洩洪消力池結構的製作方法

2023-11-11 15:54:57 3

洩洪消力池結構的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種護坦較短且進水口段處受急流作用力較小的洩洪消力池結構，包括進水口段、池體和出水口段；所述進水口段的前後端分別為進水口部和進水咽喉部，所述進水口部的寬度比進水咽喉部的寬度窄；所述進水口段的底部設有由至少兩個臺階組成的階梯形多級跌坎；所述池體內設有挑坎；所述進水口段的進水咽喉部與池體的一端連為一體，所出水口段與池體的另一端連為一體。進水口段漸變擴寬設計，既可以疏緩急流減小急流對進水口段側壁的衝擊力，又可以在護坦高程一定的情況下增大消力池容積；多級跌坎減小了急流水躍落差，減少了急流對消力池的衝蝕；挑坎進一步提高了消力池的消能效果，相對縮短了消力池護坦的長度，利於節約工程成本。
【專利說明】洩洪消力池結構

【技術領域】
[0001]本實用新型屬於水利工程領域，具體涉及一種洩洪消力池結構。

【背景技術】
[0002]在急流下洩的過程中，巨大的能量需要進行有效的消殺，以使上遊下洩的急流能夠安全、穩妥的流入下遊河道。消力池是一種通過水躍將洩水建築物洩出的急流轉變為緩流，消除急流動能的消能設施。消力池一般設置在洩洪洞、溢洪道或者是閘壩等洩水建築物的出口。
[0003]目前，消力池主要有以下三種:第一種是通過降低護坦高程形成的用以加大尾水深度，促使下洩急流在池中產生底流式水躍的下降式消力池；第二種是通過在護坦末端設置消力檻而形成的消力檻式消力池，這種消力池多用於水躍淹沒度不足或開挖消力池有困難等情況；第三種是既降低護坦高度又設置消力檻而形成的綜合式消力池。但是這三種消力池的護坦還是較長，土石方開挖量和混凝土方用量均較大，工程造價較高；此外，上遊水位到消力池進水口躍首處斷面的落差大，急流進入消力池時動壓頭較大，對消力池進水口段底部的作用力也很大，既容易衝蝕消力池，消能效果又不理想；而且，洩水建築物出口的水躍不穩定時，急流對消力池的進水口段側壁的衝擊力較大，危及建築物安全，並有可能對消力池進水口段形成淹沒，影響洩洪。
實用新型內容
[0004]本實用新型要解決的技術問題是提供一種護坦較短且進水口段處受急流作用力較小的洩洪消力池結構。
[0005]本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是:洩洪消力池結構，包括進水口段、池體和出水口段；所述進水口段的前後端分別為進水口部和進水咽喉部，所述進水口部的寬度比進水咽喉部的寬度窄；所述進水口段的底部設有由至少兩個臺階組成的階梯形多級跌坎；所述池體內設有挑坎；所述進水口段的進水咽喉部與池體的一端連為一體，所出水口段與池體的另一端連為一體。
[0006]進一步的是，所述進水口段的側壁俯視呈「八」字形。
[0007]進一步的是，所述挑坎橫向設置在池體的底部。
[0008]進一步的是，所述挑坎的底部與池體的底部連為一體，挑坎上沿水流方向的左右兩側分別為迎水面和背水面。
[0009]進一步的是，所述述挑坎的橫截面為三角形。
[0010]進一步的是，所述迎水面與池體的底部平面之間的夾角為挑坎挑角a，所述挑坎挑角a為10°?40°。
[0011]進一步的是，所述迎水面與背水面相互垂直。
[0012]進一步的是，所述池體上與出水口段相連的一端處還設有第二挑坎。
[0013]進一步的是，所述出水口段上設有至少一個齒坎。
[0014]進一步的是，所述齒坎至少為兩個且橫向並排設置在出水口段上。
[0015]本實用新型的有益效果是:消力池進水口段漸變擴寬設計，既可以疏緩急流，減小急流對進水口段側壁的衝擊力，又可以在護坦高程一定的情況下增大消力池容積，增加了底流寬度方向的流量範圍利於消能，同時避免了水躍不穩時消力池被急流淹沒；多級跌坎減小了急流水躍的落差，有效的改善了壓力特性，減少了急流對消力池的衝蝕，提高了消力池的壽命；急流在多個臺階上跌落消能，提高了消力池的消能率；設置在池體內的挑坎具有挑流的作用，進一步提高了消力池的消能效果，相對縮短了消力池護坦的長度，土石方開挖量和混凝土方用量也相對減少，節約了工程成本。挑坎橫向設置在消力池的池體內佔用空間較小，消能效果更佳，且受地形、地質條件限制小。迎水面具有挑流消能效果，背水面具有旋流消能效果。橫截面為三角形挑坎綜合了底流消能、挑流消能及旋流消能等複合消能方式，使流態更好，消能效果最佳。挑坎挑角a取10°?40°時，可以保證挑距儘可能遠而衝刷坑又不深。第二挑坎能再次挑流消能，並可以和出水口段側壁配合消能。經過齒坎的最後消能，急流已經轉變為緩流能夠安全、穩妥的流入下遊河道；並排設置的齒坎可以阻流消能，並疏導水流、使其流態更好。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型的俯視結構示意圖；
[0017]圖2為沿圖1中A-A線剖開的剖面結構示意圖；
[0018]圖3為圖2中I處的局部放大圖；
[0019]圖中標記為:進水口段1、進水口部11、進水咽喉部12、多級跌坎13、臺階131、池體2、挑坎21、迎水面211、背水面212、第二挑坎22、出水口段3和齒坎31。

【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本實用新型作進一步的說明。
[0021]如圖1和圖2所示，洩洪消力池結構，包括進水口段1、池體2和出水口段3 ;所述進水口段I的前後端分別為進水口部11和進水咽喉部12，所述進水口部11的寬度比進水咽喉部12的寬度窄；所述進水口段I的底部設有由至少兩個臺階131組成的階梯形多級跌坎13 ;所述池體2內設有挑坎21 ;所述進水口段I的進水咽喉部12與池體2的一端連為一體，所出水口段3與池體2的另一端連為一體。
[0022]其中，進水口段I為漸變擴寬設計，進水口段I的側壁面可以是弧形面、扭曲面、八字牆等結構使其進水口部11的寬度比進水咽喉部12的寬度窄，該結構增大了消力池水平截面的面積，在護坦高程一定的情況下使消力池的容積更大，同時漸變擴寬設計使進水口段I的側壁具有一定的疏流作用，同時減小了急流對進水口段側壁的衝擊力。組成多級跌坎13的臺階131數量一般根據實際需要而定，通常臺階131的數量為3個?5個，多級跌坎13使急流跌下的水躍的落差減小，使消力池單位面積受到的衝擊力減小，避免了急流的衝蝕，提高了消力池的壽命，同時急流在多個臺階131上跌落消能較多。挑坎21具有挑流消能的作用，其橫截面一般為梯形或三角形，通常挑坎21是設置在池體2的底部的；挑坎21進一步提高了消力池的消能效果，與現有的消力池結構相比，同樣的消能效果時縮短了消力池護坦的長度，而同樣的護坦長度時消能效果更好。
[0023]從圖1中可以看出，所述進水口段I的側壁俯視呈「八」字形；進水口段I的兩個側壁之間的夾角通常為10°?30°。
[0024]具體的，所述挑坎21橫向設置在池體2的底部，如圖1、2所示；挑坎21橫向設置佔用池體2內空間較小，消能效果更佳，且受地形、地質條件限制小。
[0025]如圖2和圖3所示，所述挑坎21的底部與池體2的底部連為一體，挑坎21上沿水流方向的左右兩側分別為迎水面211和背水面212 ;迎水面211具有挑流消能效果，背水面212具有可以使洪流形成旋流進而消能。具體的，所述挑坎21的橫截面為三角形。
[0026]具體的，所述迎水面211與池體2的底部平面之間的夾角為挑坎挑角a，如圖3所示；通過實驗得出當挑坎挑角a為10°?40°時，挑坎21對急流的挑距儘可能遠而衝刷坑又不深，所以挑坎挑角a優選為10°?40°。所述迎水面211與背水面212相互垂直。
[0027]為了進一步提升消力池的消能效果，所述池體2上與出水口段3相連的一端處還設有第二挑坎22，如圖2所示；第二挑坎22不僅具有挑流消能效果，而且被第二挑坎22挑起的急流會衝擊在池體2與出水口段3相接的側壁上消能。
[0028]結合圖1和圖2還可以看出，所述出水口段3上設有至少一個齒坎31。具體的，所述齒坎31至少為兩個且橫向並排設置在出水口段3上。經過齒坎31的最後消能，急流已經轉變為緩流能夠安全、穩妥的流入下遊河道；而且，相鄰齒坎31之間的間隙可以疏導水流，使其流態更好。
[0029]實施例
[0030]洩洪消力池，依次分為進水口段1、池體2和出水口段3 ;進水口段I前端進水口部11的寬度為15m，進水口段I後端進水咽喉部12的寬度為30m，進水口段I的兩個側壁面之間的夾角為18.14° ;進水口段I的底部設有由三個臺階131組成的階梯形多級跌坎13，多級跌坎13為與進水口段I的底部一體的結構；池體2內橫向設置有橫截面為三角形的挑坎21，挑坎21的迎水面211與背水面212相互垂直，挑坎挑角a為10.01° ;池體2上與出水口段3相連的一端處設有第二挑坎22 ;出水口段3上設有四個橫向並排設置的齒坎31。根據工程經驗，為了防止空蝕破壞，建築物水流空化數一般應大於0.3，採用體型各部位的水流空化數均大於0.3。
[0031]消能過程:當洩洪建築物出口射流出的急流從進水口部11進入消力池後，在多級跌坎13上跌落消能並在進水口段I的漸寬側壁的導流作用下進入池體2內；急流經過挑坎21上迎水面211的反射與挑流後在池體2內紊動和回流，在背水面212處急流形成旋流進而消能，大大提高了消能率；急流再經過第二挑坎22挑流消能後衝擊在池體2與出水口段3相接的側壁上進一步消能；最後，急流一部分被齒坎31阻擋消能，一部分從兩個相鄰齒坎31之間的間隙和出水口段3上部流出變成緩流，流入下流河道。
[0032]消能流速試驗
[0033]百年一遇洪水工況下，洪流從進水口部11進入的流速為22.91m/s，經過多級跌坎13、挑坎21後流速降低到9.48m/s，再經過第二挑坎22、齒坎31後從出口處流出的流速為7.95m/s ;另外，各斷面的橫向流速分布比較均勻，垂向分布仍然是中上部流速較大，臨底流速較小。
[0034]對於百年一遇的洪水，常規的消力池消能效率在20%以下；而該方案的該消力池結構由於採用了多級跌坎13、挑坎21、第二挑坎22、齒坎31等消能工後，消能率約為42%，比常規消力池提高了一倍以上；對於二十年一遇的洪水，該消力池結構消能率增加到56%左右。
[0035]本是實用新型通常用於洩洪洞、溢洪道或者是閘壩等洩水建築物的出口，特別是用於大流量、高水頭、高流速的洩洪洞出口。
【權利要求】
1.洩洪消力池結構，包括進水口段(I)、池體(2)和出水口段(3);其特徵在於:所述進水口段(I)的前後端分別為進水口部(11)和進水咽喉部(12)，所述進水口部(11)的寬度比進水咽喉部(12)的寬度窄；所述進水口段(I)的底部設有由至少兩個臺階(131)組成的階梯形多級跌坎(13);所述池體(2)內設有挑坎(21);所述進水口段(I)的進水咽喉部(12)與池體(2)的一端連為一體，所出水口段(3)與池體(2)的另一端連為一體。
2.如權利要求1所述的洩洪消力池結構，其特徵在於:所述進水口段(I)的側壁俯視呈「八」字形。
3.如權利要求1所述的洩洪消力池結構，其特徵在於:所述挑坎(21)橫向設置在池體(2)的底部。
4.如權利要求3所述的洩洪消力池結構，其特徵在於:所述挑坎(21)的底部與池體(2)的底部連為一體，挑坎(21)上沿水流方向的左右兩側分別為迎水面(211)和背水面(212)。
5.如權利要求4所述的洩洪消力池結構，其特徵在於:所述挑坎(21)的橫截面為三角形。
6.如權利要求4或5所述的洩洪消力池結構，其特徵在於:所述迎水面(211)與池體(2)的底部平面之間的夾角為挑坎挑角a，所述挑坎挑角a為10°?40°。
7.如權利要求6所述的洩洪消力池結構，其特徵在於:所述迎水面(211)與背水面(212)相互垂直。
8.如權利要求1、2、3、4、5或7所述的洩洪消力池結構，其特徵在於:所述池體(2)上與出水口段(3)相連的一端處還設有第二挑坎(22)。
9.如權利要求1、2、3、4、5或7所述的洩洪消力池結構，其特徵在於:所述出水口段(3)上設有至少一個齒坎(31)。
10.如權利要求9所述的洩洪消力池結構，其特徵在於:所述齒坎(31)至少為兩個且橫向並排設置在出水口段(3)上。
【文檔編號】E02B8/06GK204139139SQ201420580736
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月9日 優先權日:2014年10月9日
【發明者】劉民怡, 李旭東, 遊湘, 賀立強 申請人:中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司