一种适用于长距离、复杂地形坡面排水的复合消能工的制作方法

本实用新型涉及边坡治理领域，具体地说是一种适用于长距离、复杂地形坡面排水的复合消能工。

背景技术：

大型露天矿坑、沟谷型排土场、尾矿库等工程边坡治理中，坡面排水是必不可少的治理措施，为防止上游坡面汇水进入防护区域，须设置坡面排水沟将水流引至周边水系，因汇水面积大、地形复杂，这类排水沟一般具有流量大、落差大、线路长且弯曲、下泄水流流速大、流态复杂等特点。为了使坡面水流安全排泄，目前常用的工程措施有加大排水沟断面结构尺寸、沟底设置台阶消能、采用箱涵结构、设置多级消力池等，但加大排水沟断面结构尺寸的工程难度较大，工程量显著增加，采取单一的台阶消能会对排水沟底部的消能结构起到严重的侵蚀，且随着沿程速度的逐渐增大，水流易飞溅溢出，排水箱涵的造价较高、运行期间易堵塞，检修困难，多级消力池的工期漫长，不宜大规模采用，如何优化现有排水沟结构，使坡面水流安全排泄是目前亟待解决的问题。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种适用于长距离、复杂地形坡面排水的复合消能工，其整体结构简单，工期相对较短，施工难度较低，造价低廉且能保证坡面水流在落差大、流量大、线路长的前提下在排水沟内流态平稳得完成安全排泄。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：本实用新型所述的一种适用于长距离、复杂地形坡面排水的复合消能工，包括上游排水沟、整流池和下游排水沟，所述上游排水沟和下游排水沟均包括排水沟底板以及排水沟底板两侧竖直设置的排水沟边墙，在所述排水沟底板的长度方向上安装有若干消能台阶，整流池包括整流池底板以及整流池底板两侧竖直设置的整流池边墙，其中整流池位于上游排水沟和下游排水沟之间，整流池边墙分别与两端的排水沟边墙相紧密对接，在靠近下游排水沟一侧的整流池底板上设有折线堰，所述折线堰包括竖直面、水平面和斜面，其截面为直角梯形，所述斜面与下游排水沟的排水沟底板上表面处于同一直线位置处，对应于折线堰上竖直面的位置处，在两侧的整流池边墙之间安装有胸墙，胸墙的上端与整流池边墙的上端相平齐，胸墙的底端与水平面之间留有出水通道。进一步地，所述消能台阶采用钢纤维混凝土浇筑，在消能台阶的凸角处固定安装第一角钢，消能台阶与排水沟底板内部之间安装有若干第一插筋，所述第一插筋沿消能台阶的宽度方向设置。进一步地，在所述折线堰的竖直面和水平面上固定安装第二角钢，折线堰与整流池底板内部之间安装有若干第二插筋，所述第二插筋沿折线堰的宽度方向设置，在胸墙的底端位置处安装第三角钢，胸墙与两侧整流池边墙之间安装有若干第三插筋，所述第三插筋沿胸墙的竖直方向设置。

本实用新型的积极效果在于：本实用新型所述的一种适用于长距离、复杂地形坡面排水的复合消能工，应用于边坡排水治理，既保留了台阶消能的效果，又消除了因连续长距离、大落差台阶消能引起的流态复杂、水流易飞溅溢出等问题，与传统的加大排水沟断面尺寸、采用箱涵、设置多级消力池等消能措施相比，整流池具有占地面积小、布置灵活、节省工程量、施工简单、造价低廉等优势，在长距离、复杂地形的山区坡面排水中推广应用本实用新型所述的复合消能工，保证消能效果的同时，也可减少土石方开挖、优化排水沟断面结构尺寸，加快施工进度，缩短工期，整体施工作业的经济效益显著提高，而且能达到预定的期望效果，使坡面水流安全排泄。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是本实用新型消能台阶与排水沟底板连接的结构示意图；

图4是本实用新型胸墙与整流池边墙连接的结构示意图；

图5是本实用新型折线堰与整流池底板连接的结构示意图；

图6是本实用新型上、下游排水沟轴线存在夹角的结构示意图。

图中1上游排水沟2整流池3下游排水沟4排水沟底板5排水沟边墙6消能台阶7整流池底板8整流池边墙9折线堰10竖直面11水平面12斜面13胸墙14出水通道15第一角钢16第一插筋17第二角钢18第二插筋19第三角钢20第三插筋。

具体实施方式

本实用新型所述的一种适用于长距离、复杂地形坡面排水的复合消能工，如图1所示，包括上游排水沟1、整流池2和下游排水沟3，所述上游排水沟1和下游排水沟3均包括排水沟底板4以及排水沟底板4两侧竖直设置的排水沟边墙5，在所述排水沟底板4的长度方向上安装有若干消能台阶6，上述上游排水沟1和下游排水沟3及其上的消能台阶6能使经过的水流沿程翻滚，消能台阶6可使水流产生水跃、掺气，形成漩涡流、掺气流，从而达到水流消能的效果，进而有效降低水流流速。

所述整流池2包括整流池底板7以及整流池底板7两侧竖直设置的整流池边墙8，其中整流池2位于上游排水沟1和下游排水沟3之间，整流池边墙8分别与两端的排水沟边墙5相紧密对接。在靠近下游排水沟3一侧的整流池底板7上设有折线堰9，所述折线堰9包括竖直面10、水平面11和斜面12，其截面为直角梯形，所述斜面12与下游排水沟3的排水沟底板4上表面处于同一直线位置处。对应于折线堰9上竖直面10的位置处，在两侧的整流池边墙8之间安装有胸墙13，胸墙13的上端与整流池边墙8的上端相平齐，胸墙13的底端与水平面11之间留有出水通道14。上述整流池2的作用是将上游排水沟1内消能台阶6消能形成的漩涡流、掺气流等复杂流态的水流汇集整合后经出水通道14进入下游排水沟3。

作为连接上游排水沟1和下游排水沟3的节点，上游排水沟1与整流池2之间的进水口为开敞式，整流池2与下游排水沟3之间出水通道14为孔口式，所述出水通道14低于池内水面，能保证出水流态为有压孔口出流，当水流从上游排水沟1进入整流池2后，首先冲击折线堰9的竖直面10与胸墙13进行降速消能，胸墙13的设置能有效防止整流池2内的水飞溅溢出，消能之后的水流之后再经由出水通道14进入下游排水沟3内，以起到进一步降速消能的作用。

当上游排水沟1和下游排水沟3的轴线处于同一直线位置时，如图2所示，上游排水沟1、整流池2和下游排水沟3均位于同一直线位置，当由于地形原因，上游排水沟1和下游排水沟3的轴线位置存在夹角时，如图6所示，优先将整流池2设置在转弯位置处，使进水口与上游排水沟1轴线一致，出水通道14轴线与下游排水沟3轴线一致，其中出水通道14的高度位置及宽度可以由排水流量等水力计算确定，整流池边墙8的高度由池内水深加安全超高来确定。位于转弯位置处的整流池2能有效防止沟内水流因方向的改变而产生的飞溅溢出。

进一步地，为了保证排水沟底板4与消能台阶6的有效连接，提高消能台阶6的抗冲刷耐磨性能，如图3所示，所述消能台阶6采用钢纤维混凝土浇筑，在消能台阶6的凸角处固定安装第一角钢15，消能台阶6与排水沟底板4内部之间安装有若干第一插筋16，所述第一插筋16沿消能台阶6的宽度方向设置。上述第一角钢15可采用螺栓固定在消能台阶6上，以便于后续的检修更换，第一插筋16可以在消能台阶6浇筑之前预埋在排水沟底板4内，第一插筋16的设置能加强消能台阶6与排水沟底板4之间的连接强度，提高消能台阶6所承受的水流冲刷力，第一角钢15的设置可有效防止水流对其的冲刷侵蚀，在一定程度上提高了消能台阶6的使用寿命。

进一步地，为了提高整流池2的消能降速效果，如图4和图5所示，在所述折线堰9的竖直面10和水平面11上固定安装第二角钢17，折线堰9与整流池底板7内部之间安装有若干第二插筋18，所述第二插筋18沿折线堰9的宽度方向设置，在胸墙13的底端位置处安装第三角钢19，胸墙13与两侧整流池边墙8之间安装有若干第三插筋20，所述第三插筋20沿胸墙13的竖直方向设置。上述第二插筋18提高了折线堰9与整流池底板7之间的连接强度，第三插筋20提高了胸墙13与两侧整流池边墙8的连接强度，保证了折线堰9和胸墙13对水流的抗冲击能力，第二角钢17和第三角钢19的设置分别提高了折线堰9和胸墙13的耐冲刷侵蚀性能，保证了整体整流池2的使用寿命。

本实用新型所述的一种适用于长距离、复杂地形坡面排水的复合消能工可采取下述方案进行实施：1根据排水流量、坡面地形条件，进行水力计算，确定坡面排水沟路径及起止点；2根据排水流量、排水沟沿线各段坡面的坡度，进行水力计算和结构计算，确定排水沟断面尺寸、消能台阶6高度；3根据排水沟内流速增加规律、地形条件，在流速接近10m/s或排水线路转弯处设置整流池2，确定整流池2沿程分布；4根据排水流量、进口流速等条件，进行水力计算和结构计算，确定整流池2结构尺寸；5按照上述步骤确定的排水线路、结构尺寸，整流池2分布，进行排水沟基础开挖、钢筋绑扎、角钢焊接、分缝止水埋设、混凝土浇筑。

本实用新型的技术方案并不限制于本实用新型所述的实施例的范围内。本实用新型未详尽描述的技术内容均为公知技术。