梯形消力池水力计算与应用实例

梯形消力池水力计算与应用实例
梯形断面消力池具有基础开挖工程量小、避免高挡土墙、施工简单等优点。

对于降低中小型工程施工难度，节约工程投资具有实际意义。

目前相关规范并无梯形断面水跃详细计算说明，而以往资料论述的计算方法落后。

研究梯形断面消力池水力学计算可有助于优化工程设计。

标签：水力学；消能计算；消力池
4 梯形断面消力池的优点
梯形断面消力池相较于矩形断面消力池，优点主要有以下三点。

第一，相同工况条件下，梯形断面共轭水深比矩形断面小。

共轭水深小即可减少基础开挖量和混凝土工程量。

文章工程实例计算梯形消力池共轭水深为5.019m，而相同工况计算矩形消力池共轭水深为6.174m，两者相差1.155m。

如果采用矩形断面消力池设计，边墙一般需设计重力式或扶壁式挡土墙。

即使采用较节省的扶壁式挡土墙，基础开挖也要预留出挡土墙基础宽度和模板安装空间。

假设采用重力式挡土墙，按照0.3的墙后边坡设计，0.8m墙顶宽度，再加0.8m 墙后趾。

挡土墙基础宽度必须3.5m以上，基础开挖与混凝土工程量均较大。

如果采用梯形断面消力池设计，则可采用1：1左右的贴坡式混凝土护坡，文章工程实例采用底部0.6m顶部0.3m钢筋混凝土护坡。

两方案对比详见表2。

第二，矩形断面消力池边坡一般采用挡土墙型式，重力式和扶壁式挡土墙均需验算稳定性。

另外扶壁式挡土墙虽然节约混凝土工程量，但是有较复杂的配筋计算和增加钢筋用量，施工复杂而且不经济。

梯形断面消力池护坡型式仅需简单验算护坡厚度和构造配筋即可。

当设计较缓边坡时还可不架设模板，施工方便。

第三，梯形断面消力池与下游梯形渠道可以直接连接，省去了矩形断面与下游泄水渠梯形断面之间的扭面衔接段。

扭面一般设计为浆砌石，在目前人工费昂贵的条件下，施工单位基于经济效益考虑，尽量避免采用人工工时较多的浆砌石施工方案。

5 结束语
梯形断面消力池水力计算原理简单，但是需要迭代计算。

如今在计算机辅助计算的条件下，运用适当软件或者通过编程，很容易解决计算问题。

文章通过梯形断面消力池与矩形断面消力池设计方案的对比，可以明显看出前者从开挖工程量、混凝土工程量、总造价等各方面优势明显。

理论分析有很多文献可以查阅，而实际工程中积极将先进理论转化为工程应用的不多。

特别是现行水闸规范没有明确计算方法，使得该技术应用受到限制。

因循守旧的设计思路始终阻碍科技创新。

希望文章有益于水利工作者的设计和施工。

2015年6月29日施工场地发生暴雨，泄洪洞泄洪流量约为70m3/s，与设计流量相近。

通过现场查看，共轭水深距离消力池边墙顶部仍有足够超高，护坡混凝土没有破坏。

因此，通过实际运行情况来看，梯形断面消力池设计方案工程效果良好。

参考文献
[1]吴持恭.水力学[M].第四版.高等教育出版社，2008.
[2]张小林，刘惹梅.梯形断面渠道水跃共轭水深的计算方法[J].西北农林科技大学水利与建筑工程学报，2003.
作者简介：娜孜拉·吐斯布那比（1967，3-），女，职称：高级工程师，工作单位：新疆阿勒泰地区水利水电勘测设计院。