抗力墩反拱鋼構(gòu)壩的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種抗力墩反拱鋼構(gòu)壩，包括混凝土基礎(chǔ)、多個(gè)抗力墩、擋水鋼結(jié)構(gòu)和虹吸式泄水消能建筑物；所述擋水鋼結(jié)構(gòu)固定在所述混凝土基礎(chǔ)上，在所述擋水鋼結(jié)構(gòu)的下游側(cè)是多個(gè)所述抗力墩；所述擋水鋼結(jié)構(gòu)由中間反拱壩段和兩個(gè)正拱壩段形成，兩個(gè)所述正拱壩段對(duì)稱地固定在所述中間反拱壩段的兩側(cè)；所述虹吸式泄水消能建筑物貫穿所述中間反拱壩段的頂部及與其對(duì)應(yīng)的所述抗力墩。本實(shí)用新型采用下游分散的抗力墩，將中間反拱兩側(cè)正拱的擋水鋼結(jié)構(gòu)所承擔(dān)的水頭分散到混凝土基礎(chǔ)之上，使鋼構(gòu)壩能夠適應(yīng)于較高水頭、較大流量。并且能夠提高施工效率，縮短施工工期。
【專利說明】抗力墩反拱鋼構(gòu)壩
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及水利水電工程【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種河道內(nèi)用于攔水、泄水的鋼結(jié)構(gòu)壩體。
【背景技術(shù)】
[0002]在水利工程中，鋼壩作為一種擋水建筑物，至今已有百余年歷史。鋼壩是一種新型的擋水建筑物，其結(jié)構(gòu)新穎，外形美觀，性能可靠，運(yùn)用靈活，較好地解決了河道蓄水與行洪的矛盾，有利保護(hù)河道自然環(huán)境。然而早期所建鋼壩均為斜面壩，壩面后采用桁架支撐系統(tǒng)。在水利工程中，與鋼壩類似的鋼閘門擋水建筑物已使用多年，近年來新型閘門更是層出不窮，鋼閘門的設(shè)計(jì)使用壽命甚至可達(dá)50至60年，如三峽永久船閘共有24扇閘門，三分之二的人字門高38.5米，寬20米，厚3米，重達(dá)850噸，面積接近兩個(gè)籃球場，其外形與重量均為世界之最。但目前針對(duì)鋼構(gòu)壩方面的研究和實(shí)踐都還處于起步階段，已有的鋼構(gòu)壩均以中小水頭為主，且運(yùn)行管理復(fù)雜，其結(jié)構(gòu)建造與管理運(yùn)行類似于鋼閘門。由于初期鋼壩大多采用斜面鋼壩壩型，鋼材用量多，投資較大，某些相關(guān)技術(shù)如計(jì)算技術(shù)、錨固技術(shù)、防銹技術(shù)落后等的限制，加上鋼材產(chǎn)量少，施工技術(shù)較為落后，為避免浪費(fèi)鋼材干脆不建造鋼構(gòu)壩，另外鋼壩技術(shù)沒有設(shè)計(jì)規(guī)范、規(guī)程可以遵循，設(shè)計(jì)思想也較為保守，所以其工業(yè)化的制造安裝也僅僅停留在探索階段，并沒有真正意義上鋼構(gòu)壩結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新與發(fā)展，不能適應(yīng)較高水頭和較大泄量的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種抗力墩反拱鋼構(gòu)壩，該鋼構(gòu)壩能夠保證在較高水頭和較大泄量的情況下自動(dòng)正常運(yùn)行，安全可靠。
[0004]本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:一種抗力墩反拱鋼構(gòu)壩，包括混凝土基礎(chǔ)、多個(gè)抗力墩、擋水鋼結(jié)構(gòu)和虹吸式泄水消能建筑物；所述擋水鋼結(jié)構(gòu)固定在所述混凝土基礎(chǔ)上，在所述擋水鋼結(jié)構(gòu)的下游側(cè)是多個(gè)所述抗力墩；所述擋水鋼結(jié)構(gòu)由中間反拱壩段和兩個(gè)正拱壩段形成，兩個(gè)所述正拱壩段對(duì)稱地固定在所述中間反拱壩段的兩側(cè)；所述虹吸式泄水消能建筑物貫穿所述中間反拱壩段的頂部及與其對(duì)應(yīng)的所述抗力墩。
[0005]所述虹吸式泄水消能建筑物包括兩個(gè)虹吸式泄水背管，兩個(gè)所述虹吸式泄水背管對(duì)稱地設(shè)置在所述中間反拱壩段的頂部及與其對(duì)應(yīng)的所述抗力墩之內(nèi)。
[0006]兩個(gè)所述虹吸式泄水背管的出流方向相對(duì)。
[0007]所述虹吸式泄水背管在其下游部設(shè)有向上折的挑流壩段。
[0008]所述擋水鋼結(jié)構(gòu)由前后兩塊鋼面板和設(shè)置在該兩塊鋼面板之間的鋼格構(gòu)結(jié)構(gòu)形成。
[0009]所述抗力墩上預(yù)埋有與所述鋼面板垂直的螺栓，所述鋼面板與所述抗力墩通過所述螺栓鉸接。[0010]本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:采用下游分散的抗力墩，將中間反拱兩側(cè)正拱的擋水鋼結(jié)構(gòu)所承擔(dān)的水頭分散到混凝土基礎(chǔ)之上，使鋼構(gòu)壩能夠適應(yīng)于較高水頭O 40m)、較大流量。又由于抗力墩可以選用滑模施工，各壩段互不干擾，能快速施工，與傳統(tǒng)的重力壩相比，能夠提高施工效率，縮短施工工期。同時(shí)，反拱鋼壩的結(jié)構(gòu)，能更好地發(fā)揮鋼材的抗拉性能，避免正拱容易屈曲的危險(xiǎn)，整體穩(wěn)定性好。泄流采用虹吸式對(duì)沖消能結(jié)構(gòu)，使大壩在來水后能夠自動(dòng)泄水，以滿足小流量生態(tài)補(bǔ)水的需要，無需設(shè)置運(yùn)行和管理人員，當(dāng)來水過大時(shí)，可以從壩頂泄水，全斷面小單寬流量，可解決泄洪壓力過大的問題。同時(shí)本實(shí)用新型可作為鋼材儲(chǔ)備工程。
[0011]綜上所述，本實(shí)用新型具有低能耗、可裝配式施工、可節(jié)約投資、能夠降低運(yùn)行管理費(fèi)用，造價(jià)低、施工工期短、運(yùn)行可靠、美觀、符合環(huán)保要求、占地少、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定簡單、樞紐布置簡易等特點(diǎn)，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景，可廣泛應(yīng)用于各種偏遠(yuǎn)山區(qū)河道、城市景觀河道等水利、防洪工程。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2為本實(shí)用新型的虹吸式泄水背管結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖中:1、混凝土基礎(chǔ)，2、抗力墩，3、中間反拱壩段，4、正拱壩段，5、進(jìn)水口，6、灌漿廊道，7、虹吸式泄水消能建筑物，8、虹吸式泄水背管。
【具體實(shí)施方式】
[0015]為能進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下:
[0016]請(qǐng)參閱圖1?圖2，一種抗力墩反拱鋼構(gòu)壩，包括混凝土基礎(chǔ)1、多個(gè)抗力墩2、擋水鋼結(jié)構(gòu)和虹吸式泄水消能建筑物7 ;所述擋水鋼結(jié)構(gòu)固定在所述混凝土基礎(chǔ)I上，兩側(cè)與河道岸體鉚接，在所述擋水鋼結(jié)構(gòu)與河道岸體之間設(shè)有止水結(jié)構(gòu)，在所述擋水鋼結(jié)構(gòu)和所述混凝土基礎(chǔ)I之間設(shè)有止水結(jié)構(gòu)；在所述擋水鋼結(jié)構(gòu)的下游側(cè)是多個(gè)所述抗力墩2 ;所述抗力墩2用于支撐所述擋水鋼結(jié)構(gòu)，維持鋼構(gòu)壩的穩(wěn)定。所述擋水鋼結(jié)構(gòu)由中間反拱壩段3和兩個(gè)正拱壩段4形成，兩個(gè)所述正拱壩段4對(duì)稱地固定在所述中間反拱壩段3的兩側(cè)；所謂中間反拱壩段中的反拱是指結(jié)構(gòu)向上游起拱，拱端朝向下游。同理，正拱是指結(jié)構(gòu)向下游起拱，拱端朝向上游。所述虹吸式泄水消能建筑物7貫穿所述中間反拱壩段3的頂部及與其對(duì)應(yīng)的所述抗力墩2。
[0017]在本實(shí)施例中，所述虹吸式泄水消能建筑物7包括兩個(gè)虹吸式泄水背管8，兩個(gè)所述虹吸式泄水背管8對(duì)稱地設(shè)置在所述中間反拱壩段3的頂部及與其對(duì)應(yīng)的所述抗力墩2之內(nèi)。兩個(gè)所述虹吸式泄水背管8的出流方向相對(duì)。所述虹吸式泄水背管8在其下游部設(shè)有向上折的挑流壩段。采用對(duì)沖消能，并在下游配合挑流消能泄水。所述擋水鋼結(jié)構(gòu)由前后兩塊鋼面板和設(shè)置在該兩塊鋼面板之間的鋼格構(gòu)結(jié)構(gòu)形成。所述抗力墩2上預(yù)埋有與所述鋼面板垂直的螺栓，所述鋼面板與所述抗力墩2通過所述螺栓鉸接。
[0018]綜上，本實(shí)用新型主要由四部分組成:一是混凝土基礎(chǔ)部分，二是支撐擋水鋼結(jié)構(gòu)的抗力墩部分，該部分的主要作用是約束擋水鋼結(jié)構(gòu)，并且與混凝土基礎(chǔ)一起承擔(dān)混凝土擋水鋼結(jié)構(gòu)傳遞的巨大水推力，維持整個(gè)鋼構(gòu)壩的安全穩(wěn)定；三是布置在中間反拱壩段下游抗力墩上的虹吸式泄水消能建筑物，使鋼構(gòu)壩能形成小流量自動(dòng)泄水；四是擋水鋼結(jié)構(gòu)，由前后兩塊鋼面板和設(shè)置在該兩塊鋼面板之間的鋼格構(gòu)結(jié)構(gòu)形成，鋼格構(gòu)結(jié)構(gòu)由主梁、次梁和橫隔板等組成，擋水鋼結(jié)構(gòu)的作用是擋水，為充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)抗拉性能，避免正拱結(jié)構(gòu)容易發(fā)生的屈曲問題，故將水推力較大的中間河床壩段設(shè)計(jì)為反拱型，能更好的發(fā)揮材料特性，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
[0019]具體實(shí)施時(shí)，壩型根據(jù)河床寬度而定，中間河床部分為反拱壩段，兩邊為正拱壩段。擋水鋼結(jié)構(gòu)的高度及其下游抗力墩布置均由上游擋水高度和流量而定，當(dāng)水頭較高、流量較大時(shí)可適當(dāng)增高擋水鋼結(jié)構(gòu)的高度，減小抗力墩布置間距或者加大抗力墩截面尺寸。
[0020]請(qǐng)參見圖1?圖2，在本實(shí)施例中，抗力墩反拱鋼構(gòu)壩的壩高40m，壩軸線長245m，抗力墩每隔4°設(shè)置一個(gè)，共有27個(gè)抗力墩，其中正拱壩段12個(gè)，尺寸為2mX8mX40m，中間反拱壩段15個(gè)，尺寸為3mX9mX40m。基礎(chǔ)內(nèi)設(shè)有灌漿廊道6和放空底孔，虹吸水泄水消能建筑物設(shè)置在中間反拱壩段的抗力墩上，進(jìn)水口高程及泄水管道相關(guān)參數(shù)須根據(jù)泄水流量而定，采用對(duì)沖消能并在下游輔助挑流消能。當(dāng)上游來水較小時(shí)，可形成自動(dòng)虹吸式泄水，實(shí)現(xiàn)小流量生態(tài)補(bǔ)水，無需設(shè)置運(yùn)行及管理人員；當(dāng)上游來水過大時(shí)，可壩頂滾水，鋼壩全斷面小單寬流量全線溢流。擋水鋼結(jié)構(gòu)由前后兩塊鋼面板和設(shè)置在該兩塊鋼面板之間的鋼格構(gòu)結(jié)構(gòu)形成，鋼格構(gòu)結(jié)構(gòu)由主梁、次梁和橫隔板等組成，且有橫向桿系加強(qiáng)支撐，水平次梁為連續(xù)梁，其間距應(yīng)上疏下密，使兩鋼面板間各區(qū)格的厚度大致相等。擋水鋼結(jié)構(gòu)的截面尺寸、面板厚度、支撐梁、桿及板的根數(shù)、間距等主要根據(jù)水壓力大小及分布確定。
[0021]請(qǐng)參見圖2，擋水鋼結(jié)構(gòu)的鋼面板厚度選用20mm，高度為40m，主梁每隔1.0m布置一根，采用實(shí)腹式組合梁，次梁每隔1.5m布置一根，次梁采用槽鋼形成，橫隔板按1.5m等間距布置。自動(dòng)泄水水位高出鋼面板頂高4m，下游為自由出流的背管形式，出口處設(shè)置漸變段，泄水背管出口高度為25m，挑角為25°。鋼面板與抗力墩采用鉸接的方式，底面及側(cè)面有相應(yīng)的止水結(jié)構(gòu)，且抗力墩受力集中區(qū)域需配加強(qiáng)筋。
[0022]鋼面板需要做防腐處理，防腐處理可以參考海底管線，采用涂層和陰極保護(hù)聯(lián)合應(yīng)用的方法。涂層主要有:熔結(jié)環(huán)氧涂層、聚乙烯涂層、煤焦油瓷漆涂層、復(fù)合涂層和煤焦油環(huán)氧涂層，請(qǐng)參考專利申請(qǐng)?zhí)枮?01210422853.5的專利申請(qǐng)文件。選擇涂層時(shí)，必須考慮涂層所要服務(wù)的具體環(huán)境，如鋼板厚度、水溫、施工方法以及相配合使用的陰極保護(hù)系統(tǒng)。使用混凝土配重層時(shí)應(yīng)更加注意。陰極保護(hù)技術(shù)是電化學(xué)保護(hù)技術(shù)的一種，其原理是向被腐蝕金屬結(jié)構(gòu)物表面施加一個(gè)外加電流，被保護(hù)結(jié)構(gòu)物成為陰極，從而使得金屬腐蝕發(fā)生的電子遷移得到抑制，避免或減弱腐蝕的發(fā)生。陽極材料普遍使用鋁-鋅-銦系合金作為海底管線的犧牲陽極，形狀為半開式手鐲型。
[0023]本實(shí)用新型并不局限于上述實(shí)施例，在本實(shí)用新型公開的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)所公開的技術(shù)內(nèi)容，不需要?jiǎng)?chuàng)造性的勞動(dòng)就可以對(duì)其中的一些技術(shù)特征作出一些替換和變形，如在反拱鋼構(gòu)壩的基礎(chǔ)上增加向上游基礎(chǔ)或兩岸的拉索結(jié)構(gòu)等，這些替換和變形均在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種抗力墩反拱鋼構(gòu)壩，其特征在于，包括混凝土基礎(chǔ)、多個(gè)抗力墩、擋水鋼結(jié)構(gòu)和虹吸式泄水消能建筑物；所述擋水鋼結(jié)構(gòu)固定在所述混凝土基礎(chǔ)上，在所述擋水鋼結(jié)構(gòu)的下游側(cè)是多個(gè)所述抗力墩；所述擋水鋼結(jié)構(gòu)由中間反拱壩段和兩個(gè)正拱壩段形成，兩個(gè)所述正拱壩段對(duì)稱地固定在所述中間反拱壩段的兩側(cè)；所述虹吸式泄水消能建筑物貫穿所述中間反拱壩段的頂部及與其對(duì)應(yīng)的所述抗力墩。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗力墩反拱鋼構(gòu)壩，其特征在于，所述虹吸式泄水消能建筑物包括兩個(gè)虹吸式泄水背管，兩個(gè)所述虹吸式泄水背管對(duì)稱地設(shè)置在所述中間反拱壩段的頂部及與其對(duì)應(yīng)的所述抗力墩之內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抗力墩反拱鋼構(gòu)壩，其特征在于，兩個(gè)所述虹吸式泄水背管的出流方向相對(duì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的抗力墩反拱鋼構(gòu)壩，其特征在于，所述虹吸式泄水背管在其下游部設(shè)有向上折的挑流壩段。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗力墩反拱鋼構(gòu)壩，其特征在于，所述擋水鋼結(jié)構(gòu)由前后兩塊鋼面板和設(shè)置在該兩塊鋼面板之間的鋼格構(gòu)結(jié)構(gòu)形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的抗力墩反拱鋼構(gòu)壩，其特征在于，所述抗力墩上預(yù)埋有與所述鋼面板垂直的螺栓，所述鋼面板與所述抗力墩通過所述螺栓鉸接。
【文檔編號(hào)】E02B7/12GK203701045SQ201320796552
【公開日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2013年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月4日
【發(fā)明者】戚藍(lán), 汪祥勝, 汪彭生, 張超 申請(qǐng)人:天津大學(xué)