浅谈翼墙的设计(1).doc

1 浅谈翼墙的设计(1) 摘要: 水工建筑物的进出口两侧都有翼墙布置, 其作用是: 上游翼墙主要是促成水流的良好收缩, 引导水流平顺而均匀地进闸, 并保护岸坡不致受行近流速的刷蚀。下游翼墙是引导水流出闸, 使出闸水流逐渐均匀扩散不致发生回流、漩涡或横流, 以免冲击岸坡。两者上上下游衔接的过渡段, 它对于确保工程的安全运行,经济合理是很重要的。关键词:翼墙设计水工建筑物一、翼墙的布置对水流的影响上游翼墙的扩散角度不宜过大,过大则闸门进口过水宽度收缩太快, 在两侧边墩处容易产生涡流, 对闸身及闸门的安全均为不利。如果地有一节制闸, 30 孔净宽 300 米, 上游水面宽阔,曾对上游翼墙的扩散角作过整体模型比较试验,经 2 试验指出,当扩散角为 14° 30′时,边墩的涡流始得改善。下游翼墙扩散角对出闸水流的影响很大。出闸高速水流要求尽可能地扩散, 以减少单宽流量, 并在全部宽度上均匀分布,因此不论扩散本身是否结合消能和消能的形式如何,而平面扩散总是消能的一个必要步骤。尤其是水头差较小的闸下消能, 平面扩散较为重要。翼墙扩散对闸下消能影响巨大, 如果翼墙扩散角度太大或扩散不良, 使水流不能顺着翼墙扩散面扩散, 可能形成回流区域, 压缩主流, 使单宽流量集中并容易造成偏流, 同时在翼墙末端与河渠相接处, 因断面放大而形成甚强之回流, 淘刷岸坡及河底。翼墙扩散角度太大, 还常常引致主流脱离翼墙,集中冲向下游形成折冲水流。反之, 如翼墙扩散角扩散得太缓, 将增加扩散段长度, 造成建筑材料的浪费。翼墙扩散角度愈小, 长度愈长, 则水流情形愈为顺适。从水工模型试验证明, 以翼墙长度 l=20m 及 30m 进行比较试验,结果认为 30m 长之翼墙在增加有效过水面积, 减少平均流速等方面均较 20m 之翼墙为佳。介在设计时, 为求经济起见, 一般并不采取太长的翼墙, 以求节省工程投资。下游翼墙末端宜与护坦末端齐平,同时出扩坦后翼墙不宜急转, 而应以渐变曲线或扭曲面与岸坡联结, 这样布置可大 3 大改善岸坡的水流条件。二、翼墙的最佳形式选择翼墙的迎水面最好采用扭曲面,从闸身开始,扩散角应该很小, 并且墙的迎水面是垂直的, 因为这样, 可使水流更为顺适。其次为圆弧面, 再其次是直立的八字式翼墙。翼墙的扩散应该是平滑的曲线或直线, 但不要做成折线形状。国因为在翼墙转折点后,会出现水流分离现象,产生低压区域, 该区域扩散能力较弱,而在低压区域的下游扩散能力又过强, 因而造成极不均匀的水深分布。试验证明, 翼墙墙壁如果偏转过快, 将使有限的波浪传播速度所允许的水流偏转不能立即跟上, 造成急流脱离边墙, 将产生局部的扰动及促使冲击波的形成,使得水流呈现不均匀分布。因此水体的侧面边介应避免突然急骤的变化, 如果是一个有效的扩散边介时应当在曲度上连续变换。如果采用直线型的八字式翼墙, 其扩散角度一般以 12° 左右为宜。这一合理指标的提出,已经在水工模型试验及实际运用观测中所证实。翼墙不宜采用 90° 转角, 以水工模型试验结果, 水流出闸孔口集中于河道中心线上, 以致两岸坡上产生直轴回流, 影响流量系数,且对岸坡及河床有冲刷作用。 4 三、翼墙的扩散角选择和长度确定当水闸下游列消能设备时,翼墙扩散角可按下式估算: 式中: h2 ——下游尾水在消力池变色镜以上的深度(米) p ——消