二、底流消能工构造

1.布置

底流消能工的作用是通过在闸下产生一定淹没度的水跃来保护水跃范围内的河床免遭冲刷。淹没度过小，水跃不稳定，表面旋滚前后摆动；淹没度过大，较高流速的水舌潜入底层，由于表面漩滚的剪切，掺混作用减弱，消能效果反而减小。淹没度取1.05～1.10较为适宜。

底流式消能设施有3种形式：下挖式、突槛式和综合式，如图9-28所示。

图9-28　消力池形式

（a）下挖式；（b）突槛式；（c）综合式

当闸下尾水深度小于跃后水深时，可采用下挖式消力池消能。当闸下尾水深度略小于跃后水深时，可采用突槛式消力池消能。当闸下尾水深度远小于跃后水深，且计算消力池深度又较深时，可采用下挖消力池与突槛式消力池相结合的综合式消力池消能。当水闸上、下游水位差较大，且尾水深度较浅时，宜采用二级或多级消力池消能。

消力池池深按构造要求为0.5～1.0m。当池深计算深超过3m时，可考虑设置多级消力池。消力池的水平长度一般为自由水跃长度的0.7～0.8m，闸底板与消力池之间采用斜坡连接，斜坡如设计过陡，当过闸流速过大时，水流将脱离斜坡表面而产生真空，以致结构破坏，所以斜坡一般不宜陡于1∶4，工程中一般采用1∶4～1∶5。

图9-29　尾槛后的流速分布

消力池末端一般布置尾槛，高约50cm，用以调整流速分布，将水流挑向水面，减小出池水流的底部流速，且可在槛后产生旋滚，防止在尾槛后发生冲刷，并有利于平面扩散和消减边侧下游回流（图9-29）。

图9-30为连续式的实体槛[图9-30（a）]和差动式的齿槛[图9-30（b）]。连续实体槛壅高池中水位的作用比齿槛好，也便于施工，一般采用较多。齿槛对调整槛后水流流速分布和扩散作用均优于实体槛，但其结构形式较复杂，当水头较高、单宽流量较大时易空蚀破坏，故一般多用于低水头的中、小型工程。图中几何尺寸可供选用时参考，最终应由水工模型试验来确定。

图9-30　尾槛形式（a）连续式；（b）差动式

2.护坦构造要求

消力池底板称为护坦，它承受水流的冲击力、水流脉动压力和底部扬压力等作用，应具有足够的重量、强度和抗冲耐磨的能力。护坦厚度可根据抗冲和抗浮要求，分别计算，并取其最大值。护坦一般是等厚的，但也可采用不同的厚度，始端厚度大，向下游逐渐减小。消力池末端厚度不宜小于0.5m。小型水闸可以更薄，但不宜小于0.3m。

为了降低护坦底部的渗透压力，可在水平护坦的后半部设置排水孔，孔下铺设反滤层，排水孔孔径一般为5～10cm，间距1.0～3.0m，呈梅花形布置[图9-31（a）]。

底板一般用C15或C20混凝土浇筑而成，并按要求配置构造钢筋。大型水闸消力池的顶、底面均需配筋，中、小型水闸可只在顶面配筋[图9-31（b）]。

护坦与闸室、岸墙及翼墙之间，以及其本身沿水流方向均应用缝分开，以适应不均匀沉陷和温度变形。护坦自身的缝距可取10～20m，缝宽2.0～2.5cm。靠近翼墙的消力池缝距应取得小一些。护坦在垂直水流方向通常不设缝，以保证其稳定性。缝的位置如在闸基防渗范围内，缝中应设止水设备；但一般都铺贴沥青油毛毡。

为增强护坦的抗滑稳定性，常在消力池的末端设置齿墙，墙深一般为0.8～1.5m，宽为0.6～0.8m。

图9-31　护坦构造（高程单位：m；尺寸单位：cm）

（a）护坦排水孔示意图；（b）护坦配筋示意图

3.辅助消能工

为了提高消力池的消能效果，除尾槛外，还可设置消力齿（图9-32）、消力墩（图9-33）等辅助消能工，以加强紊动扩散，减小跃后水深，缩短水跃长度，稳定水跃和达到提高水跃消能效果的目的。消力墩可布置在消力池的前部或后部，由两排或三排交错排列布置，消力齿一般布置在陡坡的坡脚处。由于辅助消能工选用的布置形式和尺寸不同，其主要作用也不尽相同。对于有排冰和过木要求的水闸，如果辅助消能工选用不当，甚至还会产生副作用，危害消力池的安全。对低水头水闸一般不采用辅助消能工，对大型水闸，如果采用辅助消能工，其形式和尺寸应通过水工模型试验确定。