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护坦

设于水闸、溢流坝等泄水建筑物上下游的刚性护底建筑物。其作用是保护河床,使其不因水流流速过高或其他原因遭受冲刷或侵蚀破坏,以致影响建筑物的安全。当泄水建筑物采用底流消能的形式时,下游护坦常兼作消力池底板,是消减水流动能、保护水跃范围河床免受冲刷的主要结构物,对保证闸坝主体部分的安全有着重要作用。

设于水闸、溢流坝等泄水建筑物上下游的刚性护底建筑物。其作用是保护河床,使其不因水流流速过高或其他原因遭受冲刷或侵蚀破坏,以致影响建筑物的安全。当泄水建筑物采用底流消能的形式时,下游护坦常兼作消力池底板,是消减水流动能、保护水跃范围河床免受冲刷的主要结构物,对保证闸坝主体部分的安全有着重要作用。

由于护坦表面承受高速水流的作用,护坦材料必须具有抗冲耐磨性能,根据需要,用一般混凝土、高标号混凝土或加筋混凝土做成。为了降低护坦底部的渗透压力,可在护坦上设垂直的排水孔,并在护坦底部铺筑排水及反滤层。但排水孔不宜设在水跃首部,因该区域水流流速较高,可能引起局部真空,使渗流出逸坡降加大而造成地基局部破坏(见图)。

护坦

护坦长度应根据水流情况及对地基的防护要求确定。上游护坦长度一般采用3~5倍上游水深。对于采用底流消能的闸坝工程。下游护坦长度需满足在其上产生水跃的要求,通过消能计算决定(见底流消能)。当护坦上设置有合适的辅助消能工时,其长度可以适当缩短。护坦厚度设计,主要考虑其在浮托力、渗透压力和脉动压力作用下不被掀起。由于影响护坦厚度的因素很多,通常都需参照已建工程的运行经验加以确定。护坦在顺水流方向可以做成等厚的,也可将靠近闸室一端做得厚些,向上下游逐渐减薄。如护坦过长而地基又较软弱,则可将护坦分段采用不同的厚度。

上游护坦厚度多按构造要求确定。初拟下游护坦厚度时,可按下列公式估算:

①只考虑护坦底部渗透压力的作用。如果护坦的浮重大于渗透压强,护坦就不会被抬起。但是由于消力池中水位并非都是下游水位,因此应选择最不利情况,并按下式估算护坦厚度t(米):

护坦

式中 Py扬压力强度(吨/米2);hd消力池内水深(米);γ为水的容重(吨/米3);γ1为护坦容重(吨/米3);K1为安全系数,取1.1~1.3,视建筑物重要性而定。

②根据抗冲要求,护坦始端厚度为:

护坦

式中 t1为靠近闸室一端的护坦厚度(米);q为闸孔处单宽流量(米3/秒-1·米-1);△H为上下游最大水位差(米);K2为经验系数,当用设计流量及相应上下游水位差计算时,K2=0.20;当用设计流量及上游正常工作水位与下游最低水位差计算时,K2=0.175。

护坦末端处的厚度t2可取为

在按照以上公式初拟护坦厚度并根据经验加以选定后,可再进一步校核护坦在自重、水重、扬压力脉动压力等荷载作用下的稳定性,及进行强度计算。尽管在产生水跃时消力池内点脉动压力值很大,由于各点脉动压力都是随机性的,并且在消力池尾部脉动压力降低较大,因此在进行护坦的整体稳定校核时,前半部的面脉动压力,其压强可取为收缩断面处流速水头的5%;后半部的面脉动压力,其压强可取为收缩断面处流速水头的3%。

护坦与闸室、岸墙及翼墙之间需用沉陷缝分开,护坦本身也需设置温度沉陷缝,一般当地基土质较好时,缝的间距不超过15~20米,土质中等时不超过10~15米,土质差时不超过8~12米,缝的位置宜与闸墩对齐。