CN106930242A

CN106930242A - 桩基溢流坝与铅丝石笼护坦

Info

Publication number: CN106930242A
Application number: CN201710119072.1A
Authority: CN
Inventors: 王庆; 云斌
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-03-02
Filing date: 2017-03-02
Publication date: 2017-07-07

Abstract

桩基溢流坝与铅丝石笼护坦技术领域“桩基溢流坝与铅丝石笼护坦”属于土木工程领域中的水利工程。是针对一些流域河流暴雨突发性强、强度大、历时短，洪水陡涨陡落、冲击破坏力强的特点，设计出的一种新坝型。背景技术最相近的现有技术方案（宽顶堰方案）拦河溢流坝采用宽顶堰方案，宽顶堰下游接挖深式消力池，采用底流消能消减过堰水流的能量。消力池下游设海漫，并设防冲槽下接河道。发明内容桩基溢流坝方案的设计拦河溢流坝采用桩基溢流坝方案设计，将混凝土灌注桩与WES实用堰结合作为基本坝型，采用挑流消能方式，坝后用铅丝石笼作为防冲坑的铺垫材料护底，并在设计中控制好过坝单宽流量，既节省工程投资，又满足工程安全建设的需要。

Description

桩基溢流坝与铅丝石笼护坦

技术领域

本发明专利属于七大传统技术领域中的土木工程领域，涉及分类号是E02 水利工程。本发明专利申请的是一种新的方案设计“桩基溢流坝与铅丝石笼护坦”。

本发明技术方案是针对一些流域河流暴雨突发性强、强度大、历时短，洪水陡涨陡落、冲击破坏力强的特点，设计出一种新的实用坝型，使工程设计做到安全适用、经济合理、技术先进、质量保证。

经过工作实践中的不断探索、方案比选、研究计算后发现一种新的方案设计“桩基溢流坝与铅丝石笼护坦”：即将混凝土灌注桩与WES实用堰结合作为基本坝型，坝后采用挑流消能方式，同时采用防洪工程中常用的铅丝石笼，作为防冲坑的铺垫材料护底，并在设计中控制好过坝单宽流量，能够很好的解决实际问题并且减小工程投资，满足水利工程建设任务的需要。在水利枢纽工程中可节省工程投资30%左右，目前还没有其他技术方案能够在规范要求的四个方面（安全适用、经济合理、技术先进、质量保证），达到本发明技术方案的同等水平。

背景技术

最相近的现有技术方案（宽顶堰方案）

（1）宽顶堰方案的设计

拦河溢流坝采用宽顶堰方案。宽顶堰顶宽（顺水流方向）7.0m，堰顶末端接30°下倾角斜坡段。根据宽顶堰轴线长度（垂直水流方向），每隔24m设置一道伸缩缝，堰厚度2.3 m，堰上游齿墙深4.1m，齿墙底宽0.5m，齿墙内边坡1:0.5。堰下游斜坡段齿墙深0.43 m，齿墙底宽1.0m，齿墙内坡垂直。底板下设10cm素混凝土垫层及30cm砂砾石垫层。

消力池布置：宽顶堰下游接挖深式消力池，采用底流消能消减过堰水流的能量。消力池顺水流方向长度15.0m，消力池垂直水流方向长度504m；消力池底板设置伸缩缝，每块宽度均为24 m。宽顶堰顶宽（顺水流方向）7.0m，接30°下倾角斜坡段，然后接14.5m水平段，消力池坎深为1m，消力池尾部上面设0.5米宽尾坎。消力池底板厚度0.5 m上游齿墙底宽0.5齿墙深1.0m，齿墙内边坡1:1。消力池底板下游齿墙底宽0.5 齿墙深1.0 m。消力池底板下设10cm素混凝土垫层及30cm砂砾石垫层。

消力池下游设20.0m海漫。海漫坡度1:15，由50cm厚铅丝石笼和其下的20砾石cm垫层组成。防冲槽上下边坡均为1:1，底部设20cm砂砾石垫层，防冲槽由厚度80cm至2m的铅丝石笼填充，以抵抗水流冲刷。防冲槽下接河道。

（2）宽顶堰方案存在的问题及缺点。

与景观河道不同，在宽浅式天然河道上建拦河溢流坝，首先要考虑抵挡洪水的冲击，一般是采用混凝土重力坝坝型，即靠坝体自重以及基地的摩擦力来维持稳定，宽顶堰是常用的一种坝型。宽顶堰下游接挖深式消力池，采用底流消能消减过堰水流的动能。消力池下游设海漫及防冲槽。

宽顶堰方案存在的问题及缺点，首先是工程量大、开挖量大，工程投资较大，影响工程整体效益的发挥。其次是该方案对于宽度较宽（如百米以上）的天然河道，地基持力层岩性发生变化时，宽顶堰基底高程不在一个建基面上，另外增加工程变更资金投入，且影响工期进度。第三是工程建成后消力池的运行维护成本较高。

发明内容

一、新方案的设计

（1）桩基溢流堰设计

拦河溢流坝采用桩基溢流堰方案设计，桩基溢流堰采用WES-I型实用堰，钢筋混凝土结构，堰体内空心部分回填浆砌石。堰体分段长度24m，堰高3.95m。堰基底设两排桩基，桩直径1.2m，桩长8.0m。

溢流实用堰表孔由上游曲线段、堰面曲线段、直线段以及反弧段组成。堰顶上游堰头为三圆弧曲线，堰顶下游堰面采用WES幂曲线，WES幂曲线方程为：

上、下游曲线详细参数见下表。直线段的坡度为1:1.3，反弧段采用圆弧曲线，圆弧半径为3m。

溢流实用堰下游铅丝石笼护底，采用挑流消能，反弧挑射角为25度，水流通过鼻坎挑出，进入下游河沟主槽。溢流实用堰下游不设消力池。

(2)桩基设计

根据新建溢流坝长度，每隔24m设置一道伸缩缝，即每段堰长度（垂直主流方向）24 m。基本布置如下：每块堰体底部设两排桩基，共6根，桩基直径1.2m，深8m。

桩类型：挖（钻）孔摩擦桩，设计直径d = 1.2m

桩排数n = 2，列数m = 3

桩排间距Ln = 4.45 m，桩列间距Wm = 8.00 m

冲刷线以下桩长h = 8.00 m，冲刷线以上桩长h₀ = 0.00 m

（3）堰后防冲刷加固措施

a冲刷坑深度的估算

实用堰冲刷计算，根据武汉大学水利水电学院《水力计算手册》第二版公式计算，冲刷坑最大深度的估算和安全挑距。

河床冲刷坑深度t的计算，我国目前较普遍采用的计算公式为

式中：t——冲刷坑深度，m；

q——单宽流量，m³/(s·m)

Z——上、下游水位差，m;

h _i——下游水深，m；

K——抗冲系数，它主要与河床的地质条件有关。

b许可的冲刷坑最大后坡

冲刷坑后坡定义为i=t/L1，t为冲刷坑深度，L1为总挑距。i值愈大对坝身的安全愈不利。许可的冲刷坑最大后坡iK值的确定，涉及工程地质条件，较为复杂。规范根据我国已建工程的实测资料提出：“冲坑上游侧影响范围，应按地质条件进行估计，根据经验，其数值约为2.5～5倍坑深”。亦即许可的最大后坡iK=1/2.5~1/5,当冲刷坑后坡i＜iK时，就认为冲刷坑不会危及坝身的安全。

c 冲刷计算

经计算后，实用堰挑流的冲刷坑深度取1.m，挑距取14 m。本次设计在溢流堰下游处布置14m长的铅丝石笼（厚度80cm）及砾石垫层（厚度20cm）防止冲刷。实用堰冲刷坑深度计算示意图见图2。

二、本发明的优点及有益效果

（1）桩基础与溢流堰的结合，较大幅度的减小了溢流堰横剖面面积，减小了工程量，

可降低工程造价。

（2）采用桩基础可以适应地基持力层岩性变化，使溢流堰基底高程建在一个基面上，减少工程变更的资金投入。

（3）挑流消能与铅丝石笼护坦的结合，使得水流在空中充分扩散后，跌落到远离坝脚的铅丝石笼护坦上冲击冲刷后，水流能量有一定的损耗，动能减小，流速减缓，因此对于坝后为天然河道（沟）的情况，则不必要再设消力池，这样不但工程运行维护通畅方便，而且可以较大幅度的减小工程投资。

（4）通过方案比较可知，拦河溢流坝采用“桩基溢流堰”设计，在水利枢纽工程中可节省工程投资30%。由于溢流堰在灌溉、防洪、引（供）水、生态景观等工程中广泛应用，故而能够产生良好的社会和经济效益。

附图说明

图1是桩基溢流坝与铅丝石笼护坦剖面图。

图2是实用堰冲刷坑深度计算示意图。

Claims

1.在WES溢流坝基底下面，使用混凝土灌注桩基础；即将混凝土灌注桩与WES实用堰结合作为基本坝型。

2.在WES溢流坝下游，使用铅丝石笼护坦，作为防冲坑的铺垫材料护底。