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水工建筑物基础(第2版)
1.8.3.1 一、拱坝坝身泄洪方式
一、拱坝坝身泄洪方式

拱坝坝身的泄洪方式有自由跌流式、鼻坎挑流式、滑雪道式及坝身泄水孔式等。

1.自由跌流式

如图5-16所示,泄流时,水流经坝顶自由跌入下游河床。这种形式适用于基岩良好、单宽泄洪量较小的小型拱坝。由于落水点距坝趾较近,坝下必须有防护设施。

2.鼻坎挑流式

为了使泄水跌落点远离坝脚,常在溢流堰顶曲线末端以反弧段连接成为挑流鼻坎,如图5-17所示。挑流鼻坎多采用连续式结构,堰顶至鼻坎之间的高差一般不大于6~8m,大致为设计水头的1.5倍,反弧半径约等于堰上设计水头,鼻坎挑射角一般为15°~25°。由于落水点距坝趾较远,可适用于泄流量较大的轻薄拱坝,一般q≤50m3/(s·m)。目前世界上最高的英古里拱坝坝高272m,就是采用坝顶鼻坎挑流的泄洪方式。我国的东风、流溪河双曲拱坝也采用了这种形式,运用情况良好。

图5-16 自由跌流与护坦布置(单位:m)

(a)大坝中部;(b)大坝两岸

图5-17 拱坝溢流表孔挑流坎(单位:m)

(a)带胸墙的坝顶表孔挑流坎;(b)坝顶表孔挑流孔;(c)流溪河拱坝溢流表孔

3.滑雪道式

滑雪道泄洪是拱坝特有的一种泄洪方式,其溢流面曲线由溢流坝顶和紧接其后的泄槽组成,泄槽通常由支墩或其他结构支承,与坝体彼此独立。水流过坝以后,流经泄槽,由槽末端的挑流鼻坎挑出,使水流在空中扩散,下落到距坝较远的地点。由于挑流坎一般都比堰顶低很多,落差较大,因而挑距较远。它适用于泄洪量较大、坝体较薄的拱坝。

随着拱坝技术的发展,坝体越来越薄,当泄流量较大时,滑雪道是拱坝的理想泄洪方式。但滑雪道各部分的形状、尺寸必须适应水流条件,否则容易产生空蚀破坏。所以,滑雪道溢流面的曲线形状、反弧半径和鼻坎尺寸等都需经过试验研究来确定。

我国猫跳河三级修文水电站拱坝(图5-18)坝高49m,采用厂房顶滑雪道式泄洪;泉水双曲薄拱坝采用岸坡滑雪道,左右两岸对称布置,水流对冲碰撞消能。

图5-18 修文水电站拱坝剖面图(单位:m)

4.坝身泄水孔式

在水面以下一定深度处,拱坝坝身可开设孔口用来辅助泄洪、放空水库、排沙或施工期导流。位于拱坝1/2坝高处或坝体上半部的泄水孔称作中孔;位于坝体下半部的泄水孔称作底孔。拱坝泄流孔口在平面上多居中或对称于河床中线布置,孔口泄流一般是压力流,比堰顶溢流流速大,挑射距离远。

泄水孔的工作闸门大多采用弧形闸门,布置在出口,进口设事故检修闸门。这样不仅便于布置闸门的提升设备,而且结构模型试验成果表明,在泄水孔口末端设置闸墩及挑流坎后,由于局部加厚了孔口附近的坝体,可显著地改善孔口周边的应力状态,对于孔底的拱应力也有所改善。实践证明,孔口对坝体应力的影响是局部的,不致危及坝的整体安全。为改善局部应力的影响,可在孔口周围布置钢筋。当前国内外成功地在双曲拱坝的坝身上采用大孔口泄洪,这是拱坝技术的新发展。