本發(fā)明專利屬于七大傳統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域中的土木工程領(lǐng)域，涉及分類號是e02水利工程。本發(fā)明專利申請的是一種新的方案設(shè)計(jì)“樁基溢流壩與鉛絲石籠護(hù)坦”。

本發(fā)明技術(shù)方案是針對一些流域河流暴雨突發(fā)性強(qiáng)、強(qiáng)度大、歷時(shí)短，洪水陡漲陡落、沖擊破壞力強(qiáng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一種新的實(shí)用壩型，使工程設(shè)計(jì)做到安全適用、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)、質(zhì)量保證。

經(jīng)過工作實(shí)踐中的不斷探索、方案比選、研究計(jì)算后發(fā)現(xiàn)一種新的方案設(shè)計(jì)“樁基溢流壩與鉛絲石籠護(hù)坦”：即將混凝土灌注樁與wes實(shí)用堰結(jié)合作為基本壩型，壩后采用挑流消能方式，同時(shí)采用防洪工程中常用的鉛絲石籠，作為防沖坑的鋪墊材料護(hù)底，并在設(shè)計(jì)中控制好過壩單寬流量，能夠很好的解決實(shí)際問題并且減小工程投資，滿足水利工程建設(shè)任務(wù)的需要。在水利樞紐工程中可節(jié)省工程投資30%左右，目前還沒有其他技術(shù)方案能夠在規(guī)范要求的四個(gè)方面（安全適用、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)、質(zhì)量保證），達(dá)到本發(fā)明技術(shù)方案的同等水平。

背景技術(shù)：

最相近的現(xiàn)有技術(shù)方案（寬頂堰方案）

（1）寬頂堰方案的設(shè)計(jì)

攔河溢流壩采用寬頂堰方案。寬頂堰頂寬（順?biāo)鞣较颍?.0m，堰頂末端接30°下傾角斜坡段。根據(jù)寬頂堰軸線長度（垂直水流方向），每隔24m設(shè)置一道伸縮縫，堰厚度2.3m，堰上游齒墻深4.1m，齒墻底寬0.5m，齒墻內(nèi)邊坡1:0.5。堰下游斜坡段齒墻深0.43m，齒墻底寬1.0m，齒墻內(nèi)坡垂直。底板下設(shè)10cm素混凝土墊層及30cm砂礫石墊層。

消力池布置：寬頂堰下游接挖深式消力池，采用底流消能消減過堰水流的能量。消力池順?biāo)鞣较蜷L度15.0m，消力池垂直水流方向長度504m；消力池底板設(shè)置伸縮縫，每塊寬度均為24m。寬頂堰頂寬（順?biāo)鞣较颍?.0m，接30°下傾角斜坡段，然后接14.5m水平段，消力池坎深為1m，消力池尾部上面設(shè)0.5米寬尾坎。消力池底板厚度0.5m上游齒墻底寬0.5齒墻深1.0m，齒墻內(nèi)邊坡1:1。消力池底板下游齒墻底寬0.5齒墻深1.0m。消力池底板下設(shè)10cm素混凝土墊層及30cm砂礫石墊層。

消力池下游設(shè)20.0m海漫。海漫坡度1:15，由50cm厚鉛絲石籠和其下的20礫石cm墊層組成。防沖槽上下邊坡均為1:1，底部設(shè)20cm砂礫石墊層，防沖槽由厚度80cm至2m的鉛絲石籠填充，以抵抗水流沖刷。防沖槽下接河道。

（2）寬頂堰方案存在的問題及缺點(diǎn)。

與景觀河道不同，在寬淺式天然河道上建攔河溢流壩，首先要考慮抵擋洪水的沖擊，一般是采用混凝土重力壩壩型，即靠壩體自重以及基地的摩擦力來維持穩(wěn)定，寬頂堰是常用的一種壩型。寬頂堰下游接挖深式消力池，采用底流消能消減過堰水流的動(dòng)能。消力池下游設(shè)海漫及防沖槽。

寬頂堰方案存在的問題及缺點(diǎn)，首先是工程量大、開挖量大，工程投資較大，影響工程整體效益的發(fā)揮。其次是該方案對于寬度較寬（如百米以上）的天然河道，地基持力層巖性發(fā)生變化時(shí)，寬頂堰基底高程不在一個(gè)建基面上，另外增加工程變更資金投入，且影響工期進(jìn)度。第三是工程建成后消力池的運(yùn)行維護(hù)成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一、新方案的設(shè)計(jì)

（1）樁基溢流堰設(shè)計(jì)

攔河溢流壩采用樁基溢流堰方案設(shè)計(jì)，樁基溢流堰采用wes-i型實(shí)用堰，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，堰體內(nèi)空心部分回填漿砌石。堰體分段長度24m，堰高3.95m。堰基底設(shè)兩排樁基，樁直徑1.2m，樁長8.0m。

溢流實(shí)用堰表孔由上游曲線段、堰面曲線段、直線段以及反弧段組成。堰頂上游堰頭為三圓弧曲線，堰頂下游堰面采用wes冪曲線，wes冪曲線方程為：

上、下游曲線詳細(xì)參數(shù)見下表。直線段的坡度為1:1.3，反弧段采用圓弧曲線，圓弧半徑為3m。

溢流實(shí)用堰下游鉛絲石籠護(hù)底，采用挑流消能，反弧挑射角為25度，水流通過鼻坎挑出，進(jìn)入下游河溝主槽。溢流實(shí)用堰下游不設(shè)消力池。

(2)樁基設(shè)計(jì)

根據(jù)新建溢流壩長度，每隔24m設(shè)置一道伸縮縫，即每段堰長度（垂直主流方向）24m?；静贾萌缦拢好繅K堰體底部設(shè)兩排樁基，共6根，樁基直徑1.2m，深8m。

樁類型：挖（鉆）孔摩擦樁，設(shè)計(jì)直徑d=1.2m

樁排數(shù)n=2，列數(shù)m=3

樁排間距l(xiāng)n=4.45m，樁列間距wm=8.00m

沖刷線以下樁長h=8.00m，沖刷線以上樁長h0=0.00m

（3）堰后防沖刷加固措施

a沖刷坑深度的估算

實(shí)用堰沖刷計(jì)算，根據(jù)武漢大學(xué)水利水電學(xué)院《水力計(jì)算手冊》第二版公式計(jì)算，沖刷坑最大深度的估算和安全挑距。

河床沖刷坑深度t的計(jì)算，我國目前較普遍采用的計(jì)算公式為

式中：t——沖刷坑深度，m；

q——單寬流量，m³/(s·m)

z——上、下游水位差，m;

hi——下游水深，m；

k——抗沖系數(shù)，它主要與河床的地質(zhì)條件有關(guān)。

b許可的沖刷坑最大后坡

沖刷坑后坡定義為i=t/l1，t為沖刷坑深度，l1為總挑距。i值愈大對壩身的安全愈不利。許可的沖刷坑最大后坡ik值的確定，涉及工程地質(zhì)條件，較為復(fù)雜。規(guī)范根據(jù)我國已建工程的實(shí)測資料提出：“沖坑上游側(cè)影響范圍，應(yīng)按地質(zhì)條件進(jìn)行估計(jì)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，其數(shù)值約為2.5～5倍坑深”。亦即許可的最大后坡ik=1/2.5~1/5,當(dāng)沖刷坑后坡i＜ik時(shí)，就認(rèn)為沖刷坑不會(huì)危及壩身的安全。

c沖刷計(jì)算

經(jīng)計(jì)算后，實(shí)用堰挑流的沖刷坑深度取1.m，挑距取14m。本次設(shè)計(jì)在溢流堰下游處布置14m長的鉛絲石籠（厚度80cm）及礫石墊層（厚度20cm）防止沖刷。實(shí)用堰沖刷坑深度計(jì)算示意圖見圖2。

二、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果

（1）樁基礎(chǔ)與溢流堰的結(jié)合，較大幅度的減小了溢流堰橫剖面面積，減小了工程量，

可降低工程造價(jià)。

（2）采用樁基礎(chǔ)可以適應(yīng)地基持力層巖性變化，使溢流堰基底高程建在一個(gè)基面上，減少工程變更的資金投入。

（3）挑流消能與鉛絲石籠護(hù)坦的結(jié)合，使得水流在空中充分?jǐn)U散后，跌落到遠(yuǎn)離壩腳的鉛絲石籠護(hù)坦上沖擊沖刷后，水流能量有一定的損耗，動(dòng)能減小，流速減緩，因此對于壩后為天然河道（溝）的情況，則不必要再設(shè)消力池，這樣不但工程運(yùn)行維護(hù)通暢方便，而且可以較大幅度的減小工程投資。

（4）通過方案比較可知，攔河溢流壩采用“樁基溢流堰”設(shè)計(jì)，在水利樞紐工程中可節(jié)省工程投資30%。由于溢流堰在灌溉、防洪、引（供）水、生態(tài)景觀等工程中廣泛應(yīng)用，故而能夠產(chǎn)生良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說明

圖1是樁基溢流壩與鉛絲石籠護(hù)坦剖面圖。

圖2是實(shí)用堰沖刷坑深度計(jì)算示意圖。