一种大坝溢洪道结构及其施工方法

摘要

本申请涉及一种大坝溢洪道结构及其施工方法，其包括倾斜设置的道体底板、成型在道体底板上端面的第一侧板和第二侧板；道体底板的一端为进口处，另一端为出口处，道体底板自进口处向出口处呈向下倾斜设置；道体底板上部沿其排水方向设置多个台阶体；台阶体包括平直面和竖直面；竖直面上开设有通气槽，通气槽沿台阶体的延伸方向延伸且一端贯穿第二侧板，通气槽内通入气体。本申请具有提高溢洪道消能率的效果。

说明书

技术领域

本申请涉及溢洪道的领域，尤其是涉及一种大坝溢洪道结构及其施工方法。

背景技术

目前，溢洪道是水库等水利建筑物的防洪设备和泄水建筑物，多筑在水坝的一侧，溢洪道一般不经常工作，但却是水库枢纽中的重要建筑物。溢洪道像一个大槽，用于宣泄规划库容所不能容纳的洪水，当水库里水位超过安全限度时，水就从溢洪道向下游流出，防止水坝被毁坏。所以溢洪道对大坝的重要性是不言而喻的。然而大坝溢洪道直接暴露在大气之中，经受着自然环境的影响，其基础容易出现较典型的渗流冲蚀破坏。这种渗流冲蚀破坏对大坝溢洪道的危害主要表现在：基础土体颗粒流失，形成空洞，并进而导致溢洪道底板塌陷，影响大坝溢洪道的正常使用，降低大坝溢洪道的使用寿命。因此，对大坝溢洪道进行加固不仅是大坝溢洪道的强度和稳定性的重要保证，同时能为延长大坝溢洪道的使用寿命创造有利条件。

相关技术中，为了降低溢洪道冲蚀受到的破坏，一般情况在会采用台阶式溢洪道。梯阶梯消能工是水流沿坝面或溢洪道表面的阶梯逐级掺气、减速、掺混、紊动消能的。然而工程实践表明，随着来流单宽流量的增大，由于溢洪道内底面水深的增加，掺气起始断面下移，致使流动掺气不足，溢洪道的阶梯面极易发生空蚀破坏，导致消能率较低。

针对上述中的相关技术，发明人认为存在有消能率较低的缺陷。

发明内容

为了提高溢洪道的消能率，本申请提供一种大坝溢洪道结构及其施工方法。

第一方面，本申请提供一种大坝溢洪道结构，采用如下的技术方案：

一种大坝溢洪道结构，包括倾斜设置的道体底板、成型在道体底板上端面的第一侧板和第二侧板；所述道体底板的一端为进口处，另一端为出口处，所述道体底板自进口处向出口处呈向下倾斜设置；所述道体底板上部沿其排水方向设置多个台阶体；所述台阶体包括平直面和竖直面；所述竖直面上开设有通气槽，所述通气槽沿台阶体的延伸方向延伸且一端贯穿第二侧板，所述通气槽内通入气体。

通过采用上述技术方案，水流自进口处向出口处排出，水流流经台阶体的平直面时，水流沿台阶体的平直面继续横向移动，然后受到重力作用落到下一个台阶体的平直面上；当水流沿台阶进行流动时，此时通气槽内部通入有气体，气体喷出的过程中，会对水流进行冲击，此时水流由清水水流变为气液两相流，能够延缓局部压力降至汽化压力，使得空泡溃灭的压力降低。而且清水变为气液两相流之后，密度降低，由不可压缩的流体变为可压缩的具有一定弹性的流体，空穴溃灭时可吸收大量的能量。而且通气槽内部气体排出时，对竖直落下的水流起到冲击效果，使得水流落下时的底部与下一个台阶体之间的角度减小，从而减小水流成型的水幕对平直面造成的影响，从而减小台阶体表面受到空蚀破坏，进而提高了溢洪道的消能率。

优选的，所述台阶体的平直面上成型有挑坎，所述挑坎的延伸方向与台阶体的延伸方向相同，单个所述挑坎自进口处向出口处的竖直高度逐渐降低。

通过采用上述技术方案，水流流经挑坎，水流沿挑坎的底面向斜上方进行挑射，水流与竖直面之间形成稳定的空腔，由于空腔与通气槽连通，通气槽持续为空腔进行输送气体，进一步去增加水流的掺气效果，同时减小水流进入到通气槽内部的情况，使得台阶体的减蚀效果较好。

优选的，所述台阶体的竖直面上成型有跌坎，所述跌坎的水平开设深度自上而下逐渐增加，所述通气槽与跌坎连通。

通过采用上述技术方案，水流从挑坎向下落到下一个平直面上部时，此时水流底部成型有水舌，水舌底缘可能会成型有反向旋滚，反向旋滚可能会移动至水流与竖直面成型的空腔内部，此时空腔的成型效果较差，同时水流底部的反向漩辊可能会对竖直面造成不良影响，故而在竖直面上开设有跌坎。跌坎的设置，当水流底部出现反向旋滚时，反向旋滚与跌坎之间具有一定的距离，从而减小反向旋滚对跌坎造成的不良影响。

优选的，所述通气槽的一端延伸至道体底板伸出至第二侧板的外部，所述通气槽的内部放置有气管，所述气管的一端沿辅助槽伸出至道体底板外部，所述气管的外表面沿其长度方向间隔开设有出气孔。

通过采用上述技术方案，第一方面，通过设置气管，较大程度减小水流计入到通气槽内部的情况，由于气体从持续的从出气孔内部排出，此时水流从出气孔进入到气管内部的情况较小，使得气管的使用效果较好；第二方面，由于出气孔为间隔开设，受到气体充气的水流会发生扩散的现象，而处于两个出气孔之间的水流便受到两侧出气孔散射的影响，此时挑坎上留下的水流不完全是竖直状移动，水流自身也在交叉流动，水流交叉流动时则会减小水流落到平直面上部的冲击力，而且提高了水流的掺气效果。

优选的，所述出气孔为倾斜向下延伸。

通过采用上述技术方案，出气口为倾斜设置，气体对平直面上部留下的水幕进行吹气，进一步减小水流落到下一个台阶体的平直面上部，减小水流对平直面的冲击，进一步减小台阶体受到的损伤。

优选的，所述第二侧板上设置有对气管内部进行充气的充气机构；所述充气机构包括安装在第二侧板上的转动件、安装在第二侧板外侧壁上的充气件、驱动充气件进行往复伸缩的驱动件；所述转动件包括转动插接在第二侧板内部的转动杆、套设在转动杆上的转动板、安装在转动板上部的推动板，推动板沿转动板旋转对称；充气件包括安装在第二侧板外侧壁上的固定板、安装在固定板背离第二侧板外侧壁上的伸缩气囊、安装在伸缩气囊背离固定板侧壁上的滑动板；所述伸缩气囊上开设有进气口，所述进气口内部设置有进气单向阀；所述伸缩气囊上开设有出气口，所述出气口内部设置有出气单向阀，所述气管安装在气囊的外部且与出气口连通；所述驱动件包括安装在转动杆位于第二侧板外部的往复丝杆、转动套设在往复丝杆上的滑动块、套设在滑动块外部的移动板，所述移动板固定连接在滑动板的底部，所述第二侧板的外侧壁上安装有穿设装置移动板内部的导向杆。

通过采用上述技术方案，水流沿台阶体流下时，水流向下流动时对推动板进行推动，此时推动板转动时便会带动转动板进行转动，由于转动板固定套设在转动杆上，转动板便带动转动杆进行转动。转动杆转动时带动。

优选的，多个所述气管的端部通过连通管进行连通。

通过采用上述技术方案，对连通管进行通气，即可同时对多根气管进行通气。

优选的，所述第二侧板上设置有对气管内部进行充气的充气机构；所述充气机构包括安装在第二侧板上的转动件、安装在第二侧板外侧壁受转动件上的充气体；所述转动件包括转动插接在第二侧板内部的转动杆、套设在转动杆上的转动板、安装在转动板上部的推动板，推动板沿转动板旋转对称；所述充气体包括固定套设在转动杆上的安装板、安装在安装板侧壁上的叶片、安装在第二侧板外部且套设在安装板与叶片外部的壳体，壳体上开设有与转动杆心的通气孔；所述壳体上安装有与连通管连通的圆管。

通过采用上述技术方案，水流沿快速通道进行移动时，随着水流沿快速通道进行向下移动，水流对推动板进行持续的推动，推动板转动时便会带动转动板进行转动，由于转动板固定套设在转动杆上，转动板便带动转动杆进行转动，转动杆转动时带动安装板以及叶片进行转动，此时外界的气体从通气孔进入到壳体内部，然后沿圆管进入到连通管内部，连通管内部的水流便进入到气管内部。

第二方面，本申请提供一种大坝溢洪道结构的施工方法，采用如下的技术方案。

一种大坝溢洪道结构的施工方法，包括以下步骤：

S1、沿坝体的上平面开挖出用于成型道体底板的坡面；

S2、在坡面上扎设有用于成型台阶体的钢筋笼；

S3、在钢筋笼的外部竖立模板，模板上设置有用于成型挑坎和跌坎的凹面；

S4、预先将对应台阶体的通气槽处放置充气囊；

S5、在坡面上浇筑混凝土用于成型道体底板、道体侧板；

S6、待混凝土成型后，对充气囊进行放气，此时充气囊部成型有通气槽；

S7、将气管放置入通气槽内部。

通过采用上述技术方案，当需要建造溢洪道时，先对土方进行开挖，用于成型道体底板的倾斜面；然后再通过钢筋笼以及模板对台阶体进行浇筑；由于在浇筑前台阶体的内部放置有充气囊，当台阶体凝固后，将充气囊从通气槽内部取出，此时原来用于放置充气囊的位置便成型有通气槽；一方面，由于混凝土在成型的过程中会产生变形，而采用充气囊用于成型通气槽，当混凝土发生变形时，此时混凝土便可对充气囊进行挤压，此时充气囊会发生微小变形，避免采用其他物体成型通气槽时，物体被混凝土挤压发生损坏的情况；另一方面，充气囊使用完成之后，对充气囊进行放气，便可将充气囊从通气槽内部取出，当充气囊需要从通气槽内部取出时，可将气管的一端系在充气囊的一端，然后充气囊从通气槽内部拉去，充气囊在拉取的过程中，充气囊即可带动气管伸入至通气槽内部。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

通过开设通气槽，而且对通气槽内部进行通气，使得水流在从平直面向下流动时，水流与竖直面之间形成有一个空腔，使得水流与竖直面之间呈间隔状，清水变为气液两相流后，环节局部压力，从而完成对水流的掺气，从而减小台阶体表面受到空蚀破坏，进而提高了溢洪道的效能效率；

水流经过挑坎以及跌坎，使得水流在移动时内部成型有空腔，而且通过气管对空腔进行喷射，使得水流的掺气效果较好。

水流带动转动件进行转动，转动件即可带动充气件进行充气，充气件内部的气体即可进入到气管内部；通过水流移动对气管内部进行自动充气，不同水流对气管内部气体喷出的速度不同，可使得水流与所喷出的气体之间处于一个平衡状态，减小因气体喷出速度较快或是较慢的情况，对水流掺气起到良好的作用。

附图说明

图1是本申请实施例1的大坝溢洪道结构的结构示意图。

图2是本申请实施例1用于表示台阶体具体结构的结构示意图。

图3是图1中A部分的放大结构示意图。

图4本申请实施例1用于表示充气机构的结构示意图。

图5是本申请实施2的大坝溢洪道结构的结构示意图。

附图标记说明：1、道体底板；11、进口处；12、出口处；13、快速通道；2、第一侧板；3、第二侧板；4、台阶体；41、平直面；411、挑坎；42、竖直面；421、跌坎；43、通气槽；44、气管；441、出气孔；45、连通管；5、充气机构；51、转动件；511、圆孔；512、轴承；513、转动杆；514、转动板；515、推动板；52、充气件；521、支架；5211、第一平直部；5212、第二垂直端；5213、第二平直段；5214、膨胀螺栓；522、固定板；523、伸缩气囊；5231、伸缩部；524、滑动板；525、进气单向阀；5251、进气口；526、出气单向阀；5261、出气口；527、管道；53、驱动件；531、导向杆；532、移动板；533、往复丝杆；534、滑动块；6、充气体；61、安装板；62、叶片；63、壳体；631、通气孔；64、圆管。

具体实施方式

以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种大坝溢洪道结构及其施工方法。

实施例1：

参照图1，一种大坝溢洪道结构，包括倾斜延伸的道体底板1、成型在道体底板1倾斜面上的第一侧板2和第二侧板3、设置在道体底板1倾斜面上的多个台阶体4、安装在第二侧板3上部的充气机构5。

参照图1，道体底板1为倾斜设置，道体底板1水平位置较高的一端为进口处11，水平位置较低的一端为出口处12，水流自进口处11沿道体底板1向出口处12流出；第一侧板2和第二侧板3均成型道体底板1的上部，第一侧板2和第二侧板3均为竖直延伸，且第一侧板2和第二侧板3间隔设置。

参照图1，台阶体4沿道体底板1倾斜表面的延伸方向等距设置有多个，单个台阶体4的延伸方向与道体底板1的宽度方向相同，台阶体4的一端与第一侧板2的内侧壁固接，台阶体4的另一端与第二侧板3的内侧壁间隔设置。多个台阶体4与第二侧板3之间形成快速通道13。

参照图1、图2，以单个台阶体4为例，台阶体4的上端面为平直面41，台阶体4背离出口处12的侧壁为竖直面42，所述平直面41上成型有挑坎411，挑坎411沿道体底板1延伸的中心线的截面为弧形面，单个挑坎411自进口处11向出口处12一端的竖直高度之间逐渐增加。

参照图1、图2，台阶的竖直面42上成型有跌坎421，跌坎421沿道体底板1延伸的中心线的截面为弧形面，单个跌坎421的水平开设深度自上而下逐渐增加。

参照图2，跌坎421上开设有通气槽43，通气槽43沿跌坎421的长度方向延伸，通气槽43的开设长度小于台阶体4的长度，通气槽43的两端均不贯通于台阶体4。通气槽43沿道体底板1延伸方向的竖直中心线的截面的圆弧为优弧。

参照图2、图3，通气槽43的内部放置有气管44，气管44背离第二侧板3的一端为闭合状，另一端为开口端；通气槽43的开口端穿设在道体底板1的内部且延伸至道体底板1的外部；气管44放置在通气槽43的内部，且气管44的开口端倾斜向下从道体底板1的内部穿出。多个气管44位于第二侧板3外部均设置有连通管45，连通管45与气管44垂直且与气管44连通，连通管45的两端均呈封闭状。

参照图2，气管44背离通气槽43的侧壁上开设有多个出气孔441，出气孔441的延伸角度和位于气管44底部台阶体4平直面41之间的角度为30度。

参照图3，充气机构5包括位于第二侧板3内侧壁上的转动件51、安装在第二侧板3外侧壁上的充气件52、安装在第二侧板3外侧壁上且对充气件52进行驱动的驱动件53。

参照图3、图4，转动件51包括转动杆513、转动板514、推动板515；侧板上水平开设有圆孔511；圆孔511内安装有两个轴承512，转动杆513穿设在两个轴承512内部，转动杆513的两端均伸出第二侧板3的外部；转动板514固定套设在转动杆513的一端位于快速通道13的上部，转动板514的最低点距道体底板1的上端面间隔设置；推动板515设置多个均固定连接在转动板514背离第二侧板3的侧壁上，推动板515沿推动板515的圆心呈旋转对称，且推动板515的延伸线穿过推动板515的圆心。

参照图4，充气件52包括支架521、固定板522、伸缩气囊523、滑动板524、进气单向阀525、出气单向阀526。支架521设置两个，支架521沿第二侧板3的延伸方向间隔设置，支架521安装在第二侧板3的外侧壁上；支架521包括与第二侧壁平行的第一平直部5211、与第一平直部5211垂直连接的第二垂直端5212、垂直于第二垂直端5212背离第一平直部5211侧壁上的第二平直段5213，第二平直段5213与第一平直部5211平行，第一平直部5211背离第二侧板3的外侧壁上穿设有安装在第二侧板3内部的膨胀螺栓5214。

参照图4，固定板522焊接连接在两个第一平直部5211背离第二侧板3的外侧壁上。伸缩气囊523固接在固定板522背离第二侧板3的外侧壁上，伸缩气囊523上成型有可水平伸缩的伸缩部5231；滑动板524固定连接在第二竖直部背离伸缩部5231的外侧壁上；移动板532上开设有贯通第二竖直部的进气口5251，进气单向阀525安装在固定板522上且位于出气口5261内部；伸缩部5231的外部开设有出气口5261，出气单向阀526安装在出气口5261的内侧壁上，且端部伸出伸缩部5231的外部；出气单向阀526的端面上安装有管道527，管道527与连通管45连通。

参照图4，驱动件53包括固定连接在第二侧板3外侧壁上的导向杆531、套设在导向杆531上的移动板532，移动板532固定连接在滑动板524的底部；转动杆513背离第二侧板3的一端安装有往复丝杆533，往复丝杆533穿设在移动板532的内部，往复丝杆533上滑动设置有滑动块534，所述移动板532固定套设在滑动块534的外部。

实施例1的实施原理为：一部分水流流入到台阶体4的上部，水流沿平直面41上部的挑坎411进行移动，由于挑坎411的底面为倾斜状，此时水流从挑坎411内部滑过时，会发生向上滑移一端距离后落到下一个台阶体4的平直面41上部；水流在落到下一个平直面41上部时，会产生较大的水花，而跌坎421的设置，减小水花飞溅时对竖直面42造成的影响。

另一部水流沿快速通道13进行移动时，随着水流沿快速通道13进行向下移动，水流对推动板515进行持续的推动，推动板515转动时便会带动转动板514进行转动，由于转动板514固定套设在转动杆513上，转动板514便带动转动杆513进行转动。

当转动杆513进行转动时会带动往复丝杆533进行转动，往复丝杆533便会带动滑动块534进行水平往复移动，由于滑动块534安装在滑动板524的底部，当滑动板524向背离第二侧板3进行转动时，此时滑动板524带动伸缩气囊523进行移动，此时伸缩气囊523进行移动时，外部的空气通过进气单向阀525进入到伸缩气囊523内部；当伸缩气囊523内部气体充满后，此时滑动板524向第二侧板3进行移动，伸缩气囊523内部的气体穿过出气单向阀526进入到气管44内部，气管44内部的气体从出气孔441内部排出。通过水流的移动带动伸缩气囊523进行移动，伸缩气囊523对气管44进行充气，减小需要通过外界对气管44进行充气。而且可通过水流的流速不同，自行调节气管44内部气体的排气速度，进一步提高水流与气管44内部气体喷出之间的平衡度，减小气管44内部气体喷气过大或是过小的情况，减小气体速度过大对台阶体4造成不良影响的情况。

参照图2，一种大坝溢洪道结构的施工方法，包括以下步骤：

S1、沿坝体的上平面开挖出用于成型道体底板1的坡面；

S2、在坡面上扎设有用于成型台阶体4的钢筋笼，钢筋笼的水平延伸长度小于坡面的长度；

S3、在钢筋笼的外部竖立模板，模板上开设有用于成型挑坎411和跌坎421的凹面；

S4、预先将对应台阶体4的通气槽43处放置充气囊，充气囊的外部涂抹有脱模膏；

S5、坡面上浇筑混凝土用于成型道体底板1、道体侧板；

S6、待混凝土成型后，对充气囊进行放气，并将充气囊从台阶体4内部取出，充气囊处便成型有通气槽43；

S7、将气管44从通气槽43内部穿入，将气管44的出气口5261设置为倾斜向下，并将气管44通过胶水粘结在通气槽43的内部。

实施例2：

参照图4、图5，实施例2和实施例1的不同之处在于，充气机构5包括转动件51、充气体6。转动件51与实施例1中转动件51的具体结构相同。

参照图5，充气体6包括安装板61、叶片62、壳体63、圆管64。安装板61固定套设在转动杆513上；叶片62固定连接在安装板61背离第二侧板3的外侧壁上，叶片62沿转动杆513的轴线呈旋转对称；壳体63套设在安装板61与叶片62的外部，壳体63为壳体63为内部中空的圆筒，壳体63的轴线与转动杆513的轴线重合，壳体63的外侧壁固定连接在第二侧板3的外侧壁上；壳体63背离第二侧板3的侧壁上水平开设有通气孔631，通气孔631与转动杆513同心；圆管64安装在壳体63的弧形外侧壁上，且与壳体63内部空腔连通，圆管64的底端安装在连通管45上。

实施例2的实施原理为：水流驱动转动件51进行转动后，转动杆513进行转动，转动杆513转动时带动安装板61以及叶片62进行转动，此时外界的气体从通气孔631进入到壳体63内部，然后沿圆管64进入到连通管45内部，连通管45内部的气体便持续通入至到气管44内部。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。