教学难点：溢洪道存在的主要问题及原因以及主要处理措施。 教学过程：

组织教学：师生问好，清查人数。

复习提问：侧槽式溢洪道由几部分组成？非常溢洪道的哪三种形式？

导入新课：溢洪道在运用中存在的主要问题是泄洪能力不足、闸墩开裂、闸底板开裂、陡坡

底板被掀起、边墙冲毁、消能工破坏等。

讲授新课：

第五节 溢洪道的运用管理

一、存在的主要问题及原因

溢洪道在运用中存在的主要问题是泄洪能力不足、闸墩开裂、闸底板开裂、陡坡底板被掀起、边墙冲毁、消能工破坏等。

1.泄洪能力不足

在我国241座大型水库的1000次事故中，因泄洪能力不足而漫坝失事的占42%，因超设计标准洪水而漫坝失事的占9.5%。

造成溢洪道泄洪能力不足的原因主要包括：

①设计资料不全，如降雨资料不准、系列较短、水库积水面积计算差别大等； ②计算方法与实际差别较大，如设计洪水标准确定和溢洪道泄洪能力计算； ③进口增设拦鱼栅及闸前堆渣等障洪物； ④引水渠水头损失考虑不足或根本未计入； ⑤大坝沉降使溢洪道的堰顶水头达不到设计要求等。 2．闸墩和底板开裂

建在岩基上的河岸溢洪道，闸墩开裂部位比较规则，多在牛腿前1~2m范围内。主要原因是温度应力，由于岩石和混凝土的线膨胀系数、弹模及泊桑比不同，在温度作

用下，二者的伸缩率亦不同。温升时，墩的两端可自由伸长其伸长率大，岩基的伸长率小，故岩基对闸墩有约束作用，所以墩处于受压状态。温降时，混凝土收缩率大，而岩石收缩率小，故在闸墩内底部处于受拉状态，其拉应力超过闸墩底部抗拉强度时，将在墩底中间部位开裂。

闸墩开裂的主要原因包括：

①墩的几何尺寸，若用H表示墩高，B表示墩长，一般要求B/H＜2，随着墩长的增加则出现裂缝的条数和延伸高度亦相应增加；

②温差的影响，实践证明，均匀温差产生的应力是主要原因，而墩的内外温差产生的应力是次要的，一般墩的表面裂缝是因墩内外温差引起，而墩的贯穿性裂缝易出现在均匀温差较大的情况；

③基础的约束作用，闸墩温度应力大小与混凝土弹性模量Ec和岩石的弹性模量Ef之比Ec/Ef成反比，即水平温度应力随Ec/Ef减小而增大，或认为基础弹模增大，温度应力将增大，破坏越严重；

④混凝土蠕变的影响；

⑤混凝土闸墩仅靠多配钢筋用以防止裂缝出现是无用的，因为闸墩开裂前钢筋最大拉应力较小，只是开裂后，钢筋应力才显著增加。

3．陡坡底板被掀起及边墙冲毁

高速水流对泄槽的破坏原因的主要因素如下：

①泄水槽高速水流掺气，而导致水深的增加，若边墙保护高度不足时，将直接冲毁边墙，一般平均流速超出6~7m/s时，空气将大量掺入水中而形成乳白色的掺气水流；

②受地形限制，进口收缩不对称、槽身转弯、出口扩散布置时，槽内水流易发生侧向水跃、菱形冲击波及掺气现象，槽内流态紊乱、破坏力强，同时菱形冲击波的作用，也严重恶化了下游的消能条件，并且需要加高边墙高度，以防止边墙冲毁；

③槽内流速大、流态差，易产生气蚀破坏而使接缝破坏等现象；

④施工质量差、平整度不满足要求，接缝不合理，强度不够，维护不及时造成局部气蚀； ⑤陡槽底板下部扬压力过大、排水失效；

⑥基础为土基或风化带未清理干净，泡水后强度降低及不均匀沉陷，底板掏空等造成破坏。 4．消能设施的破坏

大中型水库枢纽中的溢洪道多采用底流和挑流两种消能形式，在工程选用中，消能设施破坏的主要原因如下：

①底流消能时，消力池尺寸过小，不满足水跃消能的要求；护坦的厚度过于单薄，底部反滤层不符合要求；平面形状布置不合理，扩散角偏大造成两侧回流，压迫主流而形成水流折冲现象；消力池上游泄水槽采用弯道，进入消力池单宽流量沿进口宽分布不均，水流紊乱、气蚀等；施工质量差、强度不足，结构不合理，维护不及时等均能引起消力池的破坏。

②挑流消能时，挑距达不到设计要求，冲坑危及挑坎和防冲墙；反弧及挑坎磨损、气蚀，使其表面高低不平而不能正常运用；采用差动式挑流鼻坎时，在高坎的侧壁易产生气蚀破坏，实际工程运用表明：差动式挑流高、低坎挑角差Δθ的大小是影响气蚀的主要原因，一般Δθ越大，越易产生气蚀；挑坎上过流量较小，易产生贴壁流，直接陶刷防冲墙的基础，并且挑出的水流向两侧扩散，冲刷两岸岸坡；设计不合理、地质条件差、施工质量低、强度不足及维护不及时等都会造成挑流设施的破坏。

二、主要处理措施

1．泄洪能力不足的处理 主要应采取以下措施：

（1）加高大坝，增加蓄水能力。（2）加大溢洪道泄洪断面。

（3）改建溢洪设施。改建的方法一般包括降低溢流堰高程、宽顶堰改实用堰、增建闸门、改变布置和结构型式、尺寸或提高衬砌质量等措施，充分改变水流条件，加大泄流流速和流量。以上几种方法多根据工程实际情况进行结合运用。

（4）增设泄洪设施。为防御超标准洪水，在原有泄洪设施情况下可增设以下泄洪设施：

①增设非常溢洪道；②增设泄洪隧洞或涵管，此法泄洪能力有限且超泄能力低，故应慎重对待；③增设副坝或自溃坝，这是较为常用的临时建筑物，主要用来渲泄非常洪水，这是较为经济的一种简易泄洪设施。

（5）清除阻洪设施。溢洪道进口阻洪设施主要有临时桥梁、拦鱼栅、随意弃渣、漂浮物及两岸山坡的滑坡体等，要求在汛期来临时，及时拆除和清理干净，以防影响行洪安全。

2．闸墩和底板开裂处理

处理闸墩和底板开裂应根据具体情况而定。可采用埋设辐射筋及环氧砂浆封面的方法，取得了较好的效果。这种方法是先在墩的表面凿槽，用环氧砂浆和预埋螺栓固定一端，另一端通过牛腿锚定加拉，使钢筋受拉产生拉应力，把钢筋放在槽内，然后用环氧砂浆进行封闭。

闸墩开裂与地基的约束有关，而地基约束在温差作用下闸墩内产生温度应力的大小与闸墩的B/H有关，通常B/H≥2时温度应力在闸墩中间部位明显增加，即出现贯穿性裂缝的条数和裂缝延伸高度亦明显增加。

因此，应适当控制闸墩在岩基上的长度，一般要求在墩满足自身稳定和应力要求前提下尽量使B/H＜2为宜。

裂缝的其它处理方法，可参考混凝土重力坝及其它有关资料。 3．陡坡底板和边墙破坏的处理

（1）改善陡槽水流条件。主要方法包括：

①陡槽尽量布置成直线，不变底坡，当陡槽底坡采用变坡时，应用曲线连接，以避免产生负压、气蚀； ②平面上尽量使陡槽入口收缩角不超过10°左右；

③弯道上水流条件改善，由于地形所限而导致转弯较急时，可在进弯时设置分流隔墩如图6-35所示，墩形可做成流线形，使断面横比降经隔墩而分散，从而可以降低侧墙的高度，同时起导流作用，但要注意在高速水流作用下，易引起隔墩局部边壁的气蚀。

（2）修复处理破坏部位。泄水槽底板与边墙的工作条件是较复杂的，承受水压力、脉动压力、渗透压力、浮托力等作用，并受温度变化、冻融交替产生的伸缩应力影响，还要抵抗风化、磨蚀、气蚀等作用，一旦发生破坏现象，应及时进行修复处理。

具体方法较多，处理时应视其原因而采取不同措施，作到“封”、“通”、“压”、“光”。 “封”指截断渗流，如采用防渗帷幕、齿墙、止水等防渗措施；

“通”指排水系统要畅通，底板下面未做排水或排水被堵塞，将会产生很大的扬压力，造成底板被掀起、折断或淘空，如山西漳泽水库溢洪道净宽40m，设计流量1055m3/s，1975年7月第一次过洪水时，流量为60m3/s，泄槽段底板有4块被掀起裂缝，另一块被冲走，主要原因是地下水位较高，排水管路被堵死使扬压力升高引起的，事后疏通了排水管；

“压”指利用底板自重、衬砌上游块压住下游块或在缝中设键槽相互挤压等措施，使底板不被掀起； “光”指要求底板、边墙的表面光滑平整，施工时残留废渣、砂浆块、钢筋头等不平整因素应彻底清除，以防止气蚀破坏。

4．消能设施破坏的处理

底流消能设施破坏的处理可参考水闸管理中有关内容。挑流消能设施存在的主要问题有气蚀破坏、挑距不足、贴壁流及局部破坏等，处理时应按不同情况具体对待。如改善结构布置形式、提高结构抗蚀抗冲能力、向低压区补气防蚀等措施。

为了防止挑距过近，应正确选择挑射角，对于重要工程应进行模型试验，对于一般中小型工程，选择时要考虑设计和校核流量，还要兼顾小流量时运用，以防挑不出去或贴壁下流，淘刷挑流鼻坎下面的防冲墙脚，山东省曾运用优选法选择挑射角认为选用27°左右较为合适，最好结合模型试验选择。

对于挑流消能因出口水流扩散冲刷岸坡问题，西北水科院曾通过试验提出了改进型的异形鼻坎，即挑流鼻坎不是用一个反弧曲线，而是在反弧段做成一定的横比降，水流挑出后在垂直方向上集中，因水流的出坎挑角各不相同，因此，挑出后的水流将沿下游河床在较长的距离上跌落，可以减轻河岸的冲刷深度。如龙羊峡和安康水电站均采用了这种消能形式，效果较好，因其河道较狭窄，无论采用连续式或者差动式消能，挑出水流都会冲刷岸坡。

差动式高坎易产生边壁气蚀问题，除选择合理的挑角Δθ外，还可在高坎侧壁开通气孔，通气孔的位置应在负压部位可稍偏向上游，如新安江水电站溢流坝后差动式鼻坎在高坎侧壁通入φ=28cm的通气管，把空气送至气蚀部位，消除了气蚀现象。

总结：本节重点讲述了溢洪道存在的主要问题及原因以及主要处理措施。

复 习 题

溢洪道在运用中存在的主要问题是什么？