本實用新型涉及高水頭、多泥沙、覆蓋層基礎水閘的消能結構，適用于水利水電工程。

背景技術：

根據(jù)《水閘設計規(guī)范》水閘閘下宜采用底流式消能，底流消能一般采用消力池+海漫+防沖槽（或防沖墻）。根據(jù)閘下尾水深度與躍后水深的大小關系，消力池可采用下挖式消力池、突坎式消力池、以及下挖式與突坎式消力池相結合的綜合式消力池。根據(jù)西南地區(qū)已建工程實例，對于多泥沙河流、覆蓋層基礎水閘，為防止泥沙對消力池的沖刷磨損，同時考慮到消力池尾坎的穩(wěn)定問題，通常采用平底長護坦＋砌石海漫+防沖槽（或防沖墻）消能。

模型試驗及已建工程原型觀測結果表明：

1、消力池+海漫+防沖槽（或防沖墻）方案：該方案能將大部分能量集中消散在消力池內，且出池水流流態(tài)已被明顯調整，出池水流均勻，流速較低，對下游河道沖刷減輕，達到了消能的目的。但對于多泥沙河流、覆蓋層基礎的水閘，消力池方案由于尾坎的存在，進入池內的粗顆粒泥沙或卵塊石不易隨水流出池，并在池內隨水流翻滾，將對消力池混凝土表面產生沖刷磨損，另外，消力池尾坎在水流沖擊力的作用下穩(wěn)定不易保證。

2、平底長護坦＋砌石海漫+防沖槽（或防沖墻）方案：該方案是將過閘水流在護坦段適當擴散水流后平順過渡，水流在護坦末端附近有一水躍（波狀水躍或弱水躍）發(fā)生，躍前斷面一般在護坦上，水躍消散部分能量。此后，下泄水流底部通過與砌石海漫摩擦及撞擊，又消散部分能量。水流通過砌石海漫段后，下切河床形成沖坑，并通過淹沒水躍消散部分能量后，將具有一定表流速的水流送入下游河道。該方案由于護坦上水躍僅消散部分能量，護坦末端水體單寬能量仍較高，大部分能量通過海漫和下游河道消散。模型試驗和已建工程實例表明，該方案對于高水頭水閘，護坦末端容易形成沖坑，反掏護坦末端基礎，威脅閘室安全。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型要解決的技術問題是：深入研究目前水閘常用的消能結構，針對消力池+海漫+防沖槽（或防沖墻）方案、平底長護坦＋砌石海漫+防沖槽（或防沖墻）方案存在的問題，提供一種高水頭、多泥沙、覆蓋層基礎水閘消能結構，該結構簡單、施工方便，并且具有消力池的特征，既提高了下泄水流的消能率，又能保證泥沙順利出池，不存在底板穩(wěn)定問題。

本實用新型解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種高水頭、多泥沙、覆蓋層基礎水閘消能結構，所述的水閘消能結構包括依次設置在閘室的底板下游的護坦，護坦的首端與閘室的底板相銜接，護坦的末端設有防沖墻，護坦的下游設置預挖沖坑，預挖沖坑的坑底設置預制混凝土護底，其下游側通過斜坡與下游河道銜接，且下游側也設置預制混凝土護底，所述預挖沖坑的末端設置防沖槽，所述護坦的兩側設置混凝土導墻。

所述護坦為鋼筋混凝土結構，長40~60m，坡度不陡于1：4，保證消能區(qū)遠離閘室。

所述護坦末端，設1~2道防沖墻，所述防沖墻為鋼筋混凝土結構，用于保護水流反淘閘室。

所述預挖沖坑下游側通過不陡于1：5的斜坡與下游河道銜接，其上游側為護坦，坑底和下游側為預制混凝土塊體，具有消力池的特征，但不存在底板不穩(wěn)定的問題，在閘室末端形成4~10m深的“消能塘”，形成消能水體，塘長、塘深具體通過模型試驗驗證，水流經過閘室、護坦到達預挖沖坑后，在預挖沖坑內形成水躍消散大部分能量，預挖沖坑末端設置緩坡保證進入塘內的粗顆粒泥沙或卵塊石隨水流出塘。

所述預制混凝土護底為四塊面體拼接而成的四面體混凝土結構護底，也就是說在坑底及下游側采用預制混凝土四面體結構，單塊體積約2.5m³，水流通過與預制混凝土護底摩擦及撞擊，消散大部分能量。

所述防沖槽為具有一定粒徑的大塊石結構，用于保護預挖沖坑末端反淘。

本實用新型的有益效果是：1、本實用新型將水閘底流消能中常用的消力池+海漫+防沖槽（或防沖墻）方案與平底長護坦＋砌石海漫+防沖槽（或防沖墻）方案結合起來，整合兩方案的優(yōu)點，對常用的消力池結構進行改進，形成護坦+預挖沖坑+防沖墻+防沖槽結構，該結構具有消力池結構的特征，保證了下泄水流的消能率，減輕了對下游河道河床及邊坡的沖刷；2、由于本實用新型的消能塘有消力池的特征，出塘水流流速較小，避免了對下游河道的淘刷，減少了河道護坡長度，降低工程造價；3、本實用新型中預挖沖坑首末端設緩坡，保證進入塘內的粗顆粒泥沙或卵塊石隨水流出塘，減少粗顆粒泥沙或卵塊石淤積；4、本實用新型中預挖沖坑坑底及下游側采用預制混凝土四面體護底，減輕了泄洪振動對水閘的影響，同時不存在底板的穩(wěn)定問題。

附圖說明

圖1為本實用新型的剖面圖。

圖2為本實用新型的預制混凝土四面體的剖面圖。

圖3位圖2的A-A截面圖。

具體實施方式

如圖1-3所示，本實施例是一種高水頭、多泥沙河流、覆蓋層基礎水閘的消能結構，該結構整合了水閘底流消能中常用的消力池+海漫+防沖槽（或防沖墻）方案與平底長護坦＋砌石海漫+防沖槽（或防沖墻）方案的優(yōu)點，對常用消力池結構進行改進，形成護坦+預挖沖坑+防沖墻+防沖槽。

本實施例包括閘室1，以及依次設置于閘室1底板下游的護坦2，護坦2的首端與閘室1的底板相銜接，其末端設有防沖墻5，護坦2的下游設置預挖沖坑3，預挖沖坑3的坑底設置預制混凝土護底4，預挖沖坑3的下游側通過斜坡與下游河道銜接，其下游側也設置預制混凝土護底4，預挖沖坑3的末端設置防沖槽6，在護坦2兩側設有混凝土導墻7。

護坦2為鋼筋混凝土結構，長40~60m，坡度不陡于1：4，保證消能區(qū)遠離閘室。

所述防沖墻5為鋼筋混凝土結構，設置1~2道在所述護坦2末端，用于保護水流反淘閘室。

預挖沖坑3下游側通過不陡于1：5的斜坡與下游河道銜接。水流經過閘室1、護坦2到達預挖沖坑3后，在預挖沖坑內形成水躍消散大部分能量。預挖沖坑3末端設緩坡保證進入塘內的粗顆粒泥沙或卵塊石隨水流出塘。

所述預制混凝土護底4為四塊面體拼接而成的四面體混凝土結構，單塊體積約2.5m³，水流通過與預制混凝土護底4摩擦及撞擊，消散大部分能量。

所述防沖槽為具有一定粒徑的大塊石結構，用于保護預挖沖坑末端反淘。

本實施例的結構特征及在消能過程中所起的作用具體如下：

a 、護坦。護坦2為鋼筋混凝土結構，保證消能區(qū)遠離閘室，護坦末端設置防沖墻5。護坦坡度不陡于1:4，作為預挖沖坑的上游面，末端設有防沖墻5。

b、預挖沖坑3。預挖沖坑3上游側為護坦2，坑底和下游側為預制混凝土塊體4防護， 具有消力池特征，但不存在底板穩(wěn)定問題，類似一種“消能塘”，形成消能水體，塘深以4~10m為宜，塘長、塘深可通過模型試驗確定。預挖沖坑3下游側通過不陡于1：5的斜坡與下游河道銜接。水流經過閘室1、護坦2到達預挖沖坑3后，在預挖沖坑內形成水躍消散大部分能量。預挖沖坑3末端設緩坡保證進入塘內的粗顆粒泥沙或卵塊石隨水流出塘。

c、預制混凝土四面體4。預制混凝土四面體4為混凝土結構，單塊體積約2.5m³，水流通過與預制混凝土四面體4摩擦及撞擊，消散大部分能量。

d、防沖墻5。防沖墻5為鋼筋混凝土結構，用于保護水流反淘閘室。

e、防沖槽6。防沖槽6為具有一定粒徑的大塊石結構，用于保護反淘預挖沖坑末端。

建于高水頭、多泥沙河流和覆蓋層基礎的水閘，通過本實施例中消能工的設置，水閘下泄水流絕大部分能量已被消散，水流平順導入下游河道，對下游河道河床及邊坡危害大大減輕。