储水池设备的制作方法
本发明属于水力储水池领域。
本发明更确切地涉及储水池设备，所述储水池设备包括水坝、下游加固件，所述下游加固件通过支撑设备紧靠所述水坝的下游壁，所述支撑设备能够控制由水坝的下游壁施加在所述加固件上的力。
一些水坝的不令人满意的表现以及特别是关于防洪和防地震的法规要求的发展使得需要增加这些水坝对极高负载的抵抗力，或甚至是有利地延长水坝的寿命。
一种解决方案是对这些水坝进行结构加固，从而重建其足以抵抗这些极端负载的安全系数。
可以例如通过被称为“下游加固件”的下游结构实现加固，现有水坝紧靠在所述下游结构上。在该情况下，可以从根本上获知并且控制水坝和加固件之间传递的力。用于实现两个工事之间的界面的技术因此是关键要素，其特别影响加固件构造过程中水坝的水位标高(水位高度)、组件的最终机械表现及其监控。
背景技术：
目前采用的技术方案是通过刚性连接件或柔性连接件阻止水坝和下游加固件结构之间的移位。
当不希望刚性地连接水坝及其加固件时(通常在弓形水坝和重力型加固件之间)，奥地利
然而，该技术具有如下问题：
-支撑件定位的确定复杂并且棘手；需要大量数值模拟，其精确度被证明不足；
-由水坝传递至加固件的力取决于其水平位移。底部的位移较小，底部可能传递较小的力，底部是储水池部分上经受最高流体静压的区域；
-在水坝和/或其地基的表现发生不可逆变化的情况下，需要随着时间重新定位支撑件；
-最初将水坝支承在加固件上(如同支柱的任何变化)需要首先通过排空储水池使水坝卸压；
-这种支撑件需要强化和高成本的监控；监控不能在水下进行。
技术实现要素：
因此本发明的目的是克服现有技术的上述缺点并且提出一种技术方案，所述技术方案能够自发地或者以受控方式控制由液压储水池水坝的下游壁施加在其下游加固件上的力，并且能够简单建模和监控。
本发明的目的还有提供一种方案，所述方案能够在水下进行并且因此适用于具有下游水位的水坝(例如位于法国l’ain河上的vouglans水坝)。
本发明的另一个目的是提出一种比已知现有技术设备成本更低的界面装置。
为此目的，本发明涉及一种储水池设备，所述储水池设备包括水坝和设置在所述水坝下游并且被称为“下游加固件”的加固件。
根据本发明，该设备包括至少一个柔性千斤顶，所述柔性千斤顶介于所述水坝的下游面和所述加固件的上游面之间，该柔性千斤顶包括储存水的腔体，该腔体至少部分地由可变形隔膜限定，该腔体通过加压装置保持受压。
由于本发明的这些特征，能够通过调节腔体内的压力控制由水坝的下游壁施加至所述加固件的力。
根据本发明的其它有利但是非限制性的特征(单独或组合)：
-所述腔体一方面由所述水坝的一部分下游面和所述下游加固件的一部分上游面限定，另一方面由所述弹性可变形隔膜限定，所述弹性可变形隔膜在所述下游面和上游面之间延伸并且通过保证不透水性的附接装置附接至所述下游面和上游面，
-所述柔性千斤顶包括可变形隔膜，所述可变形隔膜限定整个所述腔体，该柔性千斤顶被设置成使得被称为“上游”面的一个面与所述水坝的下游面接触并且被称为“下游”面的另一个面与所述下游加固件的上游面接触，
-所述柔性千斤顶的相反面中的至少一个面与所述水坝的所述下游面的突出部分和/或所述下游加固件的所述上游面的突出部分例如支撑梁接触，
-所述隔膜一方面包括中央部分另一方面包括上端和下端，所述中央部分包括其上游面和下游面以及隔膜的连接上游面和下游面的区域，所述中央部分由第一材料制成，上端和下端由不同于第一材料的材料制成，
-所述隔膜至少部分地由弹性可变形材料制成，所述弹性可变形材料例如弹性体、弹性可变形金属或由被弹性体和/或塑料覆盖的织物基材组成的复合物，
-所述柔性千斤顶的腔体的加压装置包括至少一个管线，所述管线穿过所述水坝，并且所述管线所谓的“上游”端通往水坝的上游面，并且所述管线另一个所谓的“下游”端与柔性千斤顶的腔体的内部流体相通从而对其进行加压，使得所述柔性千斤顶内位于给定海拔的点处的流体静压等于在相同海拔的给定点处施加至所述水坝的上游面的流体静压，
-所述柔性千斤顶的腔体的加压装置包括额外的蓄水池，所述蓄水池与所述柔性千斤顶流体相通；
-所述柔性千斤顶的腔体的加压装置包括泵，所述泵对所述柔性千斤顶中容纳的水进行加压；
有利地，所述柔性千斤顶的腔体的加压装置包括至少两个选自如下的装置：
-管线，所述管线穿过所述水坝，并且所述管线所谓的“上游”端通往水坝的上游面，且所述管线另一个所谓的“下游”端与所述柔性千斤顶的腔体的内部流体相通，
-额外的蓄水池，所述蓄水池与所述柔性千斤顶流体相通，
-泵，所述泵对所述柔性千斤顶中容纳的水进行加压，
并且所述储水池设备包括多通阀，所述多融阀的不同入口连接至所述各个加压装置并且其出口连接至所述柔性千斤顶的腔体的内部，从而选择性地通过所述加压装置中的一个或另一个对所述柔性千斤顶进行加压。
根据本发明的其它非限制性特征：
-所述储水池设备包括控制设备，所述控制设备从动于用于测量水坝上游压力的传感器并且调节柔性千斤顶的腔体的加压装置和多通阀的操作；
-所述柔性千斤顶装配有排气设备；
-所述柔性千斤顶装配有用于排空其中容纳的水的设备；
-所述柔性千斤顶为包含隔膜的垫，所述隔膜限定储存水的所述腔体；
-所述储水池设备包括至少一个柔性千斤顶，所述柔性千斤顶优选在下游加固件的整个高度上竖直设置；
-所述储水池设备包括至少一个柔性千斤顶，所述柔性千斤顶优选在下游加固件的整个宽度上水平设置；
-所述储水池设备包括多个柔性千斤顶，所述柔性千斤顶沿着多个水平的排和/或多个竖直的列彼此隔开设置。
本发明还涉及一种储水池设备，所述储水池设备包括水坝和设置在所述水坝下游并且被称为“下游加固件”的加固件。
根据本发明，该设备包括至少一个柔性千斤顶，所述柔性千斤顶介于所述水坝和所述加固件之间，该柔性千斤顶包括隔膜，所述隔膜限定储存水的腔体，该腔体通过加压装置保持受压，并且所述柔性千斤顶被设置成使得被称为“上游”面的一个面与所述水坝的下游面接触并且被称为“下游”面的另一个面与所述下游加固件的上游面接触。
附图说明
通过参考附图给出的如下描述了解本发明的其它特征和优点，附图仅示意性而非限制性地显示了本发明的可能的实施方案。
在附图中：
-图1为根据本发明的储水池设备的实施方案的纵截面的示意图，
-图2为图1的储水池的一部分的立体图，
-图3为图2的中央部分的细节和立体图，
-图4为显示施加在水坝两侧的不同压力的概要示意图，
-图5为以横向纵截面显示水坝及其下游加固件以及柔性千斤顶的一部分的示意图，
-图6为显示水坝、加固件、柔性千斤顶及其不同加压装置的示意图，
-图7和图8为柔性千斤顶相对于水坝的下游面的可能的不同设置的示意性立体图，
-图9为以横向纵截面显示水坝及其下游加固件以及柔性千斤顶的另一个变体实施方案的一部分的示意图。
具体实施方式
现在将参考图1描述根据本发明的储水池设备。在该图中，可见储水池设备1包括水坝2和加固件3。
优选地，水坝2为由混凝土制成的弓形水坝，即具有弓形形状的水坝，其凹面面对下游，允许由于水压造成的一部分力传递至河岸而不是水坝本身。
水坝2设置在地面s上，并且水坝2具有面对由水坝2保持的水e的上游面21和相反的下游面22。
加固件3为优选由混凝土制成的增强结构，其设置在水坝的下游侧，通常但是非强制性地具有比水坝2更小的高度并且旨在为水坝减轻由储水池e造成的一部分流体静压。
加固件3也设置在地面s上并且具有上游面31和相反的下游面32。
在之后的说明书和权利要求中，术语“上游面”(或“下游面”)表示指向工事(水坝或加固件)的上游(或下游)的所有面，其中所述面为该工事的可能弯曲的主面或者从该主面突出的元件(梁、桩)的面。
根据本发明，至少一个柔性千斤顶4设置在水坝2的下游面22和加固件3的上游面31之间(参见图3)。
优选地，柔性千斤顶(也被称为“膨胀垫”)包括由隔膜40组成的可变形本体。隔膜40限定腔体41，可以在所述腔体41内引入液体，例如水。液体进入由柔性千斤顶4的本体限定的腔体使得能够对其进行加压。
柔性千斤顶4被设置成其被称为“上游”的一个面401与所述水坝(2)的下游面22接触，并且其被称为“下游”的另一个面402与所述下游加固件3的上游面31接触。
可变形隔膜40可以由能够弹性变形的不同材料制成。
有利地，这些材料的厚度小于其它尺寸(长度和宽度)，并且其弯曲刚度小于其拉伸刚度。
仅举例而言，可以提及弹性体材料，例如橡胶，由被弹性体和/或塑料覆盖的织物基材组成的复合物，或能够弹性变形的金属片部件(例如钢片)。优选地，这样的金属片部件能够承受弹性变形。
根据第一个变体实施方案，可变形隔膜40整体上由单种材料(例如上文提及的那些材料之一)制成。
根据第二个变体形式，可变形隔膜40也有可能由不同材料组成。因此，例如隔膜40的中央部分有可能可变形(基本上对应于包括其上游面401及其下游面402的部分)并且由第一材料(例如上述金属片)制成，而该隔膜40的上端和下端由不同材料(例如上述弹性体或复合物)制成。
在该情况下，在由不同材料制成的部分之间设置密封件从而连接所述部分并且保证不透水性。
根据第三个变体实施方案，隔膜40的中央部分有可能由刚性材料(例如金属)制成，并且仅隔膜40的端部由弹性可变形材料制成。因此总的来说，柔性千斤顶的本体保持其可变形特征，这就允许其本身适应压力的变化。
最后应注意，柔性千斤顶4的上游面401和下游面402还能够不可分离地分别附接至水坝2的下游面22和下游加固件3的上游面31。
根据图9所示的第四个变体实施方案，柔性千斤顶4的腔体41有可能一方面通过水坝2的下游面22的一部分和加固件3的上游面31的一部分限定，另一方面通过由上述其中一种材料制成的可变形隔膜40限定。在该情况下，该隔膜40基本上具有材料带的形状，所述材料带的两端连接从而形成环。
此外，该环的下游环形边缘的整个圆周通过附接装置44附接至上游面31，而其上游环形边缘的整个圆周也通过附接装置45附接至下游面22。
这些附接装置44、45也保证不透水性。
现在将结合图5详细描述本发明的第一个实施方案。
隔膜40连接至穿过水坝2厚度的管线5(或入口)。该管线的上游端51通往水坝2的上游面21，而其被称为“下游端”的相反端52与柔性千斤顶4的腔体41的内部流体相通。优选地，阀53介于管线的端部52和柔性千斤顶4之间。
这使得能够使用来自位于水坝2上游的储水池的水e填充柔性千斤顶4并且对该千斤顶4进行加压。
现在将结合图4描述柔性千斤顶的操作原理，图4仅显示了水坝2。
在图4的左部，显示了由水e施加至水坝的上游面21的流体静压(箭头i)。
在给定海拔z下，流体静压p遵守下式：
p＝ρ.g.(z0–z)+po
其中ρ表示液体的体积质量密度，g表示重力加速度，z表示给定点的海拔并且p0表示海拔z0下的压力。
流体静压的值因此与水下所处海拔直接相关，这解释了为什么具有最大水位高度的水坝基部的流体静压特别高(参见最长箭头i)。
在图4的直线部分上(即水坝2的下游)，显示了通过每个柔性千斤顶4施加至下游面22的背压垂直于下游面22。该背压因此通过箭头j显示。
由于柔性千斤顶4与储水池中容纳的水相通，通过每个柔性千斤顶4施加的背压等于施加至水坝的上游面21的流体静压。
然而应注意，柔性千斤顶4不设置在水坝的整个下游面22上，而是仅设置在其一部分表面上。因此，在给定海拔下，施加至水坝的下游面22的平均压力(通过箭头k显示)仅占千斤顶4中压力的一定百分比(在该第一个实施方案中等于由储存的水产生的流体静压)并且通过如下比例确定该平均压力：(给定海拔下柔性千斤顶4的总宽度)/(相同海拔下下游面22的宽度)。
根据希望在水坝2及其加固件3之间传递的力调节柔性千斤顶的数目和分布。
此外应注意，在图5所示的实施例中，管线的下游端52通往由隔膜40限定的腔体41的上部。
然而这并非强制性的；管线5的端部52可以通往腔体41的任何其它部分，这并不影响腔体41内给定点处存在的流体静压，因为如前文所解释的，所述流体静压与储水池中的水e的表面海拔与该给顶点的海拔(深度)之间的差距相关。
然而应注意，管线5的上游端51所通往的海拔决定了水位e，在该水位e之下不再存在蓄水池e和柔性千斤顶4之间的液压联接。如果希望保持该联接，需要考虑操作过程中储水池中的最小水位e来调节端部51的海拔。
借助管线5对柔性千斤顶4进行加压使得能够实现自发设备，所述自发设备在水坝2的下游侧供应与水坝的上游侧存在的液压等压的背压。
柔性千斤顶在下游面施加背压，所述背压则降低了水坝接收的整体压力。出于该原因，水坝减轻了一部分负载。然而这些力通过柔性千斤顶完全传递至加固件3。
应注意，当存在多个柔性千斤顶4时，每个千斤顶4的腔体41可以连接至穿过水坝2的管线5(因此存在与柔性千斤顶4同样多的管线5，参见图3)，或者这些腔体41可以连接至向所有腔体供应流体的单个管线5或各自供应多个千斤顶的多个管线5。
根据本发明的另一个实施方案，可以通过液压入口61对柔性千斤顶4进行加压，所述液压入口61连接至额外的蓄水池6而非水坝的储水池(参见图6)。
该额外的蓄水池6使得能够将柔性千斤顶4保持于给定的流体静压，根据该蓄水池的海拔及其填充水平，所述给定的流体静压可以等于、大于或小于储水池e中给定海拔下存在的流体静压。在图6中，蓄水池6中的水面的海拔大于储水池e中的水面的海拔，使得千斤顶4中获得的流体静压大于经由管线5通过储水池获得的流体静压。
根据本发明的另一个实施方案，可以使用加压泵7经由管道71对柔性千斤顶4进行加压。
在任何情况下，腔体41中的压力p在千斤顶的高度上在流体静力学上根据上式p＝ρ.g.(z0–z)+po变化。
加压模式简单地决定千斤顶的高度上施加的流体静压的直线的零压力点的海拔(p0＝0的海拔点z0)。通过等压连接至储水池，零压力点的海拔z0对应于储水池e的水平面。通过额外的蓄水池，零压力点对应于蓄水池6中的水平面。通过泵7，在泵的海拔z0处施加压力p0，所述压力p0根据相同的式在柔性千斤顶4的高度上线性变化。
在图6所示的实施例中，可以选择性地通过管线5或通过额外的蓄水池6或通过泵7借助于通过管道44连接至千斤顶的多通阀8(此处为四通阀)对柔性千斤顶4进行加压。
例如如果管线5堵塞时，蓄水池6和泵7因此可以充当应急装置。
可以通过控制设备9(中央单元)完成蓄水池6和/或泵7和阀8的操作，所述控制设备9从动于用于测量水坝2上游压力的传感器90(参见图6)。
根据另一个简化的实施方案，还有可能为柔性千斤顶4仅设置上述三个加压装置5、6、7中的一个或两个。在仅使用装置6或7的情况下，有可能允许柔性千斤顶4中存在的压力与水坝上游的流体静压完全无关。
无论是否使用加压装置5、6、7，有利的是设置为柔性千斤顶4充水的不同装置，从而使千斤顶膨胀并且赋予其初始形状。
同样有利地，并且如图5示意性所示，可以在柔性千斤顶4的上部和下部分别设置用于除去空气(排气)的装置42和排水装置43。排水装置43能够在维修的情况下完全排空千斤顶4，或者部分排空千斤顶4从而调节千斤顶中的压力。还可以通过控制设备9驱动所述排水装置43。
可以考虑柔性千斤顶4在水坝2及其下游加固件3之间的不同分布方式。下文提及几个纯示意性而非限制性的实施例。
根据图5所示的第一个变体实施方案并且在图7的左侧，优选但是不一定在加固件3的整个高度上(仅在图5中可见)，柔性千斤顶4由竖直或基本上竖直设置的“香肠状物”组成。两个千斤顶之间的间隔可能彼此不同，其宽度和高度也是这样。
还可以想到的是，如图5的右半部所示，沿着相同的竖线依次设置多个柔性千斤顶4，例如从而适应柔性千斤顶的制造约束，例如其最大高度。
柔性千斤顶4还可以水平设置(例如参见图8的右侧)。它们还可以被设置成多个水平的排或多个竖直的列(例如参见图8的左半部)。在图8的相同的左部，可见这些柔性千斤顶4可以例如交替设置成不同的排(梅花形)。
最后应注意，相同水平的排的多个连续的柔性千斤顶4之间的间隔不一定恒定。
在上述附图和实施方案中，柔性千斤顶4被设置成一个面与水坝2的下游面22直接接触，并且相反面与加固件3的上游面31接触。然而应注意，柔性千斤顶的至少一个面可以紧靠支撑梁(即稳固附接至水坝2或加固件3的混凝土部段)或任何其它刚性支撑设备设置。图3中可见这样的梁33牢固地附接至加固件3并且这样的梁23牢固地附接至水坝2。在水坝的下游面22弯曲的情况下，所述支撑梁能够使千斤顶4的支撑表面变平并且使其竖直。此外，对于水坝的下游面22和加固件3的上游面31之间的给定间隔，使用支撑梁还能够减小待被柔性千斤顶4填充的空间，即千斤顶被填充之后的厚度。在千斤顶竖直设置的情况下，这例如允许在水坝的面和加固件的面之间提供足够的空间从而能够到达水坝(井)的底部，同时限制柔性千斤顶4的厚度。这在可行性方面是特别有利的，因为柔性千斤顶的隔膜中出现的张力与千斤顶的厚度直接成比例。
本发明特别具有下述技术优点。
相对于现有技术的系统(特别是相对于氯丁橡胶支撑件的使用)，与加固件的表现相关联的水坝的表现的建模相对简单。事实上，通过氯丁橡胶支撑件，由每个支撑件(通常数百个)施加的力取决于其压缩(如同弹簧，f＝kx)。其压缩取决于支撑点处弓形的移动以及加固件的移动(计算的是差异移动)。数毫米的压缩差异可能使传递至加固件的力改变数十百分比；因此在填补支撑件之前难以获得建模所需的较高精确度。然而通过柔性千斤顶，它们对水坝的作用不取决于这些位移，因为千斤顶通过维持恒定力(严格来说为压力，但是在所考虑的位移的厘米范围内，千斤顶的与厚度变化相关联的支撑件宽度的变化是微小的)自动调节。
柔性千斤顶容易监视并且可以在水下进行监视，使其能够应用于具有下游水位的水坝。
使用柔性千斤顶使得能够实现自适应设备。水坝2和加固件3之间传递的力恒定并且已知，无论例如由于热膨胀、蠕变或溶胀造成的变形和相对位移如何。柔性千斤顶的壁可以分离或靠近移动从而遵循水坝2和加固件3的移动，而不影响传递至加固件3的力。
最后，在柔性千斤顶通过穿过水坝2的入口系统5直接连接至储水池的情况下，系统为自发且被动的，因为不同于通过泵加压的实施方案，千斤顶4中的压力遵循水坝上游施加的流体静负载的变化而不必使用自动控制器进行调节。
最后，本发明的解决方案还具有如下经济优点和环境优点：
相对于氯丁橡胶支撑件及其填补系统和诊断系统的成本，最终成本降低。
由于其自适应特征，在加固件3投入使用之时，可以安装柔性千斤顶而无论水坝的负载状态如何(特别通过蓄水池e的填充水平引起，而且通过水坝2的热条件引起)。因此，在使水坝2邻接加固件3之前无需如同现有方案那样清空水坝2的储水池。本发明因此能够避免大量操作损失并且减少由现有技术方案所需的排空造成的环境冲击。
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