第四节　重力坝的深式泄水孔

位于深水以下、重力坝中部或底部的泄水孔称为重力坝的深式泄水孔，又称深孔，底部的泄水孔又叫底孔。由于深水压力的影响，对孔口尺寸、边界条件、结构受力、操作运行等要求十分严格，以便保证泄流顺畅，运用安全。

一、深式泄水孔的分类和作用

深式泄水孔按其作用分为泄洪孔、冲沙孔、发电孔、放水孔、灌溉孔、导流孔等。泄洪孔用于泄洪和根据洪水预报资料预泄洪水，可加大水库的调洪库容；冲沙孔用于排放库内泥沙、减少水库淤积；发电孔用于发电、供水；放水孔用于放空水库，以便检修大坝；灌溉孔要满足农业灌溉要求的水量和水温，取水库表层或取深层水经长距离输送以达到灌溉所需的水温；导流孔主要用于施工期导流的需要。在不影响正常运用的条件下，应考虑一孔多用，例如：发电与灌溉结合；放空水库与排沙结合；导流孔后期改造成泄洪、排沙、放空水库等。城市供水可以单独设孔，以便满足供水水质、高程等要求、也可利用发电、灌溉孔的尾水供水。

深式泄水孔按其流态可分为有压泄水孔和无压泄水孔。发电孔必须是有压流；而泄洪、冲沙、放水、灌溉、导流等可以是有压流也可以是无压流，如图4-24和图4-25所示。

二、有压泄水孔布置

有压泄水孔的特点是：将工作闸门布置在出口，孔内始终保持满流有压状态；其安装与大坝施工干扰较少；便于运行管理和维修。缺点是闸门关闭时孔内承受较大的内水压力，对坝体应力状态和防渗都不利，故一般多用于水头不大或孔口断面尺寸较小的情况。但由于它具有施工干扰少、便于运行和维修这两条最突出的优点，故在中小型重力坝中用得较多。若水头较大或孔口较大，需用高强度混凝土并配置很多钢筋，还需钢板衬砌，在进口处设置事故检修闸门，平时兼用来挡水，避免满管长期受到很高的内水压力作用。

1.进水口

为使水流平顺，减少水头损失，增加泄流能力，避免空蚀，进口形体应尽可能符合流线的规律。有压进水口的形状应与锐缘孔口出流实验曲线相吻合，常用的种类有：①圆形喇叭进水口；②三向圆柱面收缩进水口；③三向椭圆曲面收缩进水口。应根据工程规模、重要性来选择。

对于大中型的、重要的工程用椭圆曲面（图4-26），或进行水工模型试验确定；一般小型工程为施工方便，多采用圆柱面。

2.闸门和闸门槽

有压泄水孔一般在进水口设拦污栅和检修闸门，在出口压坡段后设工作闸门，工作闸门可用弧形闸门，也可用平面闸门，但检修门一般采用平面闸门。支承平面闸门的闸门槽形体设计不当，容易产生空蚀。水流经过闸门槽时，先是扩散，随即收缩，闸门槽内产生漩涡，流速增大时漩涡中心压力减少，造成水流脱壁，导致负压出现，引起空蚀破坏和结构振动。流速越大，越应引起重视。

闸门槽分矩形闸门槽和矩形收缩型闸门槽两种。中小型工程且流速小于10m/s的情况用矩形闸门槽。大中型工程且流速大于10m/s的情况，为使流态较好，减免空蚀，可采用矩形收缩型闸门槽，如图4-27（b）、（c）所示。

3.孔身与渐变段

有压泄水孔多数都采用圆形断面，圆形断面在周长相同的情况下过水能力最大，受力条件最好。在进水口，为适应布置矩形闸门的需要，在矩形断面与圆形断面之间需设置足够长的渐变段，又称方圆渐变段，防止洞内局部负压的产生和空蚀。渐变段分进口渐变段和出口渐变段，如图4-28所示。

渐变段的长度应满足断面过渡的需要，一般采用孔身直径的1.5～2.0倍，边壁的收缩率控制在1：5～1：8。为保证洞内压力，出口断面的矩形面积一般小于洞身圆形面积。

4.出水口

当工作闸门全开自由泄水时，在坝身有压泄水孔末端，水流从压力流突然变成无压流，引起出口附近压力降低，在出口附近1/4～1倍洞径范围内的洞顶出现负压，容易造成气蚀。为了消除负压，在泄水孔末端设一小段斜坡将孔顶压低，使出口断面缩小，一般缩小到泄水孔断面的85%～90%，孔顶压坡采用1：10～1：5。出口断面收缩，提高了整个泄水孔内的压力，还有利于防止体型变化和洞体表面不平等原因而引起气蚀。

5.通气孔和平压管

平压管是平衡检修闸门两侧水压以减少启门力的输水管道，通气孔是向检修闸门和工作闸门之间的泄水孔道内充气和排气的通道，详见第八章。

三、无压泄水孔布置

无压泄水孔的特点是：将工作闸门布置在进口，工作闸门前的进口段仍为有压孔，为了形成无压水流，需在闸门后将断面顶部升高。由于闸门室和启闭机室都布置在坝内，施工干扰很大，运行管理和维修也很不方便，故无压泄水孔只在高坝泄水或大流量泄水的情况下才用得较多，在中小型重力坝中很少采用。我国的三门峡、丹江口、刘家峡等工程采用了这种形式的泄水孔。

无压泄水孔在平面上应布置成直线，过水断面多为矩形或城门洞形，一般由进水口（压力短管）和明流段两部分组成，如图4-29所示。

1.进水口布置

进水口由进口曲面段、检修闸门槽和门槽后部的压坡段三部分组成。进口曲面段与有压泄水孔进口相同，常用1/4椭圆曲面，其后接一倾斜的平面压坡段，压坡段的坡度常采用1：4～1：6，长度3～6m。压坡段的坡度以既保证顶板有一定的压力，又不影响泄量和工作闸门后的流态为原则，如图4-30所示。

2.明流段

明流段在任何情况下，必须保证形成稳定的无压流态，严禁明满流交替，故孔顶应有安全超高。明流段为直线且断面为矩形时，顶部到水面的高度可取最大流量时不掺气水深的30%～50%，明流段为直线且断面为城门洞形状时，其拱脚距水面的高度可取不掺气水深的20%～30%。

3.泄水通气孔

无压泄水孔的工作闸门布置在上游进口，开闸泄水时，门后的空气被水流带走，形成负压，因此在工作闸门后需要设置通气孔，在泄流时进行补气。