梯形消力池水力計算與應用實例

摘 要：梯形斷面消力池具有基礎開挖工程量小、避免高擋土墻、施工簡單等優點。對于降低中小型工程施工難度，節約工程投資具有實際意義。目前相關規范并無梯形斷面水躍詳細計算說明，而以往資料論述的計算方法落后。研究梯形斷面消力池水力學計算可有助于優化工程設計。

關鍵詞：水力學；消能計算；消力池

4 梯形斷面消力池的優點

梯形斷面消力池相較于矩形斷面消力池，優點主要有以下三點。

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開挖量和混凝土工程量。文章工程實例計算梯形消力池共軛水深為5.019m，而相同工況計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計，邊墻一般需設計重力式或扶壁式擋土墻。即使采用較節省的扶壁式擋土墻，基礎開挖也要預留出擋土墻基礎寬度和模板安裝空間。假設采用重力式擋土墻，按照0.3的墻后邊坡設計，0.8m墻頂寬度，再加0.8m墻后趾。擋土墻基礎寬度必須3.5m以上，基礎開挖與混凝土工程量均較大。如果采用梯形斷面消力池設計，則可采用1：1左右的貼坡式混凝土護坡，文章工程實例采用底部0.6m頂部0.3m鋼筋混凝土護坡。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算穩定性。另外扶壁式擋土墻雖然節約混凝土工程量，但是有較復雜的配筋計算和增加鋼筋用量，施工復雜而且不經濟。梯形斷面消力池護坡型式僅需簡單驗算護坡厚度和構造配筋即可。當設計較緩邊坡時還可不架設模板，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。扭面一般設計為漿砌石，在目前人工費昂貴的條件下，施工單位基于經濟效益考慮，盡量避免采用人工工時較多的漿砌石施工方案。

5 結束語

梯形斷面消力池水力計算原理簡單，但是需要迭代計算。如今在計算機輔助計算的條件下，運用適當軟件或者通過編程，很容易解決計算問題。文章通過梯形斷面消力池與矩形斷面消力池設計方案的對比，可以明顯看出前者從開挖工程量、混凝土工程量、總造價等各方面優勢明顯。理論分析有很多文獻可以查閱，而實際工程中積極將先進理論轉化為工程應用的不多。特別是現行水閘規范沒有明確計算方法，使得該技術應用受到限制。因循守舊的設計思路始終阻礙科技創新。希望文章有益于水利工作者的設計和施工。

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

參考文獻

[1]吳持恭.水力學[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算方法[J].西北農林科技大學水利與建筑工程學報，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：新疆阿勒泰地區水利水電勘測設計院。