专利名称：狭窄河谷拱坝大泄量高效消能工结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及水电工程泄水建筑物领域，具体为一种狭窄河谷拱坝大泄量高效消能工结构。
背景技术：
现有技术条件下，一般狭窄河谷混凝土拱坝均采用坝身泄洪、挑流消能型式，通常采用表孔、中孔、深孔，设置挑流鼻坎将水流高高挑起，抛向下游远离大坝坝脚，或在空中碰撞消能，这种结构在洪水流量不大的峡谷地区运用情况良好；对于洪水流量大的，则远离大坝在岸边设置泄洪隧洞、岸边溢洪道等泄水建筑物，但这种结构需要岸边具备布置泄水建筑物的条件，且工程投资较高。如果在大流量狭窄河谷直接采用传统的挑流消能型式，就会造成坝下游严重的冲刷破坏，危及两岸边坡稳定，甚至造成大坝的失稳破坏。
发明内容
为了克服现有的工程狭窄河谷、超大洪水的情况，容易造成坝下游严重的冲刷破坏，危及两岸边坡稳定，甚至造成大坝的失稳破坏的不足，本发明旨在提供一种狭窄河谷拱坝大泄量高效消能工结构，该泄洪消能工结构，具有泄放超大洪水能力，同时具有很好的消能功能；既可解决安全泄洪的要求，同时较好的解决了下游消能的难题，又可确保工程安全。为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是
一种狭窄河谷拱坝大泄量高效消能工结构，其结构特点是，包括位于河床部位拱坝坝身的泄洪表孔和深孔，以及位于拱坝下游的水垫塘，其中表孔和深孔均采用宽尾墩，所述表孔和深孔的孔口底部连接有挑坎。所述表孔和深孔均采用宽尾墩是指表孔和深孔的孔侧壁收缩比例随水头增加而减少。进一步地，所述水垫塘的底部宽度超过挑坎挑射水幕的总宽度。为了保证水流能够尽可能地实现消能，所述挑坎的俯角优选为20° arccotO. 7。进一步地，所述挑坎的俯角更优选为42°。所述的俯角是指挑坎与水平面所成的夹角，且挑坎斜向下设置。采用宽尾墩可以将下泄水流沿高度方向纵向拉开，形成水幕；配合采用大俯角，可以使水幕的前后落点进一步拉开，增加落水面积，充分利用水垫塘的水体进行消能。为了保护河两岸的岸坡，所述水垫塘两侧的河岸具有混凝土护坡。藉由上述结构，本发明包括位于河床部位拱坝坝身的泄洪表孔、深孔及下游的水垫塘，其中表孔、深孔都采用宽尾墩，宽尾墩的收缩比例随水头增加而减小，配合采用大俯角挑坎。水垫塘的底部宽度以超过挑射水幕总宽度为宜，长度应满足水跃消能长度要求。
本发明的工作原理是，将改进后的拱坝坝身表孔、深孔泄水建筑物闸墩尾部加宽，形成收缩比较小的出口，以迫使水流横向收缩、纵向拉开；将挑坎设置成大俯角，使近坝水流充分拉开；同时，调整各泄水建筑物闸墩收缩角度，使出口下泄水流形成基本平行的水幕，在空中充分掺气。由于本发明针对河谷特别狭窄、洪水流量特别大的情况，需在下游配合使用水垫塘，以确保下游岸坡稳定安全。具有可比性的传统解决方案是采用重力坝，配合使用宽尾墩与水垫塘消能，混凝土量将会显著增加，因此本发明所述水电工程拱坝高效消能工结构有效节约了成本，且结构简单，便于实现。本发明具有泄放超大洪水能力，同时具有很好的消能功能；既解决了安全泄洪的要求，同时较好的解决了下游消能的难题，确保工程安全，主要适用于水电工程狭窄河谷、大洪水流量条件下拱坝的高效消能工。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。
图I是本发明一种实施例的平面布置 图2是图I中表孔中心剖面 图3是图I中深孔中心剖面图。在图中
I-拱坝； 2-表孔； 3-深孔； 4-水垫塘；
5-宽尾墩； 6-挑坎；7-混凝土护坡。
具体实施例方式一种狭窄河谷拱坝大泄量高效消能工结构，如图I所示，包括位于河床部位拱坝I坝身的泄洪表孔2和深孔3，以及位于拱坝I下游的水垫塘4，该水垫塘4两侧的河岸具有混凝土护坡7 ;如图2和图3所示，其中表孔2和深孔3均采用宽尾墩5，所述表孔2和深孔3的孔口底部连接有挑坎6 ;所述水垫塘4的底部宽度超过挑坎6挑射水幕的总宽度。所述挑坎6的俯角为42°。以下以淋溪河水电站为例阐述本发明。淋溪河水电站位于湘鄂西的涹水流域，上游为暴雨中心，坝址河谷狭窄、洪水峰高量大，通过查阅大量技术资料，同类坝高90m左右拱坝中泄量超过5000m3/s的工程都为数不多，泄量超过7000m3/s的工程还没有找到，而本工程校核洪水洪峰流量达到7740m3/s。常规的措施难以解决本工程狭窄河谷、超大洪水的情况。淋溪河水电站坝址地质条件较好，但河谷狭窄，不具备增加泄洪建筑物宽度以减小泄洪单宽流量的地形条件，7700m3/s的洪水集中在宽度仅40m的河道内，下游消能防冲任务特别艰巨，处理不好将会危及两岸岸坡稳定，进一步危及拱坝坝肩，甚至危及拱坝本身安全。本工程采用了狭窄河谷大洪水流量条件下的拱坝高效消能工结构，包括河床部位拱坝坝身的泄洪表孔、深孔及下游的水垫塘，其中表孔、深孔都采用宽尾墩、大俯角挑坎迫使水流纵向充分拉开，形成几股平行的水幕落在水垫塘内，形成完整的水跃。本消能工结构解决了狭窄河谷大泄量条件下下游消能与防冲问题，显著降低了成本，且工程结构简单，便于实现。淋溪河水电站拱坝坝高88m，河谷宽仅40m，校核洪水洪峰流量7740m3/s，采用三个表孔(孔口尺寸宽12. 5m、高13. Om)和2个深孔(孔口尺寸宽6.0m、高9.0m)。其中中表孔中心线与拱坝轴线重合，闸墩厚4. 5nT2. 0m，顺水流方向长41. 13m，堰面幂曲线下游接斜段，俯冲角为42°，下游采用宽尾墩式挑流消能，出口净宽3. lm，孔口收缩比O. 25，收缩角15° ;左、右边表孔中心线与拱坝轴线夹角6.034°，闸墩厚4. 5nT2.0m，孔型与中表孔一致，下游采用窄缝式挑流消能，出口净宽3.1m，孔口收缩比O. 25，内侧边墩收缩角12.9°，外侧边墩收缩角15°。左、右泄洪深孔对称布置于边表孔与中表孔之间，深孔中心线与拱坝轴线夹角3. 359°，顺水流方向长42. 13m，闸孔孔口尺寸为6. 0mX9. Om(宽X高)，闸孔进口底板高程为250. 00m，底板及两侧喇叭口均采用半径为I. Om的1/4圆弧曲线，顶面为1/4椭圆曲线，后通过水平段与压坡段相接，压坡段坡比为I : 6，出口为平挑角，挑坎坎顶高程250. OOm0下游采用窄缝式挑流消能，出口净宽3. 3m，孔口收缩比O. 55，边墩收缩角16.67° 。 通过水工整体模型试验验证，泄流能力满足工程防洪安全的要求，且消能效果较好，各项指标满足规范要求，满足下游岸坡稳定运行要求。上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
权利要求
1.一种狭窄河谷拱坝大泄量高效消能工结构，其特征在于，包括位于河床部位拱坝(I)坝身的泄洪表孔(2)和深孔(3)，以及位于拱坝(I)下游的水垫塘(4)，其中表孔(2)和深孔(3 )均采用宽尾墩(5 )，所述表孔(2 )和深孔(3 )的孔口底部连接有挑坎(6 )。
2.根据权利要求I所述的狭窄河谷拱坝大泄量高效消能工结构，其特征在于，所述水垫塘(4)的底部宽度超过挑坎(6)挑射水幕的总宽度。
3.根据权利要求I所述的狭窄河谷拱坝大泄量高效消能工结构，其特征在于，所述挑坎(6 )的俯角为20 ° arccotO. 7。
4.根据权利要求3所述的狭窄河谷拱坝大泄量高效消能工结构，其特征在于，所述挑坎(6)的俯角为42°。
5.根据权利要求I所述的狭窄河谷拱坝大泄量高效消能工结构，其特征在于，所述水垫塘(4)两侧的河岸具有混凝土护坡(7)。
全文摘要
本发明公开了一种狭窄河谷拱坝大泄量高效消能工结构。为了解决现有的拱坝工程狭窄河谷、超大洪水的情况下，容易造成坝下游严重的冲刷破坏，危及两岸边坡稳定的问题，所述狭窄河谷拱坝大泄量高效消能工结构，其结构特点是，包括位于河床部位拱坝坝身的泄洪表孔和深孔，以及位于拱坝下游的水垫塘，其中表孔和深孔均采用宽尾墩，所述表孔和深孔的孔口底部连接有挑坎。本发明具有泄放超大洪水能力，同时具有很好的消能功能；既解决了安全泄洪的要求，同时较好地解决了下游消能的难题，确保工程安全。
文档编号E02B8/06GK102704449SQ201210209718
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月25日 优先权日2012年6月25日
发明者冯树荣, 张 雄, 朱雄 申请人:中国水电顾问集团中南勘测设计研究院