浅论水工泄水结构的抗磨防蚀设计

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1、浅论水工泄水结构的抗磨防蚀设计摘要：本文论述了泄流表面抗冲磨设计、泄水表面防空蚀设计和抗冲磨混凝土材料的选用与施工三个方面的内容，供相关工作人员参考。关键词：水工泄水结构，抗磨防蚀。中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：一、泄流表面抗冲磨设计1、抗悬沙冲蘑设计根据己建工程经验，泄流底表面抗冲磨层的厚度不应小于0.4一0.5mo对于侧表面，它的冲磨比底表面轻，抗冲磨层厚度可薄些，但从施工角度考虑，其厚度不应小于0.6-0・8mo顶部表面冲磨很轻甚至不发生冲磨现象，可不做抗冲磨层。选用混凝土标号时，泄

2、流侧面的冲磨混凝土标号比内部混凝土标号不宜高出太多，最多高出2个级差，差别过大，在两种标号混凝土Z间容易产生裂缝；另外侧面比底面磨蚀轻，所以混凝土标号也不宜太高。底表面抗冲磨层混凝土标号与下部混凝土标号差别可不受上述限制，但施工时要采取工程措施防止两种混凝土脱开。抗冲磨材料最好选用高标号混凝土，骨料采用硕度较高的花岗岩、辉绿岩铸石，不用或少用有机材料。当挟沙量P2Kg/m2.水流流速v>20in/s时，事故检修门门槽内承受闸门的重轨容易被磨蚀，应选用硬度较高的材料，或在上游坝面上设反钩检修闸门，以便及时

3、检修。在水流流速大于20.0m/s的消力池内，应研究采用无辅助消能工的消力池，消力池尾坎上游坡不应陡于1:2。因为这些辅助消能工附近水流特别紊乱，泥沙冲磨加速。在水流与泄流表面夹角较大的部位抗冲磨混凝土标号应适当提高。2、抗石確、推移质冲磨设计石砂、推移质对泄水表面的冲磨与石砸及推移质的数量、水流流速、冲磨时间长短、被冲磨的材料强度以及冲磨层厚度等有关。根据葛洲坝水利枢纽运行经验，因存在推移质输移带，所以石磴、石块对泄水闸底板表面混凝土的冲磨不均匀但呈现规律性。由于石確和推移质在水下运动时不是均匀分布，

4、目前还未完全掌握其规律，因此应有一定的安全余度，取安全系数K二2.0o抗冲磨层厚度大，抗冲磨材料强度可低些，反之材料强度可高些。根据已建工程实践,抗冲磨层厚度以0.5-0.6m为宜，抗冲磨混凝土材料强度在C50左右。当水流流速小于15m/s时，可选用高标号混凝土，如C50以上硅粉铁矿石骨料混凝土、硅粉铸石骨料混凝土、硅粉钢纤维混凝土等；当流速小于10.0m/s而推移质数量较大时，可采用高强抗冲磨混凝土嵌固钢轨、卵石、条石等材料。另外，水流同时挟带悬砂、推移质、石確和块石的泄水建筑物，如葛洲坝水利枢纽，当

5、水流流速超过15—20m/s时，应采用比抗悬沙更高标号的抗冲磨混凝土。而釆用高标号抗冲磨混凝土嵌钢轨等材料，因表Ifli不平整容易产生空化现象。对于水垫塘消能工，在施工期和运行期滚到塘内的石块，数量虽然不多，但石块冲不出水垫塘，会长期在塘内翻滚、冲击磨蚀塘底板。在施工运行期间应特别注意石块滚落塘内，同时在投资增加不多的情况下，在塘尾端设高于下游枯水位的尾坎以便检修。二、泄水表面防空蚀设计1、一般防空蚀措施泄流表面的水流流速大到一定程度，水流会对泄流面产生空化破坏，靠提高泄流表面材料强度來抗空蚀破坏是很不

6、经济的，也是不可能的，而采取防空蚀措施才是事半功倍的根木途径。判定防空蚀的标准是泄流表面体型水流空化数大于泄流表面的水流初牛空化数。当不满足这一标准时，可以采取如下措施:。）改变结构体形，提高水流空化数或使空化“云”不接触表面；b）在水流下部掺气减免气蚀。对于完建后的泄水建筑物，表面不平整度是存在的，为避免不平整引起的空化，。应大于不平整度的oi。当不满足这一条件时，可以采取以卜•措施:a）限制不平整度的高差;b）磨缓表面突体本身周边倾斜坡度,改善界面水流形成。另外，对重要的泄水建筑物应作水工模型和减压

7、模型试验,以验证是否出现空化。2、坝体进水孔、泄洪洞、溢流堰、泄水槽等泄流建筑物防空蚀设计孔、洞、堰、槽等建筑物下游设有反弧段，反弧段上。一般比较大，但工程实践屮反弧容易产生空化。当水流流速v>25m/s时，应在反弧段上游起始段或下游反弧末端设掺气槽。在有压泄水的孔、洞内，弯曲段凸出的那一侧容易产生空化，将岀口断面缩小以增加此部位水压力可防止空化发生。3、缝隙部位防空蚀设计船闸反弧门和门眉之间的缝隙，开门时水从缝隙流过，产生的水流很容易冲到弧门或门眉上发生空化，葛洲坝二号船闸就发生过此现象。门眉体型修改

8、比较怵I难，可用通气方式防空蚀，或采用降低阀门井高程增加该部位时均水压力的方法，如三峡工程船闸阀门井闸室部位高程下降26.Omo闸门止水设施漏水会形成缝隙射流，当水位抬高淹没缝隙时，射流产生的水流空化云很容易接触到下游泄流表面。应在闸门运行前带水调试,检查处理漏水的止水设施。三、抗冲磨混凝土材料的选用与施工1、材料选用根据计算的材料强度，首先考虑选择无机材料，其次才是有机材料或其他材料。在无机材料中首选高抗冲磨骨料的普通混凝土，其次为硅粉混