[發明專利]大塊石護坦消能防沖結構及其施工方法

有效

• 申請號: 201110368776.5
• 申請日: 2011-11-18
• 公開（公告）號: CN102373693A
• 公開（公告）日: 2012-03-14
• 發明（設計）人: 徐建強;陳祥榮;扈曉雯;吳宏榮;史彬;吳春鳴
• 申請（專利權）人: 中國水電顧問集團華東勘測設計研究院
• 主分類號: E02B8/06
• 分類號: E02B8/06
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 韓小燕

技術領域

本發明涉及一種大塊石護坦消能防沖結構及其施工方法，主要適用于水利水電樞紐工程，特別是山區低水頭的水利水電樞紐工程。

背景技術

在水利水電工程中，泄水建筑物是保障水庫安全和充分發揮工程效益的關鍵。消能結構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，并能使消能工泄放的水流與下游河道原有水流獲得妥善銜接。設計時，需要考慮下泄水流可能產生的空蝕、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，會突然轉變為緩流流態，即常稱的水躍現象。水躍發生時，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有輔助消能工時所遭遇的阻力，也起一定的消能作用。因此，水躍既是流態轉變的過程，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，為了滿足產生淹沒水躍的條件，有時需要通過開挖或修建尾坎增加下游水深，開挖量較大，而且護坦一般為鋼筋混凝土結構，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，易于發生空蝕及磨損，動水作用力及脈動荷載等問題較突出，運行維護也不方便。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：針對上述存在的問題提供一種結構簡單、施工方便、消能效果好、適應性強的大塊石護坦消能防沖結構及其施工方法，保護河床不受沖刷，達到消能防沖的目的，同時節省工程投資，縮短工期，運行維護方便，且有利于保證工程安全。

本發明所采用的技術方案是：大塊石護坦消能防沖結構，包括建造于閘壩基礎上的混凝土閘壩，該閘壩下游側澆筑混凝土護坦，其特征在于：所述混凝土護坦下游側沿水流方向依次鋪設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。

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二級大塊石護坦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。

大塊石護坦消能防沖結構的施工方法，其特征在于步驟如下：

a、進行閘壩基礎的開挖，并預留下游混凝土護坦的基礎開挖面；

b、澆筑混凝土閘壩；

c、清理平整混凝土護坦的開挖面形成穩定基礎面，并預留下游大塊石護坦開挖面；

d、澆筑混凝土護坦；

e、清理平整一級大塊石護坦的開挖面形成穩定基礎面，并預留二級大塊石護坦開挖面；

f、按三個部分錯臺堆放一級大塊石護坦中的底層塊石，然后在底層塊石上方，按四個部分錯臺堆放一級大塊石護坦中的頂層塊石；

g、清理平整二級大塊石護坦的開挖面形成穩定基礎面，按三個部分錯臺堆放塊石形成二級大塊石護坦，并與下游河床平順銜接。

本發明的有益效果是：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，工藝要求低，而且可以根據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，大塊石護坦施工工藝更加簡單、工期更短、工程量更少，還可就地取材，經濟效益顯著。

附圖說明

圖1是本發明的結構圖。

圖2是圖1的A-A向剖視圖。

圖3是圖1的B-B向剖視圖。

圖4是圖2的C-C向剖視圖。