消力墩 (baffle pier)消力池中起辅助消能作用的小墩。消力墩对水流的反击作用,将水流分成许多小水股,使水流转折,并在墩后互相撞击。另外水流与消力墩表面摩擦以及水流所产生的旋滚等造成强烈紊动。这些都增加消能效果,跃后水深降低,从而可减少消力池开挖深度,缩短长度,节省工程量和投资。
简介
辅助消能设于消力池内,用以加速消能或改善流态的设施。有
尾槛、陡坡消力墩及消力墩三种。设于消力池尾部的称尾槛,用以增加水深,促成水跃和调整流态,减小底流速。设于消力池中部的单个突起物,称消力墩;有时也设于池首或陡坡末端,称陡坡消力墩;两者均可加速消能,起缩短池长的作用。
消力墩(baffle pier)辅助消能工的一种。呈墩状,在消力池中交错布置。利用其对水流的反击作用,使水流分散,相互撞击,以达到消能的目的,并可减小消力池的深度和长度。
消力墩的消能效果
消力墩是用
钢筋混凝土做成的小墩,多布置在1/2~1/3池长处,布置一排或数排,交错排列,前排距消力池斜坡段坡脚的距离约0.8倍的未设辅助消能工时的跃后水深。墩的高度一般可取下游水深的0.15~0.25倍,并不大于0.5~1. 5 m,墩的净距小于或等于墩宽,约为墩高的0.5~0.75倍,前后排净距可略大于墩高。
消力墩的消能效果与它的型式、尺寸、布置以及
泄流情况、下游水深等有直接关系(如池内水深较深,墩的作用将减小),常需通过
水工模型试验确定。对于小型堰闸,也可参照已建工程的试验成果和运用经验确定。当跃前流速大于15m/s时,不宜采用消力墩,因为在流速过高的情况下,消力墩工作条件极其恶劣,局部真空和空蚀能使消力墩迅速破坏,甚至影响消力池本身的安全。
消力墩位置对消能效果的影响如下:
1、消力墩能够使消力池发生强迫
水跃,改变水流结构,增大消力池内湍动能耗散率,增大消能率。
2、消力墩位置会影响消力池消能率。消力墩布置在消力池长度的 0. 65 及以上时,其消能效果 与不布置消力墩时相差不大;消力墩布置在消力池长度的 0. 35 处时,消力池的消能率最大,比布 置在 0. 65 时消能率提高约10. 5%。
消力池构造
消力池与闸底板、海漫、两岸翼墙之间均应设置沉降缝。位于防渗范围内的缝应设置止水,大型水闸应设两道止水,位于非防渗范围内的缝可铺贴沥青油毡。池宽较大时,护坦还应设置顺水流方向的沉降缝,缝距一般不大于20~30m,缝宽一般为2~2.5cm。缝的位置不宜设于闸孔中心线处,以减轻水流对缝的冲刷作用。护坦在垂直于水流方向一般不分缝,以保证护坦的整体稳定性。
为降低护坦底部扬压力,可在护坦水平段的后半部设排水孔,孔径一般为5~25cm,间距1~3m,呈梅花状布置,孔内填碎石或无砂混凝土,以利排水防淤。排水孔下设反滤层。消力池末端底部一般设齿墙,以增强其
抗滑稳定性,齿墙深一般为0.8~1.5m,宽0.6~0.8m。
消力墩举例
在水利工程中常采用水跃消能为防止远驱水跃的产生,除降低护坦高程外,有时在消力池内设置消力槛、消力墩等消能工跣形成“强迫水跃”。为使消力墩充分发挥作用,一般均把消力墩布置在水跃前部。但当布置在跃首时,消力墩以及消力墩下游附近的护坦易受高速水流的
空蚀破坏。只有在流速小于12~14m/s时,消力墩上才不致发生空蚀。
我国盐锅峡水电站滥流坝消力墩的空蚀是一个典型的实例。该坝最大高度52m。为提高消能效果,在水跃前收缩断面处设置一排消力墩。墩高3 m,宽m,间距3 m。经230d运行,发现所有消力墩的两侧均受到不同程度的空蚀.最大蚀深120cm,最大剥蚀体积占消力墩体积的20.7%。消力墩迎水面和抹角部分的衬砌钢板大部分被冲掉。苏联新西伯利亚水电站溢流坝消能工的空蚀破坏也很典型.该琐的设计水头23.5m,收缩断面处的单宽流量47m3/s.过水以后检查发现,每个消力墩侧面均有破坏。空蚀深度一般为40~60cm,最大深度为70~80cm。此外,还有不少实例都表明,尽管水头并不很高,流速也不很大,但如消力墩的型式或布置设计不当,仍有可能遭受空蚀破坏。
改变消力墩体形,使其流线化,或使棱角圆化,借以提高初生空化数,是设计者为减轻墩体及其附近护坦空蚀需首先考虑的问题。