DB44/T 2143-2018 软基水闸消能防冲设计规程

ICS27.140

P55

备案号：61537-2019DB44

广东省地方标准

DB44/T2143—2018

软基水闸消能防冲设计规程

Designcodeforenergydissipationofsluicesonsoftfoundation

2019-07-24发布2019-08-01实施

广东省市场监督管理局发布

DB44/T2143—2018

目次

前言................................................................................II

引言...............................................................................III

1范围..............................................................................1

2规范性引用文件....................................................................1

3术语和定义........................................................................1

4总则............................................................................2

5建筑物级别与闸下水位流量..........................................................2

6消能防冲布置......................................................................3

7水力设计..........................................................................4

8结构设计..........................................................................4

9安全监测和调度运用设计............................................................6

附录A（规范性附录）消能防冲水力计算................................................7

附录B（规范性附录）消能防冲结构计算...............................................13

附录C（资料性附录）水工模型试验技术要求...........................................16

附录D（资料性附录）广东省部分已建大中型水闸消能防冲设施情况.......................18

条文说明............................................................................21

I

DB44/T2143—2018

前言

本规程按GB/T1.1—2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》、SL1-2014《水利技术

标准编写规定》的规则起草。

根据广东省质量技术监督局粤质监标函〔2010〕172号文，经调查研究，总结实践经验，在广东省

水利厅2012年度水利科技创新项目“《软基水闸消能防冲设计规程》关键技术研究”成果的基础上，

并征求省内外专家意见，形成本规程。

本规程的主要内容包括：术语和定义、总则、建筑物级别与闸下水位流量、消能防冲布置、水力设

计、结构设计、安全监测和调度运用设计、附录和条文说明，其中附录A、附录B为规范性附录，附录C、

附录D为资料性附录。

本规程的主管部门是广东省水利厅，广东省水利电力勘测设计研究院负责具体技术内容的解释。

本规程编制单位：广东省水利电力勘测设计研究院、广东省水利水电科学研究院。

本规程主要起草人：严振瑞、黄智敏、李少鹏、张国平、陈孟阳、陈小云、白文博、冯庆群、陈俊

昂、朱维花、黄坤慧、赖瑞山、付波。

本规程主要审查人：江洧、田士豪、李延农、刘丹雅、丁仕辉、王俊红、周小文。

II

DB44/T2143—2018

引言

广东省濒临南海，平原、滨海区河网密布，修建有大量的水闸用于防洪、排涝、挡潮、供水、灌溉。

建闸区域多是粉细砂、淤泥质土等软弱地基，其抗冲刷能力低、抗渗稳定性差、承载力小、沉降量大且

延续时间长，对水闸消能防冲设施的安全可靠性有影响。分析已建水闸的失事损毁原因，多为地质条件

差、河床下切、调度运用不当引起冲刷破坏。

随着社会和经济发展的需要，以及改善水生态环境的要求，今后还会新建和改建、扩建一大批水闸

工程。为从设计上确保工程安全，有必要结合广东省水文条件、地质条件、运用方式等地方特点，规范

软基水闸的消能防冲设计，统一设计标准和技术要求。

III

DB44/T2143—2018

软基水闸消能防冲设计规程

1范围

本规程适用于广东省平原、滨海区软基上新建和加固、改建、扩建采用底流式消能的大、中型水闸

消能防冲设计。

本规程规定了软基水闸消能防冲设计的总则、建筑物级别、闸下水位流量、消能防冲布置、水力设

计、结构设计、安全监测和调度运用设计要求。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

SL26水利水电工程技术术语

SL155水工(常规)模型试验规程

SL252水利水电工程等级划分及洪水标准

SL253溢洪道设计规范

SL265水闸设计规范

SL379水工挡土墙设计规范

SL654水利水电工程合理使用年限及耐久性设计规范

SL725水利水电工程安全监测设计规范

3术语和定义

3.1

软基softfoundation

由冲积或沉积而成的天然含水量大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土地基。

3.2

底流消能energydissipationbyhydraulicjump

利用水跃消除从闸室泄出的急流、将急流转变为缓流与下游水流相衔接的消能方式。

3.3

防渗铺盖imperviousblanket

布置在水闸上游、与闸室相接，以增加渗流的渗径长度、减小渗透坡降、防止地基渗透变形并减少

渗透流量的水平防渗设施。

3.4

护坦apron

1

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建在水闸下游，用以保护河床免受水流冲刷破坏的刚性护底结构物。

3.5

消力池stillingbasin

建在水闸下游有护坦及边墙保护的水跃消能设施。

3.6

海漫riprap

建在消力池后，用以调整流速分布，均匀地扩散出池水流，使之与天然河道的水流状态接近，保护

河床免受冲刷的柔性护底结构物。

3.7

防冲槽anti-scourtrench

设置在水闸上游护底前端、海漫末端，挖槽抛石形成的防冲棱体。

3.8

防冲墙anti-scourwall

建在水闸上游护底前端、消力池末端、海漫末端地基内的竖向防冲刷结构物。

4总则

水闸消能防冲设计应符合下列要求：

——因地制宜、安全可靠、适用耐久、管理方便和经济合理；

——与水闸的闸室布置、防渗排水设置、地基处理相协调；

——考虑下游河床变化对闸下水位的影响。

5建筑物级别与闸下水位流量

5.1建筑物级别及洪水标准

5.1.1消能防冲建筑物级别应与水闸主要建筑物级别一致。

5.1.2消能防冲设施的设计洪水标准应符合SL252的规定，并应考虑泄放小于设计洪水标准流量时可

能出现的不利情况。

5.2闸下水位流量

5.2.1闸下初始水位

感潮河段，可取汛期实测最低洪潮水位为起推水位，按汛期多年平均最小流量推算的闸下水

位为闸下初始水位。

非感潮河段，可取汛期多年平均最小流量时的闸下水位为闸下初始水位。

当直接向湖泊、水库、海洋等大水体排水，闸下水位与过闸流量无关时，可取排水期的实测

最低湖水位、水库死水位或实测最低潮水位为闸下初始水位。

进水闸，闸下可能最低水位为闸下初始水位。

2

DB44/T2143—2018

5.2.2闸下水位流量关系

消能防冲设计应采用闸下水位流量关系族线的下包络线。

受下游梯级影响的水闸，在各级流量下均应按下游梯级闸门全开确定闸下水位流量关系。

5.3河床下切的影响

5.3.1消能防冲设施设计应考虑闸下河段河床下切、水位下降的影响。

5.3.2有较长时期河道断面资料和较长系列水位流量资料的闸址河段，应结合河床地质条件分析河床

下切、水位变化的趋势。

5.3.3不宜考虑河床回淤对闸下水位的影响。

5.3.4大型水闸宜专题论证河床变化对闸下水位的影响。

6消能防冲布置

6.1闸址选择和枢纽布置应考虑消能防冲设施布置要求。

6.2消能防冲设施的布置应根据地形和地质条件、河床下切、泄流特点、闸门运用方式等确定。对于

双向过流的水闸，应双向布置消能防冲设施。

6.3底流消能系统一般包括消力池、海漫及海漫末端的防冲槽(墙)等设施，其布置型式应通过技术经

济比较后确定。

6.4根据闸下尾水深度与跃后水深的关系，可相应采用下挖式、突槛式或综合式消力池。当闸下尾水

深度小于跃后水深时，可采用下挖式消力池。

6.5消力池可采用斜坡面与闸底板相连接，斜坡面的坡度宜缓于1:4。消力池的斜坡段与水平段宜为

整体结构。

6.6消力池内可设置消力墩、消力梁等辅助消能工。用于大型水闸时，其布置型式和尺寸应通过水工

模型试验验证。

6.7当水闸上、下游水位差较大，且尾水深度较浅时，可采用两级消力池消能。

6.8两级消力池之间陡坡段可设置阶梯跌坎、消力坎等辅助消能工，以增大陡坡段泄流消能效果，降

低下游二级消力池的入池流速，减小二级消力池的规模。为使一级消力池形成稳定的水跃和尽量缩短消

力池的长度，可适当加高一级消力池尾坎的高度。

6.9对于大型多孔水闸，可根据需要设置隔墩或导墙，采用不同高程的消力池底板、尾槛进行分区消

能防冲布置。

6.10海漫应具有一定的柔性、透水性、表面粗糙性，其构造和抗冲能力应与水流流速相适应。海漫宜

做成缓于1:10的斜坡，末端应设防冲槽。海漫下面应设垫层。

6.11防冲墙可布置在海漫末端或消力池末端，也可同时布置。

6.12消能防冲设施与两岸的连接应保证岸坡稳定和进出水流平顺，在防渗铺盖、消力池及海漫平直段

宜采用直墙式结构。当水闸出水口水域宽阔时，可采用无翼墙消能结构，并加强对消能防冲设施两侧的

防护。

6.13上游翼墙顺水流向的投影长度应大于或等于防渗铺盖长度。下游翼墙顺水流向的投影长度应大于

或等于消力池长度，平均扩散角每侧宜采用7°～12°。

6.14上、下游护坡长度应大于护底(海漫)长度，坡脚应设置基座，其深度应大于计算的冲刷深度。护

坡、护底下面均应设垫层。必要时，上游护底首端宜设置防冲槽或防冲墙。

6.15大型水闸及水流条件复杂的中型水闸消能防冲布置在初步设计阶段宜结合水闸枢纽布置经水工

模型试验验证。

3

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7水力设计

7.1消力池计算

7.1.1在各种可能出现的水力条件下，消力池应满足消散泄流动能的要求。消力池的水力计算内容应

包括：

1)消力池尾槛顶高程计算；

2)消力池深度计算；

3)消力池长度计算。

7.1.2应根据闸下河段情况和闸门运用方式，按本规程5.2节的规定选取闸下初始水位和闸下水位流

量关系。消力池计算时，闸下水位应选取前一级闸门开度流量对应的水位。

7.1.3当消力池下游河床水深大于临界水深时，消力池计算见本规程附录A.1。

尾槛顶高程确定：先初拟尾槛顶高程，根据各种可能出现的水力条件计算尾槛流速和弗劳德

数Fr，经试算修正，按满足尾槛断面为缓流、且流速小于下游海漫允许抗冲流速的条件，确定尾槛顶

高程。

消力池深度计算：采用确定的尾槛顶高程，在各种可能出现的水力条件下计算相应的池深，

以最大值为消力池深度。

消力池长度确定：

1)当闸门控泄时，可按最大泄量计算消力池长度。水跃长度校正系数β取0.7~0.8。

2)当闸门全开且泄量最大时，若hs/H＜0.8(hs为堰顶起算的下游水深，H为堰顶的上游水深)，

可按最大泄量计算消力池长度。水跃长度校正系数β取0.7~0.8。

3)当闸门全开且泄量最大时，若hs/H≥0.8，可按上游正常蓄水位、闸门控泄最大开度的泄量计

算消力池长度。水跃长度校正系数β取1.0。

7.1.4当采用两级消力池消能时，自由出流的一级消力池尾坎高度和水平段长度按池内形成临界稳定

水跃的条件确定，计算见本规程附录A.2。当一级消力池尾坎高于水闸堰顶时，应复核水闸泄流能力。

7.2海漫计算

7.2.1海漫的长度应根据可能出现的不利水位、流量组合进行计算确定。海漫长度计算见本规程附录

A.3。

7.2.2海漫各过水断面的流速应小于其材料的允许抗冲流速。块石稳定的抗冲粒径计算见本规程附录

B.3。

7.3河床冲刷深度计算

7.3.1海漫末端的河床冲刷深度应根据海漫末端的单宽流量、水深和河床土质确定。计算见本规程附

录A.4。

7.3.2上游护底首端河床冲刷深度应根据上游护底首端的单宽流量、水深和河床土质确定。计算见本

规程附录A.4。

8结构设计

8.1一般规定

8.1.1消能防冲结构设计应根据水力设计成果，并结合地质条件和结构受力情况进行稳定、结构和强

度计算。

4

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8.1.2设计使用年限及耐久性要求应符合SL654的规定。

8.1.3处理后的地基应满足承载力、稳定和变形的要求，并应符合环境保护的规定。

8.1.4有抗震设防要求的水闸，防渗铺盖、护底等应采用钢筋混凝土结构，消力池分缝处应加强拉结

钢筋和适当考虑防地基液化沉陷措施。

8.2结构计算

8.2.1抗渗稳定性

消能防冲设施基底渗透压力计算和抗渗稳定性验算应符合SL265的规定。

8.2.2消力池

底板厚度应满足抗冲和抗浮要求，计算见本规程附录B.1。

消力池末端为突槛或设有消力墩、消力梁的，应对其进行结构复核。作用于末端突槛、消力

墩、消力梁的水流冲击力计算见本规程附录B.2。

消力池设置横缝时，应分别复核水平段和斜坡段的抗滑稳定。

8.2.3防冲墙

防冲墙的稳定、结构计算应按SL379的规定进行。

8.3结构设计

8.3.1消力池

消力池应采用钢筋混凝土结构，配筋量宜通过计算确定，并满足最小配筋率的要求。

处于海水环境的工程，应控制氯离子引起的钢筋锈蚀。

消力池底板可根据地基条件及地基处理情况设置分段，垂直于水流方向分段长度可采用12

m~20m，并应与下游海漫错缝。

永久缝缝宽宜采用20mm，分缝之间应设置拉结钢筋或键槽，拉结钢筋在分缝中的外露部位

应采取防腐措施。

分缝止水材料宜采用紫铜片，并与水闸止水系统闭合。

8.3.2海漫

海漫宜采用混凝土结构、混凝土灌砌块石结构、扩张金属网箱。

海漫厚度按其型式，不宜小于0.5m~1.0m。

混凝土海漫应分块设置，分块尺寸宜为3m~6m，块间应设置拉结钢筋；其表面宜进行糙化

处理或相邻块高低错落设置，以增大其与水流的摩擦力。

混凝土灌砌块石海漫和扩张金属网箱海漫，应设置钢筋混凝土框格梁，框格梁净距可采用2

m~4m，框格梁深至海漫垫层底部。

扩张金属网箱海漫，其扩张金属网箱和内填块石的材质、规格应满足抗冲和耐久性要求。

8.3.3防冲槽

防冲槽块石粒径应满足抗冲要求，计算见本规程附录B.3。

防冲槽深度应根据海漫末端水流流态、河床冲刷深度等因素综合确定，可取1.5m~2.5m。

海漫末端防冲槽的块石量，应满足河床冲至最深时，石块坍塌后完整覆盖在冲刷坑上游坡面

的要求。

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8.3.4防冲墙

防冲墙可采用混凝土连续墙、排桩等结构型式，其底部埋深应大于本规程7.3节规定的河床

冲刷深度，并符合本规程8.2.3条的规定。

在消力池末端设置防冲墙时，应考虑渗流场变化对闸室和消力池的影响。

8.3.5反滤层和排水孔

反滤层可结合垫层要求设置，底层为不小于150mm厚的级配砂，上层为不小于150mm厚的

级配碎石。

消力池底板的排水孔宜设置在中后部。

混凝土海漫和混凝土灌砌块石海漫应设置排水孔。

9安全监测和调度运用设计

9.1安全监测设计

9.1.1消能防冲设施安全监测设计应结合水闸的安全监测设计统一布置。

9.1.2安全监测项目主要包括：下游水位、沉降、水平位移、扬压力、冲刷、淤积、闸下流态。

9.1.3监测设施布置。

下游水位。

应在海漫水平段及防冲槽末端分别设置自动水位计和水位标尺，可在消力池斜坡段首端设置水位标

尺。

沉降和水平位移。

应在消力池尾槛、分区消能的隔墩、消力池翼墙、海漫段翼墙设置沉降和水平位移测点。沉降测点

与水平位移测点宜共用一标点。

扬压力。

应在消力池斜坡段、尾槛的底部设置渗压计，并宜同时设置测压管。测压断面不少于3个，每个断

面不少于3个测点。对侧向绕流，可在翼墙背水侧设置测点。

冲刷和淤积。

应定期对消能防冲设施进行水下测量和水下摄像。

闸下流态。

应在消能防冲设施两岸翼墙设置视频监控点，对闸下流态进行实时监测。

9.1.4安全监测设计应对监测资料的整理分析提出技术要求。

9.2调度运用设计

9.2.1应根据水闸承担的任务和所在河道的实际情况，提出闸门的控制运用方式。

9.2.2根据水力设计成果，提出水位、流量及开度关系曲线，确定闸门启闭顺序和开度。运行管理单

位应结合河床下切等因素引起的闸下水位变化，及时修正水位、流量及开度关系曲线。

9.2.3应提出汛期巡视检查要求，明确对消能防冲设施的流态进行定点观察和影像记录。

9.2.4应在每年汛期后对大型水闸消能防冲设施进行检查。

6

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AA

附录A

（规范性附录）

消能防冲水力计算

A.1消力池计算

A.1.1消力池计算示意图A.1。消力池深度可按公式(A.1)～公式(A.5)计算。

2

0

2

0

0

0c

〞

′

s

c

sj

sj

图A.1消力池计算示意图

〞′

d=σ0hc−hs−∆Z..............................(A.1)

0.25

h8αq2b

h〞=c1+1−11

c3

2ghcb2

.......................(A.2)

q2

h3−Th2+=0

c0c2g2

ϕ..............................(A.3)

q

hc=

ϕ2g(T−h)

或0c..............................(A.4)

αq211

∆Z=−

2gω2h′2h〞2

sc............................(A.5)

式中：

d——消力池深度，m；

σ

0——水跃淹没系数，可采用1.05～1.10；

7

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〞

hc——跃后水深，m；

′

hs——出池河床水深，m；

hc——收缩断面水深，m；

α1——水流动量校正系数，可采用1.0～1.05；

q——过闸单宽流量，m3/(s‧m)；

b1——消力池首端宽度，m；

b2——消力池末端宽度，m；

T

0——由消力池底板顶面算起的总势能，m；

ϕ

——收缩断面流速系数；

g——重力加速度，m/s2；

∆Z——出池水流落差，m；

α——水流动能校正系数，可采用1.0～1.05；

ω——消力池出池流速系数，取ω=0.95。

A.1.2消力池长度可按公式(A.6)和公式(A.7)计算。

Lsj=Ls+βLj...................................(A.6)

L6.9(h〞h)

j=c−c..............................(A.7)

式中：

Lsj——消力池长度，m；

Ls——消力池斜坡段水平投影长度，m；

β——水跃长度校正系数；

Lj——水跃长度，m。

A.1.3水跃长度校正系数β可按下列不同的水力条件取值：

8

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1)当闸门控泄、按最大泄量计算消力池长度时，水跃长度校正系数β取0.7~0.8。

2)当闸门全开(图A.2)、且最大泄量时：

——若hs/H＜0.8，计算消力池长度采用的水跃长度校正系数β取0.7～0.8。

——若hs/H≥0.8，按上游正常蓄水位、闸门控泄最大开度的泄量计算消力池长度时，水跃长度校

正系数β取1.0。

ss

′

sj

sj

图A.2闸门全开

A.2自由出流的消力池计算

A.2.1两级消力池计算示意见图A.3。自由出流的一级消力池产生临界稳定水跃的T/hc～Fr关系可按公

式(A.8)计算，或查图A.4。

0.58Fr−0.541.8≤Fr≤3

T

3＜F6

=0.7Fr−0.9r≤.................(A.8)

h

c0.55F6＜F12

rr≤

式中：

T——尾坎高度，m；

hc——收缩断面水深，m；

Fr——收缩断面水流弗劳德数。

1

c

〞

c

一级消力池

二级消力池

图A.3两级消力池计算示意图

9

DB44/T2143—2018

图A.4

A.2.2一级消力池水平段的相对池长L/Lj可按公式(A.9)计算，或查图A.5。

T+H1T+H1

−3+40.9≤≤1.0

Lhc〞hc〞

=

LjT+HT+H1

−1+21.0＜≤1.2................(A.9)

h〞h〞

cc

式中：

L——消力池水平段长度，m；

Lj——水跃长度，m；

T——消力池尾坎高度，m；

H1——消力池尾坎顶水深，m；

h〞

c——跃后水深，m。

计算时，根据设计洪水