[實用新型]一種具有高效防沖消能結構的水墊塘

有效

• 申請號: 201520181225.1
• 申請日: 2015-03-30
• 公開（公告）號: CN204644989U
• 公開（公告）日: 2015-09-16
• 發明（設計）人: 陳和春;李光浩
• 申請（專利權）人: 三峽大學;陳和春;李光浩
• 主分類號: E02B8/06
• 分類號: E02B8/06
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 彭永念

技術領域??

本實用新型屬于水墊塘領域，具體涉及一種具有高效防沖消能結構的水墊塘。

背景技術

目前，高拱壩采用的水墊塘形式主要分為護岸護底水墊塘和護岸不護底水墊塘兩種。護岸護底水墊塘主要有兩種形式一是梯形復式斷面的水墊塘,簡稱平底水墊塘，二是反拱形斷面的水墊塘,簡稱反拱水墊塘。后來隨著不斷對水墊塘的消能機理和沖刷特性認識的深入，開始逐漸嘗試采用透水底板、護岸不護底等一些新形式的水墊塘。

1、平底水墊塘：其中部為平底的護坦板型式這種護坦板在設計上遵循重力式板塊穩定設計準則,以底板浮升穩定為控制條件。

2、反拱水墊塘：這種水墊塘在橫斷面上根據峽谷天然河道的形狀,設計成中部低、兩岸高的拱形體型,用橫向布置的反拱殼體代替了平底板結構。

3、護岸不護底水墊塘：不對水墊塘進行襯砌，只在預挖沖坑部位、對斷層進行處理，基巖錨固和兩岸護坡等。

4、透水底板水墊塘：在水墊塘底板中設置透水孔，底板上下表面的壓力波可以相互傳遞，從而減小底板上下表面的壓力差，提高防護結構的安全性，減少底板的厚度，節省混凝土方。

這4種方法是目前高拱壩主要采用的水墊塘形式，各有優缺點。在方案1中如果對底板塊上舉力大小考慮不夠，底板錨固施工不良，那么一旦底板縫隙止水設施破壞，底板將發生失穩破壞。在方案2中水墊塘的底板以整個拱圈的穩定為控制條件,利用拱的作用抵抗巨大的底板塊上舉力,提高了防護結構的安全性,其穩定性遠高于平底水墊塘。但是射流水舌在水墊塘底板產生的沖擊荷載、荷載的脈動是不均勻的。而在底部各個板塊之間存在的施工縫導致了拱圈不可能是一個整體的彈性結構。當作用與某一個板塊的上舉力大于阻止該板塊失穩的抗力時候，就有沿徑向運動的趨勢，最后形成底板的局部失穩破壞。在方案3中下游河床比較開闊，水墊塘基巖條件較好時，不一定要襯砌水墊塘，只需對沖刷部位預挖、對斷層進行處理、基巖錨固和兩岸護坡等，其造價比襯砌水墊塘低得多。但是采用護坡不護底消力塘受到地形地質條件的嚴格限制。在方案4中透水底板的出現是防護理念上的一個進步，由硬性抗沖集中消能方式向柔性抗沖分散消能方式邁進了一步。但是透水底板仍然是使用鋼筋混凝土這種硬性材料，同樣存在破壞的多米諾效應，一旦某個局部被破壞便將迅速擴展開，而且修復工作的難度和代價往往很大。

因此進一步深入研究水墊塘的消能機理，改進現有水墊塘防沖層結構形式存在的不足，提高工程經濟性，提出一種新型的水墊塘消能防沖方法有重要的實用意義。

發明內容??

本實用新型的目的是針對以上問題，提供一種具有高效防沖消能結構的水墊塘，應用于大壩消能防沖領域，尤其是用于解決高壩挑流消能防沖護底問題時，能夠高效防沖消能。

為解決上述技術問題，本實用新型所采用的技術方案是：一種具有高效防沖消能結構的水墊塘，包括塘底及兩側的邊坡，底板上由下至上鋪設有透水層和抗水流沖擊層，透水層與抗水流沖擊層的厚度比為5～6:3～4，抗水流沖擊層又分為沖刷區上游、沖刷區及沖刷區下游；其長度比例依次為2～4：1～2：3～6，其中透水層、沖刷區上游和沖刷區下游均采用不同大小、形狀的散粒塊混合填充而成，沖刷區采用多個鋼絲籠堆疊碼放而成，鋼絲籠內填裝有散粒塊；所述鋼絲籠為正方體或長方體結構。

進一步的，鋼絲籠的長×寬×高的尺寸為1～5m×1～1.5×1～1.5，鋼絲籠的網孔為60～200mm×80～220mm。鋼絲籠的尺寸及網孔的大小均根據工程要求進行選擇，鋼絲籠內盡量填充大塊石，孔隙率大；另外網孔的大小影響里面填充散粒塊的大小，散粒塊的大小需大于孔徑的大小，防止其漏出，而且網孔的大小還會間接影響到孔隙率，填充的塊體越大，孔隙率越大，消能效果越好。

所述鋼絲籠采用鍍鋅鋼絲、高爾凡鋼絲、包塑鍍鋅鋼絲網或包塑高爾凡鋼絲制成。采用這些材質制成的鋼絲籠，均具有較強的抗拉強度和抗沖擊能力。

所述鋼絲籠采用包塑鍍鋅鋼絲網或包塑高爾凡鋼絲制成，通過在采用包塑的材質制作鋼絲籠，包塑層將會大大增加鋼絲籠在高污染環境中的保護，并且通過不同顏色的選擇，使其能和周圍環境融合；一般包塑層采用PVC或PE制成。

所述的散粒塊為正四面體、正方體形、球體或者天然石塊中的一種或幾種。更進一步的，所述的散粒塊為正四面體；由于正四面體的孔隙率大，消能效果更好。

沖刷區在抗水流沖時承擔著最主要的作用，對孔隙率的要求高，孔隙率越大，消能效果越好，因此沖刷區優先采用鋼絲籠填充正四面體散粒塊。