消能防冲设计计算案例综述
为防止闸下有害冲刷，保证水闸安全运行，应进行消能防冲设计，并采取相应的防护措施。
1.1消能方式
挑流消能：挑流消能的意思是在泄水建筑物的尽头设置一个翻斗，通过射流在空气中的扩散、紊动和曝气，使水流向下游流动，并消除部分能量。
底流消能：底流消能是指通过于一定的工程措施(如建造消力池)控制水跃位置，并通过水跃的表面滚动和强紊流消除残余能量。
面流消能：面流消能利用落桶或泄水建筑物末端的水桶将排出的射流主流提升到水面，并通过主流在水面的扩散、底滚和面滚消除剩余能量。
设计采用底流消能。
1.2消力池设计
1.1.1消力池深度设计d=σ?h。-h,-△z
d一消力池深度(m);
σ0一水跃淹没系数，取1.1;h”。一跃后水深(m);
h。一收缩水深(m);
α一水流动能校正系数，取1;q一过闸单宽流量(m2/s);
b?一消力池首端宽度(m);
b?一消力池尾部宽度(m),本工程取b?=b?;
To一从池底板顶面开始计算的总势能(m);
△Z一出池落差(m);
hs一出池河床水深(m)。
采用明渠均匀流公式：
Q=AC√RiA=(b+mh)hX=b+2h√1+m2
下游水深和流量的关系绘制成htQ曲线。
h.
A
X
R
C
Q
1
155
158.4
0.99
43.28
103.78
2
317
166.7
1.92
48.41
333.31
3
487
174.9
2.80
51.59
660.65
4
665
182.4
3.65
53.93
1078.20
5
851
191.4
4.47
55.79
1580.85
6
1045
199.6
5.26
57.33
2165.25
7
1247
207.9
6.05
58.64
2828.35
8
1457
216.1
6.76
59.79
3571.75
1.1.2消力池长度设计
L,=L+βL;L;=6.9(h。”-h。)
L,一消力池长度(m);
L,一池斜坡段水平投影(m),取1:4;
β一水跃长度校正系数，取0.8;
L;一水跃长度(m)。
当六孔对称开启e=1时，h”_值最大，-=1.3。
计算有：L,=15.87m,L?=1.5m,L,;=11.5m,取消力池长度L,=15m。
1.1.3消力池底板厚度设计
水闸泄水时，池内水流湍急，底板承受水流的冲击力和脉动压力，要求底板具有足够的强度、完整性和稳定性。
抗冲
抗浮
t=k,√q√AH
t一消力池底板始端厚度(m);
△H一闸孔泄水时的上，下游水位差(m);k1一消力池底板计算系数，取0.2;
k2一消力池底板安全系数，可采用1.1-1.3;U一作用在消力池底板底面的扬压力(kPa);W一作用在消力池底板顶面的水重(kPa);
Pm一作用在消力池底板上的脉动压力(kPa),yb一消力池底板的饱和重度(kN/m3)。
按抗冲要求计算：消力池底板厚度t试算表如表2—8
Q
q
A
△H
t=k?√q√△AH
100
0.96
0.94
4.10
0.280
500
4.77
1.56
1.48
0.549
900
8.53
3.71
1.15
0.629
1300
11.39
4.50
0.54
0.601
1700
16.66
5.64
0.23
0.586
由表可知消力池底板厚度t在0.10.6m,因此本设计取t=0.6m。
1.1.4消力池尾槛
消力池有两种类型的尾槛：连续型和差动型。连续积分尾槛适用于臃高池中水位，水跃稳定性差，动力型好，施工方便，不易腐蚀，因此得到广泛应用。
设计采用连续式消力池尾槛。
1.1.5消力池构造
消力池一般采用混凝土或钢筋混凝土结构。消力池和闸底板、海漫和两侧翼墙之间应设置沉降缝。防渗范围内的接缝应设置止水带，水闸应设置两个止水带，非防渗范围内的接缝可铺设沥青油毡。闸孔中心线上不应设置接缝位置，以减少水流对接缝的冲刷作用。
为降低护坦底部扬压力，可在护坦水平段后半部分设置排水孔。直径一般5-25cm,间距1.0-3.0m。洞□呈梅花形，用砾石或无砂混凝土填充，便于排水，防止淤积。设计孔径5cm,行距1m。