一种泄水建筑物消能装置及其消能方法与流程

本发明涉及一种泄水建筑物消能装置及其消能方法，属于水利工程技术邻域。

背景技术：

近几十年来，国内水利水电建设迅速发展，下游的消能防冲建筑物是影响水电枢纽工程安全运行的重要部位之一。目前主要采用的挑流消能、底流消能、面流消能，在泄水建筑物出口部分的水流流速高，动能大，会对下游河床、岸坡造成较为严重的冲刷变形，危及下游建筑物安全。高速、强紊动水流在流经消力池时，易对消力池底板产生严重的冲刷破坏。

技术实现要素：

为减轻泄水建筑物泄水时下泄水流对下游河床、岸坡、建筑物的冲刷，改善水利条件，保证消能效率和下游建筑物安全以及减少修建消能工的工程量，降低工程造价，本发明提供一种泄水建筑物借助层叠绳索对高速下泄水流进行层层缓冲的消能方法。

本发明采用的技术方案是：一种泄水建筑物消能装置，包括闸门1、坝顶2、溢流坝面3、挑流鼻坎4、坝趾5、消力池6、消力坎前端7、钢筋8、钢筋环9、绳索10；

所述的闸门1设置在坝顶2上端，闸门1关闭时与坝顶2相连，溢流坝面3连接在坝顶2下游，溢流坝面3的下端与挑流鼻坎4相连，溢流坝面3、挑流鼻坎4与地基之间为坝趾5，挑流鼻坎4的下游连接消力池6，消力池6下游与消力坎前端7相连，坝趾5与消力池6上游的池坎相连，坝趾5中自上而下间隔插入若干层带环钢筋8，每层带环钢筋8的数量为若干根且间隔分布，每根带环钢筋8的端部设有露出消力池6上游池坎的钢筋环9，消力坎前端7中自上而下间隔插入若干层带环钢筋8，每层带环钢筋8的数量为若干根且间隔分布，每根带环钢筋8的端部设有露出消力池6下游池坎的钢筋环9，坝趾5插入的带环钢筋8的层数及每层中带环钢筋8的数量、间隔与消力坎前端7插入的带环钢筋8的层数及每层中带环钢筋8的数量、间隔相同，坝趾5插入的带环钢筋8的钢筋环9与对应的消力坎前端7插入的带环钢筋8的钢筋环9通过绳索10绑扎相连。

优选地，所述的坝趾5插入的带环钢筋8的延长线与消力池6底部所在水平线的夹角为锐角。

优选地，所述的挑流鼻坎4反弧段采用圆弧曲线，溢流坝面3中间直线段分别与坝顶2上部溢流曲线和下部挑流鼻坎4反弧曲线相切。

优选地，所述的坝趾5插入的带环钢筋8和消力坎前端7插入的带环钢筋8的相邻层之间的间隔相等，同一层中相邻两根带环钢筋8之间的间隔相等。

优选地，所述的绳索10选用麻绳。

优选地，所述的带环钢筋8采用不锈钢筋，钢筋环9表面喷涂防腐涂料。

一种所述的泄水建筑物消能装置的消能方法，包括如下步骤：

step1：在需放水时打开闸门1放水；

step2:高速下泄水依次流经溢流坝面3、挑流鼻坎4后，冲击到绳索10上，冲击在绳索10表面的水流经过每一层绳索10的消能后流经消力池9；

step3：消力池9流出的水流流经消力坎前端7后稳定流出。

本发明的有益效果是：

（1）层层减少高速水流下坠进入消力池的冲击力，防止冲击破坏。

（2）使流向下游进入消力池的水流流态稳定，减少水流紊动。

（3）大大减小了水流动能，防止对下游河床、护岸、边坡等冲击破坏。

（4）减少对下游消能工的修建，降低工程造价。

附图说明

图1是本发明整体结构的立面图。

图2是绳索部分的平面图。

图中各标号：1-闸门，2-坝顶，3-溢流坝面，4-挑流鼻坎，5-坝趾，6-消力池，7-消力坎前端，8-钢筋，9-钢筋环，10-绳索。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

实施例1：如图1-2所示，一种泄水建筑物消能装置，包括闸门1、坝顶2、溢流坝面3、挑流鼻坎4、坝趾5、消力池6、消力坎前端7、钢筋8、钢筋环9、绳索10；

所述的闸门1设置在坝顶2上端，闸门1关闭时与坝顶2相连，溢流坝面3连接在坝顶2下游，溢流坝面3的下端与挑流鼻坎4相连，溢流坝面3、挑流鼻坎4与地基之间为坝趾5，挑流鼻坎4的下游连接消力池6，消力池6下游与消力坎前端7相连，坝趾5与消力池6上游的池坎相连，坝趾5中自上而下间隔插入若干层带环钢筋8，每层带环钢筋8的数量为若干根且间隔分布，每根带环钢筋8的端部设有露出消力池6上游池坎的钢筋环9，消力坎前端7中自上而下间隔插入若干层带环钢筋8，每层带环钢筋8的数量为若干根且间隔分布，每根带环钢筋8的端部设有露出消力池6下游池坎的钢筋环9，坝趾5插入的带环钢筋8的层数及每层中带环钢筋8的数量、间隔与消力坎前端7插入的带环钢筋8的层数及每层中带环钢筋8的数量、间隔相同，坝趾5插入的带环钢筋8的钢筋环9与对应的消力坎前端7插入的带环钢筋8的钢筋环9通过绳索10绑扎相连，使整个消力池6上面层层排布有绳索10。

闸门1用于挡水和泄水。上游开闸门1放水后，冲入消力池6的高速下泄水流首先由绳索10承接，冲击在绳索10表面的水流经过每一层绳索10都减少了动能，对水流冲击力有一个缓冲作用。

进一步地，所述的坝趾5插入的带环钢筋8的延长线与消力池6底部所在水平线的夹角为锐角。夹角为锐角用以减小下泄高速水流冲击下在消力池6上游池坎与钢筋环9连接处产生的剪切应力，保证消力池6上游池坎处混凝土结构受力情况良好，防止发生剪切破坏。

进一步地，所述的挑流鼻坎4反弧段采用圆弧曲线，溢流坝面3中间直线段分别与坝顶2上部溢流曲线和下部挑流鼻坎4反弧曲线相切。挑流鼻坎4反弧段采用圆弧曲线，可以将顺坝下泄的高速水流转向，方便消能。坝体越高，反弧处流速越大，反弧半径就越大。

进一步地，所述的坝趾5插入的带环钢筋8和消力坎前端7插入的带环钢筋8的相邻层之间的间隔相等，同一层中相邻两根带环钢筋8之间的间隔相等。等间隔设置绳索10是为保证下泄高速水流冲击在绳索10上水力情况良好，使下泄水流动能在层层绳索10间均匀减小，防止出现局部应力过大的情况。

进一步地，绳索10材料宜选用抗拉强、耐酸碱、耐严寒、易拆装捆绑、经济实用的麻绳。

进一步地，所述的带环钢筋8采用不锈钢筋，钢筋环9表面喷涂防腐涂料。由于钢筋环9露在混凝土外部且与水接触，喷涂防腐涂料可以有效防止锈蚀。

本发明在具体安装过程中，绳索10沿坝轴向排列数量和位置根据插筋数量和下游坝宽确定，绳索10长度根据消力池长度确定。绳索10层数和每层绳索数量均根据实际下游坝高和坝宽以及河谷地形条件均匀布置。消力池6的长度、高度、宽度应根据挑流鼻坎4高度，挑距的长度，现场的地质条件，水力学经验公式计算布置。带环钢筋8插筋数量，间隔等符合相应的设计采用规范，不对坝体造成安全隐患。

一种所述的泄水建筑物消能装置的消能方法，包括如下步骤：

step1：在需放水时打开闸门1放水；

step2:高速下泄水依次流经溢流坝面3、挑流鼻坎4后，冲击到绳索10上，冲击在绳索10表面的水流经过每一层绳索10的消能后流经消力池9；

step3：消力池9流出的水流流经消力坎前端7后稳定流出。

本发明在大坝坝趾部分与消能段的消能工之间布置层叠绳索。当高速下泄水流经过挑坎时，布置在大坝下游的绳索10承接水流，冲击在绳索10表面的水流经过每一层绳索都减少了动能，对水流冲击力有一个缓冲作用。本发明可减轻泄水建筑物泄水时下泄水流对下游河床、岸坡、建筑物的冲刷，改善水利条件，保证消能效率和下游建筑物安全以及减少修建消能工的工程量，降低工程造价。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。