水垫塘排水、充水系统的制作方法

本发明涉及水利水电工程领域，尤其涉及一种水垫塘排水、充水系统。

背景技术：

当高坝采用挑流消能、跌流消能等消能方式时，为保证大坝基础和坝后边坡安全，通常采用设置水垫塘的方式解决消能防冲问题。比如授权公告号为cn101126232b的发明专利即公开了这一措施。在工程运行过程中，高速水流会一定程度的磨损水垫塘结构，必须定期抽排水垫塘内的积水，对水垫塘等消能建筑物进行检修，确保工程安全运行，检修完成后又重新向水垫塘内充满水体，以备泄洪时有足够的水垫消能。目前的工程结构总几乎均未设置相应的排水、充水专用系统，检修前先在水垫塘和二道坝的外围布设包括抽水管道在内的临时抽水设施，通过临时抽水设施将水垫塘内的水抽到二道坝下游，然后进行水垫塘等消能设施检修；检修完成后再将抽水设施拆除，然后再采用虹吸管将二道坝下游河床中的水充入水垫塘内。为便于充水，有的工程还在二道坝顶部预留了缺口，检修期间在缺口内安放临时挡水闸门，检修完成后移除挡水闸门，可迅速完成水垫塘的充水。

授权公告号为cn201809752u的实用新型专利公开了一种水垫塘的给排水系统，其通过在二道坝上下游预埋水管采用水泵进行排水、充水；该系统能有效进行水垫塘的排水、充水作业，但其仍然存在较大不足：1、二道坝附近水流紊乱、流速高，预埋的水管与混凝土接触部位容易损坏；2、水垫塘内的水体通常比较浑浊，等水体内的泥沙沉淀时容易堵塞进水管，导致进水管失去进水功能；3、埋设的水泵会削弱二道坝整体结构，而且导致二道坝的施工更加复杂，增加施工成本。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是提供一种新的水垫塘排水、充水系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：水垫塘排水、充水系统，包括排水系统和充水系统，在水垫塘底板混凝土层下方设置有排水廊道；与排水廊道相连通地设置有通风洞，所述通风洞的出口从水垫塘边墙以外的地面穿出，所述排水系统包括排水主管，排水主管的一端为进水端，其另一端为出水端；排水主管的进水端从水垫塘底板混凝土层的上表面穿出，排水主管的出水端在穿过水垫塘底板混凝土层后沿排水廊道和通风洞向通风洞的出口方向布置；沿排水主管的走向间隔地设置有多根排水支管，并且多根排水支管分别位于不同高程，在每根排水支管上分别设置有控制阀门。

进一步的是：当排水主管上出水端的高程不高于水垫塘内部水体的设计最高水位h时，在排水主管上设置有控制阀门。

进一步的是：排水主管的进水端从水垫塘底板混凝土层的上表面穿出后设置有弯管段，所述弯管段弯曲后使进水端的口部朝向下方。

进一步的是：排水主管上进水端的口部与水垫塘底板混凝土层的上表面之间的间距l为10cm～20cm。

进一步的是：在通风洞内沿通风洞的走向设置有排水沟，从排水主管的出水端或者任一排水支管排出的水直接排入排水沟内。

进一步的是：所述排水系统还包括外置排水泵和水垫塘集水井，所述水垫塘集水井与排水廊道连通，所述外置排水泵与水垫塘集水井相通并可将水垫塘集水井内的水泵至水垫塘以外排出。

进一步的是：其中有一根排水支管的高程不高于水垫塘底板混凝土层上表面所在高程。

进一步的是：还包括充水系统，所述充水系统包括充水管，充水管的一端为进水端，其另一端为出水端；充水管的进水端穿过混凝土挡水大坝后与上游库水水体相通，充水管进水端的高程低于上游库水水体的死水位；充水管的进水端穿过混凝土挡水大坝后沿混凝土挡水大坝壁面向下布置并穿过设置于混凝土挡水大坝后侧的交通桥，在充水管上与交通桥对应的位置处设置有控制阀门。

进一步的是：充水管上出水端的高程低于水垫塘边墙的顶部高程。

进一步的是：充水管进水端的高程与上游库水水体的死水位h之间的间距为3～5m。

本发明的有益效果是：本发明中通过排水系统中排水主管上各高程布置的排水支管以及相应的控制阀门可依次序对水垫塘内的水体进行排泄；并将排泄的水体沿通风洞和排水廊道后排入到排水廊道内；最终借助排水廊道的排水设备将排泄的水体排出。本发明沿排水主管设置的多个排水支管，按高程从高到底的顺序依次序打开相应的控制阀门，利用重力作用逐渐将水垫塘内的水体排至排水廊道内；这样当水垫塘内水体水位较高时，也可避免直接打开最低位置的控制阀门而导致的如下问题：一是水头过高，控制阀门开启较困难，对控制阀门要求过高且投资较大；二是排水主管排出的高速水流对水垫塘结构具有冲刷破坏，影响水垫塘结构安全。因此采用本发明所述的排水主管布置方式后可以有效降低排水主管上相应出口的水流流速，降低排水时对于水垫塘底部结构的冲刷破坏；而且较低的排水水头也有利于采用相对简单的控制阀门；同时，采用水体自重排水的方式，节约能耗，绿色环保。另外，本发明中的充水系统通过在混凝土挡水大坝上相应位置直接预埋充水管并与上游库水相通，充水时只需要打开相应的控制阀门即可利用上游库水水体的自重将上游库水引至水垫塘内实现充水。

附图说明

图1为本发明所述的水垫塘排水、充水系统中排水系统部分的示意图；

图2为图1中a-a转折剖线的剖面视图；

图3为图1中局部区域a的放大示意图；

图4为图2中局部区域b的放大示意图；

图5为本发明所述的水垫塘排水、充水系统中充水系统部分的示意图；

图6为图5中局部区域c的放大示意图；

图中标记为：水垫塘底板混凝土层1、排水廊道2、通风洞3、水垫塘边墙4、排水主管5、排水支管6、控制阀门7、水体8、弯管段51、排水沟31、水垫塘集水井9、充水管10、混凝土挡水大坝11、交通桥12。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1至图6中所示，本发明所述的水垫塘排水、充水系统，包括排水系统和充水系统；其中排水系统是用于将水垫塘内的水排出，而充水系统则是用于向水垫塘内充水。另外，还需要在水垫塘底板混凝土层1下方设置有排水廊道2；以及设置与排水廊道2相连通的通风洞3，所述通风洞3的出口从水垫塘边墙4以外的地面穿出。其中，排水廊道2一般是设置在水垫塘底板混凝土层1下方用于排出地下渗水的通道；其通过在水垫塘底板混凝土层1下方设置纵横交错的排水廊道2用于收集地下渗水，并将收集的水集中到相应的水垫塘集水井9内，并最终利用外部排水设备排出；而通风洞3的作用是供排水廊道2的通风。

本发明利用相应的排水廊道2和通风洞3设置排水系统，具体为：排水系统包括排水主管5，排水主管5的一端为进水端，其另一端为出水端；排水主管5的进水端从水垫塘底板混凝土层1的上表面穿出，排水主管5的出水端在穿过水垫塘底板混凝土层1后沿排水廊道2和通风洞3向通风洞3的出口方向布置；沿排水主管5的走向间隔地设置有多根排水支管6，并且多根排水支管6分别位于不同高程，在每根排水支管6上分别设置有控制阀门7。

排水系统通过上述布置方式，利用排水主管5可将水垫塘内的水体排入到下方的排水廊道2内，然后沿通风洞3和排水廊道2流入水垫塘集水井9并被相应的排水设备抽出。因此本发明中的排水系统充分利用了现有水垫塘设备及其结构，可以简化工程投资，同时也更便于对水垫塘的排水作业。当然，理论上，也可设置与排水廊道2和通风洞3类似的专门通道用于布置排水主管5，并且满足本发明中对排水主管5的布置要求即可。

另外，考虑到在一些高坝采用水垫塘结构中，其水垫塘内的水体深度较高，通常可超过30m。在上述情况下，若直接由设置在刚穿过水垫塘底板混凝土层1的排水主管5的出水端进行排水，则由于排水水头压力太大，容易对排水廊道2内相应的混凝土结构或者其他设备造成冲刷破坏，不利于水垫塘结构的安全；而且对于高水头的压力作用，也会增加对相应控制阀门7的启闭控制难度以及控制阀门7自身的设备要求。为此本发明中利用通风洞3内向其出口方向逐渐爬升的情况，将排水主管5的出水端沿排水廊道2和通风洞3进行布置，并且向通风洞3的出口方向布置，其目的是将排水主管5的出水端所在高程尽量设置在较高位置；同时在排水主管5的不同高程位置设置多根排水支管6作为不同高程的出水位置，通过依次开启相应的排水支管6进行排水以降低排水水头以及排水时的冲刷破坏作用。

例如，当需要排出水垫塘内的水体8时，可首先通过对应的控制阀门开启位于排水主管5上最接近且低于水垫塘内水体8此时液面高程的排水支管6，由该排水支管6进行排水；由于此时水垫塘内水体8的液面高程与该排水支管6的出水端所在高程之间差距较小，因此从该排水支管6排水的水头压力较低，可降低其冲刷破坏作用。当上述排水支管6将水垫塘内水体8的实时液面高程排至接近该排水支管6的出水端所在高程时，再开启相邻的下一个排水支管6继续进行排水；如此操作，直到将位于最低位置的排水支管6开启并将水垫塘内的水体排出为止。

当然，经过上述各排水支管6排出的水将沿着通风洞3和排水廊道2流入水垫塘集水井9并被相应的排水设备抽出；例如通过设置的外置排水泵将水垫塘集水井9内的水泵至水垫塘以外排出。

另外，为了确保位于最低位置的排水支管6能将水垫塘内的所有水体尽量排出完，应当设置其中一根排水支管6的高程不高于水垫塘底板混凝土层1上表面所在高程；通常将该排水支管6设置在排水主管5的最低位置处。

另外，本发明中的排水主管5，理论上由于设置有排水支管6进行排水，因此排水主管5的出水端可以不用排水；但是为了避免在自然状态下水垫塘内部水体8从排水主管5的出水端出水，当排水主管5上出水端的高程不高于水垫塘内部水体8的设计最高水位h时，在排水主管5上可设置有控制阀门7；这样通过控制阀门7可关闭排水主管5；具体的可以在排水主管5的出水端处设置有相应的控制阀门7或者也可在排水管5上的其它位置设置有相应的控制阀门7。另外，当排水主管5上出水端的高程高于水垫塘内部水体8的设计最高水位h时，可以不用在排水主管5上设置相应的控制阀门7；因此时排水主管5的出水端高于水垫塘内的水体8对应的液面高度，因此不会从该出水端排水。

另外，参照附图4中所示，本发明中进一步将排水主管5的进水端从水垫塘底板混凝土层1的上表面穿出后设置有弯管段51，所述弯管段51弯曲后使进水端的口部朝向下方。这样设置的好处是由于将排水主管5进水端的口部朝向下方，因此水体内的沉积物(如淤泥等)将不会直接沉积到排水主管5的口部，可避免造成对排水主管5的堵塞，确保其进水通畅。更具体的，在设置有弯管段51的情况下，又为了能尽量排尽水垫塘内的水体8，同时又能避免沉积物堵塞排水管5的口部，本发明中优选设置排水主管5上进水端的口部与水垫塘底板混凝土层1的上表面之间的间距l为10cm～20cm；如设置l为10cm。

另外，考虑到通风洞3通常还用于供行人通行，因此为了避免在通过各排水支管6排水的过程中也可供通行，进一步可在通风洞3内沿通风洞3的走向设置有排水沟31，并且将从排水主管5的出水端或者任一排水支管6排出的水直接排入排水沟31内。当然，相应的通风洞3内位于排水沟31的旁边可设置有供行人通行的通道，例如设置相应的阶梯台阶等。不失一般性，在相应的排水廊道2内也可设置有专门供从排水主管5所排出的水流的排水沟；并通过该排水沟将排出的水引流至水垫塘集水井9内，具体可参照附图1中所示的箭头方向。

另外，本发明中所述的水垫塘排水、充水系统，还包括充水系统，所述充水系统包括充水管10，充水管10的一端为进水端，其另一端为出水端；充水管10的进水端穿过混凝土挡水大坝11后与上游库水水体8相通，充水管10进水端的高程低于上游库水水体8的死水位；充水管10的进水端穿过混凝土挡水大坝11后沿混凝土挡水大坝11壁面向下布置并穿过设置于混凝土挡水大坝11后侧的交通桥12，在充水管10上与交通桥12对应的位置处设置有控制阀门7。具体的，充水管10可在修筑混凝土挡水大坝11预埋在其内部。通过充水管10可非常方便的向水垫塘内进行充水，需要充水时只需要站在相应的交通桥12上将对应的控制阀门7开启即可利用上游库水水体自身的重力作用向下游水垫塘进行充水。

更具体的，优选将充水管10上出水端的高程设置为略低于水垫塘边墙4的顶部高程；如附图5中所示。另外，为了确保在能有效的进行充水，通常将充水管10进水端的高程设置低于上游库水水体8的死水位h；并且通常可设置充水管10进水端的高程与上游库水水体8的死水位h之间的间距为3～5m。