钢筋石笼与混凝土消力池消能率对比试验研究

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1、2014年第11期黑龙江水利科技No．11．2014(第42卷)HeilongjiangScienceandTechnologyofWaterConservancy(T0talNo．42)文章编号：1007—7596(2014)11—0016—04钢筋石笼与混凝土消力池消能率对比试验研究田振华，张术彬，韩雷(黑龙江省水利科学研究院，哈尔滨150080)摘要：通过水工模型试验，研究了平原河道低佛氏数下，钢筋石笼与混凝土两种消力池结构的消能效果。试验对比分析了两种结构下的水跃长度及形态、消能率等水力参数。试验

2、结果表明：对于低弗氏数平原河道水流而言，上下游水位差对水跃长度与形态影响显著。上下游水位差较大时，混凝土比钢筋石笼护坦更容易产生远驱水跃，上下游水位差较小时，两种结构均产生明显的波状水跃；钢筋石笼的消能效果优于混凝土。关键词：水跃；钢筋石笼；混凝土；低佛氏数；消能率中图分类号：U655文献标识码：B模型试验的研究方法，做了对比分析，得出两种护底O引言下的消能率，对实际工程有一定的指导意义。对于低水头的平原河流而言，一般水利枢纽工1试验设计程都采用闸坝相结合的布置方式。由于水闸泄流的特点多为水头差不大，但尾

3、水变化幅度大，闸门开启1．1实验模型设计及几何参数调度过程中，能形成由急流到缓流的多变流态；而平试验以某渠首工程为原型进行对比试验研究。原河道上的低的挡水坝主要是抬高河水位，河流在模型试验在黑龙江省水利科学研究院水利新技术试枯水时能自流入渠道，在洪水时让多余的河水通过验室内的玻璃水槽内进行。模拟范围定为上游泄洪闸坝下泄，因此闸坝下游水跃前后的佛氏数一180ITI，宽40In，平底河床；消力池长20in，宽40m，海般较低⋯。底流消能作为国内外最常采用的一种低漫长30m；海漫后河床长240m，宽均为40IT

4、I。为正水头消能形式，其消能率与佛氏数Fr有关。Fr<4．5态模型，按重力相似准则进行设计，模型比尺为时泄水建筑物下游通常无法形成稳定水跃，一般称1：40，模型的主要比尺关系如表1所示。溢流坝坝为低佛氏数水跃，其消能率低，大量余能流向下游，高2m，采用有机玻璃制作，经过按比尺放样、切割、对下游河床产生严重冲刷破坏，跃后断面的垂线流定型、安装等工序，完成模型的制作。速分布不均，且底部流速大，当下泄水流挟带粗颗粒表1模型主要比尺关系推移质时，常对消力池底板形成较强烈的磨蚀；跃后水面波动较大，甚至产生多股射流上

5、下摆动，并向下游传播，淘蚀、冲刷下游河岸。因此，对平原河道低佛氏数下的水流的消能防冲的研究是有意义的。本文对工程中经常采用的钢筋石笼与混凝土两种护底下的消能效果，通过水工模型试验为定床模型，河床采用水泥砂浆制作[收稿日期]2014-05一l9[专题项目]黑龙江省科技攻关项目(GC12A301)[作者简介]田振华(1983一)，男，山东肥城人，硕士研究生，工程师，研究方向为水力学及河流动力学；张术彬(1965一)，男，辽宁辽阳人，高级工程师；韩雷(1974一)，男，黑龙江海林人，教授级高级工程师。一16—田

6、振华，等：钢筋石笼与混凝土消力池消能率对比试验研究第11期地形。上下游河床为同一高程，制作时不考虑河道2试验结果比降。由于原型下游消力池、海漫采用钢筋石笼结2．1不同结构型式下的过流能力构。因此在模型制作中采用钢丝网，网孔尺寸按分别对两种护底下的过流能力进行试验研究，l：40缩尺，笼内填充块石在模型中使用粒径缩尺后在保持相同的上游水位，试验得出了两种护底下的的碎石模拟。消力池、海漫尺寸与结构均按工程实水位一流量关系曲线，如图2所示。从图2中可以际资料相应缩尺制作。看出，在保持相同的上游水位下，混凝土护底的

7、过流1．2护坦型式与试验方案能力稍微大于钢筋石笼，随着上游水位的从3．0m升试验所采用的钢筋石笼与混凝土两种结构型高至5．0m，其过流能力也从7l'n／s的差距提高至式，除制作材料不同外，结构尺寸相同。详细尺寸如26m／s，从图2可以看出，单从过流能力方面来讲，图1所示。对于钢筋石笼结构，试验中选用伽．3钢混凝土较钢筋石笼略有优势。丝，网孔为6mm×6mm，填充碎石粒径10mm，厚度为120mm；对于混凝土结构，按照相似率的要求，选择糙率为0．008的有机玻璃板来模拟原型的混凝土。图2两种护坦下的水位一流

8、量关系曲线2．2水跃流态及水跃长度图1工程纵剖面图(上)、平面布置图(下)水跃的流态与跃前弗汝德数和下游尾水有直接1．3量测设备的关系，因此在不同来流与下游尾水条件下，消力池模型流量采用传统矩形量水堰量测。模型流速内形成稳定的水跃的形态，通常采用不同于传统的观测采用南京水利科学研究院研制的NKY02—1型消力池体型。螺旋桨式测速仪流速仪量测，水面线采用精度为水跃长度，如图3所示，是指跃前断面与跃后0．1mm的测针测量。断面之间