一种拱坝泄洪消能结构的制作方法

本发明涉及一种拱坝泄洪消能结构，属于水电工程消能防冲。

背景技术：

1、拱坝是水利水电工程中一种常见的筑坝形式，通常建设在高山峡谷当中，其泄洪布置的主要技术难点有：坝身泄洪流量巨大、水头高、河谷狭窄、地质条件较差。为降低泄洪雾化对两侧山体的影响，表、深孔水舌无碰撞入水方式逐渐成为高拱坝工程泄洪消能的优先选择。

2、但是，无碰撞入水意味着大部分能量的耗散只能依靠水舌与水垫塘内水体的剪切进行，为保证强烈的水流冲击下水垫塘底板的安全，这就需要水垫塘要有足够的开挖深度。

3、如图1所示，图1为高拱坝坝后水垫塘的典型布置形式，包括坝身1，在所述坝身1上设置有溢流表孔2和泄洪中孔3，在坝身1的下游依次设置有水垫塘7及二道坝10，泄洪中心线与水垫塘中心线重合；水垫塘上游侧靠近坝踵位置开挖深度较大，影响抗力体的完整性，增加了水垫塘的开挖工程量，同时水垫塘上游侧存在明显的静水区，大部分水体在泄洪运行过程中并未参与入射水流的剪切消能。

技术实现思路

1、本发明旨在针对上述技术问题，提供一种拱坝泄洪消能结构，在保证泄流量和水垫塘底板安全的前提下，尽可能多的保留坝肩、坝踵位置处的抗力体，增强坝体稳定性。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

3、一种拱坝泄洪消能结构，包括坝身，在所述坝身上设置有溢流表孔和泄洪中孔，在坝身的下游依次设置有水垫塘及二道坝，泄洪中心线与水垫塘中心线重合，所述水垫塘包括抬高区域，所述抬高区域的下游侧设置有高度小于所述抬高区域的水垫塘底板；所述抬高区域的一侧与所述坝身连接，所述抬高区域的另一侧沿上有至下游的方向延伸；所述抬高区域从上游至下游的延伸长度不超过溢流表孔的水舌在水垫塘的近落点的位置；所述抬高区域的高度小于所述二道坝的高度 ；所述抬高区域的下游侧与所述二道坝之间形成深水区。

4、溢流表孔水舌根据在水垫塘中的位置分为近落点水舌和远落点水舌，在表孔体型确定的情况下，从底板透空处下泄的水流厚度较小，表孔水舌的近落点基本是固定的，远落点则是随运行水位不同有所差异。

5、由此，在水垫塘上游侧设置抬高区域，使得表孔水舌主流入水点位于水垫较深区域，且水舌远近落点均位于水垫塘水深较深的区域，通过设置抬高区域，在保持原有开挖深度的同时加大了水舌主流入水点位的水深，坝体下游侧可保留更为完整的抗力体，减小了开挖深度，增强坝体稳定性的同时减小了工程投资。

6、根据本发明的实施例，还可以对本发明作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案：

7、为了避免表孔开启伊始，下泄水流直接冲击水垫塘上游侧底板，进一步地，所述抬高区域的高度不超过所述二道坝坝高的一半。

8、进一步地，所述溢流表孔的出口末端设置有位于所述溢流表孔内部的第一消能工，所述泄洪中孔的出口末端设置有第二消能工。

9、进一步地，所述溢流表孔和所述泄洪中孔均包括边墙及设置在两个所述边墙之间的底板，所述底板的末端位于所述边墙尾端的内侧。

10、进一步地，所述第一消能工和所述第二消能工均为收缩式消能工。收缩式消能工借助两侧边墙向中部的收缩构成收缩段，迫使水流变形，增强紊动和掺气，形成竖向和纵向扩散的水流流态。收缩式消能工能收缩水流的特性，使大坝上表孔和中孔的出口段同时逐渐收窄形成了窄缝，因而使下泄水流在空间沿垂向及河道纵向方向上扩散和拉伸，空中相互穿插并在水垫塘中分区入水，寻求到了一种既充分利用河道纵向空间，使表、中孔挑流出的水舌无碰撞或少碰撞，从而避免了因水流空中碰撞所产生的雾化问题，大大降低整个工程泄洪雾化的强度，又尽可能保证水流对水垫塘消能池的底板冲击动压较小的适合狭窄河谷地区工程特点的泄洪消能新形式。

11、所述第一消能工和所述第二消能工采用收缩式消能工以及溢流表孔和所述泄洪中孔的底板的末端位于所述边墙尾端的内侧，使得表孔出流水舌纵向拉开，水舌落点呈现纺锤形，水流主流位于水舌前部，冲击水垫塘底板。表孔水舌主流集中程度通过出口底板在边墙尾端内侧的延伸长度进行调节。

12、进一步地，所述溢流表孔堰顶高程在同一水平面上，所述泄洪中孔为平底出流，底板高程一致。

13、为了两侧基岩的完整性，在不影响表孔水舌的入水的前提下，进一步地，所述抬高区域的至少一侧设置有侧墙，所述侧墙朝向左岸或右岸的一侧向所述水垫塘的中心线方向延伸。

14、进一步地，所述抬高区域的下游侧设置有高度小于所述抬高区域的水垫塘底板，所述抬高区域与所述水垫塘底板之间设置有倾斜的连接段。

15、进一步地，所述水垫塘两岸均有混凝土护坡。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

17、1）本发明的拱坝泄洪消能结构充分利用水垫塘内不同深度的水垫进行剪切消能，避免了因表中孔水舌集中入水而造成的水垫塘底板冲击动水压强过大的问题，坝体下游侧可保留更为完整的抗力体，增强了坝体稳定性的同时减小了工程投资。

18、3）本发明的拱坝泄洪消能结构水舌远近落点均位于水垫较深区域，增大与水垫塘内水体剪切面积的同时，在横向上为表孔水舌入水提供了更大空间，实现了水流的空中无碰撞；异形水垫塘上游侧底板抬升区域的水平长度由表孔水舌主流落点的位置进行控制，使得表孔水舌主流入水点位于水垫较深区域。

技术特征：

1.一种拱坝泄洪消能结构，包括坝身（1），在所述坝身（1）上设置有溢流表孔（2）和泄洪中孔（3），在坝身（1）的下游依次设置有水垫塘（7）及二道坝（10），泄洪中心线与水垫塘（7）中心线重合，其特征在于：所述水垫塘（7）包括抬高区域（71），所述抬高区域（71）的下游侧设置有高度小于所述抬高区域（71）的水垫塘底板（72）；所述抬高区域（71）的一侧与所述坝身（1）连接，所述抬高区域（71）的另一侧沿上有至下游的方向延伸；所述抬高区域（71）从上游至下游的延伸长度不超过溢流表孔（2）的水舌在水垫塘（7）的近落点的位置；所述抬高区域（71）的高度小于所述二道坝（10）的高度 ；所述抬高区域（71）的下游侧与所述二道坝（10）之间形成深水区。

2.根据权利要求1所述的拱坝泄洪消能结构，其特征在于：所述抬高区域（71）的高度不超过所述二道坝（10）坝高的一半。

3.根据权利要求1所述的拱坝泄洪消能结构，其特征在于：所述溢流表孔（2）的出口末端设置有位于所述溢流表孔（2）内部的第一消能工（11），所述泄洪中孔（3）的出口末端设置有第二消能工（12）。

4.根据权利要求3所述的拱坝泄洪消能结构，其特征在于：所述溢流表孔（2）和所述泄洪中孔（3）均包括边墙（4）及设置在两个所述边墙（4）之间的底板（5），所述底板（5）的末端位于所述边墙（4）尾端的内侧；所述溢流表孔（2）和所述泄洪中孔（3）在沿坝身（1）的宽度方向上交错设置。

5.根据权利要求3所述的拱坝泄洪消能结构，其特征在于：所述第一消能工（11）和所述第二消能工（12）均为收缩式消能工。

6.根据权利要求1所述的拱坝泄洪消能结构，其特征在于：所述溢流表孔（2）堰顶高程在同一水平面上，所述泄洪中孔（3）为平底出流，底板高程一致。

7.根据权利要求1所述的拱坝泄洪消能结构，其特征在于：所述抬高区域（71）的至少一侧设置有侧墙（711），所述侧墙（711）朝向左岸或右岸的一侧向所述水垫塘（7）的中心线方向延伸。

8.根据权利要求1所述的拱坝泄洪消能结构，其特征在于：所述抬高区域（71）与所述水垫塘底板（72）之间设置有向所述水垫塘底板一侧倾斜的连接段（73）。

9.根据权利要求1-8任一项所述的拱坝泄洪消能结构，其特征在于：所述水垫塘（7）两岸均有混凝土护坡（6）。

技术总结本发明公开了一种拱坝泄洪消能结构，包括坝身，在坝身上设置有溢流表孔和泄洪中孔，在大坝的下游设置有水垫塘及二道坝，溢流表孔包括边墙及设置在两个边墙之间的底板，底板的末端位于边墙尾端的内侧，溢流表孔的出口末端设置有位于溢流表孔内部的第一消能工，泄洪中孔的出口末端设置有第二消能工；水垫塘的上游侧设置有抬高区域，抬高区域的水平长度不超过溢流表孔水舌的落点位置；抬高区域的高度不超过二道坝坝高的一半，抬高区域与二道坝之间形成深水区。本发明利用异形水垫塘避免了因表中孔水舌集中入水而造成的水垫塘底板冲击动水压强过大的问题，坝体下游侧可保留更为完整的抗力体，增强了坝体稳定性的同时减小了工程投资。技术研发人员：周华,刘要来,张建民,鄢建华,谭彬,徐聪云,张力方,周跃飞,张勇智,邹杰受保护的技术使用者：华能澜沧江水电股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/10