摘要：對于水庫來說，消力池是其重要的組成部分，在我國的水庫建設(shè)和應(yīng)用中往往由于設(shè)計存在不合理而影響了消力池的正常功能。在對消力池底板的設(shè)計過程中，要綜合的考慮其所受到的力的作用，防止在應(yīng)用的過程中發(fā)生底板失穩(wěn)的現(xiàn)象，因此加強(qiáng)對消力池底板的設(shè)計和分析具有重要的現(xiàn)實意義。
關(guān)鍵詞：消力池底板；損壞；設(shè)計
對于水庫來說，消力池地板具有重要的作用，特別是在泄洪過程中消力池的底板往往由于外力的作用而發(fā)生損壞。為了提高消力池底板的穩(wěn)定性和可靠性，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)其設(shè)計研究。在設(shè)計的過程中要采取有力的措施保證其消力的效果，其中就涉及到施工工藝和設(shè)計方法的選擇。
一、消力池底板發(fā)生損壞的原因分析
在水庫的泄洪過程中常常發(fā)生消力池和底板發(fā)生損壞的現(xiàn)象，部分工程結(jié)構(gòu)甚至?xí)霈F(xiàn)常修常壞的現(xiàn)象。在底板損壞的事故中，其原因和影響都各不相同，但是造成大部分工程底板失常的主要原因是由于板塊被揭底破壞。
根據(jù)相關(guān)的失事原因的研究可以發(fā)現(xiàn)，底板上的脈動壓力是造成底板損壞的主要原因。還要少部分工程在由于空蝕而發(fā)生損壞，或者是由于水流的過程中夾帶著雜物而磨損、撞擊、沖刷而損壞的。和空蝕和沖撞、磨損相比，消力池底板發(fā)生揭底損壞的范圍大、時間短，常常導(dǎo)致發(fā)生整塊底板被水流沖走的現(xiàn)象。對于消力池底板的這種損壞方式，已經(jīng)引起了研究人員和施工人員的高度重視，不斷的研究發(fā)現(xiàn)其發(fā)生損壞的原因[1]。主要有以下幾個方面：（1）板塊底部排水功能不完善，導(dǎo)致發(fā)生無排水或者排水失效的現(xiàn)象。這種情況容易導(dǎo)致板塊受到巨大的浮托力和透壓力而使板塊底部發(fā)生裂縫的現(xiàn)象，從而使板塊上受到比較大的脈動舉力而使板塊上升。在實際的應(yīng)用中應(yīng)用滲透壓力和浮托力過大而使板塊發(fā)生損壞的現(xiàn)象比較少，這主要是由于在設(shè)計的過程中就是根據(jù)揚壓力來計算和施工的。（2）由于板塊本身比較薄弱，或者板塊的錨筋設(shè)置不足，從而使板塊在工作的過程中由于自身的強(qiáng)度不夠而發(fā)生失穩(wěn)的現(xiàn)象，導(dǎo)致板塊的損壞。除此之外，底板上的脈動壓力也是影響板塊功能的重要因素，特別是存在高水頭泄水的建筑時，在對板塊的施工和防護(hù)上要特別的考慮到脈動壓力的作用。對消力池底板的設(shè)計，主要是通過確定底板的穩(wěn)定厚度和基巖的鋼筋配置來實現(xiàn)的[2]。在傳統(tǒng)的設(shè)計方法中常常忽略了板塊上存在的脈動荷載的作用，只是參考類似水庫工程的建設(shè)情況來確定底板塊的厚度，然后再在滲透壓力的作用下來配置鋼筋。這種方法沒有考慮到脈動荷載的作用，在脈動荷載比較小的小型工程中可以發(fā)揮其作用，在一些高、中水頭的工程中，脈動荷載的作用比較大，甚至起到了主要的作用，那么這種設(shè)計方法就不能滿足實際情況，應(yīng)當(dāng)在設(shè)計中加入脈動荷載的影響。
在消力池板塊發(fā)生損壞的過程中主要經(jīng)歷了兩個階段，一是由于水流的動力和所攜帶的砂石等雜物的相互碰撞和磨損的情況下，使板塊之間的伸縮縫發(fā)生破壞。再加上板塊長期和反復(fù)受到脈動舉力的作用，就會使板塊下面的縫隙不斷的得到擴(kuò)張并且沿著裂縫延伸開來，最終實現(xiàn)貫通，導(dǎo)致底板和基巖之間分離開，使基巖和鋼筋失去了原有的功能[3]。此外，還有可能發(fā)生板塊和基巖之間脫離出穴的現(xiàn)象，其出穴的方式主要有翻轉(zhuǎn)出穴和垂直出穴兩種情況。
二、消力池地板的設(shè)計分析
在消力池的設(shè)計中主要是根據(jù)水躍躍長來設(shè)計的，其中關(guān)于平底擴(kuò)散水躍躍長的計算公式比較大，但是都是經(jīng)驗公式。在使用的過程中面臨著比較大的誤差，所以在一定程度上給設(shè)計人員的工作帶來了一定的困難。在消力池底板的設(shè)計中深長錨桿的方法得到了廣泛的使用，這種方法能夠有效的將底板和基巖緊密的結(jié)合在一起，從而能夠共同的承受外力的作用，同時在必要的時候還可以進(jìn)行固結(jié)灌漿[4]。為了有效的改變在消力池底板設(shè)計中出現(xiàn)的不足和缺陷，可以考慮以下設(shè)計方法：
1.挑流消能的設(shè)計。這是在實際應(yīng)用中最常見的消能方法，常見的組合形式有高低坎+挑流、水墊塘聯(lián)合消能+挑流、窄縫挑流以及碰撞式消能的方法等。從上個世紀(jì)80年代以來，在我國有名的龍羊峽、李家峽、東方、隔河峽等水水電站中得到了廣泛的應(yīng)用。特別是隨著我國大型水庫的增多，再加上水庫周圍復(fù)雜的地形條件的限制，水墊塘聯(lián)合消能+挑流的消能方式得到設(shè)計人員的重視，在許多水庫工程中得到廣泛的應(yīng)用[5]。在壩比較高的水庫中的消能中，特別是利用挑流和消力池共同作用來消能的，其消力池需要滿足一定的深度，而且下游水深和上下游之間的落差之間的比例不能夠小于0.25。
2.低流消力池的設(shè)計。低流消力池的形狀非常多，常見的有一級平底消力池、二級池、三級池以及斜坡池等。斜坡池在性能和功能上比一般的平底池優(yōu)良，而且二級池、三級池以及斜坡池可以建設(shè)成為上寬下窄的形狀，作為擴(kuò)散式的消力池使用。在設(shè)計底流消力池的時候要注意考慮保持一定水平的淹沒度，還要考慮到底板動水壓力的變動情況，防止底部出現(xiàn)失穩(wěn)[6]。在水庫大壩高度小于30m或者其消能設(shè)備比較完備的情況下，其所受到的脈動壓力也不是非常大，水流的直接沖擊作用也比較小，在設(shè)計的過程中可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕�。可以進(jìn)行基礎(chǔ)砂漿錨桿施工，對混凝土的分縫面也不需要處理，也用不增設(shè)專門的排水系統(tǒng)。
在消力池的底板排水中主要存在兩種方式，一是暗排的方法，通過安設(shè)水廊道，進(jìn)行集中抽排的方式，這也是現(xiàn)在消力池底板設(shè)計中常用的方法，在二灘、安康、五強(qiáng)溪等水電工程中得到了廣泛的應(yīng)用。另外一種是采用明排的方式，通過在底板上設(shè)置排水孔的方法，在一些水電站上也得到了廣泛的應(yīng)用。對于消力池底板的排水設(shè)計來說，采用明排水孔的方法比暗排的方法好。由于在明排水孔中的施工簡單，而且卸壓快，不需要進(jìn)行維護(hù)，也沒有抽排缺陷。但是對地基基礎(chǔ)比較柔軟的排水孔，需要進(jìn)行孔內(nèi)保護(hù)。此外，其分縫的結(jié)構(gòu)也可以相對簡化，不設(shè)置止水也不進(jìn)行打毛，其縫面也可以作為一個排水的通道。此外，為了防止消力池底板發(fā)生破壞，在板塊的澆筑過程中應(yīng)當(dāng)盡量的減少基巖好板塊底面之間的縫隙，而且為了滿足基巖沉降的要求，還需要設(shè)置合理的伸縮縫。
三、結(jié)束語
為了防止水庫由于消力池底板發(fā)生破壞而影響到水庫的正常功能和安全，在設(shè)計的過程中要充分的考慮到水庫的特點，包括水庫的地質(zhì)條件的限制等因素。同時在施工的過程中也要注意選擇合適的施工工藝，這對于消力池底板的穩(wěn)定性具有重要的影響。此外，在一些高、中水頭的水庫工程中還必須考慮到脈動作用對底板的影響，這對于消力池底板的穩(wěn)定性也具有重要的影響，如果設(shè)計不當(dāng)特別容易發(fā)生損壞的現(xiàn)象。
參考文獻(xiàn)：
[1] 陳錦標(biāo)，宮寶軍.湯浦水庫溢洪道消力池裂縫修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計施工方案[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2012，（9）.
[2] 胡志華，郭維東，李曉東等.消力池底板脈動壓力與噪聲耦合研究[J].中國農(nóng)村水利水電，2013，（3）：126-128，132.
[3] 蔣玲.頭屯河水庫放水涵洞除險加固設(shè)計分析[J].水利科技與經(jīng)濟(jì)，2012，18（11）：36-37，39.
[4] 盧家敏，榮利萍.三坑水庫消力池邊墻設(shè)計優(yōu)化[J].廣東水利水電，2011，（5）：48-49，64.
[5] 何文浩.泄洪閘首級跌坎消力池水力特性的試驗研究與數(shù)值模擬分析[D].揚州大學(xué)，2012.
[6] 李園園，牧振偉，吳戰(zhàn)營等.新疆五一水庫消力池懸柵消能水流水力特性數(shù)值模擬[J].水利與建筑工程學(xué)報，2012，10（6）：61-63，101.
關(guān)鍵詞：消力池底板；損壞；設(shè)計
對于水庫來說，消力池地板具有重要的作用，特別是在泄洪過程中消力池的底板往往由于外力的作用而發(fā)生損壞。為了提高消力池底板的穩(wěn)定性和可靠性，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)其設(shè)計研究。在設(shè)計的過程中要采取有力的措施保證其消力的效果，其中就涉及到施工工藝和設(shè)計方法的選擇。
一、消力池底板發(fā)生損壞的原因分析
在水庫的泄洪過程中常常發(fā)生消力池和底板發(fā)生損壞的現(xiàn)象，部分工程結(jié)構(gòu)甚至?xí)霈F(xiàn)常修常壞的現(xiàn)象。在底板損壞的事故中，其原因和影響都各不相同，但是造成大部分工程底板失常的主要原因是由于板塊被揭底破壞。
根據(jù)相關(guān)的失事原因的研究可以發(fā)現(xiàn)，底板上的脈動壓力是造成底板損壞的主要原因。還要少部分工程在由于空蝕而發(fā)生損壞，或者是由于水流的過程中夾帶著雜物而磨損、撞擊、沖刷而損壞的。和空蝕和沖撞、磨損相比，消力池底板發(fā)生揭底損壞的范圍大、時間短，常常導(dǎo)致發(fā)生整塊底板被水流沖走的現(xiàn)象。對于消力池底板的這種損壞方式，已經(jīng)引起了研究人員和施工人員的高度重視，不斷的研究發(fā)現(xiàn)其發(fā)生損壞的原因[1]。主要有以下幾個方面：（1）板塊底部排水功能不完善，導(dǎo)致發(fā)生無排水或者排水失效的現(xiàn)象。這種情況容易導(dǎo)致板塊受到巨大的浮托力和透壓力而使板塊底部發(fā)生裂縫的現(xiàn)象，從而使板塊上受到比較大的脈動舉力而使板塊上升。在實際的應(yīng)用中應(yīng)用滲透壓力和浮托力過大而使板塊發(fā)生損壞的現(xiàn)象比較少，這主要是由于在設(shè)計的過程中就是根據(jù)揚壓力來計算和施工的。（2）由于板塊本身比較薄弱，或者板塊的錨筋設(shè)置不足，從而使板塊在工作的過程中由于自身的強(qiáng)度不夠而發(fā)生失穩(wěn)的現(xiàn)象，導(dǎo)致板塊的損壞。除此之外，底板上的脈動壓力也是影響板塊功能的重要因素，特別是存在高水頭泄水的建筑時，在對板塊的施工和防護(hù)上要特別的考慮到脈動壓力的作用。對消力池底板的設(shè)計，主要是通過確定底板的穩(wěn)定厚度和基巖的鋼筋配置來實現(xiàn)的[2]。在傳統(tǒng)的設(shè)計方法中常常忽略了板塊上存在的脈動荷載的作用，只是參考類似水庫工程的建設(shè)情況來確定底板塊的厚度，然后再在滲透壓力的作用下來配置鋼筋。這種方法沒有考慮到脈動荷載的作用，在脈動荷載比較小的小型工程中可以發(fā)揮其作用，在一些高、中水頭的工程中，脈動荷載的作用比較大，甚至起到了主要的作用，那么這種設(shè)計方法就不能滿足實際情況，應(yīng)當(dāng)在設(shè)計中加入脈動荷載的影響。
在消力池板塊發(fā)生損壞的過程中主要經(jīng)歷了兩個階段，一是由于水流的動力和所攜帶的砂石等雜物的相互碰撞和磨損的情況下，使板塊之間的伸縮縫發(fā)生破壞。再加上板塊長期和反復(fù)受到脈動舉力的作用，就會使板塊下面的縫隙不斷的得到擴(kuò)張并且沿著裂縫延伸開來，最終實現(xiàn)貫通，導(dǎo)致底板和基巖之間分離開，使基巖和鋼筋失去了原有的功能[3]。此外，還有可能發(fā)生板塊和基巖之間脫離出穴的現(xiàn)象，其出穴的方式主要有翻轉(zhuǎn)出穴和垂直出穴兩種情況。
二、消力池地板的設(shè)計分析
在消力池的設(shè)計中主要是根據(jù)水躍躍長來設(shè)計的，其中關(guān)于平底擴(kuò)散水躍躍長的計算公式比較大，但是都是經(jīng)驗公式。在使用的過程中面臨著比較大的誤差，所以在一定程度上給設(shè)計人員的工作帶來了一定的困難。在消力池底板的設(shè)計中深長錨桿的方法得到了廣泛的使用，這種方法能夠有效的將底板和基巖緊密的結(jié)合在一起，從而能夠共同的承受外力的作用，同時在必要的時候還可以進(jìn)行固結(jié)灌漿[4]。為了有效的改變在消力池底板設(shè)計中出現(xiàn)的不足和缺陷，可以考慮以下設(shè)計方法：
1.挑流消能的設(shè)計。這是在實際應(yīng)用中最常見的消能方法，常見的組合形式有高低坎+挑流、水墊塘聯(lián)合消能+挑流、窄縫挑流以及碰撞式消能的方法等。從上個世紀(jì)80年代以來，在我國有名的龍羊峽、李家峽、東方、隔河峽等水水電站中得到了廣泛的應(yīng)用。特別是隨著我國大型水庫的增多，再加上水庫周圍復(fù)雜的地形條件的限制，水墊塘聯(lián)合消能+挑流的消能方式得到設(shè)計人員的重視，在許多水庫工程中得到廣泛的應(yīng)用[5]。在壩比較高的水庫中的消能中，特別是利用挑流和消力池共同作用來消能的，其消力池需要滿足一定的深度，而且下游水深和上下游之間的落差之間的比例不能夠小于0.25。
2.低流消力池的設(shè)計。低流消力池的形狀非常多，常見的有一級平底消力池、二級池、三級池以及斜坡池等。斜坡池在性能和功能上比一般的平底池優(yōu)良，而且二級池、三級池以及斜坡池可以建設(shè)成為上寬下窄的形狀，作為擴(kuò)散式的消力池使用。在設(shè)計底流消力池的時候要注意考慮保持一定水平的淹沒度，還要考慮到底板動水壓力的變動情況，防止底部出現(xiàn)失穩(wěn)[6]。在水庫大壩高度小于30m或者其消能設(shè)備比較完備的情況下，其所受到的脈動壓力也不是非常大，水流的直接沖擊作用也比較小，在設(shè)計的過程中可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕�。可以進(jìn)行基礎(chǔ)砂漿錨桿施工，對混凝土的分縫面也不需要處理，也用不增設(shè)專門的排水系統(tǒng)。
在消力池的底板排水中主要存在兩種方式，一是暗排的方法，通過安設(shè)水廊道，進(jìn)行集中抽排的方式，這也是現(xiàn)在消力池底板設(shè)計中常用的方法，在二灘、安康、五強(qiáng)溪等水電工程中得到了廣泛的應(yīng)用。另外一種是采用明排的方式，通過在底板上設(shè)置排水孔的方法，在一些水電站上也得到了廣泛的應(yīng)用。對于消力池底板的排水設(shè)計來說，采用明排水孔的方法比暗排的方法好。由于在明排水孔中的施工簡單，而且卸壓快，不需要進(jìn)行維護(hù)，也沒有抽排缺陷。但是對地基基礎(chǔ)比較柔軟的排水孔，需要進(jìn)行孔內(nèi)保護(hù)。此外，其分縫的結(jié)構(gòu)也可以相對簡化，不設(shè)置止水也不進(jìn)行打毛，其縫面也可以作為一個排水的通道。此外，為了防止消力池底板發(fā)生破壞，在板塊的澆筑過程中應(yīng)當(dāng)盡量的減少基巖好板塊底面之間的縫隙，而且為了滿足基巖沉降的要求，還需要設(shè)置合理的伸縮縫。
三、結(jié)束語
為了防止水庫由于消力池底板發(fā)生破壞而影響到水庫的正常功能和安全，在設(shè)計的過程中要充分的考慮到水庫的特點，包括水庫的地質(zhì)條件的限制等因素。同時在施工的過程中也要注意選擇合適的施工工藝，這對于消力池底板的穩(wěn)定性具有重要的影響。此外，在一些高、中水頭的水庫工程中還必須考慮到脈動作用對底板的影響，這對于消力池底板的穩(wěn)定性也具有重要的影響，如果設(shè)計不當(dāng)特別容易發(fā)生損壞的現(xiàn)象。
參考文獻(xiàn)：
[1] 陳錦標(biāo)，宮寶軍.湯浦水庫溢洪道消力池裂縫修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計施工方案[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2012，（9）.
[2] 胡志華，郭維東，李曉東等.消力池底板脈動壓力與噪聲耦合研究[J].中國農(nóng)村水利水電，2013，（3）：126-128，132.
[3] 蔣玲.頭屯河水庫放水涵洞除險加固設(shè)計分析[J].水利科技與經(jīng)濟(jì)，2012，18（11）：36-37，39.
[4] 盧家敏，榮利萍.三坑水庫消力池邊墻設(shè)計優(yōu)化[J].廣東水利水電，2011，（5）：48-49，64.
[5] 何文浩.泄洪閘首級跌坎消力池水力特性的試驗研究與數(shù)值模擬分析[D].揚州大學(xué)，2012.
[6] 李園園，牧振偉，吳戰(zhàn)營等.新疆五一水庫消力池懸柵消能水流水力特性數(shù)值模擬[J].水利與建筑工程學(xué)報，2012，10（6）：61-63，101.
