本发明涉及一种生态景观坝，尤其涉及一种水帘洞式生态景观坝。
背景技术：
近年来，随着美丽乡村建设、生态水利理念的提出，也随着水利水电工程的不断创新和发展，也随着社会经济迅猛发展，人们对水景观、水生态建设的要求日益提高。针对城市河道治理工程中建设的堰坝在生态性、景观性、亲水性等方面提出了新的需求。
城市河道上建设的活动景观坝有：水闸、橡胶坝、翻板门坝、钢坝闸和气动闸等，这些活动坝要么成本高，要么可靠性、耐久性差，要么美观性不好；另外，现有的混凝土或砌石体固定式的生态景观坝的景观效应不佳。
鉴于上述缺陷，设计的堰坝在满足防洪安全使用功能的前提下，在减少混凝土用量，提高堰坝的生态性、亲水性、景观性方面对生态景观堰坝的优化进行了探索和实践。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的不足，提供一种具有耐久性好，成本低，运行安全可靠，亲水效果佳，景观生态效应强的水帘洞式的生态景观坝。
为解决上述技术问题，本发明上述目的通过以下技术方案来实现：
一种水帘洞式生态景观坝，包括主坝体，所述主坝体由上游迎水面、顶部溢流面和坝趾阶地组成，所述主坝体横跨设置于河道上，所述顶部溢流面向下游延伸形成跌水平台，跌水平台与主坝体的下游侧形成一个弧形悬臂式挑檐结构，所述坝趾阶地位于所述弧形悬臂式挑檐结构下方，所述弧形悬臂式挑檐结构与坝趾阶地之间设置水帘洞廊道，从跌水平台流下的水形成跌水水帘，且水帘洞廊道中铺设过人汀步，所述水帘洞廊道的下游设置消力池。
所述主坝体的坝轴线呈拱向上游的圆弧结构，所述上游迎水面垂直于水平面，所述主坝体的下游坝面呈向上游弯曲的圆弧形式，使主坝体的横断面呈向上游内凹状。
所述主坝体的顶部溢流面上设置仿自然叠石状的景观堆石，以形成错落的水流瀑布，增加水帘洞水幕的多样性，同时可增加坝体自重有利于坝体抗滑稳定。
所述跌水平台伸出坝趾阶地，使所述跌水水帘的跌水入射点远离坝趾阶地，并正好落入消力池。
所述过人汀步为仿古石板，且所述过人汀步的两头连接两岸人行交通，并在水帘洞廊道的下游边缘设置安全栏杆。
所述主坝体的上游侧坝体上雕刻大型浮雕。
所述坝趾阶地的下游侧设置阶地台阶，阶地台阶上安置人文景观石和水生植物。
所述消力池由消能护坦、设置于消能护坦的下游末端的消力坎、齿墙及两岸边坡组成；所述消能护坦由钢筋混凝土现浇底板和下铺的素混凝土垫层组成，并且每隔15m设置一条伸缩缝，伸缩缝中采用橡胶止水。
所述主坝体的上游设喇叭状的混凝土挡墙、下游设置护岸挡墙，且岸边设置放空涵洞、连接水帘洞廊道的台阶，并在混凝土挡墙及台阶的临水面设置栏杆。
所述跌水平台是把主坝体顶部向下游延长形成自由跌流式跌坎，有利于跌水入射点远离坝趾阶地，有利于主坝体的抗滑稳定。且所述弧形悬臂式挑檐结构为跌水平台的水帘洞廊道提供了空间；
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明水帘洞式生态景观坝的亲水平台设计不是在大坝表面，而是在大坝主体内部靠近下游侧，增加亲水戏水的安全性，可以避免坝顶亲水平台易于摔倒且有随水流滑入消力池的危险。
本发明水帘洞式生态景观坝设计的过江石板汀步设置在水帘洞廊道中，行走在廊道中即能观赏下游错落有致的跌水水幕，又能欣赏跌水落入消力池的水力美景，同时由于廊道内侧有大型浮雕和汀步下游侧台阶上人文景观石安置和水生植物的绿化设计，大大提升行走在水帘洞廊道中的美的享受，增加与水的立体亲水体验。
本发明水帘洞式生态景观坝，具有耐久性好，成本低，运行安全可靠，亲水效果佳，景观生态效应强的水帘洞式的生态景观坝。
附图说明
图1为本发明所提供的一种水帘洞式生态景观坝体轴测图。
标号说明：1、主坝体；11、上游迎水面；12、顶部溢流面；13、坝趾阶地；2、跌水平台；3、水帘洞廊道；31、过人汀步；32、弧形悬臂式挑檐结构；33、阶地台阶；34、安全栏杆；4、消力池；41、消力池护坦；42、消力坎；43、齿墙；44、边坡；45钢筋混凝土现浇底板；46素混凝土垫层；47伸缩缝；5、辅助设施；51、混凝土挡墙；52、栏杆；53、台阶；54、放空洞。
具体实施方式
参照附图和具体实施例对本发明作进一步详细地描述。
如图1所示，本发明一种水帘洞式生态景观坝一实施例包括主坝体1、跌水平台2、水帘洞廊道3和消力池4及辅助设施5组成。
本实施例中，主坝体1的坝轴线呈拱向上游的圆弧结构，上游迎水面11垂直于水平面，下游坝面呈向上游弯曲的圆弧形式，主坝体1的横断面呈“【”形，即呈向上游内凹状，整体由钢筋混凝土筑成，主坝体1横穿河道用于抬高水位，进行河道蓄水，形成景观湖，特别是保障了枯水季节河道的生态用水量。
本实施例中，主坝体1的顶部溢流面12上设仿自然叠石状的景观堆石，以形成错落的水流瀑布，增加水帘洞水幕的多样性，同时可增加坝体自重有利于坝体抗滑稳定。
本实施例中，河水通过顶部溢流面12，再经主坝体坝顶向下游延伸而形成跌水平台2，跌水平台2的底部设置坝趾阶地13，且跌水平台2伸出坝趾阶地13，坝趾阶地13的下游侧设置消力池4。跌水平台2通过自由跌流式泄水，在坝体下游侧形成跌水水幕，跌水跌落入消力池4。利用跌水平台2跌水有利于跌水入射点远离坝趾阶地13，有利于主坝体1的抗滑稳定。且跌水平台2与主坝体1的下游侧形成一个弧形悬臂式挑檐结构32，为在跌水平台2的下面设置水帘洞廊道3提供了空间。
本实施例中，水帘洞廊道3由跌水平台2下面的弧形悬臂式挑檐结构32和坝趾阶地13以及从跌水平台2流下的跌水水帘组成，且水帘洞廊道3中铺设仿古石板过人汀步31，过人汀步31的两头连接两岸人行交通兼具亲水功能，并且在水帘洞廊道3的上游侧坝体弧形悬臂式挑檐结构32上雕刻大型浮雕，增加水文化等宣传的功能。水帘洞廊道3的下游侧设置安全栏杆34，以保护行人安全。同时在水帘洞廊道3下游的阶地台阶33上进行人文景观石安置和水生植物的绿化设计，且人文景观石布设在阶地台阶33的靠近下游侧，对消力池4中跌水回流消能，以保护阶地台阶33上靠近上游侧的水生植物，提升行人行走在水帘洞廊道3中美的感受，增加行人与水的立体亲水体验，让行走于水帘洞廊道3中的行人能感受到吴承恩笔下的“花果山福地，水帘洞洞天”的意境。
本实施例中，消力池4紧邻汀步水帘洞廊道3的下游，由消能护坦41、消能护坦41的下游末端的消力坎42与齿墙43以及两岸边坡44组成；且消能护坦41采用钢筋混凝土现浇底板45，为防止浇筑过程中温度应力引起护坦变形，基础底板设10cm厚素混凝土垫层46。并且每隔15m设伸缩缝47一道，伸缩缝47中采用橡胶止水。
本实施例中，辅助设施5主要包括：上游设喇叭状的混凝土挡墙51、下游设护岸挡墙，放空涵洞54及启闭设备，连接水帘洞廊道的台阶53，以及混凝土挡墙51以及台阶53的临水面设置的栏杆52等；
本实施例建设的实际工程座落于吉首市湾溪河上，本实施例的水帘洞式生态景观坝结构计算及防冲计算过程如下：
一、实施例水帘洞式生态景观坝结构计算
1)计算工况及荷载组合
项目区地震动峰加速度＜0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s(相当于地震基本烈度＜Ⅵ度)，可不进行抗震设防。荷载组合见表1
表1景观坝稳定应力计算工况及荷载组合
2)计算方法
主坝体均座落于岩基上，参照《混凝土重力坝设计规范》(SL 319‐2005)进行坝基抗滑稳定及应力计算,计算公式如下。
抗剪断强度计算公式：
式中:K`——按抗剪断强度计算的抗滑稳定性安全系数；
f`——坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断摩擦系数，取0.65；
c`——坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断凝聚力，KPa；
A——坝基基础面截面积(下同)，m2；
∑W——作用于坝体上全部荷载(包括扬压力，下同)对滑动面的法向分值，kN；
∑P——作用于坝体上部荷载对滑动平面的切向分值，kN。
抗剪强度的计算公式：
式中:K——按抗剪强度计算的抗滑稳定性安全系数；
f——坝体混凝土与坝基接触面的抗剪摩擦系数。
坝基面垂直正应力:
式中:
σy上、σy下—坝基面上、下游边缘垂直正应力(kPa)；
∑M——作用于计算坝段上全部荷载在坝基面截面形心轴的力矩总和，kN.m；
J——计算坝段的坝基面截面积对坝基面形心轴的惯性矩，m2；
X——坝基面上、下游边缘到形心轴的距离，m。
3)计算结果
水帘洞式生态景观坝的坝基面稳定应力计算成果见表2。
表2坝坝基面稳定应力计算成果表
根据《混凝土重力坝设计规范》SL319‐2005规定，坝基面抗滑稳定安全系数K`值应小于表3和表4规定。
表3坝基面抗滑稳定安全系数K`
坝基面抗滑稳定安全系数K值应小于下表规定。
表4坝基面抗滑稳定安全系数K
根据《水工建筑物抗震设计规范》规定在坝体下游面可出现不大于0.1MPa的拉应力。从计算结果可知，景观坝坝基抗滑稳定及抗倾覆满足规范要求。根据该坝体处的地质勘察坝基允许承载力[R]为1.6MPa，坝基面应力满足要求。
二、实施例水帘洞式生态景观坝防冲计算
(1)水流平行于岸坡产生的冲刷可按下式计算：
式中：hB——局部冲刷深度(m)；
hP——冲刷处的水深(m)，以近似设计水位最大深度代替；
Vcp——平均流速(m/s)；
V允——河床面上允许不冲流速(m/s)，按地质条件确定V允＝1.05；
n——与防护岸坡在平面上的形状有关，一般取n＝1/4；
计算结果hB＝6.91m。
经计算，岸坡护岸挡墙护脚在冲刷线以下超深t＝0.15m。
(2)水流斜冲防护岸坡生产的冲刷按下式计算：
式中：Δhp——从河底算起的局部刷深度(m)；
α——水流流向与岸坡交角，α＝10°；
m——护岸迎水坡边坡系数；
d——坡脚处土壤计算粒径，取d＝3cm；
Vj——水流偏斜时，水流局部冲刷流速，
Q1——通过河滩部分的设计流量；
B1——河滩宽度，从河槽边缘至坡脚距离；B1＝60.2m
H1——河滩水深；取H1＝6.76m
β——水流流速分配不均匀系数，与α有关，通过查表查得。
通过计算顺坝的冲刷深度Δhp＝0.55m。
实施例水帘洞式生态景观坝的左右岸挡墙均紧邻岸坡，且深入岸坡大于1.5m，左右岸挡墙顶部高程均高于设计洪水位，基础坐落在基岩面，基底高程197.50m，可避免水流对坝肩及基础冲刷。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，仅为本发明的优选实施例，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改、等同替换、改进等，都落入本发明的保护范围。