某土壩設(shè)計中的溢洪道設(shè)計計算目錄TOC\o"1-3"\h\u30525某土壩設(shè)計中的溢洪道設(shè)計計算 1292531進(jìn)水渠設(shè)計 1249792控制段設(shè)計 259952.1克一奧I型堰的剖面設(shè)計 2153072.2克—奧Ⅰ型堰的抗滑穩(wěn)定驗算 3187872.3泄槽水力計算 528532.4出口消能設(shè)計 11根據(jù)地形、地質(zhì)、工程特點、壩型、樞紐布置、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、施工及運用條件等綜合因素來進(jìn)行選定，在壩址左岸附近存在天然埡口，適宜修建溢洪道。溢洪道應(yīng)避免深開挖導(dǎo)致的邊坡失穩(wěn)，軸線宜為直線。本次設(shè)計采用正槽式溢洪道，控制段為實用堰，泄槽不設(shè)收縮段、彎曲段以及擴(kuò)散段，消能防沖設(shè)施采用挑流消能。1進(jìn)水渠設(shè)計正槽式溢洪道由進(jìn)水渠、溢流堰、泄水槽、消能設(shè)施、尾水渠組成。渠底高程等于正常蓄水位加上游堰高P1。取P1=0.6Hd,Hd=0.85Hm，Hm為堰項最大水頭，即校核洪水位-正常蓄水位=181.78-181.00=0.78m。P1=0.6Hd=0.6×0.85×0.78=0.40m。則渠底高程=181.00-0.40=180.6m.圓弧導(dǎo)水墻的半徑R=(4~6)H,H為堰上水頭。設(shè)計洪水位時:H=181.56-181.00=0.56m;校核洪水位時:H=181.78-181.00=0.78m。R=6×0.78=4.68≈4.7m。此次設(shè)計擬定渠底為平底，渠底高程為180.6m，底寬約4m。進(jìn)水渠的橫斷面，在巖基上接近于矩形，邊坡根據(jù)巖體條件確定，新鮮巖石一般為1:0.1~1:0.3，風(fēng)化石可用1:0.5~1:1.0。根據(jù)設(shè)計資料，本設(shè)計中進(jìn)水渠邊坡坡度采用1:0.5。由于此次設(shè)計中校核情況最高水位為181.89m，對應(yīng)的下泄流量5.96m3/s，則進(jìn)水渠過水流速為，滿足要求。2控制段設(shè)計控制段包括溢流堰、閘門、閘墩、工作橋、交通橋等，作用是控制溢洪道泄流的能力。所以設(shè)計控制段時應(yīng)該注意靠近上游部位，這樣可以減少水頭損失。控制堰采用克-奧I型溢流堰。其流量系數(shù)如表8-1所示表8-1隨相對堰高變化的流量系數(shù)mP1/Hd0.10.20.30.40.50.60.70.83.0克－奧Ⅰ型0.4260.4460.4600.4690.4760.4800.4830.4850.490WES0.4220.4450.4580.4670.4730.4770.4800.4830.4922.1克一奧I型堰的剖面設(shè)計1)堰項曲線段的確定取定型設(shè)計水頭Hd=0.85Hm=0.85×0.78=0.663，P1=0.6Hd=0.6×0.85×0.78=0.40m，查表8-1得流量系數(shù)m為0.48。再用設(shè)計水頭Hd=0.663和表8-2內(nèi)的x軸坐標(biāo)值相乘，得堰項曲線坐標(biāo)，見表8-3表8-2x00.040.080.10.140.180.20.30.40.50.60.7y0.1320.0810.05230.02360.01230.0350.0900.0790.0320.090.12x0.820.931.11.31.51.71.891.952.12.32.422.58y0.1450.1990.2580.3930.5680.760.9891.111.2451.5181.8231.98表8-3x00.02870.05730.0740.09890.12350.1390.240.2810.3650.4370.487y0.0910.05520.03350.02660.01530.00730.006000.00490.01970.04210.069x0.5710.5990.690.8210.981.1271.2891.3521.391.5721.7251.769y0.1370.14560.18230.2890.41430.54520.70090.7090.8991.07231.28921.39462)中間斜直線的確定取切點B的坐標(biāo)為(1.349，0.7867)對應(yīng)于表3-3的坐標(biāo)為(1.9，1.108)。由x=1.9查表8-4，得B點的切線斜為1:0.806，即中間斜直線的斜率為1:0.806∈(1:0.65，1:0.85),.滿足設(shè)計要求表8-4斜率值x1.61.71.81.92.02.12.22.32.41:0.9511:0.8961:0.8491:0.8061:0.7691:0.7351:0.7041:0.6761:0.6513)底部反弧段的確定反弧的半徑R一般取(0.2~0.5)(P1+H)，H為校核洪水位的堰上水頭。R=0.5×(P1+H)=0.5×(0.4+0.78)=0.9m。2.2克—奧Ⅰ型堰的抗滑穩(wěn)定驗算現(xiàn)以校核水位為例進(jìn)行抗滑穩(wěn)定驗算，取計算寬度為1m。因為克-奧Ⅰ型堰為低堰，其總高度為2.0m，所以水平方向的力只考慮水荷載，鉛直方向的力只考混凝土重量和揚壓力兩部。（1）溢流堰自重W壩體自重W（KN）的計算公式：（8-1）式中V：壩體和邊墻體積，m3，：壩體混凝土的重度，一般取23.5～24.0KN/m3。由CAD面積查詢功能，查得溢流堰斷面面積約為2.95m2，取γc=24.0KN/s,則溢流堰的自重為:W=2.95×24.0×1.0=70.8KN。（2）靜水壓力計算公式為：（8-2）式中H1、H2：堰頂水深和渠底水深；h：堰頂與渠底的高差；：水的重度，常取9.81KN/m3。具體計算：H=181.78-181.00=0.78m，H2=181.78-180.6=1.18m，h=181.00-180.6=0.4m.所以，P=1/2×(0.78+1.18)×9.81×0.43×1=4.13KN。（3）揚壓力下游水深h2可通過能量方程試算求出。取斷面1—1、2—2，列能量方程（8-3）：（8-3）揚壓力計算公式為：（8-4）式中符號同前。式中z1=2.36m,p1=0,v1=0，z2=h2，p2=0，v2=Q/bh2=6.4/4h2=1.6/h2得h2=2.36-0.1305/h22（8-5）利用式(8-5)列表試算得h2≈0.25m。U=1/2×(1.26+0.25)×9.81×2.19=16.22KN（4）抗滑穩(wěn)定驗算采用抗剪強度公式進(jìn)行抗滑穩(wěn)定驗算，計算公式如下：（8-6）式中f為摩擦系數(shù)，其它符號同前，當(dāng)K≥1.05時，滿足穩(wěn)定要求。經(jīng)計算得，K=4.69>1.05，滿足抗滑穩(wěn)定要求。綜上所述，克—奧Ⅰ型堰的尺寸設(shè)計是安全合理的。2.3泄槽水力計算1.泄槽的布置根據(jù)設(shè)計資料給定的條件，此次工程將泄槽的位置布置在泄槽上，分別為收縮段、泄槽一段、泄槽二段。由水庫資料可知，工程收縮角為10°，首端底寬和控制段均為B=4m，末端底寬b擬定為2.5m,斷面取為矩形，則漸變段長L1=（B-b）/tanθ=（4-2.5）/tan10°=4.25m，取整，L1=5m，底坡i=1/25泄槽一段上接收縮段，下接泄槽二段，擬斷面為矩形，寬b=2.5m，長L2=41.3m，底坡i=1：6。泄槽二段斷面為寬2.5m的矩形，長L3為53m，底坡i=1：4。2.泄槽水面曲線計算1)基本公式式中：C為謝才系數(shù)；R：為水力半徑；A：為過水?dāng)嗝婷娣e；：為濕周；I：為泄槽底坡。2)漸變段水面曲線計算(1)臨界水深hk及臨界底坡i。漸變斷首端寬B=4m,尾端b=2.5,斷面為矩形。具體見計算表8-5表8-5溢洪道漸變段臨界水深和臨界底坡計算計算情況QBkqkhkAkkRCik設(shè)計水位4.741.210.482.125.140.45357.760.00425校核水位6.441.580.892.785.670.5359.140.00416漸變段i=1/10>ik,，故屬于陡坡急流。(2)漸變段水面曲線計算。首端斷面水深試算得:設(shè)計洪水位時,h0=0.19m;校核洪水位時h0=0.25m。具體計算見表8-6。8-6溢洪道漸變段水面曲線計算計算情況Qh1q1A11R1V1E1i1設(shè)h2q2A2設(shè)計水位4.70.21.230.824.380.246.452.260.10.10.31.79校核水位6.40.231.651.004.610.366.782.450.120.432670.96計算情況2R2v2E2i2R`vLnhfE1+iLE2+hf設(shè)計水位3.10.256.352.410.10.256.315.000.0230.362.682.71校核水位3.280.316.762.630.10.286.545.000.0350.312.892.93由計算得漸變段末端水深分別為h設(shè)=0.3m,h校=0.39m。3)泄槽一段水面線計算泄槽一段斷面為矩形，寬2.5m,長41.3m，i=1/5。(1)臨界水深hk及臨界底坡ik,具體計算見表8-7。表8-7泄槽一段臨界水深和臨界底坡計算計算情況QBkqkhkAkkRCik設(shè)計水位4.72.51.930.781.823.940.4858.480.004631校核水位6.42.52.620.92.234.310.5959.70.00481i=1/5>ik，故泄槽一段屬于急流，按陡槽計算。表8-8溢洪道泄槽一段正常水深計算計算情況Qbi設(shè)h0A00R0C0K0Q0設(shè)計水位4.72.50.260.20.613.10.249.910.44.72校核水位6.42.50.240.290.722.990.2851.5814.486.83經(jīng)試算，設(shè)計水位時，h0=0.20m;校核水位時，h0=0.29m。(3)泄槽一段水面線采用分段求和法，按水深將進(jìn)行分段，具體計算見表8-8.4)泄槽二段水面線計算泄槽二段斷面為矩形，寬2.5m,長53m,底坡為i=1/1.5.求臨界水深hk、控制斷面水深h。因泄槽二段同泄槽一段大致相同，故臨界底坡和臨界水深不變。i=1/1.5>ik,屬于陡坡急流。控制斷面水深h0用試算法，具體計算列于表5-11。.表8-9溢洪道泄槽二段正常水深計算計算情況Qbi設(shè)h0A00R0C0K0Q0設(shè)計水位4.72.51/1.50.130.352.780.1347.155.794.73校核水位6.42.51/1.50.180.422.840.1548.497.846.40經(jīng)試算，設(shè)計水位時，h0=0.13m;校核水位時，h0=0.18m。泄槽二段水面線。泄槽二段首端控制深，設(shè)計水位時h=0.20m;校核水位時h=0.25m。采用分段求和法計算水面線，具體計算見表5-12。由計算知，末端水深在設(shè)計水位時為h=0.13m,校核水位時，h=0.18m。5)溢洪道邊墻高度的確定(1)溢洪道邊墻高度計算公式。其計算公式為:H=h+hb+Δ(5-7)式中h:不摻氣時水深，m;hb:當(dāng)流速大于7~8m/s時摻氣增加水深，m;Δ:安全超高，設(shè)計時取1.0，校核時取0.7m;H:邊墻高度，m。hb的計算公式為:hb=ζhv/100式中v:不摻氣情況下計算斷面的平均流速，m/s;ζ:修正系數(shù)，一般為1.0~1.4s/m，當(dāng)流速大時宜取大值。(2)引水渠導(dǎo)水墻高度計算。引水渠導(dǎo)水墻高度見表8-10。表8-10引水渠邊墻高度計算設(shè)計情況h（m）(m)H=h+設(shè)計水位1.041.002.04校核水位1.260.501.96(3)陡坡邊墻高度計算。控制堰的邊墻高度與引水渠同高:設(shè)計水位時:邊墻高H=2.04m;校核水位時:邊墻高度H=1.96m，最終控制堰邊墻高度為2.04m。收縮段邊墻高度具體計算見表8-11。收縮段最大流速v=6.56m//s<7~8m/s,不考慮摻氣所增加水深，故H=h+△。泄槽一段邊墻高度具體計算見表8-12.泄槽二段邊墻高度具體計算見表8-13表8-11溢洪道收縮段邊墻高度計算情況斷面斷面距漸變段首端距離（m）計算水深（m）安全超高▽（m）邊墻高度H（m）設(shè)計水位首端00.191.01.19末端50.31.01.3校核水位首端00.250.70.95末端50.390.71.09表8-12溢洪道泄槽一段邊墻高度計算情況斷面斷面距離槽首端距離（m）計算水深h(m)流速v(m/s)hs=vh/100(m)△(m)H(m)設(shè)計水位1-100.36.27均小于7m/s11.32-22.100.296.7111.293-36.890.267.520.00211.284-49.780.257.830.00211.275-518.530.248.550.00211.266-641.410.2049.220.00211.22校核水位1-100.376.56小于7m/s0.71.072-23.420.347.310.0030.71.043-36.120.327.760.0030.71.024-411.910.318.530.0030.71.015-523.820.269.480.0030.71.966-640.890.2410.240.0030.70.94表8-13溢洪道泄槽二段邊墻高度計算情況斷面斷面距離槽首端距離（m）計算水深h(m)流速v(m/s)hs=vh/100(m)△(m)H(m)設(shè)計水位1-100.219.40.0211.232-21.060.209.890.0211.223-32.460.1910.440.0211.194-44.360.1811.060.0211.205-511.850.1712.530.0211.196-625.230.1513.430.0211.17校核水位1-100.2510.240.030.700.982-20.970.2310.670.030.700.963-32.100.2211.130.030.700.954-45.430.2012.190.030.700.935-511.420.1813.470.030.700.916-630.470.1615.060.030.700.892.4出口消能設(shè)計溢洪道出口的地勢平坦，而且河流地帶較為開闊，設(shè)計采用底流消能，可以減緩水流沖擊作用對大壩帶來的不安全威脅。下面以設(shè)計水位為例說明消力坎的水力計算，相關(guān)參數(shù)為流量Q=4.7m3/s，寬度b=2.5m，單寬流量q=1.88m2/(m·s)。1.判斷是否需要建消力坎:以泄槽二段末端的水深當(dāng)作臨界水深hc,經(jīng)泄槽二段的水面線計算知設(shè)計水位時末端水深為0.15m,所以hc=0.15m.hc的共軛水深為:因此，需建消力坎。2.坎高c的計算:設(shè)過坎水流