CN115012368B - 一种泄水建筑物结构及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种泄水建筑物结构及其施工方法，该泄水建筑物结构包括进口段、控制段、消能防冲结构、泄槽段、消力池和消力墩，消能防冲结构包括消能网、泄水槽和蓄水池，泄水槽设置在控制段下方，消能网设置在控制段与泄水槽之间；蓄水池位于泄水槽下方，与泄水槽通过第一输水管相连；下泄流量经进口段、控制段后，一部分经消能网、泄水槽流入蓄水池中，蓄水池外接供水、灌溉的第二输水管；另一部分沿泄槽段、消力池、消力墩下泄。本发明能够兼顾泄洪、灌溉、供水功能，减小下泄流量流速、降低水头、增大泄流能力、延长渗径，从而可减小挡墙高度、消力池池长及深度，降低了工程量及建造成本；本发明适用于水头高、流量大、河谷狭窄地区的水库。

Description

一种泄水建筑物结构及其施工方法
技术领域
本发明涉及一种泄水建筑物结构及其施工方法。
背景技术
泄水建筑物泄流主要在消力池中消能，由此，一方面，消力池既长又深，工程量和投资较大；另一方面，当泄水建筑物泄槽段末端入池流速大于16m/s时，消力池内不宜设置趾墩、消力墩等辅助消能工，此时需增加消力池的深度和长度，或者设置多级消力池，增加了工程量和投资。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提出一种低成本的泄水建筑物结构，本发明的第二目的是提出该泄水建筑物结构的施工方法。
技术方案：本发明一方面提供一种泄水建筑物结构，包括依次设置的进口段、控制段、泄槽段和消力池，消力池中设有消力墩，还包括消能防冲结构，该消能防冲结构包括消能网、泄水槽和蓄水池，其中泄水槽设置在控制段下方，消能网设置在控制段与泄水槽之间；蓄水池位于泄水槽下方，与泄水槽通过第一输水管相连；下泄流量经进口段、控制段后，一部分经消能网、泄水槽流入蓄水池中，蓄水池外接供水、灌溉的第二输水管；另一部分沿泄槽段、消力池、消力墩下泄。
本发明中，消能防冲结构具有消能防冲效果，能够减小下泄流量流速、降低水头、增大泄流能力、延长渗径，从而可减小挡墙高度、消力池池长及深度，降低了工程量及建造成本；同时，能兼顾灌溉、城镇供水功能；本发明尤其适用于水头高、流量大、河谷狭窄地区的水库，适用性强。
进一步地，消能网包括方框，方框中并排固定有若干根钢筋，且钢筋按顺水流方向平行排列。
进一步地，钢筋间距为20mm，直径为10mm～20mm。
进一步地，泄水槽顶部设有柱体，方框上开设有适配于柱体的通孔，方框插接固定在泄水槽上。
进一步地，第二输水管上设有电磁阀，用于调节流量。
另一方面，本发明还提供一种泄水建筑物结构的施工方法，包括如下步骤：
(1)收集大坝泄水建筑物最大泄流量Q；
(2)设定泄流量Q经进口段、控制段后，经消能网流入泄水槽的流量Q2，制作能够满足泄流能力要求的消能网；
Q＝Q1+Q2
Q1为流入泄槽段的流量，ε为侧收缩系数；α为形状系数；n为消能网的孔数；ρ为水的密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；b为钢筋的长度，m；h为消能网单孔宽度，m；k为流量系数；μ为动力粘滞系数，N·s/m2；
(3)由上游至下游依次构筑进口段、控制段、泄槽段和消力池，在消力池中构筑消力墩；
(4)将消能网固定在泄水槽顶部，并将消能网紧贴控制段底部设置，通过第一输水管连接泄水槽与蓄水池，蓄水池通过第二输水管外接，用于供水、灌溉。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下显著优点：成本低，适用性强，能够兼顾灌溉、城镇供水功能。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是消能网的结构示意图；
图3是泄水槽的结构示意图；
图4是蓄水池的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示的泄水建筑物结构，下泄流量经过进口段1、控制段2后，一部分下泄流量通过控制段2底部的消能网3流入泄水槽4，接着通过第一输水管5流入蓄水池6，蓄水池6中的泄流通过第二输水管7引出，用于供水、灌溉，通过调节第二输水管7上电磁阀15的开度控制流量，参见图4，消能网3、泄水槽4、第一输水管5、蓄水池6和第二输水管7共同构成消能防冲结构16。另一部分下泄流量沿泄槽段8、消力池9、消力墩10下泄。
如图2和图3所示，消能网3包括方框12，方框12中并排焊接有若干根钢筋11。方框12四条边框上设有通孔13，泄水槽4顶部设有适配的柱体14，通过通孔13将消能网3固定在泄水槽4顶部的柱体14上。本实施例中，钢筋11采用HRB335，直径20mm，间距20mm。
上述泄水建筑物结构的施工方法，包括如下步骤：
(1)收集大坝泄水建筑物最大泄流量Q；
(2)设定下泄流量Q经消能网3流入泄水槽4的流量Q2，制作能够满足泄流能力要求的消能网3；
Q＝Q1+Q2
Q1为下泄流量Q经消能网3流入泄槽段8的流量；ε为侧收缩系数；α为钢筋11的形状系数；n为消能网3的孔数；ρ为水的密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；b为钢筋11的长度，m；h为消能网3的单孔宽度，m；k为流量系数；μ为动力粘滞系数，N·s/m2。
(3)由上游至下游依次构筑进口段1、控制段2、泄槽段8和消力池9，在消力池9中构筑消力墩10。
(4)将消能网3固定在泄水槽4顶部，并将消能网3紧贴控制段2底部设置，通过第一输水管5连接泄水槽4与蓄水池6，蓄水池通过第二输水管7外接，用于供水、灌溉。
在一个具体的实施例中，泄水建筑物布置于土坝左岸，为一孔不带闸开敞式溢洪道，由消能网3、泄水槽4、蓄水池6、输水管、进口段1、控制段2、泄槽段8、消力池9、消力墩10组成，全长103.0m，最大下泄流量为42.83m3/s。
进口段1布置成八字墙挡土形式，进口底宽为4.0～8.0m，顺水流方向长14.0m。控制段2为钢筋砼箱涵，进口底板高程1508.50m，单孔净宽4.0m，净高4.0m，顶板厚0.5m，箱涵顶高程1513.00m，与坝顶齐平，闸室段全长6.5m，底板厚0.8m。陡坡段水平长52.50m，进口高程1508.50m，比降1：3，跌差17.5m，底宽4.0m，矩形断面，墙高1.5～3.0m。陡坡段出口接消力池，消力池墙高6.0m，底宽4.0m，矩形断面水平底板，全长30m。
泄水建筑物下泄流量Q为42.83m3/s，假定Q2为14m3/s，经计算，当消能网钢筋长度b为4m，孔数n为100，单孔宽度h为0.02m时，侧收缩系数ε为0.85，形状系数α为1.05，水的密度ρ为1000kg/m3，重力加速度g为9.81m/s2，流量系数k为100，动力粘滞系数μ为1.14×10-3N·s/m2，水流经消能网排至泄水槽的流量Q2为14.23m3/s，满足泄流能力要求，则水流经过控制段后流至泄槽段的下泄流量Q1＝Q-Q2＝42.83-14.23＝28.60m3/s。
泄槽典型断面处的水面线计算结果见表1。
表1泄槽段沿程水深计算结果
由表1可知，无消能防冲结构时，泄槽起始计算断面水深为2.27m，流速为4.72m/s；有消能防冲结构时，泄槽起始计算断面水深为1.73m，流速为4.13m/s；掺气水深差值最大值为0.54m，安装消能防冲结构后泄槽边墙高度可适当降低。由此可知，消能防冲结构具有减小泄水建筑物水流流速、降低水头和经济等优点。
渗径和消力池挡墙高度、池长计算结果见表2。
表2泄槽段沿程水深计算结果
由表2可知，在安装消能防冲结构后，渗径增大了10.5m，消力池池长减小了5.58m，挡墙高度减小了1.39m。

Claims (3)

1.一种泄水建筑物结构的施工方法，其特征在于：所述泄水建筑物结构包括依次设置的进口段(1)、控制段(2)、泄槽段(8)和消力池(9)，消力池(9)中设有消力墩(10)，所述泄水建筑物结构还包括消能防冲结构(16)，该消能防冲结构(16)包括消能网(3)、泄水槽(4)和蓄水池(6)，其中泄水槽(4)设置在控制段(2)下方，消能网(3)设置在控制段(2)与泄水槽(4)之间；蓄水池(6)位于泄水槽(4)下方，与泄水槽(4)通过第一输水管(5)相连；下泄流量经进口段(1)、控制段(2)后，一部分经消能网(3)、泄水槽(4)流入蓄水池(6)中，蓄水池(6)外接供水、灌溉的第二输水管(7)；另一部分沿泄槽段(8)、消力池(9)、消力墩(10)下泄；
消能网(3)包括方框(12)，方框(12)中并排固定有若干根钢筋(11)，且钢筋(11)按顺水流方向平行排列；泄水槽(4)顶部设有柱体(14)，方框(12)上开设有适配于柱体(14)的通孔(13)，方框(12)插接固定在泄水槽(4)上；
所述施工方法包括如下步骤：
(1)收集大坝泄水建筑物最大泄流量Q；
(2)设定泄流量Q经进口段(1)、控制段(2)后，经消能网(3)流入泄水槽(4)的流量Q2，制作能够满足泄流能力要求的消能网(3)；
Q＝Q1+Q2
Q1为流入泄槽段(8)的流量，ε为侧收缩系数；α为钢筋(11)的形状系数；n为消能网(3)的孔数；ρ为水的密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；b为钢筋(11)的长度，m；h为消能网(3)单孔宽度，m；k为流量系数；μ为动力粘滞系数，N·s/m2；
(3)由上游至下游依次构筑进口段(1)、控制段(2)、泄槽段(8)和消力池(9)，在消力池(9)中构筑消力墩(10)；
(4)将消能网(3)固定在泄水槽(4)顶部，并将消能网(3)紧贴控制段(2)底部设置，通过第一输水管(5)连接泄水槽(4)与蓄水池(6)，蓄水池(6)通过第二输水管(7)外接，用于供水、灌溉。
2.根据权利要求1所述的泄水建筑物结构的施工方法，其特征在于：钢筋(11)间距为20mm，直径为10mm～20mm。
3.根据权利要求1所述的泄水建筑物结构的施工方法，其特征在于：第二输水管(7)上设有电磁阀(15)，用于调节流量。
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