消能防沖布置

1、職業(yè)教育水利水電建筑工程專業(yè)水工建筑物項目化實訓包 水閘實訓包消能防沖布置 水工建筑物項目化實訓包項目組2015年3月消能防沖布置1.水閘設(shè)計規(guī)范規(guī)定：1.1水閘消能防沖布置應(yīng)根據(jù)閘基地質(zhì)情況,水力條件以及閘門控制運用方式等因素,進行綜合分析確定。1.2水閘閘下宜采用底流式消能.其消能設(shè)施的布置型式可按下列情況經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較后確定：（1）當閘下尾水深度小于躍后水深時,可采用下挖式消力池消能.消力池可采用斜坡面與閘底板相連接,斜坡面的坡度不宜陡于1：4。（2）當閘下尾水深度略小于躍后水深時,可采用突檻式消力池消能。（3）當閘下尾水深度遠小于躍后水深,且計算消力池深度又較深時,可采用下挖式消力池與

2、突檻式消力池相結(jié)合的綜合式消力池消能。（4）當水閘上,下游水位差較大,且尾水深度較淺時,宜采用二級或多級消力池消能。（5）下挖式消力池,突檻式消力池或綜合式消力池后均應(yīng)設(shè)海漫和防沖槽(或防沖墻)。（6）消力池內(nèi)可設(shè)置消力墩,消力梁等輔助消能工.如用于大型水閘時,其布置型式和尺寸應(yīng)通過水工模型試驗驗證。1.3當水閘閘下尾水深度較深,且變化較小,河床及岸坡抗沖能力較強時,可采用面流式消能。1.4當水閘承受水頭較高,且閘下河床及岸坡為堅硬巖體時,可采用挑流式消能。1.5在夾有較大礫石的多泥沙河流上的水閘,不宜設(shè)消力池,可采用抗沖耐磨的斜坡護坦與下游河道連接,末端應(yīng)設(shè)防沖墻.在高速水流部位,尚應(yīng)采取抗

3、沖磨與抗空蝕的措施。1.6對于大型多孔水閘,可根據(jù)需要設(shè)置隔墩或?qū)M行分區(qū)消能防沖布置。1.7海漫應(yīng)具有一定的柔性,透水性,表面粗糙性,其構(gòu)造和抗沖能力應(yīng)與水流流速相適應(yīng)。海漫宜做成等于或緩于1：10的斜坡,末端應(yīng)設(shè)防沖槽(或防沖墻).海漫下面應(yīng)設(shè)墊層。1.8水閘上,下游護坡和上游護底工程布置應(yīng)根據(jù)水流流態(tài),河床土質(zhì)抗沖能力等因素確定.護坡長度應(yīng)大于護底(海漫)長度.護坡,護底下面均應(yīng)設(shè)墊層.必要時,上游護底首端宜增設(shè)防沖槽(或防沖墻)。水閘泄水時，部分勢能轉(zhuǎn)為動能，流速增大，具有較強的沖刷能力，而土質(zhì)河床一般抗沖能力較低。因此，為了保證水閘的安全運行，必須采取適當?shù)南芊罌_措施。要設(shè)計好水

4、閘的消能防沖措施，應(yīng)先了解過閘水流的特點，進而采取妥善的防范措施。2.過閘水流的特點2.1水流形式復雜 初始泄流時，閘下水深較淺，隨著閘門開度的增大而逐漸加深，閘下出流由孔流到堰流，由自由出流到淹沒出流都會發(fā)生，水流形態(tài)比較復雜。因此，消能設(shè)施應(yīng)在任意工作情況下，均能滿足消能的要求并與下游水流很好的銜接。2.2閘下易形成波狀水躍上、下游水位差較小，出閘水流的佛汝德數(shù)較低（Fr=11.7）,容易發(fā)生波狀水躍，特別是在平底板的情況下更是如此。此時無強烈的水躍旋滾，水面波動，消能效果差，具有較大的沖刷能力。另外，水流處于急流狀態(tài)，不易向兩側(cè)擴散，致使兩側(cè)產(chǎn)生回流，縮小河槽過水有效寬度，局部單寬流量增

5、大，嚴重地沖刷下游河道，見下圖。波狀水躍示意圖2.3閘下容易出現(xiàn)折沖水流：一般水閘的寬度較上下游河道窄，水流過閘時先收縮而后擴散。如工程布置或操作運行不當，出閘水流不能均勻擴散，使主流集中，蜿蜒蛇行，左沖右撞，形成折沖水流，沖毀消能防沖設(shè)施和下游河道，見下圖。 閘下折沖水流3.消能方式閘下水流的消能方式：底流式消能、挑流消能、面流式消能。4.底流消能工布置4.1 消能工的布置底流式消能設(shè)施有三種形式：下挖式、突檻式和綜合式，如下圖所示。消力池型式示意圖（a）下挖式；（b）突檻式；（c）綜合式下挖式：當閘下尾水深度小于躍后水深時，可采用下挖式消力池消能。消力池可采用斜坡面與閘底板相連接，斜坡面的

6、坡度不宜陡于1：4。突檻式：當閘下尾水深度略小于躍后水深時，可采用突檻式消力池消能。 綜合式：當閘下尾水深度遠小于躍后水深，且計算消力池深度又較深時，可采用下挖消力池與突檻式消力池相結(jié)合的綜合式消力池消能。當水閘上、下游水位差較大，且尾水深度較淺時，宜采用二級或多級消力池消能。尾檻：布置在消力池末端：調(diào)整流速分布，減小出池水流的底部流速，且可在檻后產(chǎn)生小橫軸旋滾，防止在尾檻后發(fā)生沖刷，并有利于平面擴散和消減邊側(cè)下游回流。4.2消力池構(gòu)造要求消力池底板（即護坦）：承受水流的沖擊力、水流脈動壓力和底部揚壓力等作用，應(yīng)具有足夠的重量、強度和抗沖耐磨的能力。護坦一般是等厚的，但也可采用不同的厚度，始端

7、厚度大，向下游逐漸減小。護坦厚度：可根據(jù)抗沖和抗浮要求，分別計算，并取其最大值。消力池末端厚度取值。配筋：底板一般用C15或C20混凝土澆筑而成，并按構(gòu)造配置1012mm、2530cm的構(gòu)造鋼筋。大型水閘消力池的頂、底面均需配筋，中、小型的可只在頂面配筋。排水孔：為了降低護坦底部的滲透壓力，可在水平護坦的后半部設(shè)置排水孔，孔下鋪設(shè)反濾層，排水孔孔徑一般為510cm，間距1.03.0m，呈梅花形布置。分縫與止水：護坦與閘室、岸墻及翼墻之間，以及其本身沿水流方向均應(yīng)用縫分開，以適應(yīng)不均勻沉陷和溫度變形。護坦自身的縫距可取1020m，靠近翼墻的消力池縫距應(yīng)取得小一些。護坦在垂直水流方向通常不設(shè)縫，以

8、保證其穩(wěn)定性，縫寬2.02.5cm。縫的位置如在閘基防滲范圍內(nèi)，縫中應(yīng)設(shè)止水設(shè)備；但一般都鋪貼瀝青油毛氈。齒墻：為增強護坦的抗滑穩(wěn)定性，常在消力池的末端設(shè)置齒墻，墻深一般為0.81.5m,寬為0.60.8m。4.3輔助消能工為了提高消力池的消能效果，除尾檻外，還可設(shè)置消力墩、消力齒等輔助消能工，以加強紊動擴散，減小躍后水深，縮短水躍長度，穩(wěn)定水躍和達到提高水躍消能效果的目的。5.海漫水流經(jīng)過消力池，雖已消除了大部分多余能量，但仍留有一定的剩余動能，特別是流速分布不均，脈動仍較劇烈，具有一定的沖刷能力。因此，護坦后仍需設(shè)置海漫等防沖加固設(shè)施，以使水流均勻擴散，并將流速分布逐步調(diào)整到接近天然河道的

9、水流形態(tài)。海漫布置示意圖5.1海漫的布置和構(gòu)造一般在海漫起始段做510m長的水平段，其頂面高程可與護坦齊平或在消力池尾坎頂以下0.5m左右，水平段后做成不陡于1：10的斜坡，以使水流均勻擴散，調(diào)整流速分布，保護河床不受沖刷。對海漫的要求：表面有一定的粗糙度，以利進一步消除余能；具有一定的透水性，以便使?jié)B水自由排出，降低揚壓力；具有一定的柔性，以適應(yīng)下游河床可能的沖刷變形。常用的海漫結(jié)構(gòu)有以下幾種：干砌石海漫：一般由粒徑大于30cm的塊石砌成，厚度為0.40.6m，下面鋪設(shè)碎石、粗砂墊層，厚1015cm。干砌石海漫的抗沖流速為2.54.0m/s。為了加大其抗沖能力，可每隔610m設(shè)一漿砌石埂。干

10、砌石常用在海漫后段。漿砌石海漫：采用強度等級為M5或M8的水泥砂漿，砌石粒徑大于30cm,厚度為0.40.6m，砌石內(nèi)設(shè)排水孔,下面鋪設(shè)反濾層或墊層。漿砌石海漫的抗沖流速可達36m/s，但柔性和透水性較差，一般用于海漫的前部約10m范圍內(nèi)。混凝土板海漫：整個海漫由板塊拼鋪而成；每塊板的邊長25m，厚度為0.10.3m，板中有排水孔，下面鋪設(shè)墊層。混凝土板海漫的抗沖流速可達610m/s，但造價較高。有時為增加表面糙率，可采用斜面式或城垛式混凝土塊體。鋪設(shè)時應(yīng)注意順水流流向不宜有通縫。鋼筋混凝土板海漫：當出池水流的剩余能量較大時，可在尾檻下游510m范圍內(nèi)采用鋼筋混凝土板海漫，板中有排水孔，下面鋪設(shè)反濾層或墊層。其它形式海漫：如鉛絲石籠海漫。5.2海漫長度：海漫的長度應(yīng)根據(jù)可能出現(xiàn)的不利水位、流量組合情況進行計算。海漫長度計算公式當,且消能擴散情況良好時，海漫長度可按下式計算： 6.防沖槽 水流經(jīng)過海漫后，盡管多余能量得到了進一步消除，流速分布接近河床水流的正常狀態(tài)，但在海漫末端仍有沖刷現(xiàn)象。為保證安全和節(jié)省工程量，常在海漫末端設(shè)置防沖槽或采取其他加固措施。在海漫末端挖槽拋石預