一种具有消能效果的阶梯形分级溢洪道的制作方法

1.本发明涉及一种具有消能效果的阶梯形分级溢洪道，属于水利水电建筑工程技术领域。


背景技术：

2.在水利水电工程中，一般泄洪洞(或溢洪道)出口流出的水流能量较大，下游河床受到的冲刷力较大，对河床及其周围环境的影响也较大，特别是布置在高陡山体上的泄洪洞出口消能问题尤为突出。泄洪消能是水利水电工程枢纽设计中至关重要的环节，为保证建筑物安全和减轻对下游河道冲刷，通常在泄水建筑物中设置消能工来衔接上下游水流并进行集中消能。因此，需在泄洪洞(或溢洪道)出口处设置消能设施，降低出口水流能量，减轻水流对河道的冲刷，保护河道两岸的建筑物。溢洪道的消能措施主要有挑流消能和底流消能两种方式。挑流消能泄洪水流在空中经历较长距离，调整扩散，最终落入水垫塘，挑流水舌主要通过在空中摩擦、扩散或碰撞及在水垫塘(或消力池)中进行集中消能；消能工一般设置于水舌出口，通过收缩、扩散或镂空等方式达到整流消能的目的，在水垫塘或消力池中易形成淹没漩滚流态，消能效率高。底流消能以消力池内水跃消能为主，多采用泄槽与消力池结合的方式，为了增加消能效果，多在流道进口或消力池内设置消能工，例如，在闸墩处的宽尾墩、小挑坎等，消力池内设置跌坎、分流墩、反台阶、齿坎、反向碰撞等方式(消能工一般淹没于消力池水位以下)，使得在消力池内更容易形成三维漩滚水跃流态或增加沿程能耗，最终达到整流消能的目的。
3.但是，采用上述两种消能方式均存在一定的适用条件和弊端。挑流消能模式容易引起泄洪雾化问题，挑向下游的水舌冲刷河床水垫容易形成冲坑，一般不得已条件下采用。底流消能模式应用较为广泛，然而，当地形条件及建筑物布置限制，高落差泄洪洞(或溢洪道)流速大、能量集中，若下游水位较低可能导致消力池内水跃流态不稳定，甚至形成远驱水跃，消能不充分，需要以加长消力池长度为代价，即使在消力池内增加消能措施也很难达到较高的消能效果。此时，如何设计一种布置灵活、消能效果好、对两岸建筑物影响较小且适于高陡山体地形的泄洪消能设施是本领域技术人员研究的重要问题。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明提供了一种具有消能效果的阶梯形分级溢洪道。
5.本发明通过以下技术方案得以实现：
6.一种具有消能效果的阶梯形分级溢洪道，包括从上游至下游依次设置的一级消力池、一级陡槽、二级消力池、三级消力池、二级陡槽、四级消力池和海漫，所述一级消力池的上游侧与泄洪洞相接，所述海漫的下游侧与原河道平顺相接。
7.所述一级消力池布置在泄洪洞的出口或末端，一级消力池内设置有渐变段将泄洪水流宽度从泄洪洞的宽度调整为一级陡槽的宽度，一级消力池上游段的顶部间隔布置有若干消能墩，且一级消力池的尾部设有斜坡式梳状尾坎。
8.若干所述消能墩之间的净距为0.5～1m，斜坡式梳状尾坎的底坡为1:3～1:5。
9.所述一级陡槽和二级陡槽均为阶梯形多级跃水式结构，一级陡槽和二级陡槽的跃水单级高度h均大于对应的跃水单级宽度b，一级陡槽中每级跃水的下游端均设有齿坎a，二级陡槽中每级跃水的下游端均设有齿坎b。
10.所述齿坎a、齿坎b的高度均不低于0.2m。
11.所述一级陡槽底部通过若干抗拔锚杆a与地基连接，二级陡槽的底部通过若干抗拔锚杆b与地基连接。
12.所述二级消力池的尾部设有用于壅水的实用堰，实用堰的轴线与一级陡槽的轴线平行，且实用堰的高度大于2m。
13.所述三级消力池与二级消力池紧密相连，三级消力池的纵截面形状呈不规则多边形结构，其尾部设有连续式尾坎a，四级消力池的尾部设有连续式尾坎b，海漫为浆砌石或干砌石结构，其宽度与四级消力池同宽。
14.所述三级消力池的纵截面形状呈五边形，五边形的第一条边与一级陡槽的轴线平行，第二条边和第五条边与一级陡槽的轴线垂直，第三条边与二级陡槽的轴线垂直，第四条边的下游端相对上游端向靠近第二条边的方向倾斜。
15.所述一级陡槽、一级消力池和泄洪洞的轴线重合，二级陡槽、四级消力池和海漫的轴线重合，并斜向原河道下游方向。
16.本发明的有益效果在于：
17.1、溢洪道设置于泄洪洞的出口，泄洪水流经多级消力池和多级陡槽充分消能后排入原河道，以减轻对原河道的冲刷，并保证下游建筑物安全；同时，由于一级消力池、一级陡槽、二级消力池、三级消力池、二级陡槽、四级消力池的横向为封闭结构，能够防止在消能过程中引起泄洪雾化。
18.2、将溢洪道分级并呈折线布置，改变了泄洪水流方向，以适应各种地形地质条件，特别适用于小流量高落差泄洪。
19.3、将陡槽设置为带有齿坎的多级跌水结构，以分散泄洪水流主流，并对水体冲击波进行破坏，从而提高消能效率。
20.4、将泄洪出口一级消力池的尾坎设置为斜坡式梳状尾坎结构，同时达到排出淤沙和良好消能的效果。
21.5、在陡槽底板设置抗拔锚杆，使陡槽在泄洪水体的拖携力和自重作用下维持结构稳定，确保溢洪道结构安全。
22.6、具有布置灵活、消能效果好、结构安全和适应性强等优点，克服了常规泄洪消能技术存在的弊端和使用条件限制，工程效益显著，可在类似工程推广应用。
附图说明
23.图1为本发明的结构示意图；
24.图2为图1沿a-a的剖视图；
25.图3为图1在a处的大样图；
26.图4为图1在d处的大样图；
27.图5为图2在b处的大样图；
28.图6为图2在c处的大样图。
29.图中：1-泄洪洞，2-一级消力池，21-斜坡式梳状尾坎，22-消能墩，3-一级陡槽，31-齿坎a，32-抗拔锚杆a，4-二级消力池，41-实用堰，5-三级消力池，51-连续式尾坎a，52-第一条边，53-第二条边，54-第三条边，55-第四条边，56-第五条边，6-二级陡槽，61-齿坎b，62-抗拔锚杆b，7-四级消力池，71-连续式尾坎b，8-海漫，9-原河道。
具体实施方式
30.下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
31.如图1至图6所示，本发明所述的一种具有消能效果的阶梯形分级溢洪道，包括从上游至下游依次设置的一级消力池2、一级陡槽3、二级消力池4、三级消力池5、二级陡槽6、四级消力池7和海漫8，所述一级消力池2的上游侧与泄洪洞1相接，所述海漫8的下游侧与原河道9平顺相接。在使用时，一级消力池2、一级陡槽3、二级消力池4、三级消力池5、二级陡槽6、四级消力池7的横向为封闭结构，防止在消能过程中引起泄洪雾化，采用多级消能的方式将泄洪水流充分消能后再排入原河道9，以减轻对原河道9的冲刷，并保证下游建筑物安全。
32.所述一级消力池2布置在泄洪洞1的出口或末端，一级消力池2内设置有渐变段将泄洪水流宽度从泄洪洞1的宽度调整为一级陡槽3的宽度，一级消力池2上游段的顶部间隔布置有多个消能墩22，且一级消力池2的尾部设有斜坡式梳状尾坎21。通过消能墩22和斜坡式梳状尾坎21以同时达到排出淤沙和良好消能的效果。
33.多个所述消能墩22之间的净距为0.5～1m，斜坡式梳状尾坎21的底坡为1:3～1:5。斜坡式梳状尾坎21的底坡布置为1:3～1:5，在不明显涌高水位的同时使下泄水流携带泥沙顺利排入一级陡槽3，若过陡则会造成壅水过高影响泄洪1的同时不利于排沙，若过缓则会增加一级消力池2的长度，增加工程量。
34.所述一级陡槽3和二级陡槽6均为阶梯形多级跃水式结构，一级陡槽3和二级陡槽6的跃水单级高度h均大于对应的跃水单级宽度b，一级陡槽3中每级跃水的下游端均设有齿坎a31，二级陡槽6中每级跃水的下游端均设有齿坎b61。
35.所述齿坎a31、齿坎b61的高度均不低于0.2m。使泄洪水流在陡槽内漩滚、碰撞和强烈紊动以达到充分消能效果。
36.所述一级陡槽3底部通过若干抗拔锚杆a32与地基连接，二级陡槽6的底部通过若干抗拔锚杆b62与地基连接。在使用时，地基指稳定地基。
37.所述二级消力池4的尾部设有用于壅水的实用堰41，实用堰41的轴线与一级陡槽3的轴线平行，且实用堰41的高度大于2m。使泄洪水流能够在二级消力池4内形成淹没水跃，以减小二级消力池4的长度。
38.所述三级消力池5与二级消力池4紧密相连，三级消力池5的纵截面形状呈不规则多边形结构，其尾部设有连续式尾坎a51，四级消力池7的尾部设有连续式尾坎b71，海漫8为浆砌石或干砌石结构，其宽度与四级消力池7同宽。
39.所述三级消力池5的纵截面形状呈五边形，五边形的第一条边52与一级陡槽3的轴线平行，第二条边53和第五条边56与一级陡槽3的轴线垂直，第三条边54与二级陡槽6的轴线垂直，第四条边55的下游端相对上游端向靠近第二条边53的方向倾斜。以通过三级消力池5改变泄洪水流方向。
40.所述一级陡槽3、一级消力池2和泄洪洞1的轴线重合，二级陡槽6、四级消力池7和海漫8的轴线重合，并斜向原河道9下游方向。使溢洪道呈折线布置，以提高其对地形地质条件的适用性。
41.本发明所提供的具有消能效果的阶梯形分级溢洪道，其有益效果如下：
42.1、溢洪道设置于泄洪洞1的出口，泄洪水流经多级消力池和多级陡槽充分消能后排入原河道9，以减轻对原河道9的冲刷，并保证下游建筑物安全；同时，由于一级消力池2、一级陡槽3、二级消力池4、三级消力池5、二级陡槽6、四级消力池7的横向为封闭结构，能够防止在消能过程中引起泄洪雾化。
43.2、将溢洪道分级并呈折线布置，改变了泄洪水流方向，以适应各种地形地质条件，特别适用于小流量高落差泄洪。
44.3、将陡槽设置为带有齿坎的多级跌水结构，以分散泄洪水流主流，并对水体冲击波进行破坏，从而提高消能效率。
45.4、将泄洪1出口一级消力池2的尾坎设置为斜坡式梳状尾坎21结构，同时达到排出淤沙和良好消能的效果。
46.5、在陡槽底板设置抗拔锚杆，使陡槽在泄洪水体的拖携力和自重作用下维持结构稳定，确保溢洪道结构安全。
47.6、具有布置灵活、消能效果好、结构安全和适应性强等优点，克服了常规泄洪消能技术存在的弊端和使用条件限制，工程效益显著，可在类似工程推广应用。