护坦（消力池底板）抗浮稳定计算程序 V1.0

一、输入参数

按 K_f = (P₁+P₂+P₃) / (Q₁+Q₂) 进行护坦（平底消力池底板等）抗浮稳定验算。逐块输入参数后一键计算。

1. 基本参数

计算情况

允许安全系数 [K_f] —

混凝土（钢筋混凝土）重度 γ_c kN/m³

结构块顺流向长度 L_m m

结构块垂直流向长度 b₂ m

护坦厚度 δ m

计算块面积 A（自动） A = L_m × b₂，m²

跃首水深（收缩断面水深）h_c m（A/B，共用参数）

跃后水深（第二共轭水深）h_c″ m（共用参数）

提示：计算块面积 A = L_m × b₂ 自动计算；h_c、h_c″ 为共用参数（时均压力、弗劳德数 Fr₁、β_m 查表共用，只需输入一次）；宜对护坦分块逐块验算（不同部位脉动压强系数 K_p、面积均化系数 β_m、扬压力系数 α 及锚固条件不同），取最不利块控制设计。

2. 护坦顶面时均压力 P₂（稳定力）

时均压力取值方式

时均压力水头 h̄ m（水面至护坦顶面的水头）

计算断面距跃首距离 x m

水跃长度（跃首—跃尾）L_j m

计算断面水深 h m（护坦顶面以上水深）

· 不设消力墩：跃首与跃尾之间水面线连一直线作为近似水面线后估算，h̄ = h_c + (h_c″ − h_c)·x/L_j；
· 设消力墩：墩下游护坦时均压力按跃后水深估算（h̄ = h_c″），墩上游护坦可取跃后水深的一半（h̄ = h_c″/2）；
· 消力池水平护坦（跃后段、池外护坦）：时均压力近似等于相应断面的静水压力。

3. 地基有效重量 P₃（锚固措施，无锚固时取 0）

是否设锚筋锚固

岩石浮重度 γ_f′ kN/m³

锚筋根数 n 根（本计算块内）

锚筋间距 L m

锚筋直径 d m

锚筋锚入岩石深度 S m

4. 护坦顶面脉动压力 Q₁（浮托力，不利方向）

计算部位

平均流速 v m/s（消力池取收缩断面）

收缩断面弗劳德数 Fr₁（自动） Fr₁ = v/√(gA/B) = v/√(g·hc)

计算断面相对位置 x/L x—距消力池起点距离；L—池长

脉动压强系数 K_p 泄槽 0.010~0.025；鼻坎 0.010~0.020

脉动压强 p_fr = 3K_p·γ_wv²/(2g)；脉动压力 Q₁ = ±β_m·p_fr·A。K_p、β_m 由程序按下方附表自动取值（区间内线性内插）；± 两种符号工况程序均计算，自动取最不利（安全系数较小者）进行判定。

5. 扬压力 Q₂（护坦底面）

扬压力系数 α（按排水条件）

扬压力系数 α —

下游水深 h₂ m（护坦顶面以上）

扬压力按下游水位计：Q₂ = α·γ_w·(h₂ + δ)·A，其中 h₂ 为护坦顶面以上下游水深，δ 为护坦厚度（即扬压力水头自下游水面算至护坦底面，计入排水折减系数 α）。若上游水位影响显著（如堰闸上游有防渗帷幕、排水幕），请按堰（闸）扬压力分布图另行折算后用「自定义 α」等效计入。

二、计算结果

护坦抗浮稳定安全系数 K_f = (P₁ + P₂ + P₃) / (Q₁ + Q₂)

—

抗浮稳定安全系数 K_f

—

允许安全系数 [K_f]

—

判定结果

步骤	项目	计算公式及代入	结果	单位

📖 附表 1：面积均化系数 β_m（程序自动内插取值）

平底消力池底板的面积均化系数 β_m
L_m/b₂	b₂/h₂
L_m/b₂	0.5	1.0	1.5
0.5	0.55	0.46	0.40
1.0	0.44	0.37	0.32
1.5	0.37	0.31	0.27

泄槽、鼻坎的面积均化系数 β_m
部位条件	β_m
L_m > 5 m	0.1
L_m ≤ 5 m	0.14

L_m—结构块顺流向长度，m；b₂—结构块垂直流向长度，m；h₂—第二共轭水深，m。表列区间之外按边界值取用。

📖 附表 2：脉动压强系数 K_p（程序自动取值）

溢洪道泄槽及鼻坎的脉动压强系数 K_p
结构部位	K_p
溢洪道泄槽	0.010 ~ 0.025
鼻坎	0.010 ~ 0.020

平底消力池底板的脉动压强系数 K_p
所在位置 x/L	Fr₁ > 3.5	Fr₁ ≤ 3.5
0.0 < x/L < 0.2	0.03	0.03
0.2 < x/L < 0.6	0.05	0.07
0.6 < x/L < 1.0	0.02	0.04

Fr₁—收缩断面弗劳德数；x—计算断面离消力池起点的距离，m；L—消力池长度，m。
弗劳德数：Fr = v/√(gA/B)；矩形断面时 Fr = v/√(g·h)。B、A—水面宽和过水断面面积；h—断面水深（收缩断面取 hc）。

📖 附表 3：护坦扬压力系数 α 及脉动压力计算说明

系数 α 定义为排水廊道中排水孔口高程为基准，测点扬压力水头与下游水位水头之比。

护坦扬压力系数：
① 护坦不设排水设施或虽有排水设施但不可靠时，α = 1.0；
② 护坦下设纵横排水沟系统（沟中设排水孔），出口设在两侧边墙收缩端且水深较少（浅）处、闸门均匀开启时，α = 0.8 ~ 0.9；
③ 护坦周边及内部设有纵横排水廊道或排水沟和排水孔、地基表面设有排水、排水孔口高程以下设有排水系统并自动抽排时，α = 0.2 ~ 0.3；
④ 堰（闸）基础设防渗帷幕和排水幕（二者相距不适/较远）、仅有帷幕未设排水幕或排水幕失效、未设帷幕和排水幕等情形，α 分别为 0.25、0.5（α₁=0.5, α₂=0.25）、0.5、1.0，供自定义 α 时参考。

时均压力 P₂：① 消力池水平护坦近似等于相应断面的静水压力；② 不设消力墩时，跃首与跃尾之间水面线连一直线为近似水面线后估算；③ 设消力墩时，墩下游护坦时均压力按跃后水深估算，墩上游护坦时均压力可取跃后水深的一半。

脉动压力：p_fr = 3K_p·γ_wv²/(2g)；Q₁ = ±β_m·p_fr·A，式中正、负号按不利设计条件选定。平均流速 v：消力池水流取收缩断面的平均流速；泄槽水流取计算断面的平均流速；反弧段取反弧最低点处的断面平均流速。

安全系数：K_f = (P₁+P₂+P₃)/(Q₁+Q₂)，允许值取 1.0 ~ 1.2，校核情况取下限。