專利名稱：河道設(shè)有上游圍堰的導(dǎo)流明渠截流進(jìn)占戧堤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水利水電工程中導(dǎo)流明渠截流技術(shù)，更為具體地說，是涉及一種上游圍堰沒有完全拆除，圍堰設(shè)有過流缺口的導(dǎo)流明渠截流用進(jìn)占戧堤。

背景技術(shù)：
導(dǎo)流明渠的截流是水利水電工程建設(shè)的重要組成部分。與河道主河床截流相比，由于導(dǎo)流明渠截流是在混凝土渠底上實(shí)施截流，截流拋投料難以在混凝土渠底上站穩(wěn)，拋投料的穩(wěn)定性較低，從而導(dǎo)致拋投料流失量較大，在截流困難階段大料用量較多，且截流安全性相對也較低。現(xiàn)有技術(shù)的導(dǎo)流明渠截流，截流戧堤一般設(shè)置在明渠進(jìn)口或者尾部水面較窄且方便進(jìn)占的部位，截流戧堤的預(yù)進(jìn)占戧堤段起點(diǎn)A選擇在明渠內(nèi)側(cè)河岸，截流戧堤的龍口位于明渠內(nèi)，截流戧堤的軸線為直線。當(dāng)截流水流量較大時(shí)，為了能順利進(jìn)行截流，截流戧堤可設(shè)計(jì)為寬戧、雙戧、或多戧截流形式，但不論為什么形式，截流戧堤的軸線均為直線，截流戧堤的施工均按直線進(jìn)占，如三峽、丹江口、葛洲壩等水利樞紐工程中的導(dǎo)流明渠截流，均按直線進(jìn)占施工截流。當(dāng)前明渠截流中降低截流難度的主要措施有①增加導(dǎo)流建筑物的分流能力；②在明渠中預(yù)拋攔石坎墊底加糙；③增大截流用料的塊體質(zhì)量和穩(wěn)定性；④采用多戧堤截流等。例如三峽右岸導(dǎo)流明渠截流，其截流設(shè)計(jì)流量10300～8600m3/s，采用上下游龍口分別預(yù)拋投鋼架石籠和合金鋼網(wǎng)石兜形成攔石坎，并上下雙戧立堵截流成功。導(dǎo)致明渠截流困難的主要原因是拋投料穩(wěn)定性差、截流困難時(shí)段流失量大和大料用量多，現(xiàn)有技術(shù)的這些降低導(dǎo)流明渠截流難度的技術(shù)措施，都屬于被動(dòng)性的，而都不是從改進(jìn)截流戧堤進(jìn)占方式以降低導(dǎo)流明渠截流難度，即主動(dòng)地從根本上降低導(dǎo)流明渠截流難度。
直到本發(fā)明完成之前，發(fā)明人還未發(fā)現(xiàn)采用本發(fā)明提出的截流戧堤用于河道上游圍堰依然存在，圍堰上設(shè)有導(dǎo)流缺口的導(dǎo)流明渠截流，以降低導(dǎo)流明渠截流難度，完成明渠截流的文獻(xiàn)報(bào)道和工程實(shí)例。


發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的河道上游圍堰依然存在，圍堰設(shè)有導(dǎo)流缺口的導(dǎo)流明渠截流進(jìn)占戧堤存在的不足，本發(fā)明目的旨在提出一種全新的河道上游圍堰依然存在的導(dǎo)流明渠截流進(jìn)占戧堤，以此解決在導(dǎo)流明渠截流中拋投料穩(wěn)定性差、拋投料流失量大、大料用量多和截流指標(biāo)高等諸多問題。
在導(dǎo)流明渠截流施工中，限于地形因素，導(dǎo)流明渠截流往往只能從明渠內(nèi)側(cè)河岸至外側(cè)單向拋投進(jìn)占截流，針對導(dǎo)流明渠截流的這一特點(diǎn)，本發(fā)明所提出的導(dǎo)流明渠截流戧堤，基于非直線型截流進(jìn)占設(shè)計(jì)基本理念，從明渠內(nèi)側(cè)河岸進(jìn)口某適當(dāng)位置出發(fā)，首先利用截流戧堤本身挑開流入明渠的水流，當(dāng)繞過明渠進(jìn)口主流區(qū)后，戧堤軸線則順?biāo)髡巯蛎髑鈧?cè)進(jìn)口下游，隨著戧堤進(jìn)占，水流將從下游向上游呈“S”型逆向流入導(dǎo)流明渠，在戧堤截流龍口形成時(shí)，進(jìn)占戧堤與未完全拆除的主河道上游圍堰和明渠外側(cè)河岸堤墻之間形成“短間距雙戧”截流形式，從而實(shí)現(xiàn)戧堤龍口合龍。
本發(fā)明所提出的河道設(shè)有上游圍堰的導(dǎo)流明渠截流進(jìn)占戧堤，按照導(dǎo)流明渠截流進(jìn)占施工過程，主要由預(yù)進(jìn)占戧堤、進(jìn)占戧堤、合龍戧堤和預(yù)進(jìn)占裹頭構(gòu)成，截流戧堤的軸線整體為折線，其中預(yù)進(jìn)占戧堤軸線與進(jìn)占戧堤軸線相交，進(jìn)占戧堤軸線、龍口戧堤軸線和預(yù)進(jìn)占裹頭軸線相接，預(yù)進(jìn)占戧堤起點(diǎn)A選擇在明渠內(nèi)側(cè)河岸，預(yù)進(jìn)占裹頭起點(diǎn)C選擇在過流缺口與導(dǎo)流明渠之間的上游圍堰上，預(yù)進(jìn)占戧堤軸線與進(jìn)占戧堤軸線交點(diǎn)B′位于河道內(nèi)，B′與明渠外側(cè)河岸進(jìn)口B點(diǎn)的連線方向與河道主流方向夾角θ為15～90°，且B′至B點(diǎn)的距離B0使對應(yīng)龍口水流平均流速小于2.5m/s，在戧堤形成截流龍口時(shí)，整個(gè)截流由進(jìn)站戧堤與未完全拆除的主河道上游圍堰和明渠外側(cè)堤岸之間形成“短間距雙戧”截流。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步方案是預(yù)進(jìn)占戧堤的起點(diǎn)A位于明渠外側(cè)進(jìn)口B點(diǎn)的上游，且在導(dǎo)流明渠外側(cè)進(jìn)口以內(nèi)；預(yù)進(jìn)占戧堤與進(jìn)占戧堤交接處區(qū)(附圖2中的

所指區(qū)域)采用大塊石或鋼筋石籠防護(hù)，使其能抵抗流速不大于5.5m/s水流的沖擊，最好是使其能抵抗流速不大于5.0m/s水流的沖擊。對預(yù)進(jìn)占戧堤與進(jìn)占戧堤交接處區(qū)

的防護(hù)，可采用下面的尹茲巴斯公式進(jìn)行 式中k-拋投料穩(wěn)定系數(shù)。受龍口坡度α和拋投料水下休止角ψ影響，可按以下公式計(jì)算經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)得出k可取0.9； V-計(jì)算點(diǎn)處斷面平均流速，m/s； γs，γ-分別為拋投料和水的容重，t/m3； g-重力加速度，9.8m/s2； d-拋投料化為球體的直徑，m。
在本發(fā)明的上述技術(shù)方案中，主要有兩個(gè)重要控制指標(biāo)。其一為B′至B的距離(即它們間的寬度B0)，其二為圖2中

區(qū)需預(yù)拋投大塊石或鋼筋石籠防護(hù)。B′至B的距離B0的寬度不能太小，也不能過大，若B0的寬度太小，則會(huì)過分地束窄水流會(huì)增大龍口水力指標(biāo)，達(dá)不到降低截流難度的目的，并且在戧堤合龍時(shí)，逆向水流對戧堤下游堤腳的沖刷，會(huì)影響戧堤的穩(wěn)定；若B0寬度過大，則不能充分利用明渠外側(cè)河岸堤墻的阻水作用，且浪費(fèi)拋投料。圖2中

區(qū)需預(yù)拋投大塊石或鋼筋石籠進(jìn)行防護(hù)，因?yàn)閼甑烫幱诤淆堧A段時(shí)，龍口下游逆向水流經(jīng)過導(dǎo)流明渠外側(cè)河岸進(jìn)口處邊墻的折沖，會(huì)直接沖刷圖2中

區(qū)域，其流速為4.5～5.5m/s。若不預(yù)拋投大塊石或鋼筋石籠防護(hù)，則會(huì)導(dǎo)致戧堤下游堤腳被強(qiáng)烈沖刷，當(dāng)沖刷的幅度較大時(shí)，戧堤在沖刷與自身滲透壓力共同作用下，容易引起戧堤失穩(wěn)，甚至決口，從而影響截流安全。
發(fā)明人經(jīng)過深入研究分析了B0的主要控制性因素在于進(jìn)占戧堤下游堤腳的抗沖性和穩(wěn)定性，認(rèn)為在B0能使對應(yīng)龍口(即B′至B點(diǎn)之間的龍口)平均流速小于2.5m/s，且B′B點(diǎn)的連線方向與河道主流方向夾角θ為15～90°；并在在進(jìn)占過程中，對圖2中

區(qū)實(shí)施大塊石或鋼筋石籠防護(hù)，則能達(dá)到龍口安全合龍的水力指標(biāo)要求。其中，圖2中

區(qū)實(shí)際流速指標(biāo)可由預(yù)拋投的大塊石或鋼筋石籠按伊茲巴斯公式(見


)計(jì)算求得，發(fā)明人建議該流速小于5.0m/s。
在工程實(shí)踐中，發(fā)明人建議按照以上控制指標(biāo)，先初步擬定幾個(gè)不同尺寸的龍口寬度，然后通過物理模型試驗(yàn)測定水力指標(biāo)后再確定具體的實(shí)施方案。
本發(fā)明揭示的導(dǎo)流明渠截流戧堤，摒棄了傳統(tǒng)意義上的直線型戧堤垂直或近似垂直于明渠水流主流方向進(jìn)占截流的設(shè)計(jì)理念，將戧堤龍口位置由明渠內(nèi)調(diào)整為明渠外，并將戧堤軸線改為折線。本發(fā)明揭示的非直線型導(dǎo)流明渠截流戧堤，與傳統(tǒng)的直線型截流戧堤相比，能有效的降低龍口平均流速和單寬功率，提高拋投料穩(wěn)定性，即有效降低施工截流各項(xiàng)水力學(xué)指標(biāo)，明顯減輕明渠截流難度。
本發(fā)明揭示的導(dǎo)流明渠截流戧堤，其主要優(yōu)點(diǎn)是 1、運(yùn)用截流戧堤本身進(jìn)占方向控制進(jìn)入導(dǎo)流明渠的水流流向，使水流繞流進(jìn)入明渠，增大了水流沿程損失和減小了龍口范圍水面線梯度，從而降低了截流指標(biāo)。
2、在戧堤形成截流龍口的過程中，導(dǎo)流明渠外側(cè)河岸堤墻充當(dāng)下游擋水丁壩，形成“短間距雙戧”截流形式，由于導(dǎo)流明渠外側(cè)河岸堤墻壅高了戧堤下游水位，從而減小了截流水力指標(biāo)。
3、龍口位于原河槽，龍口底部糙率較大，有利于截流拋投料穩(wěn)定。
4、截流戧堤方向與導(dǎo)流建筑物進(jìn)口方向一致，增加導(dǎo)流建筑物的分流能力。
本發(fā)明揭示的導(dǎo)流明渠截流戧堤與現(xiàn)有技術(shù)的直線型截流戧堤相比，概括起來具有以下十分突出的有益技術(shù)效果 1、能有效減少大尺度截流料用量，節(jié)約截流工程投資。例如某工程實(shí)例中，與原設(shè)計(jì)直線形戧堤方案相比，非直線型截流方案大部分戧堤主要采用石渣料進(jìn)占，只有在合龍困難時(shí)期才采用少量大尺度截流料，大塊石拋投料用量減少53.5％。
2、有效降低拋投料流失量，可采用較低備料系數(shù)。例如某工程實(shí)例中，在均未考慮流失量的情況下，理論上非直線形戧堤拋投量比直線型形戧堤拋投量增加30％，但由于非直線形戧堤龍口布置于糙率較大的河道內(nèi)，拋投料流失量減小，且大尺度截流料用量大大減少，其實(shí)際拋投量卻二者相當(dāng)。
3、有效降低龍口范圍內(nèi)截流指標(biāo)。例如實(shí)施實(shí)例中，采用非直線型戧堤軸線雖然與直線型戧堤軸線有相同的最終落差，但其龍口流速、單寬功率分別較直線型戧堤軸線龍口流速、單寬功率降低30％和50％。
4、能適應(yīng)大流量、高水頭截流。明渠外側(cè)河岸堤墻能充分發(fā)揮壅高戧堤下游水位的作用，從而減小截流落差及各項(xiàng)水力指標(biāo)。
5、降低了明渠截流難度和提高了截流安全度。綜合上述三方面有益效果，可以判定這種新式的截流進(jìn)占方式能明顯的降低截流難度、提高截流安全度和節(jié)省截流工程投資。


圖1是導(dǎo)流明渠、河床、傳統(tǒng)的截流戧堤與本發(fā)明所提出的截流戧堤平面布置示意圖。
圖2是本發(fā)明所提出的導(dǎo)流明渠截流戧堤進(jìn)占過程示意圖，其中圖a是預(yù)進(jìn)占戧堤完成后的形象圖，圖b進(jìn)占戧堤與預(yù)進(jìn)占裹頭形成龍口后的形象圖，圖c是合龍戧堤后的形象圖。
圖3是實(shí)施例1龍口平均流速對比曲線圖。
圖4是實(shí)施例1龍口截流落差對比曲線圖。
圖5是實(shí)施例1龍口單寬功率對比曲線圖。
在上述附圖中，各圖示標(biāo)號的標(biāo)識對象是①-傳統(tǒng)直線型截流戧堤軸線(A-B)；②-本發(fā)明的非直線型截流戧堤軸線(A-B′-C)；③-導(dǎo)流明渠；④-主河道；⑤-原上游圍堰；⑥-過流缺口；⑦-預(yù)進(jìn)占戧堤；⑨-進(jìn)占戧堤；⑨-合龍戧堤；⑩-預(yù)進(jìn)占裹頭；

預(yù)拋投大塊石重點(diǎn)防護(hù)區(qū)。1-傳統(tǒng)的直線型截流戧堤，2-本發(fā)明的非直線型截流戧堤。

具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附面說明給出本發(fā)明的實(shí)施例，并通過實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。有必要在這里特別說明的是，本發(fā)明的具體實(shí)施方式
不限于實(shí)施例中的形式，根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以采取其他的具體方式進(jìn)行實(shí)施，因此，實(shí)施例不能理解為是本發(fā)明僅可以實(shí)施的具體實(shí)施方式
。
工程實(shí)例 本工程實(shí)例中根據(jù)進(jìn)口地形和施工條件，設(shè)計(jì)方案有兩個(gè)，一是傳統(tǒng)的直線型進(jìn)占戧堤，二是本發(fā)明的非直線進(jìn)占戧堤，兩種進(jìn)占方式的截流戧堤軸線布置如圖1所示。本發(fā)明的非直線截流戧堤整體效果如圖2所示，截流戧堤按照導(dǎo)流明渠截流進(jìn)占施工過程，由預(yù)進(jìn)占戧堤段A-B′、進(jìn)占戧堤段、龍口戧堤段和預(yù)進(jìn)占裹頭構(gòu)成，截流戧堤的軸線整體為折線，預(yù)進(jìn)占戧堤與進(jìn)占戧堤的交點(diǎn)B′，也是整個(gè)戧堤的折點(diǎn)，預(yù)進(jìn)占戧堤起點(diǎn)A位于明渠內(nèi)側(cè)河岸，且在明渠外側(cè)河岸進(jìn)口B點(diǎn)的上游，預(yù)進(jìn)占裹頭起點(diǎn)C設(shè)計(jì)上游圍堰上，位于過流缺口與導(dǎo)流明渠之間，預(yù)進(jìn)占戧堤軸線與進(jìn)占戧堤軸線交點(diǎn)B′位于河道內(nèi)，預(yù)進(jìn)占戧堤與進(jìn)占戧堤的交點(diǎn)B′至明渠外側(cè)河岸進(jìn)口B點(diǎn)的距離B0為35m，B B′連線方向與河道水流主流方向夾角θ為45°左右處，進(jìn)占戧堤的軸線與導(dǎo)流明渠外側(cè)河岸基本平行。戧堤的設(shè)計(jì)頂寬20m，上下游邊坡均為1∶1.5。通過1∶50的正態(tài)模型試驗(yàn)，對比原直線型戧堤方案和優(yōu)化的非直線型戧堤方案，二者的截流水力學(xué)指標(biāo)對比如附圖3、附圖4和附圖5所示。
由圖附圖3、附圖4和附圖5可以看出，非直線型戧堤的各項(xiàng)截流指標(biāo)均優(yōu)于直線型截流戧堤的截流指標(biāo)，如表1所示。由圖4可知，雖然最終截流落差相當(dāng)，但在截流過程中每個(gè)截流時(shí)段，非直線型戧堤的上下游落差均小于直線型的截流落差。由表2可知，相對于直線形戧堤方案，非直線戧堤方案大塊石拋投料用量減少了53.5％，減小幅度較大。 表1 龍口截流指標(biāo)對比
表2 拋投料用量比較

權(quán)利要求
1.一種河道設(shè)有上游圍堰的導(dǎo)流明渠截流進(jìn)占戧堤，其特征在于根據(jù)導(dǎo)流明渠截流進(jìn)占施工過程，主要由預(yù)進(jìn)占戧堤、進(jìn)占戧堤、合龍戧堤和預(yù)進(jìn)占裹頭構(gòu)成，截流戧堤的軸線整體為折線，其中預(yù)進(jìn)占戧堤軸線與進(jìn)占戧堤軸線相交，進(jìn)占戧堤軸線、龍口戧堤軸線和預(yù)進(jìn)占裹頭軸線相接，預(yù)進(jìn)占戧堤起點(diǎn)A選擇在明渠內(nèi)側(cè)河岸，預(yù)進(jìn)占裹頭起點(diǎn)C選擇在過流缺口與導(dǎo)流明渠之間的上游圍堰上，預(yù)進(jìn)占戧堤軸線與進(jìn)占戧堤軸線交點(diǎn)B′位于河道內(nèi)，B′與明渠外側(cè)河岸進(jìn)口B點(diǎn)的連線方向與河道主流方向夾角θ為15～90°，且B′至B點(diǎn)的距離B0使對應(yīng)龍口水流平均流速小于2.5m/s，在戧堤形成截流龍口時(shí)，整個(gè)截流由進(jìn)站戧堤與未完全拆除的主河道上游圍堰和明渠外側(cè)堤岸之間形成“短間距雙戧”截流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于河道設(shè)有上游圍堰的導(dǎo)流明渠截流進(jìn)占戧堤，其特征在于預(yù)進(jìn)占戧堤起點(diǎn)A位于明渠外側(cè)河岸進(jìn)口B點(diǎn)的上游，且在導(dǎo)流明渠外側(cè)進(jìn)口以內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的河道設(shè)有上游圍堰的導(dǎo)流明渠截流進(jìn)占戧堤，其特征在于預(yù)進(jìn)占戧堤與進(jìn)占戧堤交接處區(qū)采用大塊石或鋼筋石籠防護(hù)，使其能抵抗流速不大于5.5m/s水流的沖擊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的河道設(shè)有上游圍堰的導(dǎo)流明渠截流進(jìn)占戧堤，其特征在于預(yù)進(jìn)占戧堤與進(jìn)占戧堤交接處區(qū)采用大塊石或鋼筋石籠防護(hù)，使其能抵抗流速不大于5.0m/s水流的沖擊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的河道設(shè)有上游圍堰的導(dǎo)流明渠截流進(jìn)占戧堤，其特征在于預(yù)進(jìn)占戧堤與進(jìn)占戧堤交接處區(qū)的防護(hù)根據(jù)下面的尹茲巴斯公式進(jìn)行
式中k-拋投料穩(wěn)定系數(shù)，受龍口坡度α和拋投料水下休止角ψ影響，可按以下公式計(jì)算經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)得出k可取0.9；
V-計(jì)算點(diǎn)處斷面平均流速，m/s；
γs、γ-分別為拋投料和水的容重，t/m3；
g-重力加速度，9.8m/s2；
d-拋投料化為球體的直徑，m。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種河道設(shè)有上游圍堰的導(dǎo)流明渠截流戧堤進(jìn)占方法，主要由預(yù)進(jìn)占戧堤、進(jìn)占戧堤、龍口戧堤和預(yù)進(jìn)占裹頭構(gòu)成，截流戧堤的軸線整體為折線，其中預(yù)進(jìn)占戧堤軸線與進(jìn)占戧堤軸線相交，進(jìn)占戧堤軸線、合龍戧堤軸線和預(yù)進(jìn)占裹頭軸線相接，預(yù)進(jìn)占戧堤起點(diǎn)A選擇在明渠內(nèi)側(cè)河岸，預(yù)進(jìn)占裹頭起點(diǎn)C選擇在河道上游圍堰的過流缺口與導(dǎo)流明渠之間，預(yù)進(jìn)占戧堤軸線與進(jìn)占戧堤軸線交點(diǎn)B′位于河道內(nèi)，B′與導(dǎo)流明渠外側(cè)進(jìn)口起點(diǎn)B的距離為B0，B0為能使對應(yīng)龍口流速小于2.5m/s，B B′連線方向與河道主流方向夾角θ控制在15～90°范圍內(nèi)。本發(fā)明與傳統(tǒng)截流戧堤相比較，能有效的降低施工截流各項(xiàng)水力學(xué)指標(biāo)和明顯減輕明渠截流難度。
文檔編號E02B7/00GK101768941SQ20101013033
公開日2010年7月7日 申請日期2010年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月22日
發(fā)明者馬旭東, 戴光清, 楊慶, 李國敬, 許杰 申請人:四川大學(xué)