梯形消力池水力計(jì)算與應(yīng)用實(shí)例

摘 要：梯形斷面消力池具有基礎(chǔ)開挖工程量小、避免高擋土墻、施工簡單等優(yōu)點(diǎn)。對于降低中小型工程施工難度，節(jié)約工程投資具有實(shí)際意義。目前相關(guān)規(guī)范并無梯形斷面水躍詳細(xì)計(jì)算說明，而以往資料論述的計(jì)算方法落后。研究梯形斷面消力池水力學(xué)計(jì)算可有助于優(yōu)化工程設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：水力學(xué)；消能計(jì)算；消力池

4 梯形斷面消力池的優(yōu)點(diǎn)

梯形斷面消力池相較于矩形斷面消力池，優(yōu)點(diǎn)主要有以下三點(diǎn)。

第一，相同工況條件下，梯形斷面共軛水深比矩形斷面小。共軛水深小即可減少基礎(chǔ)開挖量和混凝土工程量。文章工程實(shí)例計(jì)算梯形消力池共軛水深為5.019m，而相同工況計(jì)算矩形消力池共軛水深為6.174m，兩者相差1.155m。如果采用矩形斷面消力池設(shè)計(jì)，邊墻一般需設(shè)計(jì)重力式或扶壁式擋土墻。即使采用較節(jié)省的扶壁式擋土墻，基礎(chǔ)開挖也要預(yù)留出擋土墻基礎(chǔ)寬度和模板安裝空間。假設(shè)采用重力式擋土墻，按照0.3的墻后邊坡設(shè)計(jì)，0.8m墻頂寬度，再加0.8m墻后趾。擋土墻基礎(chǔ)寬度必須3.5m以上，基礎(chǔ)開挖與混凝土工程量均較大。如果采用梯形斷面消力池設(shè)計(jì)，則可采用1：1左右的貼坡式混凝土護(hù)坡，文章工程實(shí)例采用底部0.6m頂部0.3m鋼筋混凝土護(hù)坡。兩方案對比詳見表2。

第二，矩形斷面消力池邊坡一般采用擋土墻型式，重力式和扶壁式擋土墻均需驗(yàn)算穩(wěn)定性。另外扶壁式擋土墻雖然節(jié)約混凝土工程量，但是有較復(fù)雜的配筋計(jì)算和增加鋼筋用量，施工復(fù)雜而且不經(jīng)濟(jì)。梯形斷面消力池護(hù)坡型式僅需簡單驗(yàn)算護(hù)坡厚度和構(gòu)造配筋即可。當(dāng)設(shè)計(jì)較緩邊坡時還可不架設(shè)模板，施工方便。

第三，梯形斷面消力池與下游梯形渠道可以直接連接，省去了矩形斷面與下游泄水渠梯形斷面之間的扭面銜接段。扭面一般設(shè)計(jì)為漿砌石，在目前人工費(fèi)昂貴的條件下，施工單位基于經(jīng)濟(jì)效益考慮，盡量避免采用人工工時較多的漿砌石施工方案。

5 結(jié)束語

梯形斷面消力池水力計(jì)算原理簡單，但是需要迭代計(jì)算。如今在計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算的條件下，運(yùn)用適當(dāng)軟件或者通過編程，很容易解決計(jì)算問題。文章通過梯形斷面消力池與矩形斷面消力池設(shè)計(jì)方案的對比，可以明顯看出前者從開挖工程量、混凝土工程量、總造價等各方面優(yōu)勢明顯。理論分析有很多文獻(xiàn)可以查閱，而實(shí)際工程中積極將先進(jìn)理論轉(zhuǎn)化為工程應(yīng)用的不多。特別是現(xiàn)行水閘規(guī)范沒有明確計(jì)算方法，使得該技術(shù)應(yīng)用受到限制。因循守舊的設(shè)計(jì)思路始終阻礙科技創(chuàng)新。希望文章有益于水利工作者的設(shè)計(jì)和施工。

2015年6月29日施工場地發(fā)生暴雨，泄洪洞泄洪流量約為70m3/s，與設(shè)計(jì)流量相近。通過現(xiàn)場查看，共軛水深距離消力池邊墻頂部仍有足夠超高，護(hù)坡混凝土沒有破壞。因此，通過實(shí)際運(yùn)行情況來看，梯形斷面消力池設(shè)計(jì)方案工程效果良好。

參考文獻(xiàn)

[1]吳持恭.水力學(xué)[M].第四版.高等教育出版社，2008.

[2]張小林，劉惹梅.梯形斷面渠道水躍共軛水深的計(jì)算方法[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)報，2003.

作者簡介：娜孜拉·吐斯布那比（1967，3-），女，職稱：高級工程師，工作單位：新疆阿勒泰地區(qū)水利水電勘測設(shè)計(jì)院。