專利名稱：大塊石護坦消能防沖結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及ー種大塊石護坦消能防沖結(jié)構(gòu)，主要適用于水利水電樞紐工程，特別是山區(qū)低水頭的水利水電樞紐工程。
背景技術(shù)：
在水利水電工程中，泄水建筑物是保障水庫安全和充分發(fā)揮工程效益的關(guān)鍵。消能結(jié)構(gòu)是泄水建筑物的有機組成部分，擔負著消散部分或大部分水流動能的任務，井能使消能エ泄放的水流與下游河道原有水流獲得妥善銜接。設(shè)計吋，需要考慮下泄水流可能產(chǎn)生的空蝕、脈動、振動、磨損、沖刷等破壞作用。當泄水建筑物泄放的集中急流沿平底或帶斜坡的渠槽流動時，如果遇到足夠深度的緩流尾水頂托，會突然轉(zhuǎn)變?yōu)榫徚髁鲬B(tài)，即常稱的水躍現(xiàn)象。水躍發(fā)生時，表面橫軸漩輥 與接觸面的強烈紊動剪切和橫軸漩輥的紊動是消能的主要作用，底部主流沿程擴散時所受固體邊壁的摩擦以及設(shè)有輔助消能エ時所遭遇的阻力，也起一定的消能作用。因此，水躍既是流態(tài)轉(zhuǎn)變的過程，同時也是有效消能的過程。水躍消能可適用于高中低水頭、大中小流量的各類泄水建筑物，這種消能方式對地質(zhì)條件要求低，對尾水變幅適應性好，因而得到廣泛應用。但水躍消能一般需要修建消力池，對下游水深有一定要求，為了滿足產(chǎn)生淹沒水躍的條件，有時需要通過開挖或修建尾坎増加下游水深，開挖量較大，而且護坦一般為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，施工時間長，費用較高；當水頭較高時，護坦前部承受較高的流速，易于發(fā)生空蝕及磨損，動水作用カ及脈動荷載等問題較突出，運行維護也不方便。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是針對上述存在的問題提供ー種結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、消能效果好、適應性強的大塊石護坦消能防沖結(jié)構(gòu)，保護河床不受沖刷，達到消能防沖的目的，同時節(jié)省工程投資，縮短エ期，運行維護方便，且有利于保證工程安全。本實用新型所采用的技術(shù)方案是大塊石護坦消能防沖結(jié)構(gòu)，包括建造于閘壩基礎(chǔ)上的混凝土閘壩，該閘壩下游側(cè)澆筑混凝土護坦，其特征在于所述混凝土護坦下游側(cè)沿水流方向依次鋪設(shè)ー級大塊石護坦和ニ級大塊石護坦；所述ー級大塊石護坦中底層塊石均分為三個部分，頂層塊石均分為四個部分，且各部分均沿河道寬度方向并排布置；所述ニ級大塊石護坦均分為三個部分，且各部分沿河道寬度方向并排布置。兩級大塊石護坦的總長度L = 6(h" -h')，式中h"表示躍后共軛水深，h'表示躍前共軛水深；形成一級大塊石護坦和ニ級大塊石護坦的塊石的粒徑均由以下公式計算得至IJ，對于水平底坡，d = 0. 0382ノ，對于傾斜底坡，d = 0. 0215ノ，式中v為水流流過各級大塊石護坦時的流速，d為塊石的粒徑；各級大塊石護坦的厚度為形成相應大塊石護坦所需塊石粒徑d的3倍。本實用新型的有益效果是1、采用大塊石護坦代替混凝土護坦，利用大塊石護坦糙率較大的特點，降低了下泄水流的流速；同時因水面壅高而抬高了下游水位，在護坦范圍內(nèi)形成淹沒水躍消能；并通過水流和大塊石之間的摩擦以及摩擦引起的紊動，更充分消散能量，其消能率大大高于混凝土護坦。2、利用大塊石抗沖耐磨的工程特性，能有效的保護河床免受沖刷，并且由于大塊石強度遠高于混凝土強度，可適應多泥沙河流的消能防沖，從而提高了低水頭樞紐工程壩下水躍消能的適應性。3、采用大塊石護坦，壅高下游水位，避免或減少了河床開挖，縮短了護坦長度，降低了對地基的要求，同時其適應地基變形能力強。4、大塊石護坦施工靈活簡便，エ藝要求低，而且可以根據(jù)實際沖刷情況及時進行維護修復，因而有效地保證了壩下消能防沖建筑物的運行可靠性，從而確保了樞紐工程安全。5、較之混凝土護坦的施工，大塊石護坦施工エ藝更加簡單、エ期更短、工程量更少，還可就地取材，經(jīng)濟效益顯著。

圖I是本實用新型的結(jié)構(gòu)圖。圖2是圖I的A-A向剖視圖。圖3是圖I的B-B向剖視圖。圖4是圖2的C-C向剖視圖。圖5是圖I的D-D向剖視圖。
具體實施方式
如圖I-圖5所示，本實施例適用于大塊石豐富的山區(qū)低水頭水利水電樞紐工程中，該條件下泄水建筑物下泄水流流速相對較低，下游水深較小，使大塊石利用重力作用保證自身穩(wěn)定成為可能，因此本例中采用大塊石護坦代替現(xiàn)有消能防沖結(jié)構(gòu)中的混凝土護坦；其結(jié)構(gòu)包括閘壩基礎(chǔ)5，以及建造于閘壩基礎(chǔ)上的混凝土閘壩1，該閘壩下游側(cè)沿水流方向依次布置混凝土護坦2、一級大塊石護坦3和ニ級大塊石護坦4。整個大塊石護坦(包括一級大塊石護坦和ニ級大塊石護坦)的長度L =6(h" -h/ )，式中h"表示躍后共軛水深，h'表示躍前共軛水深，単位均為m。各級大塊石護坦中塊石的粒徑不同，但均由以下公式計算得到，對于水平底坡，d = 0. 0382ノ，對于傾斜底坡，d = 0. 0215ノ，式中V為水流流過各級大塊石護坦時的流速，單位為m/s，d為塊石的粒徑，單位為m ;由于流過一級大塊石護坦3的水流速度大于流過ニ級大塊石護坦4的水流速度，因此ー級大塊石護坦3中塊石的粒徑大于ニ級大塊石護坦4中塊石的粒徑，本例中取單體5t重大塊石作為ー級大塊石護坦3的基本組成單位，取單體3t重大塊石作為ニ級大塊石護坦4的基本組成單位。各級大塊石護坦的厚度與組成相應護坦的大塊石的粒徑有關(guān)，根據(jù)一般工程經(jīng)驗，取3倍的塊石粒徑d作為護坦厚度(即ー級大塊石護坦的厚度為形成一級大塊石護坦所需塊石粒徑的3倍，ニ級大塊石護坦的厚度為形成ニ級大塊石護坦所需塊石粒徑的3倍)；本例中由于ー級大塊石護坦3中塊石的粒徑大于ニ級大塊石護坦4中塊石的粒徑，因此ー級大塊石護坦3的厚度大于ニ級大塊石護坦4的厚度。大塊石護坦較厚且面積較大時可分層分塊實施，本例中一級大塊石護坦3中底層塊石均分為三個部分分序施工，且各部分沿河道寬度方向并排布置；頂層塊石均分為四個 部分分序施工，且各部分沿河道寬度方向并排布置；ニ級大塊石護坦4均分為三個部分分序施工，且各部分沿河道寬度方向并排布置。在實際操作中，通過計算分析，經(jīng)驗判斷及模型試驗等方法，擬定合理的大塊石護坦長度、厚度及塊石粒徑。首先根據(jù)計算分析初擬大塊石護坦(包括一級大塊石護坦和ニ級大塊石護坦)長度L，一般為躍后共軛水深h"與躍前共軛水深h'之差的6倍，即L =6(h" -h/ )。然后通過水エ模型試驗驗證初擬長度的合理性，適當修正后確定最終大塊石護坦的長度。 然后確定大塊石的粒徑d，根據(jù)水力計算手冊，塊石在一般條件下保持穩(wěn)定的折算直徑可按下式計算
d = ^^^c、2g ムニL
7
Id = [^ = l.24W式中d——塊石折算直徑，m ；V——石塊體積,m3 ；V-水流流速，m/s;y s——石塊的重度，可取Y s = 2. 65kN/m3 ；y——水的重度,可取Y = lkN/m3 ；g——重力加速度，9. 8 lm/s2 ;c——石塊的穩(wěn)定系數(shù)，水平底坡c = 0. 9，傾斜底坡c = I. 2，也可由實驗確定。由此計算得水平底坡d= 0. 0382v2,傾斜底坡d = 0. 0215ノ，利用上述公式分別計算得到一級大塊石護坦3中塊石的粒徑和ニ級大塊石護坦4中塊石的粒徑，并通過水エ模型試驗對所得粒徑大小合理性進行驗證。在塊石粒徑d的大小確定后，結(jié)合工程經(jīng)驗取3d作為塊石護坦厚度，再根據(jù)模型試驗掲示的水力學壩下沖坑深度特性，驗證其塊石護坦厚度的合理性。上述各參數(shù)確定后，進行消能護坦結(jié)構(gòu)的施工，其步驟如下a、進行閘壩基礎(chǔ)5的開挖，并預留下游混凝土護坦2的基礎(chǔ)開挖面；b、澆筑混凝土閘壩I ;C、清理平整混凝土護坦2的開挖面形成穩(wěn)定基礎(chǔ)面，并預留下游ー級大塊石護坦3的開挖面；d、澆筑混凝土護坦2;e、清理平整一級大塊石護坦3的開挖面形成穩(wěn)定基礎(chǔ)面，并預留ニ級大塊石護坦4開挖面；f、分層分塊吊運堆放大塊石(單體重5t)形成一級大塊石護坦3，即先按順序錯臺堆放底層3-la部分塊石、3-lb部分塊石、3-lc部分塊石，再按順序錯臺堆放頂層3_2a部分塊石、3-2b部分塊石、3-2c部分塊石、3-2d部分塊石，直到滿足ー級大塊石護坦3的厚度要求；[0039]g、清理平整ニ級大塊石護坦4的開挖面形成穩(wěn)定基礎(chǔ)面，然后分層分塊吊運堆放大塊石(單體重3t)形成ニ級大塊石護坦4，即按順序錯臺堆 放4a部分塊石、4b部分塊石、4c部分塊石，直到滿足ニ級大塊石護坦4的厚度要求，并與下游河床平順銜接即可。本實用新型適用于大塊石較豐富的山區(qū)低水頭工程，壩下采用大塊石護坦消能防沖結(jié)構(gòu)，消能效果好，施工要求低，運行維護方便，適應性強，技術(shù)經(jīng)濟指標優(yōu)越。
權(quán)利要求1.一種大塊石護坦消能防沖結(jié)構(gòu)，包括建造于閘壩基礎(chǔ)(5)上的混凝土閘壩(1)，該閘壩下游側(cè)澆筑混凝土護坦(2)，其特征在于所述混凝土護坦(2)下游側(cè)沿水流方向依次鋪設(shè)ー級大塊石護坦(3)和ニ級大塊石護坦(4);所述ー級大塊石護坦(3)中底層塊石均分為三個部分，頂層塊石均分為四個部分，且各部分均沿河道寬度方向并排布置；所述ニ級大塊石護坦(4)均分為三個部分，且各部分沿河道寬度方向并排布置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大塊石護坦消能防沖結(jié)構(gòu)，其特征在于兩級大塊石護坦的總長度L = 6(h" -h/ )，式中h"表示躍后共軛水深，h'表示躍前共軛水深；形成ー級大塊石護坦(3)和ニ級大塊石護坦(4)的塊石的粒徑均由以下公式計算得到，對于水平底坡，d = 0. 0382v2，對于傾斜底坡，d = 0. 0215v2，式中v為水流流過各級大塊石護坦時的流速，d為塊石的粒徑；各級大塊石護坦的厚度為形成相應大塊石護坦所需塊石粒徑d的3倍。
專利摘要本實用新型涉及一種大塊石護坦消能防沖結(jié)構(gòu)。本實用新型的目的是提供一種大塊石護坦消能防沖結(jié)構(gòu)，保護河床不受沖刷，達到消能防沖的目的。本實用新型的技術(shù)方案是大塊石護坦消能防沖結(jié)構(gòu)，包括建造于閘壩基礎(chǔ)上的混凝土閘壩，該閘壩下游側(cè)澆筑混凝土護坦，其特征在于所述混凝土護坦下游側(cè)沿水流方向依次鋪設(shè)一級大塊石護坦和二級大塊石護坦；所述一級大塊石護坦中底層塊石均分為三個部分，頂層塊石均分為四個部分，且各部分均沿河道寬度方向并排布置；所述二級大塊石護坦均分為三個部分，且各部分沿河道寬度方向并排布置。本實用新型適用于水利水電樞紐工程，特別是山區(qū)低水頭的水利水電樞紐工程。
文檔編號E02B3/14GK202390805SQ20112046232
公開日2012年8月22日 申請日期2011年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月18日
發(fā)明者史彬, 吳宏榮, 吳春鳴, 徐建強, 扈曉雯, 陳祥榮 申請人:中國水電顧問集團華東勘測設(shè)計研究院