溢洪道(yì hóng dào)是水庫等水利建築物的防洪裝置,多築在水壩的一側,像一個大槽,當水庫裡水位超過安全限度時,水就從溢洪道向下遊流出,防止水壩被毀壞。 包括:進水渠 控制段 洩槽 出水渠。
溢洪道的設計和佈置合理與否,不僅直接影響到水庫的安全,而且關係到整個工程造價。土石壩一般中小型溢洪道,約佔水庫樞紐工程造價的25~30%及勞動力的25%,故溢洪道合理的佈局和選型,在水庫工程設計中是一個比較重要的環節。關鍵詞:土石壩中小型水庫溢洪道常見問題對策溢洪道的設計和佈置合理與否,不僅直接影響到水庫的安全,而且關係到整個工程造價。土石壩一般中小型溢洪道,約佔水庫樞紐工程造價的25~30%及勞動力的25%,故溢洪道合理的佈局和選型,在水庫工程設計中是一個比較重要的環節。
一.常見問題
①.溢洪道是洪水期間保證水庫安全的重要設施,中小型水庫由於受工程造價的限制,其設計採用的洪水標準往往偏低、選用洪水資料偏小,因而必然帶來溢洪道設計尺寸偏小,再加上週邊巖體風化坍落,往往造成洩流能力不足,因而不能保證安全洩洪。
②在佈置上,某些工程設計的溢洪道其進出口段離壩身太近,壩肩與溢洪道之間僅有單薄的山脊相隔。進口段如未進行有效的護砌,洩洪時一旦發生沖蝕現象,將危及壩肩安全,有些設計的陡槽末端與壩腳緊貼,假如發生橫流沖刷,更易危及壩腳安全,因此這二種情況均對大壩的執行安全十分不利。
③.溢洪道設計的平面彎道半徑過大和收縮過劇,對洩流十分不利。非凡在溢洪道陡坡段佈置有彎道時,由於彎道流態、流勢劇烈變化,導致二岸產生了水面差,這時凹岸水面壅高,並在下游銜接的平直段內產生折衝水流,大大影響了洩流能力和消能效果。另外陡坡段或緩流段的過劇收縮,也會發生顯著的壅水和流態變化,並對溢洪道襯砌造成衝擊,如砌護過高會增加投資,砌護過低了又不安全。
④.溢洪道縱橫剖面及平面佈置設計不當,比較突出的問題是陡坡設計比降過陡。部分溢洪道佈置在非巖性山坡上,其底部未做有效的反濾襯砌,致使滲水後易產生滑坡;結構上也不穩定。在橫斷面設計中,有些工程對兩側山坡開挖坡度注重不夠,有的過陡,加上襯砌厚度偏薄,不能滿足抗滑抗傾穩定,也易造成坍方和滑坡;平面佈置上,存在著上下游斷面連線不配套,形成“瓶頸”現象,從而影響了洩洪能力;此外溢洪道末端與河道銜接部分注重不夠,導致有的末端高出河床很多,有的末端未做砌護處理,常造成嚴重沖刷,並向上延伸,直至整個建築物破壞。
5.現有水力設計方法尚不夠完善,如溢洪道進口布置有引洪平流段的情況下,由於水力計算中忽略了平流段時進口水位的壅高。而實際壅高有時較大,不可忽視。有些設計對溢洪道的消能工的設計考慮不夠充分,或者型式選擇不當,導致消力牆長度和深度均不能滿足需要,消能不夠充分,致使下游河段發生嚴重沖刷。
另在側槽式溢洪道設計中,過去大多采用“扎馬林法”進行計算。經多年實踐及水工模型試驗證實:使用該法計算所確定的水面坡降偏小,導致側槽深度不夠,流量係數減小,使側堰區域性呈現沉沒出流,其實際洩洪流量達不到設計要求的洩量,因而對工程是不安全的。
6.有些工程在結構設計中對洩洪的特點和基礎特性考慮不周,溢洪道下洩的高速水流具有很強的衝出力、由於急流的摻氣和脈動現象十分顯著常會產生劇烈的震動;有些溢洪道採用低標號的漿砌石或砼砌護,且砌護厚度與邊坡砌護高度都不能適應結構穩定要求,因而不能抵禦高流速的沖刷;有些非岩基上的溢洪道設計時,底部幾乎沒有反濾排水裝置,極易發生塌滑;有些大面積圬工砼襯砌由於未設伸縮沉陷縫,致使溢洪道襯砌發生一些裂縫,總之這些都使工程安全受至影響。
二.設計對策
溢洪道設計中把握的基本資料是否充分與完善,選用的設計標準是否恰當,均直接影響到整個工程的安全及經濟,現就有關問題談一些看法:
1.規劃佈局
溢洪道工程的規劃佈局應儘量利用有利地形地貌,即要經濟合理又要保證安全。如大壩四周有天然山坳可以佈設溢洪道則最為理想,如主壩口子狹窄無法佈置正堰則可考慮選擇側槽式溢洪道。其規劃佈置的主要原則是:基礎堅硬均一,線路短,無彎道,出口遠離壩體;工程嚴禁佈置在滑坡或崩塌體地上。溢洪道通常有四個主要部分組成:引流段、控制段、洩流段及消能工。
2.引流段
為引流平順其進口外形最好做成喇叭口,為減小損失其長度不宜過長。如因地形所限必須在該段內設定彎道時,則應使彎曲段儘量平緩外、還應使彎道與下游銜接段和出口段儘量遠離壩腳,以免沖刷壩腳。引流段截面一般選用梯形或矩形,當流速≤1~2米/秒時一般可不砌護,但與壩端鄰近和緊接控制建築物的範圍內應砌護一定長度,同時在彎道二側的凹岸亦應砌護,如為堅硬的岩基則可不考慮。
3.控制段
為使洩流均勻,可使近口水流垂直於控制段建築物;根據地形條件和洩流需要必需設定寬頂堰或實用斷面堰,堰寬度可按答應單寬流量選定,岩基上單寬流量為40~70m3/s,非岩基上為20~40m3/s,土基上為20m3/s。除近口段設有引流段外,一般應使堰頂寬度≤3h堰;為使水流平順,堰口與其上游引流段可採用漸變段連線,其收縮角以12度左右為宜。如堰體較寬則應在其橫向設定溫度縫與沉陷縫,其間距可按10~15m佈設。
4.洩流段
該段平面均採用直線佈置,並儘量避免彎道和設定扭坡順引流態的急驟變化甚至產生負壓;其縱斷面設計應因地制宜地根據地形、地質而選用緩坡、陡坡或多級躍水等多種形式;陡坡段應採用均一比降;由於洩水段流速很高,故應儘量佈置在岩基上,如為非岩基則該段襯砌厚度應按答應流速與地質條件選擇進行設計,一般漿砌石用0.5~1.0m,砼0.2~0.5m,鋼筋砼0.15~0.3m,其坡度一般以≤1/2.5為宜。
新鮮岩基上的洩水道,可不砌護;如為鬆軟風化岩石仍須用0.3~0.5m的漿砌石或0.2m厚的砼作砌護,並加設錨固筋;如需大面積砼襯砌則應按地質情況,結合溫度變化佈置伸縮縫和沉陷縫,兩側邊坡可僅設橫縫,底部則應設縱橫縫,間距一般為8~12m,同時在襯砌底部需敷設排水的反濾料;考慮高速水流摻氣的特點,邊坡的砌護高度應有適當超高。在洩水段末端需設定消能工,其具體選擇型式可根據地形、地質和水力條件的要求而定,採用多級躍水或溢洪道末端的躍流段應使其洩流方向遠離壩腳≥100~150m。對於非岩基上一般均採用底流消能,並在末端設定消力池。如洩流量不大,亦可考慮消力檻形式;如為遠驅式水躍,由於極易造成沖刷,此時可考慮採用差動式消力檻形式;在岩基上,如溢洪道尾端有較陡邊坎時,採用挑射消能較為有利,由於這種形式可省去消力池、護坦與海漫等工程,由於其工程量小、造價低,因而常被採用。根據工程實踐鼻坎形式以矩形差動式最好,但鼻坎以上陡坡最好做成矩形斷面,千萬不可作成梯形斷面以免需用扭坡與鼻坎銜接。
5.側槽段
該段佈置應垂直於來水流向,其長度可根據等高線向上遊延伸,水流特點是側向進流,縱向洩流。
側堰與深槽連線的漸變過渡段,其收縮角應控制在12°左右,其長度一般為槽內水深的3~5倍,其主要作用是避免槽內波動和橫向旋滾的水流直接進入陡坡段。
溢洪道(yì hóng dào)是水庫等水利建築物的防洪裝置,多築在水壩的一側,像一個大槽,當水庫裡水位超過安全限度時,水就從溢洪道向下遊流出,防止水壩被毀壞。 包括:進水渠 控制段 洩槽 出水渠。
溢洪道的設計和佈置合理與否,不僅直接影響到水庫的安全,而且關係到整個工程造價。土石壩一般中小型溢洪道,約佔水庫樞紐工程造價的25~30%及勞動力的25%,故溢洪道合理的佈局和選型,在水庫工程設計中是一個比較重要的環節。關鍵詞:土石壩中小型水庫溢洪道常見問題對策溢洪道的設計和佈置合理與否,不僅直接影響到水庫的安全,而且關係到整個工程造價。土石壩一般中小型溢洪道,約佔水庫樞紐工程造價的25~30%及勞動力的25%,故溢洪道合理的佈局和選型,在水庫工程設計中是一個比較重要的環節。
一.常見問題
①.溢洪道是洪水期間保證水庫安全的重要設施,中小型水庫由於受工程造價的限制,其設計採用的洪水標準往往偏低、選用洪水資料偏小,因而必然帶來溢洪道設計尺寸偏小,再加上週邊巖體風化坍落,往往造成洩流能力不足,因而不能保證安全洩洪。
②在佈置上,某些工程設計的溢洪道其進出口段離壩身太近,壩肩與溢洪道之間僅有單薄的山脊相隔。進口段如未進行有效的護砌,洩洪時一旦發生沖蝕現象,將危及壩肩安全,有些設計的陡槽末端與壩腳緊貼,假如發生橫流沖刷,更易危及壩腳安全,因此這二種情況均對大壩的執行安全十分不利。
③.溢洪道設計的平面彎道半徑過大和收縮過劇,對洩流十分不利。非凡在溢洪道陡坡段佈置有彎道時,由於彎道流態、流勢劇烈變化,導致二岸產生了水面差,這時凹岸水面壅高,並在下游銜接的平直段內產生折衝水流,大大影響了洩流能力和消能效果。另外陡坡段或緩流段的過劇收縮,也會發生顯著的壅水和流態變化,並對溢洪道襯砌造成衝擊,如砌護過高會增加投資,砌護過低了又不安全。
④.溢洪道縱橫剖面及平面佈置設計不當,比較突出的問題是陡坡設計比降過陡。部分溢洪道佈置在非巖性山坡上,其底部未做有效的反濾襯砌,致使滲水後易產生滑坡;結構上也不穩定。在橫斷面設計中,有些工程對兩側山坡開挖坡度注重不夠,有的過陡,加上襯砌厚度偏薄,不能滿足抗滑抗傾穩定,也易造成坍方和滑坡;平面佈置上,存在著上下游斷面連線不配套,形成“瓶頸”現象,從而影響了洩洪能力;此外溢洪道末端與河道銜接部分注重不夠,導致有的末端高出河床很多,有的末端未做砌護處理,常造成嚴重沖刷,並向上延伸,直至整個建築物破壞。
5.現有水力設計方法尚不夠完善,如溢洪道進口布置有引洪平流段的情況下,由於水力計算中忽略了平流段時進口水位的壅高。而實際壅高有時較大,不可忽視。有些設計對溢洪道的消能工的設計考慮不夠充分,或者型式選擇不當,導致消力牆長度和深度均不能滿足需要,消能不夠充分,致使下游河段發生嚴重沖刷。
另在側槽式溢洪道設計中,過去大多采用“扎馬林法”進行計算。經多年實踐及水工模型試驗證實:使用該法計算所確定的水面坡降偏小,導致側槽深度不夠,流量係數減小,使側堰區域性呈現沉沒出流,其實際洩洪流量達不到設計要求的洩量,因而對工程是不安全的。
6.有些工程在結構設計中對洩洪的特點和基礎特性考慮不周,溢洪道下洩的高速水流具有很強的衝出力、由於急流的摻氣和脈動現象十分顯著常會產生劇烈的震動;有些溢洪道採用低標號的漿砌石或砼砌護,且砌護厚度與邊坡砌護高度都不能適應結構穩定要求,因而不能抵禦高流速的沖刷;有些非岩基上的溢洪道設計時,底部幾乎沒有反濾排水裝置,極易發生塌滑;有些大面積圬工砼襯砌由於未設伸縮沉陷縫,致使溢洪道襯砌發生一些裂縫,總之這些都使工程安全受至影響。
二.設計對策
溢洪道設計中把握的基本資料是否充分與完善,選用的設計標準是否恰當,均直接影響到整個工程的安全及經濟,現就有關問題談一些看法:
1.規劃佈局
溢洪道工程的規劃佈局應儘量利用有利地形地貌,即要經濟合理又要保證安全。如大壩四周有天然山坳可以佈設溢洪道則最為理想,如主壩口子狹窄無法佈置正堰則可考慮選擇側槽式溢洪道。其規劃佈置的主要原則是:基礎堅硬均一,線路短,無彎道,出口遠離壩體;工程嚴禁佈置在滑坡或崩塌體地上。溢洪道通常有四個主要部分組成:引流段、控制段、洩流段及消能工。
2.引流段
為引流平順其進口外形最好做成喇叭口,為減小損失其長度不宜過長。如因地形所限必須在該段內設定彎道時,則應使彎曲段儘量平緩外、還應使彎道與下游銜接段和出口段儘量遠離壩腳,以免沖刷壩腳。引流段截面一般選用梯形或矩形,當流速≤1~2米/秒時一般可不砌護,但與壩端鄰近和緊接控制建築物的範圍內應砌護一定長度,同時在彎道二側的凹岸亦應砌護,如為堅硬的岩基則可不考慮。
3.控制段
為使洩流均勻,可使近口水流垂直於控制段建築物;根據地形條件和洩流需要必需設定寬頂堰或實用斷面堰,堰寬度可按答應單寬流量選定,岩基上單寬流量為40~70m3/s,非岩基上為20~40m3/s,土基上為20m3/s。除近口段設有引流段外,一般應使堰頂寬度≤3h堰;為使水流平順,堰口與其上游引流段可採用漸變段連線,其收縮角以12度左右為宜。如堰體較寬則應在其橫向設定溫度縫與沉陷縫,其間距可按10~15m佈設。
4.洩流段
該段平面均採用直線佈置,並儘量避免彎道和設定扭坡順引流態的急驟變化甚至產生負壓;其縱斷面設計應因地制宜地根據地形、地質而選用緩坡、陡坡或多級躍水等多種形式;陡坡段應採用均一比降;由於洩水段流速很高,故應儘量佈置在岩基上,如為非岩基則該段襯砌厚度應按答應流速與地質條件選擇進行設計,一般漿砌石用0.5~1.0m,砼0.2~0.5m,鋼筋砼0.15~0.3m,其坡度一般以≤1/2.5為宜。
新鮮岩基上的洩水道,可不砌護;如為鬆軟風化岩石仍須用0.3~0.5m的漿砌石或0.2m厚的砼作砌護,並加設錨固筋;如需大面積砼襯砌則應按地質情況,結合溫度變化佈置伸縮縫和沉陷縫,兩側邊坡可僅設橫縫,底部則應設縱橫縫,間距一般為8~12m,同時在襯砌底部需敷設排水的反濾料;考慮高速水流摻氣的特點,邊坡的砌護高度應有適當超高。在洩水段末端需設定消能工,其具體選擇型式可根據地形、地質和水力條件的要求而定,採用多級躍水或溢洪道末端的躍流段應使其洩流方向遠離壩腳≥100~150m。對於非岩基上一般均採用底流消能,並在末端設定消力池。如洩流量不大,亦可考慮消力檻形式;如為遠驅式水躍,由於極易造成沖刷,此時可考慮採用差動式消力檻形式;在岩基上,如溢洪道尾端有較陡邊坎時,採用挑射消能較為有利,由於這種形式可省去消力池、護坦與海漫等工程,由於其工程量小、造價低,因而常被採用。根據工程實踐鼻坎形式以矩形差動式最好,但鼻坎以上陡坡最好做成矩形斷面,千萬不可作成梯形斷面以免需用扭坡與鼻坎銜接。
5.側槽段
該段佈置應垂直於來水流向,其長度可根據等高線向上遊延伸,水流特點是側向進流,縱向洩流。
側堰與深槽連線的漸變過渡段,其收縮角應控制在12°左右,其長度一般為槽內水深的3~5倍,其主要作用是避免槽內波動和橫向旋滾的水流直接進入陡坡段。