巫溪县镇泉引水电站工程闸坝消能防冲设计

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【摘 要】镇泉电站闸坝上下游水头低，下游水位变幅较大，采用底流消能，消能防冲设计洪水标准为20年一遇。闸坝下游布置有消力池、海漫及抛石防冲槽等消能防冲设施。

【关键词】消能防冲；设计

1.概况

巫溪县镇泉引水电站为后溪河干流第三座梯级，采用跨流域引水开发模式，工程坝址位于后溪河中下游的长河坝河段，坝址以上集水面积468.60km2；水库正常蓄水位328.50m，设计洪水标准为20年一遇，设计洪峰流量为1540m3/s，相应设计洪水位328.50m，校核洪水标准为50年一遇，校核洪峰流量为1910m3/s，相应校核洪水位328.93m，水库总库容38万m3，电站装机容量30MW。

拦河闸坝建于覆盖层上，覆盖层由砂砾卵石、粉细砂、淤泥质粘土等组成，下伏基岩为灰岩。覆盖层上部为厚10.10～14.0m、下部为厚4.70～11.50m的砂砾卵石，中部夹有厚2m的粉细沙层及厚3.50～6.90m的淤泥质粘土层。覆盖层最大厚度为34.50m。

工程主要建筑物由拦河闸坝、引水建筑物、电站建筑物等组成。拦河闸坝采用宽顶堰加平板闸门的开敞式水闸，包括泄洪闸与冲砂闸。泄洪闸共4孔，闸坝段长52.5m，孔口宽度10m。闸室底槛高程321.20m，底板厚度2.50m，上下游设齿墙，齿深1.0m，底板顺水流向长22.0m，闸孔内设检修闸门和工作闸门。冲砂闸紧邻泄洪闸布置于右岸，设1孔×10.0m，结构与泄洪闸相同。

闸坝下游布置有消力池、海漫及抛石防冲槽等消能防冲设施。

2.消力池设计计算及结构布置

2.1消力池设计计算

镇泉电站闸坝上下游水头低，下游水位变幅较大，故采用底流消能，消力池长度、深度根据《水闸设计规范》（SL265-2001）“附录B消能防冲计算”所列公式进行计算。公式如下：d=σh"-h'-ΔZ

h"c=

h-T0h+=0

ΔZ=-

L=L+βL

L=6.9（h"-h）

式中：d—消力池深度（m）；

σ0—水跃淹没系数，本工程取1.05；

h"c—跃后水深（m）；

hc—收缩水深（m）；

a—水流动校正系数，本工程取1.0；

q—过闸单宽流量（m2/s）；

b1—消力池首端宽度（m）；

b2—消力池末端宽度（m）；

T0—由消力池底板顶面算起的总势能（m）；

ΔZ—出池落差（m）；

hs'—出池河床水深（m）。

Lsj—消力池长度（m）；

Ls—消力池斜坡段水平投影长度（m）；

β—水跃长度校正系数；

Lj—水跃长度（m）。

消能防冲设计洪水标准为20年一遇洪水，库水位为328.50m，相应下泄流量为1540 m3/s。根据闸孔各孔、各级开度时，相应的下泄流量和下游水位计算消力池的深度和长度。计算结果详见表1。

表1 消力池计算成果表

根据底流消能计算成果，确定消力池深度为2.0m，长度为23.0m。

消力池底板抗冲和抗浮要求计算公式如下：

抗冲t=k

抗浮t=k

经计算，抗冲要求厚度为1.37m，抗浮要求厚度为1.16m，因此，取消力池底板厚度1.50m。

2.2消力池结构布置

消力池布置在闸室下游，消力池底板与闸室底板间斜坡坡度为1：4，斜坡与闸室底板间接2.0m宽的平段。消力池深2.0m，池长23.0m，底板高程319.20m，底板厚1.50m，采用C30W6F100混凝土结构，底板下面设10cm厚C10素砼垫层，消力坎顶宽1.0m，内坡坡度为1：0.5。在消力池下游底板布置排水孔，孔径8cm，孔距2.0m，梅花型布置，底板铺设一层300g/m2的无纺土工布作为反滤。消力池底板顺水流方向共设3条沉降缝，沉降缝中设铜片止水，缝内嵌浸沥青杉木板。消力池左岸布置C20F100砼重力式挡墙，右岸布置C20F100砼衡重式挡墙，挡墙顶高程为327.60m，靠近闸室处墙顶以1：2的斜坡与水闸边墩衔接。

2.3海漫及抛石防冲槽

当 ，且消能扩散良好时，海漫长度按下式计算：L=k

根据计算，海漫长度为49.25m，取海漫长度为50m，海漫上游端接消力池末端，其顶面高程321.20m。海漫上游20m范围内采用60cm厚M10浆砌块石结构，下游30m范围内采用60cm厚干砌块石结构，海漫下部设15cm厚碎石垫层和一层300g/m2的无纺土工布。海漫末端设抛石防冲槽，防冲槽为倒梯形断面，底宽5.0m，槽深2.5m，两侧边坡均为1：2.5，防冲槽石块单重不小于400kg。

【参考文献】

[1]水闸设计规范.（SL265-2001）.