水闸的消能和防冲处理的工程措施
水利水电工程中的水闸设计问题及其优化措施_12
水利水电工程中的水闸设计问题及其优化措施发布时间：2022-10-11T05:17:57.711Z 来源：《科技新时代》2022年第7期作者：沈欢[导读] 水利工程是现代化社会建设中必不可少的一部分，沈欢浙江中水工程技术有限公司湖州分公司浙江省湖州市 313000摘要：水利工程是现代化社会建设中必不可少的一部分，其自身不仅是我国社会的基础性设施，也是我国能源行业中的重要部分，因此，水利工程的建设对我国社会的发展能够起到极大的促进作用。
水闸在水利水电工程中起到了不可替代的作用，水闸是水利水电工程中重要的水工建筑物，既是挡水建筑物，也是排水建筑物，其主要作用为控制水流。
文章重点研究了水利水电工程中的水闸设计问题及其优化措施，希望能够给相关的水闸设计工作人员提供借鉴和参考。
关键词：水利水电工程；水闸设计问题；优化措施引言水闸的建设位置大多数位于平原河网地区交叉河口附近，为了保证水闸的稳定性，行进闸基选址时，应尽量选择在地形简单、地基结构稳定且地下水位低的地点。
进行水闸设计时，根据水闸建设位置的选择，需要对水闸结构的稳定性、渗透问题、沉陷问题、冲刷问题进行特殊考虑，确定水闸的地基承载力、渗透压力以及消能防冲计算，从设计方面增强水闸结构的自身稳定性。
1水闸简述水利水电工程的建设不仅可以满足供电需求，给国家带来巨大的经济和社会效益，还能提升水资源的利用效率，满足节能环保的要求。
水闸质量作为水利水电工程质量的重要影响因素，必须认真对待，水闸的设计水准直接决定整个水电工程的质量与后期使用效果。
水闸建造在水中，主要通过控制闸门的开关来达到控制水流量、流速及水位的目的，多建于河道当中。
水闸在排洪工作中的作用重大，是保障下游正常供水的重要设施。
水闸类型多样，按照用途可分为防洪闸、进水闸和排水闸等。
按照结构可分为开敞式、胸墙式、涵洞式等。
2水利水电工程中的水闸设计问题2.1测绘精度低在水利水电工程水闸的设计过程中，采用测绘技术方法得到河道及周边建筑的全方位准确坐标信息，测绘精度决定了设计的合理性。
水闸破坏形式与除险加固措施
水闸破坏形式与除险加固措施（张增慧田海军）河北省南运河管理处(以下简称河务处)，主要管辖子牙河系与漳卫南运河流域的下游部分。
在主要河道上建有5座枢纽，分别为安陵枢纽、捷地分洪闸、北陈屯枢纽、子牙新河穿运枢纽、子牙新河海口枢纽。
本文对河务处所辖水工建筑物的破坏形式及相应的除险加固措施进行总结分析。
1.水闸破坏形式分类根据对河务处所辖水工建筑物损坏情况的调查，水闸破坏形式主要分为7类：即裂缝破坏，渗漏破坏，冲刷、磨损破坏，闸室的启闭设备破坏，钢筋混凝土结构碳化及钢筋腐蚀，挡潮闸闸下游河道淤积，地震灾害。
2.水闸工程除险加固措施2.1 裂缝的修复方法表面裂缝的处理。
有4种方式：①水泥砂浆、防水快凝砂浆、环氧砂浆表面涂抹。
②用环氧材料胶黏剂把橡皮或其他材料粘补在裂缝部位的混凝土表面③裂缝凿槽用水泥砂浆、环氧砂浆、玻璃钢、沥青油膏、沥青砂浆和沥青麻丝等防水材料嵌补。
④在裂缝凿毛处理的表面，采用无筋或挂网喷射水泥砂浆保护层等方法。
通过处理可达到封闭裂缝、防渗漏和提高混凝土表面抗冲能力，多用于修复对结构强度没有影响的裂缝。
如防渗铺盖、胸墙、闸墩及护坦的裂缝。
内部裂缝常用钻孔灌浆处理。
对于开度大于0.3mm的裂缝，采用普通水泥灌浆;对于开度小于0.3mm的裂缝或对渗透流速较大或受温度影响较明显的裂缝，采用改性水泥灌浆或化学灌浆。
2.2 水闸渗漏的修复方法沉陷缝止水断裂的修复方法。
沉降缝临水面凿槽清洗，将沥青石棉绳或SR止水材料等嵌入缝内，表面平整，将紫铜片(或镀锌片)涂上一层环氧基液覆盖在缝的表面，并用型钢、膨胀螺钉沿缝的两侧固定。
下游排水的修复方法。
将护坦底部的反滤层拆除，重新修复或在护坦下游的海漫段增设反滤排水设施。
闸基板桩的补救措施。
在下游加做排水设施或在上游适当延长防渗铺盖并对闸基作灌浆处理。
闸基的加固。
主要是灌浆处理。
常用普通水泥灌浆、化学灌浆和改性灌浆水泥。
2.3 水闸的冲刷、磨损及气蚀的修复方法上游防冲槽、护底及下游海漫、防冲槽冲刷的修复。
水闸运行的安全问题及处理措施
水闸运行的安全问题及处理措施【摘要】水利工程使国家和人民受益，目的是抗击洪水，开发和利用水资源。
水利工程在我国经济发展中发挥了重要作用。
作为水利工程的重要组成部分，水闸的质量直接影响到水利工程的效益。
但闸门运行中仍存在一些安全问题。
文章就此进行了探讨，并提出了一些具体建议，以便有效地消除安全隐患/。
关键词：水闸运行；日常维护；分析措施0.引言保证水闸安全运行是水利工程中水闸管理的核心内容。
在水利建设中，水闸在提高水利工程效益、惠及和消除危害、保障人民生命财产安全、促进社会繁荣等方面发挥了重要作用。
但由于水闸使用寿命长、维修资金不足、技术管理水平不高等原因，水闸工程及其安全生产管理工作还存在着一些不容忽视的问题。
研究和完善闸门管理部门，促进其安全生产工作，对于更好地利用闸门。
1.水闸基本概况作为水利工程的重要组成部分，水闸对水利工程的运行起着至关重要的作用。
水闸主要分为闸室、能量消耗保护、防腐蚀设施、防渗排水设施以及连接河岸两侧的建筑物。
水闸主要用来挡水和控制水流通过闸板，包括底板、码头、交通桥梁和闸门。
消能防冲设施主要是利用闸门发电，减缓水流速度，减少水流对河床、岸坡的侵蚀。
有效保障了水利工程的可持续利用；防渗、排水设施主要用来保证闸门的安全，提高水闸的使用质量和使用寿命。
防渗装置一般设在闸门的高水位处，排水设施设在低水位；连接两岸的建筑主要由岸壁和防水蚀的上游及下游防护墙组成。
2.水闸安全的重要性在防洪体系中，由于水闸设计防洪标准低或存在各种各样的病险问题，而不能正常使用。
洪水发生时，无法按防洪要求及时蓄水，严重影响了水闸的防洪效益。
除了保证闸门及上游、下游的防洪安全外，还应满足防洪、防潮、供水、灌溉、发电和运输等要求。
闸门的安全运行直接关系到国民经济的发展，尤其是重要部位的安全运行。
洪涝灾害严重威胁着人民群众的生命财产安全和正常的生活秩序。
管理者必须运用混凝土、石材、机电设备、水下工程等多方面人手，确保安全运行。
水闸的消能和防冲处理的工程措施
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水闸防冲是指通过采取工程措施，防 止水闸下游受到水流冲击和侵蚀，从 而保证水闸的安全和稳定运行。
水闸防冲的重要性在于，如果水闸下 游的消能防冲处理不当，会导致严重 的冲刷和侵蚀问题，影响水闸的正常 运行，甚至危及人民生命财产安全。
水闸防冲的基本原理
水闸防冲的基本原理是利用水力学、流体力学等原理，通过 改变水流结构、调整水流状态、降低水流速度等方式，减小 水流的冲击力和侵蚀力。
• 水闸消能的基本原理是将水流的动能转化为热能或其他形式的能量。水流通过水闸时，水流的重力势能和动能会转化为水 流的动能，而水流的动能会在水闸的消能设施中被转化成热能或其他形式的能量，从而减少或消除水流的动能。
水闸消能的主要方式
水闸消能的主要方式包括底流消能、挑 流消能、面流消能、消力池消能等。其 中，底流消能和挑流消能是最常用的消
水闸防冲的主要方式包括：消力 池、消能坎、导流墙、下游防护 设施等。
消能坎是一种设置在水闸下游的 垂直墙体，它通过改变水流的结 构，将水流的动能转化为热能， 达到消能和防冲的目的。
下游防护设施包括护坦、海漫、 防冲槽等，它们可以有效地保护 水闸下游的河床和岸坡，防止水 流对河床和岸坡的冲刷和侵蚀。
04
某水闸防冲案例分析
01
防冲方式
该水闸采用了护坦防冲方式，通过在闸室底部设置护坦，保护河床不受
水流冲刷。
02
防冲效果
经过实际运行和监测，该水闸的防冲效果较好，有效保护了河床不受损
害。
03
工程特点
该水闸的防冲结构较为简单，施工方便，适用于中小型水闸的防冲处理
。同时，护坦防冲方式还可以增加水流的扩散和减速效果，减少水流对
水闸的消能防冲设计
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
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
（1）跃后共轭水深h”与跃前收缩断面 水深hc之间的关系
Z
q 2 2g 2t 2
q 2 2gh
（5-16）
►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。
（三）构造要求
1．护坦的作用 护坦位于消力池底部，是消力池的底
在闸室下游一定长度的河岸边坡要进行保护。
护坡形式有：浆砌石、干砌石、混凝土板。
护坡坡脚与海漫、防冲槽的连接处要有可靠连接，如设 置防淘墙等。
水闸上游的水流流速往往较大，也应该进行护底和 护坡。
作业
P248 思考题第8题
（六）波状水跃、折冲水流的防止措施
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
下游翼墙的作用是保护闸下两岸不受冲刷，并帮助 水流均匀扩散。
翼墙的长度一般不小于海漫的长度。在消力池范围内， 翼墙（或导墙）最好做成铅直的，在池后缓流区再用扭 曲面或其他方式与下游坡连接。
（二）设计条件
上游：最高水位 下游：相应最低水位
水闸运行的安全问题及处理措施
水闸运行的安全问题及处理措施摘要兴水利、除水害，历来是治国安邦的大事。
2011年中央一号文件第一次鲜明提出水利具有很强的公益性、基础性、战略性，第一次将水利提升到关系经济安全、生态安全、国家安全的战略高度。
水闸作为保障国民经济持续发展的重要基础设施之一，在水资源调配过程中的兴利功能显得越来越重要。
然而由于病险问题的存在，使得水闸应有的兴利效益难以发挥。
近年来虽然加快了除险加固进程，但安全隐患多的现象仍然存在，水闸安全形势依然严峻。
本文首先对水闸病害及原因进行了分析，进而探讨了排除安全隐患的工程措施，以供参考。
关键词水闸；病害；原因；排除1 水闸安全的重要性在防洪体系中，由于水闸设计防洪标准低或存在各种各样的病险问题，使水闸不能正常安全运行，汛期不能按防洪要求适时拦蓄或排泄洪涝水，严重影响水闸防洪效益的发挥。
随着经济社会的发展加快，对水闸安全管理提出了严格的要求，除确保水闸及其上下游的防洪安全外，还要满足排涝、挡潮、供水、灌溉、发电、航运等要求。
水闸运行安全直接关系国民经济发展，特别是重要位置上的水闸，在汛期时刻威胁着人民群众生命财产安全和正常的生活秩序，所造成的损失和影响巨大。
因此对水闸安全管理工作要求越来越高，各级水管单位和部门对水闸运行安全监管责任且益重大，管理更要从混凝土、土石方、机电设备、水下工程等多方面入手，确保安全运行。
2 水闸病害及原因分析水闸安全鉴定工作的基础是设计、施工、管理运行三方面的资料，只有准确了解这些情况，鉴定才能有的放矢，真正反映水闸病险情，为安全管理和除险加固提供可靠依据。
2.1 钢筋混凝土结构病害1）典型病害一：混凝土结构强度不达标、原设计配筋不足引起结构应力裂缝。
主要体现在：①闸墩、排架柱实测混凝土强度均低于原设计值，超声波波速实测值偏低，混凝土结构密实性、耐久性较差；②工作桥平台板在靠近排架柱、次梁部位有贯穿性裂缝，③通航孔启闭机大梁与排架柱连接处有贯穿性裂缝。
水闸消能防冲及铺盖工程施工方案
水闸消能防冲及铺盖工程施工方案
一、工程背景简介
水闸消能防冲及铺盖工程是水利建设中的重要环节，通过该工程的施工可以保
障水闸生态环境和人民生命财产安全，是水利设施建设的关键部分。
本文将针对水闸消能防冲及铺盖工程的施工方案进行系统规划和说明。
二、施工准备工作
1.确定施工方案及工艺流程。
2.制定施工计划和时间节点。
3.确定施工现场和安全防护措施。
4.准备所需材料、设备和人员。
三、施工工艺流程
1.土方开挖及基础处理。
2.水泥混凝土浇筑与固结。
3.消能防冲结构施工。
4.铺盖材料铺设和固定。
四、施工注意事项
1.施工过程中需严格按照工艺流程进行，避免操作失误。
2.加强现场安全管理，确保施工人员的人身安全。
3.对施工现场的环境进行保护，预防污染。
五、施工质量控制
1.定期进行检查验收，及时发现并解决施工中存在的质量问题。
2.对关键工艺和节点进行专项检测，确保工程质量符合相关标准和要求。
六、施工总结
水闸消能防冲及铺盖工程的施工是一项综合性工作，需要严格按照方案进行组
织和管理。
通过本文的详细介绍，希望能为相关工程的施工提供参考，确保工程质量和施工安全。
以上是关于水闸消能防冲及铺盖工程施工方案的文档，希望对您有所帮助。
水闸的消能和防冲处理的工程措施
挑流消能
利用挑流鼻坎将下泄水流挑射至下游 河床或人工设置的消能工上，通过碰 撞、雾化、冲刷等作用消减水能。
消能效果的评估
消能率
消能率是衡量消能效果的重要指标，计算公式为消能率=（下游 水位对应的能量/上游水位对应的能量）×100%。
水闸的消能和防冲处理的工 程措施
汇报人： 2024-01-08
目录
• 水闸消能概述 • 水闸消能工程措施 • 水闸防冲处理工程措施 • 水闸消能和防冲处理案例分析 • 水闸消能和防冲处理工程措施
的未来发展
01
水闸消能概述
消能方式
底流消能
通过在下游设置消力池或消力槛，利 用水跃消减水能，使下泄水流在消力 池内形成水跃，达到消能目的。
流速分布
通过测量下泄水流在不同位置的流速，分析流速分布情况，评估 消能效果。
冲刷深度
冲刷深度是衡量消能效果的另一个重要指标，过大的冲刷深度可 能导致下游河床破坏。
消能设施的维护与管理
1 2
定期检查
对消能设施进行定期检查，发现损坏或异常情况 及时修复。
清理淤积
定期清理消能设施内的淤积物，保持设施畅通。
3
调整运行方式
根据实际情况调整水闸的运行方式，以降低对下 游河床的冲刷影响。
02
水闸消能工程措施
水闸防冲刷消能
水闸—水闸的消能防冲设计水闸的消能防冲设计一闸下泄流的特点和闸下冲刷的原因1.闸下泄流的特点(1)分洪闸开始泄流时下游无水或水位很低始流条件差：Qmax→⊿Zmax水位升高，Fr较小，易产生波状水跃；进口流态不对称时会产生折冲水流。
(2)节制闸闸门开启不对称时会产生折冲水流；水头最大时流量并非最大，流量最大时水头最小。
2.闸下冲刷的原因q大而土壤的抗冲刷能力低；河道收缩，水流未充分扩散；运用不合理，产生折冲水流；消能工设计不合理。
二消能工设计消能工的主要作用是改善水流与固体边界的接触条件，防护加固下游河床。
消能防冲设施必须在各种可能出现的水力条件下，都能满足消散动能与均匀扩散水流的要求，且应与下游河道有良好的衔接。
1.消能方式：大多数采用底流消能，“ 我国已建的大、中型水闸，多数建在平原、滨海地区，一般在软基上建闸，且承受的水头不高，闸下跃前Fr 较低，宜采用底流式水跃消能。
”⒉消力池布置与设计：造成产生淹没式水跃必需的尾水深度，保护水跃内河床免受冲刷。
⑴设计情况：不同类型的水闸，其泄流特点各不相同，因此控制消能设计的水力条件也不尽相同，并不一定是Qmax的情况，应选取可能的q、⊿H的组合，取不利情况。
拦河节制闸宜以在保持闸上最高蓄水位的情况下，排泄上游多余来水量为控制消能设计的水力条件；分洪闸宜以闸门全开，通过最大分洪流量为控制消能设计的水力条件；排水闸宜以冬、春季蓄水期通过排涝流量为控制消能设计的水力条件；挡潮闸宜以蓄水期排泄上游多余来水量时，有时需用闸门控制泄水，上、下游可能出现较大的水位差作为控制消能设计的控制条件。
⑵计算消力池长度、深度及消力池底板的厚度（a）消力池深度：按水跃动量平衡方程求解（b）消力池的长度：用经验公式计算：式中L sj为消力池长度；L s为斜坡段的水平投影；β为水跃长度校正系数，一般取0.7～0.8；L j为水跃长度，新规范中推荐采用欧勒佛托斯基公式计算：（c）消力池护坦厚度可根据抗冲和抗浮要求，分别按规范中以下公式计算，取其最大值，且不小于0.5m：抗冲：抗浮：3.布置(1)下挖式消力池、突槛式消力池和综合式消力池是底流式消能的三种主要形式。
论水闸的消能防冲与防护
论水闸的消能防冲与防护天津市北大港水库管理处赵桂廷孟祥辉由于土质河床抗冲能力很低，而水闸放水时又具有较大的能量，因而闸下冲刷是一种不可避免的普遍现象，有的冲刷并不危害建筑物安全，一般是允许的，但对于有害冲刷，则必须采取措施，加强防止。
闸下冲刷原因是多方面的，根据设计及施工实践，绝大部分由设计不当造成，一部分是由后期运行管理不善造成的，为防止河床有害冲刷，保证水闸安全使用，首先要选用好适宜的单宽流量；其次是合理的平面布置，以利于水流扩散，避免或减轻回流的影响；第三是清除水流的多余能量和采用相应的防冲措施。
一、闸下泄流时的特点只有认识了闸下水流运动的规律，从具体情况出发，才能经济合理的解决闸下消能防冲问题。
闸下出流流态比较复杂，开始放水时，闸下水深较浅，随着闸门开度增大逐渐加深，在这个过程中，闸下泄流由孔流到堰流，由自由射流到淹没射流都会发生。
因此，必须采用适当的衔接方式。
1、闸下易发生波状水跃。
由于水闸上下游水位差较小，相应福氏数小（为第一共轭水深，处的断面平均流速）特别是平底板的情况下，更易发生波状水跃。
当下游河床与底板齐平时，在共轭水深比即～时会出现波状水跃，此时无强烈的水跃旋滚，处于急流状态，不易向两侧扩散，致使两侧产生回流，缩小了河槽的有效宽度，局部单宽流量增大，造成严重的冲刷河床及河岸。
2、闸下容易出现折冲水流。
一般水闸的宽度比原河道窄，水流过闸先收缩，出闸后再扩散，水流集中，左冲右撞，造成折冲水流，淘刷河床及岸坡，影响水闸正常运行。
二、闸下水流的衔接及消能1、闸下水流衔接消能方式：平原地区的水闸由于水头低，下游水深变化大，无法采用挑流消能，一般多采用底流式水跃消能。
虽然底流消能效果因水头差过小不很理想，但这种消能衔接方式适应于变动的过闸流量和下游水位，同时在平面上也容易扩散，所以底流消能在平原水闸中应用最广。
2、消力池的布置：促使闸下产生底流式水跃，主要是靠消力池。
对土基上的水闸，若下游水深不足，可将护坦高程降低形成消力池。
水闸的消能防冲设计
护坡坡脚与海漫、防冲槽的连接处要有可靠连接，如设 置防淘墙等。
水闸上游的水流流速往往较大，也应该进行护底和 护坡。
作业
P248 思考题第8题
（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
（一）、水闸消能防冲布置
水闸闸下消能防冲典型布置图
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，
h" hc ( 2
8Fr2 1 1)
（2）收缩断面水深hc的确定
消力池内决定于上游水位Zu与消力池 底板之间的高程差E0，可按下式计算。
hc3
E0 hc2
q 2 2g 2
0
（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。
河床土质 Ks
Ks值表
粉砂、 中砂、粗砂、
细砂
粉质壤土
14~13
12~11
粉质粘土 10~9
坚硬粘 土
8~7
（五）防冲槽
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。
海漫末端的河床冲刷深度可按下式计算。
dm
1.1 qm [v0 ]
水工建筑物水闸消能防冲设计简述
消能防冲设计
四、防冲槽设计
• 海漫与下游渠道相交处，应设防冲槽，以保护海漫免受冲刷。防冲 槽深度按下式计算
水工建筑物项目化实训包
水工建筑物项目化实训包
消能防冲设计
一、《水闸设计规范》规定
•7.上游防冲槽的深度应根据河床土质,上游护底首端单宽流量和上游水 深等因素综合确定,且不应小于上游护底首端的河床冲刷深度。 •8.闸门的控制运用应根据水闸的水力设计或水工模型试验成果,规定闸 门的启闭顺序和开度,避免产生集中水流或折冲水流等不良流态.闸门的 控制运用方式应满足下列要求： •（1）闸孔泄水时,保证在任何情况下水跃均完整地发生在消力池内。 •（2）闸门尽量同时均匀分级启闭.如不能全部同时启闭,可由中间孔向 两侧分段,分区或隔孔对称启闭,关闭时与上述顺序相反。 •（3）对分层布置的双层闸孔或双扉闸门应先开底层闸孔或下扉闸门, 再开上层闸孔或上扉闸门,关闭时与上述顺序相反。 •（4）严格控制始流条件下的闸门开度,避免闸门停留在振动较大的开 度区泄水。 •（5）关闭或减小闸门开度时,避免水闸下游河道水位降落过快. •9.在大型水闸的初步设计阶段,其水力设计成果应经水工模型试验验证。
水工建筑物项目化实训包
消能防冲设计
二、消力池设计
•1.消力池深度计算
水工建筑物项目化实训包
消能防冲设计
二、消力池设计
•2.消力池长度计算
•3.消力池底板厚度计算
水工建筑物项目化实训包
消能防冲设计
三、海漫设计
• 为消除消力池后水流剩余能量，池后渠底设置保护措施即海漫。 • 海漫应具有一定粗糙性，透水性及率性，宜用干砌石或浆砌石建成， 厚0.3—0.6m，下设0.1—0.15m砂卵石垫层。 • 海漫长度计算公式
浅谈水闸下游冲刷及对策措施
浅谈水闸下游冲刷及对策措施作者：许新民来源：《海峡科学》2008年第02期[摘要] 该文分析了产生水闸下游冲刷破坏的流态及原因，提出了防止和解决冲刷问题的对策。
[关键词] 水闸下游水跃冲刷原因对策中小型水闸下游发生冲刷破坏极为普遍，有的护坦、海漫受到破坏，特别是两岸边坡冲刷更为严重，甚至导致建筑物损毁。
直接影响着水闸运行安全。
因此，针对不同情况，采取有效措施防止水闸下游冲刷破坏。
1 水闸下游水流流态及破坏现象水闸下泄水流具有单宽流量大、能量集中的特点，有很强的冲刷能力。
因此，常采用底流消能方式与下游水流衔接，由于各种原因水闸下游常遇到冲刷，流态各异，变化复杂。
水闸在使用中上下游水位变化较大，闸下出流为急流，在与下游缓流衔接中，以水跃的型式出现，故采取工程措施使水跃在预定的工程措施处发生，利用水跃本身的水流紊乱、旋滚、掺气、碰撞消耗能量。
水跃的形态不同，对消耗能量的大小影响很大。
当下游水位变化、水深过浅，不足以使收缩断面处发生水跃时，下泄水流把水跃推向下游，水跃前有一段水流仍处于急流状态;或者池深、池长不够，使水跃跃出池外。
对下游引起不规则的波浪，并造成很大的冲刷。
水流情况对护坦、海漫及下游河(渠)床岸坡都造成冲刷影响，消力池底板末端淘空，海漫段造成冲坑，形成倒坡。
在水闸使用中水流在闸出口处流向骤然改变，流向一侧使流量集中，形成较大的回流区，旁侧回流区水流挤进主流区，造成主流收缩，使主流束窄;有的边界突然扩大，水流脱离边界，也形成回流区;水流出流扩散的不对称，两边水流有微小差别，使主流不是均匀地对称向两面溢流，而是间歇地左右摆动，蜿蜒前进，上述流态均为折冲水流，它的冲刷能力很强，造成局部冲刷破坏，特别是在主流冲刷和回流淘刷区域交替地出现，在下游翼墙，翼墙与下游护坡连接局部地段，护坦末端、海漫末端等出现淘空、坍陷、倾斜、护坡坍滑、冲坑等破坏现象[1]。
2 水闸下游冲刷原因水闸下游冲刷产生的原因是多方面的，与设计、施工、运行管理有关，这三方面是形成下游冲刷的主要原因。
浅析水闸消能防冲的设计
《湖南水利水电）2021年第3期浅祈#闸％能'冲的*计!素#（宁乡市水利水电勘测设计院，湖南长沙410600）摘要：在水闸的设计中，消能措施的选择和工程计算是设计的重要组成部分"当在软基上建闸其承受的水头不高时,闸下跃前弗劳德数Fr较低,通常宜采用底流式水跃消能。
文章通过水闸实例论述了水闸消能方式的选择依据,分析了底流式消能工程中加设消力池的判别原理,并详细介绍了消力池的池长、池深、底板厚度、以及与之连接的海漫长度和末端河床冲刷深度等的计算方法，可为同类工程设计提供参考和经验借鉴。
关键词：大中型水闸；底流消能；消力池；消能计算水闸是一种具有调节水位和控制过闸流量的水利建筑物，可同时发挥拦水和泄水作用，因此在防汛、抗旱、输水、发电等水利工程中占据极为重要的地位，但由于闸基前后水位高程不等，水闸上下游落差会将水体的势能大量转化为动能，导致过闸水流流速大大提高，从而对下游河床及两岸产生严重的机械和侧是的会范围从下游不断后退到闸室地而造成水闸发生因，在水闸中有的能防对于水利的程是重要的水闸能防有流能流能和流能三种，具体的要于过闸水流流量、上下游水位差、水利程的及程的地质等因流水上一座重建的大（!水闸为过同下过闸流量、上下游水位、闸等因对水闸能的选择和程为水利的能防提供有1工程概况某大（！）型水闸枢纽工程位于湘江长沙段一级支流涝水河的中游，由溢流坝、泄洪闸、冲砂闸、水轮泵、工作及上下游等建筑物，要能为水、防洪、发电，灌溉耕地 1.2万亩，受益人口1多人。
水闸区内总的地势北东低、西南较高，属低山之下环绕着岗峦伏的中丘陵区，地高程80-120m,岗顶高程300〜400m,相对切割深20〜60 m,地势低缓，谷地较宽阔，属I级阶地堆积地貌单元。
闸址控制流集雨近12001m2,道干流长度大于601m,闸址上游坡降平均1.8!。
闸址区河床宽110〜130m，河床高程57.5〜59.7m，闸上游水深4〜5m、下游水深1-3m,沿岸多发育I〜！级阶地。
水闸的消能和防冲处理的工程措施
位能消能
利用水流位能，通过设置闸门、堰等 设施，改变水流方向和速度，将位能 转化为其他形式的能量，从而达到消 能目的。
消能类型
底流消能
通过设置消力池、消力墙等设施 ，使水流在底部形成水跃，将动 能转化为热能或其他形式的能量
，从而达到消能目的。
面流消能
通过设置闸门、堰等设施，使水流 在表面形成水跃，将位能转化为其 他形式的能量，从而达到消能目的 。
护坦设计
总结词
护坦是水闸消能和防冲处理中的重要设施，其主要作用是消 减水流的冲击力，保护河床和岸坡，同时防止水流对水闸的 冲刷。
详细描述
护坦一般采用钢筋混凝土或浆砌块石结构，其形状和尺寸需 要根据水闸的设计要求和实际情况进行设计。护坦的表面需 要具有一定的坡度和粗糙度，以增强其抗冲刷能力。
防冲林设计
，确保能够充分消减水流的能量。
消力池边墙和底部设计
03
根据水流的特性和消力池的工作原理，设计消力池的边墙和底
部形态，以优化水流的流动特性。
消力墩设计
01
02
03
消力墩布置
根据水闸的下游水位和消 力墩的高度要求，确定消 力墩的布置位置和间距， 以实现最佳的消能效果。
消力墩形状设计
根据水流的特性和消力墩 的工作原理，设计消力墩 的形状和尺寸，以有效地 分散水流能量。
挑流消能设施的布置
在闸上游设置挑流鼻坎等设施，使水流在表面形成挑流，达到消能 目的。同时需考虑下游河床的冲刷和防护问题。
02
水闸消能设施设计
消力池设计
消力池类型选择
01
根据水闸的水流条件和工程要求，选择合适的消力池类型，如
整体式、分离式等。
消力池深度设计
水闸的损坏及修理方法浅析
水闸的损坏及修理方法浅析一、水闸的裂缝与修理1.闸底板和胸墙的裂缝与修理闸底板和胸墙的刚度比较小，适应地基变形的能力较差。
因此，很容易由于地基不均匀沉陷引起裂缝。
另外，由于混凝土强度不足、温差过大或施工质量差等也容易引起闸底板和胸墙裂缝。
由于地基不均匀沉陷产生的裂缝，在裂缝修补前，首先应采取稳定地基的措施。
稳定地基的一种方法是卸载，如将墙后填土的边墩改为空箱结构，或拆除增设的交通桥等。
此法适用于有条件进行卸载的水闸。
另一种是加固地基，常用的方法是对地基进行补强灌浆，提高地基的承载能力。
对于因混凝土强度不足或因施工质量而产生的裂缝，主要应对结构进行补强处理。
2.翼墙和桨砌石护坡的裂缝与修理地基不均匀沉陷和墙后排水设备失效是造成冀墙裂缝的两个主要原因。
由于不均匀沉陷而产生的裂缝，首先应通过减荷稳定地基，然后再对裂缝进行修补处理，因墙后排水设备失效，应先修复排水设施，再修补裂缝。
浆砌石护坡裂缝常常是由于填土不实造成的，严重时应进行翻修。
3.护坦的裂缝与修理护坦的裂缝产生的原因有：地基不均匀沉陷、温度应力过大和底部排水失效等。
因地基不均匀沉陷产生的裂缝，可待地基稳定后，在缝上设止水，将裂缝改为沉陷缝。
温度裂缝可采取补强措施进行修补，底部排水失效，应先修复排水设备。
4.钢筋混凝土的顺筋裂缝与修理钢筋混凝土的顺筋裂缝是沿海地区挡潮闸普遍存在的一种病害现象。
裂缝的发展可使混凝土脱落、钢筋锈蚀，使结构强度过早地丧失。
顺筋裂缝产生的原因是海水渗入混凝土后，降低了混凝土碱度，使钢筋表面的氧化膜遭到破坏，结果导致海水直接接触钢筋而产生电化学反应，使钢筋锈蚀。
锈蚀引起的体积膨胀致使混凝土顺筋开裂。
顺筋裂缝的修补，其施工过程为：沿缝凿除保护层，再将钢筋周围的混凝土鑿除2 cm；对钢筋彻底除锈并清洗干净；在钢筋表面涂上一层环氧基液，在混凝土修补面上涂一层环氧胶，再填筑修补材料。
5.闸墩及工作桥裂缝与修理我国早期建成的许多闸墩及工作桥，发现许多细小裂缝，严重老化剥离。
浅谈水闸下游冲刷及对策措施
水闸下游冲刷产生的原因是多方面的，与设计、施工 、
运行管理有关 ，这三方面是形成下游冲刷的主要原因。
２ １ 设 计 方面原 因 ．
２ ．２ 管理、运用及其它原因
２． ． １闸门启闭控制不当。闸门的运行方式对下游情况 ２ 的好坏和工程的安全有着重大的影响 。 由于闸门开启的不
２１ ． １消能防冲设计的缺陷 。主要表现在： ．
末端 ，这 时的 海漫 容易遭受 冲刷 破坏 。
情况 ，采取有效措施防止水闸下游冲刷破坏。
１ 水 闸下游 水流流 态及破 坏现 象
（） ２ 消力池过浅 ，水跃不完全 ，甚至急流冲出消力池，
发 生远 驱式 水跃 ， 或者 消力 池尾槛 过高 ， 后的水 面跃 差过 槛
水闸下 泄水 流具有单 宽 流量 大 、 能量 集 中的特点 ，有很 强 的冲刷 能力 。 因此 ， 采用底 流消 能方式 与下 游水流衔 接 ， 常
能量 的大小 影响很 大 。当下 游水 位变化 、水深 过浅 ， 足 以 不 使 收缩 断面处发 生水 跃时 ， 下泄 水流把 水跃推 向下游 ， 跃 水 前 有一段 水流仍 处于 急流状 态 ； 池深 、 长不够 ， 或者 池 使水 跃 跃 出池外 。对下 游 引起 不规 则的 波浪 ， 造成很 大 的冲刷 。 并 水流情 况对 护坦 、 海漫及 下游河 （ ） 岸坡 都造成 冲刷 影响 ， 渠床 消力 池底板 末端 淘空 ，海漫段 造 成冲坑 ，形成倒 坡 。
考虑过闸后水的流态变化特性 ， 以及外界条件变化对水流态 的影响 。同时， 还要多借鉴一些优秀设计中消能 防冲部分的 成功经验，消除设计中的缺陷 ，防止下游发生冲刷破坏。
如 某市 某桥 闸作 为福 建省规 模较 大 的大型 水闸 ， 设计 洪
浅谈水闸工程中的消能防冲计算
第5期（总第265期）相0，|_祈5杉洪2021 年 5 月 U R B A N R O A D S BRIDGES &FL O O D C O N T R O LDOI:10.16799/ki.csdqyfh.2021.05.047浅谈水闸工程中的消能防冲计算防洪排水陈杰(上海嘉定水务工程设计有限公司，上海市201800)摘要：消能防冲计算是水闸工程设计中的重要环节，消力池、海漫段、防冲槽等消能防冲设施的结构尺寸都需要 通过计算确定。
水闸设计规范给出了相应的消能防冲计算公式。
结合工程实例，从计算水位组合的选取、河道不冲流 速及允许流量的计算、闸门开度及过闸流量的确定、消能防冲计算过程、消能防冲设施布置等几个方面对水闸工程 中的消能防冲计算及消能防冲设施设计进行了简要介绍。
关键词：水位组合；不冲流速；过闸流量；消能防冲计算中图分类号：TV66 文献标志码：B文章编号：1009-7716(2021 )05-0160-030引言水闸是一种调节水位、控制流量，既挡水又泄水的低水头水工建筑物。
水闸主要依靠闸门控制水流，具有挡水和泄（引）水的双重功能，在防洪、治涝、灌 慨、供水、航运、发电等方面有着广泛的应用。
为保护水闸下游河床免受冲刷，需采取必要的消能防冲措施。
水闸的消能方式，一般采用底流式水跃消能。
其主要消能结构为消力池，在池中利用水跃消能。
海漫段紧接在消力池之后，继续消除水流余能，使水流扩散并调整流速分布，减少底部流速，保 护下游河床免受冲刷。
防冲槽设置在海漫段末端，主 要作用是保护海漫段的安全。
消力池、海漫段、防冲槽等消能防冲设施的设计离不开消能防冲计算。
现以“嘉定蕰藻浜以南地区近期引水调度工程”中的盐铁塘泵闸为例，对水闸消能防冲计算的内容作简要介绍。
1项目概况上海嘉定蕰藻浜以南地区，位于嘉定区的最南端，西北以蕰藻浜为界，南依苏州河，东临中槎浦和新槎浦，区域总面积约]00.36 k m2。
消能防冲设施冲刷破坏的处理.
主 讲 人：赵海滨 黄河水利职业技术学院
2015.04
消能防冲设施冲刷破坏的处理
一、改善消力池
1）改造消力池构造 若消力池尺寸不合理，不能保证下泄水流在护坦上形 成水跃，应适当加深、加长消力池，或将挖深式消力 池改为坎式或综合式消力池；若存在恶性平面流态时， 可在消力池内适当增设消力墩、消力齿、尾坎等辅助 消能工程；对于产生波状水跃而引起冲刷的情况，可 在闸底板末增设小坎，以促成水跃消能，防止下游海 漫和河床的冲刷。一般情况下，改善消能设施，要通 过模型验证。
水利工程管理技术
消能防冲设施冲刷破坏的处理
一、改善消力池
2）改善冀墙的扩散角 当上游河道流态不良使过闸水流的主流偏向—边，导 致下游岸坡遭受冲淘破坏的，可在下游河道的适当部 位修建导水墙或丁坝加以改善和防止；对于水闸下游 翼墙扩散角不当使水流产生折冲和回流，引起岸坡冲 淘破坏的，应采取措施改善翼墙扩散角，使过闸水流 均匀扩散，避免折冲水流和回流的产生；当水闸上游 的局部淤积造成过闸水流产生折冲现象的，可采用增 设排砂孔或人工清淤的措施来处理。
水利工程管理技术
消能防冲设施冲刷破坏的处理
一、改善消力池
3）加固护坦 如果水闸的护坦是由于不均匀沉陷或由于扬压力和水 跃产生不平衡水压力而造成损坏的，应加固护坦，提 高其抗冲、抗扬压力的能力。以下几种方法可以改善 护坦的受力条件，提高其抵抗不平衡水压力的加固措 施。 （1）改善排水系统 当连接横向排水管的纵向管道有堵塞时，应考虑增 加其数量，并适当加大孔径；在地下水较高的部位设 集水槽，填滤料，埋排水管，将地下水排出。 （2）改善防渗、止水设施 延长、加厚上游铺盖，或重新翻修提高铺盖质量， 增强防渗效果，有条件的可加深或增做截水墙，以延 长渗径，减少渗透压力。
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（2）折冲水流的防止措施
①总体布置时，尽量使上游渠道有一段较长的 顺直段，确保来水顺均匀。
②控制下游翼墙的扩散角，扩散角宜7~12，使 水流均匀扩散。 ③制订合理的闸的开启程序，注意均匀齐步，间 隔对称等开启原则，力避开启、关闭时大起大落 和多孔闸部分闸孔泄流的运用方式。
5、海漫
(1)布置 水平海漫：下游河床局部冲刷大。适用于下游河床 抗冲能力较强的情况 倾斜海漫：倾斜段坡度以1：6~1：10为宜
可采用抗冲耐磨的斜坡护坦与下游河道连接，末端应设防 冲墙。
2、消能防冲设计的水力条件选择
三、水闸的消能防冲设计
1、底流消能消力池型式
• 下挖式：当闸下尾水深度小于跃后水深 • 突槛式：闸下尾水深度略小于跃后水深的消力池消能 • 综合式：当闸下尾水深度远小于跃后水深，且计算消力池
深度又较深时
（a）下挖式；（b）突槛式；（c）综合式
(3)消力池的底板计算
消力池底板厚度可根据抗冲和抗浮要求，并取其最大值。
抗冲要求 抗浮要求
t k1 q H
t
k2
U
W
b
Pm
3、辅助消能工
①水流受辅助消能的阻挡，抬高了原来小于跃后 水深尾槛前水深。 ②辅助消能的作用改变了原来水流的流速分布， 增加了对水跃阻力，降低了对跃后水深的要求。
（1）尾槛
2、消力池尺寸计算 (1)消力池的深度计算
d 0hc hs Z
hc
hc 2
1
8q 2
ghc3
1
b1 b2
0.25
Z q2 q2 2g 2hs2 2ghc2
hc3
T 0hc2
q2 2g 2
0
消力池的深度计算示意图
(2)消力池的长度计算
Lsj Ls L j
L j 6.9hc hc
海漫首端河床冲刷深度 ：
d m
0.8
qm
v0
hm
海漫末端河床冲刷深度 ：
dm
0.8
qm
v0
hm
防冲槽布置示意图
（2）防冲墙
对于冲刷深度较小的水闸，可采用1~2m深的 防冲齿墙
对于冲刷深度很大的水闸，建议采用板桩或 地下连续墙，来阻止冲刷坑向消力池方向 推进，板桩或地下连续墙的深度不应小于3 倍的（dm）。
• 作用：稳定水头，调整铅直断面的流速公布， 减少池后冲刷，促使水流均匀扩散。
• 高度： 0.5 ~ 1m，砼与钢筋混凝土筑成，并与 护坦连成整体。
• 型式：连续式，齿型。
（2）消力墩
消力墩沿水流方向的断面型式可为矩形或梯 形，墩顶应有足够的淹没水深，墩高为跃 后水深的1/5～1/3。墩宽及墩的净距一般采 用墩高的一半，前后排的净距可比墩高稍 大些。
前面段水平，后面段倾斜，倾斜底坡
海漫布置示意图
(2)根据水流流速选择构造： 混凝土海漫 ：6～10m/s 干砌块石：2.5～4.0m/s 长度： Lp K q H
q ——消力池出口处单宽流量（m3/s • m ）
ΔH——上、下游水位差（对应的）
Ｋ ——经验系数
• 干砌块石护坡，厚约0.3～0.4m，其下铺砂 卵石垫层。无论是纵向或横向，每隔8～ lOm设置混凝土或浆砌石石埂一道，断面尺 寸约为0.3 m×0.4m左右。
粉砂、细砂河床： 13 ~ 15
中砂、粗砂、砂壤： 10 ~ 12
壤土：
8~9
粉质粘土：
9 ~ 10
坚硬粉土：
6~7
适用范围
q H = 1 ~ 9
计算时，试算各种水位流量组合下：q 和ΔH取最大值。
6、防冲槽与防冲墙
（1）防冲槽
防冲槽大多采用宽浅式的，槽深一般取
1.5～2.5m，底宽b取2～3倍的深度，上游 坡率m1=2～3,下游坡率m2=3
（3）消力齿
可用于下游水深较小的情况，一般布置在 消力池的陡坡坡脚处，齿的剖面型式常采 用梯形或三角形，通常将齿顶削成半圆形。
沙湾电站下游消力齿
沙湾电站下游消力齿和消力墩
4、浪状水跃、折冲水流的防止措施
（1）波状水跃的防止措施 在出流平台（0.5~1.0 m）末端设置一道小坎，将射
流挑起转而跌入池中，形成旋滚或淹没水跃，以充分 利用池深消能，小坎高度 c，一般为0.5~1.0 m。
一、过闸水流特点
1、水流形式复杂 2、闸下易形成波状水跃
3、闸下容易出现折冲水流
波状水跃示意图 折冲水流示意图
二、消能防冲设计的水力条件
1、闸下水流的消能方式
• 平原地区采用底流式消能。 • 山区灌溉渠道可采用挑流式消能。 • 当水闸闸下尾水深度较大，且变化较小，河床及岸坡抗冲
能力较强时，可采用面流式消能。 • 对于挟有较大砾石的多泥沙河流上的水闸，不宜设消力池，
7、上游河床和上下游岸坡的防护
（1）上游河床防护
一般采用浆砌石或干砌块石护底，其长度与 水头、单宽流量及土质情况有关，约为3～ 5倍堰顶水头(不包括防渗铺盖的长度)。土 质抗冲能力较低时，护底上游端还应设置 厚度约为1.0m左右的防冲槽。护底下面设 垫层。
（2）下游河床防护
• 在靠近闸身一段距离内，由于流速较大， 常用浆砌石护坡。上游护坡一般自铺盖始 端再向上游延伸2～3倍水头，下游自防冲 槽末端再向下游延伸4～6倍水头。