一种高水头、多泥沙、覆盖层基础水闸消能结构的制作方法

本实用新型涉及高水头、多泥沙、覆盖层基础水闸的消能结构，适用于水利水电工程。

背景技术：

根据《水闸设计规范》水闸闸下宜采用底流式消能，底流消能一般采用消力池+海漫+防冲槽（或防冲墙）。根据闸下尾水深度与跃后水深的大小关系，消力池可采用下挖式消力池、突坎式消力池、以及下挖式与突坎式消力池相结合的综合式消力池。根据西南地区已建工程实例，对于多泥沙河流、覆盖层基础水闸，为防止泥沙对消力池的冲刷磨损，同时考虑到消力池尾坎的稳定问题，通常采用平底长护坦＋砌石海漫+防冲槽（或防冲墙）消能。

模型试验及已建工程原型观测结果表明：

1、消力池+海漫+防冲槽（或防冲墙）方案：该方案能将大部分能量集中消散在消力池内，且出池水流流态已被明显调整，出池水流均匀，流速较低，对下游河道冲刷减轻，达到了消能的目的。但对于多泥沙河流、覆盖层基础的水闸，消力池方案由于尾坎的存在，进入池内的粗颗粒泥沙或卵块石不易随水流出池，并在池内随水流翻滚，将对消力池混凝土表面产生冲刷磨损，另外，消力池尾坎在水流冲击力的作用下稳定不易保证。

2、平底长护坦＋砌石海漫+防冲槽（或防冲墙）方案：该方案是将过闸水流在护坦段适当扩散水流后平顺过渡，水流在护坦末端附近有一水跃（波状水跃或弱水跃）发生，跃前断面一般在护坦上，水跃消散部分能量。此后，下泄水流底部通过与砌石海漫摩擦及撞击，又消散部分能量。水流通过砌石海漫段后，下切河床形成冲坑，并通过淹没水跃消散部分能量后，将具有一定表流速的水流送入下游河道。该方案由于护坦上水跃仅消散部分能量，护坦末端水体单宽能量仍较高，大部分能量通过海漫和下游河道消散。模型试验和已建工程实例表明，该方案对于高水头水闸，护坦末端容易形成冲坑，反掏护坦末端基础，威胁闸室安全。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：深入研究目前水闸常用的消能结构，针对消力池+海漫+防冲槽（或防冲墙）方案、平底长护坦＋砌石海漫+防冲槽（或防冲墙）方案存在的问题，提供一种高水头、多泥沙、覆盖层基础水闸消能结构，该结构简单、施工方便，并且具有消力池的特征，既提高了下泄水流的消能率，又能保证泥沙顺利出池，不存在底板稳定问题。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种高水头、多泥沙、覆盖层基础水闸消能结构，所述的水闸消能结构包括依次设置在闸室的底板下游的护坦，护坦的首端与闸室的底板相衔接，护坦的末端设有防冲墙，护坦的下游设置预挖冲坑，预挖冲坑的坑底设置预制混凝土护底，其下游侧通过斜坡与下游河道衔接，且下游侧也设置预制混凝土护底，所述预挖冲坑的末端设置防冲槽，所述护坦的两侧设置混凝土导墙。

所述护坦为钢筋混凝土结构，长40~60m，坡度不陡于1：4，保证消能区远离闸室。

所述护坦末端，设1~2道防冲墙，所述防冲墙为钢筋混凝土结构，用于保护水流反淘闸室。

所述预挖冲坑下游侧通过不陡于1：5的斜坡与下游河道衔接，其上游侧为护坦，坑底和下游侧为预制混凝土块体，具有消力池的特征，但不存在底板不稳定的问题，在闸室末端形成4~10m深的“消能塘”，形成消能水体，塘长、塘深具体通过模型试验验证，水流经过闸室、护坦到达预挖冲坑后，在预挖冲坑内形成水跃消散大部分能量，预挖冲坑末端设置缓坡保证进入塘内的粗颗粒泥沙或卵块石随水流出塘。

所述预制混凝土护底为四块面体拼接而成的四面体混凝土结构护底，也就是说在坑底及下游侧采用预制混凝土四面体结构，单块体积约2.5m³，水流通过与预制混凝土护底摩擦及撞击，消散大部分能量。

所述防冲槽为具有一定粒径的大块石结构，用于保护预挖冲坑末端反淘。

本实用新型的有益效果是：1、本实用新型将水闸底流消能中常用的消力池+海漫+防冲槽（或防冲墙）方案与平底长护坦＋砌石海漫+防冲槽（或防冲墙）方案结合起来，整合两方案的优点，对常用的消力池结构进行改进，形成护坦+预挖冲坑+防冲墙+防冲槽结构，该结构具有消力池结构的特征，保证了下泄水流的消能率，减轻了对下游河道河床及边坡的冲刷；2、由于本实用新型的消能塘有消力池的特征，出塘水流流速较小，避免了对下游河道的淘刷，减少了河道护坡长度，降低工程造价；3、本实用新型中预挖冲坑首末端设缓坡，保证进入塘内的粗颗粒泥沙或卵块石随水流出塘，减少粗颗粒泥沙或卵块石淤积；4、本实用新型中预挖冲坑坑底及下游侧采用预制混凝土四面体护底，减轻了泄洪振动对水闸的影响，同时不存在底板的稳定问题。

附图说明

图1为本实用新型的剖面图。

图2为本实用新型的预制混凝土四面体的剖面图。

图3位图2的A-A截面图。

具体实施方式

如图1-3所示，本实施例是一种高水头、多泥沙河流、覆盖层基础水闸的消能结构，该结构整合了水闸底流消能中常用的消力池+海漫+防冲槽（或防冲墙）方案与平底长护坦＋砌石海漫+防冲槽（或防冲墙）方案的优点，对常用消力池结构进行改进，形成护坦+预挖冲坑+防冲墙+防冲槽。

本实施例包括闸室1，以及依次设置于闸室1底板下游的护坦2，护坦2的首端与闸室1的底板相衔接，其末端设有防冲墙5，护坦2的下游设置预挖冲坑3，预挖冲坑3的坑底设置预制混凝土护底4，预挖冲坑3的下游侧通过斜坡与下游河道衔接，其下游侧也设置预制混凝土护底4，预挖冲坑3的末端设置防冲槽6，在护坦2两侧设有混凝土导墙7。

护坦2为钢筋混凝土结构，长40~60m，坡度不陡于1：4，保证消能区远离闸室。

所述防冲墙5为钢筋混凝土结构，设置1~2道在所述护坦2末端，用于保护水流反淘闸室。

预挖冲坑3下游侧通过不陡于1：5的斜坡与下游河道衔接。水流经过闸室1、护坦2到达预挖冲坑3后，在预挖冲坑内形成水跃消散大部分能量。预挖冲坑3末端设缓坡保证进入塘内的粗颗粒泥沙或卵块石随水流出塘。

所述预制混凝土护底4为四块面体拼接而成的四面体混凝土结构，单块体积约2.5m³，水流通过与预制混凝土护底4摩擦及撞击，消散大部分能量。

所述防冲槽为具有一定粒径的大块石结构，用于保护预挖冲坑末端反淘。

本实施例的结构特征及在消能过程中所起的作用具体如下：

a 、护坦。护坦2为钢筋混凝土结构，保证消能区远离闸室，护坦末端设置防冲墙5。护坦坡度不陡于1:4，作为预挖冲坑的上游面，末端设有防冲墙5。

b、预挖冲坑3。预挖冲坑3上游侧为护坦2，坑底和下游侧为预制混凝土块体4防护， 具有消力池特征，但不存在底板稳定问题，类似一种“消能塘”，形成消能水体，塘深以4~10m为宜，塘长、塘深可通过模型试验确定。预挖冲坑3下游侧通过不陡于1：5的斜坡与下游河道衔接。水流经过闸室1、护坦2到达预挖冲坑3后，在预挖冲坑内形成水跃消散大部分能量。预挖冲坑3末端设缓坡保证进入塘内的粗颗粒泥沙或卵块石随水流出塘。

c、预制混凝土四面体4。预制混凝土四面体4为混凝土结构，单块体积约2.5m³，水流通过与预制混凝土四面体4摩擦及撞击，消散大部分能量。

d、防冲墙5。防冲墙5为钢筋混凝土结构，用于保护水流反淘闸室。

e、防冲槽6。防冲槽6为具有一定粒径的大块石结构，用于保护反淘预挖冲坑末端。

建于高水头、多泥沙河流和覆盖层基础的水闸，通过本实施例中消能工的设置，水闸下泄水流绝大部分能量已被消散，水流平顺导入下游河道，对下游河道河床及边坡危害大大减轻。