❖ 【消能工】（energy dissipater）消除泄水 建筑物或落差建筑物下泄急流的多余动能， 防止或减轻水流对水工建筑物及其下游河渠 等的冲刷破坏而修建的工程设施。

　　❖ 其类型有：底流消能工、挑流消能工、面流 消能工、戽斗消能工、沿程消能工、自由跃 落式消能工、宽尾墩消能工和洞内消能工以 及混合型式消能工等。

　　❖ 拦砂坝断面设计的任务是：确定既符合经济要求 又保证安全的断面尺寸。内容包括：

　　❖ ①断面轮廊尺寸的初步拟定； ❖ ②坝的稳定设计和应力计算； ❖ ③溢流口计算； ❖ ④坝下冲刷深度估算； ❖ ⑤坝下消能。

　　❖ ④坝址处的地质与地形条件。在地形地质条件较好，施工机 械化水平比较高之地，可以修筑较高的坝体。

　　主要根据山洪或泥石流的规模、当地的建筑材料来 选择。 ❖ 石料丰富，采运条件又方便的地方，可采用砌石坝； ❖ 石料缺乏，发生泥石流危险性大的沟道，可考虑选 用混凝土坝或钢筋混凝土坝。 ❖ 1、砌石坝 坝型分为：浆砌石坝、干砌石坝、堆石坝和砌石拱 坝等。

　　❖ 两种坝的断面均为梯形，均为透水性结构，只适用于小型山 洪沟道，在石料丰富的地区，为群众常用的坝型。

　　❖ 由于筑坝所需石料和修筑方法不同，干砌石坝较堆石坝陡， 一般上游为1:0.5-0.7，下游为1:0.7-1.0；而堆石坝上游为 1:1.1-1.3，下游为1:1.3-1.4。为减少作用在坝上的水压力和 浮托力，坝体应设砌石排水管，管下设反滤层，由厚度为 0.2-0.3m的砾石和厚度为0.15m的粗砂构成，排水管由大块 石或条石做成。坝面为防泥石流冲击，应采用平板石或条石 砌筑，各层间还须错开，保证坚固稳定。

　　❖ 缺点是坝体强度和刚度较重力坝小，易被高速流 动的泥石流龙头和大砾石击坏；需要钢材较多； 要求较好的施工条件和熟练地技工。

　　❖ ①钢筋混凝土格栅坝。当沟道中泥石流挟 带的大石块比较多时，往往采用钢筋混凝 土格栅坝。

　　❖ 格栅坝的主要特点是顶留格栅孔。它的作 用是让细粒物质及小石块泄入下游，而把 泥石流挟带的大石块拦留在坝区。因此在 设计时应对沟谷或堆积扇上的石块进行详 尽的调查，以确定格栅尺寸。

　　❖ m与坝体稳定关系密切，m愈大，坝体抗滑 稳定安全系数愈大，但筑坝成本愈高。故m 值应根据稳定计算结果确定。

　　❖ ②金属格栅坝。在基岩峡谷段，可修金属格 栅坝。它具有结构简单、经济和施工快的特 点。

　　❖ 这种坝的构造、格栅孔径的确定与钢筋混凝 土格栅坝相同。废旧的钢轨或钢管可作为格 栅材料。为了增强格栅的强度，在沟谷比较 宽（＞8m）的地方，应在沟中增设混凝土或 钢筋支墩。

　　❖ 浆砌石坝断面一般为梯形，但为了减小泥石流对坝面的磨 损，坝下游面也可修成垂直的。泥石流溢流的过流断面最 好作成弧形或梯形，但在有经常流水的沟道中，也可修成

　　❖ 砌浆石坝坝体内要设排水管，以排泄坝前积水或淤积物中 的渗水。排水管的布置，在水平面上，每隔3-5m设一道； 在垂直面上，每隔2-3m设一道，排水管一般采用铸铁管 或钢筋混凝土管，其直径为15-30cm。排水管向下游倾斜， 保持1/100-1/200的比降。

　　（2）地质条件。坝址附近无大的断裂通过，坝址 处无滑坡、崩塌，岸坡稳定，沟床基岩出露或埋 深较浅，坝基为硬质岩或密实的老沉积物。 （3）建筑材料。坝址附近有较为丰富的土、砂石料。 （4）施工条件。交通、水源方便之地，并便于布置 施工场地。

　　❖ ①拦沙效益。坝高愈高，拦沙愈多，并能更有效地用回淤来 稳定上游滑坡崩塌体。平均拦沙量/m坝体是鉴别拦沙坝效 益的重要指标。

　　❖ 在坝的两端，为防止沟壁崩塌，必须加设边墙，其高度应 大于设计水位或泥位。

　　❖ 土基上的坝，坝基两端应设齿墙增加抗滑稳定性。下游边 坡1:0.2，较石基1:0-0.2缓；上游边坡1:1.0，较石基 1:0.7-1.0缓。

　　❖ ②干砌石坝和堆石坝。用石料干砌而成的坝称干砌石坝，用 石料堆筑而成的坝称砌石坝。

　　❖ ①浆砌石坝。浆砌石坝属重力坝。即坝前作用的泥沙压力、 冲击力、水压力等水平推力，通过坝体传到坝的基础；坝 的稳定主要靠坝体的重量在坝基础面上产生的摩擦力维持。

　　❖ 浆砌坝的坝轴线应尽可能选择在沟谷比较狭窄，沟床和两 岸岩石比较完整或坚硬的地方。但在泥石流沟道淤积区修 坝，淤积层往往较厚，坝基无法达到基岩。为了防止因坝 基不均匀沉陷而使坝体形成裂缝，一般沿坝轴方向每隔 10-15m预留一道2-3cm宽的构造缝。

　　❖ 溢流口设计的目的在于确定溢流口尺寸，即溢流口 宽度B和高度H，其设计步骤如下：

　　一般溢流口的形状为梯形，边坡为1:0.75-1:1。对于含 固体物较多的泥石流沟道，可为弧形。

　　❖ 2、计算坝址处设计洪峰流量Qc 对于一般山洪沟道及高含沙山洪沟道，设计洪峰流量 可按一般小流域暴雨径流公式进行计算；对于泥石 流的洪峰流量，由于缺乏观测资料，可用泥石流泥 痕调查法及配方法计算。

　　❖ 但在松散的堆积层上建坝时，由于基底的摩擦系 数小，必须用增加垂直荷载的方法增加摩擦力， 以保证坝体的抗滑稳定性。其办法是加大坝底宽 度，不仅可增加坝体重量，还可利用上游面的淤 积物作为垂直荷重。

　　❖ （3）淤积物淤埋上游两岸坡脚，使坡面冲刷作用和 岸坡崩塌减弱，最终趋于稳定。

　　（1）地形条件。坝址处沟谷狭窄，坝上游开阔，沟 床纵坡较缓，建坝后能形成较大的拦淤库容。重点 考虑以下位置：

　　①流域沟道内的泥沙形成区，沟道断面狭窄处； ②泥沙形成区与流过区交接段的狭窄处； ③泥沙流过区开阔段下游狭窄处； ④泥沙流过区与支沟汇合处下游的狭窄处； ⑤泥沙流过区与沉积区连接段的狭窄处。

　　❖ ①土石混合坝。当坝址附近土料丰富而石料不足 时，可选用土石混合坝型。

　　土石混合坝的坝身用土填筑，而坝顶和下游坝面则 用浆砌石砌筑。由于土坝渗水后将发生沉陷，因 此，坝的上游坡必须设置粘土隔水斜墙；下游坡 脚设置排水设施等，并在其进口处设置反滤层。 这是天水地区群众常用的一种坝型。

　　拦沙坝是以拦蓄山洪及泥石流沟道中固体物质为主 要目的，防治泥沙灾害的挡拦建筑物。坝高一般为315m。其主要作用：

　　❖ （1）拦蓄泥沙（包括块石），免除泥沙对下游的危 害，便于下游对河道的整治。

　　❖ （2）提高坝址处的侵蚀基准，减缓了坝上游淤积段 河床比降，加宽了河床，并使流速和径流深减小，从 而大大减小了水流的侵蚀能力。

　　的拉应力，故对坝体的倾覆稳定，通常不必进行核算，一般 所谓的坝体稳定计算，均指抗滑稳定而言。 ❖ 计算时，首先根据初步拟定的断面尺寸→进行作用力计算→ 然后进行稳定计算和应力计算（ P161-167 ）。

　　❖ 拟在某泥石流沟道内修建一座拦砂坝，初步拟定断 面尺寸为：坝高6m，坝顶宽2.5m，基础埋深2.5m， 坝底宽12.5m。上下游边坡均采用折线，坝体用浆砌块石砌筑，砌体容 重2.3t/m3,坝体与基础间的摩擦系数为0.3，地基的 容许承载力为3kg/cm2,抗滑稳定安全系数为1.05， 坝前淤积物容重2.3t/m3,淤积物内摩擦角33度，泥 石流的冲击力38.4t。不考虑地震的影响，试对拦砂 坝的稳定及坝基应力进行验算。

　　❖ ②木石混合坝。在盛产木材的地区，可采 用木石混合坝。木石混合坝的坝身由木框 架填石构成。为了防止上游坝面及坝顶被 冲坏，常加砌石防护。

　　❖ 木框架一般由圆木组成，其直径大于0.1m， 横木的两侧嵌固在砌石体之中，横木与纵 木的连接采用扒钉或螺钉紧固（教材图518）。

　　❖ 这种坝型适用于小型沟道，在我国西南山区较为 多见。它的优点是修建简易，施工迅速，造价低。 不足之处是使用期短，坝的整体性较差。

　　❖ 坝身由铁丝石笼堆砌而成。铁丝石笼为箱形，尺 寸一般为0.5m×1.0m×3.0m，棱角边采用直径 12-14mm的钢筋焊制而成。编制网孔的铁丝常用 10号铁丝。

　　❖ 格栅坝是近年发展起来的挡拦泥石流的新坝型。 它可以节省建筑材料（与整体坝比较能节省30%50%）、坝型简单、施工进度快、使用期长；具 有良好的透水性，可有选择性地拦截泥沙；还具 有坝下冲刷小、坝后易于清淤等优点。

　　❖ 上述两种坝，在石料充足的地区均可采用，堆石坝宜 于机械施工，干砌石坝对石料规格尺寸要求较高，须 熟练工人砌筑。

　　❖ ③砌石拱坝：在河谷狭窄、沟床及两岸山坡的岩 石比较坚硬完整的条件下，可以采用砌石拱坝。

　　❖ 拱坝的两端嵌固在基岩上，坝上游的泥沙压力和 山洪的作用力均通过石拱传递到两岸岩石上。由 于砌体受压强度高，受拉性能差，而拱坝承受的 主要是压力，因此，拱坝能发挥砌体的抗压性能。 与同规模的其他坝型相比，可以节省10%-30%的 工程量。

　　❖ ②工程量和工期。拦沙坝的修建，一般在冬春进行，到次年 雨季前完工，以避免冲毁的危险。应根据当地劳力的条件和 工期估算所能完成的工程量，并据此确定合理的坝高。

　　❖ ③坝下消能设施。过坝山洪及泥石流的坝下消能设施费用随 坝高的增加而增加，一般以＜15m为好。采用节节打坝的 方法修建坝群，不仅可以解决坝下游的消能防冲问题，节省 开支，还可大大增加淤积库容。

　　❖ 泥石流拦砂土坝与淤地坝土坝不同，它主要考虑泥 石流过坝时对坝面的冲刷作用，故在坝体溢流部位 须用浆砌块石或混凝土护面，且在下端设置消能工。 考虑到渗水后可能引起沉陷导致砌护坝面断裂，可 在坝的上游侧设置粘土防渗墙，并在下游坡脚处设 反滤排水管。

　　❖ 我国黄土泥流地区或固体物质粒径较小地区，可采 用土坝作为拦砂坝。甘肃东部地区泥石流土坝断面 尺寸(表5-12)可供设计参考。

　　❖ 拦沙坝在外力作用下遭破坏，有以下几种情况： ①坝基摩擦力不足以抵抗水平推力而发生滑动破坏； ②在水平推力和坝下渗透压力的作用下，坝体绕下游坝趾的倾

　　覆破坏； ③坝基强度不足以抵抗相应的应力，发生拉裂或压碎。 ❖ 在设计时，由于不允许坝内产生拉应力，或只允许产生极小