泄水重力坝设计.doc
《泄水重力坝设计.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《泄水重力坝设计.doc(26页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第七章 泄水建筑物的设计7.1 泄水建筑物形式的选择在4.3.2节已经拟订了泄水建筑物的形式为溢流坝泄水。图7-1 溢流坝基本剖面7.2 溢流坝剖面设计溢流坝剖面除了应满足强度、稳定和经济等要求外,还需考虑水流运动的要求。通常它是由基本三角形(图7-1中虚线所示)即非溢流坝修改而成。内部构造则不变,和非溢流坝保持相同。溢流坝面由顶部溢流段、中部直线段和下游消能组成,上游边为直线或折线。溢流面的中间直线段一般可与非溢流坝下游面斜率保持相同,上端与堰顶溢流曲线线相切,下端与下游反弧段相切,其作用是使水流平顺的按要求的消能方式与下游水衔接。7.2.1 顶部溢流段(ac段)溢流坝顶部溢流曲线,应使水流
2、平顺的通过堰顶,在堰面不产生过大的负压,溢流能力较大。(1)溢流堰面曲线(bc段)。有两种曲线可供选择使用:克-奥曲线和WES曲线。但最近的工程实例证明WES曲线比克-奥曲线瘦,宜与坝面连接,计算切点位置及放样均方便的多,与上游面可呈坡形连接,按定型水头设计此堰面曲线时,在不同水头下,可增加泄流量,因此我国“混凝土重力坝设计规范”荐采用WES曲线。故拟订采用WES曲线。当上游面垂直时,WES曲线方程如下: 式中:x,y堰顶曲线的水平和垂直坐标,原点为堰顶的最高点; Hs 定型设计水头,按堰顶最高水头的7595%计算。经计算确定该曲线方程为(2)上游曲线(ab段)。堰顶上游面为1/4椭圆曲线,其
3、方程为:式中:a、b分别为椭圆的长短轴系数;Hs 定型设计水头。最后确定该椭圆方程为 7.2.2 中部直线段(cd段)溢流坝的中部为直线段,要求和非溢流坝的基本三角形的下游边相重合,上端和堰顶曲线相切,下端和反弧相切,其作用是使水流平顺的按要求的消能方式与下游水位衔接。经过计算(详细见计算书3.2节)得切点位置为(12.3,9.5),其坡度和非溢流坝保持一致,为1:0.7。7.2.3 下游消能设计(de段)表7-1 消能形式极其比较消能形式原理及特点适用情况底流消能基本原理是使水流产生临界水跃,通过表面漩滚消能;他常需要护坦、消力池等措施,对于基岩往往不够经济。 常用于水闸。挑流消能挑流消能,
4、利用鼻坎将自溢流面下泄的高速水流向空中抛射,使水流扩散并卷如大量的空气,然后落入下游河床水垫中。水流在同空气摩擦的过程中,消耗了约20%的能量。抛射到下游水垫后,形成强烈的旋滚区,冲刷河床形成冲坑,同时消耗掉大部分的能量。它一般适用于基岩上的水工建筑物,特别是高水头、大流量的泄水建筑物。面流消能原理是将高速水流挑至尾水面,在表层主流和河床之间形成逆流旋涡和跃波,通过旋涡和主流扩散而消能。水流在表面可减轻对坝下河床的冲刷,但可能水滚裹挟石块,磨损坝脚地基。它适用于下游尾水较深,流量变化范围小,水位变幅不大的情况,由于表层水流速很大,对下游的电站和航运有影响。消力戽消能它将鼻坎设置在水下,不形成自
5、由水舌,水流在戽内产生漩滚,经鼻坎将高速主流挑射至水流表面,消耗大量动能。它一般实用于尾水较深,变幅较小,无航运要求,且地基条件比较好的情况。(1)消能形式及原理:重力坝的下泄水流具有很大能量,如不能妥善的消杀水流的能量,将冲刷建筑物及河床基岩,危机建筑物的安全。常用的消能形式有底流消能、挑流消能、面流消能和消力戽消能等,他们的比较列于表7-1。由于该枢纽河床地质条件较好,且水头较高,同时有通航和发电要求。拟采用挑流消能。(2)挑流设计挑流设计的要求:选择合适的鼻坎型式、反弧半径、鼻坎高程和挑射角度,使挑射水流形成的冲刷坑不会影响到坝体的安全。常用的鼻坎型式有连续式和差动式。连续式构造简单,射
6、程远,水流平顺,一般不会产生空蚀,施工方便;差动式消能效果好,冲刷坑较小,但有空蚀问题存在,施工难度较连续式大。由于本枢纽的地基条件较好,考虑到施工的方便使用连续式鼻坎,同时也避免了空蚀的问题,但要保证冲坑不会危及到坝体的安全。连续式的挑流鼻坎的挑射角,根据我国的工程实践经验,以2025为宜,拟定采用25的挑射角。鼻坎反弧段半径R以812倍的hc为宜,hc为鼻坎上的水深,流速越大,倍数宜选用较大值。经过计算(见计算书3.3节)拟订为17.21米。鼻坎高程,为了保证挑流的效果,必须要求挑流要高于下游水面。一般情况下鼻坎高程以高于下游水位12米为宜。设计出来的鼻坎高程为148.74米,高出下游水位
7、:满足要求。水力校核,鼻坎设计完毕后,还需验算该挑流消能是否会危及建筑物的安全,常用冲坑上游坡做为标准,即:式中tk冲坑深度(米);L冲坑最深深度距建筑物距离;i冲坑上游坡;ic安全临界坡,可取1/31/4。计算工况为设计和校核情况。计算(详细计算见计算书3.4节)得校核时:设计时:均满足安全要求。综上,拟订的挑流消能的鼻坎型式为,连续式鼻坎;反弧半径R=17.21m;挑射角度=25;鼻坎高程顶部148.74m。7.3闸门、闸墩及导墙设计7.3.1 闸门设计(1)闸门形式的型式选择比较常见的闸门形式是平板门和弧形门。平板直升闸门能满足各种类型的泄水孔道的要求,所以它是应用最为广泛的一种闸门形式
8、;弧形门也是一种应用十分广泛的门型,它一般可用于泄洪道和无压泄水孔的泄水形式。二者具体特性如表7-1所示:表7-1 闸门型式及其优缺点优点缺点平板门可封堵相当大面积的孔口;建筑物顺流方向尺寸较小;闸门结构简单,其制造、安装和运输工作相对来说比较方便;门页可以出孔口,便于检修维护;门页可在孔口间互用;门叶可为数段,有利于泄洪、排沙;闸门启闭设备比较简单,对对移动式起门机适应性较好。需要较高和较厚的闸墩;具有影响水流的门槽特别在水头较高的情况,门槽会带来很多的麻烦;需要启闭力较大,故须选用超大的门机。弧形门可封闭相当大面积的孔口;所需闸墩高度和厚度较小;没有影响水流流态的门槽;所需的启闭力较小;埋
9、件数量小。需要较长的闸墩;闸门所占空间较大;不能提出孔口以外进行维修;闸门所承受的总水压力较大,不能在孔口间互换。通过比较二者各有优劣,但当二者均为方案选择时,优先考虑使用弧形门。故工作门拟采用弧形闸门,而检修门为了保证工作的可靠,采用平板门。(2)工作闸门基本尺寸拟订门高。工作闸门要求可以在正常水位的情况下完全挡水,在校核水位时则打开闸门放水,即门高H为正常水位的堰上水深加上浪高(浪高见计算书2.1节)和一定的超高。Z正-Z顶+H浪=178.0-170.92+1.68=8.76米加上一定超高为9.4米。图7-1 溢流坝闸门尺寸及布置示意图门面板曲率。弧形门面板曲率半径与门高的比值露顶式一般为
10、1.11.5,则弧形门半径R =1.29.4=11米。布置位置,支绞位置应设在泄水时不受水流和漂浮物冲击的高程,一般溢流坝顶上的露顶式闸门,支绞位置约在1/23/4倍门高处。现拟订将支铰放在5.9米高度处,5.9/9.4=0.63满足上面的要求。此时的支铰远远高于水面线(水面线计算见计算书3.4节),且闸门开启的之后也可保证在水面线上一定的超高,如图7-1所示。(3)检修门基本尺寸拟订检修门采用平板门,门槽厚度为14米,门高和工作门一致。故拟订门槽宽为1米,门高9.4米。要求检修们和工作门之间要有12米的间距,以保证工作人员能够进入进行检修和维护。此处二者间距拟订为1.2米。7.3.2 闸墩设
11、计(1)闸墩的作用将溢流前缘分分隔为若干个孔口,便于设置闸门,同时承受闸门传来的水压力,也是坝顶桥梁的支承体。(2)闸墩体型设计闸墩的长度主要取决于坝顶桥面的交通和闸门的受力条件。坝顶交通主要有交通桥、工作桥和便桥,闸门受力牛腿后同样需要一定的混凝土厚度以保证可以承受闸门传来的力。因为使用是弧形门,按照上面的要求所的闸墩很长,考虑如图7-2所示布置形式,即在牛腿的斜下方和水面线以上向内收缩。这样可以减小闸墩的长度,增大溢流面宽度,减小水流流速;同时保证闸门的受力牛腿布置在一个平面上,有较好的受力条件。对于弧形门闸墩最小厚度为1.52.0m,最大可达33.5m。考虑到墩缝,墩厚初拟定为3m。检修
12、门槽宽度前面已经拟订为1米,深度取0.5米。图7-2 闸墩示意图7.3.3 导墙设计(1)导墙的作用及位置。边墩设在溢流坝的两侧,以分隔溢流坝和非溢流坝,并做为边跨桥梁和闸门的支承体,为了防止坝面水流向两侧漫溢,边墩应向下游延伸形成导墙。延伸的长度应根据枢纽的布置而定。由于本枢纽采用挑流消能,所以和非溢流坝或溢流坝间的导墙至少要延伸到鼻坎末端,和鼻坎端部平齐;和电站坝段之间的导墙为了和坝后式厂房分割开,不影响电站尾水,保证不影响电站的正常运行,导墙应延伸到厂房后2030 h0(h0为下游水临界水深)。(2)导墙的高度确定。导墙要求高于掺气水面线(当弗氏系数Fr2时候考虑掺气水深)12米,以保证
13、水流不会漫溢。表7-2 溢流面水面线计算结果Xi68101212.3141617.16Yi2.524.296.489.089.511.9314.7916.45水深h5.394.794.354.013.973.753.052.97经水面线计算(见计算书3.4节)得溢流面掺气水面线如表7-2和图7-3所示。并按照12米的超高设计导墙,为了施工的方便,将导墙设计为如图7-3所示的折线形式。(3)导墙厚度及截面的确定导墙断面按受力条件决定,墙顶宽度不小于5060cm。导墙的重要外力来自水压力,其受力如图7-2(b)所示呈三角形分布。故将导墙截面做成梯形,以更好的承受水压力。梯形顶边宽1米,底边宽2米,
14、起坡点在水面线处,如图7-2(b)所示。图7-3 导墙示意图7.4.1计算基本原理及方法溢流坝虽然是在基本剖面的基础上修改而来,但剖面的样式已经改变,前面挡水坝段的稳定应力分析的结果已不在适用于此,必须对该坝段重新进行稳定应力分析。分析的基本方法为材料力学法。坝基面反弧段下方之所以出现拉应力,是因为溢流坝过长导致扬压力过大而造成的,可以在基本三角形的顶点处设置一永久纵缝,以消除拉应力,并可以起到降低该处过大的剪应力的作用。关于纵缝的设置见11.2节。第八章 放空建筑物设计8.1 深孔的作用在水利枢纽中为满足泄洪、灌溉放水、施工导流、防空水库及排砂等要求,常在坝体中设置泄水孔。位于水面线下坝体中
15、、下部的泄水孔,习惯上称为深孔。8.2 深孔形式的选择在第4.3.4节就已经分析采用无压孔。8.3 基本尺寸初拟(1)孔口尺寸及数量拟订初拟定为3.54;考虑到要求排砂,底板高程定在151米高程;拟订为一孔。经过放空计算(见计算书4-1),知在最枯季节(14月)和溢流坝联合放水从正常高水位放空到死水位需要32天,完全满足在40天内防空的要求。(2)坝段宽度确定要求在孔两边各有一定的厚度的混凝土保护层,一般为孔口宽度,则深孔坝段宽度拟订为34=12米。8.4 深孔体型设计无压深孔从上游至下游可分为:进口段、压坡段、闸门段、无压段、反弧段和挑流鼻坎。其中前三段共同构成短的有压段,其长度要求为23倍
16、的有压段出口的高度。(1)进口段(ac段)进口的上下唇都可用椭圆曲线,侧壁也可采用椭圆曲线。他们的曲线方程分别为:式中x,y和z正交坐标系的坐标值,x与水流平行,y(上下向)和z(水平向)与水流垂直;D压坡段(de段)进口的高度,为4.7米(见压坡段的设计);B压坡段进口的宽度,为3.5米。图8-1 深孔体型示意图以上为ab段,要求ab段的平均坡度为0.5左右,水平长度0.6D1左右。实际坡度0.5,水平长度2.5米,为D1的0.625倍,均满足要求。bc段,下壁为水平直线;上壁为倾斜直线,要求其坡度不缓于0.1,在b点和椭圆相切,实际坡度0.19,满足要求,其水平长度为1米。ac段总水平长度
17、要求控制在0.81.0D1为宜,实际水平长度3.5米,为0.88 D1,满足要求。(2)检修门槽(cd段)检修门一般采用平板门(详见8.5.2节),其门槽宽度1米,延伸至坝顶的起吊设备。(3)压坡段(de段)要求d点在bc的延长线上,de段的坡度为0.250.15。实际de段坡度为0.2,满足该要求。该段水平长度3.5米。e点为短有压段出口的顶点。图8-2 深孔无压段示意图(4)无压段无压段紧接短有压段,其底缘采用抛物线,有时为了适应与坝下游面连接,在有压段出口和抛物线之间设一直线短。抛物线的方程为:式中:x,y以抛物线起点为原点的坐标系的坐标值;H0流速水头,为v2/2g,v为抛物线起点断面
18、的平均流速又因为,则H0=2H=0.95(178-153)2=20.25米;K为防止产生负压的安全系数,一般取4.86.4,拟取5.5;流速系数,初设取0.95。则无压段的抛物线方程为:y=x2/5.50.95220.25=0.009949x2(5)下游消能防冲设计消能形式的选择:由于该枢纽河床地质条件较好,且水头较高,拟采用挑流消能。它利用鼻坎将自溢流面下泄的高速水流向空中抛射,使水流扩散并卷如大量的空气,然后落入下游河床水垫中。水流在同空气摩擦的过程中,消耗了约20%的能量。抛射到下游水垫后,形成强烈的旋滚区,冲刷河床形成冲坑,同时消耗掉大部分的能量。鼻坎设计连续式的挑流鼻坎的挑射角,根据
19、我国的工程实践经验,以2025为宜,定采用20的挑射角。鼻坎反弧段半径R以410倍的hc为宜,hc为鼻坎上的水深,经计算(见计算书4.4节)得R=21.86米。该反弧上游必须和无压段的抛物线衔接并相切。根据以上求得鼻坎最高点高出下游最高水位1.72米,满足高出下游最高水位12米的设计要求,可以保证挑流的形成。水力校核鼻坎设计完毕后,和溢流坝一样,还需验算该挑流消能是否会危及建筑物的安全,常用冲坑上游坡做为标准,即:式中tk冲坑深度(米);L冲坑最深深度距建筑物距离;i冲坑上游坡;ic安全了解临界坡,可取1/31/4。计算工况为设计和校核情况。计算(详细计算见计算书4.5节)得校核时:设计时:均
20、满足要求。(6)孔顶板设计无压孔顶可做为折线的,但孔的高度应考虑高速水流掺气后水深增加的因素,留有安全余度,以保证水流为无压流,孔顶距水面的高度可取最大流量时的不掺气水深的30%50%。孔侧仍然是平行的,宽度为B。对于深孔,最大流量就是正常水位时对应的流量,此时水面线计算成果如表8-1所示(计算过程见计算书4.4节):表8-1 深孔水面线计算成果表iXi(m)Yi(m)角度水深h(m)流速V(m/s)10003.9321.1124.250.184.843.91921.19310.611.1211.923.84321.61415.242.3116.873.75322.13518.683.4703
21、.67122.62615.072.2616.03.75622.11714.72.15203.76422.06注:此处水深为垂直底板方向上的水深8.5 深孔其他设施设计8.5.1 通气孔计算在深孔进行充水或放空过程,闸门后需要排气和补气,特别是当动水下门时,问题更为严重,会引起压力管内局部真空形成负压。依据水利水电钢闸门设计规范于泄水管道中的工作闸门或事故闸门,其后通气孔面积可按下列经验公式计算:a式中:a通气孔断面面积(m2);V通气孔允许风速(m/s),对于中小型工程一般取50;v闸孔孔口水流速(m/s)A闸门后管道面积a0.093.54/50=0.52m2 对应孔直径为D=0.8m8.5.
22、2 闸门、启闭设施设计(1) 工作门,深式无压泄谁孔应设置工作闸门,工作闸门应布置在短有压段出口处,如图8-1所示。工作门可采用平板门或弧形门。弧形门的优点是启门力较小,不需要门槽。不足之处是坝体内要留较大的空室,以便于闸门开启。由于重力坝坝体较大,所以拟订选用弧形门。由于启门力一般要求较大,开时要拉,关时要压,选用油压启闭机操作,所以所要求的启闭室也较小。(2)检修门图8-3 防空蚀门槽体形工作门上游要设置检修门。如果工作门不能及时开启,就不能即使泄洪或泄水,会造成不良后果,所以必须加强检修。所以要求检修门能在动水下关闭,在静水下开启。一般检修门用平板门,一般布置在进口喇叭口段的下游,闸门槽
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 泄水 重力坝 设计
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【精***】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【精***】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。