本發(fā)明屬于水利水電工程中水工建筑物泄洪消能領(lǐng)域，具體涉及導(dǎo)流坎–消力墩–梁柱結(jié)構(gòu)消力坎聯(lián)合消能工的水力設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

城市排澇是水利的一項(xiàng)重要任務(wù)，然而，受限于城市本身的用地條件和規(guī)劃限制等因素，在建及實(shí)際使用中的排澇通道往往并不順暢，消能防沖問(wèn)題突出，對(duì)工程本身運(yùn)行安全及人民生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成威脅。特別是沿海重要城鎮(zhèn)，多受熱帶風(fēng)暴及臺(tái)風(fēng)影響，洪澇災(zāi)害頻發(fā)，加之地處感潮河段，其復(fù)雜的水力特征為城市排澇增加不利因素，常規(guī)消能防沖技術(shù)很難滿足異形排澇通道消能防沖要求。目前消能防沖研究多應(yīng)用于閘和壩，如文恒等的“閘門開啟過(guò)程中的閘下沖刷”研究，胡明的“低水頭、大單寬流量泄洪消能形式試驗(yàn)研究”，董寶順等的y型寬尾墩跌坎消力池聯(lián)合消能方式；城市排澇學(xué)科領(lǐng)域的研究則大多集中在城市排澇體系規(guī)劃、排澇對(duì)策研究、城市排澇水力計(jì)算等方面，如張靜等提出建立蓄、滯、排相結(jié)合的現(xiàn)代城市排澇體系；針對(duì)異形排澇通道的消能防沖研究則很少。由于城市是政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心，城市排澇的設(shè)計(jì)優(yōu)劣，直接關(guān)系到城市發(fā)展和人民生命財(cái)產(chǎn)安全，排澇站一旦失事，其造成的損失往往會(huì)大大超過(guò)一般地處偏遠(yuǎn)山區(qū)閘壩水毀的破壞力。因此，探索適應(yīng)城市異形排澇通道的消能防沖新技術(shù)尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的水工建筑物泄流消能設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀與不足，本發(fā)明的目的旨在提供一種導(dǎo)流坎–消力墩–梁柱結(jié)構(gòu)消力坎聯(lián)合消能工的水力設(shè)計(jì)方法。該聯(lián)合消能工相比常規(guī)消能防沖設(shè)施具有水力條件局限性小、布置靈活并兼具導(dǎo)流功能等優(yōu)勢(shì)，可有效解決異形排澇通道的消能防沖問(wèn)題，保障工程安全。

測(cè)量計(jì)算布置導(dǎo)流坎–消力墩–梁柱結(jié)構(gòu)消力坎聯(lián)合消能工的具體步驟如下：

步驟1（1）：測(cè)量待進(jìn)行消能防沖整治的排澇流道的沿程水深、流道左右側(cè)過(guò)流比α，確定導(dǎo)流坎高度、導(dǎo)流坎個(gè)數(shù)，以及消力坎、消力墩的高度和開孔率，具體設(shè)計(jì)方法為：在彎道附近分次逐級(jí)消能或?qū)Я?，?dǎo)流坎、消力墩及消力坎的高度控制在該處增設(shè)消能工前平均水深的1/2～2/3，導(dǎo)流坎個(gè)數(shù)為1/α--（1/α+1），并于出水箱涵段等距布置，導(dǎo)流坎的形狀為圓弧形，導(dǎo)流坎按其頭部與根部連線與凹岸約成30°布置，導(dǎo)流坎的圓弧半徑按圓弧中心角50°-60°設(shè)置；

消力坎的開孔率以及消力墩的墩凈間距與墩中心距之比為0.3-0.6，消力墩墩前水流流速越高、比值選取越大,消力坎處水流流速越大，開孔率選取越大；

（2）：測(cè)量泵房出口流速、泵房出口總寬度、出水池長(zhǎng)度，計(jì)算各道導(dǎo)流坎的布置位置、弧長(zhǎng)和半徑；

首道導(dǎo)流坎水力設(shè)計(jì)公式：

ｌ×＝ｂ0+ｌ0-8.2ｖ20／2ｇ

ｌ1＝0.874×ｌ×

ｒ1／ｌ1＝7.42×ｖ20／2ｇ／ｌ０

式中：ｌ×為首道導(dǎo)流坎起點(diǎn)至出水池右邊墻距離，ｂ0為泵房出口總寬度，ｌ０為出水池長(zhǎng)度，ｖ0為泵房出口流速，ｇ為重力加速度，ｌ1為導(dǎo)流坎弧長(zhǎng)，所述ｌ1中的下標(biāo)1為導(dǎo)流坎編號(hào)，后文中ｌ2、ｌ3和ｌ4含義可類推，ｒ1為導(dǎo)流坎半徑，所述ｒ1中的下標(biāo)1為導(dǎo)流坎編號(hào)，后文中ｒ2、ｒ3和ｒ4含義可類推；

第二道導(dǎo)流坎水力設(shè)計(jì)公式：

l2=1.0×ｌ1

ｒ2=1.0×ｒ1

第三道導(dǎo)流坎水力設(shè)計(jì)公式：

l3=0.776×ｌ1

ｒ3=0.619×ｒ1

第四道導(dǎo)流坎水力設(shè)計(jì)公式：

l4=1.0×ｌ1

ｒ4=1.0×ｒ1

（3）：測(cè)量消力墩墩前流速，計(jì)算各道消力坎布置位置：

第一道消力坎距消力墩距離d1為

d1=8.98×v21/2g

第二道消力坎距消力墩距離d2為

d2=19.54×v21/2g

第三道消力坎距消力墩距離d3為

d3=37.66×v21/2g

式中，v1為消力墩墩前平均流速。

（4）：消力坎采用梁柱結(jié)構(gòu)型式，下部采用圓柱體與基礎(chǔ)連接，上部通過(guò)等寬的橫梁將各個(gè)柱體連成整體，消力坎梁厚，導(dǎo)流坎、消力坎的寬度，及消力墩的厚度依據(jù)工程實(shí)際結(jié)構(gòu)強(qiáng)度需要而定。

附圖說(shuō)明：

圖1為福州某地排澇站根據(jù)本導(dǎo)流坎-消力墩-梁柱結(jié)構(gòu)消力坎聯(lián)合消能工的水力設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出的導(dǎo)流坎-消力墩-梁柱結(jié)構(gòu)消力坎聯(lián)合消能工的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為江西某地排澇閘根據(jù)本導(dǎo)流坎-消力墩-梁柱結(jié)構(gòu)消力坎聯(lián)合消能工的水力設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出的導(dǎo)流坎-消力墩-梁柱結(jié)構(gòu)消力坎聯(lián)合消能工的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為福建某地河道根據(jù)本導(dǎo)流坎-消力墩-梁柱結(jié)構(gòu)消力坎聯(lián)合消能工的水力設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出的航道整治工程的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、排澇站泵房，2、泵房出口，3出水池，4、導(dǎo)流坎，5、出水箱涵垂直立柱，6、出水箱涵，7、消力墩，8新五孔閘，9、梁柱結(jié)構(gòu)消力坎，10、九孔閘，11、排澇閘，12、支流彎道。

具體實(shí)施方式：

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1

依據(jù)圖1所述，根據(jù)本設(shè)計(jì)方法算得，福建某地排澇站在最不利工況下，出水箱涵6段平均水深約1.64m，左右側(cè)過(guò)流比為1/3，項(xiàng)目采用4道0.9m高的弧形的導(dǎo)流坎4，大致等距布置。導(dǎo)流坎4挑角為30°，中心角為51°。新五孔閘8與九孔閘10之間平均水位約1.62m，流速約4~6m/s，出水箱涵6出口處流速為最大6.09m/s。項(xiàng)目在出水箱涵6出口處布置1道共9個(gè)高1m、寬0.8m的消力墩7，消力墩7凈間距與中心距之比為0.56，在新五孔閘8和九孔閘10之間順沿新五孔閘8開閘泄水的流向布置2道高0.8m、開孔率0.44的梁柱結(jié)構(gòu)消力坎9，1道高0.8m、開孔率0.34的梁柱結(jié)構(gòu)消力坎9。

排澇站泵房出口2流速為6.91m/s，泵房出口2總寬度25m，出水池3長(zhǎng)度17m，根據(jù)上述公式，計(jì)算得出首道導(dǎo)流坎4起點(diǎn)距離出水池3右邊墻22m，弧長(zhǎng)為19.3m，導(dǎo)流坎4半徑為20.5m，實(shí)際工程取21m。第二道導(dǎo)流坎4弧長(zhǎng)19.3m，半徑21m；第三道導(dǎo)流坎4弧長(zhǎng)15.0m，半徑13m；第四道導(dǎo)流坎4弧長(zhǎng)19.3m，半徑21m。

排澇站梁柱結(jié)構(gòu)消力坎9下部采用直徑0.8m、高0.5m的等距布置的圓柱體與護(hù)坦連接，上部通過(guò)寬0.8m、厚0.3m的橫梁將各個(gè)柱體連成整體，從而形成高、寬均為0.8m的消力坎。

實(shí)施例2

依據(jù)圖2所述，根據(jù)本設(shè)計(jì)方法算得，江西某地排澇閘近似成s型，兩彎角間平均水深2.12m，左右側(cè)過(guò)流比為0.5，該區(qū)間布置2道1.4m高的弧形的導(dǎo)流坎4，挑角為30°，中心角為60°。第二彎角處平均水深2.09m，流速約5.1m/s，主流區(qū)最大流速7.2m/s，該區(qū)域布置1道共10個(gè)高1.4m、寬0.8m的消力墩7，凈間距與中心距之比為0.6,和1道高1.1m、開孔率0.5的梁柱結(jié)構(gòu)消力坎9。

對(duì)于本工程而言，泵房出口2流速即為排澇閘11過(guò)閘最大流速7.3m/s，泵房出口2總寬即為閘室總寬度20m，出水池3長(zhǎng)度即為閘室至第一彎道的距離約21m，根據(jù)上述公式，計(jì)算得出首道導(dǎo)流坎4起點(diǎn)距離出水池3右邊墻18.7m，弧長(zhǎng)為16.4m，導(dǎo)流坎4半徑為15.7m，實(shí)際工程取15.5m。第二道導(dǎo)流坎4弧長(zhǎng)16.4m，半徑15.5m。

該工程中消力墩7墩前平均流速為5.6m/s，根據(jù)上述公式計(jì)算梁柱結(jié)構(gòu)消力坎9距消力墩7的距離分別為14.4m。

該工程梁柱結(jié)構(gòu)消力坎9，下部采用直徑0.8m、高0.8m的等距布置的圓柱體與護(hù)坦連接，上部通過(guò)寬0.8m、厚0.3m的橫梁將各個(gè)柱體連成整體，從而形成高1.1m、寬0.8m的消力坎。

實(shí)施例3

依據(jù)圖3所述福建某地航道整治工程位于干支流交匯處，支流主流偏向河道左側(cè)集中匯流，交匯處干流側(cè)流速較大，不利于通航。通過(guò)本設(shè)計(jì)方法算得，在設(shè)計(jì)工況下，支流出口段水深約2.2m，左右側(cè)過(guò)流比為0.5，該區(qū)間布置2道1.1m高的弧形的導(dǎo)流坎4，挑角為30°，中心角為60°。支流出口設(shè)計(jì)最大流速5.5m/s，干支流交匯處平均水深2.5m，在支流出口處布置1道共27個(gè)高1.1m、寬2.1m的消力墩7，凈間距與中心距之比為0.3,1道高1.7m、開孔率0.6的梁柱結(jié)構(gòu)消力坎9。

對(duì)于本工程而言，泵房出口2流速即為支流上游彎道流速5.5m/s，泵房出口2總寬度即為支流寬度50m，出水池長(zhǎng)度即為支流上游轉(zhuǎn)彎距離約10m，出水池3右邊墻即為支流上游彎道左岸，根據(jù)上述公式，計(jì)算得出首道導(dǎo)流坎4起點(diǎn)距離彎道左岸49.4m，弧長(zhǎng)為43.1m，導(dǎo)流坎4半徑為41.1m，實(shí)際工程取41m。第二道導(dǎo)流坎4弧長(zhǎng)43.1m，半徑41m。

本工程中消力墩7墩前平均流速為5.5m/s，根據(jù)上述公式計(jì)算消力坎距消力墩的距離為13.8m。

本工程梁柱結(jié)構(gòu)消力坎4，下部采用直徑1.5m、高1.2m的等距布置的圓柱體與護(hù)坦連接，上部通過(guò)寬1.5m、厚0.5m的橫梁將各個(gè)柱體連成整體，從而形成高1.7m、寬1.5m的消力坎4。

本實(shí)施例并非對(duì)本發(fā)明的形狀、材料、結(jié)構(gòu)等作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。