CN217974258U - 一种塔筒装配式消力池底板破损干地修复装备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种塔筒装配式平面消力池底板破损干地修复装备，主要包括塔筒段、过渡段、裙板段、基座止水段，塔筒段为圆柱形长筒结构，为方便运输以及提高装置对不同水深的适应性，塔筒段采用装配式结构，下接过渡段，过渡段为塔筒段和裙板段的连接结构，裙板段底部外接基座止水段。本实用新型塔筒装配式消力池底板破损干地修复装备，既可以创造干地施工条件，保证修复成效，又不必完全抽干消力池，节约修复工期和成本。该装备有利于水库消力池的除险加固，保障消力池的长期运行。

Description

一种塔筒装配式消力池底板破损干地修复装备

技术领域

本实用新型涉及水利工程枢纽安全除险加固技术，更具体地说是一种塔筒装配式消力池底板破损干地修复装备。

背景技术

当前我国存在着大量病险水库，不但影响了水库效益的发挥，也威胁着下游居民的安全，严重制约着社会经济的发展。消力池作为泄流建筑物的重要组成部分，在泄洪期间起到消降下泄水流能量的作用，其自身的稳定性是实现消能防冲的关键，若消力池底板发生破坏，下泄的水流会不断地冲刷建筑物基础，严重的甚至会直接威胁坝基安全。因此，有效的消力池修复技术是学术界和工程界较为关注的课题之一。

当前对于已受损的消力池底板修复方式主要分为两种，一种为围堰截流法，一种为水下新材料修补法，两种修复方式的主要区别为修复环境和修复材料的不同。

(1)对于围堰截流法，目前的施工方式为直接利用或加高消力池二道堰形成封闭水域，再利用水泵抽干消力池中水体形成干地施工条件，以便施工人员对消力池底板进行后续的处理修复。该种方法需将消力池内水体抽干，修复养护完成后，需将水体再次抽入消力池中，施工较为缓慢，工期长且修复成果较高。

(2)水下新材料修补法，是指通过人工下潜的方式，利用水下修复新材料对消力池底板破损处进行直接修补，当前该种技术当前尚不成熟，无法应对消力池表层钢筋网变形严重的情况，且新材料与老旧混凝土胶结面处理不当极易产生二次破坏，新材料的施工和后期养护均在水下进行，由于水流的影响，强度难以得到保证。

现有的两类修复技术(围堰截流法和水下新材料修补法)，都存在着很多的不足。首先，围堰截流法需修建截流围堰，且需抽干围堰区域内的水体，这种方法耗时较长，经济成本较高。其次，水下新材料修补法尚不成熟，新材料本身造价较高，且难以达到较好修复效果，不利于消力池的长期运行。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的问题，本实用新型提供一种塔筒装配式消力池底板破损干地修复装备，既可以创造干地施工条件，保证修复成效，又不必完全抽干消力池，节约修复工期和成本。该技术与装备有利于水库消力池的除险加固，保障消力池的长期运行，解决现有修复技术耗时较长，经济成本较高的问题。

本实用新型的技术方案是：

塔筒装配式平面消力池底板破损干地修复装备，主要包括塔筒段、过渡段、裙板段、基座止水段，

塔筒段为圆柱形长筒结构，为方便运输以及提高装置对不同水深的适应性，塔筒段采用装配式结构，下接过渡段，过渡段为塔筒段和裙板段的连接结构，裙板段底部外接基座止水段。

所述的塔筒段由一至多个塔筒层段拼装组成，每个塔筒层段长度设置为 2-3m，根据不同的水深可增减塔筒层段的数量，以适应不同水深的各种工况，竖直方向各塔筒层段之间利用层间止水紧固螺栓连接，并利用止水法兰保证其密封性，塔筒段为人工及修复物料的进出通道，其横截面直径设置为3-4m。

所述的过渡段为圆台形空心结构，其上接塔筒段，下接裙板段，为保证修复装备的整体性和密封性，过渡段顶部和底部的连接处均采用焊接工艺，过渡段的高度设置为2-4m，其顶部直径与塔筒段直径一致，其底部半径与裙板段直径一致，由于过渡段的连接作用,修复装置整体上可以设置为两段不同直径的筒状结构即塔筒段和裙板段相互连接的形式，而不用在竖直方向上整体采用大直径筒式围堰的方式，大大节约了装备用材。

所述的裙板段为圆筒式结构，裙板段内部为工作人员施工、修复器材放置的舱体，其高度设置为2-3m,其直径根据消力池混凝土底板破损面积的大小设置为 6-12m。

所述的基座止水段为焊接于裙板段底部的圆环式结构，其内径与裙板段半径一致，外径根据装备止水要求，在内径的基础上向外延伸2-4m，基座止水段厚度设置为10-30mm，裙板段和基座止水段间布置基座加劲肋板，以保证结构的稳定性，基座止水段底部为基座止水，基座止水段上表面可根据底部止水应力及装备整体抗倾覆要求，适当增加配重块，基座止水段外缘上表面设置配重围栏。

所述的止水法兰为外接于塔筒层段上下缘的圆环形结构，为保证整体强度及稳定性，设置层间加劲肋板，止水法兰内径与塔筒段直径一致，其外圈半径在内圈半径的基础上向外延伸0.3-0.5m，上层塔筒层段底部法兰盘与下层塔筒层段顶部法兰盘共同组成两层之间的止水法兰，为保证止水效果，设置两层层间Ω型止水橡胶，每层层间Ω型止水橡胶内外两侧各设置一排层间止水紧固螺栓，通过旋紧层间止水紧固螺栓压缩层间Ω型止水橡胶，以达到层间止水效果，同时将上下两层塔筒层段连接起来。

所述的基座止水布置于基座止水段下表面，为保证止水效果，布置3-4层基座组合式止水结构，每层基座组合式止水结构由一圈基座Ω型止水橡胶及与之配套的止水压板、基座止水紧固螺栓组成，其所需止水应力由修复装置重力、装置外水压力及配重块共同提供。

所述的配重围栏高度设置为0.2-0.5m，以防止放在基座止水段上表面的配重块从边缘滑落。

与已有技术相比，本实用新型或实用新型的有益效果体现在：

1、本实用新型采用了塔筒装配式的结构，方便长距离的运输。修复装备采用了板块式装配工艺，各板块在工厂内加工，之后采用陆运或水运的方式运送至施工现场，可很好的解决长距离运输难的问题，并可大大节约运输成本；更为重要的是，相对于围堰截流法，该技术与装备能形成局部的干地条件，而不用修建截流围堰及对消力池水体进行大规模的抽取，极大程度上降低了修复工作的工期和成本。

2、本实用新型可以实现对破损的消力池底板的水下干地作业修复。修复装备可将消力池破损面罩住，形成局部的独立水体环境，局部水体的流速，温度等参数易于控制，可适应不同的气候，水流条件，之后将装备内的水抽排干净，形成一个局部的干地作业空间，进而对破坏面进行彻底的处理与修复，相对于水下新材料修补法，更能保证消力池底板修复质量。

附图说明

图1为塔筒装配式消力池底板破损干地修复装备正视图；

图2为塔筒装配式消力池底板破损干地修复装备俯视图；

图3为基座组合式止水结构布置示意图(基座仰视)；

图4为基座组合式止水结构局部放大图；

图5为塔筒层段止水结构局部放大图；

图6为塔筒装配式消力池底底板破损干地修复装备拼装示意图；

图7为塔筒装配式消力池底底板破损干地修复装备下沉示意图；

图中标号：1塔筒装配式消力池底板破损干地修复装备，2塔筒段(2-1、2-2、 2-3、2-4塔筒层段)，3过渡段，4裙板段，5基座止水段，6层间止水紧固螺栓， 7止水法兰，8基座加劲肋板，9基座止水，10配重块，11配重围栏，12塔筒加劲肋板，13层间Ω型止水橡胶，14基座组合式止水结构，15基座Ω型止水橡胶， 16止水压板，17基座止水紧固螺栓，18安装起吊机吊钩，19安装吊索，20消力池岸坡，21消力池底板，22起重船吊钩，23起重船吊索，24消力池底板破损处，25物料船。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式详细介绍本实用新型。

此处不失一般地假设修复工况的相关参数：破损面几何中心离损坏边缘最远点的距离为3m，破损处水深为15m。

(一)本装备的结构设计与制造：

如图1、2所示，塔筒装配式平面消力池底板破损干地修复装备1，主要包括塔筒段2、过渡段3、裙板段4、基座止水段5。塔筒段2为圆柱形长筒结构，为方便运输以及提高装置对不同水深的适应性，塔筒段2采用装配式结构，下接过渡段3，过渡段3为塔筒段2和裙板段4的连接结构，裙板段4底部外接基座止水段5。所述的塔筒段2，由若干塔筒层段(编号为2-1，2-2，2-3、2-4)拼装组成，每个塔筒层段长度设置为3m，根据水深确定塔筒层段的数量为4段，装备整体高度为17m，塔筒段2为人工及修复物料的进出通道，其横截面直径设置为3m。过渡段3为圆台形空心结构，其上接塔筒段2，下接裙板段4，为保证修复装备的整体性和密封性，过渡段3顶部和底部的连接处均采用焊接工艺，过渡段3的高度设置为3m,其顶部直径与塔筒段2直径一致为3m，其底部直径与裙板段直径一致，由于过渡段的连接作用,修复装置整体上可以设置为两段不同直径的筒状结构，即塔筒段2和裙板段4相互连接的形式，而不用在竖直方向上整体采用大直径筒式围堰的方式，大大节约了装备用材。裙板段4为圆筒式结构，裙板段4内部为工作人员施工及物料存储的舱体，其高度设置为2m,其直径根据消力池混凝土底板破损面积的大小可设置为8m。基座止水段5为焊接于裙板段 4底部的圆环式结构，其内径与裙板段4直径一致，外圈半径根据装备止水要求，在内圈半径的基础上向外延伸3m，基座止水段厚度设置为10mm。

如图3、4所示，裙板段4和基座止水段5间布置基座加劲肋板8，以保证结构的稳定性，基座止水段5底部为基座止水9，基座止水段5上表面可根据底部止水应力及装备整体抗倾覆要求，适当增加配重块10，基座止水段外缘上表面设置配重围栏11。基座止水10布置于基座止水段5下表面，为保证止水效果，可布置3层基座组合式止水结构14，每层底部止水结构14由一圈底部Ω型止水橡胶15及与之配套的止水压板17、底部止水紧固螺栓18组成，其所需止水应力由修复装置重力、装置外水压力及配重块10共同提供。配重围栏11高度设置为0.3m，以防止放在基座止水段5上表面的配重块10从边缘滑落。

如图5所示，止水法兰7为外接于塔筒层段上下缘的圆环形结构，为保证整体强度及稳定性，设置层间加劲肋板12，止水法兰7内径与塔筒段2直径一致，其外圈半径在内圈半径的基础上向外延伸0.3m，上层塔筒层段底部法兰盘与下层塔筒层段顶部法兰盘共同组成两层之间的止水法兰7，为保证止水效果，设置两层层间Ω型止水橡胶13，每层层间止水橡胶13内外两侧各设置一排层间止水紧固螺栓6，通过旋紧层间止水紧固螺栓6压缩层间Ω型止水橡胶13，以达到层间止水效果，同时将上下两层塔筒层段连接起来。

(二)本实用新型的技术总体实施步骤为：

(1)修复前期准备工作：

①采用现有水下探测设备，提前对需要修复的混凝土底板进行探测识别，确定出破损面积、深度、破损面水深等参数，并通过踏勘的方式了解现场情况；

②依据混凝土底板破损面积确定裙板段4的相关尺寸，依据水深可确定修复装备整体高度及塔筒层段的段数等参数，并根据实际施工条件确定相应装配方案。

③方案确定后，将修复装置的板块运输至需要修复的工程现场，进行场地的相应整理工作。

④利用现有清淤装备对水下混凝土患部周边区域进行清淤，以保证修复装备的底部止水结构混凝土底板的贴合，已达到较好的止水效果。

(2)修复现场施工工作：

①修复装备的安装与吊运，如图6所示，修复装备的板块运至工程现场后, 在两岸选择合适的地点对塔筒式修复装备进行拼装，其底层为塔筒层段2-4、渐变段3、裙板段4及基座止水段5组成的整体结构，该结构为整体预制，若该结构体型过大运输不便也可采用装配式结构。通过吊机将塔筒层段2-3吊至装备底层(由塔筒层段2-4、渐变段3、裙板段4基座止水段5组成)上方，使用层间止水紧固螺栓6紧固止水法兰8的方式对修复装置进行组装，调节层间止水紧固螺栓6的紧固程度，达到层间Ω型止水橡胶13所需止水应力，塔筒层段2-3安装完毕以后，将塔筒层段2-2吊至塔筒层段2-3上方，重复上述步骤直至完成塔筒装配式平面消力池底板破损干地修复装置1的整体安装。

②如图7所示，修复装备在岸边装配完成后，使用起重船吊运等方式运至指定水域，利用起重船吊机将修复装备缓慢地沉入水中，当修复装置完全下水之后，启动水泵对装置内的水进行抽取，在抽水的过程中，若发现装置内部水体难以抽干，则说明装置初始止水效果不佳，渗水严重，此时则需增设水泵或在基座止水段上表面添加配重块10，以保证装置内部抽水速率大于渗水速率，当装置内部水位降低时，装置内外能形成一定的压差，随着装置内部水位的进一步下降，在水压的作用下，装置底部的止水应力能进一步增大，逐渐达到较好的止水效果。依据《水电工程闸门止水装置设计规范》，基座止水橡胶15所需止水应力应不小于其所处水深水压力的1.2倍，若装置在自身重力和水压的作用下仍未达到基座止水结构所需应力，则可考虑在基座止水段上表面继续增加配重块10，减少装置底部的渗水量，之后将装置在水中静置24小时，并观测装备的受力、变形及渗水情况，若装置底部仍有少量渗水，在确保装置安全无隐患且装置内水位下降到一定高度的情况下，可采用人工进入装置内部，对渗水孔径进行定向的封堵，创造出了干地的施工环境，再将修复人员、设备入场，进行破坏面的处理、修复工作。

(3)修复竣工验收工作：

①在修复完成后，对破坏面的处理效果进行检测、验收；

②在验收合格后，将修复人工及相关物料撤出修复装置后，利用水泵对修复装备进行充水，并撤除基座止水段5上表面配重块10，待装备内的水与外部水齐平之后，将修复装备吊至岸边组装点，对装备进行拆除工作，采用与组装时完全相反的方式：卸下塔筒层段2-1与2-2之间的层间止水紧固螺栓，将塔筒层段 2-1从装置顶部吊离，之后拆卸塔筒层段2-2与2-3之间层间止水紧固螺栓，重复上述步骤直至完成装置的整体拆卸。

上述各类装置中所用的方法或布置形式，不仅局限于某种方法或形式，其他任何可应用本实用新型原理或在本实用新型的基础上更改其中各类装置中所用方法或布置形式的技术，均属本系统技术范畴，均在本实用新型专利的保护范围之内。

Claims (8)

1.塔筒装配式消力池底板破损干地修复装备，其特征在于：主要包括塔筒段、过渡段、裙板段、基座止水段，

塔筒段为圆柱形长筒结构，为方便运输以及提高装置对不同水深的适应性，塔筒段采用装配式结构，下接过渡段，过渡段为塔筒段和裙板段的连接结构，裙板段底部外接基座止水段。

2.根据权利要求1所述的修复装备，其特征在于：

所述的塔筒段由一至多个塔筒层段拼装组成，每个塔筒层段长度设置为2-3m，根据不同的水深可增减塔筒层段的数量，以适应不同水深的各种工况，竖直方向各塔筒层段之间利用层间止水紧固螺栓连接，并利用止水法兰保证其密封性，塔筒段为人工及修复物料的进出通道，其横截面直径设置为3-4m。

3.根据权利要求1所述的修复装备，其特征在于：

所述的过渡段为圆台形空心结构，其上接塔筒段，下接裙板段，为保证修复装备的整体性和密封性，过渡段顶部和底部的连接处均采用焊接工艺，过渡段的高度设置为2-4m，其顶部直径与塔筒段直径一致，其底部半径与裙板段直径一致。

4.根据权利要求1所述的修复装备，其特征在于：

所述的裙板段为圆筒式结构，裙板段内部为工作人员施工、修复器材放置的舱体，其高度设置为2-3m,其直径根据消力池混凝土底板破损面积的大小设置为6-12m。

5.根据权利要求1所述的修复装备，其特征在于：

所述的基座止水段为焊接于裙板段底部的圆环式结构，其内径与裙板段半径一致，外径根据装备止水要求，在内径的基础上向外延伸2-4m，基座止水段厚度设置为10-30mm，裙板段和基座止水段间布置基座加劲肋板，以保证结构的稳定性，基座止水段底部为基座止水，基座止水段上表面可根据底部止水应力及装备整体抗倾覆要求，适当增加配重块，基座止水段外缘上表面设置配重围栏。

6.根据权利要求2所述的修复装备，其特征在于：

所述的止水法兰为外接于塔筒层段上下缘的圆环形结构，为保证整体强度及稳定性，设置层间加劲肋板，止水法兰内径与塔筒段直径一致，其外圈半径在内圈半径的基础上向外延伸0.3-0.5m，上层塔筒层段底部法兰盘与下层塔筒层段顶部法兰盘共同组成两层之间的止水法兰，为保证止水效果，设置两层层间Ω型止水橡胶，每层层间Ω型止水橡胶内外两侧各设置一排层间止水紧固螺栓，通过旋紧层间止水紧固螺栓压缩层间Ω型止水橡胶，以达到层间止水效果，同时将上下两层塔筒层段连接起来。

7.根据权利要求5所述的修复装备，其特征在于：

所述的基座止水布置于基座止水段下表面，为保证止水效果，布置3-4层基座组合式止水结构，每层基座组合式止水结构由一圈基座Ω型止水橡胶及与之配套的止水压板、基座止水紧固螺栓组成，其所需止水应力由修复装置重力、装置外水压力及配重块共同提供。

8.根据权利要求5所述的修复装备，其特征在于：

所述的配重围栏高度设置为0.2-0.5m，以防止放在基座止水段上表面的配重块从边缘滑落。

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