溢洪道设计规范5166-2002(很全)

前言本规范是根据水利部水利水电规划设计管理局水规局技[1997]7号文《关于印发水利水电勘测设计技术标准修订工作会议有关文件的通知》,对SDJ341-89《溢洪道设计规范》(以下简称原《规范》)修订而成.本规范保留了原《规范》的章节结构,共分为总则,溢洪道布置,水力设计,建筑物结构设计,地基及边坡处理设计,安全监测设计等六章,并有五个附录.本规范对原《规范》主要作了如下修改：(1)明确本规范使用范围为大中型水利水电工程中岩基上的1,2,3级河岸式溢洪道,删去了原《规范》中兼顾厂顶溢流,厂前挑流及泄洪隧洞出口的水力设计的内容.(2)充实了关于侧槽溢洪道的内容,并增加了关于面流戽流消能布置的内容.对进水渠直线段长度,首末端底宽比,泄槽弯道半径等规定了具体数值.(3)水力设计方面,在实用堰堰顶负压,WES堰,宽顶堰泄流能力,侧槽内横向水面差,边墙脉动压力,挑流鼻坎流速,泄槽收缩段,弯道及消力池等计算中,增加了若干系数的取值规定,补充了若干计算公式,图表.在防空蚀设计中,综合国内外近期研究成果,给出了若干常见体型的初生空化数,供不具备进行减压箱试验时判别能否发生空蚀.(4)在建筑物结构设计一章中,混凝土的强度指标改用了强度等级体系；按照GB50287-99《水利水电工程地质勘察规范》改写了混凝土与基岩接触面以及软弱夹层的抗剪断强度指标表；删去了堰(闸)基抗剪(纯摩)计算公式；在控制段荷载组合中,增加了完建和施工两种工况；增加了闸后段边墙的荷载组合表；增加了边墙抗倾及抗滑稳定的计算公式.(5)在地基及边坡处理一章中,增写了在确定建基面时不宜只通过开挖手段,还应考虑采取加固措施改善地基条件的内容.在边坡稳定分析中,采用了在传统基岩分类基础上,考虑岩层结构与边坡的几何关系的分类法,并将各类岩体可能失稳方式和常见处理措施一并列于附录D中.(6)将观测设计更名为安全监测设计,且将巡视检查列入监测内容,将仪器监测分为必设和选设两类,不再沿用《原规范》中一般性,专门性观测的分类.本规范的归口管理单位和解释单位：水利部水利水电规划设计总院本规范修订的主编单位：水利部天津水利水电勘测设计研究院本规范的主要起草人：李启业郭竟章夏毓常牟广丞倪世生目次1总则2溢洪道布置2.1一般规定2.2进水渠2.3控制段2.4泄槽2.5消能防冲设施2.6出水渠3水力设计3.1一般规定3.2进水渠3.3控制段3.4泄槽3.5消能防冲3.6出水渠3.7防空蚀设计4建筑物结构设计4.1一般规定4.2进水渠衬护4.3控制段4.4泄槽底板4.5挑流鼻坎4.6消力池护坦4.7边墙4.8下游防冲5地基及边坡处理设计5.1一般规定5.2地基开挖5.3固结灌浆5.4地基防渗和排水5.5断层,软弱夹层及岩溶处理5.6边坡开挖及处理6安全监测设计6.1一般规定6.2监测项目附录A水力设计计算公式附录B控制堰(闸)基础,堰体抗滑稳定抗剪断参数附录C荷载计算公式附录D边坡岩体稳定性分类及处理措施附录E水力监测设计要求本规范用词,用语的说明1总则1.0.1为了在溢洪道设计中贯彻执行国家的技术经济政策,做到安全适用,经济合理,技术先进,制定本规范.1.0.2本规范适用于大,中型水利水电工程中岩基上的1,2,3级河岸式溢洪道的设计,4,5级溢洪道设计可参照使用.1.0.3溢洪道洪水标准应根据溢洪道的级别,按照SL252-2000的规定确定.1.0.4设计溢洪道时,应充分掌握和认真分析气象,水文,泥沙,地形,地质,地震,建筑材料,生态与环境及坝址上下游河流规划要求等基本资料,特别是工程地质和水文地质资料.并应认真考虑施工和运用条件.1.0.5大型工程或水力条件较复杂的中型工程的溢洪道,应进行水工模型试验,论证其布置及水力设计的合理性；并根据防洪规划要求,确定溢洪道运行和闸门启闭方式.1.0.6溢洪道的设计除应符合本规范外,尚应符合国家现行有关标准的规定.2溢洪道布置2.1一般规定2.1.1河岸式溢洪道布置可包括进水渠,控制段,泄槽,消能防冲设施及出水渠.2.1.2溢洪道的布置应根据地形,地质,工程特点,枢纽布置,坝型,施工及运用条件,经济指标等综合因素进行全面考虑.当具备合适的地形,地质条件时,经技术经济比较论证,溢洪道可布置为正常溢洪道和非常溢洪道.正常溢洪道和非常溢洪道宜分开布置.如采用集中布置,需充分论证.非常溢洪道宜采用开敞式,经论证亦可采用自溃坝式.2.1.3溢洪道布置应结合枢纽总体布置全面考虑,避免泄洪,发电,航运及灌溉等建筑物在布置上的相互干扰.溢洪道布置应合理选择泄洪消能布置和型式,出口水流应与下游河道平顺连接,避免下泄水流对坝址下游河床和岸坡的严重淘刷,冲刷以及河道的淤积,保证枢纽其它建筑物的正常运行.2.1.4溢洪道的泄量,溢流前缘总宽度及堰顶(或闸底板)高程等应根据下列因素通过技术经济比较选定：1水库特性,河段防洪规划.2与其它泄水建筑物在布置和运用上的协调.3地形,地质条件,下游河床及两岸抗冲能力.4河道特性及消能要求.5与相邻建筑物的连接.6闸门型式及定型尺寸.7运用及维修条件.8造价.2.1.5当设有正常,非常溢洪道时,正常溢洪道的泄洪能力,不应小于设计洪水标准下所要求的泄量.非常溢洪道宣泄超过正常溢洪道泄流能力的洪水.非常溢洪道的启用标准应根据工程等级,枢纽布置,坝型,洪水特性及标准,库容特性及对下游的影响等因素确定.溢洪道启用时,水库最大总下泄量不应超过坝址同频率的天然洪水.非常溢洪道控制段下游各部分结构,可结合地形,地质条件适当简化.2.1.6正常溢洪道在布置和运用上可分为主,副溢洪道,应根据地形,地质条件,枢纽布置,坝型,洪水特性及对下游的影响等因素研究确定.主溢洪道宜按宣泄常遇洪水泄量设计,副溢洪道宜按宣泄设计洪水泄量与主溢洪道泄量之差值设计.副溢洪道控制段以下部分的结构可根据实际条件适当简化.2.1.7溢洪道的位置应选择有利的地形和地质条件布置在岸边或垭口,并宜避免开挖而形成高边坡.当两岸坝肩山势陡峻而布置上又需要较大的溢流前缘宽度时,可采用侧槽式或其他型式的进口.2.1.8溢洪道应布置在稳定的地基上,并应充分注意建库后水文地质条件的变化对建筑物及边坡稳定的不利影响.2.1.9溢洪道进,出口的布置,应使水流顺畅.溢洪道轴线宜取直线.如需转弯时,宜在进水渠或出水渠段内设置弯道.2.1.10当溢洪道靠近坝肩布置时,其布置及泄流不得影响坝肩及岸坡的稳定.在土石坝枢纽中,当溢洪道靠近坝肩时,与大坝连接的接头,导墙,泄槽边墙等必须安全可靠.2.1.11溢洪道的闸门启闭设备及基础抽排水设备,应设置备用电源,保证供电可靠.2.2进水渠2.2.1进水渠的布置应遵循下列原则：1选择有利的地形,地质条件.2在选择轴线方向时,应使进水顺畅.3进水渠较长时,宜在控制段之前设置渐变段,其长度视流速等条件确定,不宜小于2倍堰前水深.4渠道需转弯时,轴线的转弯半径不宜小于4倍渠底宽度,弯道至控制堰(闸)之间宜有长度不小于2倍堰上水头的直线段.2.2.2进水渠进口布置应因地制宜,使水流平顺入渠,体型宜简单.当进口布置在坝肩时,靠坝一侧应设置顺应水流的曲面导水墙,靠山一侧可开挖或衬护成规则曲面.当进口布置在垭口面临水库时,宜布置成对称或基本对称的喇叭口型式.2.2.3进水渠底宽顺水流方向收缩时,进水渠首,末端底宽之比宜在1.5~3之间,在与控制段连接处应与溢流前缘等宽.底板宜为平底或不大的反坡.2.2.4基岩上的进水渠渠底可不衬护.当水头损失较大或不满足不冲流速要求时,是否衬护,应通过经济比较确定.当岩性差时,应进行衬护.2.2.5进水渠的直立式导墙的平面弧线曲率半径不宜小于2倍渠道底宽.导墙顺水流方向的长度宜大于堰前水深的2倍,导墙墙顶高程应高于泄洪时最高库水位.紧靠土石坝坝体的进水渠,其导墙长度以挡住大坝坡脚为下限.距控制段2倍堰前水深距离以内的导墙,其墙顶应高出泄洪时最高库水位；2倍堰前水深长度以远的导墙,可设置为下潜式,其墙顶应超出坝面适当高度.2.3控制段2.3.1控制段设计应包括控制泄量的堰(闸)及两侧连接建筑物.2.3.2控制堰(闸)轴线的选定,应满足下列要求：1统筹考虑进水渠,泄槽,消能防冲设施及出水渠的总体布置要求.2建筑物对地基的强度,稳定性,抗渗性及耐久性的要求.3便于对外交通和两侧建筑物的布置.4当控制堰(闸)靠近坝肩时,应与大坝布置协调一致.5便于防渗系统的布置,堰(闸)与两岸(或大坝)的止水,防渗排水系统应形成整体.2.3.3控制堰的型式应根据地形,地质条件,水力条件,运用要求,通过技术经济综合比较选定.堰型可选用开敞式或带胸墙孔口式的实用堰,宽顶堰,驼峰堰等型式.开敞式溢流堰有较大的超泄能力,宜优先选用.堰顶是否设置闸门,应从工程安全,洪水调度,水库运行,工程投资等方面论证确定.2.3.4侧槽式溢洪道的侧堰可采用实用堰,堰顶可不设闸门.侧槽断面宜采用窄深式梯形断面.靠山一侧边坡可根据基岩特性确定,靠堰一侧边坡可取1:0.5~1:0.9.2.3.5闸墩的型式和尺寸应满足闸门(包括门槽),交通桥和工作桥的布置,水流条件,结构及运行检修等要求.2.3.6控制堰(闸)的工作桥,交通桥布置,应根据闸门启闭设备,运行,观测,检修和交通等要求确定.当有防洪抢险要求时,交通桥与工作桥必须分开设置,桥下净空应满足泄洪,排凌及排漂浮物的要求.表2.3.7安全超高下限值单位：m运用情况控制段建筑物级别123挡水0.70.50.4泄洪0.50.40.32.3.7控制段的闸墩,胸墙或岸墙的顶部高程,在宣泄校核洪水时不应低于校核洪水位加安全超高值；挡水时应不低于设计洪水位或正常蓄水位加波浪的计算高度和安全超高值.波浪的计算高度取平均波高hm加上波浪中心线与设计水位的高差hh，hm按附录C.4.1公式计算,hh按附录C.4.2的公式计算,安全超高下限值见表2.3.7.当溢洪道紧靠坝肩时,控制段的顶部高程应与大坝坝顶高程协调一致.2.4泄槽2.4.1在选择泄槽轴线时,宜采用直线.当必须设置弯道时,弯道宜设置在流速较小,水流比较平稳,底坡较缓且无变化的部位.2.4.2泄槽在平面上设置弯道时,宜满足下列要求：1横断面内流速分布均匀.2冲击波对水流扰动影响小.3在直线段和弯段之间,可设置缓和过渡段.4为降低边墙高度和调整水流,宜在弯道及缓和过渡段渠底设置横向坡.5矩形断面弯道的弯道半径宜采用6~10倍泄槽宽度.泄量大,流速高的泄槽,弯道参数宜通过水工模型试验确定.2.4.3泄槽的纵坡,平面及横断面布置,应根据地形,地质条件及水力条件等进行经济技术比较确定.1泄槽纵坡宜大于水流的临界坡.当条件限制需要变坡时,纵坡变化不宜过多,且宜先缓后陡.2泄槽横断面宜采用矩形断面.当结合岩石开挖采用梯形断面时,边坡不宜缓于1:1.5,并应注意由此引起的流速不均匀问题.3泄槽沿轴线宜为等宽,当需要变化泄槽宽度时,变化角度可按附录A.3.3确定.2.5消能防冲设施2.5.1溢洪道消能防冲设施的型式应根据地形,地质条件,泄流条件,运行方式,下游水深及河床抗冲能力,消能防冲要求,下游水流衔接及对其他建筑物影响等因素,通过技术经济比较选定.河岸式溢洪道可采用挑流消能或底流消能,亦可采用面流,戽流或其他消能型式.2.5.2溢洪道消能防冲建筑物的设计洪水标准：1级建筑物按100年一遇洪水设计；2级建筑物按50年一遇洪水设计；3级建筑物按30年一遇洪水设计.同时,还应考虑宣泄低于消能防冲设计洪水标准的洪水时可能出现的不利情况.对超过消能防冲设计标准的洪水,允许消能防冲建筑物出现部分破坏,但不应危及大坝及其它主要建筑物的安全,且易于修复,不得长期影响枢纽运行.消能防冲建筑物的校核洪水标准可低于溢洪道的校核洪水标准,应根据枢纽布置及泄洪对枢纽安全的影响程度具体选定.但消能防冲建筑物的局部破坏危及大坝及挡水建筑物安全时,应采用与大坝及挡水建筑物相同的校核洪水标准进行校核.2.5.3选定的消能设施,应符合2.1.3的规定,并应保证在宣泄消能防冲设计洪水流量及以下各级流量,尤其是在宣泄常遇洪水时消能效果良好,结构可靠,并能防空蚀,