【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 消能防設(shè)計(jì)的要求為：(1) 出閘水流在閘下形成遠(yuǎn)驅(qū)式水躍（若無(wú)消能設(shè)施），沖刷下游渠床，故必須修筑消立池或其他形式的消能設(shè)施來(lái)促成淹沒式水躍。(2) 閘上下游水位多變，出流形式多變，閘門開啟次序，孔數(shù)和開度也有變化。因此，求所修筑的消立池或其他形式的消能設(shè)施在任何可能發(fā)生的情況下，都能促成淹沒式水躍。(3) 水閘常是多孔建筑物，若運(yùn)用不當(dāng)，往往會(huì)造成折沖水流或遠(yuǎn)驅(qū)式水躍。故要求在設(shè)計(jì)消能設(shè)施的同時(shí)，制訂合理的閘門開啟方案。(4) 當(dāng)閘上下游水位差小時(shí)，過(guò)閘水流安全在消力池內(nèi)形成波狀水躍，消能效果不佳挾有剩余動(dòng)能的出閘水流仍會(huì)沖刷下游渠床，影響渠道穩(wěn)定性。對(duì)此，應(yīng)予與足夠的重視，并采取適當(dāng)?shù)拇胧?5) 閘下渠床土質(zhì)抗沖能力差，故閘下渠底寬常超過(guò)閘寬。為使出閘水流平順擴(kuò)散，不致沖刷下游河床，要求閘下翼墻具有適當(dāng)?shù)臄U(kuò)散角度。 消能防沖設(shè)計(jì)說(shuō)明 消能采用的方式平原地區(qū)水閘，由于水頭低切河床抗沖能力差，難以采用挑流消能，加上下游水位變幅往往較大，也無(wú)法采用面流式消能。根據(jù)調(diào)查資料統(tǒng)計(jì)，我國(guó)已建大、中型水閘工程基本上均采用底流式水躍消能。底流消能可適應(yīng)在較大范圍內(nèi)變動(dòng)的過(guò)閘流量和下游水位，同時(shí)在平面上也容易擴(kuò)散。因此我們也采用底流消能。 消能設(shè)計(jì)的內(nèi)容 底流式水躍消能是通過(guò)工程措施，促使出閘水流在閘后規(guī)定范圍內(nèi)產(chǎn)生稍淹沒水躍，利用水躍的漩滾、撞擊、摻氣等 水流大部分能量。其消能防沖設(shè)施一般包括，削立池、海漫、防沖槽、岸坡防護(hù)。(1) 消力池消力池的作用是使閘后水流產(chǎn)生稍淹沒水躍，并保護(hù)水躍范圍內(nèi)的同床免受沖刷，設(shè)計(jì)內(nèi)容有：池深，池長(zhǎng)護(hù)坦（消力池底板）厚板，尾壩及輔助消能工，消力池構(gòu)造，消力池底板的分縫及筑池材料。消力池有兩種主要形式：1）降低護(hù)坦高程形成的消力池，2）修建消力檻形成消力池。(2) 海漫流出消力池的水流，雖已在池內(nèi)消除了部分能量，但由于流速分布和正常絮流不同，底部流速極大，脈動(dòng)強(qiáng)度也較強(qiáng)烈，對(duì)于下游無(wú)保護(hù)渠（河）床仍是具有較大的沖刷能力。所以消力池以下的渠（河）床除非是足以抵抗沖刷的較好巖基外，一般都要建造海漫作為護(hù)面。 海漫的作用是消除水流余能，調(diào)整流速分布，使水流均勻擴(kuò)散，增大水深減小流速，并保護(hù)河床免受沖刷。 一般是緊接消力池設(shè)置海漫，海漫末端設(shè)防沖槽。海漫設(shè)計(jì)的內(nèi)容有：海漫長(zhǎng)度，海漫的位置和構(gòu)造及材料(3) 防沖槽 水流經(jīng)過(guò)海漫后，余能得到進(jìn)一步消除，流速與流速分布也逐漸接近于下游河道水流的正常狀態(tài)，但仍具有一定的沖刷能力，加之水閘運(yùn)用中還可能會(huì)遇到某些設(shè)計(jì)情況的不利泄流狀態(tài)，使下游河床難免遭受沖刷。為了確保水閘安全，長(zhǎng)在海漫末端河床內(nèi)開挖一梯形斷面槽，內(nèi)拋塊石，槽頂與海漫末端頂面齊平，形成一道防沖槽，防沖槽的作用是當(dāng)下游渠床形成最終沖刷狀態(tài)時(shí)，確保海漫不致破壞。 防沖槽可以作成堆石形成，槽頂與海漫末端齊平，槽底則決定手開挖的施工條件。防沖槽橫斷面大小與沖坑槽深度有關(guān)，沖坑深度愈大，需要的防沖槽斷面也愈大。(4) 岸坡防護(hù) 消力池兩岸應(yīng)設(shè)置與消力池同長(zhǎng)或稍大的下游翼墻，其后岸坡的防護(hù)形式多與海漫相一致，并應(yīng)在防沖槽之后，兩岸岸坡在砌護(hù)一定長(zhǎng)度，大中型水閘一般砌護(hù)4~6倍水頭，~，砌護(hù)材料常用于干砌石。防坡坡腳及護(hù)坡與河岸連接處應(yīng) ，防止回流淘刷，~。 對(duì)N孔水閘，閘門開啟方式有：（1） N孔同步分級(jí)均勻開啟（2） 隔孔同步分級(jí)均勻開啟（3） 中央數(shù)孔對(duì)稱分級(jí)均勻開啟（4） 兩側(cè)邊孔或邊孔+數(shù)鄰對(duì)稱分級(jí)均勻開啟 為確保水閘在任意發(fā)生的工作情況下安全運(yùn)用。消能設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遍歷所有閘門開啟方式的所有開度，尋找最不利情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。用時(shí)間關(guān)系，我們草用各孔全開開啟方式進(jìn)行定性分析。 閘門開啟操作規(guī)程：（1）閘門啟閉以前必須先行檢查：?jiǎn)㈤]機(jī)械是否正常，有無(wú)雜物障礙，閘門位置是否正確等，然后開始啟閉。（2）啟閉不要過(guò)猛,或時(shí)快時(shí)慢,應(yīng)均勻并且勻速地各孔同步開啟,如發(fā)現(xiàn)有沉重阻滯現(xiàn)象,應(yīng)立即停止,檢查其原因,進(jìn)行處理.（3）應(yīng)對(duì)稱開啟(要求孔數(shù),孔位對(duì)稱,開度對(duì)稱)（4）=（5）閘門開啟時(shí),應(yīng)避免停留發(fā)生震動(dòng)的位置．如發(fā)現(xiàn)閘門及啟閉機(jī)發(fā)生震動(dòng)應(yīng)停止進(jìn)行檢查，待障礙消除后在繼續(xù)啟閉．（6）當(dāng)開啟閘門接近最大開度或關(guān)閉閘門接近閘底時(shí)，要特別注意控制，降低速度并及時(shí)停止，防止歲壞機(jī)件和閘門．（7）過(guò)閘流量必須與下游水位相適應(yīng)，使水躍發(fā)生在消力池內(nèi)，避免水躍發(fā)生消力池以下部位． 池深設(shè)計(jì)條件　 池深設(shè)計(jì)采用校核水位，攔河壩取正常引水時(shí)，遭遇校核洪水，閘后初始水位，取對(duì)應(yīng)正常引水時(shí)河道下泄流量Ｑ＝244m3／．　 池深不利情況的確定：它可能發(fā)生于著們某一開啟方式的某一開度下，理論上應(yīng)該與各種閘門的開啟方式的各種開度進(jìn)行搜尋．據(jù)經(jīng)驗(yàn)，下游水深很低時(shí)，往往初始開度最不利，因此本設(shè)計(jì)只取工況，攔河壩取正常引水時(shí)遭遇校核洪水，對(duì)于能夠的▽上＝▽下＝　運(yùn)用方式為各孔全開，在不同開度e情況下hc’’hc差值最大．作為池深的控制情況來(lái)計(jì)算池深d. 求Q控在不同的開度e下，水流狀態(tài)可能從孔流變成堰流，因此在計(jì)算時(shí)應(yīng)加以注意。下列的計(jì)算中可能用到的公式：孔流公式：Q=be [3]式中：—寬頂堰型閘孔自由流的流量系數(shù)； b—閘孔寬度； e—閘孔開度。m=φ ——流量系數(shù)水躍公式：h2=[1] [4] 式中：h1—躍前水深； q—單寬流量。臨界水深：hk= [5] 式中：α—?jiǎng)幽苄拚禂?shù)；—單寬流量下游水深：弧形面板曲率半徑與閘門高度的比值，~，則R=。支鉸位置應(yīng)設(shè)于泄水時(shí)不受水流和漂浮物沖擊的高程上，攔河閘閘門可設(shè)于3/2~1倍門高處。e/H=,故為閘孔出流e/H=./=,故為閘孔出流e/H=,故為閘孔出流cosa1=（ce）/R=()/9= ∴ a1=390 ∴ =cosa2=（ce）/R=()/9= ∴ a1=440 ∴ =cosa3=（ce）/R=()/9= ∴ a1=480 ∴ =則，流量系數(shù)m為:M=()( a0/1800)e/H則：M1=(*390/1800)( *390/1800)M2=(*440/1800)( *440/1800)M3=(*480/1800)( *480/1800)列表計(jì)算：（不考慮行進(jìn)流速） Q控計(jì)算表eQqhkT0’ hc’ hc”htHc”ht 由表可見，Hc”ht最大時(shí)對(duì)應(yīng)的e=. Q控= m3/s. 求池深d根據(jù)Q控求d采用的公式為：用試算的方法求dT0(H+d)Q控hkT0/ hkhc”hki1ht由表計(jì)算可取池深d=.(1)根據(jù)Lmax發(fā)生在Qmax時(shí)，所以取Q控=Q校=5050m3/s (2)求Lk 求單寬流量：q= Q校/B=5050/=臨界水深：hk===由T0/ hk查表得hc”，再應(yīng)用計(jì)算曲線解hc（水力學(xué)一冊(cè) ）Q校qhkT0/ hkhc”hc5050自由水躍長(zhǎng)度：Lj=(hc” hc) =*() =消力池的總長(zhǎng)度為：L=(34)d+(~)Lj當(dāng)取3d ，=3*+*=當(dāng)取4d ， L=4*+*=在這里由上面的計(jì)算取消力池的總長(zhǎng)度為20m. 確定底板厚度水閘進(jìn)水時(shí)池內(nèi)水流強(qiáng)烈紊動(dòng)，護(hù)坦承受水流沖擊力，脈動(dòng)壓力和底部揚(yáng)壓力等作用，因此要求護(hù)坦應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，整體性和穩(wěn)定性。因?yàn)榈装逑旅嬉O(shè)反濾層，設(shè)排水所以只按抗沖要求確定底板厚度。否則護(hù)坦因承受向上的揚(yáng)壓力作用還必須滿足抗浮穩(wěn)定要求。滿足抗沖要求時(shí)護(hù)坦始端厚度t按下式計(jì)算 T=k1 [6]式中：q——護(hù)坦的單寬流量m3/() ——泄放時(shí)的水閘上下游水位差， K1——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，~，本設(shè)計(jì)取K1=列表計(jì)算不利情況，取計(jì)算值的較大者。表43Qqhtqmaxqmaxk1q’=aq(a=)q’4002015280040205000。 海漫長(zhǎng)L漫的確定海漫長(zhǎng)度與出池水流的單寬流量，上下游水位差，河床地質(zhì)條件，下游水深，自身粗糙程度及水流擴(kuò)散情況等因素有關(guān)，一般按以下經(jīng)驗(yàn)公式確定：L=K [7]式中：q——消力池末端的單寬流量m3/() ——與對(duì)應(yīng)的水閘上下游水位差 K——與河床土質(zhì)情況有關(guān)的系數(shù)，可由下表查得：K=12表44 K值表河床土質(zhì)粉砂，細(xì)砂中砂，粗砂，砂壤土壤土堅(jiān)硬黏土K13~1510~128~96~7則L=12=本設(shè)計(jì)取海漫長(zhǎng)為L(zhǎng)=55m。海漫起始段一般布置為510m或1/3海漫總長(zhǎng)度的水平段，以穩(wěn)定水流，其后布置為不陡于1：10的斜坡段，以使水流豎向擴(kuò)散，加大水深，減小流速。適宜的斜坡段坡率應(yīng)使海漫末端水流流速V不大于河床不沖流速[V不沖]即V=q/h[V不沖].為了迅速降低出池水流的速度，借以減弱水流的沖刷能力，在海漫的布置上應(yīng)使水流迅速擴(kuò)散。如地形地質(zhì)條件許可，海漫應(yīng)順?biāo)鞣较蜃鞒尚逼拢顾髟谒矫嫔蠑U(kuò)散的同時(shí)也在鉛直方向擴(kuò)散。本設(shè)計(jì)采用海漫總長(zhǎng)的1/3是漿砌石，2/3是干砌石。則：ht”=iL+ hc”式中：i——坡率hc” ——消力池中的水深，取hc”=ht”=1/10*45+= 防沖槽設(shè)計(jì)當(dāng)由上可計(jì)算V=Q控/ ht”，若在沖刷坑內(nèi)不設(shè)塊石鋪砌，保持原河床，則不沖流速[V不沖]=則V= Q控/ ht”= [V不沖]=故應(yīng)在河床內(nèi)設(shè)一層塊石鋪砌，則不沖流速[V不沖]=。此時(shí)V[V不沖]滿足要求，海漫的沖坑深度t”可按下式計(jì)算 t”=tph [8] =[V] hc” =* =式中：tp，h——自下游水面算起的沖坑深度和海漫末端河床水深，m q——海漫末端的單寬流量m3/() [V]——河床土質(zhì)的沖流速，m/s。 本設(shè)計(jì)為安全方面考慮，設(shè)取t″=1m， 沖坑上游邊坡一般取為m2=2~3 ~，本設(shè)計(jì)取m2=2。d=則1m長(zhǎng)沖坑需堆石量為 W沖=d t″ =**1 =假設(shè)上游的坡率為m2=2。下游m3=3。則w防=2*1*1/2+2*1+3*1*1/2 =1+2+ = m2W沖= m2 消力池構(gòu)造 配筋護(hù)坦一般采用C15或C20砼澆筑，并需配置Φ10—12@ 25—30㎝的構(gòu)造鋼筋，以防止溫變開裂，大型水閘護(hù)坦頂、底均需配筋，中小型水閘可只在頂面配筋。消力墩和消力池應(yīng)采用更高強(qiáng)度的砼，并配以構(gòu)造鋼筋。 分縫止水消力池與閘底版、海漫，兩岸翼墻之間應(yīng)設(shè)置沉降縫，位于防滲范圍內(nèi)的縫應(yīng)設(shè)置止水，大型水閘應(yīng)設(shè)兩道止水，位于防滲范圍內(nèi)的縫可鋪貼瀝青油氈。池寬較大時(shí)，護(hù)坦還應(yīng)設(shè)置順?biāo)鞣较虻某两悼p?？p距一般不大于20～30m，縫寬一般為2～㎝，縫的位置不宜設(shè)置于閘孔中心線處，以減輕水流對(duì)縫的沖刷作用。護(hù)坦一般在垂直與水流方向一般不分縫，以保證護(hù)坦的整體穩(wěn)定性。為降低護(hù)坦底部揚(yáng)壓力，可在護(hù)坦水平段的后半部設(shè)排水孔，孔徑一般取為5～25㎝，間距1～3m呈梅花狀布置，孔內(nèi)填碎石或無(wú)砂砼，以利排水防淤，排水孔下設(shè)反濾層，消力池末端底部一般設(shè)齒墻，以增強(qiáng)其抗滑穩(wěn)定性，～～。第5章防滲排水設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)說(shuō)明 為了延長(zhǎng)滲透途徑，以減少滲透坡降，降低滲透壓力，防止地基土產(chǎn)生滲透變形，需要設(shè)置防滲設(shè)備和排水設(shè)備。 水閘擋水時(shí)，由于水位差作用會(huì)在閘基兩岸土體內(nèi)形成滲流。滲流不僅損失水量，更不利的是降低閘室基連桿兩岸建筑物的穩(wěn)定性，還可能會(huì)引起土壤滲透變形及滲透破壞，甚至導(dǎo)致水閘失事，為此水閘必須做好防滲排水設(shè)計(jì)。水閘的防滲排水設(shè)計(jì)的任務(wù)是：（1）擬定合理的地下輪廓線形式與尺寸；（2）進(jìn)行滲流計(jì)算，以確定閘地板的滲透壓力，驗(yàn)算閘基及兩岸土體的抗?jié)B穩(wěn)定性，以及對(duì)地下輪廓線的形式與尺寸進(jìn)行修改；（3）進(jìn)行防滲設(shè)施的構(gòu)造設(shè)計(jì)等。水閘的防滲排水設(shè)計(jì)內(nèi)容一般包括：（1）滲透壓力計(jì)算；（2）抗?jié)B穩(wěn)定性驗(yàn)算；（3）反濾層設(shè)計(jì)；（4）分縫止水設(shè)施和構(gòu)造設(shè)計(jì)。 閘基滲流計(jì)算的任務(wù)是：確定閘地板及鋪蓋下的滲透壓力，對(duì)地板下及滲流出口進(jìn)行滲透變形驗(yàn)算。滲透量一般較小通?？刹挥?jì)。滲流計(jì)算方法常用的有直線法、流網(wǎng)法、改進(jìn)阻力系數(shù)法、數(shù)值解法和試驗(yàn)法等?！端l設(shè)計(jì)規(guī)范》（試行）（SD133—84）建議：對(duì)于重要的大型水閘，宜采用改進(jìn)阻力系數(shù)法和流網(wǎng)法計(jì)算，并由試驗(yàn)法進(jìn)行驗(yàn)證。在復(fù)雜地基上宜采用電擬試驗(yàn)法和數(shù)