溢洪道设计规范.doc

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SL 252-2000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

1
2
3
挡　　水
0.7
0.5
0.4
泄　　洪
0.5
0.4
0.3
2.3.7　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,抗磨损和抗冻害,必要时可采用相应措施.淹没于水下的消能工宜考虑检修条件.
2.5.4　挑流消能可用于岩石地基的高,中水头枢纽.溢洪道挑流消能设施的平面型式可采用等宽式,扩散式,收缩式.挑流鼻坎可选用连续式,差动式和各种异型鼻坎等.
2.5.5　当采用挑流消能时,应慎重考虑挑射水流的雾化和多泥沙河流的泥雾对枢纽其它建筑物及岸坡的安全和正常运行的影响.
2.5.6　当采用挑流消能遇有下列情况时,必须采取妥善措施处理：
1　地基中存在延伸至下游的缓倾角软弱结构面及断层破碎带,有可能被冲坑切断,危及建筑物的安全.
2　岸坡有可能被冲塌,危及坝肩稳定,堵塞出水渠或下游河道.
3　下游涌浪及回流危及大坝与其他建筑物的安全和正常运行.
2.5.7　底流消能可用于各种地基,或设有船闸,渔道等对流态有严格要求的枢纽.底流消能设施可采用平底式,斜坡式,扩散式,收缩式等消力池及各种型式的辅助消能工,必要时可设多级消力池,并应注意泥沙磨蚀问题.
2.5.8　面流消能可用于下游尾水大于跃后水深且水位变幅不大,河床及两岸在一定范围内有较高的抗冲能力,或有排冰要求的枢纽.
2.5.9　消力戽或戽式消能工可用于下游水深大于跃后水深,下游河床及两岸有一定抗冲能力的枢纽,有排泄漂浮物要求时不宜采用.消力戽下游宜设置导墙.
2.6　出　水　渠
2.6.1　当溢洪道下泄水流经消能后不能直接泄入河道而造成危害时,应设置出水渠.
2.6.2　选择出水渠线路应经济合理,其轴线方向应顺应下游河势.出水渠宽度应使水流不过分集中,并应防止折冲水流对河岸有危害性的冲刷.
3　水　力　设　计
3.1　一　般　规　定
3.1.1　溢洪道水力设计宜包括如下内容：
1　泄流能力计算.
2　水流边界体形设计.
3　水面线及压坡线计算.
4　弯道水力计算.
5　消能防冲水力设计.
6　高速水流区防空蚀设计.
对于大型工程及水力条件较复杂的中型工程,上述各项水力设计内容,均应经溢洪道水工模型试验验证.
3.1.2　溢洪道的水力设计应满足下列要求：
1　泄流能力必须满足设计和校核工况下所要求的泄量,设计和校核洪水标准按1.0.3执行.
2　消能防冲设计的洪水标准按2.5.2执行.
3　体型合理,简单,水流平顺,稳定,并避免发生空蚀.
4　下泄水流流态及水流对河床的冲淤满足2.1.10的要求.
3.1.3　溢洪道沿程水头损失计算中的糙率系数,可按附录A.7查用.局部水头损失计算中的局部阻力系数,可根据有关资料分析选用.
3.2　进　水　渠
3.2.1　进水渠水力设计应使渠内水流平顺,稳定,水面波动及横向水面比降小,并应避免回流和漩涡.
3.2.2　进水渠中的设计流速应大于悬移质不淤流速,小于渠道不冲流速,且水头损失较小.不满足上述规定时,应进行论证.渠道设计流速宜采用3~5m/s.
3.2.3　渠道水面线可由引水渠首部到位于堰前3~5倍堰上水头处的控制断面之间建立能量方程,用分段求和法计算.
3.3　控　制　段
3.3.1　开敞式实用堰(包括正堰和侧堰),堰顶下游堰面宜优先采用WES型幂曲线,堰顶上游堰头可采用双圆弧,三圆弧或椭圆曲线.堰面曲线可按附录A.1.1,附录A.1.2计算.
3.3.2　当选择低实用堰时,宜取上游堰高P1≥0.3Hd,下游堰高P2≥0.6Hd,Hd为堰面曲线的定型设计水头.堰面曲线下接直线段,坡度宜陡于1:1.
3.3.3　当堰顶以上最大水头与孔口高度的比值Hmax/D＞2时,或闸门全开仍属孔口泄流时,孔口下游堰面曲线宜采用抛物线,可按附录A.1.4计算.胸墙底缘可采用椭圆,圆弧或其它型式.
3.3.4　堰高小于3m的低堰,可采用宽顶堰或驼峰堰.驼峰堰堰面曲线参数可按附录A.1.5选用.
3.3.5　实用堰堰顶附近堰面压力应符合下列规定：
1　对于常遇洪水闸门全开情况,堰面不应出现负压.
2　对于设计洪水闸门全开情况,堰顶附近负压值不得大于0.03MPa.
3　对于校核洪水闸门全开情况,堰顶附近负压值不得大于0.06MPa.
堰顶附近的堰面负压值可按附表A.1.3查得.
3.3.6　控制堰(闸)的泄流能力,可根据不同堰型选用本规范附录A.2中的公式计算.
3.3.7　闸墩墩头型式,应满足过堰(闸)水流平顺的要求,可采用圆弧或其他曲线型式.墩尾可采用曲线型或齐头型.门槽型式可按SL74《水利水电工程钢闸门设计规范》选用.
3.3.8　实用堰末端与泄槽连接的反弧半径R可取3~6倍反弧最低点最大水深.流速大时取大值.
3.4　泄　槽
3.4.1　泄槽段的水力设计,应根据布置和最大流量计算诸水力要素,确定水流边壁的体型,尺寸及需要采取的工程措施.
3.4.2　泄槽段的水面线,应根据能量方程用分段求和法计算,计算中应正确确定起始计算断面及其水深.计算公式见式(A.3.1).
3.4.3　当泄槽水流掺气时,应考虑水流掺气后的水深.掺气水深可按附录A.3.2中的公式计算.
3.4.4　当泄槽段内布置收缩段时,收缩角可按式(A.3.3-2)计算,对于收缩角较大的收缩段,应进行急流冲击波验算,计算公式见式(A.3.3-1).对于收缩角小于6°者,可不进行冲击波验算.
3.4.5　当泄槽在平面上布置弯道时,应计算弯道段横向水位差.计算公式见附录A.3.4.
3.4.6　侧槽溢洪道中侧槽段水力设计应满足下列要求：
1　侧槽底坡i,应取单一坡度,且小于按侧槽末端断面临界水深hke计算出的临界底坡ike.在宣泄设计流量时,槽内应为缓流.
2　侧槽首端断面水深超过堰顶的高度hs应小于堰上水头Ho的一半,保证侧槽内为非淹没出流.
3　侧槽首,末端断面底宽比bu /be 可采用0.5~1.0.
4　侧槽内和槽末断面处均不得产生水跃.槽末宜设调整段,不宜紧接收缩段,弯道段.调整段长度L2 可采用(2~3)hke,底坡宜水平.尾部升坎高度d可采用0.1~0.2倍泄槽首端断面临界水深hk .
5　侧槽段横向水面差应限制在一定范围内,靠山一侧水面壅高△h宜取平均水深h的10%~25必要时应经水工模型试验确定.
侧槽段水力计算公式见附录A.3.5.
3.4.7　泄槽段底坡变化处,应采用曲线连接：当底坡由缓变陡时,可采用抛物线连接,抛物线方程可按附录A.3.6计算；当底坡由陡变缓时,可采用圆弧连接,圆弧半径R可采用3~6倍变坡处的断面水深h,流速大者宜取用大值.
当泄槽段设置掺气减蚀设施时,在其保护范围内,变坡处的连接方式可不受上述限制.
3.4.8　泄槽段边墙高度,应根据计入波动及掺气后的水面线,再加上0.5~1.5m的超高.对于收缩(扩散)段,弯道段等水力条件比较复杂的部位,宜取大值.
3.5　消　能　防　冲
3.5.1　挑流消能水力设计,应对各级流量进行系列计算.挑流水舌抛距,最大冲坑深度可按附录A.4计算公式及图表计算.
安全挑距,水舌入水宽度,允许最大冲坑深度的确定,应以不影响鼻坎基础,两岸岸坡的稳定及保证相邻建筑物的安全为原则.冲刷坑上游坡度,应根据地质情况确定,宜在1:3~1:6之间选用.同时,还应考虑贴壁流和跌流的冲刷及其防护措施.
3.5.2　挑流鼻坎段反弧半径R可采用反弧最低点最大水深h的6~12倍.对于泄槽底坡较陡,反弧段内流速及单宽流量较大者,反弧半径宜取大值.
3.5.3　挑流鼻坎挑角,应经比较选定,可采用15°~35°.当采用差动式鼻坎时,应合理选择反弧半径,高低坎宽度比,高程差及挑角差.亦可视需要采用通气孔等减蚀措施.
3.5.4　挑流鼻坎高程应通过比较选定,在保证能形成自由挑流情况下,可略低于下游最高水位.
3.5.5　底流消能防冲的水力设计,应满足下列要求：
1　保证消力池内形成低淹没度稳定水跃,并应避免产生两侧回流.
2　消力池宜采用等宽的矩形断面.
3　护坦上是否设置辅助消能工,应结合运用条件综合分析确定.当跃前断面平均流速超过16~18m/s时,池内不宜设置趾墩,消力墩等辅助消能工.
3.5.6　底流消能的水力设计,应对各级流量进行计算,确定池底高程,池长及尾坎布置等.消力池两侧边墙高度,可根据跃后水深加适当超高确定.对于不设辅助消能工的消力池水力计算,可按附录A.5进行.
3.5.7　当消力池的出池水流流速超过基岩的允许抗冲流速时,或当消力池下游河床为非岩基时,应设置防冲齿墙,海漫,防冲槽等保护措施,按SD133《水闸设计规范》有关规定执行.
3.5.8　当采用各种异型挑流鼻坎,扩散(收缩)式消力池,或池内设置辅助消能工时,其体型,布置和水力计算应经水工模型试验验证.
3.6　出　水　渠
3.6.1　出水渠水流应平顺,稳定,不产生冲刷破坏.
3.6.2　渠道的水面线,可根据下游控制断面水位流量关系,按能量方程计算.
3.7　防　空　蚀　设　计
3.7.1　应重视溢洪道下列部位和区域的防空蚀设计：
1　闸墩,门槽,溢流面,平面收缩(扩散)段,平面弯曲段,陡坡变坡处,反弧段及其下游段,水流边界突变处.
2　异型鼻坎,分流墩,消力墩及趾墩处.
3　水流空化数较小的部位.
3.7.2　溢洪道各部位的水流空化数σ应大于该处体型的初生空化数σi .水流空化数的计算按式(A.6.1)进行.若干体型的初生空化数及空蚀发生与否的判别标准,见附录A.6.2,和附录A.6.3.
3.7.3　对于容易发生空蚀的部位和区域,可采用下列防空蚀措施：
1　选择合理的体型.
2　控制水流边界壁面的局部不平整度,包括混凝土施工中留下的接缝错台,模板印痕,钢筋头,混凝土表面的凹凸不平及其它突体,跌坎等.其标准可按附录A.6.4执行.
3　当流速超过35m/s时应设置掺气减蚀设施,其布置要求及水力设计,按附录A.6.5~附录A.6.8执行.
4　选用合理的运行方式.
5　采用抗蚀性能好的材料.
3.7.4　在多泥沙河流上,应同时考虑挟沙水流对边壁的磨损与空蚀的联合作用,选用抗蚀耐磨性能好的材料.当采用掺气减蚀设施时,应论证泥沙磨损及淤堵问题.
4　建筑物结构设计
4.1　一　般　规　定
4.1.1　溢洪道的结构设计,应根据布置,水力设计,地基及运用条件,结合防渗,排水,止水及锚固等工程措施,在满足安全,耐久的前提下,选用经济合理的结构型式和尺寸.
4.1.2　大体积混凝土的抗压强度可采用90天龄期抗压强度值,按表4.1.2-1规定取值其余部位混凝土抗压强度可采用28天龄期抗压强度值,按表4.1.2-2规定取值,经论证亦可采用90天龄期的抗压强度,强度增长系数对于普通硅酸盐水泥取1.15,对于矿渣硅酸盐水泥取1.3.混凝土耐久性(抗渗,抗冻,抗腐蚀,抗冲刷等)指标取值按SL/T191-96《水工混凝土结构设计规范》中有关规定执行.混凝土泊松比取0.167,钢筋强度和弹模按表4.1.2-3规定取值.止水材料应具有足够的耐久性和可靠性.
表4.1.2-1　大体积混凝土强度(90天龄期)
大体积混凝土强度等级
C7.5
C10
C15
C20
C25
C30
轴心抗压强度(MPa)
5.0
6.5
9.5
12.3
15.0
17.5
表4.1.2-2　混凝土强度及弹模(28天龄期)
混凝土强度等级
C10
C15
C20
C25
C30
C35
C40
轴心抗压强度(MPa)
5.0
7.5
10.0
12.5
15.0
17.5
21.5
轴心抗拉强度(MPa)
0.65
0.90
1.10
1.30
1.50
1.65
1.80
弹性模量(104 MPa)
1.75
2.20
2.55
2.80
3.00
3.15
3.25
4.1.3　溢洪道混凝土与地基接触面，地基内岩体之间，地基内软弱夹层层面的抗剪断强度c',f’’的取值,对于大,中型溢洪道的规划,可行性研究阶段,可按附录B选用；可行性研究报告以后各设计阶段,应根据野外及室内试验成果分析确定；对于中型工程,若无条件进行野外试验时,宜进行室内试验,并参照类似工程经验及附录B选用.
4.1.4　溢洪道的混凝土结构应考虑温度应力的影响,并根据当地的气候条件,结构特点,地基约束等因素,采取必要的结构措施和施工措施.
4.1.5　溢洪道建筑物设置锚筋时,应经计算并参照类似工程的经验确定,必要时应进行锚筋抗拔试验.
表4.1.2-3　钢筋强度和弹性模量　　单位：N/mm2
种　　　　　类
抗拉强度
抗压强度
弹性模量
热轧钢筋
Ⅰ级(Q235)
210
210
2.1×105
Ⅱ级[20MnSi,20MnNb(b)]
310
310
2.0×105
Ⅲ级(20MnSiV,20MnTi,K20MnSi)
360
360
Ⅳ级(40Si2MnV,45SiMnV,45Si2 MnTi
500
400
冷拉钢筋
Ⅰ级(d≤12)
250
210
2.1×105
Ⅱ级(d≤25)
(d＝28~40)
380
360
310
310
1.8×105
Ⅲ级
420
360
Ⅳ级
580
400
冷轧
带肋
钢筋
LL550(d＝4~12)
360
360
1.9×105
LL650(d＝4~6)
430
380
LL800(d＝5)
530
380
热处理
钢筋
40Si2 Mn(d＝6)
48Si2 Mn(d＝8.2)
45Si2 Cr(d＝10)
1000
400
2.0×105
　　注：　1.在钢筋混凝土结构中,轴心受拉和小偏心受拉构件的钢筋抗拉强度值大于310N/mm2 时,仍应按310N/mm2 取用；其他构件的钢筋抗拉强度值大于360N/mm2 时,仍应按360N/mm2 取用；对于直径大于12mm的Ⅰ级钢筋,如经冷拉,不得利用冷拉后的强度；
2.成盘供应的LL550级冷轧带肋钢筋经机械调直后,抗拉及抗压强度值应降低20N/mm2 ；
3.结构构件中配有不同种类的钢筋时,每种钢筋根据其受力情况应采用各自的强度值.
4.2　进　水　渠　衬　护
4.2.1　进水渠渠底需要衬护时,可采用混凝土护面,浆砌块石或干砌块石等.
4.2.2　底板衬护厚度可按构造要求确定,混凝土衬砌厚度可取为30cm,必要时还应进行抗渗和抗浮稳定验算.
4.2.3　混凝土衬砌的分块尺寸,可按4.4.3的规定确定.
4.3　控　制　段
4.3.1　控制段的结构设计应包括：
1　结构型式选择和布置.
2　荷载计算及其组合.
3　稳定计算.
4　结构计算.
5　细部设计.
6　提出材料强度,抗冻,抗渗等指标及施工要求,特别是混凝土施工温度控制要求.
4.3.2　控制堰(闸)的结构型式,可采用分离式或整体式.分离式适用于岩性比较均匀的地基,整体式适用于地基均匀性较差的情况.
4.3.3　分离式底板,必要时应设置垂直水流向的纵缝,缝的位置和间距应根据地基,结构,气候和施工等条件确定.
分离式底板的横缝(顺水流向),根据应力传递要求可选用铅直式,台阶式,倾斜式或键槽式.
控制段范围内的结构缝,均应设置止水设施.
4.3.4　闸室的胸墙可根据运用条件选用固定式,活动式或混合式.固定式胸墙与闸墩的连接,可根据闸室的结构特点采用简支或固端.胸墙应有足够的刚度,在水压力作用下,不应产生过大变形.
4.3.5　控制堰(闸)的稳定分析可采用刚体极限平衡法.闸室基底应力及实用堰堰体应力分析可采用材料力学法,重要工程或受力条件复杂时可用有限元法.闸墩的应力分析可用材料力学法,大型闸墩宜用有限元法.宽顶堰及驼峰堰闸底板应力分析可采用材料力学法,有限元法或弹性地基梁法.
4.3.6　闸墩的型式和布置,应符合2.3.5的规定.对设置大型弧形闸门的闸墩,通过技术经济比较,可采用预应力钢筋混凝土结构.
4.3.7　作用在控制段上的荷载分为基本荷载和特殊荷载两类.
1　基本荷载：
-结构自重及其上的永久设备重量；
-正常蓄水位或设计洪水位时的静水压力(取其中一种控制情况)；
-相应于正常蓄水位或设计洪水位时的扬压力；
-相应于正常蓄水位或设计洪水位时的波浪压力；
-设计洪水位情况下泄流时的动水压力；
-土压力；
-淤沙压力；
-冰压力；
-其它出现机会较多的荷载.
2　特殊荷载：
-校核洪水位时的静水压力；
-相应于校核洪水位时的扬压力；
-相应于校核洪水位时的波浪压力；
-相应于校核洪水位时的动水压力；
-地震荷载；
-其它出现机会很少的荷载.
4.3.8　控制段结构设计的荷载组合应分为基本组合和特殊组合.基本组合由基本荷载组成；特殊组合由基本荷载和一种或几种特殊荷载组成.根据各种荷载实际同时出现的可能性,按表4.3.8选择最不利的情况进行计算.
表4.3.8　荷载组合表
荷载组合
计算情况
荷　　　载
说　　明
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
自重
静水压力
扬压力
波浪压力
动水压力
土压力
淤沙压力
冰压力
地震荷载
其它
基本组合
完建情况
Ö
-
-
-
-
Ö
-
-
-
Ö
必要时,可考虑地下水产生的扬压力
正常蓄水位情况
Ö
Ö
Ö
Ö
-
Ö
Ö
-
-
Ö

设计洪水位情况
Ö
Ö
Ö
Ö
Ö
Ö
Ö
-
-
Ö

冰冻情况
Ö
Ö
Ö
-
-
Ö
Ö
Ö
-
-
按正常蓄水位计算静水压力,扬压力
特殊组合
施工情况
Ö
-
-
-
-
Ö
-
-
-
Ö
应考虑施工过程中各个阶段的临时荷载
检修情况
Ö
Ö
Ö
Ö
-
Ö
Ö
-
-
Ö
按正常蓄水位组合(必要时可按设计
洪水位组合或冬季低水位条件)计算
静水压力,扬压力及波浪压力
校核洪水位情况
Ö
Ö
Ö
Ö
Ö
Ö
Ö
-
-
-

地震情况
Ö
Ö
Ö
Ö
-
Ö
Ö
-
Ö
-
按正常蓄水位组合计算静水压力,扬压力及波浪压力.有论证时可另作规定.
　　　注　正常蓄水位情况考虑排水失效,可按特殊组合计算.
4.3.9　作用在控制段上的荷载,应按附录C进行计算.
4.3.10　堰(闸)基底面的抗滑稳定安全系数按下列抗剪断强度公式计算：
(4.3.10)
式中K---按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；
f′---堰(闸)体混凝土与基岩接触面的抗剪断摩擦系数；
c′---堰(闸)体混凝土与基岩接触面的抗剪断凝聚力；
ΣW---作用于堰(闸)体上的全部荷载对计算滑动面的法向分量；
ΣP---作用于堰(闸)体上的全部荷载对计算滑动面的切向分量；
A---堰(闸)体与基岩接触面的截面积.
　　当堰(闸)地基内存在不利的软弱结构面时,其抗滑稳定需作专门研究.
当堰(闸)承受双向(顺水流和垂直水流方向)荷载时,还应验算其最不利荷载组合方向的抗滑稳定性
4.3.11　堰(闸)沿基底面的抗滑稳定安全系数不得小于表4.3.11规定值：
表4.3.11　抗滑稳定安全系数K值
荷载组合
按抗剪断强度公式计算的安全系数K
基本组合
3.0
特殊组合
(1)
2.5
(2)
2.3
　　注：　地震情况为特殊组合(2),其它情况的特殊组合为特殊组合(1).
4.3.12　堰(闸)基底面上的垂直正应力,应满足下列要求：
1　运用期：
1)在各种荷载组合情况下(地震情况除外),堰(闸)基底面上的最大垂直正应力σmax应
小于基岩的容许压应力(计算时分别计入扬压力和不计入扬压力)；最小垂直正应力σmin应大于零(计入扬压力).
2)地震情况下可允许出现不大于0.1MPa的垂直拉应力.3)计算双向受力情况时,基底面上可容许出现不大于0.
1MPa的垂直拉应力.双向受力并计入地震荷载时基底面可容许出现不大于0.2MPa的垂直拉应力.
2　施工期：
堰(闸)基底面上的最大垂直正应力σmax应小于基岩的容许压应力；堰(闸)基底面下游端的最小垂直正应力σmin可容许有不大于0.1MPa的拉应力.
4.3.13　溢流堰体上游面的铅垂方向最小正压应力(计入扬压力)应大于零.不满足此项要求时应配置钢筋.
4.3.14　用材料力学法分析堰(闸)断面的应力分布时,当结构和受力均对称时,可按单向偏心受压公式计算.当结构不对称或受力不对称时,可按双向偏心受压公式进行计算.
4.3.15　闸墩及其底板,应根据闸室的结构型式和运用条件进行下列情况的稳定和应力分析：
1　闸墩两侧工作闸门全关闭.
　　2　闸墩一侧工作闸门关闭,另一侧闸门全开启泄洪.
　　3　闸墩一侧工作闸门关闭,另一侧检修闸门关闭.
　　4　其它不利的运用条件.
4.3.16　分离式底板应校核其抗浮稳定性,必要时应采取排水和锚固等措施.
4.3.17　对于闸墩上的闸门槽和弧门铰支座应进行强度核算.对闸室的上部结构,应进行强度,配筋,变形和限裂计算,有抗震要求的尚应进行抗震设计.
4.3.18　对于大型和受力条件复杂的中型工程的控制段的结构设计,应根据具体情况选用多种方法进行分析比较,必要时宜进行结构模型试验,验证各部位的应力状态.
4.4　泄　槽　底　板
4.4.1　泄槽底板的厚度,应考虑溢洪道的规模及其与坝的相对位置,沿线的工程地质和水文地质条件,水力特性,气候条件,水流中挟沙情况等因素,并根据类似工程经验进行类比确定.泄槽底板的厚度不应小于0.3m.
4.4.2　泄槽底板可采取防渗,排水,止水,锚固等必要的工程措施.
泄槽底板在消力池最高水位以下的部分,应按消力池护坦设计.
4.43　泄槽底板应设置结构缝,其位置应满足结构布置要求.分块尺寸应考虑气候特点,地基约束情况,混凝土施工(特别是温控)条件,比照类似工程经验确定,其纵,横缝间距可采用10~15m.
4.4.4　泄槽底板的纵,横缝一般可采用平缝.当地基不均匀性明显时,横缝宜采用半搭接缝,全搭接缝或键槽缝.
4.4.5　溢洪道泄槽底板的纵,横缝(包括与相邻建筑物的分缝),宜设止水.
4.4.6　对于可能发生不均匀沉陷或不设锚筋的泄槽底板,宜在板块上游端设置齿槽,并采用上下游板块的全搭接横缝.也可在板块上,下游端均设齿槽,但不应只在板块下游端设置齿槽.
4.5　挑　流　鼻　坎
4.5.1　挑流鼻坎在泄洪时所