论述试议水利水电工程消力池底板设计

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1、论述试议水利水电工程消力池底板设计　　【摘要】：消力池是水利水电工程的重要建筑物，已建工程中有许多宝贵的经验，也有惨痛的教训，本文通过对消力池底板的稳定分析、脉动压力的计算，和几个水电站工程消力池的运行状态的简介，提出了对透水式底板的设计。【关键词】：水利水电工程消力池底板设计中图分类号：TV文献标识码：A文章编号：根据不完全统计，水利水电枢纽由于泄洪原因导致失事的比例占总失事数的30%~40%。在遭遇大洪水时，水电工程大坝会发生漫溢事故，即使不漫溢时，泄水建筑物的失事总是首当其冲。近年来，由贵州芙蓉江鱼圹水库溢洪道和清水江三板溪水电站溢洪道消力池底板的破坏，联想到安康、

2、五强溪、水丰等水电站消力池底板的破坏与加固，对消力池底板的设计，各设计院都有自己的特点，莫衷一是。一、已有水电站的案例介绍1、鱼圹水电站鱼圹水电站位于贵州芙蓉江上，电站为二等大型工程，装机容量为75MW，大坝为混凝土面板堆石坝，坝高76.5m，基础岩体为砂页岩灰岩互层。设有左岸溢洪道泄洪，最大下泄流量为9410m3/s。溢洪道施工过程中，对泄槽末端体形进行了修改。2006年汛期泄洪时，修改段50+069~0+129m段发生了大面积破坏，底板被抬升，基岩受冲，冲深达7m以上，基岩和底板混凝土约3000m3。原设计在底板下面布置了暗排水系统，排水孔深5m，间距4m，并分缝面设

3、橡胶止水。2、五强溪水电站湖南沅水五强溪水电站为一等工程，库容29.9亿m3，装机容量为1200MW，大坝为混凝土重力坝，坝高85.83m，设9个表孔、中孔和底孔，最大泄量56100m3/s，采用Y形宽尾墩+挑流+消力池方式联合消能。消力池底板下设暗排抽水系统，分缝面设止水。施工期泄洪时消力池底板发生大面积破坏。3、红林水电站贵州猫跳河五级电站红林水电站为引水式水电站，大坝为混凝土重力坝，坝高26m，校核洪水流量3180m3/s，采用连续鼻坎自由出流（无闸门控制），单宽流量约55m3/(s·m)，坝后护坦长12.8m，厚1.8m，采用C15混凝土，布置插筋25@300cm

4、×300cm，深入基岩3.0m，未设排水孔，但分缝面不作处理，不设止水，该工程运行近30年来，未发生过护坦破坏的情况。二、消力池底板设计1、底流消力池5底流消力池体形较多，常见的有一级平底消力池或有不同形式的辅助消能工，另外还有二级池、三级池、斜坡池，其中斜坡池优于平底池，后3种消力池可以作成扩散式消力池，即上宽下窄的形状。底流式消力池设计时需保持一定的淹没度，并应结合考虑底板动水压力的脉动情况，以防止底板失稳。国内外采用底流消能的高坝工程正日益减少，其中原苏联的萨扬﹒舒申斯克，坝高242m，是目前世界上最高的采用底流消能的高坝，其次为印度的巴克拉坝，坝高226m，美国的

5、德沃歇克坝，坝高219m。我国采用宽尾墩底流消力池联合消能工的有安康水电站，坝高128m、索风营水电站，坝高115.95m。在建的有向家坝水电站，坝高187m，也采用底流式消能。2、戽式面流消能戽流消能由于“三滚一浪”的作用，消能率较高，其后消力池或护坦的长度较短。戽式面流消能在国内外应用的工程较多，最早的有美国于1941年兴建的大苦力水电站大坝，坝高163m；之后有日本的佐久间水电站大坝，坝高115m；委内瑞拉古里水电站大坝，坝高154m。我国第1个戽式消能工程为汉江石泉水电站，坝高65m，于1973年建成。以后一些中小型工程，如麻石水电站等相继建成。近年来建成的高坝有

6、岩滩水电站大坝，坝高100m；大朝山水电站大坝，坝高111m。3、挑流消能5挑流消能是最常用的一种消能方式。其常见的主要形式有窄缝+挑流、宽尾墩+挑流、高低坎+挑流、碰撞式挑流、挑流+水垫塘联合消能等。20世纪80年代以来，东江、龙羊峡、东风、隔河岩、李家峡等水电站工程采用了上述几种消能方式，另外潘家口、隔河岩、安康、岩滩、五强溪、大朝山、水东等水电站工程采用了宽尾墩+挑流+消力池联合消能的形式。随着高坝大库的增多，复杂的地形地质条件的限制，20世纪90年代以来，设计人员对挑流+水垫塘的消能形式进行了深入的研究，并应用于已建和在建的工程，见表1所示。4、消力池底板稳定计算

7、消力池底板失稳主要是升浮移动失稳和翻转失稳，其稳定条件为：K=(G+R+P1)/(P2+Pm)；式中，K为抗浮稳定安全系数，一般取1.2；G为底板混凝土自重；R为底板与基岩之间的粘结力和锚固力；Pm为脉动压力；P2为上浮力；P1为时均压力。底板承受的动水压力是底板稳定、河床冲刷的主要因素，它随水舌入射流速、入射角、水舌厚度、水垫深度、消力池结构等因素的变化而变化。动水压力按式（2）计算[1]：Pm=C1qH1/2h；式中，q为单宽流量；θ为水流入水角度；β0为碰撞水舌的夹角；H为上、下游水位差；h为下游水深（底板以上水深）；φ