一种自掺气空间扩散挑坎结构的制作方法

1.本实用新型涉及自掺气空间扩散挑坎结构，属于水利水电工程技术领域，适用于溢洪道或者泄洪洞泄槽出口挑坎结构的设计与施工。


背景技术：

2.在国内外大坝泄水建筑物中，挑流消能方式的应用最为广泛，适用于下游河道地质条件较好的工程。挑流消能的基本原理是利用高速水流所挟带的巨大动能，因势利导将水流挑射至远离建筑物的下游，使下落水舌对河床的冲刷不会危及建筑物的安全。水流在空中及水下射程中应尽可能分散，以利于通过水体剪切和混掺消杀大量能量，减轻对河床的冲刷。挑流消能的关键在于挑坎体型的选择，随着坝工建设的发展，各具特色的挑坎体型陆续出现，其中连续挑坎、差动挑坎、斜挑坎、窄缝挑坎、舌形挑坎等应用较广。
3.连续挑坎、差动挑坎适用于下游河道河床较宽、地形变化较小的工程；斜挑坎可以将下泄水流进行一定导向和纵向拉伸；窄缝挑坎适用于下游河道较窄的工程；舌形挑坎适用于下游河道较宽的工程，以上常规挑坎各具特色，具有不同的工程适用性，但均具有一定的局限性。目前，常规挑坎主要存在三个突出问题：一个是对水舌的空间扩散能力不足，导致水舌在空中碰撞、混掺效果有限，落入下游河道的位置相对集中，不能充分利用下游河道水垫消能，导致对下游河床冲刷深度较大；一个是对水舌的落水点控制能力较差，下泄水舌易冲击两侧岸坡，需对两侧岸坡进行大范围的工程防护以避免冲蚀破坏；另一个是未考虑专门的掺气设施，溢洪道或者泄洪洞泄槽出口挑坎处流速最大，常规认为当下泄流速大于 35m/s时，容易导致挑坎底板及边墙发生空蚀破坏，危及结构的安全。因此，有必要寻求一种更为合理的挑坎结构解决上述三个问题。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种自掺气空间扩散挑坎结构。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
6.本实用新型的一种自掺气空间扩散挑坎结构，包括泄槽底板和挑坎弧形底板，挑坎弧形底板以相切的形式与所述泄槽底板相接，并在挑坎弧形底板之上设置扩散墩，扩散墩为三角体结构，底面坐落于挑坎弧形底板上，两侧面以1：1 的斜坡与挑坎弧形底板相接，下游面以一定角度与挑坎弧形底板末端相接。
7.进一步的，在泄槽与挑坎相接的边墙上设置通气竖井，并于通气竖井底部设置进气口。边墙出口位置设置弧形贴角，弧形贴角表面采用弧形曲线，形成一定向内的角度。
8.该挑坎结构于溢洪道或者泄洪洞泄槽出口位置的挑坎弧形底板上设置了扩散墩，改变下泄水流的流态，使水流从二维下泄形式改变成三维空间扩散下泄形式，增强了水舌在空中碰撞、混掺的效果，扩大了水流落入下游河道的范围，充分利用下游河道水垫消能，增加下游河道的消能功率，降低对下游河床的冲刷作用；于泄槽和挑坎相接位置的边墙上
设置了通气竖井和进气孔，可以对下泄水流自主进行充分掺气，在高速水流紊动作用下，迫使大量空气掺入水流中，形成气、水两相掺混的现象，保证水体的掺气浓度，避免挑坎底板及边墙发生空蚀破坏，保证结构的安全；同时，于挑坎边墙出口位置设置弧形贴角，可以有效控制水舌的导向和进入下游河床的位置，避免水舌冲刷两侧岸坡，减少两侧岸坡的防护工程量，弧形贴角将水舌向中部导向，也进一步促进了水舌自身的碰撞、互掺消能。
9.本实用新型的核心创新点在于提出了一种自掺气空间扩散挑坎结构，该挑坎结构于溢洪道或者泄洪洞泄槽出口位置的挑坎弧形底板上设置了扩散墩，于泄槽和挑坎相接位置的边墙上设置了通气竖井和进气孔，于挑坎边墙出口位置设置弧形贴角，改变了常规挑坎的结构形式，具有以下效果：
10.(1)扩散墩的设置，使下泄水流受到挑坎弧形底板及扩散墩的共同作用，由于高程及结构的差别，会形成不同的抛射角，各水流质点以不同的速度和角度在竖直面上运动，在纵向形成薄形扇状的运动拉伸，同时，扩散墩两侧面为1： 1斜坡，水流自扩散墩之间下泄时会受到相邻两扩散墩侧面的顶托作用，将水舌导向扩散墩上部以及中部，可以使高速下泄水流相互挤压、碰撞消能，如此，增加了水舌自身相互碰撞及混掺作用，增大了水舌空中自身消能功率，并形成三维空间扩散，加大下泄水体入水范围，充分利用下游河道水垫消能，增大下游河床消能功率，减轻对下游河床的冲刷，减少下游河道的防护工程量，降低工程投资。
11.(2)通气竖井和进气孔的设置，可以对下泄水流进行自主充分掺气，在高速水流紊动作用下，迫使大量空气掺入水流中，形成气、水两相掺混的现象，保证水体的掺气浓度，避免挑坎底板及边墙发生空蚀破坏，保证结构的安全。
12.(3)弧形贴角的设置，通过调整反弧贴角的曲率半径及结构尺寸，可以有效控制水舌的导向和进入下游河床的位置，避免水舌冲刷两侧岸坡，减少两侧岸坡的防护工程量，弧形贴角将水舌向中部导向，也进一步促进了水舌自身的碰撞、互掺消能。
附图说明
13.图1是本实用新型立体结构图；
14.图2是本实用新型平面布置图。
15.附图中的标记为：1-泄槽底板；2-边墙；3-挑坎弧形底板；4-扩散墩；5-弧形贴角；6-通气竖井；7-进气孔。
具体实施方式
16.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图1至附图2对本技术方案的具体实施方式作进一步地详细描述。
17.如图1、图2所示，该实用新型包括以下构件：泄槽底板1、边墙2、挑坎弧形底板3、扩散墩4、弧形贴角5、通气竖井6、进气孔7。其主要特征如下：
18.为保证水流下泄的平顺性，挑坎弧形底板3以相切的形式与泄槽底板1相接，并在挑坎弧形底板3之上设置扩散墩4，扩散墩4为三角体结构，底面坐落于挑坎弧形底板3上，两侧面以1：1的斜坡与挑坎弧形底板3相接，下游面以一定角度与挑坎弧形底板3末端相接，其中，下游面不宜超出挑坎弧形底板3末端，避免形成倒悬结构，不利于结构的稳定。下泄水流
受扩散墩4下泄时，可以将水流向扩散墩4上部、中部导向，扩散墩4的结构尺寸可根据工程实际情况灵活调整，设置数量不宜少于2个，当泄槽底板1较宽时，其数量可适当增多。
19.在泄槽与挑坎相接的边墙2上设置通气竖井6，并于通气竖井6底部设置进气口7，以对下泄水流进行充分掺气减蚀。通气竖井6及进气口7的结构尺寸根据工程需要设置，以保证挑坎近壁水体的掺气浓度不低于7％为宜。
20.挑坎边墙2出口位置设置弧形贴角5，弧形贴角5表面采用弧形曲线，形成一定向内的角度，弧形贴角5的结构尺寸根据工程需要设置，可以将水流向河床中部导向，避免水流冲击下游河道两侧岸坡。
21.尽管上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，但对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。


技术特征：
1.一种自掺气空间扩散挑坎结构，其特征在于：包括泄槽底板（1）和挑坎弧形底板（3），所述挑坎弧形底板（3）以相切的形式与所述泄槽底板（1）相接，并在挑坎弧形底板（3）之上设置扩散墩（4），所述扩散墩（4）为三角体结构，底面坐落于挑坎弧形底板（3）上，两侧面以1：1的斜坡与挑坎弧形底板（3）相接，下游面以一定角度与挑坎弧形底板（3）末端相接。2.根据权利要求1所述的自掺气空间扩散挑坎结构，其特征在于：在泄槽与挑坎相接的边墙（2）上设置通气竖井（6），并于通气竖井（6）底部设置进气口（7）。3.根据权利要求2所述的自掺气空间扩散挑坎结构，其特征在于：所述边墙（2）出口位置设置弧形贴角（5），弧形贴角（5）表面采用弧形曲线，形成一定向内的角度。

技术总结
本实用新型公开了一种自掺气空间扩散挑坎结构，包括泄槽底板和挑坎弧形底板，挑坎弧形底板以相切的形式与所述泄槽底板相接，并在挑坎弧形底板之上设置扩散墩，扩散墩为三角体结构，底面坐落于挑坎弧形底板上，两侧面以1：1的斜坡与挑坎弧形底板相接，下游面以一定角度与挑坎弧形底板末端相接。该挑坎改变常规挑坎的结构形式，于溢洪道或者泄洪洞泄槽出口位置的挑坎弧形底板上设置了扩散墩，增强了水舌在空中碰撞、混掺的效果；于泄槽和挑坎相接位置的边墙上设置了通气竖井和进气孔，对下泄水流自主进行充分掺气；于挑坎边墙出口位置设置弧形贴角，有效控制水舌的导向和进入下游河床的位置，可以达到因势利导，对下泄水流充分消能的目的。的目的。的目的。


技术研发人员：王瑞
受保护的技术使用者：中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司
技术研发日：2021.02.08
技术公布日：2022/7/28