水闸的消能防冲设计

（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，
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
消力池深度公式：
d = σ0 h″ - t - ∆Z
式中：σ0——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，
5.3 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。
二、消能防冲设计条件的确定 （一）消能方式
水头低、下游水位变幅大、地基条件差— —底流消能
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
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
3．海漫的长度
L p = K s q s ∆H ′
Ks值表
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 粉砂、 细砂 14~13 中砂、粗砂、 粉质壤土 12~11 粉质粘土 10~9 坚硬粘 土 8~7
河床土质 Ks
（五）防冲槽
3．护坦的厚度
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。
t = k1 q ∆H ′
抗浮：护坦在扬压力和脉动压力的合成作用下不至于 浮起。
t = k2
U − W ± Pm
γb
（四）海漫
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；
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。
（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
αq 2 αq 2 ∆Z = − 2 2 2 gϕ t 2 gh′′
（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+βLj
式中 Ls—斜坡段水平投影长度； Lj——自由水跃长度，Lj =6.9(h″-h′)； β—水跃长度校正系数，β=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 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。
作业
P248 思考题第8题
Байду номын сангаас
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。
qm d m = 1.1 − hm [v0 ]
hc 2 h = ( 8Fr + 1 − 1) 2
"
（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。
αq 2 hc3 − E 0 hc2 + =0 2 2 gϕ
（3）跃后共轭水深h″与 下游水深的关系
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。 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。