《理论-水闸的消能防冲设计》.pptVIP

5.3 水闸的消能防冲设计 一、过闸水流的特点 1、形态复杂 2、容易形成波状水跃 3、容易出现折冲水流 根据上述分析可知，水闸消能设计的基本原则是：促使水跃发生在闸下一定范围内，最大限度地通过表面水滚消能，避免造成下游河床冲刷。  （一）消能方式 水头低、下游水位变幅大、地基条件差——底流消能 （二）设计条件 上游：最高水位 下游：相应最低水位 三、底流消能工设计 护坦。保护水跃范围内的河床不受水流冲刷。 消力池。创造形成淹没水跃的条件。消力池实质上就是形成水跃、消刹能量的地方。 护岸。在消力池的两侧，设置边墙，以保护两岸。 海漫。消除消力池水流的余能。 防冲槽。进一步消除水流的余能，防止河床被淘刷，进一步保护水闸闸室的安全。 消力池的结构形式 （1）挖深式，如图(a)； （2）消力坎式，如图(b)； （3）综合式，如图(c)。 （二）消力池池身池长的确定 （1）跃后共轭水深h”与跃前收缩断面水深hc之间的关系 （2）收缩断面水深hc的确定 消力池内形成水跃时，闸孔为自由出流。闸孔自由出流情况下，跃前收缩断面水深hc决定于上游水位Zu与消力池底板之间的高程差E0，可按下式计算。 （3）跃后共轭水深h?与下游水深的关系 当下游水深不能满足共轭水深条件时，将形成远驱水跃或淹没水跃。此时，应采用合适的消力池结构促使水跃发生在消力池内。 3．消力池的深度 4．消力池的长度 消力池总长度包括斜坡段和护坦水平段。 Lsj=Ls+?Lj 式中 Ls—斜坡段水平投影长度； Lj——自由水跃长度，Lj =6.9(h?-h?)； ?—水跃长度校正系数，?=0.7～0.8。 1．护坦的作用 护坦位于消力池底部，是消力池的底板，保护消力池部位河床不受冲刷。 2．护坦的材料 护坦一般为100#～150#混凝土。 抗冲：护坦在工作时需要满足在水流冲击作用下不会掀起和下移。 抗浮：护坦在扬压力和脉动压力的合成作用下不至于浮起。 1．海漫的作用 海漫的作用就是要消除水流的余能，调整流速分布，均匀地扩散出池水流，使之与天然河道的水流状态接近，以保护河床免受冲刷。 2．对海漫的要求 海漫的结构应该具有一定的柔性的，能够适应地基的不均匀沉陷； 海漫应该是透水的，能够顺利地排出渗水，降低扬压力； 海漫表面应做成粗糙的，以加大与水流的摩擦，有利于消除余能和调整流速分布； 3．海漫的长度 作业 P248 思考题第8题 * * 二、消能防冲设计条件的确定 水闸闸下消能防冲典型布置图 （一）、水闸消能防冲布置 消力池的结构型式和尺寸（长、深）应充分满足底流水跃消能的要求（产生一定淹没的水跃）。 1．水跃共轭条件 消力池深度公式： d = ?0 h? - t - ?Z 式中：?0——淹没系数，取=1.05~1.10； t ——下游水深； h?——形成水跃的共轭水深； ?Z——涌浪高度， （5-16） （三）构造要求 3．护坦的厚度 （四）海漫 式中Lp——海漫长度（m）； qs——消力池末端单宽流量（m3/s）； Ks——海漫长度计算系数，可参考下表。 Ks值表 8~7 10~9 12~11 14~13 Ks 坚硬粘土 粉质粘土 中砂、粗砂、粉质壤土 粉砂、细砂 河床土质 Ks值表 要想完全消除河床冲刷，必须设置相当长的海漫长度，这样非常不经济。 为了保护河床可能发生的不利冲刷，常常在海漫末端设置防冲槽。 防冲槽的尺寸应根据可能冲刷深度确定，槽内石块体积应略多于继续冲刷后形成护坡的石头方量。 （五）防冲槽 海漫末端的河床冲刷深度可按下式计算。 式中：qm——海漫末端的单宽流量； [v0]——河床土质允许不冲流速(m/s)； hm——海漫末端河床水水深。 在消力池中，可以加设辅助消能工，其作用是促成水跃，提高消能效果，减小消力池的长度和深度，降低尾坎高度。 最用的辅助消能工有：尾坎、趾墩、消力墩、消力梁等。 1—趾墩 2—消力墩 3—尾坎 （六）波状水跃、折冲水流的防止措施 *