安坎水闸重建工程消能防冲设计要点分析.pdf
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1、2023 年 5 月山西水利科技Analysis of Key Points in Energy Dissipation and Erosion Prevention Design ofAnkan Sluice Reconstruction ProjectWANG YiAbstract:The flow velocity of the water passing through the Ankan Sluice was unstable袁and the energydissipation facilities were not set properly.Every year during th
2、e discharge period袁the downstream apron and antierosion groove of the sluice爷s stilling pool were severely eroded袁resulting in the phenomenon of scouring andbank collapse of the sluice袁which affected the stability of the entire sluice.In order to ensure that the energydissipation facilities can meet
3、 the requirements of dissipating kinetic energy and uniformly diffusing water flow袁and to ensure uniform downstream flow velocity and avoid deviation flow袁combined with the actual water flowsituation of the Ankan Sluice袁the energy dissipation and erosion prevention facilities of the sluice袁such as t
4、hestilling pool袁apron袁and anti erosion groove袁were designed.The length and depth of the stilling pool袁the thicknessof the bottom plate anti erosion and anti floating袁as well as the length of the apron and the depth of the riprapanti erosion groove袁were determined袁providing a reference basis for simi
5、lar engineering designs.Keywords:Ankan Sluice曰energy dissipation and erosion prevention曰design points文章编号:1006-8139渊2023冤02-024-05安坎水闸重建工程消能防冲设计要点分析王义(江门市科禹水利规划设计咨询有限公司 广东江门 529000)摘要:安坎水闸过闸水流流速不稳定,消能设施设置不当,每年到了泄流期,水闸消力池下游海漫及防冲槽均遭到严重冲刷,导致水闸出现冲淘塌岸现象,从而影响到整个水闸的稳定性。为了使消能设施能够满足消散动能与均匀扩散水流的要求,使闸下游流速均匀,避免
6、发生偏流,结合安坎水闸实际过闸水流情况,对水闸消力池、海漫及防冲槽等消能防冲设施进行设计,并确定消力池的池长、池深,底板防冲抗浮厚度、以及海漫长度、抛石防冲槽深度,为同类工程设计提供参考依据。关键词:安坎水闸;消能防冲;设计要点中图分类号:TV653文献标识码:B1工程概况安坎水闸位于江门市恩平市沙湖镇扁冲村委会,距恩平市中心 30 km,是潭江一级支流沙岗河下游的一座拦河节制闸。其主要功能是灌溉、泄洪兼顾交通。闸址地貌单元主要为冲积平原,局部残留部分低山丘陵,总体地势平坦,地面高程多在 30.0耀37.5 m,残丘高程一般在 50耀200 m,闸址以上集雨面积 23.41 km2,原设计过闸
7、流量为 354.25 m3/s,属于小(2)型水闸。现状水闸共 5 孔,每孔净宽 3.00m,总净宽 15.00m,闸底板高程为 6.80 m,中墩宽 1.05 m,边墩宽 0.8 m,顺水流长为 9.50 m,闸墩材料为埋石混凝土。水闸主要由铺盖、闸室段、消能段所组成,现状总长 37.10 m。水闸上游设混凝土铺盖,厚度 0.6 m,顺水流方向长5.40 m;水闸底板采用整体式底板,由埋石混凝土浇筑而成,厚 2.70耀3.84 m;水闸下游段设有底流消能设施,消力池总净宽为 17.90耀20.70 m,消力池底板顶高程2.60 m,消力坎顶高程 3.30 m,池深 0.70 m;泄槽总净收稿
8、日期:2023-03-28修回日期:圆园圆3原05-04作者简介:王义(1992-),男,2015 年毕业于华北水利水电大学,工程师。24山西水利科技第 2 期(总第 228 期)王义:安坎水闸重建工程消能防冲设计要点分析宽为 19.20耀20.60 m。经安全鉴定,安坎水闸底板渗漏,5 孔闸门冲蚀、破损、穿孔、渗漏、止水失效、滚轮破损不齐,水闸过流能力不足,消能设施尺寸设计不合理,无法满足当前消散动能与均匀扩散水流的要求,水闸的主体结构、闸顶高程不满足现行规范要求,已危及水闸的安全运行,需对安坎水闸进行拆除重建。结合现状水闸情况,本次重建水闸闸底板高程设计为 6.0 m,中闸墩厚 1.2 m
9、,闸孔设计 3 孔,单孔净宽 6 m,总净宽18 m。为了确保水闸消能防冲设施在各种水力条件下都能满足消散动能与均匀扩散水流的要求,本次消能防冲设计按泄流条件进行水力计算,以确定消力池深度、长度、底板厚度等。经计算,闸上游正常水位为 10.3 m,设计洪峰流量(P=10%)为 178.91 m3/s,对应闸上游水位为 10.84 m,闸下游水位为 10.60 m;校核洪峰流量(P=3.33%)为 261.59 m3/s,对应闸上游水位为 11.90 m,闸下游水位 11.61 m1,如表 1 所示。表 1重建水闸过流能力表2消能防冲设计根据安坎水闸过闸流量、工程地质情况及消能防冲设计条件,在水
10、闸下游连接段顺水流方向布置消力池、海漫以及抛石防冲槽等消能防冲设施,消除过闸水流能量,使流出消力池的水流流速从急变缓,防止消能防冲设施被水流冲刷损坏。2.1 消力池设计根据安坎水闸河床地质条件、过闸流量及上下游水位差等情况,本次采用下挖式消力池型式。消力池上游与闸室连接,下游与海漫相连,净宽为 21m,首端采用斜坡面与闸底板相连接,斜坡面的坡度为 1颐4,消力池段顺水流向长 20.0m,其中斜坡段水平投影长 10.0m,水平段长 10.0 m,池深 1.50 m,池底高程为 3.50 m。消力池为 C25 钢筋混凝土结构,厚 0.50 m,底部设置砂石等反滤层,底板前部设有排水管。2.2 海漫
11、及防冲槽设计为了降低流出消力池水流对河床的冲刷力度,一般在消力池的下游布置海漫护底,以避免下泄的水流冲刷河床2。因此,在设计海漫时需要考虑水流流速分布及单宽流量。根据相关规范要求及安坎水闸河床情况,本次下游海漫顺水流向长 20.0 m,净宽为 21 m,由C25 混凝土框格+干砌石组成,顶面高程 5.00 m,厚1.0 m,框格为 1.0 m伊0.5 m 的 C25 钢筋混凝土结构,框格内净尺寸为 4.25 m伊3.6 m,框格内采用干砌石填充。为保护海漫安全和减少水力冲刷,海漫末端设抛石防冲槽,抛石防冲槽顶面与河道齐平,高程 5.00 m,槽深 1.5 m,顺水流向长 10.0 m。3消能防
12、冲计算3.1 闸下游水位流量关系考虑到水闸下游消能方式为底流消能,泄槽段由一段斜坡构成,从闸底板高程 6.0 m 降低至消力池池底高程 3.50 m。本次通过广东水文水利设计计算软件平台算出安坎水闸下游水位流量关系(见图 1,表 2所示),并在设计中将其作为基本计算依据3。图 1安坎水闸下游水位流量关系图3.2 闸门局部开启(开度 e)与过闸流量关系闸室采用 C25 钢筋混凝土现浇,为整体式箱涵结构。闸室总净宽为 18 m,设计 3 孔,从左岸编号为 13#孔,每孔净宽 6.0 m,闸底板高程为 6.00 m,上游无坎,工况流量/(m3/s)闸上水位/m 闸下水位/m校核工况(P=3.33%)
13、261.5911.9011.61设计工况(P=10%)178.9110.8410.60正常蓄水10.30水位/m44.555.566.577.588.59流量/(m3/s)00.361.434.8810.218.229.44358.775.896.1水位/m9.51010.51111.51212.51313.514流量/(m3/s)119144172202234267302339379422表 2安坎水闸下游水位流量关系表252023 年 5 月山西水利科技闸前正常蓄水位为 10.30m,围内最高控制水位 11.50m。由水闸启闭操作原则可知:为使过闸水流均匀,避免发生偏流,造成闸下局部冲刷,
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