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[摘要] 消力池是水工建筑物经常采用的消能设施之一，其长期稳定和安全运行对确保大坝正常发电和汛期安全行洪至关重要，特别是消力池底板的安全稳定尤为关键。据不完全统计，我国水利水电工程事故中，其中，有30%-40%是由于泄洪原因导致失事的。而其中，发挥着关键作用的就是消力池底板。因此，水利水电工程消力池底板设计的探讨有其必要性。本文主要针对我国水利水电工程消力池底板设计进行简单的分析。
[关键字]水利 工程 消力池底板 设计
[中图分类号] TV [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-3-228-2
1消力池底板设计
根据我国的形势和有关数据分析，当前采用底流消能的水利工程正在不断的减少。目前，世界上最高的高坝是前苏联的苏扬舒申斯克，采用的底流消能设计，坝高达242米，其次就是巴克拉坝和德沃歇克坝，分别位于印度和美国，坝高分别为226米和219米。目前，我国的高坝主要是宽尾墩底消力池，配备相应的消能工，如现有的安康水电站，索风营水电站以及向家坝水电站，坝高分别为128米、116米、187米。
消力池底板的设计形式多种多样，其中，最为常见的一种是平底消力池，并且还有不同形式的消能工作为辅助，另外还包括斜坡池、三级池、二级池等，通常这三种消力池呈现上宽下窄的形态，主要作为扩散式消力池来使用，其中，相对于平底池而言，斜坡池的优越性更好些。一般而言，在设计底流式消力池时，一定要保持其应有的淹没度，同时，为了保证底板的稳定性，还要对底板动水压力的脉动情况进行分析。
另外就是戽式面流消能，其消能率较高，消力池的长度比较短，这种消能方式的应用，在国内应用比较普遍，如在1941年建起的大苦力水电站，其坝高达163米，修建于美国，也是属于最早的，之后建立起来的佐久间水电站，由于日本修建，坝高高达115米。而对于我国而言，最早修建起来的是汉江石泉水电站，是我国第一个戽式面流消工程，于1973建成，坝高约65米，在以后的发展中，就陆续地出现了一些中小型的水电站，如麻石水电站、岩滩水电站等。
此外是挑流消能。在水利工程中，挑流消能是所有消能方式中最为常用的一种方式，具体有以下几种形式：高低坎+挑流、窄缝+挑流、碰撞式挑流、宽尾墩+挑流等。比如我国在20世纪80年代建立起来的一些水电站高坝就是采用的以下形式，如隔河岩、龙羊峡、东江、李家峡等，在后来的不断研究和发展中，设计和研究人员在原有的基础上，又进行相应的改进，采用对挑流结合水垫塘的形式，形成了现有新的消能形式。具体还有以下水电站工程，如表1所示：
2消力池底板设计参数分析
消力池底板在设计时，最为主要的一点就是要保持其应有的稳定性，为此，需要设计人员在其失稳性进行计算，如翻转失稳和移动失稳，通常情况下，其稳定条件通过以下公式来计算：
这也消力池底板稳定的条件，其中，式中，P1为时均压力，P2为上浮力，K为抗浮稳定安全系数，一般取1.2；G为底板混凝土自重；R为底板与基岩之间的粘结力和锚固力；Pm为脉动压力。
一般情况下，决定河床冲刷，底板稳定性的主要因素主浊底板的承受力，而这个参数值是呈动态性的，在一定条件下，它会随着消力池结构、水垫深度、水舌厚度、入射角以及入射流速的变化而不断的变化，为此，这就需要我们对动水压力值进行分析，在具体的计算时，通过以下公式来完成：
其中，q为单宽流量；θ为水流入水角度；h为下游水深（底板以上水深）；Η为上、下游水位差；β为碰撞水舌的夹角； 为射流入水流速系数；未碰撞水舌时为0.8—0.9；碰撞后为0.4加0.6。与此同时，相关科学研究院还对此进行了统计， 要求在水电站运行中，一定要控制水流冲击力，避免消力池底板发生破坏以及坝后冲刷所形成的破坏而带来不必要的麻烦，相关的文献中提出其压力脉动系统最好控制在10×9.8 kPa-15×9.8 kPa，以单位体积内的泄洪量为参照标准，但是在实际运行中，这个参数值的范围具有一定的保守性，因此，其还受其他诸多因素的影响，如掺气率、消能工体形等。
在实践中，在设计消力池底板时，主要采用深长锚杆来处理，这样做的主要目的就是可以将基岩与底板进行有效的结合，使得两者共同承担动水压力，在必要时，还可以加强固结灌浆。通常情况下，消力池底板的排水方式有2种，一种是明排，一种是暗排。其中，所谓的明排，就是在底板上设置一定的排水孔，如索风营水电站、东风水电站、红林水电站等，而所谓的暗排就是通过排水廊的设置，集中进行抽排，如五强溪水工程、二滩水电工程、安康水电站等。
3实践运行情况分析
为了更好地探讨水利水电工程消力池底板的应用，提升其设计效果和水平，在这里主要针对以下几个水电站的运行情况进行了简单分析。
首先是安康水电站。安康水电站属于混凝土重力坝，位于汉江，坝高可达128米，主要是采用消力池与Y形宽尾墩实施联合消能，这种方法，一方面，大大缩短了消力池的长度，而且有助于降低尾坝出流速度，一般降低范围在30%-38%，更为主要的是下游地茂名的深度大大地减少。另外，该工程在建成以后，由于泄洪次数较多，底板发生了抬动，为此，进行了2次维护，主要通过加大底板厚度来维修，厚度约10米，但是这种的稳定性仍旧不达标，为此，最终通过预应力锚索进行加固处理，预应力达3000KN。
其次是索风营水电站，其主要位于我国贵州的乌江，坝高达115米，拦河大坝属于重力坝，最大泄流量可达15969，主要是采用表孔来泄洪，这种方法是利用消力池与台阶坝面以及X形宽尾墩结合进行消能，具体的消力池长达90米。在设计时，主要是按照透水式底板进行，分3条纵缝和5条横缝，混凝土厚2米，孔深为5米，在2005年到2007期间曾经过检查，消力底板没有发生任何的破坏。
因此，根据以上分析，我们知道，消力池底板的稳定性与消能工和流态有着密切关系，在设计时，一定要加强对两个因素的分析。
4小结
总而言之，在水利工程，消力池底板的设计发挥着关键性的作用，因此，需要加强分析和探讨，优化设计思路，采用科学的设计形式，促进我国水利工程的更好的运行与发展，为我国经济发展创造更大的价值和效益。
参考文献
[1]王行仁.赵龙飞.李越.泸定水电站3号消力池直立边坡管桩加固施工技术[J].水力发电.2011（05）.
[2]刘志枫.小溶江水利枢纽消力池设计[J].企业科技与发展.2011（17）.
[3]匡建军.谭华业.通榆河北延送水工程八一河闸扩孔加固技术路线[J].江苏水利.2011（06）.
[4]王智娟.姜伯乐.黄国兵.跌坎型底流消力池水力特性二维数值模拟研究[J].长江科学院院报.2011（08）.
[5]高胜杰.庄佳.吴娱.乔康.东吴水库溢洪道除险加固工程消能试验研究[J].广东水利水电.2011（06）.
[关键字]水利 工程 消力池底板 设计
[中图分类号] TV [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-3-228-2
1消力池底板设计
根据我国的形势和有关数据分析，当前采用底流消能的水利工程正在不断的减少。目前，世界上最高的高坝是前苏联的苏扬舒申斯克，采用的底流消能设计，坝高达242米，其次就是巴克拉坝和德沃歇克坝，分别位于印度和美国，坝高分别为226米和219米。目前，我国的高坝主要是宽尾墩底消力池，配备相应的消能工，如现有的安康水电站，索风营水电站以及向家坝水电站，坝高分别为128米、116米、187米。
消力池底板的设计形式多种多样，其中，最为常见的一种是平底消力池，并且还有不同形式的消能工作为辅助，另外还包括斜坡池、三级池、二级池等，通常这三种消力池呈现上宽下窄的形态，主要作为扩散式消力池来使用，其中，相对于平底池而言，斜坡池的优越性更好些。一般而言，在设计底流式消力池时，一定要保持其应有的淹没度，同时，为了保证底板的稳定性，还要对底板动水压力的脉动情况进行分析。
另外就是戽式面流消能，其消能率较高，消力池的长度比较短，这种消能方式的应用，在国内应用比较普遍，如在1941年建起的大苦力水电站，其坝高达163米，修建于美国，也是属于最早的，之后建立起来的佐久间水电站，由于日本修建，坝高高达115米。而对于我国而言，最早修建起来的是汉江石泉水电站，是我国第一个戽式面流消工程，于1973建成，坝高约65米，在以后的发展中，就陆续地出现了一些中小型的水电站，如麻石水电站、岩滩水电站等。
此外是挑流消能。在水利工程中，挑流消能是所有消能方式中最为常用的一种方式，具体有以下几种形式：高低坎+挑流、窄缝+挑流、碰撞式挑流、宽尾墩+挑流等。比如我国在20世纪80年代建立起来的一些水电站高坝就是采用的以下形式，如隔河岩、龙羊峡、东江、李家峡等，在后来的不断研究和发展中，设计和研究人员在原有的基础上，又进行相应的改进，采用对挑流结合水垫塘的形式，形成了现有新的消能形式。具体还有以下水电站工程，如表1所示：
2消力池底板设计参数分析
消力池底板在设计时，最为主要的一点就是要保持其应有的稳定性，为此，需要设计人员在其失稳性进行计算，如翻转失稳和移动失稳，通常情况下，其稳定条件通过以下公式来计算：
这也消力池底板稳定的条件，其中，式中，P1为时均压力，P2为上浮力，K为抗浮稳定安全系数，一般取1.2；G为底板混凝土自重；R为底板与基岩之间的粘结力和锚固力；Pm为脉动压力。
一般情况下，决定河床冲刷，底板稳定性的主要因素主浊底板的承受力，而这个参数值是呈动态性的，在一定条件下，它会随着消力池结构、水垫深度、水舌厚度、入射角以及入射流速的变化而不断的变化，为此，这就需要我们对动水压力值进行分析，在具体的计算时，通过以下公式来完成：
其中，q为单宽流量；θ为水流入水角度；h为下游水深（底板以上水深）；Η为上、下游水位差；β为碰撞水舌的夹角； 为射流入水流速系数；未碰撞水舌时为0.8—0.9；碰撞后为0.4加0.6。与此同时，相关科学研究院还对此进行了统计， 要求在水电站运行中，一定要控制水流冲击力，避免消力池底板发生破坏以及坝后冲刷所形成的破坏而带来不必要的麻烦，相关的文献中提出其压力脉动系统最好控制在10×9.8 kPa-15×9.8 kPa，以单位体积内的泄洪量为参照标准，但是在实际运行中，这个参数值的范围具有一定的保守性，因此，其还受其他诸多因素的影响，如掺气率、消能工体形等。
在实践中，在设计消力池底板时，主要采用深长锚杆来处理，这样做的主要目的就是可以将基岩与底板进行有效的结合，使得两者共同承担动水压力，在必要时，还可以加强固结灌浆。通常情况下，消力池底板的排水方式有2种，一种是明排，一种是暗排。其中，所谓的明排，就是在底板上设置一定的排水孔，如索风营水电站、东风水电站、红林水电站等，而所谓的暗排就是通过排水廊的设置，集中进行抽排，如五强溪水工程、二滩水电工程、安康水电站等。
3实践运行情况分析
为了更好地探讨水利水电工程消力池底板的应用，提升其设计效果和水平，在这里主要针对以下几个水电站的运行情况进行了简单分析。
首先是安康水电站。安康水电站属于混凝土重力坝，位于汉江，坝高可达128米，主要是采用消力池与Y形宽尾墩实施联合消能，这种方法，一方面，大大缩短了消力池的长度，而且有助于降低尾坝出流速度，一般降低范围在30%-38%，更为主要的是下游地茂名的深度大大地减少。另外，该工程在建成以后，由于泄洪次数较多，底板发生了抬动，为此，进行了2次维护，主要通过加大底板厚度来维修，厚度约10米，但是这种的稳定性仍旧不达标，为此，最终通过预应力锚索进行加固处理，预应力达3000KN。
其次是索风营水电站，其主要位于我国贵州的乌江，坝高达115米，拦河大坝属于重力坝，最大泄流量可达15969，主要是采用表孔来泄洪，这种方法是利用消力池与台阶坝面以及X形宽尾墩结合进行消能，具体的消力池长达90米。在设计时，主要是按照透水式底板进行，分3条纵缝和5条横缝，混凝土厚2米，孔深为5米，在2005年到2007期间曾经过检查，消力底板没有发生任何的破坏。
因此，根据以上分析，我们知道，消力池底板的稳定性与消能工和流态有着密切关系，在设计时，一定要加强对两个因素的分析。
4小结
总而言之，在水利工程，消力池底板的设计发挥着关键性的作用，因此，需要加强分析和探讨，优化设计思路，采用科学的设计形式，促进我国水利工程的更好的运行与发展，为我国经济发展创造更大的价值和效益。
参考文献
[1]王行仁.赵龙飞.李越.泸定水电站3号消力池直立边坡管桩加固施工技术[J].水力发电.2011（05）.
[2]刘志枫.小溶江水利枢纽消力池设计[J].企业科技与发展.2011（17）.
[3]匡建军.谭华业.通榆河北延送水工程八一河闸扩孔加固技术路线[J].江苏水利.2011（06）.
[4]王智娟.姜伯乐.黄国兵.跌坎型底流消力池水力特性二维数值模拟研究[J].长江科学院院报.2011（08）.
[5]高胜杰.庄佳.吴娱.乔康.东吴水库溢洪道除险加固工程消能试验研究[J].广东水利水电.2011（06）.