一種柔性地基消能工結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種柔性地基消能工結(jié)構(gòu)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中底流消能工程量大、成本高、消力池泄洪不安全以及挑流消能泄洪霧化大的技術(shù)問題。它包括用于圍成消力池的底板、邊墻、溢流壩段和二道壩，溢流壩設(shè)于底板的上游，二道壩設(shè)于底板的下游，邊墻在底板的左右兩側(cè)分別設(shè)有一個(gè)，兩邊墻向外傾斜設(shè)置；底板和邊墻的下表面分別通過預(yù)應(yīng)力錨索連接有減振層。本發(fā)明設(shè)置減振層構(gòu)成柔性地基，利用柔性地基的減振消能特性，促進(jìn)高速水流的沖擊壓力和脈動(dòng)壓力的消耗，在達(dá)到同等消力效果的情況下，可顯著減少消力池的體積，從而減少工程量，節(jié)約工程造價(jià)；在高水頭、大流量泄洪中有利于推進(jìn)底流消能工取代挑流消能工，避免泄洪霧化帶來的危害。
【專利說明】一種柔性地基消能工結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種消能工結(jié)構(gòu)，特別設(shè)計(jì)一種柔性地基消能工結(jié)構(gòu)，屬于水電工程【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]所謂消能，即:泄水建筑物把含約9.8QH千瓦(Q為流量，H為落差，分別以m3/s和m計(jì))動(dòng)能的水流送往下游，其中，一部分轉(zhuǎn)化成位能；一部分通過摩擦、旋滾、擴(kuò)散、撞擊、變成熱能耗散。下游防護(hù)設(shè)施的內(nèi)容、范圍和形式，取決于水文、地質(zhì)、地形、樞紐布置和消能工形式等條件。
[0003]目前傳統(tǒng)的消能工方式主要有:挑流、底流、面流三大消能方式。
[0004]底流消能作為消能工形式之一具有流態(tài)穩(wěn)定、消能效果好、對(duì)地質(zhì)條件和尾水水位變化適應(yīng)性較強(qiáng)的優(yōu)勢。但目前挑流消能在大型高壩水電工程中所占的份額仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于底流消能，究其原因，主要有經(jīng)濟(jì)和技術(shù)兩方面因素:一方面，底流消能需要修建造價(jià)昂貴的底流消力池，工程投資較大；另一方面，由于高壩工程工作水頭高，致使消力池臨底流速很高，難于保證消力池自身的泄洪安全。
[0005]挑流消能工程量較小、施工也比較簡單，是最適合高壩的，因此目前大部分在建與待建的大型水電站，如三峽水利樞紐、小灣、龍灘、白鶴灘等均采用了以挑流消能為主體的泄洪消能方案。然而，挑流消能卻也存在著較大的缺陷:挑流消能泄洪霧化現(xiàn)象嚴(yán)重，高速水流在泄洪時(shí)都將產(chǎn)生霧化降雨，這種非自然降雨對(duì)壩區(qū)交通、下游岸坡穩(wěn)定、電廠輸變線路的安全、下游正常的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及附近居民的日常生活等常構(gòu)成一定的威脅與影響。尤其是高水頭、大流量的水電工程，其泄洪霧化的規(guī)模與危害十分驚人。另外，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，泄洪霧化對(duì)環(huán)境的影響越來越受到廣泛關(guān)注。
[0006]近年來，我國學(xué)者結(jié)合向家壩水電站，針對(duì)高水頭、大流量條件下底流消能技術(shù)進(jìn)行了深入研究，提出了一種新型的跌坎式底流消能工。研究表明，該新型消能工能夠有效降低消力池臨底流速和脈動(dòng)壓強(qiáng)，保證消力池的運(yùn)行安全，滿足高水頭、大單寬流量泄洪水流的消能要求，為底流消能方式應(yīng)用于高壩建設(shè)提供了參考和借鑒。在向家壩水電站相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，我國的官地、金安橋等水電站等也相繼采用了跌坎型底流消能工的布置形式。但是，研究表明，跌坎高度越大，消力池臨底流速和脈動(dòng)壓強(qiáng)越小，水流流態(tài)越接近于面流，消能效果相對(duì)較差；跌坎高度越小，消力池內(nèi)水流流態(tài)越接近于常規(guī)的水躍消能的底流流態(tài)，消能效果好，但消力池臨底流速較大，容易對(duì)底板造成破壞，因此選擇合適的跌坎高度成為技術(shù)難題，為了改善消能效果往往聯(lián)合其他復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行消能，如官地水電站采用了寬尾墩+跌坎+底流消能的布置型式。
[0007]因此，如何尋找一種成本低、結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、環(huán)境友好，同時(shí)適用于較大流量、中高水頭的底流消能工結(jié)構(gòu)具有顯著的現(xiàn)實(shí)意義和工程價(jià)值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中不足，提供一種成本低、結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、環(huán)境友好，同時(shí)適用于較大流量、中高水頭的柔性地基消能工結(jié)構(gòu)，解決現(xiàn)有技術(shù)中底流消能工程量大、成本高、消力池泄洪不安全以及挑流消能泄洪霧化大的技術(shù)問題。
[0009]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種柔性地基消能工結(jié)構(gòu)，包括用于圍成消力池的底板、邊墻、溢流壩段和二道壩，所述溢流壩設(shè)于底板的上游，所述二道壩設(shè)于底板的下游，所述邊墻在底板的左右兩側(cè)分別設(shè)有一個(gè)，兩所述邊墻向外傾斜設(shè)置；所述底板和邊墻的下表面分別通過預(yù)應(yīng)力錨索連接有減振層。
[0010]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述減振層包括若干并列設(shè)置的減振柱和填置于相鄰減振柱之間的砂石料，所述減振柱由若干上下疊放的減振片組成，所述減振片套設(shè)在預(yù)應(yīng)力錨索的外圍。
[0011]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述減振片為內(nèi)部填置有砂石料的廢舊輪胎。
[0012]作為本發(fā)明的另一優(yōu)選方案，所述減振層為若干并列排放的疊層橡膠支座，疊層橡膠支座之間填置有砂石料。
[0013]作為本發(fā)明的另一優(yōu)選方案，所述減振層為土工格室加筋橡膠土結(jié)構(gòu)。
[0014]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述底板和設(shè)于底板下部的減振層的厚度沿水流方向逐漸減小，底板末端厚度為底板首端厚度的一半，設(shè)于底板下方的減振層的厚度為對(duì)應(yīng)上層的底板厚度的3?5倍。泄洪時(shí)，隨著水流流向沖擊壓力和脈動(dòng)壓力逐漸減少，底板和減振層厚度隨之減小，不僅可以使適應(yīng)較大的沖擊壓力和脈動(dòng)壓力，防止底板損毀，而且能夠進(jìn)一步減少工程量、節(jié)約工程造價(jià)。
[0015]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述邊墻和底板上分別設(shè)有若干分縫，所述分縫內(nèi)填置有止水條。在邊墻和底板上設(shè)置分縫主要用于防止地基不均勻沉降導(dǎo)致裂縫，止水條浸水膨脹能夠有效止漏。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是:1、設(shè)置減振層，構(gòu)成柔性地基，利用柔性地基的減振消能特性，促進(jìn)高速水流的沖擊壓力和脈動(dòng)壓力的消耗，在達(dá)到同等消力效果的情況下，可顯著減少消力池的體積，從而減少了工程量，節(jié)約了工程造價(jià)；2、采用柔性地基設(shè)計(jì)思想，減小了消力池底板和邊墻的振動(dòng)，在高水頭、大流量泄洪中有利于推進(jìn)底流消能工取代挑流消能工，減少泄洪霧化現(xiàn)象對(duì)岸坡植被、下游生活、生產(chǎn)的影響，且有利于消力池的整體穩(wěn)定；3、減振層可利用成本較低的廢舊輪胎、疊層橡膠支座、橡膠土等材料，緩解“黑色污染”問題的同時(shí)，更進(jìn)一步降低工程造價(jià)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是圖1的A-A結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖中:1、邊墻；2、底板；3、溢流壩段；4、二道壩；5、預(yù)應(yīng)力錨索；6、減振層；7、廢舊輪胎。

【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0021]如圖1、圖2所示，底板2、溢流壩段3、二道壩4和設(shè)于底板2兩側(cè)的邊墻I 一起圍成消力池，邊墻I的底側(cè)與底板2自然過渡連接，邊墻I的上側(cè)向外傾斜設(shè)置。溢流壩段3設(shè)置于底板2的上游，二道壩4設(shè)置于底板2的下游，泄流時(shí)，水流漫過溢流壩段3流至消力池,經(jīng)消力池和二道壩4消能流向下游。
[0022]底板2和邊墻I的下表面分別通過預(yù)應(yīng)力錨索5連接有減振層6，預(yù)應(yīng)力錨索5主要用于錨固，在較大的沖擊壓力和脈動(dòng)壓力下使減振層6與邊墻1、底板2變形協(xié)調(diào)并保持相對(duì)靜止，避免減振層6發(fā)生錯(cuò)位。為防止地基不均勻沉降導(dǎo)致裂縫，邊墻I和底板2上分別設(shè)有若干分縫，分縫內(nèi)填置有止水條(圖中未示出)，止水條浸水膨脹能夠有效止漏，防止水流沖刷河床、岸坡。
[0023]泄洪時(shí)，沖擊壓力和脈動(dòng)壓力會(huì)隨著水流流向逐漸減少，因此，底板2和設(shè)于底板2下部的減振層6的厚度也沿水流方向逐漸減小，此設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不僅可以使適應(yīng)較大的沖擊壓力和脈動(dòng)壓力，防止底板2損毀，而且能夠進(jìn)一步減少工程量、節(jié)約工程造價(jià)。如圖1所示，底板2、減振層6的下表面可以設(shè)置成臺(tái)階面向下的臺(tái)階狀，水平方向上，距離溢流壩段3越近，則臺(tái)階高度越高。通常低水頭、小流量情況下，底板2的首端厚度范圍為0.5 m?
1.5m,具體厚度值可根據(jù)實(shí)際的水頭及下泄流量，綜合考慮底板抗沖和抗浮要求進(jìn)行計(jì)算得到，末端厚度一般取首端厚度的一半。設(shè)于底板2下方的減振層6的厚度范圍一般取對(duì)應(yīng)上層的底板2厚度的3?5倍。
[0024]減振層6可以由廢舊輪胎7和砂石料組成，具體結(jié)構(gòu)是:廢舊輪胎7套設(shè)于預(yù)應(yīng)力錨索5的外圍，廢舊輪胎7內(nèi)部填置有砂石料，若干填置了砂石料的廢舊輪胎7上下疊放構(gòu)成減振柱，各減振柱緊密排列，相鄰減振柱之間填置砂石料。此設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)使得廢舊輪胎7得以資源再利用，減少了黑色污染，同時(shí)可以節(jié)約工程造價(jià)。
[0025]減振層6也可以選用若干并列排放的疊層橡膠支座，疊層橡膠支座之間也選用砂石料進(jìn)行填置。
[0026]減振層6也可以選用土工格室加筋橡膠土結(jié)構(gòu)，即將土或砂石與橡膠顆粒的混合物壓實(shí)填入土工格室內(nèi)形成減振層。
[0027]本發(fā)明在高速水流下泄時(shí)，除了利用常規(guī)的水流內(nèi)部紊動(dòng)摩擦消能以及和邊界的摩擦消能外，還充分利用減振層6的減振特性，消耗了一大部分的沖擊脈動(dòng)能，依靠消力池外部水流作用消能的比例將減少，從而減小了消力池的體積，降低工程量，節(jié)約了工程造價(jià)，在高水頭、大流量泄洪中，本發(fā)明可取代挑流消能工，顯著減少泄洪霧化，避免對(duì)岸坡植被及下游生活、生產(chǎn)造成影響，降低底板2的振動(dòng)響應(yīng)，保證了消力池的泄洪安全。
[0028]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種柔性地基消能工結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括用于圍成消力池的底板、邊墻、溢流壩段和二道壩，所述溢流壩設(shè)于底板的上游，所述二道壩設(shè)于底板的下游，所述邊墻在底板的左右兩側(cè)分別設(shè)有一個(gè)，兩所述邊墻向外傾斜設(shè)置；所述底板和邊墻的下表面分別通過預(yù)應(yīng)力錨索連接有減振層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性地基消能工結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述減振層包括若干并列設(shè)置的減振柱和填置于相鄰減振柱之間的砂石料，所述減振柱由若干上下疊放的減振片組成，所述減振片套設(shè)在預(yù)應(yīng)力錨索的外圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的柔性地基消能工結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述減振片為內(nèi)部填置有砂石料的廢舊輪胎。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性地基消能工結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述減振層為若干并列排放的疊層橡膠支座，疊層橡膠支座之間填置有砂石料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性地基消能工結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述減振層為土工格室加筋橡膠土結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性地基消能工結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述底板和設(shè)于底板下部的減振層的厚度沿水流方向逐漸減小，底板末端厚度為底板首端厚度的一半，設(shè)于底板下方的減振層的厚度為對(duì)應(yīng)上層的底板厚度的3?5倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性地基消能工結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述邊墻和底板上分別設(shè)有若干分縫，所述分縫內(nèi)填置有止水條。
【文檔編號(hào)】E02B8/06GK104480911SQ201410572291
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】劉斯宏, 魯洋, 高軍軍, 許雷, 徐小東, 張雨灼, 王雅華 申請(qǐng)人:河海大學(xué)