抗力墩反拱钢构坝的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种抗力墩反拱钢构坝，包括混凝土基础、多个抗力墩、挡水钢结构和虹吸式泄水消能建筑物；所述挡水钢结构固定在所述混凝土基础上，在所述挡水钢结构的下游侧是多个所述抗力墩；所述挡水钢结构由中间反拱坝段和两个正拱坝段形成，两个所述正拱坝段对称地固定在所述中间反拱坝段的两侧；所述虹吸式泄水消能建筑物贯穿所述中间反拱坝段的顶部及与其对应的所述抗力墩。本发明采用下游分散的抗力墩，将中间反拱两侧正拱的挡水钢结构所承担的水头分散到混凝土基础之上，使钢构坝能够适应于较高水头、较大流量。并且能够提高施工效率，缩短施工工期。
【专利说明】抗力墩反拱钢构坝
【技术领域】
[0001]本发明涉及水利水电工程【技术领域】，特别是涉及一种河道内用于拦水、泄水的钢结构坝体。
【背景技术】
[0002]在水利工程中，钢坝作为一种挡水建筑物，至今已有百余年历史。钢坝是一种新型的挡水建筑物，其结构新颖，外形美观，性能可靠，运用灵活，较好地解决了河道蓄水与行洪的矛盾，有利保护河道自然环境。然而早期所建钢坝均为斜面坝，坝面后采用桁架支撑系统。在水利工程中，与钢坝类似的钢闸门挡水建筑物已使用多年，近年来新型闸门更是层出不穷，钢闸门的设计使用寿命甚至可达50至60年，如三峡永久船闸共有24扇闸门，三分之二的人字门高38.5米，宽20米，厚3米，重达850吨，面积接近两个篮球场，其外形与重量均为世界之最。但目前针对钢构坝方面的研究和实践都还处于起步阶段，已有的钢构坝均以中小水头为主，且运行管理复杂，其结构建造与管理运行类似于钢闸门。由于初期钢坝大多采用斜面钢坝坝型，钢材用量多，投资较大，某些相关技术如计算技术、锚固技术、防锈技术落后等的限制，加上钢材产量少，施工技术较为落后，为避免浪费钢材干脆不建造钢构坝，另外钢坝技术没有设计规范、规程可以遵循，设计思想也较为保守，所以其工业化的制造安装也仅仅停留在探索阶段，并没有真正意义上钢构坝结构的创新与发展，不能适应较高水头和较大泄量的要求。
【发明内容】
[0003]本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种抗力墩反拱钢构坝，该钢构坝能够保证在较高水头和较大泄量的情况下自动正常运行，安全可靠。
[0004]本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是:一种抗力墩反拱钢构坝，包括混凝土基础、多个抗力墩、挡水钢结构和虹吸式泄水消能建筑物；所述挡水钢结构固定在所述混凝土基础上，在所述挡水钢结构的下游侧是多个所述抗力墩；所述挡水钢结构由中间反拱坝段和两个正拱坝段形成，两个所述正拱坝段对称地固定在所述中间反拱坝段的两侧；所述虹吸式泄水消能建筑物贯穿所述中间反拱坝段的顶部及与其对应的所述抗力墩。
[0005]所述虹吸式泄水消能建筑物包括两个虹吸式泄水背管，两个所述虹吸式泄水背管对称地设置在所述中间反拱坝段的顶部及与其对应的所述抗力墩之内。
[0006]两个所述虹吸式泄水背管的出流方向相对。
[0007]所述虹吸式泄水背管在其下游部设有向上折的挑流坝段。
[0008]所述挡水钢结构由前后两块钢面板和设置在该两块钢面板之间的钢格构结构形成。
[0009]所述抗力墩上预埋有与所述钢面板垂直的螺栓，所述钢面板与所述抗力墩通过所述螺栓铰接。[0010]本发明具有的优点和积极效果是:采用下游分散的抗力墩，将中间反拱两侧正拱的挡水钢结构所承担的水头分散到混凝土基础之上，使钢构坝能够适应于较高水头(>40m)、较大流量。又由于抗力墩可以选用滑模施工，各坝段互不干扰，能快速施工，与传统的重力坝相比，能够提高施工效率，缩短施工工期。同时，反拱钢坝的结构，能更好地发挥钢材的抗拉性能，避免正拱容易屈曲的危险，整体稳定性好。泄流采用虹吸式对冲消能结构，使大坝在来水后能够自动泄水，以满足小流量生态补水的需要，无需设置运行和管理人员，当来水过大时，可以从坝顶泄水，全断面小单宽流量，可解决泄洪压力过大的问题。同时本发明可作为钢材储备工程。
[0011]综上所述，本发明具有低能耗、可装配式施工、可节约投资、能够降低运行管理费用，造价低、施工工期短、运行可靠、美观、符合环保要求、占地少、结构稳定简单、枢纽布置简易等特点，具有广阔的推广应用前景，可广泛应用于各种偏远山区河道、城市景观河道等水利、防洪工程。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明的结构示意图；
[0013]图2为本发明的虹吸式泄水背管结构示意图。
[0014]图中:1、混凝土基础，2、抗力墩，3、中间反拱坝段，4、正拱坝段，5、进水口，6、灌浆廊道，7、虹吸式泄水消能建筑物，8、虹吸式泄水背管。
【具体实施方式】
[0015]为能进一步了解本发明的
【发明内容】
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下:
[0016]请参阅图1?图2，一种抗力墩反拱钢构坝，包括混凝土基础1、多个抗力墩2、挡水钢结构和虹吸式泄水消能建筑物7 ;所述挡水钢结构固定在所述混凝土基础I上，两侧与河道岸体铆接，在所述挡水钢结构与河道岸体之间设有止水结构，在所述挡水钢结构和所述混凝土基础I之间设有止水结构；在所述挡水钢结构的下游侧是多个所述抗力墩2 ;所述抗力墩2用于支撑所述挡水钢结构，维持钢构坝的稳定。所述挡水钢结构由中间反拱坝段3和两个正拱坝段4形成，两个所述正拱坝段4对称地固定在所述中间反拱坝段3的两侧；所谓中间反拱坝段中的反拱是指结构向上游起拱，拱端朝向下游。同理，正拱是指结构向下游起拱，拱端朝向上游。所述虹吸式泄水消能建筑物7贯穿所述中间反拱坝段3的顶部及与其对应的所述抗力墩2。
[0017]在本实施例中，所述虹吸式泄水消能建筑物7包括两个虹吸式泄水背管8，两个所述虹吸式泄水背管8对称地设置在所述中间反拱坝段3的顶部及与其对应的所述抗力墩2之内。两个所述虹吸式泄水背管8的出流方向相对。所述虹吸式泄水背管8在其下游部设有向上折的挑流坝段。采用对冲消能，并在下游配合挑流消能泄水。所述挡水钢结构由前后两块钢面板和设置在该两块钢面板之间的钢格构结构形成。所述抗力墩2上预埋有与所述钢面板垂直的螺栓，所述钢面板与所述抗力墩2通过所述螺栓铰接。
[0018]综上，本发明主要由四部分组成:一是混凝土基础部分，二是支撑挡水钢结构的抗力墩部分，该部分的主要作用是约束挡水钢结构，并且与混凝土基础一起承担混凝土挡水钢结构传递的巨大水推力，维持整个钢构坝的安全稳定；三是布置在中间反拱坝段下游抗力墩上的虹吸式泄水消能建筑物，使钢构坝能形成小流量自动泄水；四是挡水钢结构，由前后两块钢面板和设置在该两块钢面板之间的钢格构结构形成，钢格构结构由主梁、次梁和横隔板等组成，挡水钢结构的作用是挡水，为充分发挥钢结构抗拉性能，避免正拱结构容易发生的屈曲问题，故将水推力较大的中间河床坝段设计为反拱型，能更好的发挥材料特性，达到设计要求。
[0019]具体实施时，坝型根据河床宽度而定，中间河床部分为反拱坝段，两边为正拱坝段。挡水钢结构的高度及其下游抗力墩布置均由上游挡水高度和流量而定，当水头较高、流量较大时可适当增高挡水钢结构的高度，减小抗力墩布置间距或者加大抗力墩截面尺寸。
[0020]请参见图1?图2，在本实施例中，抗力墩反拱钢构坝的坝高40m，坝轴线长245m，抗力墩每隔4°设置一个，共有27个抗力墩，其中正拱坝段12个，尺寸为2mX8mX40m，中间反拱坝段15个，尺寸为3mX9mX40m。基础内设有灌浆廊道6和放空底孔，虹吸水泄水消能建筑物设置在中间反拱坝段的抗力墩上，进水口高程及泄水管道相关参数须根据泄水流量而定，采用对冲消能并在下游辅助挑流消能。当上游来水较小时，可形成自动虹吸式泄水，实现小流量生态补水，无需设置运行及管理人员；当上游来水过大时，可坝顶滚水，钢坝全断面小单宽流量全线溢流。挡水钢结构由前后两块钢面板和设置在该两块钢面板之间的钢格构结构形成，钢格构结构由主梁、次梁和横隔板等组成，且有横向杆系加强支撑，水平次梁为连续梁，其间距应上疏下密，使两钢面板间各区格的厚度大致相等。挡水钢结构的截面尺寸、面板厚度、支撑梁、杆及板的根数、间距等主要根据水压力大小及分布确定。
[0021]请参见图2，挡水钢结构的钢面板厚度选用20mm，高度为40m，主梁每隔1.0m布置一根，采用实腹式组合梁，次梁每隔1.5m布置一根，次梁采用槽钢形成，横隔板按1.5m等间距布置。自动泄水水位高出钢面板顶高4m，下游为自由出流的背管形式，出口处设置渐变段，泄水背管出口高度为25m，挑角为25°。钢面板与抗力墩采用铰接的方式，底面及侧面有相应的止水结构，且抗力墩受力集中区域需配加强筋。
[0022]钢面板需要做防腐处理，防腐处理可以参考海底管线，采用涂层和阴极保护联合应用的方法。涂层主要有:熔结环氧涂层、聚乙烯涂层、煤焦油瓷漆涂层、复合涂层和煤焦油环氧涂层，请参考专利申请号为201210422853.5的专利申请文件。选择涂层时，必须考虑涂层所要服务的具体环境，如钢板厚度、水温、施工方法以及相配合使用的阴极保护系统。使用混凝土配重层时应更加注意。阴极保护技术是电化学保护技术的一种，其原理是向被腐蚀金属结构物表面施加一个外加电流，被保护结构物成为阴极，从而使得金属腐蚀发生的电子迁移得到抑制，避免或减弱腐蚀的发生。阳极材料普遍使用铝-锌-铟系合金作为海底管线的牺牲阳极，形状为半开式手镯型。
[0023]本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，如在反拱钢构坝的基础上增加向上游基础或两岸的拉索结构等，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种抗力墩反拱钢构坝，其特征在于，包括混凝土基础、多个抗力墩、挡水钢结构和虹吸式泄水消能建筑物；所述挡水钢结构固定在所述混凝土基础上，在所述挡水钢结构的下游侧是多个所述抗力墩；所述挡水钢结构由中间反拱坝段和两个正拱坝段形成，两个所述正拱坝段对称地固定在所述中间反拱坝段的两侧；所述虹吸式泄水消能建筑物贯穿所述中间反拱坝段的顶部及与其对应的所述抗力墩。
2.根据权利要求1所述的抗力墩反拱钢构坝，其特征在于，所述虹吸式泄水消能建筑物包括两个虹吸式泄水背管，两个所述虹吸式泄水背管对称地设置在所述中间反拱坝段的顶部及与其对应的所述抗力墩之内。
3.根据权利要求2所述的抗力墩反拱钢构坝，其特征在于，两个所述虹吸式泄水背管的出流方向相对。
4.根据权利要求3所述的抗力墩反拱钢构坝，其特征在于，所述虹吸式泄水背管在其下游部设有向上折的挑流坝段。
5.根据权利要求1所述的抗力墩反拱钢构坝，其特征在于，所述挡水钢结构由前后两块钢面板和设置在该两块钢面板之间的钢格构结构形成。
6.根据权利要求5所述的抗力墩反拱钢构坝，其特征在于，所述抗力墩上预埋有与所述钢面板垂直的螺栓，所述钢面板与所述抗力墩通过所述螺栓铰接。
【文档编号】E02B7/12GK103614991SQ201310651440
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年12月4日 优先权日:2013年12月4日
【发明者】戚蓝, 汪祥胜, 汪彭生, 张超 申请人:天津大学