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水工建筑物基础(第2版)
1.7.4.2 二、有压泄水孔布置
二、有压泄水孔布置

有压泄水孔的特点是:将工作闸门布置在出口,孔内始终保持满流有压状态;其安装与大坝施工干扰较少;便于运行管理和维修。缺点是闸门关闭时孔内承受较大的内水压力,对坝体应力状态和防渗都不利,故一般多用于水头不大或孔口断面尺寸较小的情况。但由于它具有施工干扰少、便于运行和维修这两条最突出的优点,故在中小型重力坝中用得较多。若水头较大或孔口较大,需用高强度混凝土并配置很多钢筋,还需钢板衬砌,在进口处设置事故检修闸门,平时兼用来挡水,避免满管长期受到很高的内水压力作用。

1.进水口

为使水流平顺,减少水头损失,增加泄流能力,避免空蚀,进口形体应尽可能符合流线的规律。有压进水口的形状应与锐缘孔口出流实验曲线相吻合,常用的种类有:①圆形喇叭进水口;②三向圆柱面收缩进水口;③三向椭圆曲面收缩进水口。应根据工程规模、重要性来选择。

对于大中型的、重要的工程用椭圆曲面(图4-26),或进行水工模型试验确定;一般小型工程为施工方便,多采用圆柱面。

图4-26 泄水孔进口形状

(a)底面为曲线的进口形状;(b)底面为平底的进口形状

2.闸门和闸门槽

有压泄水孔一般在进水口设拦污栅和检修闸门,在出口压坡段后设工作闸门,工作闸门可用弧形闸门,也可用平面闸门,但检修门一般采用平面闸门。支承平面闸门的闸门槽形体设计不当,容易产生空蚀。水流经过闸门槽时,先是扩散,随即收缩,闸门槽内产生漩涡,流速增大时漩涡中心压力减少,造成水流脱壁,导致负压出现,引起空蚀破坏和结构振动。流速越大,越应引起重视。

闸门槽分矩形闸门槽和矩形收缩型闸门槽两种。中小型工程且流速小于10m/s的情况用矩形闸门槽。大中型工程且流速大于10m/s的情况,为使流态较好,减免空蚀,可采用矩形收缩型闸门槽,如图4-27(b)、(c)所示。

图4-27 深式泄水孔平面闸门槽形式

(a)矩形闸门槽;(b)、(c)矩形收缩型门槽

3.孔身与渐变段

有压泄水孔多数都采用圆形断面,圆形断面在周长相同的情况下过水能力最大,受力条件最好。在进水口,为适应布置矩形闸门的需要,在矩形断面与圆形断面之间需设置足够长的渐变段,又称方圆渐变段,防止洞内局部负压的产生和空蚀。渐变段分进口渐变段和出口渐变段,如图4-28所示。

图4-28 渐变段

(a)进口渐变段;(b)出口渐变段

渐变段的长度应满足断面过渡的需要,一般采用孔身直径的1.5~2.0倍,边壁的收缩率控制在1∶5~1∶8。为保证洞内压力,出口断面的矩形面积一般小于洞身圆形面积。

4.出水口

当工作闸门全开自由泄水时,在坝身有压泄水孔末端,水流从压力流突然变成无压流,引起出口附近压力降低,在出口附近1/4~1倍洞径范围内的洞顶出现负压,容易造成气蚀。为了消除负压,在泄水孔末端设一小段斜坡将孔顶压低,使出口断面缩小,一般缩小到泄水孔断面的85%~90%,孔顶压坡采用1∶10~1∶5。出口断面收缩,提高了整个泄水孔内的压力,还有利于防止体型变化和洞体表面不平等原因而引起气蚀。

5.通气孔和平压管

平压管是平衡检修闸门两侧水压以减少启门力的输水管道,通气孔是向检修闸门和工作闸门之间的泄水孔道内充气和排气的通道,详见第八章。