專利名稱：狹窄河谷拱壩大泄量高效消能工結構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及水電工程泄水建筑物領域，具體為一種狹窄河谷拱壩大泄量高效消能工結構。
背景技術：
現(xiàn)有技術條件下，一般狹窄河谷混凝土拱壩均采用壩身泄洪、挑流消能型式，通常采用表孔、中孔、深孔，設置挑流鼻坎將水流高高挑起，拋向下游遠離大壩壩腳，或在空中碰撞消能，這種結構在洪水流量不大的峽谷地區(qū)運用情況良好；對于洪水流量大的，則遠離大壩在岸邊設置泄洪隧洞、岸邊溢洪道等泄水建筑物，但這種結構需要岸邊具備布置泄水建筑物的條件，且工程投資較高。如果在大流量狹窄河谷直接采用傳統(tǒng)的挑流消能型式，就會造成壩下游嚴重的沖刷破壞，危及兩岸邊坡穩(wěn)定，甚至造成大壩的失穩(wěn)破壞。
發(fā)明內(nèi)容·為了克服現(xiàn)有的工程狹窄河谷、超大洪水的情況，容易造成壩下游嚴重的沖刷破壞，危及兩岸邊坡穩(wěn)定，甚至造成大壩的失穩(wěn)破壞的不足，本實用新型旨在提供一種狹窄河谷拱壩大泄量高效消能工結構，該泄洪消能工結構，具有泄放超大洪水能力，同時具有很好的消能功能；既可解決安全泄洪的要求，同時較好的解決了下游消能的難題，又可確保工程安全。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型所采用的技術方案是一種狹窄河谷拱壩大泄量高效消能工結構，其結構特點是，包括位于河床部位拱壩壩身的泄洪表孔和深孔，以及位于拱壩下游的水墊塘，其中表孔和深孔均采用寬尾墩，所述表孔和深孔的孔口底部連接有挑坎。所述表孔和深孔均采用寬尾墩是指表孔和深孔的孔側壁收縮比例隨水頭增加而減少。進一步地，所述水墊塘的底部寬度超過挑坎挑射水幕的總寬度。為了保證水流能夠盡可能地實現(xiàn)消能，所述挑坎的俯角優(yōu)選為20° arccotO. 7。進一步地，所述挑坎的俯角更優(yōu)選為42°。所述的俯角是指挑坎與水平面所成的夾角，且挑坎斜向下設置。采用寬尾墩可以將下泄水流沿高度方向縱向拉開，形成水幕；配合采用大俯角，可以使水幕的前后落點進一步拉開，增加落水面積，充分利用水墊塘的水體進行消能。為了保護河兩岸的岸坡，所述水墊塘兩側的河岸具有混凝土護坡。藉由上述結構，本實用新型包括位于河床部位拱壩壩身的泄洪表孔、深孔及下游的水墊塘，其中表孔、深孔都采用寬尾墩，寬尾墩的收縮比例隨水頭增加而減小，配合采用大俯角挑坎。水墊塘的底部寬度以超過挑射水幕總寬度為宜，長度應滿足水躍消能長度要求。本實用新型的工作原理是，將改進后的拱壩壩身表孔、深孔泄水建筑物閘墩尾部加寬，形成收縮比較小的出口，以迫使水流橫向收縮、縱向拉開；將挑坎設置成大俯角，使近壩水流充分拉開；同時，調(diào)整各泄水建筑物閘墩收縮角度，使出口下泄水流形成基本平行的水幕，在空中充分摻氣。由于本實用新型針對河谷特別狹窄、洪水流量特別大的情況，需在下游配合使用水墊塘，以確保下游岸坡穩(wěn)定安全。具有可比性的傳統(tǒng)解決方案是采用重力壩，配合使用寬尾墩與水墊塘消能，混凝土量將會顯著增加，因此本實用新型所述水電工程拱壩高效消能工結構有效節(jié)約了成本，且結構簡單，便于實現(xiàn)。本實用新型具有泄放超大洪水能力，同時具有很好的消能功能；既解決了安全泄洪的要求，同時較好的解決了下游消能的難題，確保工程安全，主要適用于水電工程狹窄河谷、大洪水流量條件下拱壩的高效消能工。
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步闡述。

圖I是本實用新型一種實施例的平面布置圖；圖2是圖I中表孔中心剖面圖；圖3是圖I中深孔中心剖面圖。在圖中I-拱現(xiàn)； 2_表孔； 3_深孔； 4_水塾塘；5_寬尾墩； 6_挑坎；7_混凝土護坡。
具體實施方式
一種狹窄河谷拱壩大泄量高效消能工結構，如圖I所示，包括位于河床部位拱壩I壩身的泄洪表孔2和深孔3，以及位于拱壩I下游的水墊塘4，該水墊塘4兩側的河岸具有混凝土護坡7 ;如圖2和圖3所示，其中表孔2和深孔3均采用寬尾墩5，所述表孔2和深孔3的孔口底部連接有挑坎6 ;所述水墊塘4的底部寬度超過挑坎6挑射水幕的總寬度。所述挑坎6的俯角為42°。以下以淋溪河水電站為例闡述本實用新型。淋溪河水電站位于湘鄂西的涹水流域，上游為暴雨中心，壩址河谷狹窄、洪水峰高量大，通過查閱大量技術資料，同類壩高90m左右拱壩中泄量超過5000m3/s的工程都為數(shù)不多，泄量超過7000m3/s的工程還沒有找到，而本工程校核洪水洪峰流量達到7740m3/s。常規(guī)的措施難以解決本工程狹窄河谷、超大洪水的情況。淋溪河水電站壩址地質(zhì)條件較好，但河谷狹窄，不具備增加泄洪建筑物寬度以減小泄洪單寬流量的地形條件，7700m3/s的洪水集中在寬度僅40m的河道內(nèi)，下游消能防沖任務特別艱巨，處理不好將會危及兩岸岸坡穩(wěn)定，進一步危及拱壩壩肩，甚至危及拱壩本身安全。本工程采用了狹窄河谷大洪水流量條件下的拱壩高效消能工結構，包括河床部位拱壩壩身的泄洪表孔、深孔及下游的水墊塘，其中表孔、深孔都采用寬尾墩、大俯角挑坎迫使水流縱向充分拉開，形成幾股平行的水幕落在水墊塘內(nèi)，形成完整的水躍。本消能工結構解決了狹窄河谷大泄量條件下下游消能與防沖問題，顯著降低了成本，且工程結構簡單，便于實現(xiàn)。淋溪河水電站拱壩壩高88m，河谷寬僅40m，校核洪水洪峰流量7740m3/s，采用三個表孔(孔口尺寸寬12. 5m、高13. Om)和2個深孔(孔口尺寸寬6.0m、高9.0m)。其中中表孔中心線與拱壩軸線重合，閘墩厚4. 5nT2. 0m，順水流方向長41. 13m，堰面冪曲線下游接斜段，俯沖角為42°，下游采用寬尾墩式挑流消能，出口凈寬3. lm，孔口收縮比O. 25，收縮角15° ;左、右邊表孔中心線與拱壩軸線夾角6.034°，閘墩厚4. 5nT2.0m，孔型與中表孔一致，下游采用窄縫式挑流消能，出口凈寬3.1m，孔口收縮比O. 25，內(nèi)側邊墩收縮角12.9°，外側邊墩收縮角15°。左、右泄洪深孔對稱布置于邊表孔與中表孔之間，深孔中心線與拱壩軸線夾角3. 359°，順水流方向長42. 13m，閘孔孔口尺寸為6. 0mX9. Om(寬X高)，閘孔進口底板高程為250. 00m，底板及兩側喇叭口均采用半徑為I. Om的1/4圓弧曲線，頂面為1/4橢圓曲線，后通過水平段與壓坡段相接，壓坡段坡比為I : 6，出口為平挑角，挑坎坎頂高程250. OOm0下游采用窄縫式挑流消能，出口凈寬3. 3m，孔口收縮比O. 55，邊墩收縮角16.67° 。
通過水工整體模型試驗驗證，泄流能力滿足工程防洪安全的要求，且消能效果較好，各項指標滿足規(guī)范要求，滿足下游岸坡穩(wěn)定運行要求。上述實施例闡明的內(nèi)容應當理解為這些實施例僅用于更清楚地說明本實用新型，而不用于限制本實用新型的范圍，在閱讀了本實用新型之后，本領域技術人員對本實用新型的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。
權利要求1.一種狹窄河谷拱壩大泄量高效消能工結構，其特征在于，包括位于河床部位拱壩(I)壩身的泄洪表孔(2)和深孔(3)，以及位于拱壩(I)下游的水墊塘(4)，其中表孔(2)和深孔(3 )均采用寬尾墩(5 )，所述表孔(2 )和深孔(3 )的孔口底部連接有挑坎(6 )。
2.根據(jù)權利要求I所述的狹窄河谷拱壩大泄量高效消能工結構，其特征在于，所述水墊塘(4)的底部寬度超過挑坎(6)挑射水幕的總寬度。
3.根據(jù)權利要求I所述的狹窄河谷拱壩大泄量高效消能工結構，其特征在于，所述挑坎(6 )的俯角為20 ° arccotO. 7。
4.根據(jù)權利要求3所述的狹窄河谷拱壩大泄量高效消能工結構，其特征在于，所述挑坎(6)的俯角為42°。
5.根據(jù)權利要求I所述的狹窄河谷拱壩大泄量高效消能工結構，其特征在于，所述水墊塘(4)兩側的河岸具有混凝土護坡(7)。
專利摘要本實用新型公開了一種狹窄河谷拱壩大泄量高效消能工結構。為了解決現(xiàn)有的拱壩工程狹窄河谷、超大洪水的情況下，容易造成壩下游嚴重的沖刷破壞，危及兩岸邊坡穩(wěn)定的問題，所述狹窄河谷拱壩大泄量高效消能工結構，其結構特點是，包括位于河床部位拱壩壩身的泄洪表孔和深孔，以及位于拱壩下游的水墊塘，其中表孔和深孔均采用寬尾墩，所述表孔和深孔的孔口底部連接有挑坎。本實用新型具有泄放超大洪水能力，同時具有很好的消能功能；既解決了安全泄洪的要求，同時較好地解決了下游消能的難題，確保工程安全。
文檔編號E02B8/06GK202626957SQ20122029819
公開日2012年12月26日 申請日期2012年6月25日 優(yōu)先權日2012年6月25日
發(fā)明者張 雄, 朱雄, 馮樹榮 申請人:中國水電顧問集團中南勘測設計研究院