时不发生脱离边墙的现象。目前扩散段冲击波理论还很不成熟，解决问题的最好办法是通过模型试验，找出良好的边墙体形。在初步设计时，可根据急流与边墙不发生分离的条件来确定扩散角ϕ。在实际设计时采用单一的扩散角，按直线扩散的扩散角ϕ一般不宜超过6-8º。

2、横断面设计

泄槽横断面形状与地质情况紧密相连。在非岩基上,一般做成梯形断面,边坡比为1:1一1:2;在岩基上的泄槽多做成矩形或近于矩形的横断面,边坡比为1:0.1一1:0.3。泄槽的过水断面通过水力计算确定。由于水流条件 的复杂性,有许多问题在理论上还不够成熟,不能建立确定的解析关系。上面给出的计算式是在 引入若千假定,经过简化后得到的,因 而是近似 的。对于重要工程还应通过模型试验进行选型和确定尺寸。

3、纵剖面布置

泄槽纵剖面设计主要是决定纵坡。泄槽纵坡必须保证泄流时,溢流堰下为自由出流和槽中不发生水跃,使水流始终处于急流状态。因此,泄槽纵坡必须大于临界坡度。为了减小工程量,泄槽沿程可随地形、地质变坡,但变坡次数不宜过多,而且在两种坡度连接处,要用平滑曲线连接,以免在变坡处发生水流脱离边壁引起负压或空蚀。

二、泄槽边墙高度的确定

泄槽边墙高度根据计算水深，并考虑冲击波、弯道及水流掺气的影响，再加一定的安全超高来确定。计算水深按宣泄最大泄量时泄槽水面线考虑。安全超高一般取 0.5-1.5米。同时也要考虑到设计标准，以此来确定泄槽边墙高度。

三、泄槽的衬砌

为了保护泄槽免遭冲刷和岩石不被风化，大中型工程一般都用混凝土衬砌。衬砌接缝表面应平整，要做好接缝止水和底部排水。为增强衬砌稳定，对岩基可用锚筋加固，对土基可采用锚筋桩。对于高水头、大流量的溢洪道为防范空蚀破坏，可设置掺气减蚀装置或控制过水表面不平整度。具体包括以下几个方面的内容：

1、岩基上泄槽的衬砌。

岩基上泄槽的衬砌可以用混凝土、水泥浆砌条石或块石以及石灰浆砌块石水泥浆勾缝等型式。对于大、中型工程,由于泄槽中流速较高,一般多采用混凝土衬砌。混凝土衬砌厚度不宜小于30cm，为防止产 生温度裂缝,需要设置纵横缝。由于岩基的约束力较大,分缝距离不宜太大,一般约 为10-15米(当衬砌厚度较小、温度变化较大时,取小值)。靠近衬砌表面沿纵横向需配制温度钢筋,含钢率约为0.1%。

在施工时要做到接缝处衬砌表面平整,特别要防止下游块底板高出上游块底板。国外有小坝工程,在高流速处将紧靠横缝下游块底板的边缘降低12.7毫米,并以1:12 或更缓的斜坡升高至原底板高程,受到了减小脉动压力和防止空蚀破坏的效果,可供设计参考。做好接缝止水是底板防冲的一项重要措施,止水效果好,可隔绝水流侵蚀底部。从理论上讲,没有向上的脉动压力,底板就不会失稳。对于平行于水流流 向的纵缝,可适当降低要求,一般可用平接型式,但缝内也要做好止水。在岩基上应注意将表面风化破碎 的岩石挖除。为了使衬砌与基岩紧密结合,增强衬砌稳定性,有时用锚筋将二者连在一起。锚筋的直径、间距和插入深度与岩石性质和节理有关,一般每平方米的衬砌范围约需要ICmZ的锚筋。锚筋直径d不 宜太小,通常采用25毫米或更大间距约 为1.5一3.0米,插入深度大致为 (40一60)d。而对于较差的岩石,应通过现场试验确定。泄槽的两侧边墙,如岩基良好,也可采用衬砌的型式,其构造与底板基本相同。衬砌厚度一般不小于3O厘米,以便浇筑,切需用钢筋锚固。边墙横缝一般与底板横缝一致。边墙本身不设纵缝,但多在与边墙接近的底板上设置纵缝。当岩石比较软弱时,需将边墙做成重力式挡住土墙。边墙应做好排水,并与底板下横向排水管连通。为 了排水通畅,在排水管靠近边墙顶部的一端应设置通气孔。边墙顶部应设置马道以利交通。

2、土基上泄槽的衬砌。

土基上的泄槽通常采用混凝土衬砌。由于土基的沉降量大,而且不能采用锚筋,所以衬砌厚度一般要比岩基上的大,通常为0.3-0.5米。当单宽流量或流速比较大时,也可用到0.7一1.O米。混凝土衬砌的横向缝必须采用搭接的型式,以保证接缝处的平整,有时还在下块的上游侧做齿墙,嵌入地基内,以防止衬砌底板沿地基面滑动。在土基或是破碎软弱的岩基上,需要在衬砌底板下设置面层排水,以减小底板承受的渗流压力,排水可采用厚约3O厘米的卵石或碎石层。如地基是粘性土,应先铺一层厚0.2一0.5米的沙砾垫层,垫层上再铺卵石或碎石排水层;或在沙砾层中做纵横排水管,管周做反滤。如地基是细沙,应先铺一层粗沙,再做排水层,以防渗流破坏。

结束语

总之，水利枢纽正槽溢洪道泄槽设计是关系到水利工程是否能达到其预期目标的关键性措施，本文主要从泄槽的平面、纵面与横断面的设置，泄槽边墙高度的确定，泄槽的衬砌等方面阐述了正槽溢洪道泄槽设计的概况，为水利工程的泄洪建筑物提供了一定的技术支持。

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