第四章泄水建筑物

-河岸溢洪道

溢流壩、

泄水孔、

溢洪道

OverflowDam、

Outlet

BankSpillway

一、泄水建筑物的作用與分類泄水建筑物：用來宣泄洪水期間(泄洪)或其他情況下水庫（或渠道）中多余水量（泄水）以保證大壩安全的建筑物。包括：

泄洪建筑物、泄水孔、施工泄水道、水閘

二、溢洪道（spillway）河床溢洪道（如溢流壩、水閘、泄水孔）河岸溢洪道（明渠、泄水隧洞）（一）、河床溢洪道1、類型：溢流壩、泄水孔與水閘（1）溢流壩前緣長度（2）溢流壩堰頂高程溢流壩前緣2、溢洪道的下游聯接

通過壩體的下泄水流具有很大的能量，當水位差為40m時，單寬流量q=50秒立方米，一米寬河床內的水流動能可達24000匹馬力，如此巨大的能量主要消耗于兩個方面：（1）、水流的內部損耗，如摩擦、沖擊、紊動、漩渦；（2）、水流與固體邊界作用，如摩擦、沖刷等；當沖刷擴展到壩基時，就會危及壩體安全。消能方式：底流消能、面流消能、挑流消能、戽流消能。消能設計原則：1°盡量增加水流的內部紊動

2°限制水流對河床的沖刷范圍i、底流消能

工作原理：在壩趾下游設消力池、消力坎等，促使水流在限定范圍內產生水躍，通過水流的內部摩擦、摻氣和撞擊消耗能量。ii、挑流消能

工作原理：利用鼻坎將水流挑向空中，并使其擴散，摻入大量空氣，然后落入下游河床水墊，形成旋滾，消耗能量約20％。起初沖刷河床，形成沖坑，達一定深度后，水墊加厚沖坑趨于穩定。（二）、河岸溢洪道采用條件：1、河谷狹窄，洪峰流量大，采用河床布置有困難；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。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5、泄洪隧洞

1、正槽溢洪道（1）、工作特點：開敞式正面進流.泄槽與溢流堰軸線正交,過堰水流與泄槽方向一致.

組成:進水段（引水渠）,控制段,泄槽(陡槽),消能段,尾水渠.進水渠和尾水渠的設置視情況而定。優點:結構簡單,進流量大,泄流能力強,工作可靠,施工、管理、維修方便，因而被廣泛采用。缺點：當兩岸地勢較高且岸坡較陡時，開挖方量大。（2）、正槽溢洪道各組成部分的設計（i）引水渠作用：使水流平順地進入控制段，改善堰身及泄槽的流態。設計原理：在合理的開挖方量下，盡量減少水頭損失，以增加溢洪道的泄水能力，因此要控制流速。斷面形式：巖基上接近矩形，土基上采用梯形。進口布置形式：喇叭口。（ii）、控制堰段作用:控制溢洪道的泄流能力.橫斷面:矩形縱剖面:實用堰和寬頂堰設計要求:有足夠的泄流能力.實用堰:

流量系數大，需要的溢流前緣較短，但施工復雜，多用于巖石地基上，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。但流量系數較小，需要的溢流前緣較長。多用于泄洪量不大或附近地形較平緩的中小型工程中。

（iii）、泄槽段工作特點：在溢流堰后用泄槽與消能段相接，為使槽內水流呈急流狀態其縱坡常為大于臨界坡度的陡坡，因此又稱其為陡槽。由于泄槽內水流流速較高，設計時必須考慮高速水流產生的沖擊波、脈動和空蝕現象，在布置和構造上予以重視，一般應加高、加固泄水槽的邊墻，以確保溢洪道的安全。（a）泄槽的縱剖面設計

泄槽的縱坡一般做成為大于臨界坡度的陡坡，通常i=1%~5%，有時可達10%~15%。變坡：泄槽很長時，為適應地形、地質條件而設。由陡變緩，變坡處用反弧段連接R8~10倍水深，易出現動水壓力破壞，應盡量避免。由緩變陡：變坡處用拋物線連接。槽底易產生負壓。（b）泄槽的平面布置

從高速水流考慮，泄槽在平面上應盡量直線、等寬、對稱布置。實際上，由于地質（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，設置收縮段、彎曲段或擴散段。(c)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。(d)彎曲段：渠底超高法—作用是使流量分布均勻并適當改善流態。對彎曲的泄槽，為使槽內流量分布均勻和改善流態，可將渠底做成外側高于內側的橫向底坡，用重力來平衡離心力。彎曲段——

受離心力作用，外側水深大，流速與單寬流量分布不均。

要求：使斷面內流量分布均勻，抑制沖擊波

設計方法：施加側向力法，如渠底超高法；干擾處理法，如螺旋線過渡段法

渠底超高法：又(e)收縮段與擴散段收縮段的收縮角大小直接影響由于斷面收縮而產生的沖擊波的大小。收縮角越小，沖擊波就越小，通常收縮角11.25o.

擴散段一般設在泄槽的末端有利于消能.在高速水流的條件下,擴散角不宜過大以免水流于邊墻脫離.K的取值：1.5－3.0水平槽底取小值，即擴散角可大些；斜坡槽底取大值，即擴散角可小些。。

空化空蝕的原因：泄水建筑物的體型不合理；泄水建筑物表面不平整；放樣不準；模板走樣；混凝土質量不佳；泥沙的不均勻磨損；

(f).空化空蝕及其減蝕措施

空化：壓力降低至蒸汽壓力后，出現蒸汽氣

穴(初始空化)

空蝕：氣核膨脹遇高壓潰滅，撞擊固壁使

固壁發生破壞，即發生空蝕。

減蝕方法：選用好的體型；采用高強度的抗蝕材料；提高抗滑平整度摻氣減蝕（g）泄槽的襯砌——防沖、防滲、防風化、承載

混凝土及砌石結構，分縫但縫內必須做止水，襯砌底部設排水設備，有時襯砌要以鋼筋錨固。(iv)、消能設施位于泄水槽出口處，作用是為了消除下泄水流具有破壞作用的動能，從而防止建筑物被水流沖刷，保證安全。消能方式：底流消能和挑流消能。(v)、尾水渠:

當流經泄槽的急流經過消能后，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。2、側槽溢洪道

在壩址處山高坡陡，采用正槽式溢洪道將使挖方量增加很多時，可采用側槽式溢洪道。（1）、組成：溢流堰、側槽、調整段、泄槽、出口消能段、尾水渠。（2）、特點：堰軸線、泄槽軸線可與山坡等高線平行布置，開挖量小，但側槽中水流流態復雜。水流經過溢流堰，泄入與堰大致平行的側槽后，在槽內轉向約90，經泄槽或泄水隧洞流入下游。側向進流，縱向泄流。（4）、側槽的設計：

槽底高程應保證溢流堰為自由溢流，側槽中水流應為緩流流態，底坡坡度為緩坡，1:0.01~1:0.05；

泄流量沿側槽軸線均勻增加，所以側槽斷面積應沿程增大，始末斷面底寬比約為1:1~1:4；

槽斷面應為深窄型梯形斷面，堰一側邊坡為1:0.5，山坡一側邊坡為1:0.3