CN112267437A - 一种可防止湍流的抗冲击分体式液压升降坝 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可防止湍流的抗冲击分体式液压升降坝，包括坝体基础、挡水面板、液压杆、跌水消能系统，挡水面板与坝体基础活动连接，挡水面板正面设置抗冲击复合防护结构，在挡水面板背面的坝体基础上设置驱动液压杆升降的油缸，用以调节坝面高度，液压升降坝由多块分体式挡水面板构成，跌水消能系统位于挡水面板的背面，跌水消能系统包括多级消力坎。其有益效果是：通过增设抗冲击复合防护结构提高了挡水面板的抗冲击能力，增加了升降坝的使用寿命。分体式挡水面板出现问题时，可独立检修，不影响升降坝的整体运行。多级消力坎能够降低水体对下游的冲刷作用，还可以起到曝气作用，增加水体中溶解氧含量。
Description
技术领域
本发明涉及河道拦水坝，特别涉及可防止湍流的抗冲击分体式液压升降坝。
背景技术
山区河道比降大，暴雨集中并且强度大，汇流时间短，水流速度快，河道冲刷严重；河床多为基岩，鹅卵石组成；而且洪水来得快，去得也快，枯水期往往造成河床的裸露，进一步加剧了河床的剥蚀与风化。因此，在山区河道中，尤其在河道比降大，冲刷严重的景区河段在不影响河道行洪的前提下，进行一定程度的蓄水，形成水垫，既能减缓洪水对河道的冲刷，又能够营造一定的景观。
因此，拦河坝在河道整治中被广泛应用，通过修建拦河建筑物，抬高水位、拓宽水面，用以控制水位和调节流量，在汛期到来时，减缓洪水流速，让更多雨水渗入地下，补充地下水源。同时，结合岸上的绿化景观工程，创造亲水环境，提升河道两岸的生活品味。由于橡胶坝坝袋易破损、易老化、无法快速截洪泄流、景观融合度低等缺点，钢构拦水坝应运而生。常见钢构包括拦水坝升卧式闸门、气动盾形闸、钢坝闸、液压升降坝及合页活动坝等。近年来，液压升降坝因其成本低，使用寿命长，维护简便而得到广泛应用。液压升降坝具有不阻水、不怕泥沙淤积、放坝快速，抗洪水冲击能力强，不影响防洪安全等特点。目前，市面常见的挡水面材质主要有钢质与混凝土两种，山区河道洪水与所携带的卵砾石对坝体的双重冲击，严重影响了液压升降坝的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可防止湍流的抗冲击分体式液压升降坝。为解决现有问题，本发明对坝体结构进行优化，增加抗冲击保护层，提高坝体的稳定性、延长升降坝使用寿命。坝后设置多级跌水消能系统，有效降低了水流对下游的冲刷，兼具水质净化与景观效应。
本发明提供的可防止湍流的抗冲击分体式液压升降坝，其技术方案为：
一种可防止湍流的抗冲击分体式液压升降坝，包括坝体基础、挡水面板、液压杆、跌水消能系统，挡水面板与坝体基础活动连接，挡水面板正面设置抗冲击复合防护结构，挡水面板上设置有横梁，液压杆的一端与横梁连接，另一端与坝面预埋件连接，在挡水面板背面的坝体基础上设置驱动液压杆升降的油缸，用以调节坝面高度，液压升降坝由多块分体式挡水面板构成，跌水消能系统位于挡水面板的背面，跌水消能系统包括多级消力坎。
优选地，跌水消能系统的多级消力坎的各级跌差相同，最后一级消力坎后设置深挖式消力池。
优选地，挡水面板选用平面板，结构为钢筋混凝土外包钢板的结构；坝体基础上设置油管路预留槽。
优选地，防护结构由泡沫铝夹层板按一定间距排列组成，泡沫铝夹层板通过紧固件固定在挡水面板表面。
优选地，挡水面板的最底部为铰链轴，将活动挡水面板通过铰链固定在坝体基础上；挡水面板与坝体基础之间、挡水面板与挡水面板之间均采用橡胶止水带密封。
优选地，每扇挡水面板设两道液压杆，液压杆伸缩带动活动挡水面板的上升或下降，每扇挡水面板能够分别由液压杆单独驱动。
优选地，每扇挡水面板包括支撑杆，支撑杆的下部支撑在坝体基础上的滑槽内，上部铰接在挡水面板的背面，形成支撑墩坝结构。
优选地，支撑杆下部安装滑轮，滑轮能够前后运动，以适应不同的挡水角度；控制支撑杆下部滑轮运动的是解锁装置，解锁装置由小液压缸控制，实现上锁时坝面固定拦水、解锁时放坝行洪。
优选地，升降坝包括液压阀组和PLC控制柜；液压升降坝沿着垂直于水流方向布置，坝体基础采用钢筋混凝土结构。
优选地，跌水消能系统的第1级跌水参数根据以下公式确定：
δc1＝(1～2)H1
式中，c1为第1级尾坎的高度，单位为m；H10为第1级尾坎坎顶水头，单位为m；H1为第1级尾坎坎顶水深，单位为m；l1为第1级平台长度，单位为m；δc1为第1级尾坎坎顶长度，单位为m；
第2级至第n-1级跌水参数根据以下公式确定：第2级跌水消力坎高c2、平台长度l2及坎顶长度δc2的计算方法与第1级相同，但在求跃后水深时，其中跌差P应为P2+c1；单宽流量应为q＝Q/b，b为矩形消力池的宽度；
第n级的跌差为Pc+cn+1+s，s为消力池深度。
本发明的实施包括以下技术效果：
本发明的可防止湍流的抗冲击分体式液压升降坝，通过增设抗冲击复合防护结构提高了挡水面板的抗冲击能力，增加了升降坝的使用寿命。挡水面板与坝体基础、挡水面板与挡水面板之间均采用橡胶止水带密封，以防止出现漏水现象。相比于传统液压升降坝，分体式的设计具备灵活拦水、放水的优势，同时可实现无限宽度安装，面板间无需设置闸墩，适用于各种宽度的河道。此外，当单扇挡水面板出现问题时，可独立检修，不影响升降坝的整体运行。
多级消力坎能够降低水体对下游的冲刷作用。此外，多级跌水还可以起到曝气作用，增加水体中溶解氧含量，使河水得以净化。多级跌水的各级跌差一般按照地形坡度确定，每级设消力坎进行消能。
附图说明
图1为本发明实施例的可防止湍流的抗冲击分体式液压升降坝立体结构示意图。
图2抗冲击挡水面板正面示意图。
图3为可防止湍流的抗冲击分体式液压升降坝的拦水结构剖面结构示意图。
图4为多级跌水系统剖面示意图。
图中：1、坝体基础；2、挡水面板；3、液压杆；4、支撑杆；5、横梁；6、复合防护结构；7、铰链；8、油管路预留槽；9、跌水消能系统；10、橡胶止水带；11、消力坎；12、第1级跌水；13、第n级跌水；14、河床线；15、正常蓄水位。
具体实施方式
下面将结合实施例以及附图对本发明加以详细说明，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
实施例1
参见图1所示，本实施例提供的一种可防止湍流的抗冲击分体式液压升降坝，包括坝体基础21、挡水面板、液压杆3、跌水消能系统9，挡水面板通过铰链7与坝体基础21连接，挡水面板上设置有横梁5，液压杆3的一端与横梁5连接，另一端与坝面预埋件连接，在挡水面板背面的坝体基础21上设置驱动液压杆3升降的油缸，用以调节坝面高度，液压升降坝由多块分体式挡水面板构成；坝体基础21上设置油管路预留槽8。该坝体在正常运行时，允许坝上有30cm高的水头溢流，形成瀑布景观，跌水消能系统9位于挡水面板的背面，跌水消能系统9包括多级消力坎11，降低水体对下游的冲刷作用，各级跌差相同，最后一级消力坎11后设置深挖式消力池。此外，多级跌水还可以起到曝气作用，增加水体中溶解氧含量，使河水得以净化。多级跌水的各级跌差一般按照地形坡度确定，每级设消力坎11进行消能。升降坝包括支撑杆4，正常蓄水状态下采用支撑杆4辅助支撑，减小液压杆3的负荷。
具体地，挡水面板选用平面板，结构为钢筋混凝土外包钢板的形式，为提高挡水面板的抗冲击能力，参见图2所示，挡水面板正面增设抗冲击复合防护结构6。防护结构由泡沫铝夹层板按一定间距排列组成，泡沫铝夹层板通过紧固件固定于挡水面板表面。泡沫铝夹层板是一种综合性能优异的新型功能材料，由具有高孔隙率特性的泡沫铝芯和金属面板组成。泡沫铝夹层板具有泡沫铝材料所拥有的极低密度，耗能能力好，比强度和比刚度高，隔热隔音性能优越和高阻尼等优异特性。泡沫夹层板的尺寸与间距，根据河流水文与地质实际情况而定。
升降坝包括多块分体式的挡水面板，挡水面板的最底部为铰链轴，将活动挡水面板固定在坝体基础21上，挡水面板与坝体基础21、挡水面板与挡水面板之间均采用橡胶止水带10密封，以防止出现漏水现象。相比于传统液压升降坝，分体式的设计具备灵活拦水、放水的优势，同时可实现无限宽度安装，面板间无需设置闸墩，适用于各种宽度的河道。此外，当单扇挡水面板出现问题时，可独立检修，不影响升降坝的整体运行。
每扇挡水面板设两道液压杆3，液压杆3主要起启闭门板的作用，其下部以拦水坝的基础为受力点、上部铰接在活动液压杆3的背面，液压杆3伸缩带动活动挡水面板的上升下降，达到升坝拦水、降坝行洪的目的。每扇挡水面板设两道支撑杆4，一道横梁5，支撑杆4是挡水面板水压力的主要承受体，横梁5承受来自支撑杆4的荷载，可以有效防止挡水面板变形。支撑杆4下部支撑在拦水坝体基础21上的滑槽内，上部铰接在活动挡水面板的背面，形成支撑墩坝结构。支撑杆4下部安装滑轮，滑轮可以前后运动，以适应不同的挡水角度，运行更加灵活。控制支撑杆4下部滑轮运动的是解锁装置，解锁装置由小液压缸控制，实现上锁时坝面固定拦水、解锁时放坝行洪的目的。升降坝的智能操纵控制系统包括液压阀组与PLC控制柜，根据洪水涨落，实现面板的自动升降，通过手机或电脑对设备进行远程控制，实现一控多管，节省运营成本。
参见图3所示，液压升降坝沿着垂直于水流方向的河床线14布置，达到正常蓄水位15时，水流漫过升降坝，坝体基础21采用钢筋混凝土结构。坝后布置跌水消能系统9，用于削弱水体对下游河床冲刷。
实施例2
本实施例在实施例1的结构的基础上，对跌水消能系统9做进一步限定，其结构与实施例1相同，本实施例中不再赘述。
附图4示例了相关参数的位置，本实施例的多级跌水各级水力计算方式如下：
(1)跌水消能系统9的第1级跌水12参数根据以下公式确定：
δc1＝(1～2)H1 (5)
式中，c1为第1级尾坎的高度，单位为m；H10为第1级尾坎坎顶水头，单位为m；H1为第1级尾坎坎顶水深，单位为m；l1为第1级平台长度，单位为m；δc1为第1级尾坎坎顶长度，单位为m。
(2)第2级跌水消力坎11高c2、平台长度l2及坎顶长度δc2的计算方法与第1级相同，但在求跃后水深时，其中跌差P应为P2+c1；单宽流量应为q＝Q/b，b为矩形消力池的宽度。
(3)第3级以下各级(最末一级除外)的计算方法均与第2级的相同。
(4)最后一级(第n级跌水13)按消力池设计，跌差为Pc+cn+1+s，s为消力池深度。
多级跌水的设计要点如下：
(1)根据总落差初拟跌水级数。为达到美观效果，各级跌差应尽量相同。
(2)确定各级平台长度及尾坎尺寸。池长及坎高应满足淹没水跃在池内形成，水跃淹没系数σj的一般取值范围为1.05～1.11，当消力池的长度受到限制时可适当增加淹没系数来调整池内水流，但σj不宜大于1.2；尾坎长度δc应满足水流均匀跌入下级池内，一般为1～2倍的坎顶水头，且不宜短于0.5m。
(3)确定末级消力池形式并计算其尺寸。末级消力池的作用是调整出池水流的流速和流态，使其与下游河床水流平稳衔接，以减轻对下游河床的冲刷。当河床土质较差时，尽量选用深挖式消力池。
(4)调整并确定各级具体尺寸。除末级消力池外其余各级可用同一尺寸，并尽量保证每一级跌水胸墙高度(下一级底板表面至上一级尾坎顶部)相等，这样会产生一种规整美。
(5)确定各级底板厚度，底板厚度应同时满足抗冲和抗浮两方面的要求。
(6)最后进行整体稳定性验算，一般只需进行地基的渗透稳定性验算，当渗透稳定性难以满足时可通过增设上游铺盖与防渗齿墙的方式解决。
需要说明的是，本实施例的跌水参数为一优选方案，用其它方案亦可实施。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种可防止湍流的抗冲击分体式液压升降坝，其特征在于：包括坝体基础、挡水面板、液压杆和跌水消能系统，所述挡水面板与所述坝体基础连接，所述挡水面板正面设置抗冲击复合防护结构，所述挡水面板上设置有横梁，所述液压杆的一端与所述横梁连接，另一端与坝面预埋件连接，在挡水面板背面的坝体基础上设置驱动液压杆升降的油缸，用以调节坝面高度，所述液压升降坝由多块分体式挡水面板构成，所述跌水消能系统位于所述挡水面板的背面，所述跌水消能系统包括多级消力坎。
2.根据权利要求1所述的可防止湍流的抗冲击分体式液压升降坝，其特征在于：所述跌水消能系统的多级消力坎的各级跌差相同，最后一级消力坎后设置深挖式消力池。
3.根据权利要求1所述的可防止湍流的抗冲击分体式液压升降坝，其特征在于：所述挡水面板选用平面板，结构为钢筋混凝土外包钢板的结构；坝体基础上设置油管路预留槽。
4.根据权利要求1所述的可防止湍流的抗冲击分体式液压升降坝，其特征在于：所述防护结构由泡沫铝夹层板按一定间距排列组成，泡沫铝夹层板通过紧固件固定在所述挡水面板表面。
5.根据权利要求1所述的可防止湍流的抗冲击分体式液压升降坝，其特征在于：所述挡水面板的最底部为铰链轴，将活动挡水面板通过铰链固定在坝体基础上；所述挡水面板与所述坝体基础之间、所述挡水面板与所述挡水面板之间均采用橡胶止水带密封。
6.根据权利要求1所述的可防止湍流的抗冲击分体式液压升降坝，其特征在于：每扇挡水面板设两道液压杆，液压杆伸缩带动活动挡水面板的上升或下降，每扇挡水面板能够分别由液压杆单独驱动。
7.根据权利要求1所述的可防止湍流的抗冲击分体式液压升降坝，其特征在于：每扇挡水面板包括支撑杆，所述支撑杆的下部支撑在坝体基础上的滑槽内，上部铰接在挡水面板的背面，形成支撑墩坝结构。
8.根据权利要求7所述的可防止湍流的抗冲击分体式液压升降坝，其特征在于：所述支撑杆下部安装滑轮，滑轮能够前后运动，以适应不同的挡水角度；控制支撑杆下部滑轮运动的是解锁装置，解锁装置由小液压缸控制，实现上锁时坝面固定拦水、解锁时放坝行洪。
9.根据权利要求1所述的可防止湍流的抗冲击分体式液压升降坝，其特征在于：所述升降坝包括液压阀组和PLC控制柜；所述液压升降坝沿着垂直于水流方向布置，坝体基础采用钢筋混凝土结构。
10.根据权利要求1-9任一所述的可防止湍流的抗冲击分体式液压升降坝，其特征在于：跌水消能系统的第1级跌水参数根据以下公式确定：
δc1＝(1～2)H1
式中，c1为第1级尾坎的高度，单位为m；H10为第1级尾坎坎顶水头，单位为m；H1为第1级尾坎坎顶水深，单位为m；l1为第1级平台长度，单位为m；δc1为第1级尾坎坎顶长度，单位为m；
第2级至第n-1级跌水参数根据以下公式确定：第2级跌水消力坎高c2、平台长度l2及坎顶长度δc2的计算方法与第1级相同，但在求跃后水深时，其中跌差P应为P2+c1；单宽流量应为q＝Q/b，b为矩形消力池的宽度；
第n级的跌差为Pc+cn+1+s，s为消力池深度。
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2020
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