一种弧形底板跌坎底流消力池的制作方法

1.本实用新型涉及一种弧形底板跌坎底流消力池，适用于高水头、大流量、窄河谷的底流消能技术。


背景技术：

2.底流消能是水利水电工程常用的一种消能方式。底流消能具有运行可靠、流态稳定、对地质条件适应性较强、泄洪雾化轻微的优点。早期底流消能多用于中、底水头工程，对于高水头工程，由于消力池内流速、脉动压力等水力学指标较高，消力池破坏的风险较大，底流消能运用较少。近年来，随着向家坝、官地等工程的建设，跌坎式底流消力池的运行使水流进入消力池后流速得到很大的衰减，降低了底板脉动压力和临底流速，减轻了底板磨损，扩大了底流消能的运用范围。
3.但对于高山峡谷地区的高坝工程，泄洪建筑物布置宽度往往受限，泄洪单宽流量大、能量集中，底流消力池消能设计仍存在很大难度。此外，对于高山峡谷地区的高坝工程，由于河槽部位岩石切割相对较深，覆盖层深厚，河槽中心和两岸基岩底板高程差往往较大，消力池中部底板厚度往往远大于两侧底板厚度，导致底流消力池混凝土量大，经济性相对较差。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种弧形底板跌坎底流消力池，结构简单易行，可以有效提高消能率，降低工程造价，具有很好的应用前景。
5.本实用新型所采用的技术方案是：一种弧形底板跌坎底流消力池，该消力池布置于泄洪建筑物的泄槽出口部位，其特征在于：所述消力池首部底板顶面与泄槽出口之间形成跌坎、且跌坎高度横向逐渐变化，跌坎中间高度h1大于两侧高度h2。
6.所述消力池底板为弧面底板消力池(7)，该底板垂直于水流方向的横断面采用圆弧曲面。
7.所述弧面消力池底板垂直于水流方向的横断面采用椭圆曲面。
8.所述弧面消力池底板垂直于水流方向的横断面采用圆弧曲线与直线组合形成的曲面，该曲面中间部位为直线，两侧部位为圆弧曲线。
9.所述弧面消力池底板垂直于水流方向的横断面采用椭圆曲线与直线组合的形成的曲面，该曲面中间部位为直线，两侧部位为椭圆曲线。
10.所述消力池两侧边边墙采用贴边边墙或直立边墙。
11.所述消力池下游侧设有尾坎。
12.本实用新型的有益效果是：在水利水电工程中，泄水建筑物直接关系到工程的安全运行，如图1、图2所示，与传统的平底板消力池相比，本实用新型消力池底板采用弧面消力池底板，增大了池内消能水体体积，利用泄槽末端与消力池底板间的高差，形成高度变化的跌坎，降低了消力池临底流速和脉动压力，并形成三元底流水跃消能流态，有效提高消能
率，同时，由于消力池入池水流临底区域横向变化，可以有效避免了下泄水流对消力池首部的集中冲击，有利于消力池底板稳定，运行安全性高。
13.本实用新型的有效性已经试验验证，结构简单易行，适用于狭窄河谷的地形地质条件，消能效果好，减轻下游冲刷，有效提高了消能率，消力池底板混凝土用量少，降低了工程造价，具有很好的应用前景。
附图说明
14.图1、图2为传统的底流消力池示意图。
15.图3、图4、图5为实施例的弧形底板跌坎底流消力池结构示意图。
16.图6、图7为某工程溢流坝及消力池布置图-平底板消力池方案。
17.图8、图9为某工程溢流坝及消力池布置图-弧形底板跌坎消力池方案。
18.图10为实施例3组合曲线底板跌坎底流消力池。
19.图11为实施例的直立式边墙弧形底板跌坎底流消力池示意图。
20.图6～图9中尺寸单位，高程和桩号以m计，其余以cm计。
21.图中：1、平底板消力池；2、泄槽；3、尾坎；4、贴坡式边墙；5、地面线；6、基岩面；7、弧面底板消力池；8、跌坎；9、泄槽出口；10、漩滚；11、直立边墙。
具体实施方式
22.如图3～图5所示，本实施例为一种弧形底板跌坎底流消力池，该消力池设置于泄洪建筑物泄槽2末端泄槽槽口9处，消力池下游末端设有尾坎3，消力池首部底板顶面与泄槽出口之间形成跌坎8、且跌坎高度横向逐渐变化，跌坎中间高度h2大于两侧高度h1，即在消力池底板厚度满足抗浮稳定前提下，底板中间低、两侧高，消力池中部和两侧底板厚度接近。消力池横向不同断面水跃形态逐渐变化，形成三元水跃，有利于增加水利的剪切紊动，分散消能。
23.实施例1：
24.本实施例1的消力池底板为弧面底板消力池7，底板顶面垂直于水流方向的横断面采用圆弧曲线，从而形成弧形底板跌坎消力池。本例采用某工程1：60比尺平底板消力池(如图6、图7)和弧形底板跌坎消力池(如图8、图9)水工模型试验验证了本实施例的有效性。
25.某工程为二等大(2)型工程，采用混凝土重力坝，最大坝高123m，校核洪水(p＝0.05％)入库洪水流量为10600m3/s，设计洪水(p＝0.2％)入库洪水流量9410m3/s，消能设计(p＝2％)入库洪水流量7380m3/s。坝址河谷狭窄，呈基本对称的“v”型峡谷，枯水期水深约4.0m～7.0m，河道宽约55～65m。因地质条件限制采用底流消力池消能，消力池长度120m。
26.方案no.1：溢流坝出口高程1900.0m，消力池采用常规平底板，底板高程1900.0m，池底净宽71.0m；两边墙贴坡布置，临水面坡比1:0.75，一坡到顶，边墙顶面高程1933.0。尾坎为重力式结构，上游面坡比1:0.3，下游面坡比1:0.7，坎顶高程1916.5m，顶宽5m。
27.方案no.2：溢流坝出口高程1889.0m，消力池采用弧形底板，反弧半径68.01m，中心角62.93
°
，底板高程1879.0～1889.0m，池底净宽71.0m；两边墙贴坡布置，临水面坡比1:0.45，一坡到顶，边墙顶面高程1933.0。尾坎设计同方案no.1。
28.试验对上游水库、大坝、消力池及下游河道进行了模拟，大坝及消力池模型采用有
机玻璃制作，消力池下游采用散粒体模拟河床基岩的抗冲特性。分别对两个方案消力池池内流速分布、脉动压力、下游河道流速分布等进行了量测和对比分析，成果见表1。
29.表1 方案对比
[0030][0031][0032]
从表1可以看出，各工况下，弧形底板跌坎消力池方案消力池底板脉动压力、池内临底流速及下游河道流速均有不同程度的降低，其中：校核洪水工况下，消力池底板脉动压力降低1.34
×
9.81kpa～0.60
×
9.81kpa，比平底消力池方案降低62％～75％；临底流速降低12.75～3.48m/s,比平底消力池方案降低47％～68％；下游河道流速降低1.0～1.8m/s,比平底消力池方案降低12％～26％。由试验结果，弧形跌坎底流消力池水力学指标更优，消能效果更好。
[0033]
实施例2：
[0034]
与实施例1相比，本例的弧形底板跌坎消力池的消力池底板顶面垂直于水流方向的横断面采用椭圆曲线。
[0035]
实施例3：
[0036]
与实施例1相比，如图10所示，本例的弧形底板跌坎消力池的消力池底板顶面采用圆弧与直线组合成的曲线，消力池底板顶面两侧靠边墙部位采用为圆弧曲面，中间部位采用平面。
[0037]
实施例4：
[0038]
与实施例3相比，本例的弧形底板跌坎消力池的消力池底板顶面采用椭圆与直线组合成的曲线，消力池底板顶面两侧靠边墙部位采用为椭圆曲面。
[0039]
本实施例的消力池边墙采用贴坡式边墙型式，根据工程实际情况的不同，还可以采用直立式边墙型式(如图11)。
[0040]
本实施例采用消力池与尾坎组合的型式，根据工程实际需要，还可以单独采用弧形底板跌坎消力池的型式。