消力池稳定计算.docx
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消力池稳定计算
***水库工程
上坝址重力坝方案
消力池稳定计算稿
（可研阶段）
2019年11月
审定：
审查：
校核：
编写：
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1计算目的
2计算要求
3计算依据
4计算过程
基本参数
计算公式
计算过程
计算成果
结论
1计算目的
根据水工结构布置和水力学计算成果，计算可行性研究阶段上坝址重力坝方案消力池底板的抗浮条件，确定抗浮处理措施和工程量。
2计算要求
满足可行性研究阶段要求。
3计算依据
《混凝土重力坝设计规范》SL319-2018
《水工建筑物荷载设计规范》SL744-2016
《溢洪道设计规范》SL253-2018
《***水库工程上坝址重力坝方案水力学计算稿》
4计算过程
4.1基本参数
消力池底板总长30m，宽43m，底板厚2m，底板高程1349m。
消力池结合下游开挖布置，对基础进行固结灌浆处理，固结灌浆孔的间、排距均为2m，呈方
形布置，坝基面孔深入基岩8m。
为增强护坦与基础连接布置基础插筋锚固，插筋为Φ25@2m×2m，入基岩深。
水力学基本参数
建筑物级别：
4
级
水库正常蓄水位：
1392
m
消能防冲设计标准：
5%
-
校核洪水位（P=%）：
m
消能防冲设计标准水库水位：
m
校核洪水标准相应下泄流量：
271
m3/s
消能防冲标准相应下泄流量：
151
m3/s
校核洪水标准相应下游水位：
m
消能防冲标准相应下游水位：
m
堰顶高程：
1392
m
设计洪水位（P=%）：
m
底部高程：
1345
m
设计洪水标准相应下泄流量：
172
m3/s
底板高程：
1349
m
设计洪水标准相应下游水位：
m
底流消能跃前水深按取泄槽末端的水深，根据泄槽水面线结果取末端水深
底流消能计算成果
工况
跃前水深h1
跃后水深h2
流速V
Fr1
自由水跃长度
池长
出口流速
设计洪水
校核洪水
消能防冲
4.2计算公式
消力池底板抗浮稳定复核计算按照不设排水孔考虑，计算工况：
（1）宣泄消能防冲的洪水流量。
（2）宣泄设计洪水流量。
（3）宣泄校核洪水流量。
根据《溢洪道设计规范》SL253-2018规定，底板的抗浮稳定计算公式按照
下式计算：
P1P2P3
Kf123Q1Q2
式中：
P1—底板自重，KN；
P
2—底板顶面上的时均压力，KN；
P
3—当采用锚固措施时，地基的有效重量，KN；
Q
1—底板顶面上的脉动压力，KN；
Q
2—底板底面上的扬压力；
（1）护坦自重
护坦长度30m，宽度43m，厚度2m，混凝土容重24KN/m3。
（2）时均压力
时均压力的计算公式按《水工建筑物荷载设计规范》SL744-2016中的要求，
ptrwhcos
式中：
ptr——过流面上计算点的时均压强代表值（N/m2）；
3
w——水的重度，（kg/m3）；
h——计算点的水深；
θ——结构物底面与水平面的夹角，θ=0。
（3）脉动压力
脉动压力的计算公式按《水工建筑物荷载设计规范》SL744-2016计算：
pf
mpfA
式中：
Pf——脉动压力，N；
2
pf——脉动压强，N/m2；
A——作用面积，m2；
面积均化系数，按《水工建筑物荷载设计规范》
SL744-2016
表取值；
其中正、负号应按不利设计条件选定
面积均化系数
结构部位平底消力池底板
结构分块
尺寸
Lm/h2
1
b/h2
1
1
1
βm
-
注：
Lm-结构块顺流向的长度，m；b-结构块垂直流向的长度，m；h2-第二共
轭水深，m。
pf
3.0Kp
2wv22
式中：
Kp——脉动压强系数，按《水工建筑物荷载设计规范》SL744-2016表取值；
ρw——水的密度，Kg/m；v——相应工况下水流计算断面的平均流速，m/s（对消力池水流，可取收缩断面的平均流速）；
平底消力池底板的脉动压强系数KP
结构部位
Fr1>
Fr1≤
所在位置
注：
表中Fr1为收缩断面的弗劳德数，x为计算断面离消力池起点的距离，m；L为消力池的长度
（4）扬压力扬压力计算时按照虽设有排水设施，但均考虑为不可靠的状态下进行计算，偏安全。
（5）锚固地基有效自重
按《溢洪道设计规范》SL253-2018中附录计算：
P3RTA
TSL30d
3
式中：
P3——锚固地基的有效重量，kN；
γ'R——岩石浮重度，KN/m3；
A——n根锚筋护坦的计算面积，m2；
T——锚固地基的有效深度，m；d——锚筋直径，m；
L——锚筋间距，m；
S——锚筋锚入地基的深度，m。
图锚固力计算简图锚筋锚入地基的深度S=，锚筋的间距L=2m。
4.3计算过程
混凝土底板重度计算
护坦宽度（m）
护坦厚度（m）
混凝土容重KN/m3
护坦长度（m）
护坦重量KN
43
2
24
30
61920
时均压力P2计算
计算工况
起始水深（m）
跃后
水深
（m）
水容重
3（KN/m3）
护坦起始端时
均压强
2
（KN/m2）
护坦末端时
均压强
2
（KN/m2）
护坦时均压
力（KN/m2）
设计洪水
校核洪水
消能防冲
锚固地基有效自重P3计算
岩石天然容重（KN/m3）
锚筋间距（m）
锚筋长度（m）
锚筋直径（mm）
有效重量（KN）
27
2
5
25
脉动压强pf计算
计算工况流速v（m/s）Fr水密度脉动压强前段脉动压强中段脉动压强后段
（kg/m3）
（N/m2）
（0~）
（N/m2）
（~）
（N/m2）
（~）
设计洪水
1000
37320
62201
24880
校核洪水
1000
37760
62934
25173
消能防冲
1000
37211
62019
24807
注：
查表得，前段Kp=，中段Kp=，后段Kp=。
脉动压力Pf计算
计算工况
部位
垂直流向长
度b（m）
顺流向长度Lm（m）
第二共轭水
深h2（m）
Lm/h2
b/h2
βm
脉动压
力（KN）
设计洪水
前段
43
6
中段
43
12
后段
43
12
校核洪水
前段
43
6
中段
43
12
后段
43
12
消能防冲
前段
43
6
中段
43
12
后段
43
12
扬压力计算
计算工况
下游水位
（m）
底板底部高
程（m）
扬压力总水
头（m）
α
扬压力强度
2
（KN/m2）
扬压力（KN）
设计洪水
347
1
校核洪水
347
1
消能防冲
347
1
4.4计算成果
抗浮稳定计算成果
计算工况
P1
P2
P3
Q1
Q2
Kf
设计
61920
校核
61920
消能防冲
61920
4.5结论
各工况下抗浮稳定安全系数均大于，该消力池设计满足规范要求
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