底流消能工布置
跌坎式底流消能工跌坎深度确定及工程应用
Ｄ ｅｔｅｒｍ ｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｆａｌｌｉｎｇ－－ｓｉｌｌ ｄｅｐｔｈ ｆｏｒ ｂｏｔｔｏｍ －－ｆｌｏｗ ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｓｉｐａｔｏｒ ｗｉｔｈ ｓｉｌｌ ａｎｄ ｉｔｓ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ＺＥＮＧ Ｙｕａｎｙｕａｎ，ＺＨＡＯ Ｗｅｉ，ＸＵ Ｘｉｎｘｉｎ，ＷＡＮＧ Ｈａｉｊｕｎ
ａｓ ｗｅｌ１．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｈｅｒｅｉｎ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ ｆ ｏｒ ｔｈｅ ｓｉｍｉｌａｒ ｐｒｏｊｅｃｔ ｃｏｎｃｅｒｎｅｄ．
Ｋ ｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｂｏｔｔｏｍ —ｆｌｏｗ ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ； ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｆａｌｌｉｎｇ—ｓｉｌｌ；ｓｔｉｌｌｉｎｇ ｐｏｏｌ；ｈｉｇｈｗａｙ ｐｉｅｒ
能研 究提 供参 考 。
关键 词 ：底 流 消能 ；跌 坎深 度 ；消 力池 ；高速公路 桥墩
ｄｏｉ：１０．１３９２８／ｊ．ｃｎｋｉ．ｗｒａｈｅ．２０１６．０５．００６
中 图分 类 号 ：ＴＶ１３５．２
文 献 标 识 码 ：Ｂ
文章 编 号 ：１０００—０８６０（２０１６）０５—００２４ ０５
流在 淹 没射流 区沿 着射 程 向四周扩 散 ，在射 流 四周 进 行掺 混 、摩 擦 和 剪 切 作 用 达 到 消 能 的 目的 ；另 一 方 面 ，跌坎 的存 在使 得人射 主流 的射 程增加 ，主流能 量 沿程 得 到一定 消耗 ，有 效地 降低 了临底 流速 ，从 而降 低 了消力 池底 板 的 水 力 学 指标 Ｊ。影 响跌 坎 式 消 力 池 内流 态 、底 板 临底流 速 以及 消力 池消 能效率 直接 取 决于跌坎深度¨Ｊ，因此 ，设计 跌坎式消力池体 型的 关键 是确 定合 理 的跌坎深 度 。本文结 合实 际工 程 以消 力池 中允 许 的最大 临底 流速 为控制 目标对 消力 池 的体 型进 行优 化试 验研究 。
底流式消能工的研究与设计
报
第
奋
入流 佛 氏数 与 消 能塘选型 的 关 系
消能 塘 是 底 流水 跃 消能 工 的 主体 平
、
,
容 纳 水 跃 在 塘 内进 行 大功 率 的 集 中消 能 其 流态随 入 流 佛 氏数 r F 而改 变
一 ,
,
,
。
塘底水
:
不 设 辅 助 消能 工 的 二 元 自由水跃
,
F , 可表 达为
,
, :
除 主要 与 泄 流水头 和单 加 以 侧 t 手段
。 ,
堰
口 布 置和 闸墩 体型 等都 有 影响
和研 究 方法 的 局限
至 今所 提 出的 计算 方 法 多为 经 验或 半经 验 公 式
且 结 果各 有不 同
工
程 上 常采 用 以 下 两个计 算 公 式
(l ) 水 利水 电科 研院 陈椿庭 公 式 流速 系数 式中
F r 式中
,
,
一 v
’
.
司丽了
m)
,
/
万石护
相应 于
一
( h
*
h / 户
,
.
q /
度 (m
s
— )
’
,
单 宽流量 ( m
h
.
、
,
1
—
。
— 跃 首断 面 的 急流水 深 与平均 流速 ( m)
。
/
s
h
*
q
的临 界水 深 (m )
、
g
(m / s )
。
—
重 力加 速
应 力 求使 所 设 计 的消 能塘在 各种 运行 工 况 下均能 产生 一定 程度的 淹 没水跃 并对 各种 形 态的 水跃提 供 适 当的 消能 作 用 熟的 定型 设计 (l )当 水跃
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
消力池段施工工法
消力池段（B-B-5）分部工程施工工法一．工程概况溢洪道消力池段溢洪道出口采用底流式消能，底流消能段自桩号0+280.67至0+325.67，长45M，宽度为10M～18M，底板高程1403.42M。
消力池采用整体式结构，底板采用C30钢筋砼，厚2.5M。
边墙采用C30钢筋砼，墙高14.0M，墙厚2.0-1.0M。
二．施工方法及质量技术要求溢洪道消力池段开挖按照“自上而下、先覆盖层后基岩,开挖一层、支护处理一层的原则进行施工，土方开挖主要分为：场地清理，土方开挖分段进行，采用自上而下分层分段依次进行，施工顺序为：1、开挖施工技术要求1.1土石方开挖表层的有机土壤需单独开挖，并运至指定场地堆放，同时做好排水及防止雨水冲刷措施。
土方和残坡积物覆盖层及全风化岩层、岩块及碎石，需开挖清除，部分能够符合填筑要求。
1.2.边坡开挖按设计坡比自上而下进行，高度较大的边坡应采用梯段分层开挖，垂直梯段高度一般不大于15M。
对开挖出露的软弱岩层和构造破碎带应及时按设计要求进行支护等处理，并采取有效的堵、排水措施。
开挖边坡的支护应在分层开挖过程中逐层进行，上层的支护应保证下层开挖安全顺利进行，未完成上层支护，严禁进行下一层开挖施工。
开挖坡面做到平顺，无陡坡、反坡，岩石中的断层、裂隙、软弱夹层局部反坡、凹坑按设计要求处理。
1.3.建基面开挖基础建基面采用预留保护层或控制爆破技术进行开挖，严格控制开挖平整度和爆破对保留区岩体的影响。
要求开挖面无陡坡尖角、反坡，倒悬岩体，开挖后的岩石表面应干净、粗糙，岩石中的断层、裂隙、软弱夹层按设计要求处理。
结构面上的破碎和松动岩块、泥土、锈斑等采用人工清除处理。
开挖面不欠挖、少超挖。
1.4控制爆破基础和坡面岩石开挖优先采用预裂爆破和光面爆破技术，对不适合预裂爆破和光面爆爆破的部位，采用预留保护层开挖法。
预裂爆破相邻两炮孔间的不平整度应控制在15CM以内，孔壁表面不产生明显的爆破裂隙，炮孔残留率满足技术规范要求。
底流消能PPT
底流消能的工作原理：在坝址下游设消力池,
消力坎等，促使水流在限定范围内产生水跃， 通过水流的内部摩擦，掺气和撞击消耗能量。
11
Li
底流消能
底流消能
水跃的基本流态 对平底、无辅助消能设 施的二维自由水跃，其流态随跃 首断面 弗劳德数而改变，随着Frl的不同，水跃 可划分为以下四种基本形式。
底流消能
1）当ht=h’ c时，产生临界水跃 2）当ht<h’ c时，产生远驱水跃 3）当ht<h’ c时， 产生淹没水跃
在工程中一般希望水跃能在较小的淹没水 跃下运行。
底流消能
运用底流消能的工程
太平湾水电站是中朝两国联合开发鸭绿江干流的梯级电站 之一。该工程的水力特点是低水头大流量，最大单宽流量 为１２０．５ｍ３／（ｓ· ｍ），佛氏数低，消能困难，本 工程采用消力池内加设辅助消能工
①弱水跃。相应于Frl=1.7～2.5。消能效率 不高
②颤动水跃。相应于Frl=2.5～4.5。水跃消 能效率 约为18％～45％ ③稳定水跃。相应于Frl=4.5～9 。 消能效率 约为45％ ～ 70％ ④强水跃。相应于Frl>9。消能效率大于70％
底流消能
底流消能中的辅助消能工
消力池是底流消能的主
贵州省遵义市鱼塘水电站岸坡式溢洪道底流水跃消能工设 计中,比较了各种型式的消力墩、消力坎的作用及布置和常 用的消力池型式
要消能工
辅助消能工主要有： （1）趾墩 （2）前墩 （3）后墩
（4）尾槛
底流消能
底流消能的下游局部冲刷与防冲措施
海漫与防冲槽是水跃种衔接形式
底流消能就是借助于一定的工程措施控制水跃的位置，水 跃的位置决定于坝址收缩断面水深hc的共轭水深h’c与下游 水深ht的相对大小，可能出现下列三种衔接形式：
低佛氏数底流消能辅助消能工模型试验分析
Ｌ ｎ —ｈ ｎ Ｉ Ｍｅ ｇ ｃ ｅ ｇ，Ｔ Ｇ ｉｈ ｎ ＯＮ Ｈａ — ｏ ｇ
（ ｏｌ ｅｏ ａｅ ０ 。 Ｃ ａｇｈ ｎｖｒｔ ｆ Ｓｉ ｃ ｎ ｅｈ ｏ ｇ ，Ｃ ａｇｈ １０６， ｈｎ ） Ｃｌｇ ｅ ｆＷ ｔ ｃ Ｗｅ ， ｒ ， ｈ ｎｓａ Ｕ ｉ ｓｙｏ ｃ ｎｅａｄ Ｔｃｎｌ ｙ ｈ ｎｓａ４０ ７ Ｃ ｉ ｅｉ ｅ ｏ ａ
Ｋｅ ｒ ｓ：ｏ Ｆ ｏ ｄ ｕ ｅ ； ｕ ｉ ａ ｙ ｅ ｅ ｇ ｉｓｐ ｔｒ Ｔ ｔｐ ｉ ｒ ｙ ｗｏ ｄ ｌｗ ｒ ｕ ｅ ｎ ｍｂ ｒ ａ ｘ ｌ ｒ ｎ ｒ ｄ ｓ ｉ ａｅ ； ・ｙ ｅ ｐ ｅ ；ｍｏ ｅ ｅ ｔ ｓ ｉ ｙ ｄ ｌｔｓ
平原闸坝枢 纽和中小型水 电工程泄水建筑物 的泄水宽度常
ｅｅｇ ｉｓ ａｉ ｒ ｈｃ ｔ ｒｌ ｒｕ ｅｎｍｂｒ ｉ ｈ ｇ ｔ ｃｕｅ ｄｄｓｒｅ ｐ ｌ ｉ ｔ ｎａｄａｐｉａｏ ｎ ｎｅ ｎ， ｎｒ ｄｓｉ ｔｎｆ ｍ ｗ ｉ ｉ ｆ ｗ Ｆｏｄ ｕ ｅ ｄｓ ａ ｅｓ ｔｒｓａ ｅｅｖｓｐ ｕａ ｚ ｉ ｎ ｐｌ ｔ ｎｉ ｅｇ ｅｒ ｇ ｙ ｐ ｏ ｏ ｈ ｓｉ ｆ ｏ ｏ ｃｒ ｕ ｒ ｎ ｏ ｒ ａｏ ｃｉ ｎ ｉ ｉ
第３ ３卷第 ９期
古贤水利枢纽泄水建筑物出口底流消能设计探讨
２ 消力池方 案的初 步选择
古 贤 水 利枢 纽 泄水 建 筑 物 具有 １２０ ｉｎ高 水 头 、 ３５ ｍ／ｓ流 速 、最大 泄 流达 ９ ０８７ ｍ３］ｓ的特点 。为消 除 下 泄 水 流 的能 量 ，保 护 建 筑 物 下 游 不 被 淘刷 ，防 止 河 床 揭 底 联 片 冲 刷 、危 及 岸 坡 安 全 ，泄 洪 洞 和排 沙 洞 出 口消能 方 式 首选 挑 流 消能 。但 是 ，在 右 岸 地 面 厂 房 方 案 中 ，由于 地 形 限制 ，电站 厂房 距 泄 洪 排 沙 洞 出 口挑 坎 位置 最 近仅 约 １００ ｍ，厂房 受 挑流 雾 化 影 响 严 重 。为 减 轻或 避 免 雾化 影 响 ，右岸 地 面 厂 房 方 案泄 洪排 沙 洞 出 口消能方 式 宜考 虑底 流 消能 。
Ｊｓ＝ 一 一（ＶＨｏ－ＶＨ１）；
；
日ｏ＝ ｏ＋ 瓣 ２ ；
ห้องสมุดไป่ตู้
式 中：
安 全系 数 ，取 ｏ－＝１．１０；
一 级 池池深 ，ｍ；
Ｈ —— 坎 顶 总水头 ，ｍ；
ｂ — — 一级 池 内收缩 断面池 底宽 度 ，ｍ；
６厂一 一级 池 内跃 后 断面池 底宽 度 ，ｍ；
一 一 级池 内收 缩断 面水深 ，ｍ；
底 流 消 能 是 利 用 在 消力 池 内产 生 水 跃 进 行 消 能 的一 种传 统 消 能方 式 ，具 有 适 应性 强 、流 态稳 定 、 冲刷轻微等特 ｌ生。底流消能不但适用于低水头大单 宽 流量 的平原河道或通航河道 ，在高水头 、大流量 的泄 水 建筑 物 上 也得 到 相 当普遍 的应 用 ，目前 国 内 如 向家 坝 、安 康 、五 强溪 、清 江 隔河 岩 等 高 坝枢 纽 以 及 国外 一些 高 水 头 、大 流 量 的泄 水 建 筑 物 均有 采 用 底 流 消能 的 工程 实例 。
低水头泄水建筑物消能工概述
低水头泄水建筑物消能工概述我国在消能防冲方面的研究工作和取得的成果较多。
目前泄水建筑物常用的消能形式有底流消能、面流消能、挑流消能以及上述三种形式的结合运用[1]，其中底流消能是国内外最常采用的一种低水头消能形式。
我国已建、在建和拟建的中下游水利枢纽一般水头不高，单宽流量大，佛氏数小，其消能存在的一个主要问题是消能率较低。
若利用水跃消能，当Fr<4.5时，消能率一般为20%～45%，大量能量被水携带到下游，造成下游水流强烈紊动和波动，给下游消能防冲带来较大困难。
1底流消能底流消能工多用于中小型水利工程，是在建筑物下游采取一定的工程措施，控制水跃发生的位置，利用水跃消能的特点来达到消除下泄水流多余的动能。
底流消能主要通过水跃实现，高速水流的动能位于河床底部，当来流佛氏数较小时，其消能率较低。
水跃可以消能，但其形式不同，消能效果随之不同，仅从消能效果来看，临界水跃的消能率是最大的，但临界水跃常常不稳定，因此工程上常采用稍有淹没的淹没水跃，这样建筑物下游护坦长度较短，工程造价低，消能效果好[2]。
底流消能常见的消能工形式主要有消力池、消力坎、綜合式消力池等。
而低佛氏数的底流消能以消力池最为常用，一般工程中多采用美国垦务局水工试验室推荐的USBRⅣ、USBRⅢ、USBRⅡ型消力池。
2辅助消能工一般将佛氏数Fr≤4.5的水跃称为低佛氏数水跃，它的显著特点是在消力池内水流消能不充分，消能率一般为20%～40%;另一方面表现为跃后垂线流速分布不均匀，水跃后水面波动较大。
低佛氏数水跃的消能防冲是低水头水利工程的一个普遍水力学问题，其特点是水跃消能率低，下游存在较大波浪，不仅淘刷岸坡、影响工程的运行，而且对下游河床冲刷严重。
由于低佛氏数底流消能的消能效率低，消力池工程量往往较大，为了解决低佛氏数水跃的消能问题，增强低佛氏数水跃的消能率，提高消力池的消能效果，缩短消力池长度，减小消力池的深度，从而降低造价，通常在消力池内需要设置一些辅助消能工，如：趾墩、消力墩、消力坎、尾墩、尾坎等，以达到稳定水跃、分散水流、加强紊动剪切和掺混的目的，使消力池性能大大改善[3]。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
底流消能工布置
底流消能工的作用是通过在闸下产生一定淹没度的水跃来保护水跃范围内的河床免遭冲刷。
淹没度过小，水跃不稳定，表面旋滚前后摆动；淹没度过大，较高流速的水舌潜入底层，由于表面旋滚的剪切，掺混作用减弱，消能效果反而减小。
淹没度取1.05~1.10较为适宜。
底流式消能设施有三种形式：下挖式、突槛式和综合式，如图1所示。
图1 消力池形式
（a）下挖式；（b）突槛式；（c）综合式
当闸下尾水深度小于跃后水深时，可采用下挖式消力池消能。
消力池可采用斜坡面与闸底板相连接，斜坡面的坡度不宜陡于1：4。
当闸下尾水深度略小于跃后水深时，可采用突槛式消力池消能。
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，可采用下挖消力池与突槛式消力池相结合的综合式消力池消能。
当水闸上、下游水位差较大，且尾水深度较浅时，宜采用二级或多级消力池消能。
下挖式消力池、突槛式消力池或综合式消力池后均应设海漫和防冲槽（或防冲墙）。
消力池末端一般布置尾槛，用以调整流速分布，减小出池水流的底部流速，且可在槛后产生小横轴旋滚，防止在尾槛后发生冲刷，并有利于平面扩散和消减边侧下游回流，见图2。
图3为连续式的实体槛【图3（a）】和差动式的齿槛【图3（b）】。
连续实体槛壅高池中水位
-1-
的作用比齿槛好，也便于施工，一般采用较多。
齿槛对调整槛后水流流速分布和扩散作用均优于实体槛，但其结构形式较复杂，当水头较高、单宽流量较大时易空蚀破坏，故一般多用于低水头的中、小型工程。
图中几何尺寸可供选用时参考，最终应由水工模型试验来确定。
图2 尾槛后的流速分布
图3 尾槛型式
(a)连续式；(b)差动式
标签：底流消能工设计突槛式
-2-。