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摘要：水利工程建筑物属挡、蓄、泄水建筑物，设计过程中消能设计是重要部分，其目的就是将水流所携来的冲击力尽可能地的消耗和分散，保护水利工程建筑物。消能设计对确保整个水利工程建筑物安全高效的运行十分重要。本文以水闸消能工为背景，首先分析了现有水利工程建筑物消能工作用低下的原因；其次探讨了消能工的设计思路；再次提出了消能工设计要点；最后对全文进行了简单的总结。
关键词：水利工程；建筑物；消能设计
在水利工程建筑物设计中消能设计是其重要组成部分，但在现实情况下，有很多导致水利工程建筑物消能作用低下的原因，所以应明确消能设计思路，掌握消能设计要点，才能更好地发挥消能设施的作用，就此笔者展开几点探究：
1.水利工程建筑物消能作用低下的原因分析
目前，很多水利工程建筑物中均设置了消能设施，由于其消能效果不好而对整个水利工程建筑物的运行年限和效益带来影响。主要原因是：
（1）没有选择合适的设计工况和水闸类型。从一些水闸的实际运行工况及消能工破坏实例分析，水闸消能工设计过程中选取的控制条件，却不一定是以泄洪时的最不利工况。由于不同类型的水闸的消能设计条件也不相同，故在消能工的设计中，除需要考虑上下游水位、过闸流量、闸门启闭的组合程序等因素外，还必须做大量的分析工作，以确定消能工设计的最不利组合，设计中切不可简单地加以假定[1]。因此，水闸下游消能防冲设施必须在各种可能出现的水力条件下，需要紧密结合其消能设计条件。（2）准备工作不充分。在设计时地质资料不全面，没有清晰的了解到闸基础、河床土质的物理性指标，及近些年的水文资料，未做好足够的防范措施，导致基础不均匀沉降，消力池倾斜、倒塌等现象；（3）工程施工质量存在缺陷，没有严格按照设计要 求施工，甚至消能防冲设施的结构尺寸与设计要求不符，混凝土浇筑质量差、达不到设计强 度，过水部分粗糙、在运行时容易造成消能防冲设施的破坏[2]。（4）在建筑物运行使用阶段内，管理措施不当，维修养护不及时，忽略小问题，造成大灾害。（5）当下游水位较低时，只从闸门的开度和启闭的顺序进行消能池的设计，没有合理的分析下游水面的曲线，且消能池内设施单一没有设置辅助性的消能设施，导致消能池的消能率较低，例如消能墩没有设置，就会出现水跃的情况[13]。（6）未综合考虑自然生态的变化，包括水文条件和河道地形的变迁[6]。
2.水利工程建筑物消能设计的思路探讨
为保证水利工程建筑物消能作用良好，必须有一个明确的设计思路。首先应确定消能类型，包括底流消能、面流消能、挑流消能；其次选择消能标准[3]；再次是根据 水闸工程任务，确定水闸的运行调度原则[4]；最后是消能计算，也是最关键的环节，其中具体包括：消能工况选择、消能计算、消能计算结果分析、消能工程措施的确定[5]。在具体的施工中，应结合实际需要，针对性的确定消能池的类型，才能更好地确保消能设计控制的有效性、经济性。
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3.水利工程建筑物的消能设计要点
明确了水利工程建筑物消能工的设计控制思路，为了进一步优化其消能效果，应从设计要点着手。具体来说，主要是做好以下几个方面的工作：
3.1科学合理的设计水闸的底板高程
底板在水利水电工程中是很重要的，好比一栋建筑物的基础，闸的质量、造价、类型、施工都与其密切相关，确定闸底板高程要多角度、多方面的考虑 到是否满足正常的运行、经济、地质以及水文地质是否符合标准等。过低的闸底板高程会降低拦河闸的功效，对防沙冲的布置，和闸门的启闭设计都会存在严重的困难，同时加大了地基的处理和开挖难度[9]。因此，闸底板高程能否正确的选定，必须要把最佳的方案放到首位，然后进行综合考虑。
3.2科学合理的设计消能池的护坦厚度
消能池的底板也称护坦，在实际应用中，受力复杂，它应具有：高强度、整体性、稳定性、抗冲性、抗浮性等特性，消力池的主要型式有 3 种：①挖深式消力池，即降低护坦高程所形成的消力池；②尾坎式消力池，即护坦高程不降低，在其末端修建消能坎形成的平底消力池；③综合式消力池，是一种常用的、既有挖深又筑有低坎的消力池型式。设计中根据水闸流量，上下游水位差，单宽流量、河床地质等条件合理选择消力池形式，并根据规范计算确定[10]。
3.3科学的进行海漫设计
海曼的长度计算的时候要考虑上游和下游的水位差、单宽的流量河床地质条件等方面的因素。当下泄水流流过海漫，在河床中流速分布会逐渐转向正常，如果海曼的末端存在冲刷问题，则需要将防冲槽设置在海漫末端。应遵循“海漫末端不发生冲刷或局部冲刷坑尝深度不超过允许值”的原则进行海漫长度的设计[7]。海漫的设计不仅要考虑正常设计条件下的防冲问题，还要考虑以后可能出现的特殊的工况下的防冲[8]，所以需留有一定的余地。海漫的材料建议先采用一段水平的钢筋混凝土海漫，然后下游再连接斜坡式海漫，斜坡式海漫可采用 浆砌石海漫或金属网箱海漫等结构。
3.4优化防冲槽的设计
海漫消除了部分水流能力。但在海漫的末端，还是会因为水流速度造成严重冲刷，对海漫造成影响，为了经济实用，可以在海漫的相关位置设置防冲槽，达到节省工程量的目标。由实践经验，把梯形防冲槽改成四边形，并加深50cm处理，消能效果更好。[12]若是涵洞工程，可以先在河底铺设土工布，其上采用铅丝笼装石，以减小对涵洞下河床的冲刷，避免因防冲槽毁坏引发海漫破坏[13]。
4.结语
综上所述，在水利工程建筑物进行消能设计时，我们必须掌握工程的具体资料，认真分析已有案例。总结分析水利工程建筑物消能作用低下的原因，明确水利工程建筑物消能设计控制思路，科学合理的设计闸门底板的高程、消能池的护坦厚度以及海漫设计，优化防冲槽，尽可能地确保整个水利工程建筑物的施工质量。
参考文献：
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论文作者:温卓青
论文发表刊物:《基层建设》2016年5期
论文发表时间:2016/6/30
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