一种溢洪道折线形分流墩

摘要

本发明涉及一种溢洪道折线形分流墩，包括上、中、下三个墩体或中、下两个墩体，其中，上部墩体为一个半圆柱形墩体，中部墩体具有一个俯视面为等腰梯形且侧视面为直角三角形的中体墩身,在中体墩身的前斜面上设置有底小顶大的半圆斜锥台墩头，下部墩体具有一个俯视面为矩形且侧视面为直角三角形的三角柱形墩身，在三角柱形墩身的前斜面上设置有一个侧视面为平行四边形的前小后大的等腰斜梯形棱柱体墩身，在斜梯形棱柱体墩身的前斜面上设置有半圆斜柱台墩头。本发明的体型规则、墩头受力简单，改善了下游流态，减小了施工难度，降低了对材料强度的要求，能适应较大范围的流量变化。

权利要求

1.一种溢洪道折线形分流墩，其特征在于：具有一个连设在下游隔墙(1)一端的由高度分别为H3、H2和H1的上部墩体(2)、中部墩体和下部墩体组成的折线形墩头体，其中所述的上部墩体(2)为一个高度H3等于0或不等于0的半圆柱形墩体，墩体的直径(2R4)与下游隔墙(1)的厚度D相等；

所述的中部墩体具有一个俯视面为等腰梯形且侧视面为直角三角形的中体墩身(31),在中体墩身(31)的前斜面上设置有底小顶大的半圆斜锥台墩头(32)，半圆斜锥台墩头(32)的底圆半径为R2，顶圆半径R3与上部墩体(2)的半径R4相等，半圆斜锥台墩头(32)的上端面与上部墩体(2)的下端面吻合并过渡连接；

所述的下部墩体具有一个俯视面为矩形且侧视面为直角三角形的三角柱形墩身(41)，在三角柱形墩身(41)的前斜面上设置有一个侧视面为平行四边形的前小后大的等腰斜梯形棱柱体墩身(42)，斜梯形棱柱体墩身(42)的上端面与中部墩体的下端面吻合并过渡连接，在斜梯形棱柱体墩身(42)的前斜面上设置有半圆斜柱台墩头(43)，半圆斜柱台墩头(43)的半径R1与中部墩体上半圆斜锥台墩头(32)的底圆半径R2相等。

2.根据权利要求1所述的溢洪道折线形分流墩，其特征在于：下部墩体上半圆斜柱台墩头(43)的半径R1为0.10m～0.20m，下部墩体的斜梯形棱柱体墩身(42)的前斜面与底面之间的夹角θ1为22°～32°，下部墩体上斜梯形棱柱体墩身(42)之两梯形侧边间的夹角θ3为14°～24°，下部墩体的高度H1＝(0.8～1.1)Hw，Hw为溢洪道分流墩前最大水深。

3.根据权利要求1所述的溢洪道折线形分流墩，其特征在于：中部墩体上半圆斜锥台墩头(32)的底圆半径R2为0.10m～0.20m，中部墩体前斜面与底面间的夹角θ2为43°～

53°。

4.根据权利要求1所述的溢洪道折线形分流墩，其特征在于：分流墩的高度H3+H2+H1与下游隔墙(1)的高度H0相等。

说明书

一种溢洪道折线形分流墩

技术领域

[0001] 本发明内容属于水利工程设施技术领域，涉及一种可用于保障水库大坝、泄水建筑物、水电站厂房等水利工程设施安全的溢洪道折线形分流墩。

背景技术

[0002] 现有技术中，公知的最典型的溢洪道分流墩就是闸墩，墩头体垂直半圆柱，主要适用于低流速。对于溢洪道泄槽而言流速较高，目前对掺气分流墩研究的较多，体型也较多，但对于纯粹的分流墩，尚没有成熟的体型。现用的分流墩可分为两大类：第一类是墩头体垂直，其墩头形状有三角形、半圆形和三角形半圆形组合体；第二类是墩头体倾斜，其倾斜方式又分为直线倾斜和弧线倾斜两种，直线倾斜墩头的形状有三角形、半圆形和三角形半圆形组合体，弧线倾斜墩头的形状为半圆形，墩身为复杂空间扭面。现有分流墩体型在实际应用中存在的不足之处是：（1）流态不好，表现为要么水翅过高、水花飞溅，要么水流脱壁，引起下游水流紊乱；（2）墩头受力复杂，容易引起结构振动；（3）适用流量范围小，制约水库管理运行；（4）墩身体型过于复杂，不便土木工程实施；（5）容易发生水流空化，导致分流墩空蚀破坏；（6）对分流墩材料强度要求高，提高了施工难度和建造成本。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处，提供一种设计结构合理的溢洪道折线形分流墩，该溢洪道折线形分流墩的体型规则，墩头受力简单，改善了下游流态，减小了施工难度，降低了对材料强度的要求，能适应较大范围的流量变化。

[0004] 用于实现上述发明目的的技术方案是这样的：所提供的溢洪道折线形分流墩具有一个连设在下游隔墙一端的由高度分别为H3、H2和H1的上部墩体、中部墩体和下部墩体组成的折线形墩头体，其中，

[0005] 所述的上部墩体为一个高度H3等于0或不等于0的半圆柱形墩体，墩体的直径与下游隔墙的厚度D相等；

[0006] 所述的中部墩体具有一个俯视面为等腰梯形且侧视面为直角三角形的中体墩身,在中体墩身的前斜面上设置有底小顶大的半圆斜锥台墩头，半圆斜锥台墩头的底圆半径为R2，顶圆半径R3与上部墩体的半径R4相等，半圆斜锥台墩头的上端面与上部墩体的下端面吻合并过渡连接；

[0007] 所述的下部墩体具有一个俯视面为矩形且侧视面为直角三角形的三角柱形墩身，在三角柱形墩身的前斜面上设置有一个侧视面为平行四边形的前小后大的等腰斜梯形棱柱体墩身，斜梯形棱柱体墩身的上端面与中部墩体的下端面吻合并过渡连接，在斜梯形棱柱体墩身的前斜面上设置有半圆斜柱台墩头，半圆斜柱台墩头的半径R1与中部墩体上半圆斜锥台墩头的底圆半径为R2相等。

[0008] 本发明的技术方案还包括：下部墩体上半圆斜柱台墩头的半径R1为0.10m～0.20m，下部墩体的斜梯形棱柱体墩身的前斜面与底面之间的夹角θ1为22°～32°，下部墩体上斜梯形棱柱体墩身之两梯形侧边间的夹角θ3为14°～24°，下部墩体的高度H1=(0.8～1.1)Hw，Hw为溢洪道分流墩前最大水深。

[0009] 本发明的技术方案还包括：中部墩体上半圆斜锥台墩头的底圆半径R2为0.10m～0.20m，中部墩体前斜面与底面间的夹角θ2为43°～53°。

[0010] 本发明的技术方案还包括：分流墩的高度H3+H2+H1与下游隔墙的高度H0相等。

[0011] 在本发明所述溢洪道折线形分流墩结构中，主要起分流作用的是下部墩体，中部墩体所起的作用是连接上、下部墩体，而上部墩体所起的作用则主要是满足隔墙高度。

[0012] 与现有技术相比，本发明具有下述的有益效果：

[0013] 1、本发明所述溢洪道折线形分流墩中的下部墩头采用小半径半圆，有意避开三角形尖墩头，其半圆和缓直线扩散组合，避免了水流脱壁，改善了分流墩受力，又避免结构振动，减小空蚀破坏；

[0014] 2、本发明所述溢洪道折线形分流墩中的下部墩体坡度较小，可保证在中小流量时不产生水翅；

[0015] 3、本发明所述溢洪道折线形分流墩中的中部墩体坡度较大，它与下部小坡度墩体组合使用，可保证大流量时水翅微小，并完全贴壁。三段(或两段)折线形墩头结构亦可保证在各种流量情况时下游水流的流态平稳；

[0016] 4、本发明所述溢洪道折线形分流墩中设置的中部半圆斜锥台墩头使上、下部墩体得以用规则曲面衔接，使施工难度减小，同时能保证分流后具有良好的水流条件；

[0017] 5、本发明所述溢洪道折线形分流墩的上部墩体采用传统的垂直半圆柱墩头结构，其目的在于使分流墩能自然的与下游隔墙连接；

[0018] 6、本发明中整个分流墩的墩头部分均为规则曲面，墩身全为平面，体型相对简单，便于施工，且整个分流墩的墩体均能用钢筋混凝土等材料施工完成，能满足设施的强度要求。

附图说明

[0019] 图1是本发明所述溢洪道折线形分流墩的三维结构示意图。

[0020] 图2是该溢洪道折线形分流墩的侧视图。

[0021] 图3是该溢洪道折线形分流墩的俯视向平面布置图。

[0022] 图4是图2中A-A向平面的俯视图。

[0023] 图5是图2中B-B向平面的俯视图。

[0024] 附图中各数字或字母标号分别表示：1-下游隔墙，2-上部墩体，31-中体墩身，32-半圆斜锥台墩头，41-三角柱形墩身，42-斜梯形棱柱体墩身，43-半圆斜柱台墩头；
D-下游隔墙厚度；H0-下游隔墙高度，H1-下部墩体高度，H2-中部墩体高度，H3-上部墩体高度；L1+L2-下部墩体长度，L3-中部墩体长度；R1-半圆斜柱台墩头的半径，R2-半圆斜锥台墩头的底圆半径，R3-半圆斜锥台墩头的顶圆半径，R4-上部墩体半径；θ1-(下部墩体)斜梯形棱柱体墩身的前斜面与底面间的夹角，θ2-中部墩体前斜面与底面间的夹角，θ3-(下部墩体)斜梯形棱柱体墩身之两梯形侧边间的夹角。

具体实施方式

[0025] 以下将结合附图对本发明内容做进一步说明，但本发明的具体实施形式并不仅限于下述的实施例。

[0026] 参见附图，本发明所述溢洪道折线形分流墩由连设在下游隔墙1一端的上部墩体2、中部墩体和下部墩体组成,三个墩体的高度和(H3+H2+H1)等于下游隔墙1的墙高H0。
上部墩体2为一个高度H3等于0或不等于0的半圆柱形墩体，墩体的半径R4等于下游隔墙1的厚度D的一半。中部墩体长为L3，由中体墩身31和半圆斜锥台墩头32组成，其中，中体墩身31的俯视面为等腰梯形，侧视面为底角是θ2的直角三角形；底小顶大的半圆斜锥台墩头32设置在中体墩身31的前斜面上，半圆斜锥台墩头32的底圆半径为R2，顶圆半径R3与上部墩体2的半径R4相等，半圆斜锥台墩头32的上端面与上部墩体2的下端面吻合并过渡连接。下部墩体的长为L1+L2，由三角柱形墩身41、等腰斜梯形棱柱体墩身42和半圆斜柱台墩头43组成。三角柱形墩身41的俯视面为矩形，侧视面为直角三角形；等腰斜梯形棱柱体墩身42设置在三角柱形墩身41的前斜面上，等腰斜梯形棱柱体墩身42的侧视面为平行四边形，俯视面为前小后大的等腰斜梯形，斜梯形棱柱体墩身42的上端面与中部墩体的下端面吻合并过渡连接；半圆斜柱台墩头43设置在斜梯形棱柱体墩身42的前斜面上设置有，半圆斜柱台墩头43的半径R1与中部墩体上半圆斜锥台墩头32的底圆半径为R2相等。下部墩体的斜梯形棱柱体墩身的前斜面与底面间的夹角为θ1，斜梯形棱柱体墩身之两梯形侧边间的夹角为θ3，下部墩体的高度H1=(0.8～1.1)Hw，Hw为溢洪道分流墩前最高水面线高度(最大水深)，一般为2.5m～7.5m。

[0027] 实施例1

[0028] θ1=26°34′，θ2=47°58′，θ3=18°51′，L1=3.75m，L2=8.4m，L3=3.75m，R1=0.15m,R2=0.15m,R3=0.75m，H1=4.2m，H2=4.02m，H3=0m，H0=8.22，Hw=3.37m，D=1.5m。

[0029] 实施例2

[0030] θ1=27°14′，θ2=52°14′，θ3=18°51′，L1=3.75m，L2=14m，L3=7.02m，R1=0.15m，R2=0.15m，R3=0.75m,R4=0.75m，H1=7m，H2=4.02m，H3=7.12m，H0=18.14m，Hw=6.95m，B=1.5m。溢洪道比降1:20。

[0031] 实验例

[0032] 某水电站工程包括主坝、副坝、泄水建筑物、发电引水建筑物、水电站厂房。主坝是混凝土面板砂砾——堆石坝，溢洪道布置在左岸，采用开敞式，堰顶高程1925.00m，校核泄3
量407.33m/s。本工程河道很有特点，它非常狭窄(只有12m)，溢洪道宽度与河道宽度之比又非常大，达到9/12=3/4，另外，挑坎下游70m处有一约8m宽的垭口，这就要求控制水舌挑距，挑距不能过大，必须适应河道的要求。常规的窄缝挑坎难以适应本河道的特点，经实验，最终本工程采用分流墩+双窄缝消能工。

[0033] 分流墩+双窄缝消能工的主要难点在设计合适的分流墩，如果采用垂直钝头墩头，墩头严重溅水；采用垂直尖头墩头，仍有一些溅水，不能用混凝土建造；采用8米高斜钝头墩头，坡度约30度，墩头溅水问题解决，侧面溅水比较强烈；采用4米高斜钝头墩头，坡度约30度，高度不足，水流翻越墩头引起溅水。

[0034] 在经过充分论证过后，本工程最终采用本发明所述的折线形分流墩。采用折线形分流墩+双窄缝挑坎，各种工况的水舌形态良好，满足工程要求，从结构方面看，边墙不高，其受力也不大，适合本工程条件。根据墩头形状特点，采用折线形钝头墩，有两方面的考虑，一是要保证流态，避免墩头溅水，二是有意识避免尖头墩，使得墩头可以用混凝土建造，符合溢洪道建设原则，避免采用钢材建造。

[0035] 在实验中设计者观察到：当库水位为正常蓄水位，表孔局开3m，分流墩始端单宽3
流量16.3m/(s·m)，流速9.61m/s，水流平顺分开，没有水翅，流态平稳；当库水位为正常蓄
3
水位，表孔全开，分流墩始端单宽流量35.72m/(s·m)，流速14.88m/s，水流平顺分开，没有
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水翅，流态平稳；当库水位为设计水位，表孔全开，分流墩始端单宽流量46.67m/(s·m)，流速17.54m/s，产生微小贴壁水翅，没有水花飞溅，下游流态平稳；当库水位为校核水位，表
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孔全开，分流墩始端单宽流量68.18m/(s·m)，流速19.13m/s，产生不足半米高的贴壁水翅，下游水流依然平顺，流态尚好。相对而言体型大幅度简化，全部是规则形状，便于工地施工，结构上没有产生结构振动和空蚀破坏，分流墩受力小，采用常规混凝土即可以建造，无需采用高强度混凝土，体型规范，便于推广。