某大坝消能工比选分析论文_覃勇勇

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摘要：泄水建筑物的消能型式的选择直接影响到大坝稳定。某大坝拟定工程中较为常用的底流消能和挑流消能进行方案分析比较，选择可靠的消能型式。

某工程大坝推荐采用埋石混凝土重力坝，设计最大坝高49.5m，总库容568万m3，电站初拟装机容量261MW，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2017）的规定，巩登电站水库规模属小（1）型，电站工程属中型，工程等别为Ⅲ等，主要建筑物级别为3级，次要建筑物级别为4级。本工程大坝为中坝，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2017），其设计洪水标准应为100年～50年一遇，校核洪水标准应为1000年～500年一遇。因此，大坝设计洪水标准采用100年一遇，校核洪水标准采用1000年一遇。山区、丘陵区水利水电工程的永久性泄水建筑物消能防冲设计的洪水标准，可低于泄水建筑物的洪水标准，因此，本工程的泄水建筑物消能防冲设计的洪水标准采用30年一遇。本工程推荐坝址河床下游无深槽和陡坎；卵石层厚度约8.0m～11.0m，卵石层呈松散～稍密实状态，属强透水；下伏基岩为元古界独龙江变质岩系（Pt）杂色混合岩化片麻岩，弱风化带下限埋深约18.2m，弱风化岩体裂隙轻微发育，属中等～弱透水；下部微风化局部有少量裂隙，微风化岩体属中等～弱透水，综合抗冲系数取1.2，属较易冲岩石，泄水建筑物的消能型式的选择直接影响到大坝稳定。因此，本阶段拟定工程中较为常用的底流消能和挑流消能进行方案分析比较，选择可靠的消能型式。

本工程以30年一遇洪水作为消能工况设计洪水标准，并考虑该洪水标准以下的洪水产生的不利破坏。

底流消能水流衔接状态的判别：将下游水深ht与收缩断面水深hc的共轭水深进行比较来判别：当＞ht，为远离水跃；当＝ht，为临界水跃；当＜ht，为淹没水跃。

收缩断面水深hc及其共轭水深按下式计算：

式中：——跃后水深（m）；——收缩水深（m）；——水流动能校正系数，范围值1.0～1.05，取1.0；q ——出口单宽流量（m3/s·m）；——流速系数，取0.95；T0——以下游河床为基准面算起的泄水建筑物上游总势能（m）。

经计算，校核P=0.1%，收缩水深1.16m，跃后水深11.65m，下游水深5.29m，发生远离式水跃；设计P=1%，收缩水深0.98m，跃后水深10.55m，下游水深4.69m，发生远离式水跃；消能P=3.3%，收缩水深0.93m，跃后水深10.17m，下游水深4.44m，发生远离式水跃。从计算结果可知，各工况下泄流量时坝下游发生远离式水跃，按计算须采取工程措施进行消能，采用下挖式消力池。

消力池深度按以下公式计算：

式中 d—消力池深度（m）；—水跃淹没系数，可采用1.05～1.10；—跃后水深（m）；hc—收缩断面水深（m）；α——水流动能校正系数，可采用1.0～1.05；q—单宽流量，㎡/s；b1— 消力池首端宽度（m）；b2——消力池末端宽度（m）；T0—由消力池顶面算起的总势能（m）；Hs′—出池河床水深；

消力池长度计算公式：

式中：——消力池长度（m）；Ls——消力池斜坡段投影长度，本工程为0；

——水跃长度校正系数，取0.75；Lj——水跃长度（m）；

在消能工况池深为3.58m，综合考虑后消力池深度取3.5m；消能工长度计算为48.44m，综合考虑后池长取48m；底板应满足抗冲与抗浮的要求，底板预埋了塑料排水管，透水条件良好，所以抗浮厚度较小，为了防止水流冲刷破坏护坦，护坦计算厚度为4.12m，综合分析后消力池始端厚度采用4.0m，末端厚度采用2.0m，采用C25砼结构。

挑流消能计算

水舌挑射距离按下式计算：