專利名稱：河道設(shè)有上游圍堰的導(dǎo)流明渠截流進占戧堤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水利水電工程中導(dǎo)流明渠截流技術(shù)，更為具體地說，是涉及一種上游圍堰沒有完全拆除，圍堰設(shè)有過流缺口的導(dǎo)流明渠截流用進占戧堤。

背景技術(shù)：
導(dǎo)流明渠的截流是水利水電工程建設(shè)的重要組成部分。與河道主河床截流相比，由于導(dǎo)流明渠截流是在混凝土渠底上實施截流，截流拋投料難以在混凝土渠底上站穩(wěn)，拋投料的穩(wěn)定性較低，從而導(dǎo)致拋投料流失量較大，在截流困難階段大料用量較多，且截流安全性相對也較低?，F(xiàn)有技術(shù)的導(dǎo)流明渠截流，截流戧堤一般設(shè)置在明渠進口或者尾部水面較窄且方便進占的部位，截流戧堤的預(yù)進占戧堤段起點A選擇在明渠內(nèi)側(cè)河岸，截流戧堤的龍口位于明渠內(nèi)，截流戧堤的軸線為直線。當截流水流量較大時，為了能順利進行截流，截流戧堤可設(shè)計為寬戧、雙戧、或多戧截流形式，但不論為什么形式，截流戧堤的軸線均為直線，截流戧堤的施工均按直線進占，如三峽、丹江口、葛洲壩等水利樞紐工程中的導(dǎo)流明渠截流，均按直線進占施工截流。當前明渠截流中降低截流難度的主要措施有①增加導(dǎo)流建筑物的分流能力；②在明渠中預(yù)拋攔石坎墊底加糙；③增大截流用料的塊體質(zhì)量和穩(wěn)定性；④采用多戧堤截流等。例如三峽右岸導(dǎo)流明渠截流，其截流設(shè)計流量10300～8600m3/s，采用上下游龍口分別預(yù)拋投鋼架石籠和合金鋼網(wǎng)石兜形成攔石坎，并上下雙戧立堵截流成功。導(dǎo)致明渠截流困難的主要原因是拋投料穩(wěn)定性差、截流困難時段流失量大和大料用量多，現(xiàn)有技術(shù)的這些降低導(dǎo)流明渠截流難度的技術(shù)措施，都屬于被動性的，而都不是從改進截流戧堤進占方式以降低導(dǎo)流明渠截流難度，即主動地從根本上降低導(dǎo)流明渠截流難度。
直到本發(fā)明完成之前，發(fā)明人還未發(fā)現(xiàn)采用本發(fā)明提出的截流戧堤用于河道上游圍堰依然存在，圍堰上設(shè)有導(dǎo)流缺口的導(dǎo)流明渠截流，以降低導(dǎo)流明渠截流難度，完成明渠截流的文獻報道和工程實例。


發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的河道上游圍堰依然存在，圍堰設(shè)有導(dǎo)流缺口的導(dǎo)流明渠截流進占戧堤存在的不足，本發(fā)明目的旨在提出一種全新的河道上游圍堰依然存在的導(dǎo)流明渠截流進占戧堤，以此解決在導(dǎo)流明渠截流中拋投料穩(wěn)定性差、拋投料流失量大、大料用量多和截流指標高等諸多問題。
在導(dǎo)流明渠截流施工中，限于地形因素，導(dǎo)流明渠截流往往只能從明渠內(nèi)側(cè)河岸至外側(cè)單向拋投進占截流，針對導(dǎo)流明渠截流的這一特點，本發(fā)明所提出的導(dǎo)流明渠截流戧堤，基于非直線型截流進占設(shè)計基本理念，從明渠內(nèi)側(cè)河岸進口某適當位置出發(fā)，首先利用截流戧堤本身挑開流入明渠的水流，當繞過明渠進口主流區(qū)后，戧堤軸線則順水流折向明渠外側(cè)進口下游，隨著戧堤進占，水流將從下游向上游呈“S”型逆向流入導(dǎo)流明渠，在戧堤截流龍口形成時，進占戧堤與未完全拆除的主河道上游圍堰和明渠外側(cè)河岸堤墻之間形成“短間距雙戧”截流形式，從而實現(xiàn)戧堤龍口合龍。
本發(fā)明所提出的河道設(shè)有上游圍堰的導(dǎo)流明渠截流進占戧堤，按照導(dǎo)流明渠截流進占施工過程，主要由預(yù)進占戧堤、進占戧堤、合龍戧堤和預(yù)進占裹頭構(gòu)成，截流戧堤的軸線整體為折線，其中預(yù)進占戧堤軸線與進占戧堤軸線相交，進占戧堤軸線、龍口戧堤軸線和預(yù)進占裹頭軸線相接，預(yù)進占戧堤起點A選擇在明渠內(nèi)側(cè)河岸，預(yù)進占裹頭起點C選擇在過流缺口與導(dǎo)流明渠之間的上游圍堰上，預(yù)進占戧堤軸線與進占戧堤軸線交點B′位于河道內(nèi)，B′與明渠外側(cè)河岸進口B點的連線方向與河道主流方向夾角θ為15～90°，且B′至B點的距離B0使對應(yīng)龍口水流平均流速小于2.5m/s，在戧堤形成截流龍口時，整個截流由進站戧堤與未完全拆除的主河道上游圍堰和明渠外側(cè)堤岸之間形成“短間距雙戧”截流。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，進一步方案是預(yù)進占戧堤的起點A位于明渠外側(cè)進口B點的上游，且在導(dǎo)流明渠外側(cè)進口以內(nèi)；預(yù)進占戧堤與進占戧堤交接處區(qū)(附圖2中的

所指區(qū)域)采用大塊石或鋼筋石籠防護，使其能抵抗流速不大于5.5m/s水流的沖擊，最好是使其能抵抗流速不大于5.0m/s水流的沖擊。對預(yù)進占戧堤與進占戧堤交接處區(qū)

的防護，可采用下面的尹茲巴斯公式進行 式中k-拋投料穩(wěn)定系數(shù)。受龍口坡度α和拋投料水下休止角ψ影響，可按以下公式計算經(jīng)過大量實驗得出k可取0.9； V-計算點處斷面平均流速，m/s； γs，γ-分別為拋投料和水的容重，t/m3； g-重力加速度，9.8m/s2； d-拋投料化為球體的直徑，m。
在本發(fā)明的上述技術(shù)方案中，主要有兩個重要控制指標。其一為B′至B的距離(即它們間的寬度B0)，其二為圖2中

區(qū)需預(yù)拋投大塊石或鋼筋石籠防護。B′至B的距離B0的寬度不能太小，也不能過大，若B0的寬度太小，則會過分地束窄水流會增大龍口水力指標，達不到降低截流難度的目的，并且在戧堤合龍時，逆向水流對戧堤下游堤腳的沖刷，會影響戧堤的穩(wěn)定；若B0寬度過大，則不能充分利用明渠外側(cè)河岸堤墻的阻水作用，且浪費拋投料。圖2中

區(qū)需預(yù)拋投大塊石或鋼筋石籠進行防護，因為戧堤處于合龍階段時，龍口下游逆向水流經(jīng)過導(dǎo)流明渠外側(cè)河岸進口處邊墻的折沖，會直接沖刷圖2中

區(qū)域，其流速為4.5～5.5m/s。若不預(yù)拋投大塊石或鋼筋石籠防護，則會導(dǎo)致戧堤下游堤腳被強烈沖刷，當沖刷的幅度較大時，戧堤在沖刷與自身滲透壓力共同作用下，容易引起戧堤失穩(wěn)，甚至決口，從而影響截流安全。
發(fā)明人經(jīng)過深入研究分析了B0的主要控制性因素在于進占戧堤下游堤腳的抗沖性和穩(wěn)定性，認為在B0能使對應(yīng)龍口(即B′至B點之間的龍口)平均流速小于2.5m/s，且B′B點的連線方向與河道主流方向夾角θ為15～90°；并在在進占過程中，對圖2中

區(qū)實施大塊石或鋼筋石籠防護，則能達到龍口安全合龍的水力指標要求。其中，圖2中

區(qū)實際流速指標可由預(yù)拋投的大塊石或鋼筋石籠按伊茲巴斯公式(見


)計算求得，發(fā)明人建議該流速小于5.0m/s。
在工程實踐中，發(fā)明人建議按照以上控制指標，先初步擬定幾個不同尺寸的龍口寬度，然后通過物理模型試驗測定水力指標后再確定具體的實施方案。
本發(fā)明揭示的導(dǎo)流明渠截流戧堤，摒棄了傳統(tǒng)意義上的直線型戧堤垂直或近似垂直于明渠水流主流方向進占截流的設(shè)計理念，將戧堤龍口位置由明渠內(nèi)調(diào)整為明渠外，并將戧堤軸線改為折線。本發(fā)明揭示的非直線型導(dǎo)流明渠截流戧堤，與傳統(tǒng)的直線型截流戧堤相比，能有效的降低龍口平均流速和單寬功率，提高拋投料穩(wěn)定性，即有效降低施工截流各項水力學(xué)指標，明顯減輕明渠截流難度。
本發(fā)明揭示的導(dǎo)流明渠截流戧堤，其主要優(yōu)點是 1、運用截流戧堤本身進占方向控制進入導(dǎo)流明渠的水流流向，使水流繞流進入明渠，增大了水流沿程損失和減小了龍口范圍水面線梯度，從而降低了截流指標。
2、在戧堤形成截流龍口的過程中，導(dǎo)流明渠外側(cè)河岸堤墻充當下游擋水丁壩，形成“短間距雙戧”截流形式，由于導(dǎo)流明渠外側(cè)河岸堤墻壅高了戧堤下游水位，從而減小了截流水力指標。
3、龍口位于原河槽，龍口底部糙率較大，有利于截流拋投料穩(wěn)定。
4、截流戧堤方向與導(dǎo)流建筑物進口方向一致，增加導(dǎo)流建筑物的分流能力。
本發(fā)明揭示的導(dǎo)流明渠截流戧堤與現(xiàn)有技術(shù)的直線型截流戧堤相比，概括起來具有以下十分突出的有益技術(shù)效果 1、能有效減少大尺度截流料用量，節(jié)約截流工程投資。例如某工程實例中，與原設(shè)計直線形戧堤方案相比，非直線型截流方案大部分戧堤主要采用石渣料進占，只有在合龍困難時期才采用少量大尺度截流料，大塊石拋投料用量減少53.5％。
2、有效降低拋投料流失量，可采用較低備料系數(shù)。例如某工程實例中，在均未考慮流失量的情況下，理論上非直線形戧堤拋投量比直線型形戧堤拋投量增加30％，但由于非直線形戧堤龍口布置于糙率較大的河道內(nèi)，拋投料流失量減小，且大尺度截流料用量大大減少，其實際拋投量卻二者相當。
3、有效降低龍口范圍內(nèi)截流指標。例如實施實例中，采用非直線型戧堤軸線雖然與直線型戧堤軸線有相同的最終落差，但其龍口流速、單寬功率分別較直線型戧堤軸線龍口流速、單寬功率降低30％和50％。
4、能適應(yīng)大流量、高水頭截流。明渠外側(cè)河岸堤墻能充分發(fā)揮壅高戧堤下游水位的作用，從而減小截流落差及各項水力指標。
5、降低了明渠截流難度和提高了截流安全度。綜合上述三方面有益效果，可以判定這種新式的截流進占方式能明顯的降低截流難度、提高截流安全度和節(jié)省截流工程投資。


圖1是導(dǎo)流明渠、河床、傳統(tǒng)的截流戧堤與本發(fā)明所提出的截流戧堤平面布置示意圖。
圖2是本發(fā)明所提出的導(dǎo)流明渠截流戧堤進占過程示意圖，其中圖a是預(yù)進占戧堤完成后的形象圖，圖b進占戧堤與預(yù)進占裹頭形成龍口后的形象圖，圖c是合龍戧堤后的形象圖。
圖3是實施例1龍口平均流速對比曲線圖。
圖4是實施例1龍口截流落差對比曲線圖。
圖5是實施例1龍口單寬功率對比曲線圖。
在上述附圖中，各圖示標號的標識對象是①-傳統(tǒng)直線型截流戧堤軸線(A-B)；②-本發(fā)明的非直線型截流戧堤軸線(A-B′-C)；③-導(dǎo)流明渠；④-主河道；⑤-原上游圍堰；⑥-過流缺口；⑦-預(yù)進占戧堤；⑨-進占戧堤；⑨-合龍戧堤；⑩-預(yù)進占裹頭；

預(yù)拋投大塊石重點防護區(qū)。1-傳統(tǒng)的直線型截流戧堤，2-本發(fā)明的非直線型截流戧堤。

具體實施例方式 下面結(jié)合附面說明給出本發(fā)明的實施例，并通過實施例對本發(fā)明作進一步的說明。有必要在這里特別說明的是，本發(fā)明的具體實施方式
不限于實施例中的形式，根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以采取其他的具體方式進行實施，因此，實施例不能理解為是本發(fā)明僅可以實施的具體實施方式
。
工程實例 本工程實例中根據(jù)進口地形和施工條件，設(shè)計方案有兩個，一是傳統(tǒng)的直線型進占戧堤，二是本發(fā)明的非直線進占戧堤，兩種進占方式的截流戧堤軸線布置如圖1所示。本發(fā)明的非直線截流戧堤整體效果如圖2所示，截流戧堤按照導(dǎo)流明渠截流進占施工過程，由預(yù)進占戧堤段A-B′、進占戧堤段、龍口戧堤段和預(yù)進占裹頭構(gòu)成，截流戧堤的軸線整體為折線，預(yù)進占戧堤與進占戧堤的交點B′，也是整個戧堤的折點，預(yù)進占戧堤起點A位于明渠內(nèi)側(cè)河岸，且在明渠外側(cè)河岸進口B點的上游，預(yù)進占裹頭起點C設(shè)計上游圍堰上，位于過流缺口與導(dǎo)流明渠之間，預(yù)進占戧堤軸線與進占戧堤軸線交點B′位于河道內(nèi)，預(yù)進占戧堤與進占戧堤的交點B′至明渠外側(cè)河岸進口B點的距離B0為35m，B B′連線方向與河道水流主流方向夾角θ為45°左右處，進占戧堤的軸線與導(dǎo)流明渠外側(cè)河岸基本平行。戧堤的設(shè)計頂寬20m，上下游邊坡均為1∶1.5。通過1∶50的正態(tài)模型試驗，對比原直線型戧堤方案和優(yōu)化的非直線型戧堤方案，二者的截流水力學(xué)指標對比如附圖3、附圖4和附圖5所示。
由圖附圖3、附圖4和附圖5可以看出，非直線型戧堤的各項截流指標均優(yōu)于直線型截流戧堤的截流指標，如表1所示。由圖4可知，雖然最終截流落差相當，但在截流過程中每個截流時段，非直線型戧堤的上下游落差均小于直線型的截流落差。由表2可知，相對于直線形戧堤方案，非直線戧堤方案大塊石拋投料用量減少了53.5％，減小幅度較大。 表1 龍口截流指標對比
表2 拋投料用量比較

權(quán)利要求
1.一種河道設(shè)有上游圍堰的導(dǎo)流明渠截流進占戧堤，其特征在于根據(jù)導(dǎo)流明渠截流進占施工過程，主要由預(yù)進占戧堤、進占戧堤、合龍戧堤和預(yù)進占裹頭構(gòu)成，截流戧堤的軸線整體為折線，其中預(yù)進占戧堤軸線與進占戧堤軸線相交，進占戧堤軸線、龍口戧堤軸線和預(yù)進占裹頭軸線相接，預(yù)進占戧堤起點A選擇在明渠內(nèi)側(cè)河岸，預(yù)進占裹頭起點C選擇在過流缺口與導(dǎo)流明渠之間的上游圍堰上，預(yù)進占戧堤軸線與進占戧堤軸線交點B′位于河道內(nèi)，B′與明渠外側(cè)河岸進口B點的連線方向與河道主流方向夾角θ為15～90°，且B′至B點的距離B0使對應(yīng)龍口水流平均流速小于2.5m/s，在戧堤形成截流龍口時，整個截流由進站戧堤與未完全拆除的主河道上游圍堰和明渠外側(cè)堤岸之間形成“短間距雙戧”截流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于河道設(shè)有上游圍堰的導(dǎo)流明渠截流進占戧堤，其特征在于預(yù)進占戧堤起點A位于明渠外側(cè)河岸進口B點的上游，且在導(dǎo)流明渠外側(cè)進口以內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的河道設(shè)有上游圍堰的導(dǎo)流明渠截流進占戧堤，其特征在于預(yù)進占戧堤與進占戧堤交接處區(qū)采用大塊石或鋼筋石籠防護，使其能抵抗流速不大于5.5m/s水流的沖擊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的河道設(shè)有上游圍堰的導(dǎo)流明渠截流進占戧堤，其特征在于預(yù)進占戧堤與進占戧堤交接處區(qū)采用大塊石或鋼筋石籠防護，使其能抵抗流速不大于5.0m/s水流的沖擊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的河道設(shè)有上游圍堰的導(dǎo)流明渠截流進占戧堤，其特征在于預(yù)進占戧堤與進占戧堤交接處區(qū)的防護根據(jù)下面的尹茲巴斯公式進行
式中k-拋投料穩(wěn)定系數(shù)，受龍口坡度α和拋投料水下休止角ψ影響，可按以下公式計算經(jīng)過大量實驗得出k可取0.9；
V-計算點處斷面平均流速，m/s；
γs、γ-分別為拋投料和水的容重，t/m3；
g-重力加速度，9.8m/s2；
d-拋投料化為球體的直徑，m。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種河道設(shè)有上游圍堰的導(dǎo)流明渠截流戧堤進占方法，主要由預(yù)進占戧堤、進占戧堤、龍口戧堤和預(yù)進占裹頭構(gòu)成，截流戧堤的軸線整體為折線，其中預(yù)進占戧堤軸線與進占戧堤軸線相交，進占戧堤軸線、合龍戧堤軸線和預(yù)進占裹頭軸線相接，預(yù)進占戧堤起點A選擇在明渠內(nèi)側(cè)河岸，預(yù)進占裹頭起點C選擇在河道上游圍堰的過流缺口與導(dǎo)流明渠之間，預(yù)進占戧堤軸線與進占戧堤軸線交點B′位于河道內(nèi)，B′與導(dǎo)流明渠外側(cè)進口起點B的距離為B0，B0為能使對應(yīng)龍口流速小于2.5m/s，B B′連線方向與河道主流方向夾角θ控制在15～90°范圍內(nèi)。本發(fā)明與傳統(tǒng)截流戧堤相比較，能有效的降低施工截流各項水力學(xué)指標和明顯減輕明渠截流難度。
文檔編號E02B7/00GK101768941SQ20101013033
公開日2010年7月7日 申請日期2010年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月22日
發(fā)明者馬旭東, 戴光清, 楊慶, 李國敬, 許杰 申請人:四川大學(xué)